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浅析强夯法地基处理设计

2015-07-13 422 0

 
       一、强夯法 
　　强夯法又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤（一般10-40t）提到高处使其自由落下（一般落距为10-40m）夯击地基，从而使地基的强度提高、压缩性得到降低的方法。强夯法适用于浅层软弱土基的处理。它具有工期短，造价低，工艺简单等特点。按夯击区域分为满夯和点夯两种。强夯法加固地基，适用范围广泛，可用于湿陷性黄土、碎石土、砂土、一般粘性土、软土以及工业或生活垃圾等各种填土地基。对于非饱和土地基，强夯加固效果显著，在呈流塑状的淤泥中抛填碎石（钢渣、矿渣）进行强夯挤淤也能取得较好的效果。 
　　强夯法施工前应依据加固范围及地基土的性质、结构类型、荷载大小、要求处理的深度首先试验确定夯击能、夯击次数、夯击遍数、间隔时间及夯点布置等各项参数。对饱和土地基加固效果的好坏，关键在于排水，如饱和砂土地基渗透性好，超孔隙水压力容易消散，夯后固结快。对于饱和粘土或淤泥质土，由于渗透性差，必须慎重对待 
　　二、强夯法设计 
　　（一）强夯法设计总体思路 
　　强夯法地基处理可以有效消除沉降、提高地基承载力和均匀性、减小工后使用变形。因此强夯设计前应首先确定地基处理主要目的、用途，再结合各方面综合要求确定采用强夯还是强夯置换法，根据具体工程地质条件和加固深度选择合适的锤型、能级、夯点间距、夯击遍数和技术间歇时间。并根据预测处理效果，反演各项变形指标是否满足上部设计要求。 
　　（二）强夯法设计要点 
　　1、夯锤与施工机具选择 
　　一般常用夯锤直径在2.2～2.6m，锤重10～40T，锤底平整，不得为锁底形，锤身为柱形，不得使用梨形夯锤。异形锤一般直径为1.1～1.3m，锤底平整，锤身圆柱形，锤重15～45T。夯锤选择应满足方便运输、施工效率高、行动灵活等要求。夯锤面积与有效加固深度关系密切，根据研究，在能级为10000kN·m、夯锤半径为1.25m时的最大锤击应力比1.5m和1.75m夯锤半径时分别提高37%和76%，为提高有效加固深度，可适当减小夯锤半径；高能级强夯时，重锤低落距有效加固深度和加固后地基的均匀性都优于轻锤高落距。 
　　2、强夯法的有效加固深度 
　　强夯法的有效加固深度既是反映地基处理效果的重要参数，又是选择地基方案的重要依据。一般根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按表1预估。 
　　表1强夯法有效加固深度 
　　3、强夯法单位夯击能 
　　强夯法单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在相同条件下细颗粒土的单位夯击能要比粗颗粒适当大些。一般对于细颗粒土取1500kN·m/m2～4000kN·m/m2；对于粗颗粒土取1000kN·m/m2～3000kN·m/m2。 
　　4、强夯法的夯击次数 
　　强夯法的夯击次数应以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定原则。除了按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定外，还应满足几个条件：a.最后两击沉降量不大于50mm，当单击夯击能量较大时小于100mm。b.夯坑周围地面不应发生过大的隆起。c.不因夯坑过深而发生起锤困难。 
　　5、强夯法夯击遍数 
　　强夯法夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2遍～3遍，最后再以低能量满夯1遍。由粗颗粒组成的渗透性强的地基，夯击遍数可要求少些；反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数要求多些。 
　　6、强夯间隔时间 
　　强夯间隔时间是指两遍夯击之间应有一定的间隔时间，有利于土中超静孔隙水压力的消失。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消失时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不少于3周～4周，对于渗透性较好的地基可连续夯击。 
　　7、强夯法夯击点布置 
　　强夯法夯击点布置是否合理与夯实效果和施工费用有直接关系。夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5m～9m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相等，也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。 
　　8、强夯法的处理范围 
　　强夯法的处理范围是指由于基础的应力扩散作用强夯的处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。 
　　三、强夯法地基处理设计 
　　（一）工程概况 
　　某工程为生产汽车轮胎专用的丁苯橡胶项目工程，全厂用地约200000m2，地基加固处理总面积200000 m2以上。地基加固方案是：对松散的杂填土和素填土进行强夯，强夯范围约21000 m2，主要强夯区域为厂房基础、地面及道路。 
　　（二）地质状况 
　　勘察报告反映施工区内，工程地质条件由地表至下，主要分为8个工程地质层： 
　　1、杂填土或素填土：由侏罗系残积风化土夹较多碎石组成，厚度0.58～8.5m，场地各部位厚薄不均。 
　　2、人工填石层：主要为侏罗系中风化岩碎块，直径为0.1～0.4m，最大者为1.0m，此层全场零星布置，厚度0.6～4.8m. 
　　3、耕植土。 
　　4、第四系冲积粉砂质粘土：由黄褐色粉砂粘土组成，厚度2.3～10.0m。 
　　5、第四系冲积圆砾层：由砂岩夹杂少量其它混合岩石砾石组成，厚度0.5～5.3m，平均厚2.40，顶板埋深4.9～10.5m。
       6、残积粉土：主要为粉砂质粘土，平均厚度2.2m，埋深0.8～11.4m。 
　　7、强风化凝灰质砂岩：厚度0.4～9.3m，埋深0.5～15.0m，天然持力层。 
　　8、中风化凝灰质砂岩：厚度1.0～19.60m，顶板相应埋深6.03～13.87m。 
　　（三）试夯设计 
　　1、夯击能选择 
　　填土区厚度一般为8～10m，考虑表面有机质含量大于10%的生活垃圾不宜直接强夯后做基础持力层，需要清除，从基础底标高起夯，考虑基础埋深问题，基础底面标高至少-2m，实际强夯最大加固深度在7m左右。当考虑加固7m时，则计算如下：夯击能w×H=1960kN·m 
　　按《地基处理技术规范》JGJ79-91有关说明，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按表1预估。 
　　因此，试夯时确定如下夯击能：对填土的有效加固深度自地表以下10m时，考虑表面有机质含量大于10%的生活垃圾不宜直接强夯后做基础持力层，需要清除，以及考虑基础底面标高至少-2m，实际强夯最大加固深度在7m左右，采用的夯击能约3000kN·m（单击）。因此本工程考虑的桩锤20T，起吊高度15m，其单击能达3000kN·m，夯锤用圆形，直径2.5m。当设置工具式支架时，可进行6000kN·m夯击能施工，有效加固深度可达到10-12m 
　　对原状土区及回填区（考虑分层回填，分两层，每层4～5m），选择1000kN·m夯击能。 
　　（2）试夯方案 
　　试夯时根据我单位有关经验及国内资料，初步确定15击和10击及最后两击平均沉量不超5cm为标准，现场确定。 
　　夯击遍数：采用2遍法，针对本工程砂类土质的特点两遍之间不需停歇，最后采用一夯压半夯进行低锤满拍。 
　　夯点间矩：一般为1.5-2.2倍锤底直径，夯点间矩试夯时采用方案：3000kN·m夯击能，夯点间距5m×5m，正方形布置，1000kN·m夯击能，夯点间距4m×4m，正方形布置。 
　　试夯区面积20*20m，点位布置图详附图 
　　实线第一遍夯点，虚线第二遍夯点，第三遍一夯压半夯低锤满拍。 
　　试夯方案一览表 
　　大区 小区 编号 单击能 
　　KNM 锤径 
　　M 锤重 
　　T 落距 
　　M 夯点间距 
　　M 遍数 每遍击数 
　　（次） 
　　杂填土区 厂房基础 Ⅲ-a 3000 2.5 20 15 5 2 15 
　　地面及道路 Ⅲ-b 2000 2.5 20 10 5 2 15 
　　原状土区砂坑回填区 厂房基础 Ⅰ-a 1000 2 9 11.5 4 2 15 
　　地面及道路 Ⅰ-b 1000 2 9 11.5 4 2 10 
　　（3）试验及监测 
　　强夯工程地质特征大为改良，强夯后达到了预期的目的。就填土的承载力而言，地层埋深0～7m，fk=180kPa；7m以上，fk>180kPa。载荷试验满足180kPa承载力要求，且弯沉的上波动值小于设计容许回弹弯沉值50（0.01mm），满足要求。 
　　结束语 
　　本文通过分析强夯法在地基处理中的要点和施工技术，并结合工程实例来明确强夯法在地基处理中的应用价值，希望对强夯法的推广和应用起到一定的积极作用。 
　　参考文献： 
　　[1]李斌.港口软土地基强夯法地基处理试验分析[J].港口科技，2013年2期. 
　　[2]秦立强.强夯法地基处理施工技术[J].城市建设理论研究（电子版），2012年18期.
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