張艷濤,王 兵,董艷平

(武漢地質(zhì)工程勘察院,湖北武漢 430051)

強(qiáng)夯法在人工填土地基處理中的應(yīng)用

張艷濤,王 兵,董艷平

(武漢地質(zhì)工程勘察院,湖北武漢 430051)

介紹某體育中心運(yùn)用強(qiáng)夯法處理人工填土地基,針對工程實(shí)際情況,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選定施工參數(shù)(有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、夯擊點(diǎn)布置及分區(qū)處理等),通過試夯、試驗(yàn)檢測結(jié)果,微調(diào)工藝參數(shù),最終保證了良好的處理效果。

人工填土;強(qiáng)夯法;夯擊能;地基處理

0 引言

強(qiáng)夯法軟基處理技術(shù)是20世紀(jì)60年代末由Menard技術(shù)研究所創(chuàng)始的,也稱強(qiáng)力夯實(shí)法。它利用起重機(jī)吊起夯錘,至一定高度后自由落下,給地基以強(qiáng)大的能量沖擊,使土體顆粒重新排列,并排除孔隙中的氣和水,從而提高地基土強(qiáng)度,降低其壓縮性[1]。它具有設(shè)備簡單、施工方便、施工速度快、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行等優(yōu)點(diǎn),在地基處理中得到廣泛應(yīng)用。某體育中心采用強(qiáng)夯法對人工填土進(jìn)行地基處理便是成功的例證。

1 工程概況

該體育中心原始地貌單元為風(fēng)化剝蝕臺地與山前沖積平原接觸地帶,場平后地形地貌基本被破壞。本次地基處理范圍為“二場兩館”主體建筑以外的建筑場地(運(yùn)動(dòng)場、跑道、廣場、停車場、綠地、人工湖、地下通道、地下停車庫、消防車道、水池等),處理面積34.46×104m2,即場地回填整平區(qū)。場平前相對標(biāo)高約7 m,回填厚度0.30～8.80 m,均厚5.80 m,fak<80 kPa,為人工新近堆填,堆填時(shí)間約3個(gè)月?；靥畈牧蟻碜杂谖髂蟼?cè)熱身賽場處山體挖方區(qū),填土層物質(zhì)成分復(fù)雜,主要由含碎石粘性土、全風(fēng)化泥巖、粉砂巖碎塊等組成,局部夾強(qiáng)風(fēng)化泥巖、粉砂巖碎塊石,土石比7∶3,土質(zhì)不均勻。

根據(jù)勘察報(bào)告得知:場地地表水不發(fā)育,地下水主要為賦存于第四系人工填土層中的上層滯水,場地地下水位一般埋深在3.50～9.70 m之間。

2.1 強(qiáng)夯有效加固深度

廣場、停車場、綠地、人工湖、消防車道區(qū)域人工填土厚度超過7 m的范圍,有效加固深度可取7 m,其余地段為全填土厚度。

2.2 強(qiáng)夯處理質(zhì)量技術(shù)要求

綠地、人工湖區(qū)域強(qiáng)夯處理后承載力達(dá)到100 kPa,變形模量達(dá)到8.0 MPa;運(yùn)動(dòng)場、廣場、停車場區(qū)域強(qiáng)夯處理后承載力達(dá)到120 kPa,變形模量達(dá)到10.0 MPa;跑道、消防車道、水池、地下通道、地下停車庫區(qū)域強(qiáng)夯處理后承載力達(dá)到150 kPa,變形模量達(dá)到12.0MPa。

2 強(qiáng)夯技術(shù)要求

3 強(qiáng)夯處理分區(qū)

根據(jù)場地環(huán)境地質(zhì)條件,按不同的場地功能和填土厚度,將本場地強(qiáng)夯處理區(qū)域分為5個(gè)區(qū),11個(gè)亞區(qū),38個(gè)塊段,其中第①區(qū)為不需要進(jìn)行處理區(qū);第②區(qū)為處理后地基承載力達(dá)到150 kPa,變形模量達(dá)到12.0 MPa區(qū);第③區(qū)為處理后地基承載力達(dá)到120 kPa,變形模量達(dá)到10.0 MPa區(qū);第④區(qū)處理后地基承載力達(dá)到100 kPa,變形模量達(dá)到8.0 MPa區(qū);第⑤區(qū)不需要強(qiáng)夯,只作碾壓區(qū)。第②、③、④區(qū)按填土厚度不同,分為9個(gè)亞區(qū)。強(qiáng)夯處理分區(qū)見圖1、表1。

4 強(qiáng)夯工藝試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)區(qū)域劃分

為探討強(qiáng)夯法在本工程各地質(zhì)條件下的可行性,并為確定強(qiáng)夯施工參數(shù)提供依據(jù),在建設(shè)場地選取有代表性的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯,各區(qū)的地質(zhì)條件見表2。

圖1 強(qiáng)夯處理分區(qū)圖Fig.1 Zoningmap of dynamic compaction treatment

表1 強(qiáng)夯處理分區(qū)一覽表Table 1 Zoning of dynamic compaction treatment

表2 各試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件表Table 2 Geological conditions in test area

4.2 強(qiáng)夯試驗(yàn)

為了保證施工質(zhì)量,通過強(qiáng)夯試驗(yàn)確定不同處理區(qū)的夯擊能、有效加固深度、最佳夯擊數(shù)、夯距、夯擊遍數(shù)以及夯沉量等強(qiáng)夯參數(shù)。

4.2.1 夯擊能及有效加固深度的確定

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[2](JGJ79—2002)強(qiáng)夯法對單點(diǎn)夯擊能及有效加固深度設(shè)計(jì)要求,并結(jié)合廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)及深圳市強(qiáng)夯處理經(jīng)驗(yàn),初步確定各試夯區(qū)單點(diǎn)夯擊能分別為5 000 kN·m、3 000 kN·m、1 600 kN·m。為方便施工,統(tǒng)一選擇重250 kN的夯錘,夯錘底面為圓形,錘底面積為5 m2,落距分別為20 m、12 m和6.4 m。

根據(jù)Menard公式系數(shù)修正法確定有效加固深度[3]:

式中:h——加固深度(m);α——Menard公式修正系數(shù),取0.40;Q——夯錘重量(kN);H——錘的落距(m)。

由上述公式計(jì)算出Ⅰ區(qū)有效加固深度h=8.94 m,Ⅱ區(qū)有效加固深度h=6.93 m,Ⅲ區(qū)有效加固深度h=5.05 m。

4.2.2 各試驗(yàn)區(qū)的強(qiáng)夯施工參數(shù)

(1)夯擊能 Ⅰ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯5 000 kN·m,滿夯1 200 kN·m;Ⅱ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯3 000 kN·m,滿夯1 200 kN·m;Ⅲ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯1 600 kN·m,滿夯1 200 kN·m;

(2)施工機(jī)具 夯錘底面積5 m2,錘重25 t,靜壓力50 kPa;

(3)夯擊方法 分三遍夯,第一、二遍為點(diǎn)夯,每遍分兩次點(diǎn)夯,采用跳夯法,第三遍滿夯(圖2～圖4);

(4)夯擊次數(shù) Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯每點(diǎn)分別7擊、8擊、7擊,滿夯均為3擊,錘印搭接不小于錘底面積的1/3;

(5)夯沉量 最后兩擊的平均夯沉量單擊夯擊能為5 000 kN·m時(shí)<100 mm;單擊夯擊能3 000 kN·m和1 600 kN·m;1 200 kN·m時(shí)<50 mm,夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起;

(6)夯點(diǎn)間距 Ⅰ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯間距4.50 m,Ⅱ、Ⅲ試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)夯間距3.50 m;

(7)間隔時(shí)間 第二遍點(diǎn)夯應(yīng)在孔隙水壓消散率達(dá)到80%以上時(shí)方可進(jìn)行,初步設(shè)計(jì)Ⅰ、Ⅱ試驗(yàn)區(qū)第二遍點(diǎn)夯間隔時(shí)間不少于2 d,Ⅲ試驗(yàn)區(qū)第二遍點(diǎn)夯間隔時(shí)間不少于5 d。

圖2 Ⅰ試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)布置圖Fig.2 Tamping point distribution ofⅠtest area

圖3 Ⅱ、Ⅲ試驗(yàn)區(qū)夯點(diǎn)布置圖Fig.3 Tamping point distribution ofⅡ、Ⅲtest area

圖4 滿夯夯點(diǎn)布置圖Fig.4 Tamping point distribution offull compaction point

4.3 強(qiáng)夯處理效果

各試驗(yàn)區(qū)地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后,采用載荷試驗(yàn)、瑞雷波檢測、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及取土做土工試驗(yàn)對地基處理效果進(jìn)行檢測。

4.3.1 載荷試驗(yàn)與強(qiáng)夯地基承載力

載荷試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定強(qiáng)夯地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。從載荷試驗(yàn)成果表可以看出,經(jīng)強(qiáng)夯處理后地基承載力有顯著提高,提高幅度為85.7%～87.5%,見表3。

表3 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯后載荷試驗(yàn)成果表Table 3 Loading test results after dynamic compacting in test area

4.3.2 瑞雷波檢測

根據(jù)各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯后瑞雷波檢測點(diǎn)曲線,并結(jié)合地方經(jīng)驗(yàn)分析,強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)瑞雷波檢測成果見表4。

表4 強(qiáng)夯試驗(yàn)區(qū)瑞雷波檢測成果表Table 4 Rayleigh wave test results in dynamic compaction test area

4.3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和有效加固深度

強(qiáng)夯的有效加固深度是反映加固效果的重要參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)強(qiáng)夯地基各土層承載力并判定有效加固深度。從試驗(yàn)結(jié)果(圖5)可看出,有效加固深度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖5 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N與深度Z的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve of SPT blow countN&depthZbefore and after dynamic compaction in test area

各區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果見表5,可以看出標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果與瑞雷波檢測結(jié)果及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)所列數(shù)值比較接近,與Menard公式系數(shù)修正法確定有效加固深度基本一致。

表5 有效加固深度統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of effective reinforcement depth

4.3.4 取土做土工試驗(yàn)

各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前后土的主要物理力學(xué)指標(biāo)如表6所示?？梢姼髟囼?yàn)區(qū)在有效加固深度以內(nèi),土的天然容重提高較大,均>1.90 g/cm3,壓縮模量由原來的3.00～3.30 MPa提高到5.77～6.81 MPa,孔隙比由0.920～1.005降低到0.670～0.690,壓縮系數(shù)提高到0.27～0.31 MPa-1,壓縮模量提高較大。

表6 各試驗(yàn)區(qū)強(qiáng)夯前后土的主要物理力學(xué)指標(biāo)比較Table 6 Comparison ofmain physical and mechanical properties of soil before and after dynamic compaction in test area

從上述試驗(yàn)檢測結(jié)果可以看出,試夯區(qū)的加固效果十分顯著,可以滿足工程設(shè)計(jì)的要求。

5 強(qiáng)夯工藝參數(shù)的調(diào)整確定

根據(jù)試夯結(jié)果,結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況及施工機(jī)具,設(shè)計(jì)最后調(diào)整確定有關(guān)強(qiáng)夯工藝參數(shù):

(1)②區(qū)夯點(diǎn)仍按原夯點(diǎn)間距布置,對③-1、③-2亞區(qū)夯點(diǎn)間距設(shè)計(jì)為4.0 m,④區(qū)夯點(diǎn)間距設(shè)計(jì)為3.5 m;

(2)點(diǎn)夯二遍,僅對單擊夯擊能1 600 kN·m調(diào)整為2 000 kN·m,每點(diǎn)≥8擊,最后兩擊的平均夯沉量單擊夯擊能為5 000 kN·m時(shí)<100 mm;單擊夯擊能3 000 kN·m、2 000 kN·m和1 500 kN·m時(shí)<50 mm;

(3)點(diǎn)夯完成后,小能量滿夯一遍,夯擊能1 200 kN·m,每點(diǎn)≥2擊,錘印搭接不小于錘底面積的1/3;

(4)同意采用試夯用的強(qiáng)夯機(jī)具;

(5)第二遍點(diǎn)夯應(yīng)在孔隙水壓消散率達(dá)到80%以上時(shí)方可進(jìn)行,②-3亞區(qū)第二遍點(diǎn)夯間隔時(shí)間不應(yīng)少于5 d,其余亞區(qū)第二遍點(diǎn)夯間隔時(shí)間不應(yīng)少于2 d。

對不同亞區(qū)有關(guān)強(qiáng)夯工藝參數(shù)列于表7。

6 施工質(zhì)量控制要求

(1)為便于定位,減少升降時(shí)旋轉(zhuǎn),減少能量損耗,夯錘均用圓夯,同時(shí),為便于夯擊時(shí)空氣排出,減少夯底的真空壓力,夯錘均開有排氣孔;

表7 強(qiáng)夯施工設(shè)計(jì)工藝參數(shù)一覽表Table 7 Construction&design parameters of dynamic compaction

(2)控制好夯點(diǎn)位置,強(qiáng)夯時(shí)應(yīng)控制落距、擊數(shù)及最后一擊沉降量,認(rèn)真做好觀察、檢測、記錄;

(3)強(qiáng)夯時(shí)夯錘中心應(yīng)對準(zhǔn)夯點(diǎn)中心,夯錘須平穩(wěn)落下,如發(fā)現(xiàn)夯錘偏心應(yīng)及時(shí)調(diào)整;

(4)當(dāng)夯坑深度太大,發(fā)生起錘困難時(shí),應(yīng)補(bǔ)充填料后再繼續(xù)施工,若發(fā)現(xiàn)因坑底不平造成夯錘傾斜時(shí),應(yīng)及時(shí)將坑底整平;

(5)認(rèn)真做好夯區(qū)的地表排水及夯坑排水工作;

(6)場區(qū)不同標(biāo)高區(qū)域和各塊段邊界處強(qiáng)夯施工方案應(yīng)遵循:①先進(jìn)行低標(biāo)高位置強(qiáng)夯,后進(jìn)行高標(biāo)高位置強(qiáng)夯;不同能級分區(qū)結(jié)合部位,高能級向低能級延伸;②先進(jìn)行坡下區(qū)域的強(qiáng)夯,然后將斜坡地段填土面推平,將坡上區(qū)域填土范圍向外擴(kuò)大3 m,按上一級區(qū)域的強(qiáng)夯標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)夯施工,保證不留未施工空白區(qū);③各塊段之間的施工順序應(yīng)先夯高能量和大厚度塊段,先夯塊段向周邊外擴(kuò)3 m范圍,保證不留未施工空白區(qū)。

7 結(jié)論

該體育中心人工填土主要由含碎石粘性土混少量碎塊石組成,土石比7∶3,土質(zhì)不均,層厚0.30～8.80 m,平均厚度5.80 m,具強(qiáng)度低、壓縮性高、孔隙比大的特征,采用強(qiáng)夯法,按文中所述施工參數(shù)進(jìn)行處理,取得了良好的效果,因此強(qiáng)夯法處理該類型填土是切實(shí)可行的,也是切合實(shí)際的,與其它地基處理方法相比,不僅節(jié)約大量建設(shè)資金,縮短建設(shè)周期,且造價(jià)低,具有較好的適用性,值得推廣應(yīng)用。

[1] 張福海,王保田,劉漢龍,等.強(qiáng)夯法在城市防洪工程地基加固中的應(yīng)用研究[J].巖土力學(xué),2004,25(3):155-159.

[2] JGJ 79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 葉書麟.地基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊[S].第一版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998:78-79.

(責(zé)任編輯:胡立智)

Application of Dynamic Compaction Methodin Artificial Filled Soil Foundation Bed

ZHANG Yantao,WANGBing,DONG Yanping
(Wuhan Institute of Geological Engineering Exploration,Wuhan,Hubei430051)

This article describes the dynamic compaction method used in dealing with the artificial filled foundation bed in a sports centre.In view of the practical conditions of project,construction parameters are selected preliminarily(the effective reinforcement depth,tamping can,number of tamping,t ime of tamping,layout of tamping point&partition processing and so on).According pre-compaction,experimental test results and fine-tuning the processparameters,a good treatment effect finally is ensured.

artificial filling;dynamic compaction method;tamping can;foundation treatment

TU472.3+1

A

1671-1211(2010)03-0275-05

2009-12-16;改回日期:2010-01-06

張艷濤(1979-),男,助理工程師,巖土工程專業(yè),從事巖土工程勘察及工程施工工作。E-mail:zytao-220@163.com