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        濕陷性黃土條件下的強(qiáng)夯法地基處理施工技術(shù)

        2022-08-11 03:03:54王習(xí)淵白立輝曹鋮黨智榮黨靜茂
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2022年14期
        關(guān)鍵詞:夯點(diǎn)夯法陷性

        王習(xí)淵,白立輝,曹鋮,黨智榮,黨靜茂

        (1.中國建筑第四工程局有限公司西北公司西安分公司,西安 710000;2.陜西中機(jī)巖土工程有限責(zé)任公司,西安 710000)

        1 引言

        陜西省西安地區(qū)自重濕陷性黃土分布廣泛,濕陷性黃土層厚度通常在4~10 m,地基濕陷性等級(jí)一般為Ⅱ級(jí)~Ⅲ級(jí),按GB 50025-2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)的要求,在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建筑工程建設(shè),應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)、工程要求和工程所處水環(huán)境,因地制宜地采取以地基處理為主的綜合措施,防止地基濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。本文以秦風(fēng)學(xué)校項(xiàng)目強(qiáng)夯法為例,介紹強(qiáng)夯法處理濕陷性施工技術(shù)。

        2 工程概況

        秦風(fēng)學(xué)校項(xiàng)目,凈規(guī)劃用地面積5.5×104m2,總建筑面積7.35×104m2,地上建筑面積4.4×104m2,地下建筑面積2.95×104m2,容積率0.78,綠地率35%;建設(shè)內(nèi)容包括中學(xué)部、小學(xué)部、室外操場、風(fēng)雨操場、行政樓、餐廳及宿舍樓、圖書館、報(bào)告廳、鍋爐房等14 個(gè)單體工程,地下室為整體車庫,地下結(jié)構(gòu)一層,局部設(shè)設(shè)備夾層。

        項(xiàng)目基坑長190.7 m,寬160 m,場地南低北高,基坑深11.07~12.57 m;地下室結(jié)構(gòu)面積2.7×104m2;基坑底面積3.1×104m2;支護(hù)形式為樁索支護(hù),護(hù)坡樁樁徑0.8 m,樁間距1.6 m,樁長17.07 m,冠梁高0.5 m,寬0.8 m。

        3 施工重難點(diǎn)

        1)該項(xiàng)目屬社會(huì)影響較大的重要公共建筑,設(shè)計(jì)對(duì)差異沉降要求很高,對(duì)地基基礎(chǔ)的強(qiáng)度及變形要求較高。

        2)根據(jù)文物普探結(jié)果,擬建建筑場地內(nèi)分布著百余個(gè)古墓,這些古墓搶救性開挖時(shí),均采用放坡開挖,發(fā)掘完成后遺留80 余個(gè)數(shù)米深的墓坑或空洞,嚴(yán)重?cái)_動(dòng)了此項(xiàng)目地基。這些墓坑與空洞范圍小、邊角多,為保證工程質(zhì)量,不能單個(gè)壓實(shí)回填。

        3)地基土濕陷性強(qiáng)。根據(jù)土工實(shí)驗(yàn),按《標(biāo)準(zhǔn)》分別計(jì)算了擬建建筑的自重濕陷量Δzs和濕陷量Δs,并綜合評(píng)定擬建場地為自重濕陷性黃土場地,場地地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)。

        4 施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

        4.1 原地基處理方案

        原地基處理方案為大面積開挖換填,需將整個(gè)場地下挖約13 m,重新分層壓實(shí)回填。因此,需挖土方4.16×105m3,挖運(yùn)土方量極大。其間因召開十四屆全運(yùn)會(huì)及受治污減霾、雨水及其他影響,工期幾乎無法保證;且施工期間正值高溫、炎熱與降雨劇強(qiáng)的夏秋季,施工質(zhì)量難以保證;同時(shí)由于外界政治任務(wù)的要求,環(huán)保壓力極大。

        4.2 原方案可行性分析

        4.2.1 工期目標(biāo)無法保證

        工期目標(biāo)無法保證主要有以下原因:(1)本工程占地190.7 m×160 m,因場地有大量古墓,挖除之后基坑深12.57 m,土方挖運(yùn)4.16×105m3,按8~10 臺(tái)挖機(jī)單機(jī)每日最大量1 000 m3計(jì),至少需要60 d,并且不能有下雨、檢查及停工。(2)壓實(shí)回填(包括素土與1∶6 水泥土)1.86×105m3,每天最多4 000 m3,純理論計(jì)算至少需要46.5 d,2 個(gè)月能完成就算超速,否則質(zhì)量無法保證。(3)考慮支護(hù)施工時(shí)間及先支護(hù)后開挖的施工順序,春節(jié)前連基礎(chǔ)墊層都無法完成;因項(xiàng)目處在12 月份至次年1 月份,氣溫較低,存在表層凍土層,凍融之后,易沉降。所以,無論從保證換填施工質(zhì)量還是管委會(huì)制定的工期目標(biāo)來說,不調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)劃無法完成工期目標(biāo)。

        4.2.2 換填質(zhì)量無法保證

        1)上部地基土的含水量?。á趯拥鼗梁?.4%~26.8%,平均值為15.9%),距最佳含水量18%差距較大;又時(shí)值炎熱的夏天,控制不好換填土的含水量,就不易控制換填質(zhì)量;下雨后太濕,含水率過大,換填后易形成橡皮土。

        2)場地受限。填土厚(6 m)、分層太多(按0.3 m 一層,需20 層);面積太大(190.7 m×160 m=30 512 m2)、分區(qū)太多(按50 m×50 m=2 500 m2,需分12 片),各種分層接茬、分區(qū)接茬很多(12 段×20 層=240 段接茬);雨季期間施工,質(zhì)量無法保證。

        3)工后沉降大。根據(jù)長期沉降觀測,大厚度回填土的工后沉降無法避免,其總沉降量約為回填厚度的1/10。據(jù)此計(jì)算,工后總沉降量將約達(dá)60 mm,如此大的總沉降量,其差異沉降將會(huì)超過相關(guān)規(guī)范的規(guī)定,建筑物會(huì)因差異沉降而應(yīng)力集中,產(chǎn)生拉裂破壞現(xiàn)象。

        4.2.3 工期緊、回填厚,建筑易拉裂破壞

        根據(jù)以往項(xiàng)目長期觀測數(shù)據(jù),回填土的工后沉降主要發(fā)生在填土完成后的20 d 內(nèi),占總沉降量的90%以上。由于學(xué)校項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)十分明確,施工進(jìn)程安排緊湊,交叉作業(yè),出現(xiàn)工后沉降引起的破壞現(xiàn)象概率較大。

        綜合以上觀點(diǎn)可以看出,換填法不是最優(yōu)施工方案。

        4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

        本著“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工易行”的原則,根據(jù)規(guī)范規(guī)程及已有成功經(jīng)驗(yàn),對(duì)于墓坑、較大厚度自重且濕陷性強(qiáng)的黃土場地,常用方法有:(1)換填法:范圍較小、厚度不大;(2)夯實(shí)法:范圍較大、厚度較大(10 m 之內(nèi));(3)擠密法:厚度太大(大于10 m);(4)穿透法:承載力要求很高;(5)注漿或旋噴法:淺部、荷載小、要求低(路基、肥槽),根據(jù)本場地的地質(zhì)情況,采用夯實(shí)法——強(qiáng)夯法最好。

        4.3.1 方案選型依據(jù)

        強(qiáng)夯法方案選型主要依據(jù)DBJ 61-9—2008《強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)以及《標(biāo)準(zhǔn)》,見表1、表2。

        表1 《規(guī)程》中不同強(qiáng)夯能級(jí)的夯實(shí)厚度

        表2 《標(biāo)準(zhǔn)》中不同強(qiáng)夯能級(jí)的夯實(shí)厚度

        由此選定強(qiáng)夯能量為4 000 kN·m,夯擊6~8 遍。

        4.3.2 強(qiáng)夯法施工間距選擇

        根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程,夯點(diǎn)中心距一般取1.2~2.0d(d為夯錘直徑),據(jù)此計(jì)算,夯間距應(yīng)為2.88~4.8 m;根據(jù)成功經(jīng)驗(yàn)及地基土的擴(kuò)散角理論,夯間距取3.5 m,正三角形布置,滿夯1 000 kN·m,縱向搭接1/2 夯痕、橫向搭接1/3 夯痕。

        4.4 優(yōu)化方案可行性分析

        4.4.1 質(zhì)量對(duì)比:雨季施工階段強(qiáng)夯質(zhì)量效果好

        換填地基:恰逢雨季施工階段,分層分段施工,素土壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.97 且保證不均勻,沉降比較困難。

        強(qiáng)夯地基:規(guī)范施工,雨季質(zhì)量控制比土方好。

        4.4.2 工期對(duì)比:強(qiáng)夯節(jié)約工期

        換填地基:開挖60 d,換填90 d。

        強(qiáng)夯地基:單機(jī)單日可夯擊60 個(gè)夯點(diǎn),30 d 即可完成;開挖30 d,強(qiáng)夯30 d,換填30 d。

        4.4.3 經(jīng)濟(jì)對(duì)比:強(qiáng)夯節(jié)省造價(jià)

        換填地基:土方開挖及換填按照方量計(jì)算,少挖5 m 深。

        強(qiáng)夯地基:無論是點(diǎn)夯還是滿夯,按照平方米計(jì)算,考慮措施費(fèi),均比換填節(jié)省造價(jià)。

        5 強(qiáng)夯法施工

        5.1 施工區(qū)域劃分

        根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)狀,將基坑分為4 個(gè)施工作業(yè)區(qū)域,整體施工順序由西向東進(jìn)行。安排兩臺(tái)機(jī)械同時(shí)由東往西施工,兩臺(tái)機(jī)械分別從C 區(qū)和B 區(qū)開始施工,待C 區(qū)和B 區(qū)施工完成后,分別再去D 區(qū)及A 區(qū)施工。

        5.2 施工部署

        整體施工分為2 個(gè)階段,第一階段為強(qiáng)夯試驗(yàn),第二階段為強(qiáng)夯施工。根據(jù)現(xiàn)場情況及總工期,將現(xiàn)場試夯分為6 個(gè)區(qū)域,即原狀土與墓坑回填土區(qū)分別設(shè)計(jì)3 個(gè)試驗(yàn)區(qū),每個(gè)試驗(yàn)區(qū)約15 m×15 m,試夯安排1 臺(tái)機(jī)械進(jìn)行施工。

        5.2.1 強(qiáng)夯工藝參數(shù)

        1)夯錘錘底直徑2.4 m,夯錘重量20 t,落距為20 m。

        2)主夯夯擊能為4 000 kN·m。

        3)采用點(diǎn)夯,正三角形布點(diǎn),夯點(diǎn)間距為3.5 m;第一次夯擊點(diǎn)距可取7 m,第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間。

        4)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及現(xiàn)場試夯的夯擊次數(shù)和夯沉量確定,最后兩擊平均夯沉量不大于50 mm,且夯擊次數(shù)不小于9 遍[1]。

        5)點(diǎn)夯完成后,應(yīng)以低能量滿夯1 遍(1 500 kN·m),滿夯時(shí)縱向(基坑?xùn)|西向)彼此搭接1/2 夯痕,橫向(基坑南北向)彼此搭接1/3 夯痕,夯印平整。

        5.2.2 強(qiáng)夯施工操作步驟

        1)清理并平整施工場地。

        2)標(biāo)設(shè)強(qiáng)夯點(diǎn)位置,并測量起夯面高程。

        3)起重機(jī)就位,使夯錘中心對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置。

        4)測量夯前錘頂標(biāo)高。

        5)將夯錘起吊到預(yù)定高度,開啟脫鉤裝置,待夯錘脫鉤自由下落后,放下吊勾鉤,測量夯錘頂高程,若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí),應(yīng)及時(shí)將坑底整平[2]。

        6)重復(fù)步驟5),完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊。

        7)換夯點(diǎn),重復(fù)步驟3)~6),完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。

        8)用推土機(jī)將夯坑推平,并測量場地高程。

        9)第2 遍同上,按上述步驟依次完成全部夯擊遍數(shù)。

        10)第3 遍用低能量滿夯,將場地表層松土夯實(shí),并測量夯后場地高程。

        5.3 施工工藝要點(diǎn)

        1)每遍夯點(diǎn)位置放線,必須依據(jù)平面坐標(biāo)控制點(diǎn)準(zhǔn)確施放。

        2)夯擊時(shí),落錘應(yīng)保持平穩(wěn);若夯點(diǎn)錯(cuò)位或夯坑底面傾斜過大,需填土整平后,重新繼續(xù)夯擊。

        3)在夯擊過程中,夯錘排氣孔不得被泥土堵塞。

        4)每夯點(diǎn)在夯擊過程中,應(yīng)按實(shí)際測量記錄夯點(diǎn)的每擊夯沉量、累計(jì)夯沉量及最后兩擊平均夯沉量;每夯點(diǎn)的連續(xù)夯擊數(shù)及最后兩擊平均夯沉量必須符合設(shè)計(jì)要求。

        5)冬季施工必須在地基土未凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行;冰雪凍土必須清除。雨季施工應(yīng)在雨前將夯坑推填整平;如條件允許可采用塑料膜或彩條布覆蓋待夯區(qū)域,并設(shè)置良好的排水設(shè)施,不得積水,保證雨后短時(shí)間內(nèi)能繼續(xù)施工;浸水區(qū)地基土含水量過大時(shí),應(yīng)晾曬或換土后繼續(xù)施工。

        6 結(jié)語

        本文以秦風(fēng)學(xué)校項(xiàng)目地基處理為例,在施工過程中靈活采用強(qiáng)夯法地基處理方案,有效提高了施工效率,解決了濕陷性黃土條件下復(fù)雜地形地基處理中施工跨度長、基坑開挖深度大、土方外運(yùn)方量大、換填質(zhì)量無法保證等問題,實(shí)現(xiàn)了降本增效,縮短了施工工期,可為類似工程施工提供借鑒。

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