1、强夯法地基处理有效加固深度的分析研究【摘要】本文以强夯法处理拟建小区地基为例,通过对一些学者给出的计算公式及规范公式的计算结果与检测结果进行对比分析,从而得出较为合理的有效加固深度计算方法。 【关键词】强夯法;加固深度;技术;施工 中图分类号:TE42 文献标识码:A 一、工程概况与工程地质条件 整个小区占地面积约 25 万 m2。强夯施工区位于小区的东部,面积约138,725m2。 根据地质勘察报告,地层情况如下:第-1 素填土(Q4ml)黄褐色、紫红色,松散,稍湿。主要成分为砂质泥岩的岩块及岩屑,近期堆积局部含有碎石、角砾、卵石等;第-2 素填土(Q4ml):黄褐色、紫红色。主要成分为砂质
2、泥岩的岩块及岩屑,局部含有碎石、角砾、卵石等,堆积时间较长,基本完成自重固结,土体胶结紧密。第-1 层 粉质粘土(Q4d1+el):紫红色、土黄色,可塑状,局部硬塑状,为残积、坡积土,由于差异风化,土中夹全风化岩块,土体均匀性较差。因土体中空隙较大,透水性好,因此土体中含水量较低;第-1 层 强风化砂质泥岩(1Ss+Cr):紫红色,强风化。厚层状,夹薄层泥质砂岩。原岩矿物已全部风化,部分保留原岩结构构造,风化裂隙很发育,节理面有粘土矿物充填,局部泥化。岩芯呈碎石状、碎块状、柱状,敲击声哑。遇水后软化崩解,失水后干缩。第-2 层 中风化砂质泥岩(1Ss+Cr):紫红色,中风化。厚层状,夹薄层泥质
3、砂岩。原岩矿物部分已风化,保留原岩结构构造,节理、裂隙较发育,节理面有粘土矿物充填。岩芯呈柱状、短柱状。遇水后软化崩解,失水后干缩。岩芯暴晒后碎裂成碎块,浸水后软化、崩解。该场区,地层地质条件虽然比较简单,但由于素填土和粉质粘土的层厚比较深且变化较大,造成地基的不均匀性。 二、施工方法与技术要求 该场地强夯施工由点夯、满夯及振动碾压 3 步工序组成:点夯,单点夯击能为 1,000kNm,夯锤重 150kN,夯锤直径为 2.0,落距20m,点距 4.04.0m,分三遍进行强夯,收锤标准为:最后二击平均夯沉量小于 5cm,总夯击数 1418 击,分多次施加,累计夯沉量一般46m。满夯,夯击能量为
4、800kNm,锤印相交 500mm,击数为 34 击,以夯实表面填土为标准。满夯完后,用推土机进行场地整平,并用30振动碾压机夯压 8 遍以上。 夯击击数:点夯每点 57 击,现场的夯击击数根据试夯的结果和夯击时 NS 曲线控制为准,并根据情况适当改变。时间间隔:各遍间的间歇时间取决于加固土层孔隙水压力消散所需要的时间,由于是填土和粉质粘土,孔隙水压力消散较慢,故当夯击能逐渐增加时,孔隙水压力亦相应的叠加,其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况,一般为 24 周。地基处理后满足以下设计条件:地基承载力:承载力标准值不小于90kPa;强夯加固深度:大于等于 6.8m;压缩模量:不小于 7MPa。
5、三、强夯法的作用机理和设计方法 1强夯法的作用机理 强夯法又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤(质量一般为 1040t)提到一定高度再使其自由落下(落距一般为 1040m) ,给地基以冲击和振动能量(一般为 8004000KN/m,最大可达 8000KN/m) ,从而提高地基的承载力并降低其压缩性,改善地基性能。 2强夯法的设计方法 强夯法虽然已在工程中得到广泛应用,但目前还没有一套成熟的设计计算方法。因此在设计中,通常是根据经验初步确定强夯参数,如夯击能、夯点布置、夯击次数及遍数、夯沉量等提出试验方案,进行现场试夯和测试检验强夯效果,确定施工采用的各项强夯参数和施工工艺。检测的项
6、目主要为现场载荷试验、检测承载力和变形模量,同时还应辅以其他检测手段来检测强夯加固的深度情况。 四、有效加固深度的计算 1Menard 计算方法 Menard 公式是基于工程实践结果得到计算强夯的影响深度。即: H=Mh/101/2 (1) 其中,H 为强夯影响深度(m) ;M 为夯锤重量(t) ;h 为夯锤落距(m)则 Menard 方法计算得到的有效加固深度为: H=(1,000/10)1/2=10m 2修正 Menard 计算方法 由于 Menard 公式存在的如下问题:加固影响深度的提法过于广泛,没有严格的定义;只考虑了能量因素,而对因施加能量而加固的对象土体则未作任何考虑;考虑的是总
7、的单击夯能或总动压力,对因夯锤触地面积的不同而引起冲击力在加固体中的差异未作考虑,因此只能作为经验公式来计算。一些研究者们围绕公式(1)进行了不同的修正后,给出了以下公式: H=KMh/101/2 (2) 其中,H、h 的含义及单位同(1) ;M 为夯锤重量(kN) ;K 为影响深度折减系数,一般 K 随土中粘性含量的增大或含水量的增大而减小。 则该方法计算得到的有效加固深度为:H=0.5(15020/10)1/2=8.6m (K 取 0.5) 3Billam 计算法 基于工程实践的计算方法,与 Menard 公式相比,该公式考虑了夯锤底面积和土体阻尼对强夯加固深度的影响,量纲上也避免了 Me
8、nard 经验公式的矛盾。即: H=MhK/B2 (3) 其中,H、M、h 的含义及单位同(1) ;B 为夯锤底面直径(m) ;K 为折减系数,K=g/q,与土的种类和初始密度有关,一般取 0.100.16(g为重力加速度,但为 m/s2;q 为土骨架的动阻力 kN/m2) ;取 K=0.10,将数据代入(3)式,得: H=MhK/B2=15200.12/22=9 4强夯法施工实践中加固深度公式 (4) 式中,H、h 的含义及单位同(1)式;M 为夯锤重量(kN) ;A 为锤底面积;d为地基土的干容重; 为土体含水量(无量纲) 则该方法计算得到的有效加固深度为: (5) 五、试验检测结果 1检
9、测方法 地基处理后采用以下方法对加固效果进行检测:标准贯入试验;静力触探试验;平板静力载荷试验;室内土工试验。 2检测成果 各种检测方法的检测效果分别为: (1)静力触探试验:由于该区填土含有未风化的岩块及碎石、角砾、卵石而造成个别静力触探未能贯入强风化泥岩岩层,其余均有贯入强风化泥岩层。 (2)平板静力载荷试验 平板载荷试验检测结果为:地基承载力基本值不小于 165KPa,变形模量变化范围为 17.832.6MPa,达到了地基处理要求。 (3)室内土工试验 由于素填土中不均匀含有碎石、角砾、卵石等硬物质,且强夯后土的密实度较高,而造成个别样本的代表性比较差,部分指标予以舍弃,土工试验统计结果
10、如表 5。统计分析表明:素填土和粉质粘土的压缩模量都有很大提高,夯前均值分别为 6.42MPa 和 5.05MPa;夯后均值分别为7.71MPa 和 8.32MPa。该结果满足工程设计要求。 对上述四种检测结果进行分析,结果表明:用该方法加固地基,得到了预期的效果,素填土到卵石层 5.97.7m 都得到了有效的加固。 通过对强夯法有效深度的几种计算方法和实际工程检测结果进行对比分析知,强夯法的有效加固深度宜采用改进的 Menard 计算法和 Billam计算法。 参考文献: 1黄川,应付钊. 强夯法在残积土地基处理中的应用J. 医药工程设计,2012,06:30-34. 2张有春,鲁建荣. 强夯法在我国的发展及应用J. 交通标准化,2013,08:21-24. 3张鹏. 谈强夯法在海滨回填区地基处理中的应用J. 山西建筑,2013,14:78-80. 4李军. 浅谈强夯法在结构物地基处理中的应用J. 科技风,2013,08:92. 5林金通. 强夯法处理软基的效果分析与应用J. 中国新技术新产品,2012,15:172-173.