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        強夯法在吹砂填海地基加固中的應(yīng)用

        2014-04-15 23:23:05
        交通運輸研究 2014年9期
        關(guān)鍵詞:遍數(shù)夯法波速

        徐 超

        (唐山交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司,河北 唐山 063000)

        0 引言

        為了加快曹妃甸公路的建設(shè)速度,采用邊吹填、邊開發(fā)的模式進行施工建設(shè)。場地上部的吹填時間較短,形成厚度約為5m的海砂,場地沒有排水壓密,固結(jié)性較低,承載能力差,為了促進后續(xù)施工的順利進行,選擇合適的方案對地基進行處理?!疤岣呒庸绦Ч涌焓┕に俣?,降低工程成本”是施工單位的不斷追求。在施工過程中,結(jié)合工程的具體情況,決定采用強夯法進行地基加固。該方法施工比較簡單,而且成本低廉,效果良好。本文主要介紹該施工方法在地基加固的具體運用,希望能夠引起人們對這一問題的進一步關(guān)注,并為類似工程的施工提供借鑒和參考。

        1 工程地質(zhì)條件

        1.1 地形地貌

        就地貌來看,施工場地為濱海淺灘,該地區(qū)為三角洲平原海岸,內(nèi)側(cè)為沖積海積平原,外側(cè)為沙質(zhì)海灘。場地進行人工吹填之后,地形平坦,地面高程在2.70~4.23m之間,平均高程為3.52m。

        1.2 地層巖性

        施工地區(qū)深度在20.0m范圍內(nèi)的地層主要為人工吹填砂和砂土類。最上面層為吹填土,呈松散狀態(tài),層厚為3.20~5.70m;往下一層是淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,呈流塑狀態(tài),層厚為0.40~2.50m;再往下為粉細砂,呈稍密或中密狀態(tài),層厚為6.00~9.80m;最底層為細砂,呈中密或者密實狀態(tài),層厚為8.00~16.30m。

        1.3 地下水

        地下水位的埋深為0.5~1.5m,平均埋深為1.02m。

        2 強夯試驗

        2.1 試夯參數(shù)

        為了獲得該地區(qū)的強夯參數(shù),吹填完成之后,在工程場地進行了4個不同夯擊能的強夯試驗,主夯夯擊能為1 500kN·m,夯點間距5m,夯擊遍數(shù)2遍,夯擊擊數(shù)6~9,停錘標(biāo)準(zhǔn)≤10cm;夯擊能2 000kN·m,夯點間距5m,夯擊遍數(shù)2遍,夯擊擊數(shù)7~10,停錘標(biāo)準(zhǔn)≤10cm;夯擊能3 000kN·m,夯點間距5m,夯擊遍數(shù)4遍,夯擊擊數(shù)8~12,停錘標(biāo)準(zhǔn)≤10cm;夯擊能4 000kN·m,夯點間距6m,夯擊遍數(shù)4遍,夯擊擊數(shù)10~15,停錘標(biāo)準(zhǔn)≤12cm。滿夯夯擊能500kN·m,夯擊遍數(shù)1遍,夯擊擊數(shù)1;滿夯夯擊能1000kN·m,夯擊遍數(shù)1,夯擊擊數(shù)2。

        2.2 試驗結(jié)論

        通過標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、面波、淺層平板荷載、強夯振動地面加速度測試等試驗,發(fā)現(xiàn)夯后效果明顯,具體參數(shù)統(tǒng)計如下:夯擊能為1 500kN·m,有效加固深度6~7m,夯沉量0.20m,地基承載力特征值160kPa,強夯振害最小安全距離20~30m,夯后吹填土面波速度105~123m/s;夯擊能2 000kN·m,有效加固深度7~9m,夯沉量0.25m,地基承載力特征值200kPa,強夯振害最小安全距離30~40m,夯后吹填土面波速度111~126m/s;夯擊能3 000kN·m,有效加固深度8~9m,夯沉量0.39m,地基承載力特征值250kPa,強夯振害最小安全距離40~60m,夯后吹填土面波速度114~129m/s;夯擊能4 000kN·m,有效加固深度8~9m,夯沉量0.43m,地基承載力特征值300kPa,強夯振害最小安全距離50~70m,夯后吹填土面波速度123~140m/s。通過地基土中孔隙水壓力觀測,夯后半小時內(nèi)可消散孔隙水壓力65%~80%,夯后4h內(nèi)基本消散。所以,強夯每遍間隔時間不少于4h。通過計算標(biāo)貫試驗數(shù)據(jù),強夯影響深度范圍內(nèi)砂層夯后液化現(xiàn)象消除[1]。

        3 強夯方案選擇及施工參數(shù)

        3.1 強夯方案選擇

        在選擇方案的時候,考慮到強夯試驗結(jié)果和建筑物荷載的情況,大部分區(qū)域需要進行復(fù)合地基和樁基施工,地基承載力提高至220kPa,所以,場地主要采用3 000kN·m夯擊能進行處理。道路區(qū)域的荷載較小,承載力為200kPa即可,采用2 500kN·m夯擊能處理。

        3.2 強夯施工

        上部吹填土含水量大、承載力小,不利于施工,所以進行強夯處理首先需要解決排水問題。施工中通過開挖明溝,強力擾動進行排水,使得地下水涌出,大大提高了場地表層強度,再使用推土機強力碾壓2~3遍,晾曬1~2d之后,再碾壓1遍,大大提高強度,滿足了施工的要求。另外,圍堰出水口處積累了厚層黏性土,主要是淤泥質(zhì)黏性土,含水量大,水分排出比較困難,在施工中采用山皮石修道擠入,換土混砂后強夯方案,妥善解決淤泥質(zhì)黏性土問題,滿足施工的要求。強夯參數(shù)如下:夯錘底直徑2000~2500mm,高度1 000mm,夯錘質(zhì)量20t,單擊夯擊能2500~3000kN·m,提升高度15.0~18.0m。主夯夯點間距5m×5m,4個點夾呈梅花形布置。點夯2遍,第1遍點夯8~10擊,第2遍7~9擊。夯錘落距=夯擊能/錘重,停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊夯沉量之和不大于10cm,滿夯搭界為1/4錘底面積,夯擊能1 000kN·m,夯擊遍數(shù)1遍,夯擊擊數(shù)1擊,每遍夯后間歇時間為3d。

        4 強夯檢測結(jié)果及分析

        4.1 夯前指標(biāo)

        統(tǒng)計分析夯前場地勘察報告,得出各層土的力學(xué)參數(shù)。第一層吹填土標(biāo)貫為7.5擊,靜探2.5~3.6kPa,剪切波速117m/s,壓縮模量4.2MPa,地基承載力特征值80kPa;第二層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土標(biāo)貫為3.2擊,靜探0.66kPa,剪切波速110m/s,壓縮模量2.6MPa,地基承載力特征值60kPa;第三層粉細砂標(biāo)貫為13.5擊,靜探10.2kPa,剪切波速152m/s,壓縮模量6.5MPa,地基承載力特征值130kPa。第一層處于松散狀態(tài),第三層處于松散-稍密狀態(tài),地基承載力低,查閱相關(guān)的規(guī)范可以得知,第一層、第三層粉細砂處于中等-嚴(yán)重液化現(xiàn)象。

        4.2 強夯處理

        采用3 000kN·m夯擊能處理之后,區(qū)域內(nèi)各地層力學(xué)參數(shù)如下:第一層吹填土標(biāo)貫為20.2擊,靜探10.1kPa,剪切波速165m/s,壓縮模量19.2MPa,地基承載力特征值220kPa;第二層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土標(biāo)貫為4.8擊,靜探1.36kPa,剪切波速123m/s,壓縮模量4.5MPa,地基承載力特征值120kPa;第三層粉細砂標(biāo)貫為23.3擊,靜探15.45kPa,剪切波速280m/s,壓縮模量20MPa,地基承載力特征值250kPa。

        根據(jù)處理前和處理后的數(shù)據(jù)進行對比分析,可以得知:采用3 000kN·m夯擊能時,各層土力學(xué)性能比沒有處理之前都得到了顯著的提高。第一層提高幅度最大,標(biāo)貫擊數(shù)和靜探錐頭指標(biāo)提高了150%,地基承載能力提高了160%,壓縮模量增加了3倍。第二層和第三層地基承載力提高了90%以上,第一層和第三層還消除了液化現(xiàn)象。經(jīng)過2 500kN·m夯擊能處理后,得出相應(yīng)的參數(shù),通過對比分析可以得知:各層土的力學(xué)性能都有明顯的提高,但提高幅度與3 000kN·m夯擊能處理相比而言,幅度要小一些[2]。

        4.3 淤泥質(zhì)土影響

        采用3 000kN·m夯擊能處理,得出各地層力學(xué)參數(shù)指標(biāo):第一層吹填土靜探8.24kPa,剪切波速138m/s,地基承載力特征值220kPa;第二層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土靜探1.32kPa,剪切波速121m/s,地基承載力特征值60~80kPa;第三層粉細砂靜探10.3kPa,剪切波速215m/s,地基承載力特征值160~200kPa。通過分析這些數(shù)據(jù)可以得知,處理之后各層土的力學(xué)指標(biāo)都有提高。

        5 結(jié)語

        通過以上的介紹和分析,結(jié)合施工經(jīng)驗,可以得出以下幾點結(jié)論。

        (1)與其他地基加固方法相比,強夯法具有顯著的優(yōu)勢,不僅施工設(shè)備簡單,施工操作方便,而且施工的周期短、成本低廉、效益高,是類似地基加固工程的首選方案。

        (2)采用強夯法進行施工建設(shè),加快了地基固結(jié)的速度,縮短了工程建設(shè)的時間,促進了施工的順利進行,取得了良好的施工效果,為后續(xù)施工做了良好的準(zhǔn)備。

        (3)通過相關(guān)的試驗,并對比分析實驗結(jié)果,可以得知強夯影響深度可達10m,影響范圍內(nèi)的地層力學(xué)指標(biāo)都得到了提高,地基承載能力提高了100%以上,并且不會出現(xiàn)場地液化現(xiàn)象,取得了明顯的施工效果,地基經(jīng)過處理之后還具有良好的均勻性[3]。

        (4)如果對大范圍堆載區(qū)域進行處理,應(yīng)該進行分級堆載,在加載之前,要等地基土強度滿足下一級荷載下地基穩(wěn)定性要求之后,才能進行加載,這樣能夠保護地基,避免地基受到破壞。

        (5)如果施工場地出現(xiàn)局部淤泥質(zhì)土較厚的區(qū)域,在設(shè)計的時候應(yīng)該考慮其帶來的不利影響,并在施工中采取相應(yīng)的處理措施:如果是道路區(qū)域,可以運用換填法處理;為加快排水,提高軟土固結(jié)速度,可以采取增加排水溝、袋裝砂井等方式;為提高地基的承載能力,可以采用復(fù)夯的方式,即根據(jù)淤泥土厚度確定夯擊次數(shù)的方式來實現(xiàn);在地基處理過程中,還可以運用真空堆載預(yù)壓法或者真空動力固結(jié)法進行,這樣能夠滿足工程建設(shè)的要求,收到更好的地基處理效果。

        [1] 肖勇.低能量強夯法在港口工程軟基加固中的應(yīng)用[J].水運工程, 2004(5):35-40.

        [2] 林雄斌.強夯法加固地基機理分析與強夯吹填砂性地基試驗研究[D].南京:河海大學(xué),2006.

        [3] 曾力娟.強夯法在吹砂填海地基加固中的應(yīng)用分析[J].探礦工程:巖土鉆掘工程,2010(6):67-70.

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