典型濕陷性黃土地基強夯處理施工技術研究

王 勛,王 沙

(1.西安交通工程學院,西安 710100; 2.玉山鎮前程小學,西安 710100)

0 引言

對濕陷性黃土地基的處理方法較多,其中強夯法優勢明顯。胡長明等[1]給出了不同能級條件下強夯加固夯點的中心距、最佳擊數、停夯標準及有效加固深度等參數,在此基礎上確定了強夯有效加固深度的估算方法。呂秀杰[2]給出了強夯濕陷性黃土與粉土作業中的幾個強夯參數。宋修廣[3]對梅納德(Menard)加固公式在不同工況下進行驗證,結果表明,在較大夯擊能下梅納德公式并不適用。王松江[4]針對某深厚濕陷性黃土地基進行強夯對比試驗,結果表明,強夯作業能夠對濕陷性黃土的物理力學性質產生較大影響。黃雪峰等[5]論述了大厚度自重濕陷性黃土地基的處理原則,提出不同自重濕陷性黃土層厚度宜采取的地基處理厚度及剩余濕陷量控制標準。

項目場地局部有一黃土層,根據地質勘探資料可知,該黃土層的濕陷性系數δs為0.010～0.100,濕陷性起始壓力為18～180 Kpa。項目工地試驗室檢測出該黃土層土質物理力學指標如表1所示。綜合地勘與表1數據可知,該地層黃土具有一定的濕陷性且濕陷等級為Ⅱ級。該項目公路等級為高速公路,施工時需對該地的濕陷性黃土進行特殊加固處理。查閱資料可知,高速公路、一級公路通過濕陷黃土壓縮性較高的地段時,該地區地基最小處理深度為3～5 m,見表2。

表1土質物理力學指標 Tab.1 Soil physical and mechanical index

表2 濕陷性黃土最小處理深度Tab.2 Minimum treatment depth of collapsible loess

1 強夯處理施工要點

1.1 施工準備

清理、平整施工場地,確定強夯施工作業范圍,在施工場地選擇典型的區段進行試夯作業,試夯采用直徑為2.25 m、重量10 t的圓柱形鑄鐵夯擊錘,可知夯錘的夯擊能為1500 kN·m。完成試夯后,根據試夯結果調整夯擊參數。

1.2 確定夯擊遍數及夯點布置

對需要處理的地基范圍進行3遍夯實,其中第1、2遍進行點夯,夯點位置按間距6 m在場地中正方形布置,第3遍在800 kN·m夯擊能的作用下進行滿夯作業。作業時,由線路的中線夯點夯起,平行于中線向兩側夯擊,直到夯擊區夯擊完成,前后兩次夯擊的夯點彼此重疊1/4來加固表層。應對夯擊過程中的參數進行詳細記錄,以便后期數據處理。

1.3 強夯孔隙水壓力監測試驗

工作原理。采用振弦式數字型孔隙水壓傳感器來監測強夯作業及地基土的孔隙水壓力變化數據,推得孔隙水壓力的的消散規律。孔隙水壓計的工作原理是:當有壓力施加到軸承板上時,通過液體傳感介質傳輸到傳感單元的二次膜引起變形,改變磁路的氣隙、磁阻及線圈電感,進一步改變L-C振蕩電路的輸出信號頻率,這種頻率變化與軸承板上的壓力成正比,強夯試驗過程中的孔隙水壓力實時數據直接由智能測控儀來采集存儲。

試驗儀器布設。孔隙水檢測儀器用采用鉆機鉆孔埋設,鉆孔孔徑為105～108 mm。埋設監測傳感器時,傳感器應緊貼測點土層,使用干膨脹土或高液限黏土球封孔,使測點土層孔隙水與上層土層完全隔絕。由于孔隙水壓計的進水孔較大,如果不做處理容易被封孔的泥沙堵塞,故埋設前應給孔隙水壓計的進水孔設置過濾層,防止堵塞情況的發生。孔隙水壓計埋設完成后,應與數據采集儀連接,檢查傳感器狀態并做以記錄。鉆孔回填完成3～4 d后,連續記錄孔隙水壓計的讀數,直至基本穩定不變為止,最終以穩定讀數作為初始數據。

在強夯試驗區內設置3個鉆孔,在鉆孔埋深1.5 m、3 m、7 m、9 m的位置設置孔隙水壓力監測裝置。在第一遍點壓實完成后立即監測并記錄1、2…48 h的孔隙水壓力計數據。孔隙水壓力計沿深度方向的埋設情況如圖1所示。

圖1 檢測儀器沿深度方向埋設Fig.1 Bury of measuring instrument in the depth direction

1.4 強夯作業與數據分析

1.4.1 強夯作業

在強夯處理區按照試驗要求把夯機吊裝到位,將夯錘放置于夯點上方預定位置處,夯擊點位置如圖2所示,令夯錘脫鉤自由下落至夯點位置。落距與擊數應經過反復試驗后確定其最優組合,若發現夯擊過程中因坑底傾斜導致夯錘不正時應組織人員對坑底進行整平。根據試驗參數規定的夯擊要求,對每一個夯點進行強夯,當最后兩次擊實的平均擊實沉降不超過5 cm、擊實坑周圍地面沒有明顯隆起、擊夯坑的深度不存在錘擊起錘困難的情況時即可停止擊實。重復上述步驟,完成所有夯擊點的第一遍和第二遍壓實作業。

圖2 夯點與監測點平面布置Fig.2 Layout of tamping and monitoring point

1.4.2 數據分析

強夯作業兩遍點夯之間的時間間隔有一定的要求,時間間隔取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需時間,當第一遍夯擊完成后孔隙水壓力消散至初始壓力的75%以上時方可進行第二遍夯擊。

在點夯過程中使用采集儀收集記錄3個監測點埋深為1.5 m、3 m、7 m、9 m位置處1～48 h的孔隙水壓消散數據,如表3所示。

表3 孔隙水壓消散Tab.3 Pore water pressure dissipation

根據表3可知,監測點埋深為9 m位置的孔隙水壓計未檢測到孔隙水壓,說明此次強夯作業深度僅影響到地下7 m位置處,每個監測點最后一個埋深的孔隙水壓在48 h內均可消散至初始孔隙水壓的75%左右,表明兩遍夯擊的時間間隔至少應為2 d。由于此地基土質大部分為濕陷性黃土,故設計夯擊間歇不應少于3 d,由此可得強夯作業的夯擊間歇為3 d。

1.4.3 孔隙水壓力增量與埋深的關系分析

根據表3可繪制出孔壓增量與埋深的關系(如圖3所示),可知強夯作用下表層(1～3 m)孔壓增量顯著增加,遠大于深層(7～9 m),3個監測點孔隙水壓增量與深度的相關規律一致,進一步表明試驗數據較為準確。

圖3 孔隙水壓力增量與埋深的關系Fig.3 Relationship between pore water pressure increment and burial depth

1.5 完成地基強夯加固作業

在規定的時間間隔后于強夯工區按照上述步驟進行全夯實,用推土設備對壓實后的基坑進行填筑,經測量強夯后的濕陷性黃土地基的穩定性與承載力都有了大幅度提升。

2 結論

通過研究發現,典型濕陷性黃土地基強夯處理施工技術對地基加固效果較為明顯,操作簡單,是一種良好的軟土地基處理方法。在強夯處理濕陷性黃土地基技術的實施過程中,根據土體孔隙水壓力的消散監測結果及設計要求確定點夯與滿夯之間的時間間隔為3 d。強夯作業中,確定落距與擊數是作業質量控制的關鍵點。強夯法加固濕陷性黃土地基能夠削弱黃土的濕陷性,提高地基承載力及穩定性,可推廣使用。