強(qiáng)夯法在消除建筑地基黃土濕陷性的應(yīng)用范文

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《江蘇建設(shè)》2016年第5期

摘要：雖然采用強(qiáng)夯法消除黃土濕陷性得到了廣泛的使用，但強(qiáng)夯施工參數(shù)的設(shè)計(jì)沒(méi)有統(tǒng)一、成熟的理論指導(dǎo)。由于各地域黃土地質(zhì)情況復(fù)雜多變，且受外界其它多種因素的影響，如按照有關(guān)文獻(xiàn)、規(guī)范所提供的某種方法進(jìn)行施工參數(shù)，達(dá)到的實(shí)際處理效果與目標(biāo)值之間偏差較大。因此，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試夯獲得適宜特定項(xiàng)目的強(qiáng)夯施工參數(shù)顯得尤為重要。期待本項(xiàng)目中強(qiáng)夯法消除黃土濕陷性現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)的確定方法能為其它項(xiàng)目的施工實(shí)踐提供參考。

0引言

為了消除黃土濕陷性對(duì)工程建筑地基造成的不良后果，國(guó)內(nèi)及國(guó)際上的眾多工程技術(shù)人員及學(xué)者在進(jìn)行了大量研究及實(shí)踐后，為消除黃土的濕陷性而發(fā)明了很多地基處理的技術(shù)、方法及措施。其中，強(qiáng)夯作為經(jīng)常使用的一種方法及手段，具有效果顯著、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低及工期短等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工程處理黃土濕陷性時(shí)得到了廣泛應(yīng)用。但強(qiáng)夯施工的技術(shù)參數(shù)較多，且各地域黃土的地質(zhì)特征復(fù)雜性及其他影響因素的存在，強(qiáng)夯理論尚未完善，僅按規(guī)范、文獻(xiàn)和以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)夯施工參數(shù)的確定往往出現(xiàn)較大偏差，很難達(dá)到預(yù)期的處理效果。本項(xiàng)目基于經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)規(guī)范的取值要求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)的初步擬定，然后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試夯，通過(guò)對(duì)試夯所得量測(cè)數(shù)據(jù)、土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及對(duì)比，最終確定了最適宜本項(xiàng)目黃土性質(zhì)的強(qiáng)夯施工參數(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)，從而確保了地基處理的質(zhì)量。

1工程概況

擬建LUBANGO居民新城屬安哥拉十萬(wàn)套R(shí)ED項(xiàng)目其中之一，擬建住房為11000套，當(dāng)?shù)匾?guī)劃局給出的地塊（如圖1所示）測(cè)量占地面積約11.6平方公里，擬建項(xiàng)目包括社會(huì)住房，供水、供電、道路等基礎(chǔ)設(shè)施和學(xué)校、商業(yè)配套等社會(huì)設(shè)施。社會(huì)住房分單層、二層或少數(shù)三層等建筑形式。擬建建筑物將以傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)建設(shè)為主，可能使用預(yù)制混凝土墻板結(jié)構(gòu)體系或輕鋼結(jié)構(gòu)體系的工廠化建筑體系。LUBANGO居民新城位于安哥拉南部城市LUBANGO城東北側(cè)QILUNBA區(qū)，直線距離約為20km，中心位置經(jīng)緯度為東經(jīng)13°31'55''，南緯14°50'03''。擬建場(chǎng)地處在威拉高原區(qū)，擬建場(chǎng)地整體呈現(xiàn)南高北低的地勢(shì)，在場(chǎng)地大部分區(qū)域基礎(chǔ)直接持力層主要以黃土為主，地基土存在差異化現(xiàn)象，地基土水平和縱向分布不均勻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)載荷浸水試驗(yàn)結(jié)果，地基土在干燥狀態(tài)下具有一定的強(qiáng)度，但增濕浸水后很快發(fā)生軟化崩解，強(qiáng)度大幅降低，探井試樣（深度1～2m）的濕陷系數(shù)為0.039～0.166，平均值為0.124。現(xiàn)場(chǎng)浸水載荷試驗(yàn)200kPa下的附加沉降為17.2mm～57.6mm，s/d為0.030～0.102。

2消除黃土濕陷性的處理方法及要求達(dá)到的效果

為了提高地基強(qiáng)度、增強(qiáng)地基土的均勻性及消除地基土的濕陷性，設(shè)計(jì)單位要求采用強(qiáng)夯法對(duì)地基進(jìn)行處理。本項(xiàng)目采用強(qiáng)夯法消除黃土地基濕陷性的設(shè)計(jì)要求如下：①?gòu)?qiáng)夯后消除黃土的濕陷性，達(dá)到中等密實(shí)，強(qiáng)夯的有效加固深度要超過(guò)4m。②地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后，其承載力要≥120kPa以上。由于本項(xiàng)目處理的濕陷性黃土性質(zhì)非常復(fù)雜，以往在國(guó)內(nèi)強(qiáng)夯法消除黃土濕陷性的施工經(jīng)驗(yàn)及各類(lèi)研究成果很難完全適合于本項(xiàng)目，因此，為了確保達(dá)到處理效果，決定在大面積施工前進(jìn)行試夯，對(duì)初步擬定的強(qiáng)夯施工參數(shù)的處理效果進(jìn)行測(cè)評(píng)，調(diào)整、優(yōu)化施工參數(shù)，以確保設(shè)計(jì)出適應(yīng)本項(xiàng)目土質(zhì)特征的強(qiáng)夯施工參數(shù)。

3強(qiáng)夯法施工參數(shù)的初步擬定、試夯及優(yōu)化

3.1強(qiáng)夯施工參數(shù)初擬的方法

3.1.1有效加固深度

有效加固深度既是選擇單擊夯擊能的重要依據(jù)，又反映了處理效果。加固深度估算為強(qiáng)夯法施工中非常重要的設(shè)計(jì)步聚，但目前尚未有完好的解決方法。本項(xiàng)目基于工程實(shí)踐，采用梅納公式的修正公式進(jìn)行加固深度的估算。

3.1.2單擊夯擊能

本項(xiàng)目采用的單擊夯擊能：220×9=1980kN•m。3.1.3夯擊次數(shù)通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試夯，由夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線所選定。并要同時(shí)滿足如下要求：①夯坑四周的原地面不出現(xiàn)過(guò)大隆起；②夯坑不能過(guò)深而致使難以起錘；③每次夯擊的夯沉量不得太小，太小無(wú)加固效果。

3.1.4夯擊遍數(shù)

要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)濕陷性黃土的性質(zhì)確定，通常黃土強(qiáng)夯的主夯夯擊遍數(shù)為兩遍。因本項(xiàng)目地下水量較少，黃土密實(shí)度較低，孔隙水不易消散，而項(xiàng)目對(duì)地基土的要求較高，故主夯夯擊遍數(shù)選擇3遍。最后再以低夯擊能滿夯一遍，以將地基表面松散的土體夯擊密實(shí)。

3.1.5夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距

因本項(xiàng)目地基處理的面積較大，為了確保強(qiáng)夯后的地基質(zhì)量均勻，夯擊點(diǎn)按等正方形布設(shè)，這樣的布置形式不僅比較規(guī)整，且也便于組織強(qiáng)夯施工。夯點(diǎn)間距通常由加固的黃土性質(zhì)及要求處理的深度而定，因本項(xiàng)目處理深度為4m，根據(jù)一些文獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，夯點(diǎn)間距暫定為4.5m。

3.1.6間歇時(shí)間

間歇時(shí)間為兩遍夯擊間的體停時(shí)間，設(shè)置間歇時(shí)間是為了使土體的孔隙水壓力得到到消散，即孔隙水壓力消散后，方可進(jìn)行下一遍的夯擊，綜合黃土性質(zhì)、孔隙水壓力消散、夯擊遍數(shù)等考慮，間歇時(shí)間初步設(shè)置為10d。完成全部強(qiáng)夯完成后，間歇14d后再進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

3.1.7強(qiáng)夯加固范圍

由于建筑基礎(chǔ)具有應(yīng)力擴(kuò)散的作用，故強(qiáng)夯處理的范圍需超過(guò)基礎(chǔ)范圍，也就是建筑場(chǎng)地需要設(shè)定一定范圍的超夯寬度，以確保承受基礎(chǔ)應(yīng)力范圍內(nèi)的地基均得到強(qiáng)夯處理。具體的超夯范圍，需根據(jù)構(gòu)筑物的類(lèi)型、重要程度等因素綜合確定，本項(xiàng)目強(qiáng)夯范圍超出建筑物基礎(chǔ)外緣不小于3m。

3.2初步擬定的施工參數(shù)本項(xiàng)目

根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)擬建建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其產(chǎn)生的荷載情況，并結(jié)合土工試驗(yàn)結(jié)果及要求的加固深度，初步確定本項(xiàng)目強(qiáng)夯施工所采用的夯錘重量為22t，錘底面積為4.2m2。夯點(diǎn)按正方形形布設(shè)，夯點(diǎn)間距4.5m。總夯擊遍數(shù)為4遍，即主夯3遍+1遍滿夯。夯錘提升高度為9m，即主夯單擊夯能為1980kN•m，單點(diǎn)夯擊次數(shù)為8～10次。滿夯單擊夯能1000kN•m，滿夯時(shí)夯印搭接1/4，連續(xù)夯擊。每遍夯擊的間歇時(shí)間均按10d，以上強(qiáng)夯設(shè)計(jì)目標(biāo)為消除4m以?xún)?nèi)黃土的濕陷性，并處理過(guò)后的地基承載力≥150kPa以上，地基土中等密實(shí)。

3.3按初步擬定的參數(shù)進(jìn)行試夯

根據(jù)上述所初步擬定的強(qiáng)夯施工參數(shù)，在本項(xiàng)目選擇了一處20×20地塊作為強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試夯，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了夯沉量、地面隆起等方面的量測(cè)。在試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯10d后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入度及探坑取樣室內(nèi)土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，土層標(biāo)準(zhǔn)貫入度擊數(shù)較強(qiáng)夯前得到明顯提高，強(qiáng)夯前4m以上填土標(biāo)準(zhǔn)貫入度擊數(shù)為4～6次，強(qiáng)夯后增大至9～12次，明顯改善了地基土的力學(xué)性能。含水量降至平均值17.5%，天然容重提高至平均值17.6kN／m3，孔隙比低于0.73。地基土濕陷系數(shù)小于0.015，消除了黃土的濕陷性。

4強(qiáng)夯的效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

經(jīng)試夯后進(jìn)行了強(qiáng)夯參數(shù)的調(diào)整，為了驗(yàn)證施工最終參數(shù)的合理性，施工期間按規(guī)范要求的辦法及頻率進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。圖2、3、4為本項(xiàng)目選取的兩處（1、2號(hào)測(cè)坑）有代表性的夯坑進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)。測(cè)坑取樣試驗(yàn)深度為5m,每0.5m取樣一組，每個(gè)測(cè)坑取樣11組，對(duì)土樣進(jìn)行天然容重、黃土濕陷性檢測(cè)。同時(shí)，也按深度間距0.5m進(jìn)行地基承載力檢測(cè)。①由強(qiáng)夯前后土體天然容重的變化情況分析加固效果，判斷有效加固深度是否滿足要求。②由強(qiáng)夯地基承載力變化情況分析加固效果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位觸探試驗(yàn)，測(cè)定地基承載能力。③進(jìn)行強(qiáng)夯后黃土濕陷性變化試驗(yàn)。以測(cè)定地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后是否還具有濕陷性。試驗(yàn)采用單線法進(jìn)行。

5結(jié)束語(yǔ)

目前強(qiáng)夯法處理黃土濕陷性的施工技術(shù)參數(shù)較多，由于黃土土質(zhì)的復(fù)雜多變性及其它影響因素的共同作用下，按現(xiàn)行規(guī)范及其它文獻(xiàn)總結(jié)提煉的公式進(jìn)行施工參數(shù)的設(shè)計(jì)時(shí)，往往在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工效果與設(shè)計(jì)所要達(dá)到的處理目標(biāo)偏差過(guò)大。故建議在初步確定強(qiáng)夯施工參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行試夯，根據(jù)原位力學(xué)測(cè)試及土工試驗(yàn)的結(jié)果，再調(diào)整、優(yōu)化強(qiáng)夯施工參數(shù)，以最終選定適合特定項(xiàng)目的強(qiáng)夯法施工參數(shù)。希望本項(xiàng)目的試夯、試驗(yàn)分析方法及過(guò)程能給其它類(lèi)似項(xiàng)目提供一些借鑒。

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作者：廉友 單位：中鐵十七局集團(tuán)建筑工程有限公司