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        強夯法加固地基的優(yōu)化設(shè)計

        2020-12-11 01:49:50許亞杰
        黑龍江水利科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:沉量重錘夯法

        許亞杰

        (齊齊哈爾市水資源中心,黑龍江 齊齊哈爾 161005)

        1 問題的提出

        由于強夯法處理地基基礎(chǔ)具有效果顯著、設(shè)備簡單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟易行和節(jié)省材料等優(yōu)點,因此越來越廣泛地被應(yīng)用于工民建、公路、鐵路路基、機場跑道、碼頭等地基處理工程,但目前就強夯法處理地基基礎(chǔ)理論研究尚不成熟,實際工作中多憑經(jīng)驗或參照已建工程擬定某一工程地基的強夯方案,因而造成加固方案不盡經(jīng)濟合理。文章通過下落錘體對地基土體的沖擊理論分析,并引入已有資料驗證,提出了在基礎(chǔ)加固條件允許且具有相同的單擊能量(或提升機械能)和加固影響深度的情況下,重錘由于對地基土具有更大的沖擊力,加固效果優(yōu)于輕錘的這一分析結(jié)論,對更經(jīng)濟合理地應(yīng)用強夯法加固基礎(chǔ)工程具有一定的實際意義。

        2 理論分析

        目前,強夯法加固基礎(chǔ)工程用以選擇錘重和落距的基本依據(jù)為國內(nèi)、外學者所提出的加固影響深度公式為:

        (1)

        式中:H為加固影響深度,m;w為錘重,kN;h為落距,m;α與加固地基土類別有關(guān)的系數(shù)。

        在式(1)中,當基礎(chǔ)的加固影響深度選定后,我們即可由擬定的錘重確定相應(yīng)的提升高度或由擬定的提升高度確定錘重。由于式(1)僅反映了夯擊能量對基礎(chǔ)的加固影響,而忽略了下落錘體對接觸土體所產(chǎn)生的瞬間沖力效果評價,即動量的影響因素。因此,我們有必要在夯實機具設(shè)備允許且提升能量(單擊能)不變的情況下,對重錘低落距和輕錘高落距對基礎(chǔ)加固效果進行比較[1]。為便于分析,現(xiàn)擬定兩種錘重,即重錘W1和輕錘W2,相應(yīng)的提升高度分別為h1和h2,并設(shè):

        W1=2W2

        (2)

        h1=h2/2

        (3)

        則重錘的加固影響深度為:

        (4)

        單擊能(或提升機械能)為 :

        (5)

        輕錘的加固影響深度為:

        (6)

        單擊能(或提升機械能)為:

        (7)

        式中:E1i,E2j分別為重錘第i次單擊能(或第i次提升機械能)及輕錘第j次單擊能(或第j次提升機械能),kN.m;Δ1i,Δ2j分別為重錘第i次、輕錘第j次的單擊夯沉量,m。

        現(xiàn)討論兩錘對地基土體的沖擊力。如忽略空氣和其它對錘體的阻力,根據(jù)自由落體運動,兩錘體落地時的瞬時速度分別為(忽略夯沉量):

        (8)

        (9)

        兩錘對地基土體的沖量分別為:

        (10)

        (11)

        則重、輕兩錘的沖量之比為:

        (12)

        可見,在單擊能量或提升機械能相同的情況下,重錘低落距較輕錘高落距的沖量大2倍。由于重錘的較大沖力,在錘體進入土體后,相對減速慢,土體在動態(tài)狀況下,所受到的振動持續(xù)時間長,相應(yīng)的每擊夯沉量增大,土體壓密加固效果好于輕錘高落距,因而可有效減少單點的總夯擊次數(shù),大大提高強夯機具的工作效率,實現(xiàn)縮短工期、降低工程成本的目的。

        3 試驗對比

        為說明文章理論分析結(jié)果的實際意義,現(xiàn)就文獻1的對比試驗成果進行闡述。

        在一塊110m×22m巖性基本一致的場地,由3臺不同錘重吊車(10t、15t、20t)完成的現(xiàn)場試驗。1號機組錘重10t,落距10m,每點夯12擊;2號機組錘重15t,落距6.7m,每點夯10擊;3號機組錘重20t,落距5m,每點夯8擊。為便于比較和節(jié)省篇幅,文章僅列出第1號和第3號機組施工中的每擊夯沉量測量數(shù)據(jù),成果見表1和表2。

        表1 10t錘重夯擊試驗成果

        表2 20t錘重夯擊試驗成果

        由表1、表2可知,3號機組(重錘)的單點夯擊總能量為800t.m,總夯沉量為0.7482m。1號機組(輕錘)的單點夯擊總能量為1200t.m,總夯沉量為0.7332m。在總夯沉量基本相同的情況下,重錘的總夯擊能量僅占輕錘總夯擊能量的67%,提高功效1.5倍。

        根據(jù)文獻1對3臺機組強夯地基土深6m以內(nèi)每延米取一個原狀土樣的分析結(jié)果可見,1號、2號和3號機組加固土體的干容重分別為1.584g/cm3、1.633g/cm3和1.657g/cm3,壓縮模量ES1-2分別為12.3MPa、13.1MPa和13.4MPa,重錘低落距處理地基土體的物理力學指標均有明顯提高。

        4 結(jié) 語

        由于強夯法是目前基礎(chǔ)處理中的一種行之有效的經(jīng)濟方法,如何合理地確定施工中的有關(guān)參數(shù)就顯得十分重要,文章通過理論分析并結(jié)合已有試驗實測成果,提出了在提升機具允許的情況下,采用重錘強夯基礎(chǔ)具有更好的經(jīng)濟效益。

        由于采用重錘強夯因而要求與其相配套的提升動力也較大,所以我們在確定錘重參數(shù)時,除了應(yīng)盡量選取較重的錘體外,還要考慮現(xiàn)有提升機具所具備的提升動力,以使強夯方案制定得更加經(jīng)濟合理。

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