高填方地基强夯法施工技术

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  【摘 要】随着建设工程的发展,建设工程所面临的的环境也越复杂。高填方区建筑场地,填方区多为人工抛填块石及粒径极不均匀的填土,这种场地相比而言具有很大的特殊性,需要经过特定的方式进行处理。强夯法施工技术的运用,能够很好的借鉴这种问题。基于此,文章对高填方地基强夯法施工技术进行分析,以期能够提供一个借鉴。
  【关键词】高填方地基;强夯法;施工技术
  1.工程概况
  拟建工程位于萧山江东工业园区。场地系40年前钱塘江潮间浅滩,常遭受到潮水浸没,后经人工围垦造陆而成,土层暴露地表逐渐失水氧化固结形成,早期成为耕地,为灌溉挖掘了纵横方向人工河道,近年随着工业的发展,发展成为经济开发区。
  场地现状为空阔地,正进行土方回填,原地势低洼,为养鱼而挖成较多的养鱼塘(布满鱼塘),鱼塘现已回填,因此表层分布较大面积的回填土,在地貌上场地属于钱塘江冲海积平原。由于填方区范围大,回填厚度较厚,为3~6m不等。回填过程中尚未作压实处理,拟对厂区内地基进行强夯处理。
  2.强夯法的原理及特点分析
  强夯法指的是为提高软弱地基的承载力,用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法,称动力固结法,利用起吊设备,将10t~40t的重锤提升至10m~40m高处使其自由下落,依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基,一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法;并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明:在100t·m~200t·m夯实能量下,一般可获得3m~6m的有效夯实深度。这是在重锤夯实法基础上发展起来的,而其加固机理又与它不一样,这是一种地基处理的新方法。
  强夯过后土体会通过以下4个阶段使得土体强度持续提高:
  (1)夯击能量转化使得土质强制压缩且伴随土体震密(表现为土体内气体排出,孔隙水压力随之上升);(2)部分土体液化或者土体结构发生破坏(表现为原有土体强度降低或者土体的抗剪强度弱化);(3)土体排水固结压密(表现为土体渗透性能改变,土体裂隙发展稳定,土体强度提);(4)土体内部触变恢复且伴随固结压实(表现为部分自由水又变成薄膜水,土的强度随之继续提高)。影响强夯效果的因素较多,其中土质及其特性是最主要的原因,土体本身的特性在很大程度上影响强夯的质量。除此之外强夯能级、夯击锤、强夯冲击布点、单点夯击次数、夯击遍数以及间歇时间的影响也不可忽视。因此采用强夯法的主要设计参数就包括,确定有效加固深度、夯击点布置、夯击能量、夯击次数、夯击遍数、遍数间隔时间,根据这些设计参数的要求制定相应的强夯处理方案。
  3.高填方强夯施工方法
  3.1强夯的施工
  (1)夯点的夯击次数,应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线及当地经验确定,且应同时满足下列条件:
  A.最后两击的平均夯沉量:当采用6000kN.m能级时不大于100mm;当单击夯击能量较大时不大于200mm。
  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。
  (2)夯击遍数应根据地基土的性质确定,一般情况下,可采用2~3遍,最后再以低能量满夯两遍。对于渗透性弱的细粒土,必要时夯击遍数可适当增加。
  (3)两遍夯击之间应有一定的时间间隔。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时,可根据低级土的渗透性确定,对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间,应不少于3~4周;对于渗透性好的地基土可连续夯击。
  (4)夯击点位置可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5~3.5倍,以后各遍夯击点间距可与第一遍相同,也可适当减小。
  (5)试夯建议采用三遍主夯加一遍满夯,主夯夯击能6000kN-m,满夯能级为1500kN-m~2000kN-m(具体夯击能根据单点夯试验情况确定)。夯锤要求采用圆形平底的钢锤。前三遍夯需满足最后两击平均夯沉量不大于100mm,且夯坑周围地面不发生过大的隆起。每遍夯完后,将夯坑填平。夯击数按试夯确定,满夯按1/4锤径搭接。
  3.2强夯夯击能与击实试验击实功的对比
  本文以8000kN·m能级为例,如图2所示,选取图中的阴影部分为计算单元。由于满夯主要用于处理浅层,夯击能计算中不考虑满夯的锤击数,同时计算单元的角点及边线上的点,与其他单元共用,应进行折算,各能级强夯的夯击能计算公式为:
  其中V=Ah式中:E为夯击能;m为强夯的遍数;ni为第i遍强夯的锤击数,计算单元角点及边线上的点,与其他单元共用,应进行折算;Ei为第i遍强夯的单击夯击能;V为计算单元所表示的土体体积;A为计算单元面积;h为填土厚度。
  从高填方场地自身的特殊性,考虑场地的后期沉降稳定性,建议采用“薄分层,低能级”或者“先高后低”等原则进行处理,确保上层(后期建构筑物的主要持力层)填筑体的质量。建议延长施工期的跨度或场地施工完成后静置一段时间,确保工程安全。
  高填方工程的主要特点:场地地形、地貌、地质条件复杂,土石方工程量大,施工工期紧、质量要求高。从试夯施工过程中来看,动态设计和信息化施工非常必要,现场有代表性的选取一个或几个试验区,施工前进行试夯或试验性施工,为大面积填土强夯法处理设计提供依据。
  3.3强夯施工控制要点
  (1)控制单击夯击能级:强夯效果主要取决于强夯单击能的大小。一般情况下,应该根据工程的地质条件和处理需要来确定强夯能级的大小。在强夯单击能的控制上,应该让夯锤重量与落点距离的比例接近1:4,这种比例下,可以有效的提高强夯效果,满足工程参数要求。
  (2)合理设置强夯布点及夯距:强夯布点可以遵循以下原则:夯距应不小于夯锤直径的1.5倍,且大于有效影响深度,通常情况下,软土、粘性土地基应该取最大值,而黄土、粉土地基尽量取中间值。   (3)确定最佳夯击能:最佳夯击能由两方面因素决定,即单击夯击能和单点夯击数。最佳夯击能的确定标准是,强夯地基的空隙水压力与土体的自重压力相等时的夯击能。不同的单击夯击能将对强夯效果和经济费用产生明显影响。
  (4)调整夯击遍数:工程经验表明,强夯击数并不一定与加固程度成正比关系,即只有在夯击击数适宜的前提下,才有可能获得最佳效果。当夯击击数超过最佳值时,土体不但不能压密,反而产生过大的侧向挤出。
  (5)夯击时间间隔:强夯后,只有等到孔隙水压力完全消散之后,才能够开始第二阶段强夯作业,对于砂性土来说,孔隙水压力瞬间消散,能够不间断作业,对于粘性土来说,时间间隔控制在2-4周左右才能满足要求。检测时间也需要根据土质来确定,一般情况下,碎石土检测时间为3-5天,有淤泥质下卧层的检测时间应为10-15天。
  3.4强夯施工注意事项
  (1)夯锤重其底面形式宜采用圆形。锤底面积宜按土的性质确定,锤底静压力值可取25~40kPa,对于细颗粒土锤底静压力宜取小值。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取250~300mm。
  (2)强夯施工宜采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备。采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采取其它安全措施,防止落锤时机架倾覆。
  (3)当地下水位较高,夯坑底积水影响施工时,宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料。夯坑内或场地积水应及时排除。
  (4)强夯施工前,应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成破坏。
  (4)当强夯施工所产生的振动,对邻近建筑物或设备产生产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。
  结束语
  通过上述的工程实例的运用,可以发现在高填方施工中运用强夯法具有非常大的作用。强夯法用于压实土体时应根据初始含水率、初始干密度等土体基本情况拟定相应的夯击击数、夯锤直径、夯击能的方案。与其他地基处理方法比较,强夯法是处理高填区地基的一种有效方法。在实际的运用过程中,要结合实际的工程,采用相应的技术措施。此外,还应当采取相应的质量控制措施,从而不但提高工程的质量。
  参考文献:
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