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        排水板強(qiáng)夯置換復(fù)合工藝處理軟基試驗(yàn)研究

        2021-08-06 00:29:34吳其泰
        施工技術(shù)(中英文) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:排水板單點(diǎn)能級(jí)

        吳其泰

        (福建巖土工程勘察研究院有限公司上海福巖工程勘察分公司,上海 201103)

        0 引言

        軟土地基因其承載力低、孔隙比大、含水量高、抗剪強(qiáng)度低、滲透性小、易壓縮變形等特點(diǎn),在附加使用荷載作用下易產(chǎn)生較大沉降變形,同時(shí)因其排水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng),無法在較短時(shí)間內(nèi)完成排水固結(jié)而使建設(shè)工程產(chǎn)生較大工后沉降[1]。因此,軟土必須進(jìn)行加固處理,提升地基承載力并改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)以控制工后沉降變形,方可作為建筑物地基安全使用前提。

        根據(jù)軟土地基特點(diǎn),在采用強(qiáng)夯等動(dòng)力作用加固時(shí),由于作用時(shí)間短、滲透性差,土體內(nèi)的水無法快速排出而形成超孔隙水壓力且難以快速消散,因而土體抗剪強(qiáng)度大大降低,在此情況下連續(xù)夯擊加固,則軟土必然形成“橡皮土”[2]。因此,在軟土土體內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)夯加固時(shí),可設(shè)置排水通道以在連續(xù)夯擊加固過程中能快速消散超孔隙水壓力[3],加快軟土地基固結(jié),保證軟土地基處理后的承載力和變形控制在要求范圍。

        針對(duì)單純強(qiáng)夯法加固軟土地基存在的不足和問題[4],一種軟基處理的綜合方法被提出,即排水板工藝和強(qiáng)夯置換工藝綜合運(yùn)用的軟土地基處理復(fù)合工藝,并成功應(yīng)用于湖州某物流園場(chǎng)區(qū)軟基處理項(xiàng)目。

        1 工程概況

        1.1 項(xiàng)目概況

        擬建某物流園項(xiàng)目位于浙江湖州工業(yè)園區(qū)內(nèi),主要分為A,B,C,D 4個(gè)庫區(qū)及卸貨平臺(tái)區(qū)域。倉庫為單層輕型門式剛架,層高11.4m,地下短柱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),柱基礎(chǔ)下采用PHC管樁(見圖1)。倉庫內(nèi)地坪標(biāo)高±0.000,即絕對(duì)高程5.100m,倉庫外道路標(biāo)高3.800m,內(nèi)外高差1.300m。地坪使用荷載30kPa。

        圖1 平面布置

        地坪原設(shè)計(jì)擬采用攪拌樁進(jìn)行加固處理,水泥攪拌樁在工程樁及柱基礎(chǔ)施工完成后開始施工。在工程樁施工過程中,同時(shí)組織水泥土攪拌樁試樁施工,因場(chǎng)地土質(zhì)太差,表層承載力嚴(yán)重不足,無法形成有效的復(fù)合地基,最終水泥土攪拌樁處理工藝無法滿足地坪沉降控制要求,需重新選擇其他工藝進(jìn)行加固處理,結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)不同區(qū)域的地層特點(diǎn),針對(duì)A,B區(qū)域,地基處理深度范圍內(nèi)主要土層為淤泥土回填土,處理深度約5m。

        1.2 地質(zhì)條件

        本項(xiàng)目倉庫區(qū)域的場(chǎng)地內(nèi)主要土層自上而下簡(jiǎn)述如下:①層淤泥土回填土:灰黃色、灰色,結(jié)構(gòu)松散,土質(zhì)不均,高壓縮性,全場(chǎng)地分布,主要是淤泥土回填土,回填1~2年;④1亞層粉土夾粉質(zhì)黏土:灰色,松散~稍密狀,飽和,干強(qiáng)度低,韌性低,搖震反應(yīng)較快,中等壓縮性,含少量云母、貝殼碎屑,局部夾粉質(zhì)黏土,部分場(chǎng)地分布;④2亞層粉土:灰色,中密狀,飽和,干強(qiáng)度低,韌性低,搖震反應(yīng)較快,中等壓縮性,含少量云母、貝殼碎屑,部分場(chǎng)地分布(見表1)。

        表1 地基土層物理力學(xué)參數(shù)

        地下水位埋深1m左右,主要為潛水。

        1.3 倉庫地坪下地基處理要求

        1)承載力控制要求:表層承載力≥100kPa。

        2)處理深度范圍(①層淤泥土回填土)內(nèi)的土體復(fù)合壓縮模量≥8MPa。

        2 排水板強(qiáng)夯置換設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

        根據(jù)本項(xiàng)目的地基土層特點(diǎn)及地基處理要求,考慮本場(chǎng)地回填土土質(zhì)較差且含水量較高,針對(duì)淤泥土回填土進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理時(shí),主要考慮超靜孔隙水壓力消散,避免形成“橡皮土”,另外在淤泥質(zhì)土體中形成復(fù)合地基,快速提高土體的壓縮模量及承載力等物理力學(xué)參數(shù),保證地基處理效果。初步設(shè)計(jì)方案為排水板結(jié)合多遍強(qiáng)夯置換軟基處理復(fù)合工藝。

        排水板設(shè)計(jì)間距1m×1m,長(zhǎng)6m,強(qiáng)夯置換能級(jí)3遍點(diǎn)夯,2遍滿夯,第1遍點(diǎn)夯能級(jí)為800kN·m,柱錘施工,錘徑1.2m,間距4m×4m,正方形布點(diǎn);第2遍點(diǎn)夯能級(jí)為1 200kN·m,柱錘施工,錘徑1.2m,為第1遍夯點(diǎn)中間插點(diǎn);第3遍點(diǎn)夯能級(jí)為1 500kN·m,平錘施工,錘徑2.4m,為第1,2遍原點(diǎn)加固夯;第4,5遍為滿夯施工,滿夯能級(jí)為1 000kN·m,搭接1/4。強(qiáng)夯施工前表層鋪填1層20~30cm厚硬質(zhì)骨料,施工過程中對(duì)夯坑補(bǔ)填硬質(zhì)骨料。

        在排水板施工完成后,根據(jù)強(qiáng)夯設(shè)計(jì)能級(jí)及間距等參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)夯試驗(yàn),獲取強(qiáng)夯置換試驗(yàn)施工時(shí)土體超靜孔隙水壓力、不同位置的深層土體水平位移、強(qiáng)夯夯擊次數(shù)與沉降變形量規(guī)律、夯擊過程中夯坑補(bǔ)填硬質(zhì)骨料情況等。

        現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)柱錘點(diǎn)夯能級(jí)進(jìn)行單點(diǎn)夯試驗(yàn),選擇單點(diǎn)夯試驗(yàn)?zāi)芗?jí)600,800,1 000,1 200kN·m(見圖2)。

        圖2 單點(diǎn)夯試驗(yàn)監(jiān)測(cè)布置與剖面(單位:m)

        2.1 柱錘單點(diǎn)夯試驗(yàn)夯擊數(shù)、夯沉量及填料監(jiān)測(cè)

        1)試夯能級(jí)為600kN·m,強(qiáng)夯擊數(shù)共8擊,夯坑深度為169cm,過程中未填料,累計(jì)夯沉量為169cm,夯后夯坑補(bǔ)填料。

        2)試夯能級(jí)為800kN·m,強(qiáng)夯擊數(shù)共10擊,過程中填料2次,共計(jì)填料4.9m3。累計(jì)夯沉量為369cm。

        3)試夯能級(jí)為1000kN·m,強(qiáng)夯擊數(shù)共9擊,過程中填料3次,共計(jì)填料5.5m3。累計(jì)夯沉量為492cm。

        4)試夯能級(jí)為1 200kN·m,強(qiáng)夯擊數(shù)共10擊,過程中填料2次,共計(jì)填料6.8m3。累計(jì)夯沉量為451cm。

        其中,各能級(jí)累計(jì)夯沉量與夯擊擊數(shù)關(guān)系曲線如圖3所示。

        圖3 各能級(jí)累計(jì)夯沉量與夯擊擊數(shù)關(guān)系曲線

        2.2 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

        每個(gè)單點(diǎn)夯試驗(yàn)均布設(shè)1組孔隙水壓力監(jiān)測(cè)孔,埋設(shè)4個(gè)孔隙水壓力計(jì),埋設(shè)深度為2,4,6,8m。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

        分別在設(shè)有排水板區(qū)域和未設(shè)置排水板區(qū)域進(jìn)行1 200kN·m能級(jí)單點(diǎn)夯試驗(yàn),在相同深度處對(duì)孔隙水壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè),并監(jiān)測(cè)單點(diǎn)夯試夯完成后48h為止??紫端畨毫ΡO(jiān)測(cè)值變化曲線如圖4所示。其他能級(jí)單點(diǎn)夯試驗(yàn)在設(shè)置排水板區(qū)域進(jìn)行,孔隙水壓力監(jiān)測(cè)值總體變化趨勢(shì)同1 200kN·m能級(jí)B組試驗(yàn)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)值。

        圖4 孔隙水壓力變化曲線

        通過對(duì)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)值及對(duì)比組試驗(yàn)結(jié)果分析如下:①1 200kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換有效加固深度能達(dá)到6m,加固影響深度可至6~8m;②設(shè)置排水板能明顯加快強(qiáng)夯置換引起的淤泥土回填土體中超靜孔隙水壓力消散,為連續(xù)強(qiáng)夯施工提供依據(jù)同時(shí)可避免形成“橡皮土”。

        2.3 深層土體水平位移監(jiān)測(cè)

        分別在各單點(diǎn)夯試驗(yàn)點(diǎn)正交方向上(2,4,6,8m)布設(shè)2組深層土體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)深度為16m。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

        在強(qiáng)夯置換施工過程中進(jìn)行深層土體水平位移監(jiān)測(cè),其中1 200kN·m能級(jí)單點(diǎn)夯試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

        圖5 深層土體水平位移監(jiān)測(cè)值

        1 200kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換單點(diǎn)夯對(duì)周邊土體水平位移監(jiān)測(cè)值分析如下:①1 200kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換有效加固深度為5~6m,加固影響深度為7~8m;②1 200kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換對(duì)周邊土體的加固擠密作用范圍約2m,超過4m后區(qū)域的加固擠密作用明顯減弱。

        2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

        1)通過各能級(jí)強(qiáng)夯置換夯沉量與夯擊擊數(shù)關(guān)系,在6~8擊后基本能趨于收錘要求,施工過程中補(bǔ)填硬質(zhì)骨料,填料深度不宜超過夯坑深度的1/2。

        2)通過設(shè)置排水板能有效加快超靜孔隙水壓力消散,超靜孔隙水壓力消散在試驗(yàn)完成后達(dá)到峰值水平,并在試驗(yàn)后2h的超靜孔隙水壓力消散約60%,遠(yuǎn)大于未設(shè)置排水板時(shí)20%左右的消散水平,同時(shí)超靜孔隙水壓力在24h左右基本能消散完成。設(shè)置排水板可有效提高施工效率,避免出現(xiàn)“橡皮土”。

        3)通過孔隙水壓力和深層土體水平位移監(jiān)測(cè),1 200kN·m能級(jí)強(qiáng)夯置換的有效加固深度約6m。

        4)通過深層土體水平位移監(jiān)測(cè),柱錘強(qiáng)夯置換對(duì)周邊土體有效擠密加固范圍約2m。

        3 大面積施工及監(jiān)測(cè)

        根據(jù)各能級(jí)單點(diǎn)夯試驗(yàn)及結(jié)果分析,按原設(shè)計(jì)參數(shù)施工能滿足本場(chǎng)地地基處理要求,在施工過程中嚴(yán)格控制各能級(jí)施工參數(shù)及填料量[5]。

        大面積施工完成分別采用靜荷載平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)承載力,分別對(duì)夯墩采用重型動(dòng)力觸探[6]、夯間土采用取土及土工試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)和綜合分析加固深度范圍內(nèi)土體的復(fù)合壓縮模量參數(shù)。靜荷載平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)典型p-s曲線如圖6所示,重型動(dòng)力觸探平均擊數(shù)N63.5與深度關(guān)系曲線如圖7所示。

        圖6 靜荷載平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)典型p-s曲線

        圖7 重型動(dòng)力觸探平均擊數(shù)與深度關(guān)系曲線

        根據(jù)設(shè)計(jì)、施工參數(shù)組織施工并對(duì)靜荷載平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析,最終場(chǎng)地承載力≥120kPa,滿足≥100kPa要求;根據(jù)對(duì)夯墩的重型動(dòng)力觸探測(cè)試和對(duì)夯間土取土及土工試驗(yàn)結(jié)果分析,場(chǎng)地內(nèi)加固深度范圍土體的復(fù)合壓縮模量≥12MPa,滿足≥8MPa的要求。

        4 結(jié)語

        1)針對(duì)淤泥土回填土中采用排水板結(jié)合強(qiáng)夯置換進(jìn)行處理,排水板能快速有效地消散土體中超靜孔隙水壓力,使強(qiáng)夯置換能有效處理淤泥土回填土,證明排水板強(qiáng)夯置換復(fù)合工藝適合軟土地基處理。

        2)淤泥土回填土采用排水板強(qiáng)夯置換復(fù)合工藝進(jìn)行處理后,處理深度范圍土體的物理力學(xué)參數(shù)明顯提高,地基承載力特征值≥120kPa,復(fù)合壓縮模量≥12MPa。

        3)通過單點(diǎn)夯試驗(yàn)監(jiān)測(cè),獲取各能級(jí)柱錘強(qiáng)夯置換有效加固深度、范圍、參數(shù)及填料量等參數(shù),且大面積處理場(chǎng)地經(jīng)檢測(cè)效果明顯提升。

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