浅谈软基处理中的强夯法

浅谈软基处理中的强夯法
摘要:本文介绍了强夯法在软基处理中的作用机理,施工工艺及施工技术要点。

关键词:强夯法;软基处理;质量控制
前言:
软土地基因强度低,压缩性高,渗透性小等特征而不满足设计和使用要求,甚至会造成一定的危害,所以需要对软土地基进行相应的处理,使其变得足够坚固,提高地基的固结度和稳定性至设计的要求。

强夯法是利用强烈的夯击能量加固地基的方法,可提高土体的固结度与承载力,降低土的压缩性,消除固结沉降。

由于强夯法处理地基速度快,效果显著,施工机具简单,可以利用某些废料,变废为宝,且适用土质范围广,所以在铁路、建筑、水力、港口等工程的地基处理中应用较多,在软基处理中也有更好的前景。

1:强夯法的作用机理及适用范围:
强夯法又称动力固结法,是20世纪60年代后期法国梅那尔公司在重锤夯实基础上创造的一种动力加固地基的方法。

它利用起吊设备,将10～25吨的重锤提升至10～25米高处使其自由下落,依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层,从而使地基土在强大的冲击能的作用下土体强制压缩或振密,局部液化,夯点周围产生裂缝,形成良好的排水通道,孔隙水溢出,经过效压密,使土体重新固结,从而提高土体的承载力,降低其压缩性,改善地基的受力性能。

强夯法在开创之初,仅用于加固砂土和碎石土地基,经过多年的发展和应用,它已经适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理,它也可和其他技术结合处理高饱和度的粉土与软塑～流塑的黏性土地基,主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。

对非饱和的粘性土地基,一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法;并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。

现有经验表明:在100～200吨米夯实能量下,一般可获得3～6米的有效夯实深度。

2:强夯法的施工工艺:
强夯法的施工工序如图1所示
3:强夯机具的选择:
强夯机具的选择是非常重要的,机具选择的不当对施工效果的影响比较大,而且有时理论方案可行,但是施工难度较大。

一般我们可以根据《地基处理技术
规范》(JGJ79~91)中强夯法的式子:
进行确定,上式又称为梅纳公式,其中:H-强夯有效加固深度; -土体特性系数,取0.5;w-夯锤重量;h-夯锤自由落距。

由式(1)可知:只要wh保持恒定,对于同一种土体H就不会随w或h的单方面变化而改变,而实际情况却不一定如此。

对于同底面夯锤,在wh为恒值的情况下,大夯锤小落距较小夯锤大落距的夯实效果要好。

由于强夯效果主要源于夯锤对土体冲击时产生的瞬间冲击力,由动量定理可知夯锤对土体的冲击力,由此可知,对于同底面夯锤,大夯锤锤底冲击应力大,强夯后土体的有效加固深度大,土体强度高,因此施工时要根据土质情况优先选择重锤底落距的组合。

对于起重设备的选择,由于起重能力在25吨以下的吊车在进行强夯施工时,一般需对吊臂配置辅助门架,在施工时每个夯点均需移动一次,而且移动速度慢,效率低。

因此最好选择起重能力大的履带吊,移动方便,而且移一次可打3-4个夯点,效率相对来说较高。

4:施工质量的控制:
4.1:夯击能选择
夯击能可根据式(1)进行确定,强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。

在缺少试验资料或经验时,可按表1进行估计。

表1 夯击不同土质地基的有效加固深度
4.2:夯点间距
夯点间距的选据宜根据建筑物结构类型、加固土层厚度及土质条件通过试夯确定。

对细颗粒土来说,为便于超静孔隙水压力的消散夯击点间距不易过小当加固深度要求较大时,第一遍的夯点间距更不宜过小,以免夯击时在浅层形成密实层面,影响夯击能往下传递。

根据工程经验,第一遍夯击点间距宜选5-9m(对土层较薄的沙土或回填土取较大值) 以后各遍夯击点间距可与第一遍相同,也可适当减小。

对加固深度要求大的工程或单点夯击能较大的工程,第一道夯击点的间距应适当增大
5:施工技术要点及注意事项:
5.1:施工技术要点:
强夯施工宜采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其它专用设备,采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采取其它安全措施,防止落锤时机架倾覆。

强夯施工前,应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成破坏。

当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。

强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作:开夯前应检查锤重和落距,以确保单击夯击能量符合设计要求;在每遍夯击前,应对夯点放线进行复核,夯完后检查夯坑位置,发现偏差和漏夯应及时纠正;按设计要求检查每个夯点的夯击次数和夯击沉量。

施工过程中应对夯点的夯击次数、夯击遍数、夯点间距、夯点布置、加固范围、间歇时间等各项参数及施工情况进行详细记录。

5.2:施工注意事项:
(1)采用强夯法时,土的含水量至关重要。

土的天然含水量宜低于塑限含水量1-3%或液限含水量的0.6倍。

在拟夯实的土层内,当土的天然含水量低于10%时,应对其增湿至接近最佳含水量;当土的天含水量大于塑限含水量3%以上时应晾干降低其含水量。

(2)当湿陷性黄土处于或略低于最佳含水量,孔隙内一般不出现自由水,每夯完一遍不必等孔隙水压力消散,可采取连续夯击,减少吊车移位,提高强夯施工效率,降低工程造价。

(3)要消除黄土层湿陷性的有效深度,应根据试夯结果确定。

在设计要求消除湿陷性的深度内,土的湿陷系数δs均应小于0.015。

(4)严格按照要求进行逐点夯击,每击一次,观测一次高程并记录。

用同样方法完成一个夯点的夯击,并观测此夯点的总沉降量和高程并记录。

当发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平。

6:工程实例:
山东省潍莱高速公路第四合同段路基范围内有一个大石墨矿坑和几个石墨矿沉积池,该部分路基最大填土高度为14.0m,处理不好就会埋下质量隐患,根据具体情况选择了采用强夯处理的方案。

首先进行了抽水、清淤处理,由于坑底较软,为了便于强夯机械的行走,避免夯坑翻浆以及防止夯坑太深难以起锤,铺设了50cm厚片石和10cm厚碎石垫层,然后利用废石墨矿砂分层回填强夯处理。

采用50t履带吊,夯锤重为10t,落距为10m,夯击能为1000KN•m。

采用该方案提前完成了矿坑的处理,获得了较好的经济效益,而且施工后经过观测几乎未发生沉降,取得了较好的效果,受到了指挥部的好评。

该工程于1999年7月已通车。

7:强夯法的优缺点:
强夯法以其设备简单、工艺方便、原理直观、应用范围广、加固效果好、需
要人员少、施工速度快、不消耗水泥、钢材、费用低等优点,已在世界各地得到推广应用,但是其仍有如下缺点:
(1)振动大,有噪声,在市区密集建筑区难以采用;
(2)强夯理论不成熟,不得不采用现场试夯才能最后确定强夯参数;
(3)强夯振动对周围建筑物的影响研究还不够。

(4)施工时,对于高饱和度的粉土与黏性土地基(尤其对软黏土地基)饱和黏性土所需的能量不能一次施加,否则土体会产生侧向挤出,强度反而有所降低,且难以恢复。

8:结束语:
强夯法处理地基操作简便易行,易于施工,但是该方法加固地基的机理比较复杂,其理论和设计计算方法,还有待于进一步深入研究。

参考文献:
[1] JGJ 79-2002 ,建筑地基处理技术规范[S].
[2] 叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[3] 马小锋.浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑,2008,34(1):121-122.。