強(qiáng)夯法加固地基在工程施工中的應(yīng)用

強(qiáng)夯法加固地基在工程施工中的應(yīng)用1引言我國(guó)地域遼闊，土質(zhì)情況復(fù)雜，而多粉細(xì)砂或雜填土軟弱地基，該種情況地基在施工中的處理不當(dāng)，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(lái)的施工中，多采用土夾石灰土換填分層夯實(shí)地基的方法，以減少其沉降的可能，但存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、對(duì)地基夯實(shí)影響深度小的問(wèn)題。而由法國(guó)的梅那爾在1965年首先創(chuàng)用以來(lái)的強(qiáng)夯法加固地基施工方法，因?yàn)槠涔こ淘靸r(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、施工效果明顯、施工工期短的優(yōu)點(diǎn)、不受季節(jié)性施工限制，尤其是該施工工藝對(duì)回填土為雜填土，回填土深度較深的工程項(xiàng)目尤其為實(shí)用的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛的得到了應(yīng)用。某會(huì)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(fù)摩擦樁，其樁徑過(guò)大，存在工程造價(jià)高、因樁徑過(guò)大引起沉降不均勻的缺點(diǎn),而采用換填后分層壓實(shí)，因其場(chǎng)地面積大，回填深度大（最深處達(dá)到8－9m）等問(wèn)題，存在工程造價(jià)高，施工時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。故施工中采用先進(jìn)行強(qiáng)夯加固地基處理后，獨(dú)立柱基礎(chǔ)的施工工藝。2工程概況及工程地質(zhì)條件簡(jiǎn)介2.1工程概況：某會(huì)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(qiáng)夯面積約為40000m2，其中該工程外墻邊線(xiàn)7m范圍內(nèi)面積約為25000m2設(shè)計(jì)承載力為250kpa，其余附屬設(shè)施設(shè)計(jì)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(qiáng)風(fēng)化火山角礫巖或強(qiáng)風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)值fk=140kpa,設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯應(yīng)有效加固至本層。粉質(zhì)粘土：可塑，天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值fk=300kpa。強(qiáng)風(fēng)化角礫巖和強(qiáng)風(fēng)化泥巖，頂層埋深7.8—12.7m，強(qiáng)風(fēng)化角礫巖的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=600kpa，強(qiáng)風(fēng)化泥巖地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=500kpa。場(chǎng)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(shí)會(huì)有所升高。3強(qiáng)夯原理淺析強(qiáng)夯，全稱(chēng)強(qiáng)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(duì)土體進(jìn)行夯實(shí)，以提高土體的強(qiáng)度，降低其壓縮性的一種地基處理方法，這是在重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在夯實(shí)機(jī)理上又與之截然不同的一種方法。強(qiáng)夯能加固深部土體而重夯只影響表層。強(qiáng)夯實(shí)用于各種雜填土和飽和土，無(wú)產(chǎn)生橡皮土之慮，施工方法也獨(dú)特，分點(diǎn)夯實(shí)，多遍夯實(shí)，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(shí)原理，在實(shí)行強(qiáng)夯時(shí)，被夯土體在強(qiáng)大的沖擊能和沖擊波作用下，內(nèi)應(yīng)力驟增，先期產(chǎn)生的沉降可達(dá)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?chē)紫端纬蓧毫Σ?，同時(shí)，強(qiáng)夯點(diǎn)周?chē)a(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(qiáng)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(guò)每次夯擊引起的壓力增加值，不會(huì)在短時(shí)間里完全消失，夯擊到一定程度時(shí)，孔隙水壓力也遞次增加到接近或者等于土體的自重應(yīng)力，這時(shí)土體的強(qiáng)夯能總和，稱(chēng)飽和能，也可以用夯擊次數(shù)表示。這個(gè)飽和能或者夯擊次數(shù)，是施工的重要參數(shù)強(qiáng)夯總能量，若小于飽和能，土體夯實(shí)不足，強(qiáng)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(qiáng)度反而大幅度降低且不易恢復(fù)。4強(qiáng)夯參數(shù)確定4.1強(qiáng)夯加固深度與夯擊能量的確定和核算：強(qiáng)夯對(duì)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(shí)，C=0.6。雜填土、深水位時(shí)，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(shè)計(jì)影響深度為9m，計(jì)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(mǎn)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(fēng)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(yīng)在試夯過(guò)程中有儀器檢測(cè)，但因無(wú)測(cè)孔隙水水壓的儀器，按照如下辦法進(jìn)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(dá)到單點(diǎn)總錘數(shù)，該工程根據(jù)試夯點(diǎn)，決定采用單點(diǎn)15擊。主夯點(diǎn)最后兩擊夯沉量差值小于7cm，次夯點(diǎn)最后兩擊夯沉量小于6cm，若不能滿(mǎn)足夯沉量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)增加錘擊數(shù)，直到滿(mǎn)足要求。若未滿(mǎn)15錘，其后兩擊夯沉量小于4cm時(shí)，為避免過(guò)夯及造成能量浪費(fèi)，可適當(dāng)減少夯擊次數(shù)。4.3間歇時(shí)間：兩遍強(qiáng)夯間的間歇時(shí)間，應(yīng)等于孔隙水壓力差消失所需要的時(shí)間，按本工程的地質(zhì)條件，通過(guò)夯了試夯部分的點(diǎn)含水量測(cè)定及對(duì)夯坑內(nèi)有無(wú)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(shí)間為7天。5夯點(diǎn)布置由于該工程是獨(dú)立柱基礎(chǔ)，回填土深度較大，在保證每個(gè)獨(dú)立柱基礎(chǔ)上存在夯點(diǎn)的前提下，按照正方形布置夯點(diǎn)，間距不能超過(guò)4×4m，為保證施工方便及施工效果，第一次施工時(shí)采用間隔施工，即按照8×8m點(diǎn)進(jìn)行施工，第二次時(shí)夯擊剩余點(diǎn)。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(diǎn)錘擊數(shù)布點(diǎn)形式夯點(diǎn)間距（M．M）最后兩擊夯沉量（CM）會(huì)展中心主夯點(diǎn)3000160×18.815正方形4X4≤7次夯點(diǎn)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(diǎn)----點(diǎn)夯施工----平整夯坑----拍夯施工----夯后場(chǎng)地平整----夯后檢測(cè)6.2施工步驟：6.2.1在平整后的場(chǎng)地上，布放第一遍夯點(diǎn)；6.2.2夯機(jī)就位，并使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)；6.2.3測(cè)量錘頂標(biāo)高并記錄；6.2.4將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤下落后，放下吊鉤并測(cè)量錘頂標(biāo)高并記錄；6.2.5重復(fù)第（4）步驟，直至一次性貫入規(guī)定的夯擊遍數(shù)，并滿(mǎn)足最后兩擊夯沉量的標(biāo)準(zhǔn)；6.2.6換夯點(diǎn)，重復(fù)步驟（2）--（5），直至第一遍夯點(diǎn)完成施工；6.2.7用推土機(jī)推平夯坑，并測(cè)量場(chǎng)地標(biāo)高；6.2.8間隔一周后，按照步驟（2）--（7）施工第二遍夯點(diǎn)。最后用低能量進(jìn)行拍夯，將淺層的松土夯實(shí)，測(cè)量夯后標(biāo)高；6.2.9用現(xiàn)場(chǎng)壓板載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)合土工實(shí)驗(yàn)按設(shè)計(jì)所需位置選點(diǎn)檢測(cè)強(qiáng)夯效果。7強(qiáng)夯效果分析經(jīng)過(guò)對(duì)已經(jīng)完成部分夯區(qū)比較，已經(jīng)經(jīng)過(guò)強(qiáng)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(jì)算，平均壓縮比為29％左右。因土質(zhì)中含有較多的風(fēng)化碎石，考慮到對(duì)土工試驗(yàn)的影響較大，故試夯區(qū)全部完成后進(jìn)行載荷試驗(yàn)配合靜力觸探進(jìn)行強(qiáng)夯成果分析。7．1載荷試驗(yàn)本工程因強(qiáng)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(gè)區(qū)域選擇夯點(diǎn)試驗(yàn)（共計(jì)選擇夯點(diǎn)15個(gè)）。主要方法是先在試驗(yàn)點(diǎn)上挖試驗(yàn)坑至設(shè)計(jì)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(tái)。載荷為鑄鐵塊等重物，過(guò)磅后放到平臺(tái)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(cè)下沉降量使用的兩個(gè)百分表，表的設(shè)置和讀數(shù)，均按照規(guī)范要求進(jìn)行。本工程所進(jìn)行試驗(yàn)中的點(diǎn)除一處因靠近施工邊線(xiàn)因坍塌無(wú)法確定外，其余點(diǎn)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)記錄經(jīng)過(guò)整理和校正計(jì)算后，制成表格及P--S曲線(xiàn)圖。根據(jù)對(duì)記錄數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)特征分析，分別取得比例極限點(diǎn)a臨界荷載點(diǎn)b得到相應(yīng)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(yàn)點(diǎn)的地基允許承載能力﹝R﹞的值。本文中現(xiàn)僅取其中一點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算作為代表演算其過(guò)程。7．23#荷載實(shí)驗(yàn)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)成果分析與計(jì)算地點(diǎn)：該工程25軸與G軸交點(diǎn)處按照最小二乘法計(jì)算并修正P-S曲線(xiàn)：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(xiàn)方程S=S0+CP=-0.085-0.339P根據(jù)P-S圖得知，本夯點(diǎn)沒(méi)有明顯的臨界荷載點(diǎn)，根據(jù)規(guī)范要求，取沉降值與荷載板寬度比值為0.02時(shí)的荷載值P0.02（若存在臨界荷載點(diǎn)取臨界荷載點(diǎn)時(shí)的荷載值），根據(jù)曲線(xiàn)圖知S=0.02B=2cm時(shí)容許承載力為56T/M2容許承載力P=﹝R﹞=56/2=28T滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。9結(jié)束語(yǔ)強(qiáng)夯法是利用動(dòng)力固結(jié)法原理,改變松散填土的力學(xué)性能,提高地基土承載力,強(qiáng)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(duì)省時(shí)、省費(fèi)用的相對(duì)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(yīng)用，關(guān)鍵是要提高設(shè)計(jì)和施工水平，保證施工的安全性和可靠性。附：計(jì)算表一NP(kg/cm2)∑P沉降量s’（cm）∑S’PS’∑PS’P2∑P2（∑P）2代號(hào)①②③④⑤⑥⑦⑧⑨計(jì)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(jì)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(jì)算式原始記錄來(lái)原始記錄來(lái)的本項(xiàng)-的前項(xiàng)10.130.0070.0070.129