典型濕陷性黃土地基強夯處理施工技術(shù)研究

王 勛,王 沙

(1.西安交通工程學(xué)院,西安 710100; 2.玉山鎮(zhèn)前程小學(xué),西安 710100)

0 引言

對濕陷性黃土地基的處理方法較多,其中強夯法優(yōu)勢明顯。胡長明等[1]給出了不同能級條件下強夯加固夯點的中心距、最佳擊數(shù)、停夯標(biāo)準(zhǔn)及有效加固深度等參數(shù),在此基礎(chǔ)上確定了強夯有效加固深度的估算方法。呂秀杰[2]給出了強夯濕陷性黃土與粉土作業(yè)中的幾個強夯參數(shù)。宋修廣[3]對梅納德(Menard)加固公式在不同工況下進(jìn)行驗證,結(jié)果表明,在較大夯擊能下梅納德公式并不適用。王松江[4]針對某深厚濕陷性黃土地基進(jìn)行強夯對比試驗,結(jié)果表明,強夯作業(yè)能夠?qū)裣菪渣S土的物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。黃雪峰等[5]論述了大厚度自重濕陷性黃土地基的處理原則,提出不同自重濕陷性黃土層厚度宜采取的地基處理厚度及剩余濕陷量控制標(biāo)準(zhǔn)。

項目場地局部有一黃土層,根據(jù)地質(zhì)勘探資料可知,該黃土層的濕陷性系數(shù)δs為0.010～0.100,濕陷性起始壓力為18～180 Kpa。項目工地試驗室檢測出該黃土層土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。綜合地勘與表1數(shù)據(jù)可知,該地層黃土具有一定的濕陷性且濕陷等級為Ⅱ級。該項目公路等級為高速公路,施工時需對該地的濕陷性黃土進(jìn)行特殊加固處理。查閱資料可知,高速公路、一級公路通過濕陷黃土壓縮性較高的地段時,該地區(qū)地基最小處理深度為3～5 m,見表2。

表1土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo) Tab.1 Soil physical and mechanical index

表2 濕陷性黃土最小處理深度Tab.2 Minimum treatment depth of collapsible loess

1 強夯處理施工要點

1.1 施工準(zhǔn)備

清理、平整施工場地,確定強夯施工作業(yè)范圍,在施工場地選擇典型的區(qū)段進(jìn)行試夯作業(yè),試夯采用直徑為2.25 m、重量10 t的圓柱形鑄鐵夯擊錘,可知夯錘的夯擊能為1500 kN·m。完成試夯后,根據(jù)試夯結(jié)果調(diào)整夯擊參數(shù)。

1.2 確定夯擊遍數(shù)及夯點布置

對需要處理的地基范圍進(jìn)行3遍夯實,其中第1、2遍進(jìn)行點夯,夯點位置按間距6 m在場地中正方形布置,第3遍在800 kN·m夯擊能的作用下進(jìn)行滿夯作業(yè)。作業(yè)時,由線路的中線夯點夯起,平行于中線向兩側(cè)夯擊,直到夯擊區(qū)夯擊完成,前后兩次夯擊的夯點彼此重疊1/4來加固表層。應(yīng)對夯擊過程中的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄,以便后期數(shù)據(jù)處理。

1.3 強夯孔隙水壓力監(jiān)測試驗

工作原理。采用振弦式數(shù)字型孔隙水壓傳感器來監(jiān)測強夯作業(yè)及地基土的孔隙水壓力變化數(shù)據(jù),推得孔隙水壓力的的消散規(guī)律?？紫端畨河嫷墓ぷ髟硎?當(dāng)有壓力施加到軸承板上時,通過液體傳感介質(zhì)傳輸?shù)絺鞲袉卧亩文ひ鹱冃?改變磁路的氣隙、磁阻及線圈電感,進(jìn)一步改變L-C振蕩電路的輸出信號頻率,這種頻率變化與軸承板上的壓力成正比,強夯試驗過程中的孔隙水壓力實時數(shù)據(jù)直接由智能測控儀來采集存儲。

試驗儀器布設(shè)?？紫端畽z測儀器用采用鉆機鉆孔埋設(shè),鉆孔孔徑為105～108 mm。埋設(shè)監(jiān)測傳感器時,傳感器應(yīng)緊貼測點土層,使用干膨脹土或高液限黏土球封孔,使測點土層孔隙水與上層土層完全隔絕。由于孔隙水壓計的進(jìn)水孔較大,如果不做處理容易被封孔的泥沙堵塞,故埋設(shè)前應(yīng)給孔隙水壓計的進(jìn)水孔設(shè)置過濾層,防止堵塞情況的發(fā)生?？紫端畨河嬄裨O(shè)完成后,應(yīng)與數(shù)據(jù)采集儀連接,檢查傳感器狀態(tài)并做以記錄。鉆孔回填完成3～4 d后,連續(xù)記錄孔隙水壓計的讀數(shù),直至基本穩(wěn)定不變?yōu)橹?最終以穩(wěn)定讀數(shù)作為初始數(shù)據(jù)。

在強夯試驗區(qū)內(nèi)設(shè)置3個鉆孔,在鉆孔埋深1.5 m、3 m、7 m、9 m的位置設(shè)置孔隙水壓力監(jiān)測裝置。在第一遍點壓實完成后立即監(jiān)測并記錄1、2…48 h的孔隙水壓力計數(shù)據(jù)?？紫端畨毫τ嬔厣疃确较虻穆裨O(shè)情況如圖1所示。

圖1 檢測儀器沿深度方向埋設(shè)Fig.1 Bury of measuring instrument in the depth direction

1.4 強夯作業(yè)與數(shù)據(jù)分析

1.4.1 強夯作業(yè)

在強夯處理區(qū)按照試驗要求把夯機吊裝到位,將夯錘放置于夯點上方預(yù)定位置處,夯擊點位置如圖2所示,令夯錘脫鉤自由下落至夯點位置。落距與擊數(shù)應(yīng)經(jīng)過反復(fù)試驗后確定其最優(yōu)組合,若發(fā)現(xiàn)夯擊過程中因坑底傾斜導(dǎo)致夯錘不正時應(yīng)組織人員對坑底進(jìn)行整平。根據(jù)試驗參數(shù)規(guī)定的夯擊要求,對每一個夯點進(jìn)行強夯,當(dāng)最后兩次擊實的平均擊實沉降不超過5 cm、擊實坑周圍地面沒有明顯隆起、擊夯坑的深度不存在錘擊起錘困難的情況時即可停止擊實。重復(fù)上述步驟,完成所有夯擊點的第一遍和第二遍壓實作業(yè)。

圖2 夯點與監(jiān)測點平面布置Fig.2 Layout of tamping and monitoring point

1.4.2 數(shù)據(jù)分析

強夯作業(yè)兩遍點夯之間的時間間隔有一定的要求,時間間隔取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需時間,當(dāng)?shù)谝槐楹粨敉瓿珊罂紫端畨毫ο⒅脸跏級毫Φ?5%以上時方可進(jìn)行第二遍夯擊。

在點夯過程中使用采集儀收集記錄3個監(jiān)測點埋深為1.5 m、3 m、7 m、9 m位置處1～48 h的孔隙水壓消散數(shù)據(jù),如表3所示。

表3 孔隙水壓消散Tab.3 Pore water pressure dissipation

根據(jù)表3可知,監(jiān)測點埋深為9 m位置的孔隙水壓計未檢測到孔隙水壓,說明此次強夯作業(yè)深度僅影響到地下7 m位置處,每個監(jiān)測點最后一個埋深的孔隙水壓在48 h內(nèi)均可消散至初始孔隙水壓的75%左右,表明兩遍夯擊的時間間隔至少應(yīng)為2 d。由于此地基土質(zhì)大部分為濕陷性黃土,故設(shè)計夯擊間歇不應(yīng)少于3 d,由此可得強夯作業(yè)的夯擊間歇為3 d。

1.4.3 孔隙水壓力增量與埋深的關(guān)系分析

根據(jù)表3可繪制出孔壓增量與埋深的關(guān)系(如圖3所示),可知強夯作用下表層(1～3 m)孔壓增量顯著增加,遠(yuǎn)大于深層(7～9 m),3個監(jiān)測點孔隙水壓增量與深度的相關(guān)規(guī)律一致,進(jìn)一步表明試驗數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

圖3 孔隙水壓力增量與埋深的關(guān)系Fig.3 Relationship between pore water pressure increment and burial depth

1.5 完成地基強夯加固作業(yè)

在規(guī)定的時間間隔后于強夯工區(qū)按照上述步驟進(jìn)行全夯實,用推土設(shè)備對壓實后的基坑進(jìn)行填筑,經(jīng)測量強夯后的濕陷性黃土地基的穩(wěn)定性與承載力都有了大幅度提升。

2 結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn),典型濕陷性黃土地基強夯處理施工技術(shù)對地基加固效果較為明顯,操作簡單,是一種良好的軟土地基處理方法。在強夯處理濕陷性黃土地基技術(shù)的實施過程中,根據(jù)土體孔隙水壓力的消散監(jiān)測結(jié)果及設(shè)計要求確定點夯與滿夯之間的時間間隔為3 d。強夯作業(yè)中,確定落距與擊數(shù)是作業(yè)質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。強夯法加固濕陷性黃土地基能夠削弱黃土的濕陷性,提高地基承載力及穩(wěn)定性,可推廣使用。