強夯法加固地基在工程施工中的應用

強夯法加固地基在工程施工中的應用1引言我國地域遼闊，土質(zhì)情況復雜，而多粉細砂或雜填土軟弱地基，該種情況地基在施工中的處理不當，常常造成建筑物不均勻沉降，致使建筑物遭到不同程度的破壞，在原來的施工中，多采用土夾石灰土換填分層夯實地基的方法，以減少其沉降的可能，但存在勞動強度大、工作效率低、對地基夯實影響深度小的問題。而由法國的梅那爾在1965年首先創(chuàng)用以來的強夯法加固地基施工方法，因為其工程造價低、施工工藝簡單、施工效果明顯、施工工期短的優(yōu)點、不受季節(jié)性施工限制，尤其是該施工工藝對回填土為雜填土，回填土深度較深的工程項目尤其為實用的特點，在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛的得到了應用。某會展中心工程，因其地質(zhì)條件不均勻、回填土深度深，地下存在較厚流沙層，若在施工中采用負摩擦樁，其樁徑過大，存在工程造價高、因樁徑過大引起沉降不均勻的缺點,而采用換填后分層壓實，因其場地面積大，回填深度大（最深處達到8－9m）等問題，存在工程造價高，施工時間長的缺點。故施工中采用先進行強夯加固地基處理后，獨立柱基礎(chǔ)的施工工藝。2工程概況及工程地質(zhì)條件簡介2.1工程概況：某會展中心工程，建筑面積38000多m2，該處原為兩道河道，回填深度較大，地下水位較高，該工程強夯面積約為40000m2，其中該工程外墻邊線7m范圍內(nèi)面積約為25000m2設計承載力為250kpa，其余附屬設施設計承載力為160kpa。2.2工程地質(zhì)條件：該工程位于xx地區(qū)，原地貌屬于沖洪基地貌，地形起伏較大，最高落差約為5m。地層以山前沖洪積物為主，下伏強風化火山角礫巖或強風化泥巖，自上而下可分為：素填土：含建筑垃圾及生活垃圾，厚度約為0.5---4m。粉質(zhì)粘土：可塑，天然承載力fk=190kpa,厚度約為0.6--7.1m。中砂：天然地基承載力標準值fk=140kpa,設計要求強夯應有效加固至本層。粉質(zhì)粘土：可塑，天然地基承載力標準值fk=205kpa。礫砂：，很濕---飽和，含角礫、礫石等，含粘土夾層，天然承載力標準值fk=300kpa。強風化角礫巖和強風化泥巖，頂層埋深7.8—12.7m，強風化角礫巖的地基承載力標準值fk=600kpa，強風化泥巖地基承載力標準值fk=500kpa。場區(qū)地下水為潛水，含水層為第三層中砂和第五層礫砂。地下水位穩(wěn)定，受季節(jié)性影響較大，雨季時會有所升高。3強夯原理淺析強夯，全稱強力夯擊法，是用很重的夯錘，一般6-30T，起吊到很高的高度，一般6-30m，使錘自由下落，對土體進行夯實，以提高土體的強度，降低其壓縮性的一種地基處理方法，這是在重錘夯實法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在夯實機理上又與之截然不同的一種方法。強夯能加固深部土體而重夯只影響表層。強夯實用于各種雜填土和飽和土，無產(chǎn)生橡皮土之慮，施工方法也獨特，分點夯實，多遍夯實，間斷施工，不是通常的夯夯搭接，一氣夯成。關(guān)于飽和土的夯實原理，在實行強夯時，被夯土體在強大的沖擊能和沖擊波作用下，內(nèi)應力驟增，先期產(chǎn)生的沉降可達到數(shù)十厘米，土體空隙被壓縮，局部產(chǎn)生液化，空隙水壓力劇增，與周圍孔隙水形成壓力差，同時，強夯點周圍產(chǎn)生大量裂隙，形成良好的排水通道，提高了增添透系數(shù)，使孔隙水能迅速排除，壓力差降低，土體得到迅速固結(jié)，不產(chǎn)生橡皮土，隨著一次次的強力夯擊，孔隙被壓縮到接近極限值，土體呈不可壓縮狀況而被加固。不過每次夯擊引起的壓力增加值，不會在短時間里完全消失，夯擊到一定程度時，孔隙水壓力也遞次增加到接近或者等于土體的自重應力，這時土體的強夯能總和，稱飽和能，也可以用夯擊次數(shù)表示。這個飽和能或者夯擊次數(shù)，是施工的重要參數(shù)強夯總能量，若小于飽和能，土體夯實不足，強度不高，影響深度也不夠大，若大于飽和能，能量為空隙吸收而繼續(xù)增高壓力，使土體產(chǎn)生液化或觸變，強度反而大幅度降低且不易恢復。4強夯參數(shù)確定4.1強夯加固深度與夯擊能量的確定和核算：強夯對地基的加固深度與夯擊能量的大小有關(guān)。根據(jù)梅那公式得知：H=C（mh）1/2其中：H：加固深度，單位mm：夯錘重量，單位Th：落錘距離，單位mC：有效深度系數(shù)，與地基的工程地質(zhì)條件有關(guān)，可參照如下取值。一般粘性土、砂土、地下水位高時，C=0.6。雜填土、深水位時，C=0.9。本工程地下水位較高，土質(zhì)條件較為雜亂，采用C=0.6。該工程設計影響深度為9m，計劃采用落距18.8m，錘重16T則H=C（mh）1/2=0.6（18.8X16）1/2=10.4m滿足要求。4.2夯擊遍數(shù)、每遍夯擊次數(shù)的確定：夯擊遍數(shù)，一般為3—8遍，土體的含水量越大，則遍數(shù)越多，本工程回填土為風化碎石土，透水性好，且為旱季施工，且夯擊能量可以加大，故決定三遍。每遍夯擊次數(shù)，即飽和能，取決于孔隙水壓力遞增情況，應在試夯過程中有儀器檢測，但因無測孔隙水水壓的儀器，按照如下辦法進行控制：采用錘擊數(shù)和最后二擊夯沉量雙控法，以錘擊數(shù)為主，達到單點總錘數(shù)，該工程根據(jù)試夯點，決定采用單點15擊。主夯點最后兩擊夯沉量差值小于7cm，次夯點最后兩擊夯沉量小于6cm，若不能滿足夯沉量標準時，應增加錘擊數(shù)，直到滿足要求。若未滿15錘，其后兩擊夯沉量小于4cm時，為避免過夯及造成能量浪費，可適當減少夯擊次數(shù)。4.3間歇時間：兩遍強夯間的間歇時間，應等于孔隙水壓力差消失所需要的時間，按本工程的地質(zhì)條件，通過夯了試夯部分的點含水量測定及對夯坑內(nèi)有無地下水的溢出情況的觀察，該工程含水量較小，夯坑內(nèi)僅有潮濕現(xiàn)象，決定采用間歇時間為7天。5夯點布置由于該工程是獨立柱基礎(chǔ)，回填土深度較大，在保證每個獨立柱基礎(chǔ)上存在夯點的前提下，按照正方形布置夯點，間距不能超過4×4m，為保證施工方便及施工效果，第一次施工時采用間隔施工，即按照8×8m點進行施工，第二次時夯擊剩余點。具體圖示如下：該工程具體施工指數(shù)表區(qū)域夯別夯擊能量（KN．M）錘重X落距（M．M）單點錘擊數(shù)布點形式夯點間距（M．M）最后兩擊夯沉量（CM）會展中心主夯點3000160×18.815正方形4X4≤7次夯點3000160×18.815正方形4X4≤6拍夯3000100×104搭接形壓1/4夯印6施工流程及施工步驟6.1工藝流程：布放夯點----點夯施工----平整夯坑----拍夯施工----夯后場地平整----夯后檢測6.2施工步驟：6.2.1在平整后的場地上，布放第一遍夯點；6.2.2夯機就位，并使夯錘對準夯點；6.2.3測量錘頂標高并記錄；6.2.4將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤下落后，放下吊鉤并測量錘頂標高并記錄；6.2.5重復第（4）步驟，直至一次性貫入規(guī)定的夯擊遍數(shù)，并滿足最后兩擊夯沉量的標準；6.2.6換夯點，重復步驟（2）--（5），直至第一遍夯點完成施工；6.2.7用推土機推平夯坑，并測量場地標高；6.2.8間隔一周后，按照步驟（2）--（7）施工第二遍夯點。最后用低能量進行拍夯，將淺層的松土夯實，測量夯后標高；6.2.9用現(xiàn)場壓板載荷實驗結(jié)合土工實驗按設計所需位置選點檢測強夯效果。7強夯效果分析經(jīng)過對已經(jīng)完成部分夯區(qū)比較，已經(jīng)經(jīng)過強夯的地面，普遍比原未夯地面降低2－3m，若以填土厚度8－9m計算，平均壓縮比為29％左右。因土質(zhì)中含有較多的風化碎石，考慮到對土工試驗的影響較大，故試夯區(qū)全部完成后進行載荷試驗配合靜力觸探進行強夯成果分析。7．1載荷試驗本工程因強夯面積大，回填土深度不均一，采取了按照不同回填土深度大致分為三個區(qū)域選擇夯點試驗（共計選擇夯點15個）。主要方法是先在試驗點上挖試驗坑至設計要求承載力的深度，墊砂約2cm后，現(xiàn)澆100×100cm的鋼筋混凝土墩，作模擬基礎(chǔ)，即載荷板，墩中心加焊一塊20×20cm2的鋼板，板上是梁及平臺。載荷為鑄鐵塊等重物，過磅后放到平臺上，經(jīng)梁傳到鋼板和支墩，使之盡可能呈中心受壓狀態(tài)，測下沉降量使用的兩個百分表，表的設置和讀數(shù)，均按照規(guī)范要求進行。本工程所進行試驗中的點除一處因靠近施工邊線因坍塌無法確定外，其余點均達到設計要求。試驗實驗記錄經(jīng)過整理和校正計算后，制成表格及P--S曲線圖。根據(jù)對記錄數(shù)據(jù)和曲線特征分析，分別取得比例極限點a臨界荷載點b得到相應的Pa和Pb再按照公式：﹝R﹞=Pa及﹝R﹞=Pb/K（K=2，為安全系數(shù)）求得到各試驗點的地基允許承載能力﹝R﹞的值。本文中現(xiàn)僅取其中一點進行計算作為代表演算其過程。7．23#荷載實驗點實驗成果分析與計算地點：該工程25軸與G軸交點處按照最小二乘法計算并修正P-S曲線：C=（N∑PS’-∑P∑S’）/［N∑P’-（∑P）2］=（-15×80.501+47.73×17.462）/（3381.255-2278.153）=-374.054/1103.102=-0.339S0=（∑S’∑P2-∑P∑P*S’）/［N∑P2-（∑P）2］=（17.462×225.417+47.73×80.501）/（15X225.417-2278.153）=（-3936.23+3842.313）/（1103.102）=-0.085則：修正后的P-S直線方程S=S0+CP=-0.085-0.339P根據(jù)P-S圖得知，本夯點沒有明顯的臨界荷載點，根據(jù)規(guī)范要求，取沉降值與荷載板寬度比值為0.02時的荷載值P0.02（若存在臨界荷載點取臨界荷載點時的荷載值），根據(jù)曲線圖知S=0.02B=2cm時容許承載力為56T/M2容許承載力P=﹝R﹞=56/2=28T滿足設計要求。9結(jié)束語強夯法是利用動力固結(jié)法原理,改變松散填土的力學性能,提高地基土承載力,強夯法施工在解決雜填土回填、回填深度較大的工程，提供了相對省時、省費用的相對穩(wěn)定的施工工藝，能夠有效控制地基沉降，該方法已經(jīng)被廣泛應用，關(guān)鍵是要提高設計和施工水平，保證施工的安全性和可靠性。附：計算表一NP(kg/cm2)∑P沉降量s’（cm）∑S’PS’∑PS’P2∑P2（∑P）2代號①②③④⑤⑥⑦⑧⑨計算式原始記錄①累加原始記錄③累加①X③⑤累加①2⑦累加②210.130.130.0070.0070.0010.0010.01690.01690.016920.400.530.1090.1160.0440.0450.160.17700.281030.701.230.2800.3960.1960.2410.490.66701.51341.02.230.4150.8110.4150.6561.001.66704.973051.53.730.6311.4420.94651.30302.253.917013.91362.05.735.8502.2921.7003.3034.007.917032.83372.58.231.0103.3022.5255.8286.2514.16767.73383.011.231.1694.4713.5079.3559.0013.167126.11393.514.731.3615.8324.76414.09912.2535.417216.973104.018.371.5037.3356.01220.1111651.417350.813114.523.231.6739.0087.52927.6420.2571.667539.633125.028.231.78910.7978.94536.5852596.667796.933135.533.731.92312.7210.57747.16230.25126.9171137.713146.540.232.22714.94714.47661.63842.25169.1671618.453157.547.732.51517.46218.86380.50156.25225.4172278.153附：計算表二加荷次數(shù)N壓力P(Kg/cm2)沉降量S’(cm)每次荷載沉降增量ΔS(cm)校正后的沉降量S=-0.085-0.339PS=S’-S0計算式原始記錄來原始記錄來的本項-的前項10.130.0070.0070.129