強(qiáng)夯法在加固人工填土中的應(yīng)用

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強(qiáng)夯法經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和應(yīng)用，已適用于處理一般粘性土、飽和砂土、碎石土、粉土、人工填土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土等地基，從而提高地基強(qiáng)度，降低壓縮性，提高土層均勻性，減小地基不均勻沉降。本文通過(guò)介紹位于南京市江寧區(qū)的某廠房地基處理的工程實(shí)例，來(lái)探討強(qiáng)夯法動(dòng)力密實(shí)機(jī)理在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

1、工程概況

某機(jī)電公司一期主廠房地基處理工程位于江寧科學(xué)園，工程面積約為2.58萬(wàn)平方米，上部結(jié)構(gòu)為輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，地基處理之前的原狀場(chǎng)地為水田，回填土為素填土，含水量最大值為30.1%，最小值為22.0%，平均值為24.6%，地基土飽和度平均值74.28%，孔隙比為0.903。設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯法進(jìn)行回填土地基加固處理，要求處理后場(chǎng)地承載力特征值fak≥120KPa。

2、地質(zhì)情況

2.1擬建場(chǎng)地巖土層分布自上而下：①層：素填土，松散，層厚1.50～6.30m；②層：粉質(zhì)粘土，灰褐～灰黃色，濕～飽和，可塑，局部軟塑，呈中等壓縮性，層厚0.0～2.80m；③層：粉質(zhì)粘土，黃褐色，稍濕，硬塑，呈低壓縮性，層厚0.00～2.80m；④層：殘積土，雜色，上部含較多卵礫石，硬～堅(jiān)硬。層厚2.10～5.00m；⑤-1層：強(qiáng)風(fēng)化巖，灰白～雜色，堅(jiān)硬。

2.2土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)                                                 表2-1

巖土層序號(hào)

統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

含水量w

重度p

孔隙比

塑性指數(shù)

液性指數(shù)

壓縮系數(shù)a1-2

壓縮模量

%

KN/m3

e

Ip

Il

MPa-1

MPa

①

平均值

24.6

17.9

0.903

14.4

0.31

0.51

4.35

變異系數(shù)

0.11

0.03

0.08

0.08

0.53

0.44

0.41

②

平均值

25.3

19.5

0.758

13.8

0.49

0.30

5.9

變異系數(shù)

0.05

0.01

0.04

0.08

0.19

0.08

0.09

③

平均值

20.4

20.1

0.640

14.4

0.17

0.24

7.02

變異系數(shù)

0.05

0.01

0.05

0.04

0.38

0.09

0.07

3、設(shè)計(jì)要求

3.1地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后承載力特征值fak≥120KPa；Es1-2≥5.0MPa。

3.2地基處理主要技術(shù)指標(biāo)：

夯點(diǎn)間距為3.5米，正三角形布置夯點(diǎn)，單點(diǎn)擊數(shù)6～8擊，單擊夯擊能量1800～2000KN-m；滿夯能量1200 KN-m，一遍兩擊1/4錘徑搭接；夯點(diǎn)最后二擊平均夯沉量控制在80-100mm；填土較厚區(qū)域適當(dāng)加大夯擊能量；

點(diǎn)夯停錘標(biāo)準(zhǔn)：最后兩擊平均沉降量不超過(guò)10cm，夯坑深度不超過(guò)1.6m。

4、強(qiáng)夯施工

4.1強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備選用：起吊設(shè)備選用W200A型履帶式起重機(jī)，采用自動(dòng)脫鉤裝置；夯錘選用錘重120kN～160kN，夯錘直徑取2.4m。

4.2強(qiáng)夯單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)：

由于該場(chǎng)地填土?xí)r間短，厚度不均勻（1.50m～6.30m），回填施工未實(shí)施分層填筑，土層情況比較復(fù)雜，施工前的幾個(gè)月南京地區(qū)降雨量較大，受雨水浸泡土質(zhì)含水量較大。如果直接采取最初確定的施工參數(shù)進(jìn)行施工，加固處理效果可能不夠理想。為了間接了解欲處理的地基土情況，驗(yàn)證設(shè)計(jì)施工參數(shù)的可行性，綜合考慮施工工期比較緊、施工單位施工經(jīng)驗(yàn)豐富等因素，決定在大面積施工前選取有代表性區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單點(diǎn)夯擊能試驗(yàn)，以確定和優(yōu)化設(shè)計(jì)施工參數(shù)，選取合適的夯擊能量、單點(diǎn)夯擊數(shù)、夯點(diǎn)布置、夯擊遍數(shù)等。

4.2.1結(jié)合工程地質(zhì)勘察報(bào)告，根據(jù)場(chǎng)地含水量大小、回填土厚度以及設(shè)計(jì)施工參數(shù)等，在場(chǎng)地選擇A、B、C三個(gè)不同區(qū)域的進(jìn)行單點(diǎn)夯擊試驗(yàn)。

4.2.2通過(guò)分別布設(shè)在四個(gè)不同方向上距離夯點(diǎn)不同距離的觀測(cè)樁在夯擊過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的變化，計(jì)算和分析夯擊過(guò)程中地基土被有效壓縮以及夯坑周圍土體的隆起情況。

4.2.3夯機(jī)就位，夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置；根據(jù)設(shè)計(jì)單擊夯能及錘重確定落距；

4.2.4每擊夯沉量及周圍土體隆起情況的觀測(cè)：

a、夯前測(cè)量各組觀測(cè)樁及夯錘頂平面的標(biāo)高；

b、隨后每夯一擊均觀測(cè)各組測(cè)樁及夯錘頂平面的標(biāo)高；

c、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算每一擊的夯沉量與周圍土體的隆起量；

d、繪制每擊的沉降量與隆起量的曲線圖；

e、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)及繪制的曲線圖進(jìn)行分析，確定合適的夯擊能及擊數(shù)；

f、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)相關(guān)要求確定停錘標(biāo)準(zhǔn)。

4.3單點(diǎn)夯試驗(yàn)施工中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

    場(chǎng)地土體含水量較大的A點(diǎn)，強(qiáng)夯時(shí)出現(xiàn)夯沉量大、夯坑過(guò)深，最后沉降量難以控制，不能滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且拔錘困難；回填土含水量較小的B點(diǎn)，強(qiáng)夯時(shí)夯沉量較均勻，最后夯沉量偏大； C點(diǎn)試驗(yàn)情況與B點(diǎn)相類似。

4.4根據(jù)以上施工情況，補(bǔ)充以下施工方案：

4.4.1鑒于施工區(qū)域回填土較厚及土層多為滲透性較好的粉質(zhì)粘土，在遭遇陰雨天氣的情況下及時(shí)排除作業(yè)面雨水尤為重要。在未施工的作業(yè)面及場(chǎng)地周邊沿施工區(qū)域邊緣用機(jī)械開(kāi)挖深約1.5～2.5m的排水溝，并與現(xiàn)場(chǎng)排水系統(tǒng)相貫通，排水方向服從現(xiàn)場(chǎng)總排水；施工區(qū)表面的雨水通過(guò)人工開(kāi)挖淺溝排入作業(yè)區(qū)周圍的主排水溝中；在已施工的區(qū)域（施工時(shí)先從排水方向逆向施工，成型工作面整形時(shí)適當(dāng)形成排水坡度）邊緣挖一條深50cm的排水溝將已施工區(qū)積水排向排水溝。

4.4.2為保證施工進(jìn)度，在施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備足夠的塑料薄膜用于作業(yè)面覆蓋。根據(jù)天氣預(yù)報(bào)信息，準(zhǔn)備薄膜覆蓋一到二天的工作場(chǎng)地，雨后根據(jù)覆蓋場(chǎng)地土的含水情況確定能否立即開(kāi)展施工，以便縮短雨天影響。當(dāng)30cm內(nèi)的土含水率大于25%時(shí)用推土機(jī)將該層土推掉20cm再進(jìn)行強(qiáng)夯施工。

4.4.3由于部分施工區(qū)域回填土一次虛鋪厚度達(dá)6.5m，土質(zhì)較松散，在能量為2000KN-m、夯6擊的施工過(guò)程中已出現(xiàn)夯坑深度達(dá)2.5m，而且夯坑周圍無(wú)隆起的現(xiàn)象。為保證工程質(zhì)量和減少地基后期沉降，采取針對(duì)不同填土厚度采用不同的夯擊能量和增加夯擊遍數(shù)來(lái)處理，即對(duì)于填土厚度大于3.5m的區(qū)域，第一遍強(qiáng)夯時(shí)增大夯擊能量到2400～2500KN-m，以坑深度不大于2.5m和拔錘不困難為停夯控制標(biāo)準(zhǔn)，如以上標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)，可適當(dāng)增加一遍夯擊，通過(guò)本遍強(qiáng)夯以達(dá)到深層土體加固的目的。第二遍強(qiáng)夯采用設(shè)計(jì)施工參數(shù)指導(dǎo)施工，降低能量至設(shè)計(jì)值1800～2000KN.m，以最后兩擊夯沉量7～10cm和夯擊數(shù)作為停夯控制標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到淺層加固之目的，同時(shí)加大滿夯能量到1500KN-m。

4.4.4施工中根據(jù)氣象數(shù)據(jù)（陰晴、氣溫、風(fēng)力）、地基土體含水量、土體孔隙水壓力消散情況等綜合因素開(kāi)展施工，控制好施工間歇，避免出現(xiàn)“彈簧土”、“橡皮土”等強(qiáng)夯施工質(zhì)量問(wèn)題。

5、夯后檢測(cè)

夯后共進(jìn)行了三組載荷試驗(yàn)，載荷板面積為1.0m×1.0m，分別為試1、試2、試3，極限加載按240kN考慮，共分8級(jí)加載，第一級(jí)加載30kN，然后按每級(jí)30kN遞增直至加載240kN為止。三組荷載試驗(yàn)參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-11                                   表5-1

序號(hào)

荷載（Kpa）

試1沉降量（mm）

試2沉降量（mm）

試3沉降量（mm）

0

0

0.00

0.00

0.00

1

30

0.47

0.43

0.44

2

60

1.01

1.03

0.95

3

90

1.71

2.41

2.00

4

120

2.60

4.04

3.72

5

150

4.03

6.50

5.25

6

180

5.64

11.00

7.99

7

210

7.56

17.47

11.94

8

240

9.94

25.93

18.23

 

 

              

 

由5-1可知：三組載荷試驗(yàn)所測(cè)各點(diǎn)p～s曲線均無(wú)明顯的比例極限，也未出現(xiàn)陡降段。因此所測(cè)各點(diǎn)極限承載力不小于240Kpa，夯后地基承載力特征值不小于120KPa。

6、結(jié)論

通過(guò)預(yù)期的強(qiáng)夯加固效果：使土體有效固結(jié)，減小孔隙比，降低含水量，加快地基土的前期固結(jié)沉降，提高地基承載力，加固后地基土承載力特征值達(dá)到要求的120kPa以上。

7、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

7.1地基處理期間，對(duì)于降雨量較大地區(qū)時(shí)，施工時(shí)防止雨水浸泡夯坑和表層土是保證工程質(zhì)量的一個(gè)重點(diǎn)，雨季施工的質(zhì)量保證措施主要是：

堅(jiān)持信息施工，積極收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，隨時(shí)作好天氣變化的應(yīng)對(duì)措施。遇降雨天氣，應(yīng)在天氣降雨之前及時(shí)推平夯坑，并使作業(yè)面形成一定的流水坡度，以便雨水及時(shí)流走，推平后立即進(jìn)行碾壓封水；降雨后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)增加開(kāi)挖排水溝，及時(shí)排水。

合理控制強(qiáng)夯間隔時(shí)間。

抓住晴好天氣連續(xù)施工，每塊場(chǎng)地施工要求一次強(qiáng)夯完成，不留尾巴。

7.2應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)，正確處理特殊土層變化

明確夯點(diǎn)的擊數(shù)與最終沉降量的控制指標(biāo)，但由于小范圍的試驗(yàn)與大范圍施工的地質(zhì)情況及相關(guān)擾動(dòng)條件略有不同，反映在強(qiáng)夯過(guò)程中即引起地面最終夯沉量與試驗(yàn)夯沉量的符合程度會(huì)有所不同。

由于現(xiàn)場(chǎng)回填土層厚度很不均勻，回填土質(zhì)情況復(fù)雜多變，在強(qiáng)夯過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)種種異常，夯坑深度及最后沉降量會(huì)隨場(chǎng)地回填土深度及含水量和土質(zhì)情況而大大不同，這直接影響到強(qiáng)夯后回填土的密實(shí)性、均勻性及強(qiáng)夯加固深度，從而影響強(qiáng)夯后地耐力和后期地基土的沉降。為此，在強(qiáng)夯過(guò)程中應(yīng)擬定合理靈活的技術(shù)處理措施。