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强夯加固软粘土地基机理与应用研究

2015-07-15 172 0

一、强夯加固软粘土地基的机理
　　土体是由土的固体颗粒、土中的水及土中的气体组成的三相分散体系。因此，夯锤作用在土上时，主要存在以下四个方面的作用机理。
　　（一）压实作用
　　巨大的强夯冲击能一方面使土中的空气所占的体积被压缩并渗出，另一方面也使水中的封闭微气泡被压缩。
　　（二）土体局部液化
　　当能量反复冲击荷载的形式施加于土体时，部分气体逐渐被压缩，土颗粒表面的结合水膜也被扰动，使其摆脱分子引力的约束而成为自由水。当含气量为零时，土体中的空隙水压力急聚上升，局部发生液化。
　　（三）空隙水从裂缝中排出，土体发生固结
　　在巨大的强夯冲击能作用下，土中产生裂隙；结合水的转化也导致土体的渗透性增大，此时，土体发生排水固结。
　　（四）土体触变重新恢复
　　强夯时土体强度大幅度下降。当土体接近或产生液化时，强度处于最低值，此时土体处于完全破裂的状态。同时土体中自由水由部分结合水转化而成。在空隙水逐渐消散的同时，土颗粒间进一步靠近并形成新的结合水膜。
　　二、常用的软粘土地基强夯技术
　　（一）挤密碎石桩加强夯
　　挤密碎石桩上部加固效果不如强夯，对于饱满和软土，结合挤密碎石桩加强夯施工，加固效果会非常显著。挤密碎石桩既可起侧向挤密作用又可起竖向排水作用。另外，挤密碎石桩加强夯比单纯挤密碎石桩布桩可稀疏，工艺可简化，而其总费用与单纯挤密碎石桩方案相比基本持平或只略高一点，且加固后可满足一般建筑、工业厂房、设备基础的承载力和变形要求。
　　（二）砂桩加强夯
　　砂桩在饱和软土中只起竖向排水作用，因此其总体加密效果比挤密碎石桩加强夯效果要低些，一般可作为大面积场区地基预处理方案。经过处理后可作为一般建筑、厂房、道路简单设备地基，对于高重设备则需通过验算，必要时还应辅以设备桩基。既便是采用部分桩基也比在饱和软土中直接采用桩基要经济得多，因为此时地基性状经处理后明显改善，桩侧阻力大大提高。消除了湿陷性、液化对桩基承载力的影响，再考虑桩一土共同作用，总体效果更好。
　　（三）真空堆载预压加强夯
　　采用真空预压或堆载预压处理软地基的较多。该工艺相对直接采用桩基等方案造价低，但是周期很长，一般需要近一年甚至更长，且加固效果仅能达到80-l00kPa。根据预压S-T曲线分析发现，一般情况下堆载预压沉降量在最初的3个月发生最多，约占30%-50%，如果工期要求特别紧迫，此前可在软基中设置袋装砂井，在地表铺设一定厚度的碎石土，既有利于形成横向排水通道，又便于施工机具行走，然后就可以采用小能量强夯加固硬壳层，消除软基的其余部分沉降。
　　（四）强夯碎石墩
　　强夯碎石墩工艺是将普通强夯的夯锤平底面改造成尖锥形底面，直径缩小，将其吊起后砸入地基内，形成锥状夯坑，将夯锤拔出后向夯坑内填注碎石形成碎石墩，然后再次夯击，将碎石墩的碎石夯击挤入软土中，起到置换和加固效果。
　　三、强夯加固软粘土地基的应用
　　（一）工程概况
　　某高速公路某标段处于低洼地，常年积水，在地基处理强夯影响深度范围内粉砂质粘土、淤泥粉质粘土，天然含水量为36%—46%，大于液限，粘粒含量高，孔隙比1.05，塑性指数21，压缩系数为0.6×10MPa，灵敏度系数5。该段地基属于软基处理地段，并且该段为高填方路基，平均填土高度为10.3米。本工程对用地的地基进行强夯处理，要求强夯后地基承载力不小于0.13KPa，土基回弹模量不小于30MPa。
　　（二）强夯设计参数
　　1、强夯置换
　　（1）夯能：2100kN·m；
　　（2）夯锤：圆形柱状锤夯（以钢板为外壳内灌混凝土），锤重15T，设置4个上下贯通的气孔，孔径为250mm，落距6～11.5m，锤高2.6m；
　　（3）击数：≥18击；
　　（4）夯点布置：8m×8m中间插点，正方形布置，1遍；
　　（5）收锤标准：最后两击平均夯沉量不大于20cm；夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。
　　2、普通点夯
　　（1）夯能：3100kN·m；
　　（2）夯锤：圆形铸铁锤，锤重不小于150kN，直径不小于1.5m；
　　（3）击数：≥10击；
　　（4）夯点布置：8m×8m中间插点，1遍；
　　（5）收锤标准：最后两击平均夯沉量不大于10cm；夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。
　　3、满夯
　　满夯夯能：1200kN·m（1遍），锤印相互搭接1/4锤底直径。
　　（三）强夯施工方法
　　1、强夯置换
　　（1）放样后，将强夯机械夯锤吊起，调整好强夯机，准确对位在夯点上。在指挥人员的指挥下将锤对准第一个夯点的中心，对点误差控制在±15cm内。
　　（2）测量人员用水准仪测出夯锤锤顶标高和夯点周围土的标高（即标尺读数），将其数据记录在《强夯施工记录表》上。
　　（3）在指挥人员的指挥下提升夯锤至预定的高度后自动脱钩器启动脱钩，夯锤自由下落。夯锤落下后，测量人员用水准仪测出锤顶标高，填入表内。
（4）施工过程中落锤保持平稳，夯位正确。如错位或坑底倾斜过大，应及时用砂土将坑底整平，才能进行下一次夯击。
　　（5）按照第1击的施工方法进行第2击、第3击……的施工。强夯置换击数≥18击，夯坑每次打至1.5m深临近提锤困难（约3～5击），装载机用砂将夯坑填满后继续强夯，如此反复3～5次；普通点夯击数≥10击，一般不加填料。当夯沉量出现逐渐收敛并出现连续两击平均夯沉量符合收锤标准时即可收锤。
　　（6）强夯机提锤移至第二点按第1点的施工方法依次进行施工。夯坑达到一定数量后，填写夯坑隐蔽验收单请监理工程师验收签字，然后用装载机将夯坑周围的土填平夯坑。
　　（7）发现夯坑周围有隆起现象的，测量人员必须做好隆起位置、隆起值记录，隆起值超过20cm的，一般表明场地含水量过高或有软弱下卧层，应停止夯击，待采取相应措施后方可继续施工。
　　（8）强夯置换后，进行场地平整。间隔7～14d后，再进行普通点夯。
　　2、普通点夯
　　（1）普通点夯夯点放样，以各区角点控制桩为基准点，按经监理工程师批准的夯点平面布置图，用全站仪和50m的钢卷尺施放出普通强夯的两个夯点，误差控制在±5cm。
　　（2）普通强夯点夯施工，在普通点夯完工后7～14d，同上述强夯置换的施工方法相同。
　　（3）普通强夯后，进行场地平整。间隔7～14d后，再进行满夯。
　　3、满夯
　　对已整平的场地进行满夯，并测得夯后标高。
　　（四）强夯试验结果分析
　　1、强夯置换试验结果
　　根据测试数据说明，按平均夯沉能大于30cm，每夯点最后两击的平均贯入度小于20cm作为停夯的判定是可行的。因此，在其他施工路段强夯置换施工时可按单点击数为19击进行施工可满足质量控制标准。
　　2、普通点夯试验结果
　　据测试数据说明，按平均夯沉能大于12cm，每夯点最后两击的平均贯入度小于10cm作为停夯的判定是可行的。因此，在其他施工路段普通点夯施工时可按单点击数为10击进行施工可满足质量控制标准。
　　3、满夯施工
　　普通点夯后，进行场地平整。间隔14d后进行满夯，满夯的夯能为1200kN·m（1遍），锤印相互搭接1/4锤底直径并测得夯后标高。满夯后，本工程对用地强夯后地基承载力检测和土基回弹模量检测，经地基承载力检测的数据显示都不小于0.13MPa，土基回弹模量的数据显示都不小于30MPa，都满足设计要求及施工规范要求。
　　参考文献：
　　[1]邱嘉荣.强夯法在吹填淤泥砂地基处理中的应用[J].科技致富向导，2011（20）
　　[2]马伟光，贾天旭.提高强夯施工效率和改进深层加固效果的途径[J].黑龙江科技信息，2011（05）

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