淺析強(qiáng)夯地面夯沉量的影響因素及預(yù)估方法

康永

(中海油大同煤制氣項(xiàng)目籌備組,北京 100015)

淺析強(qiáng)夯地面夯沉量的影響因素及預(yù)估方法

康永

(中海油大同煤制氣項(xiàng)目籌備組,北京 100015)

本文分析了影響強(qiáng)夯后地面平均夯沉量的主要因素,并提供了強(qiáng)夯法地基處理后地面平均夯沉量的預(yù)估方法,為在強(qiáng)夯方案設(shè)計(jì)準(zhǔn)確預(yù)估地面平均夯沉量提供了參考。

強(qiáng)夯 夯沉量 預(yù)估 影響因素

強(qiáng)夯法是把重錘從一定高度自由落體下落夯擊土層,使地基迅速固結(jié)的方法,因其地基加固效果顯著,施工操作簡(jiǎn)單,施工費(fèi)用低,施工工期短等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于堆場(chǎng)、公路、機(jī)場(chǎng)、房屋建筑、油罐等工程的地基處理。在強(qiáng)夯方案設(shè)計(jì)中,也常常因在采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基加固處理后地面整體會(huì)有一定的下沉量,如果地面平均夯沉量估算不準(zhǔn)確,直接會(huì)影響設(shè)計(jì)質(zhì)量。強(qiáng)夯法地基處理后地面的平均夯沉量,一般指從起夯面標(biāo)高到全部強(qiáng)夯施工完畢后整平面標(biāo)高的沉降差,也相當(dāng)于各遍夯后平均沉降量的累加值。由于強(qiáng)夯后的地面平均夯沉量的估算還會(huì)直接關(guān)系到建筑場(chǎng)地的土方平衡和工程費(fèi)用,所以預(yù)估強(qiáng)夯地面的平均夯沉量有一定的經(jīng)濟(jì)意義和工程意義。

1 夯沉量的影響因素分析

在強(qiáng)夯施工中,影響強(qiáng)夯地面夯沉量的因素眾多,且存在高度的非線性,要找到一個(gè)同時(shí)考慮諸多變量影響的強(qiáng)夯地面夯沉量的理論公式,在目前幾乎是不可能的。因此,在眾多影響夯沉量的因素中找出主要的因素,并加以分析研究,對(duì)提高地面夯沉量預(yù)估值的準(zhǔn)確性會(huì)起到一定的作用。

1.1 單位面積夯擊能

根據(jù)工程實(shí)踐對(duì)夯坑深度和夯坑周圍地面變形的觀測(cè)結(jié)果,場(chǎng)地地基土體被夯擊后地面變形特點(diǎn)為：各夯點(diǎn)夯坑深度的增幅隨著夯擊擊數(shù)的增大有明顯的減小,夯坑深陷,夯坑周圍基本無(wú)隆起或早期有少量隆起,由此分析夯擊能是影響夯沉量的主要的因素之一。單擊夯擊能對(duì)夯沉量起決定性作用,但又受錘底面積的影響。強(qiáng)夯后土體的密實(shí)部分主要在錘下,錘底面積越小,產(chǎn)生的夯坑深度越大,故用單點(diǎn)單位面積夯擊能來(lái)描述單點(diǎn)夯沉量比夯擊能更確切合理。

1.2 夯擊擊數(shù)

強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理是壓實(shí)原理,室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)和工程實(shí)踐都顯示,夯坑深度與擊數(shù)的關(guān)系可用雙曲線或指數(shù)曲線型式表達(dá),夯沉量隨擊數(shù)增加而增大。

1.3 夯點(diǎn)間距

夯點(diǎn)間距是表征土體被加固量的參數(shù),夯點(diǎn)間距越小,并不能使夯沉量有明顯增加;夯點(diǎn)間距過(guò)大,不但對(duì)夯沉量的影響較大,對(duì)土體加固的均勻性影響也大。由此可見(jiàn),夯點(diǎn)間距也是影響夯沉量的因素,但對(duì)單擊夯沉量(夯坑深度)卻沒(méi)有影響。為此,可先預(yù)測(cè)單點(diǎn)夯沉量,然后根據(jù)其與夯沉量的關(guān)系,推算出整片場(chǎng)地的夯沉量,這時(shí),夯點(diǎn)間距不作為預(yù)測(cè)輸入。

表1 各能級(jí)強(qiáng)夯地面平均夯沉量預(yù)估值

1.4 土體的含水量、孔隙比、干密度

土體含水量、孔隙比、干密度等因素都會(huì)對(duì)強(qiáng)夯的夯沉量產(chǎn)生影響。由于土體強(qiáng)夯加固是動(dòng)力壓實(shí)作用的結(jié)果,因此,與土體密實(shí)程度直接相關(guān)的孔隙比、天然干密度的影響最為顯著,雖然壓實(shí)原理要求土體達(dá)到最佳含水量時(shí)才能達(dá)到最大的密實(shí)度,但在實(shí)際工程中,土體含水量只能控制在一定的范圍內(nèi),而含水量對(duì)土體的坑剪強(qiáng)度起決定性的作用,也是影響夯沉量的主要因素。

2 夯沉量主要影響因素的確定

根據(jù)對(duì)夯沉量的各種影響因素的分析,單位面積夯擊能、單點(diǎn)夯擊數(shù)、土體含水量、土體孔隙比和干密度等五個(gè)因素作為強(qiáng)夯處理地基的單點(diǎn)夯沉量的主要影響因素,能作為強(qiáng)夯施工地面夯沉量預(yù)測(cè)方法的主要輸入?yún)?shù)。

3 地面夯沉量的預(yù)估方法

3.1 采用平均夯坑深度與夯沉量的關(guān)系計(jì)算

場(chǎng)地夯沉量可粗略地由各夯點(diǎn)的有效夯入體積之和除以場(chǎng)地總面積獲得。中科院武漢巖土力學(xué)研究所的付志斌、汪稔引入了極限孔隙比的概念,提出強(qiáng)夯沉降換算系數(shù),建立了較為可靠地計(jì)算模型確定夯坑沉降值與地面夯沉量的關(guān)系。因此,可根據(jù)場(chǎng)地的平均夯坑深度值計(jì)算而得到整片場(chǎng)地的夯沉量,計(jì)算公式如下：

根據(jù)在試夯過(guò)程中獲得的上述各參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用公式(1)可計(jì)算得出場(chǎng)地平均夯沉量。采用這種方法,不僅可和試夯進(jìn)行單點(diǎn)夯沉量的比較和驗(yàn)證,也可適應(yīng)不同夯擊遍數(shù)不同夯擊能的情況。

3.2 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)估值查表法

根據(jù)規(guī)范的要求,在強(qiáng)夯施工前應(yīng)進(jìn)行試夯,但根據(jù)試夯確定的地面平均夯沉量,由于試夯區(qū)面積較小,而實(shí)際施工時(shí)面積較大,與實(shí)際情況相比,誤差較大,所以強(qiáng)夯地面平均夯沉量的預(yù)估,一般應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定。預(yù)估強(qiáng)夯地面的平均夯沉量時(shí),所指平均夯沉量包含了點(diǎn)夯、插夯、復(fù)夯和滿夯等各遍夯后的全部沉降量。

在《強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程》CECS279-2010條文說(shuō)明中,根據(jù)對(duì)大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié),給出了不同能級(jí)強(qiáng)夯地面平均夯沉量的預(yù)估值,見(jiàn)表1。

因此,在缺少施工經(jīng)驗(yàn)的情況下,可根據(jù)上表中給出的預(yù)估值,對(duì)強(qiáng)夯施工后地面平均夯沉量進(jìn)行預(yù)估。

3.3 利用強(qiáng)夯前后土體干密度的不同進(jìn)行估算

當(dāng)強(qiáng)夯的有效加固深度以夯后地基土的壓實(shí)度為主要控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí),地面平均夯沉量也可按下式估算：

z為終夯面下起算的夯實(shí)厚度(m);

一般在完成場(chǎng)地試夯工作之后,根據(jù)試夯獲得的各參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合前期完成的場(chǎng)地巖土勘察工作中進(jìn)行的巖土試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用用上述公式(2)計(jì)算得出場(chǎng)地平均夯沉量。

從上述公式(3)可知,由于夯后的平均干密度是用處理厚度底面標(biāo)高處夯前土的干密度和強(qiáng)夯后夯面土計(jì)算干密度估算,使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際會(huì)存在一定的偏差。

4 結(jié)語(yǔ)

采用強(qiáng)夯法進(jìn)行場(chǎng)地地基加固施工時(shí),在開(kāi)始強(qiáng)夯施工前對(duì)地面夯沉量估算準(zhǔn)確與否,將直接影響止夯面與基礎(chǔ)底面標(biāo)高的相對(duì)位置,進(jìn)而影響到挖高填低的夯后工作量。所以,正確預(yù)估夯沉量對(duì)于縮短工期及節(jié)約工程造價(jià)具有現(xiàn)實(shí)意義。

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[3]付志斌,汪稔.強(qiáng)夯軟基加固地面沉降實(shí)用計(jì)算方法[J].土工基礎(chǔ),2000,14(3)：31-32.

[4]CECS279—2010,強(qiáng)夯地基處理技術(shù)規(guī)程[S].