郭春平

(山西省地勘局 214地質隊,山西 運城 044000)

強夯法處理濕陷性黃土工程實踐

郭春平

(山西省地勘局 214地質隊,山西 運城 044000)

以同煤集團塔山洗煤廠為例,探討了強夯法在濕陷性黃土中的應用,提出了強夯法處理黃土的適用條件、強夯方案的確定原則、地基土含水量對強夯施工效果的影響等論點,尤其是用復合地基理論確定強夯地基承載力

的方法。

強夯法;濕陷性黃土;復合地基

1 概述

黃土是一種第四系沉積物,它具有一系列特殊內部物質成分和外部形態(tài)特征,不同于同時代的其他沉積物。黃土在我們國家分布較廣,而濕陷性黃土主要分布在黃河中游地區(qū),它們所處的地貌單元為平原型與河谷型,此類土隨著堆積時代的不同,其物理力學性質也不同,但都具有黃土狀結構,大孔隙發(fā)育,且具有濕陷性等特點。堆積較早的黃土狀黃土,則承載力較高。對于新近堆積黃土,一般具有承載力較低,壓縮性高等特點。所謂黃土濕陷性,是指在一定壓力下黃土受水浸濕后結構破壞,土體強度迅速降低而發(fā)生顯著附加下沉的現(xiàn)象。可使建筑物產生不均勻沉降與裂縫,危害建筑物安全,對人們的生命財產造成損失。因此在工程建設中需要對此類土進行處理,消除其濕陷性。在施工中一般采用的方法是強夯法、灰土樁法或換土墊層法 (防水)。在濕陷性黃土地區(qū),采用強夯法處理地基效果明顯,常被建設單位所接受。

采用強夯法處理地基,其機理為將 8～40 t的重錘,吊至一定高度 (>10 m)后自由下落,對土體進行夯實,以提高地基土的強度,降低地基土的壓縮性和消除地基土的濕陷性。它具有以下特點:施工簡單、效率高、工期短、造價低,但施工時振動和噪聲較大。

強夯施工方案的確定,主要考慮以下幾方面因素。

(1)場地地基土的工程地質條件。

(2)擬建建筑物的類型、特點及設計數(shù)據(jù)。必須對建筑物地基的設計參數(shù)有一定的了解。地基設計參數(shù)不同,要選擇的夯擊方式也不同。

(3)施工機具的技術參數(shù)。主要包括夯擊能的確定,施工機具的選擇,夯擊次數(shù)與夯擊方式的確定等。

2 工程實例

2.1 工程概況

同煤集團塔山洗煤廠位于大同市南郊區(qū),為新建廠房,屬黃土高原,微地貌為大同盆地北部山前傾斜平原,地形較平緩、開闊。地基土為新近堆積的黃土狀粉土,大孔發(fā)育,具高壓縮性,濕陷性,濕陷系數(shù)δs為 0.002～0.067,總濕陷量 (地面下 1.5 m算起)約 39.1 cm,自重濕陷量為 15～18 cm。濕陷類型為自重濕陷性黃土,濕陷程度為中等,地基濕陷等級為Ⅱ級。濕陷性土層厚度為 9.0～12.0 m。地基承載力 100～110 kPa。場地地下水位埋深 >20.0 m。

擬建廠房主要建筑包含精煤倉 (圓形,直徑 21 m,高 53 m)及主廠房,濃縮車間,中煤倉、矸石倉及棧橋等建 (構)筑物。設計單位澳大利亞約翰芬雷工程有限公司技術要求是:提高地基土的承載力與消除地基土的濕陷性,要求地基土承載力標準值≮220 kPa;地基剩余濕陷量 <100 mm。

對于本工程,由于地基濕陷性土層厚度比較大,消除地基土的濕陷性成為首要問題。根據(jù)本場地土的工程地質條件、現(xiàn)場條件等因素,采用強夯法處理地基是一種比較有效的方法。

2.2 試夯方案及施工

根據(jù)建筑的不同類型,在擬建場地外進行了夯前不同夯擊能的試夯工作,為進行大面積強夯提供所需的技術參數(shù),選擇合理的強夯施工方案。在試夯中采用 50 t履帶吊 ,重 20 t的夯錘 (錘徑 2.5 m),進行了夯擊能為 3000、4000 kJ單點夯與 4000 kJ群夯。

夯擊方式:

點夯一遍:連續(xù) 15擊;

點夯二遍:第一遍連續(xù) 13擊,間隔 7天后第二遍連續(xù) 9擊。

4000 kJ群夯:正方形布點,夯點間距離 5.0 m,中間插點,第一次夯正方形角點 (連夯 15擊),第二次夯插點 (連夯 9擊),第三次 1000 kJ滿夯 (連續(xù)夯3擊 )。

效果驗證采用標貫、靜力觸探試驗,并挖探井采樣做土工試驗,對夯前與夯后物理性質指標進行對比分析。

測試點位置的布設原則是:在夯點和夯間測試,單點夯測試點位于夯點外 2.5 m,群夯測試點位于夯點、夯間。

2.3 試夯效果

2.3.1 地基土物理力學性質指標的變化

夯后 5.0 m深度以上,地基土承載力標準值是夯前 (100～110 kPa)的 3倍。

壓縮模量 Es1-2:3000 kJ約是夯前 (約 4.0 MPa)的 5倍;4000 kJ是夯前的 6倍。

靜力觸探:5 m深度內,4000 kJ,PS是夯前 3～6倍;3000 kJ,PS是夯前的 2.5～4倍。

標貫擊數(shù):5.0 m深度內,夯后是夯前的 5～7倍。

2.3.2 不同夯擊方式物性指標

單點夯,兩遍夯比一遍夯提高幅度大,4000 kJ群夯物性指標與 4000 kJ單點二遍夯接近。

2.3.3 夯后地基土的變化情況

夯后地基上形成一個 5.0 m厚的硬殼層,3000 kJ影響深度為 9.0 m;4000 kJ影響深度為 10.0 m,濕陷性消除結果見表 1。

表 1 不同強夯方案消除深度與剩余濕陷量統(tǒng)計表

2.4 強夯方案及施工效果

根據(jù)試夯結果,我們制定出強夯施工方案見表2,并經設計院認可。

表 2 強夯方案一覽表

強夯施工后,采用挖探井與標貫測試方法對夯后地基進行檢測工作,結果見表 3。

表 3 強夯施工效果

3 強夯法處理濕陷性黃土地基的幾點認識

3.1 強夯法處理黃土的適用條件

夯前必須查清場地所處的地貌單元,地下水位的埋藏條件,地基土的濕陷等級,以及地基土堆積的時代。對于新近堆積的非飽和黃土狀土 (粉土),強夯效果明顯,此種地基土在強夯過程中,一般不會有隆起現(xiàn)象。而堆積較早的老黃土,強夯后則會出現(xiàn)雖然可以消除地基土的濕陷性,但存在承載力沒有提高,甚至有降低現(xiàn)象,分析原因主要是因為老黃土本來強度較高,結構致密,被夯后,其結構發(fā)生破壞,導致承載力降低。

3.2 強夯方案的確定原則

結合場地土的工程特性、擬建建筑物的重要性及設計參數(shù),施工機具技術參數(shù)等在夯前就進行試夯工作,為大面積強夯選擇適當?shù)暮粨舴椒ㄅc夯擊參數(shù)。

3.3 地基土含水量對施工效果的影響

根據(jù)經驗,場地土進行強夯施工的最優(yōu)含水量一般比地基土的塑限高出 2個百分點,但經過多處強夯地基土的檢驗結果,地基土的含水量只要不低于最優(yōu)含水量 5個百分點,強夯后地基土一般均能滿足設計要求。對于含水量過低則要求人為調整,使之接近最優(yōu)含水量,達到夯擊效果。對于含水量高于最優(yōu)含水量,要采取適當措施降低含水量,避免夯擊后變成橡皮土,造成強夯施工失敗。對于稍濕的濕陷性黃土,因沒有或有很少自由水,在強夯過程中不存在孔隙水壓力消散的問題。因此無須象夯擊飽和土那樣采用間歇多遍的夯擊方式,可以在一個夯位上連續(xù)夯到所需的擊數(shù),而后再移到次一個夯位上,依次一遍夯成。

3.4 關于強夯影響深度與有效處理深度

在施工中二者概念應加以區(qū)別,影響深度是指夯擊能所能達到的深度,該深度范圍內地基土濕陷性減小,強度有不同程度的提高。而有效處理深度應該是消除濕陷的深度,二者應區(qū)別開。

3.5 強夯地基土的承載力確定方法

對于采用強夯方法處理地基,由于其夯擊能比較大,每個夯擊點間有一定的間距,強夯處理后,夯點與夯間物理力學性質指標差異比較大。對于強夯最后一道工序滿夯 (低能擊、錘邊相接),僅僅夯實強夯后表層松散土。因此應該按復合地基來確定強夯地基的承載能力,即分別測定夯點、夯間土的承載能力,最后按地基處理規(guī)范確定復合地基承載力。

對承載力的確定可采用以下方法:(1)采用原位載荷試驗;(2)采用原位標貫、靜探試驗結合探井指標綜合確定。對于采用第 (2)種方法確定承載力,由于目前還沒有強夯地基土的承載力標準值的有關成熟取值,因此對于強夯土,在有效處理深度范圍內可按老黃土、一般粘性土來考慮,但應對所提出的承載力值進行修正。一般經驗是乘以系數(shù) 0.6來修正,或采用地基土的無側限抗壓強度指標來修正,具體方法是對夯后地基土在室內進行非飽和與飽和狀態(tài)下無側限抗壓強度試驗,采用無側限抗壓強度的降低系數(shù)來折減。在本工程中,筆者曾測定飽和狀態(tài)下無側限抗壓強度為非飽和狀態(tài)指標的 50%～60%。

3.6 隔震措施

強夯場地距離已有建筑物較近 (<50 m)時,一定要挖隔震溝。但距離若為 20 m以內,不但要挖隔震溝,還應對已有建筑物地基進行特別處理 (如錨固、擋土墻),避免因強夯施工對已有建筑物造成損壞。

4 結語

對于采用強夯法進行地基處理,雖然現(xiàn)在已有成熟經驗,但還存在著地基土承載力如何選取、土性指標如何選取及應用等問題。以上只是本人在施工中的一些經驗總結,由于水平有限,錯誤和不足在所難免,敬請批評指證。

[1] GJG 79-2002,建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[2] GB 50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

Engineering Practice of Dynam ic Compaction M ethod for Treating Collapsible Losses

GUO Chun-ping(214 Geolog-ical Team,Shanxi Province Bureau of Geology Exploration,Yuncheng Shanxi 044000,China)

Take an engineering example of a coal preparation plant,discussion was made on the application of dynamic compaction method in collapsible losses.The applicable conditions,the scheme determination principles,the influence of foundation soilwater content to dynamic compaction construction effect and especially the deter mination method of dynamic compaction foundation bearing capacity by composite foundation theorywere put forward.

dynamic compaction method;collapsible losses;composite foundation

TU472.3

A

1672-7428(2011)06-0059-03

2010-11- 13;

2011-05-25

郭春平 (1970-),女 (漢族),山西運城人,山西省地勘局 214地質隊助理工程師,水文工程專業(yè),從事水文工程工作,山西省運城市姚暹街,ycgcp@sina.com。