強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土工程實(shí)踐

郭春平

(山西省地勘局 214地質(zhì)隊(duì),山西 運(yùn)城 044000)

強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土工程實(shí)踐

郭春平

(山西省地勘局 214地質(zhì)隊(duì),山西 運(yùn)城 044000)

以同煤集團(tuán)塔山洗煤廠為例,探討了強(qiáng)夯法在濕陷性黃土中的應(yīng)用,提出了強(qiáng)夯法處理黃土的適用條件、強(qiáng)夯方案的確定原則、地基土含水量對(duì)強(qiáng)夯施工效果的影響等論點(diǎn),尤其是用復(fù)合地基理論確定強(qiáng)夯地基承載力

的方法。

強(qiáng)夯法;濕陷性黃土;復(fù)合地基

1 概述

黃土是一種第四系沉積物,它具有一系列特殊內(nèi)部物質(zhì)成分和外部形態(tài)特征,不同于同時(shí)代的其他沉積物。黃土在我們國(guó)家分布較廣,而濕陷性黃土主要分布在黃河中游地區(qū),它們所處的地貌單元為平原型與河谷型,此類土隨著堆積時(shí)代的不同,其物理力學(xué)性質(zhì)也不同,但都具有黃土狀結(jié)構(gòu),大孔隙發(fā)育,且具有濕陷性等特點(diǎn)。堆積較早的黃土狀黃土,則承載力較高。對(duì)于新近堆積黃土,一般具有承載力較低,壓縮性高等特點(diǎn)。所謂黃土濕陷性,是指在一定壓力下黃土受水浸濕后結(jié)構(gòu)破壞,土體強(qiáng)度迅速降低而發(fā)生顯著附加下沉的現(xiàn)象。可使建筑物產(chǎn)生不均勻沉降與裂縫,危害建筑物安全,對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。因此在工程建設(shè)中需要對(duì)此類土進(jìn)行處理,消除其濕陷性。在施工中一般采用的方法是強(qiáng)夯法、灰土樁法或換土墊層法 (防水)。在濕陷性黃土地區(qū),采用強(qiáng)夯法處理地基效果明顯,常被建設(shè)單位所接受。

采用強(qiáng)夯法處理地基,其機(jī)理為將 8～40 t的重錘,吊至一定高度 (>10 m)后自由下落,對(duì)土體進(jìn)行夯實(shí),以提高地基土的強(qiáng)度,降低地基土的壓縮性和消除地基土的濕陷性。它具有以下特點(diǎn):施工簡(jiǎn)單、效率高、工期短、造價(jià)低,但施工時(shí)振動(dòng)和噪聲較大。

強(qiáng)夯施工方案的確定,主要考慮以下幾方面因素。

(1)場(chǎng)地地基土的工程地質(zhì)條件。

(2)擬建建筑物的類型、特點(diǎn)及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。必須對(duì)建筑物地基的設(shè)計(jì)參數(shù)有一定的了解。地基設(shè)計(jì)參數(shù)不同,要選擇的夯擊方式也不同。

(3)施工機(jī)具的技術(shù)參數(shù)。主要包括夯擊能的確定,施工機(jī)具的選擇,夯擊次數(shù)與夯擊方式的確定等。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

同煤集團(tuán)塔山洗煤廠位于大同市南郊區(qū),為新建廠房,屬黃土高原,微地貌為大同盆地北部山前傾斜平原,地形較平緩、開闊。地基土為新近堆積的黃土狀粉土,大孔發(fā)育,具高壓縮性,濕陷性,濕陷系數(shù)δs為 0.002～0.067,總濕陷量 (地面下 1.5 m算起)約 39.1 cm,自重濕陷量為 15～18 cm。濕陷類型為自重濕陷性黃土,濕陷程度為中等,地基濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)。濕陷性土層厚度為 9.0～12.0 m。地基承載力 100～110 kPa。場(chǎng)地地下水位埋深 >20.0 m。

擬建廠房主要建筑包含精煤倉(cāng) (圓形,直徑 21 m,高 53 m)及主廠房,濃縮車間,中煤倉(cāng)、矸石倉(cāng)及棧橋等建 (構(gòu))筑物。設(shè)計(jì)單位澳大利亞約翰芬雷工程有限公司技術(shù)要求是:提高地基土的承載力與消除地基土的濕陷性,要求地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值≮220 kPa;地基剩余濕陷量 <100 mm。

對(duì)于本工程,由于地基濕陷性土層厚度比較大,消除地基土的濕陷性成為首要問題。根據(jù)本場(chǎng)地土的工程地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素,采用強(qiáng)夯法處理地基是一種比較有效的方法。

2.2 試夯方案及施工

根據(jù)建筑的不同類型,在擬建場(chǎng)地外進(jìn)行了夯前不同夯擊能的試夯工作,為進(jìn)行大面積強(qiáng)夯提供所需的技術(shù)參數(shù),選擇合理的強(qiáng)夯施工方案。在試夯中采用 50 t履帶吊 ,重 20 t的夯錘 (錘徑 2.5 m),進(jìn)行了夯擊能為 3000、4000 kJ單點(diǎn)夯與 4000 kJ群夯。

夯擊方式:

點(diǎn)夯一遍:連續(xù) 15擊;

點(diǎn)夯二遍:第一遍連續(xù) 13擊,間隔 7天后第二遍連續(xù) 9擊。

4000 kJ群夯:正方形布點(diǎn),夯點(diǎn)間距離 5.0 m,中間插點(diǎn),第一次夯正方形角點(diǎn) (連夯 15擊),第二次夯插點(diǎn) (連夯 9擊),第三次 1000 kJ滿夯 (連續(xù)夯3擊 )。

效果驗(yàn)證采用標(biāo)貫、靜力觸探試驗(yàn),并挖探井采樣做土工試驗(yàn),對(duì)夯前與夯后物理性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

測(cè)試點(diǎn)位置的布設(shè)原則是:在夯點(diǎn)和夯間測(cè)試,單點(diǎn)夯測(cè)試點(diǎn)位于夯點(diǎn)外 2.5 m,群夯測(cè)試點(diǎn)位于夯點(diǎn)、夯間。

2.3 試夯效果

2.3.1 地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的變化

夯后 5.0 m深度以上,地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值是夯前 (100～110 kPa)的 3倍。

壓縮模量 Es1-2:3000 kJ約是夯前 (約 4.0 MPa)的 5倍;4000 kJ是夯前的 6倍。

靜力觸探:5 m深度內(nèi),4000 kJ,PS是夯前 3～6倍;3000 kJ,PS是夯前的 2.5～4倍。

標(biāo)貫擊數(shù):5.0 m深度內(nèi),夯后是夯前的 5～7倍。

2.3.2 不同夯擊方式物性指標(biāo)

單點(diǎn)夯,兩遍夯比一遍夯提高幅度大,4000 kJ群夯物性指標(biāo)與 4000 kJ單點(diǎn)二遍夯接近。

2.3.3 夯后地基土的變化情況

夯后地基上形成一個(gè) 5.0 m厚的硬殼層,3000 kJ影響深度為 9.0 m;4000 kJ影響深度為 10.0 m,濕陷性消除結(jié)果見表 1。

表 1 不同強(qiáng)夯方案消除深度與剩余濕陷量統(tǒng)計(jì)表

2.4 強(qiáng)夯方案及施工效果

根據(jù)試夯結(jié)果,我們制定出強(qiáng)夯施工方案見表2,并經(jīng)設(shè)計(jì)院認(rèn)可。

表 2 強(qiáng)夯方案一覽表

強(qiáng)夯施工后,采用挖探井與標(biāo)貫測(cè)試方法對(duì)夯后地基進(jìn)行檢測(cè)工作,結(jié)果見表 3。

表 3 強(qiáng)夯施工效果

3 強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

3.1 強(qiáng)夯法處理黃土的適用條件

夯前必須查清場(chǎng)地所處的地貌單元,地下水位的埋藏條件,地基土的濕陷等級(jí),以及地基土堆積的時(shí)代。對(duì)于新近堆積的非飽和黃土狀土 (粉土),強(qiáng)夯效果明顯,此種地基土在強(qiáng)夯過程中,一般不會(huì)有隆起現(xiàn)象。而堆積較早的老黃土,強(qiáng)夯后則會(huì)出現(xiàn)雖然可以消除地基土的濕陷性,但存在承載力沒有提高,甚至有降低現(xiàn)象,分析原因主要是因?yàn)槔宵S土本來強(qiáng)度較高,結(jié)構(gòu)致密,被夯后,其結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,導(dǎo)致承載力降低。

3.2 強(qiáng)夯方案的確定原則

結(jié)合場(chǎng)地土的工程特性、擬建建筑物的重要性及設(shè)計(jì)參數(shù),施工機(jī)具技術(shù)參數(shù)等在夯前就進(jìn)行試夯工作,為大面積強(qiáng)夯選擇適當(dāng)?shù)暮粨舴椒ㄅc夯擊參數(shù)。

3.3 地基土含水量對(duì)施工效果的影響

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),場(chǎng)地土進(jìn)行強(qiáng)夯施工的最優(yōu)含水量一般比地基土的塑限高出 2個(gè)百分點(diǎn),但經(jīng)過多處強(qiáng)夯地基土的檢驗(yàn)結(jié)果,地基土的含水量只要不低于最優(yōu)含水量 5個(gè)百分點(diǎn),強(qiáng)夯后地基土一般均能滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于含水量過低則要求人為調(diào)整,使之接近最優(yōu)含水量,達(dá)到夯擊效果。對(duì)于含水量高于最優(yōu)含水量,要采取適當(dāng)措施降低含水量,避免夯擊后變成橡皮土,造成強(qiáng)夯施工失敗。對(duì)于稍濕的濕陷性黃土,因沒有或有很少自由水,在強(qiáng)夯過程中不存在孔隙水壓力消散的問題。因此無須象夯擊飽和土那樣采用間歇多遍的夯擊方式,可以在一個(gè)夯位上連續(xù)夯到所需的擊數(shù),而后再移到次一個(gè)夯位上,依次一遍夯成。

3.4 關(guān)于強(qiáng)夯影響深度與有效處理深度

在施工中二者概念應(yīng)加以區(qū)別,影響深度是指夯擊能所能達(dá)到的深度,該深度范圍內(nèi)地基土濕陷性減小,強(qiáng)度有不同程度的提高。而有效處理深度應(yīng)該是消除濕陷的深度,二者應(yīng)區(qū)別開。

3.5 強(qiáng)夯地基土的承載力確定方法

對(duì)于采用強(qiáng)夯方法處理地基,由于其夯擊能比較大,每個(gè)夯擊點(diǎn)間有一定的間距,強(qiáng)夯處理后,夯點(diǎn)與夯間物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)差異比較大。對(duì)于強(qiáng)夯最后一道工序滿夯 (低能擊、錘邊相接),僅僅夯實(shí)強(qiáng)夯后表層松散土。因此應(yīng)該按復(fù)合地基來確定強(qiáng)夯地基的承載能力,即分別測(cè)定夯點(diǎn)、夯間土的承載能力,最后按地基處理規(guī)范確定復(fù)合地基承載力。

對(duì)承載力的確定可采用以下方法:(1)采用原位載荷試驗(yàn);(2)采用原位標(biāo)貫、靜探試驗(yàn)結(jié)合探井指標(biāo)綜合確定。對(duì)于采用第 (2)種方法確定承載力,由于目前還沒有強(qiáng)夯地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值的有關(guān)成熟取值,因此對(duì)于強(qiáng)夯土,在有效處理深度范圍內(nèi)可按老黃土、一般粘性土來考慮,但應(yīng)對(duì)所提出的承載力值進(jìn)行修正。一般經(jīng)驗(yàn)是乘以系數(shù) 0.6來修正,或采用地基土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來修正,具體方法是對(duì)夯后地基土在室內(nèi)進(jìn)行非飽和與飽和狀態(tài)下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低系數(shù)來折減。在本工程中,筆者曾測(cè)定飽和狀態(tài)下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為非飽和狀態(tài)指標(biāo)的 50%～60%。

3.6 隔震措施

強(qiáng)夯場(chǎng)地距離已有建筑物較近 (<50 m)時(shí),一定要挖隔震溝。但距離若為 20 m以內(nèi),不但要挖隔震溝,還應(yīng)對(duì)已有建筑物地基進(jìn)行特別處理 (如錨固、擋土墻),避免因強(qiáng)夯施工對(duì)已有建筑物造成損壞。

4 結(jié)語

對(duì)于采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理,雖然現(xiàn)在已有成熟經(jīng)驗(yàn),但還存在著地基土承載力如何選取、土性指標(biāo)如何選取及應(yīng)用等問題。以上只是本人在施工中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié),由于水平有限,錯(cuò)誤和不足在所難免,敬請(qǐng)批評(píng)指證。

[1] GJG 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

Engineering Practice of Dynam ic Compaction M ethod for Treating Collapsible Losses

GUO Chun-ping(214 Geolog-ical Team,Shanxi Province Bureau of Geology Exploration,Yuncheng Shanxi 044000,China)

Take an engineering example of a coal preparation plant,discussion was made on the application of dynamic compaction method in collapsible losses.The applicable conditions,the scheme determination principles,the influence of foundation soilwater content to dynamic compaction construction effect and especially the deter mination method of dynamic compaction foundation bearing capacity by composite foundation theorywere put forward.

dynamic compaction method;collapsible losses;composite foundation

TU472.3

A

1672-7428(2011)06-0059-03

2010-11- 13;

2011-05-25

郭春平 (1970-),女 (漢族),山西運(yùn)城人,山西省地勘局 214地質(zhì)隊(duì)助理工程師,水文工程專業(yè),從事水文工程工作,山西省運(yùn)城市姚暹街,ycgcp@sina.com。