王朝華
(四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司,四川 眉山 620010)
近年來,隨著強(qiáng)夯法技術(shù)的不斷成熟,在我國各類建筑物,如工業(yè)廠房、民用建筑、貯罐堆場、公路、鐵路、機(jī)場跑道、港口碼頭、體育場等的地基加固工程中得到廣泛應(yīng)用,并取得豐富的經(jīng)驗和良好的經(jīng)濟(jì)效益。尤其對于城市周邊利用雜填土場地和山區(qū)城市周邊利用深 (雜)填土場地興建的工程項目,強(qiáng)夯法地基加固是一種較有效的方法。
強(qiáng)夯法是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法,它通過8~30t的重錘、8-20m的落距,對地基土施加很大的沖擊能,一般能量為500~8000kN·m。在地基土中出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力,可提高地基土強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件及消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時,夯擊能還可以提高土層的均勻程度,減少可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法不僅用于加固砂土和碎石土地基,而且經(jīng)過30多年的發(fā)展和應(yīng)用,目前它已適用于碎石土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土及雜填土等地基處理。
在填土地基強(qiáng)夯施工過程中,由于缺乏十分可靠的設(shè)計數(shù)據(jù)和成熟的施工經(jīng)驗,計算方法和數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確度還不夠確切,加上地基土層構(gòu)造復(fù)雜,因此在今后的施工過程中應(yīng)注意以下問題:
2.2.在強(qiáng)夯施工過程中,應(yīng)注意以下方面:①當(dāng)夯擊深度達(dá)到或超過錘高時,如繼續(xù)施工則須在坑內(nèi)鋪填大碴、碎石后方可繼續(xù)進(jìn)行,否則由于土壤粘性過大,加上周圍土壤對重錘的擠壓作用,將會大大增加吊車的負(fù)載使其起吊困難,甚至引發(fā)傾覆事故;②如發(fā)現(xiàn)土壤含水量過大,則應(yīng)加強(qiáng)降水工作,并連續(xù)觀測降水深度,待土壤含水量滿足要求時再進(jìn)行施工;③每點(diǎn)夯擊時均須達(dá)到設(shè)計要求,才能進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯施工;④強(qiáng)夯施工中的夯錘最好用鑄鐵或廢鋼鐵制成,錘中預(yù)留排氣孔,孔徑為250mm為宜,以減少空氣阻力及地質(zhì)土層粘結(jié)力,提高錘擊功能;⑤盡量加強(qiáng)防震措施(如防震溝等),確保周圍建構(gòu)物的安全;⑥吊車扒桿上部宜綁扎廢舊輪胎,以免吊鉤因脫鉤時的慣性而碰壞吊車扒桿,確保設(shè)備安全;⑦嚴(yán)格注意安全,強(qiáng)夯施工區(qū)應(yīng)圍蔽和設(shè)計警示牌,非工作人員不得進(jìn)入。
2.3.強(qiáng)夯施工完成后,必須進(jìn)行有效的檢測和試驗,達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求后才能進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工。
目前國內(nèi)外有關(guān)有效加固深度的估算方法多達(dá)幾十種,無論是從工程實用角度還是從強(qiáng)夯機(jī)理的理論研究出發(fā),在研究思路方面都具有一定的開拓性,也各有其優(yōu)缺點(diǎn)。由于土體的復(fù)雜性和地區(qū)性,使得很難建立一個通用的估算公式,因此大部分公式都使用了修正系數(shù),但它的存在又使得估算時人為因素和地區(qū)經(jīng)驗因素往往影響著修正系數(shù)的取值,從而影響最終結(jié)果的精確性。
3.1.Menard 公式系數(shù)修正法
由于在國內(nèi)外強(qiáng)夯工程實踐中,Merard初始公式得出的計算值普遍偏大,因此后人又提出了修正的Merard公式法,即乘以有效加固深度修正系數(shù)α:
式中:m 為夯錘重量(kN);h 為落距(m);α 值隨土中粘粒含量增大或含水量增大而減小,研究人員給出了不同的修正系數(shù),其變動范圍為0.35~0.80,一般對粘性土可取 0.5;砂性土取 0.7:黃土取0.3~0.5。
3.2.Billam 法
Greenwood等人在《深層致密與灌漿》中介紹了J.Billam(1979)提出的計算方法,與Menard公式相比,該公式考慮了夯錘底面積和土體阻尼對強(qiáng)夯加固深度的影響,量綱上也避免了Menard經(jīng)驗公式的矛盾。即:
由于炭黑溫度最終控制是以二級提升機(jī)出口炭黑溫度TE-5213為主要技術(shù)指標(biāo),但溫度的變化從造粒水流量調(diào)節(jié)開始到尾氣流量調(diào)節(jié)結(jié)束后才能反映出來,存在40 min的滯后,炭黑溫度需要及時參與到前饋串級控制中去,一級提升機(jī)出口炭黑溫度TE-5212與TE-5213之間有差值。為控制最終溫度TE-5213,增設(shè)二級提升機(jī)出口溫度TIC-5213調(diào)節(jié)回路,開環(huán)比例CP輸出。
式中:H為強(qiáng)夯的有效加固深度(m);m為夯錘的重量(t);h 為落距(m);k 為折減系數(shù);g 為重力加速度(m/s2);q 為土骨架動阻力(kN/m2),與土的種類和初始密度有關(guān),一般取0.10-0.16;D為夯錘底面直徑(m)。該法適用于粉土、砂土、黃土和粘性土,且計算精度相對較高。
某公司在近兩年回填的場地上建造2幢5層宿舍樓,地質(zhì)勘察資料揭示,擬建場地回填土層厚6-9m,土質(zhì)松散,亞粘土埋藏較深且厚度變化大,基巖埋藏深且?guī)r面起伏,尤其是2#宿舍樓南墻軸線緊鄰 高邊坡,相距僅不足5m。根據(jù)上述情況,如果采用獨(dú)立基礎(chǔ)方案,則工程量大,施工難度大且造價高,如采用樁基方案,則因填土層孤石較多,質(zhì)量難以保證且施工周期長。經(jīng)反復(fù)研究,決定采用強(qiáng)夯法加固地基和條形基礎(chǔ)的設(shè)計方案。
4.1.場地地質(zhì)條件
(1)亞粘土[I],紅褐色,呈可塑狀態(tài),軟硬不勻,具中等壓縮性,承載力特征值R=180kPa,壓縮模量Es=6MPa;(2)人工回填土:由鄰近平整場地陸續(xù)搬運(yùn)的土石方堆填而成,填土結(jié)構(gòu)松散,多空穴,土質(zhì)軟硬不均,壓縮性高,填土厚度5~9m,含水量 30%~60%,靜止水位-4m~-7m(以場地地坪面為±(0.000),含粒徑lO-40cm的塊石;(3)基巖:場地下伏基巖為泥巖、泥灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖,巖面起伏大,強(qiáng)風(fēng)化泥巖R=500~800kPa。從現(xiàn)場地質(zhì)表層情況看來,全部回填土均為近1-3年內(nèi)堆填而成,場地土質(zhì)成分復(fù)雜,無規(guī)律、土層厚度不勻且軟硬不一,土的顆粒和孔隙率大小不等,在同一建筑場地的不同位置,其承載力和壓縮性有較大差異,根據(jù)規(guī)范要求,該場地淺層不宜作為持力層或直接建造房屋,必須先進(jìn)行地基處理;(4)亞粘土[II]:紅褐色,軟塑,壓縮性高,夾軟塑狀粘土及碎石、礫石等,R=80kPa,Es=4MPa;(5)耕土:灰綠、黑灰,可塑,部分含植物須根,厚 0.2~0.6m。
4.2.強(qiáng)夯施工
根據(jù)本工程荷載分布的具體情況,按條形基礎(chǔ)方案進(jìn)行強(qiáng)夯設(shè)計及施工,夯實后要求承載力特征值達(dá)180kPa以上,壓縮模量Es=10MPa。在施工過程中,考慮到回填土的具體情況,適當(dāng)鋪填大碴,第1、2遍進(jìn)行點(diǎn)夯施工,間距4.5m,按條形基礎(chǔ)方向依次進(jìn)行,各點(diǎn)夯擊數(shù)在10擊左右,控制最終1擊沉降量為5cm內(nèi),然后用推土機(jī)將場地推平和重新放線,進(jìn)行第2遍施工,結(jié)束后再用推土機(jī)平整場地和重新放線,接著進(jìn)行遍夯,遍夯時錘底搭接尺寸為50cm,控制最終1擊沉降量為8-15cm,每遍夯擊施工間隔時間在7d以上,若能達(dá)到15d以上則效果更好。在強(qiáng)夯施工中,我們于強(qiáng)夯前、強(qiáng)夯施工中及強(qiáng)夯完成后均安排專人進(jìn)行高程測量,經(jīng)測量計算其總沉降量平均為2.61m。經(jīng)1個多月的強(qiáng)夯施工,我們順利完成了總面積1176m2的地基強(qiáng)夯施工任務(wù)。
4.3 荷載試驗
本工程地基強(qiáng)夯施工完成15d后進(jìn)行地基測試,考慮到施工期間雨天多,土質(zhì)含水量較大,故在強(qiáng)夯施工時填入一定數(shù)量的大碴、碎石,基本上改變了原填土層的結(jié)構(gòu)性能,因此其物理狀態(tài)試驗,壓縮模量試驗,旁壓儀測試及靜力觸探等工作亦難以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),所以決定對本工程進(jìn)行室內(nèi)土工試驗和荷載試驗。
在1#、2#樓各選定1組(3點(diǎn))進(jìn)行室內(nèi)土工試驗,其結(jié)果較理想,但室內(nèi)土工試驗的可信度也較低,我們重點(diǎn)對1#號樓選定3點(diǎn),2#樓選定6點(diǎn),未強(qiáng)夯處選定3點(diǎn),進(jìn)行荷載試驗,經(jīng)測試,1#、2#樓地基承載力特征值分別為R=220,200kPa, 壓 縮 模 量 分 別 為 Es=10.4,10.5MPa,未夯擊處 R=60kPa,Es=6MPa。經(jīng)荷載試驗和室內(nèi)土工試驗,特別是12個點(diǎn)的荷載檢測,結(jié)果證明本工程地基經(jīng)強(qiáng)夯加固施工R≥200kPa,Es≥10.4MPa。
4.4.地基強(qiáng)夯設(shè)計計算
根據(jù)工程實際情況,我們確定采用130kN錘、錘底面直徑2.2m、落距15m進(jìn)行強(qiáng)夯施工。經(jīng)理論分析計算,根據(jù)法國梅拉公式H=√E=√Qh(m)初步確定強(qiáng)夯的加固深度,同時根據(jù)國內(nèi)有關(guān)單位的實踐經(jīng)驗及測試數(shù)據(jù),強(qiáng)夯后有效加固深度D1略小于梅拉公式中的H,其影響系數(shù)K=D1/H,對一般粘性土和雜填土,水位較低時 K=0.5~0.8,本工程中取 K=0.6,則有效加固深度D1=K√Mh=0.6×13.96=8.4m根據(jù)地質(zhì)資料和現(xiàn)場具體情況,本工程僅有2處填土厚度為9m,其余均在8.5m以下,說明強(qiáng)夯法地基處理適用于本場地的填土厚度、地下水深度及填土土料,強(qiáng)夯后的地基土能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。根據(jù)分析計算,我們采用130kN重錘,底板面直徑 2.2m,落距 15m,采用 25t履帶吊機(jī),吊鉤設(shè)置自動脫勾裝置,扒桿起吊角度控制在70°~75°,經(jīng)24h內(nèi)對8個點(diǎn)進(jìn)行試夯,每點(diǎn)錘擊4~6擊,夯擊總沉降量均為 1.6~2.8m,與預(yù)計值基本一致。
4.5.對鄰近構(gòu)筑物的影響
地基強(qiáng)夯施工是以極大的沖擊能量壓實地基土層,施工時不可避免地對鄰近建構(gòu)物產(chǎn)生振動,本工程施工中經(jīng)觀察,我們認(rèn)為在2000kN·m以下的強(qiáng)夯施工中,如果采取了適當(dāng)?shù)母粽窈蜏p振措施,對于距離超過15m的鄰近建構(gòu)物不會造成較大影響。
4.6.沉降觀測
在本工程地基強(qiáng)夯區(qū)域內(nèi)測試完成并檢測合格后,再進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工,同時布置14個沉降觀測點(diǎn)和2個固定觀測標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)(固定在巖石上),按施工進(jìn)度分別進(jìn)行了7次沉降觀測,最終一次在結(jié)構(gòu)竣工后45d進(jìn)行,1#、20#樓累計沉降量分別為5~10m和4~1lmm,滿足設(shè)計要求。
本工程地基經(jīng)強(qiáng)夯加固后,承載力特征值R由60kPa提高到200kPa,壓縮模量E:也提高近1倍,其工程費(fèi)用僅為樁基方案或獨(dú)立基礎(chǔ)方案的約50%,同時節(jié)約水泥360t、鋼材85t,施工工期控制在3個月內(nèi),取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
[1]張志勇.強(qiáng)夯法地基處理施工方法.《山西建筑》.2010年24期.