基于强夯技术应用于湿陷性黄土地基处理的研究

2015-07-15 120 0

   强夯法是湿陷性黄土地基处理较常用的方法。强夯法是依据巨大的冲击能而获得深层压实效果的方法。这种方法是将重锤提高到一定高度后自由落,多次重复夯击地面,使地基土在巨大的冲击力和下振动作用下,产生很大的动应力和冲击波,致使土中,土体局部液化,在夯击点周围一定深度内空隙压缩产生裂隙,形成良好的排水、排气通道,土体内的水分和空气顺利逸出,土体随之固结,从而有效地在影响深度范围内提高土基强度,降低土体压缩性,消除黄土的湿陷性。
 
  1影响黄土湿陷性的因素
 
  1.1粒间的组成对湿陷性的影响
 
  试验说明,粘粒含量越少,湿陷性越强。粘粒在黄土的结构中主要起胶结作用,尤其是小于0.002mm的细粘粒,它所起的胶结作用更加明显。粘粒含量少时,黄土骨架的胶结形式主要是薄膜式,所以这种胶结强度教低,容易破坏,从而湿陷性强;粘粒含量高时,黄土骨架的胶结形式多为镶嵌式,故这种胶结强度高,不容易破坏,从而湿陷性弱。一般来说,黄土中的粘粒含量超过30%时,湿陷性就会基本消失。
 
  1.2可溶盐含量对湿陷性的影响
 
  可溶盐包括易溶盐,中溶盐和难溶盐三种。由于可溶盐在固态时对土粒起胶结作用,但是,溶解后即呈离子状态时就会与土粒表面吸附的阳离了发生置换,所以影响到黄土的湿陷性。一般认为易溶盐(NaCL、KCL、Na2S03、Na2CO3)含量高时黄土的湿陷性强;中溶盐(CaSO4)含量多时湿陷性也越大;难溶盐(CaC03)在黄土中既起骨架的作用又起胶结的作用,即难溶盐的含量越多,湿陷性就越弱。
 
  1.3含水率对湿陷性的影响
 
  天然含水率比较低的黄土湿陷性较强,而天然含水率高的黄土湿陷性就比较弱。所以,当天然含水率大于25%时,或者处于地下水位以下时,黄土就没有湿陷性了。
 
  1.4干重度对湿陷性的影响
 
  黄土的干重度越小,孔隙比就越大,湿陷系数也就越大。一般认为当干重度大于15kN/m3时,黄土的湿陷性基本上就没了。
 
  2工程实例
 
  某住宅小区的地基处理,本工程位于城郊。上部建筑由4根截面尺寸为600mm*600mm的柱了承重,每根柱了上的结构荷载设计值为N=7580kN,M=850kN·m;场地平坦,绝对高程为856.00m,属于低山区,上部覆盖黄土层大于70m。地质勘察深度范围内地层均属第四纪中更新世至全新世洪积形成的,主要由黄土状粉土、黄土状粉质粘土及老黄土构成,地层分布连续且比较稳定,自上而下依次分为6层。
 
  3强夯施工方案设计
 
  强夯方案设计是地基处理能否取得良好效果至关重要环节。所以,方案设计要根据地基处理的目的、工程地质条件,合理地选择强夯能级、夯点间距、夯击击数及施工工艺,还要考虑锤形、锤重等因素。
 
  3.1强夯能级的选择
 
  强夯能级的选择依据地基处理的目的,对于以消除湿陷为主要目的,使用的能级主要取决于要求消除湿陷的深度,消除湿陷的深度越深,使用的能级也就越大,在拟建工程场地,采用6000kN·m能级强夯,估算出有效加固深度为7.5m,满足要求。
 
  3.2夯击点布置及间距
 
  由于基础的应力扩散作用,强夯处理范围应大于建筑物基础范困,每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2~2/3。夯击点可按等边三角形或正方形布置,本工程采用等边三角形的布置形式。
 
  夯击点间距取决于基础布置、加固上层厚度和土质条件等因素。加固土层厚、土质差、透水性弱、含水率高的粘性土,夯点间距宜大,故,夯锤底直径为3.5m,夯击点间距宜取为6.5m,落距20m。
 
  3.3夯击次数
 
  夯击次数是取得较好夯实效果的一个重要方面,应根据地层特点通过试验选择最佳击数。最佳击数通常采用最后二击或者三击贯入度来控制,其目的是使最后几击的夯沉量停留在一个较小的变化范围,击数与夯沉曲线呈现平缓状态即可认为是最佳击数;最后两击的平均夯沉量不大于50mm,当单击能较大时不大于100mm;夯坑周围地而不应发生较大的隆起;不因夯坑过深而引发起锤困难。所以,在本工程,单点一次连续夯击数宜为8~10击。
 
  夯击遍数与单点夯击数是相关的两个参数,对颗粒细、透水性弱、含水量高的土层,宜减少每遍夯击击数,增加夯击遍数;反之,宜增加每遍夯击击数,减少夯击遍数。
 
  3.4间歇时间
 
  间歇时间,是指相邻夯击两遍之间的时间间隔。在强夯的过程中,孔隙水压力消散,地基上稳定后,才能够进行新的夯击作业。对于湿陷性黄土,孔隙水压力的峰值出现在夯击完后的一瞬间,每遍的总夯击能越大,则孔隙水压力消散所用的时间就越长,一般情况下4周左右才能消散。因此,本工程的间歇时间取4周。
 
  4施工工艺
 
  (1)清理并平整施工场地。
 
  (2)用石灰标出第一遍夯点位置,并测量场地高程。
 
  (3)起重机就位,使夯锤对准夯击点。
 
  (4)测量夯前锤顶高程。
 
  (5)将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落,放下吊钩,测量锤顶高程,若发现因坑底、倾斜而造成的夯锤歪斜时,应及时将坑底平整。
 
  (6)重复步骤(5)按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击。
 
  (7)重复步骤(3)~(6)完成第一遍全部夯点的夯击。
 
  (8)用推土机将夯坑填平,并测量场地高程。(9)在规定的时间间隔后,按上述步骤逐次完成全部夯击遍数。最后用低能量满夯,将表层松土夯实,并测量夯后场地的高程。
 
  5强夯技术质量控制
 
  5.1质量控制内容
 
  (1)在强夯施工过程中,要做好监测和记录的工作,检查项目包括夯锤重和落距,还有对夯点放线进行复核,检查夯坑的位置,按要求检查每个夯点的夯击次数以及每次夯击的夯沉量等,检查强夯施工记录,基坑内每个夯点的累计夯沉量,不得小于试夯时各夯点平均夯沉量的95%。
 
  (2)夯击完成后,间隔一周后,各夯点之间任选1处,每隔1m取1~2个土样进行室内试验,测定土的干密度、压缩系数和湿陷系数。
 
  (3)强夯后的土体强度随夯击后间歇时间的增加而增加,强夯效果的检测宜放在地基强夯结束4周左右进行,并采用静荷载试验的方法测定地基承载力。
 
  5.2强夯效果检验
 
  (1)对经过强夯的场地进行载荷试验检验强夯效果。最大加荷量为60t,P-S曲线较平缓,没有出现明显拐点、加荷量大于设计荷载25t的2倍还多,按,S是沉降量,b为承压板宽度,不超过加载值的一半,故该点的地基承载力基本值取为30t,对应的沉降量S为5.5mm。
 
  (2)土工试验检验
 
  在夯实前后取土样进行土工试验,通过以上检验结果可知,采用强夯的方法,夯实前后土层强度和土性参数都得到了很多的提高,加固效果非常显著,基本上消除了黄土的湿陷性。
 
  6结论
 
  强夯法在处理湿陷性黄上地基工程中,已经得到广泛应用,该方法具有处理效果好、造价低、工期短等特点。本文计算了强夯治理湿陷性黄土有效加固深度、加固后地基承载力的影响,结果表明,通过强夯的方法是可以消除地基湿陷性的影响的。

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