劉紅朝

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

0 引言

強(qiáng)夯處理法又被稱(chēng)為動(dòng)力固結(jié)法或是動(dòng)力壓密法，其是基于重錘夯實(shí)而發(fā)展起來(lái)的處理地基的方法［1］。利用此方法通常來(lái)說(shuō)是通過(guò)8 t～30 t的重錘以及與地面產(chǎn)生距離為8 m～20 m的落差，而對(duì)地基產(chǎn)生一股巨大的沖擊力［2］。利用此方法所產(chǎn)生的沖擊波以及動(dòng)應(yīng)力不但可以將地基土的強(qiáng)度大大提高，而且可將地基土的壓縮性降低，從而將砂土的抗液化功能改善，并且將具濕陷性的黃土的濕陷性消除。另外，強(qiáng)夯處理法所產(chǎn)生的巨大沖擊力還可以將地基土的均勻度提高，使得施工后出現(xiàn)差異沉降的機(jī)會(huì)更少。

1 工程概況

本文主要以某大型水力吹填造地工程為例，在所劃分的區(qū)域內(nèi)對(duì)吹填砂地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，并對(duì)其效果進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)定，以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行有效地指導(dǎo)，保證施工的安全性及可靠性。

本文所舉實(shí)例其擬建場(chǎng)地處于某海灣的海堤范圍，其地下水深度大約為3.1 m。對(duì)其進(jìn)行勘察并分析后發(fā)現(xiàn)，擬建場(chǎng)地內(nèi)的巖土層分布情況如下:上層為素填土，接下來(lái)為淤泥，也可稱(chēng)之為混砂，接下來(lái)是砂混淤泥，接著為粉質(zhì)粘土，往下勘察則為中粗砂、圓礫，下層還存在礫砂以及殘積砂質(zhì)粘性土等。吹填厚度擬為5 m～6 m，淺層的吹填礫砂要稍微密實(shí)一些。受吹填礫砂層的影響，再加上下伏淤泥層的力學(xué)性質(zhì)滿(mǎn)足不了工程所需，因此在施工之前選了一塊比較典型的區(qū)域試驗(yàn)，其長(zhǎng)寬各50 m。

實(shí)驗(yàn)主要包括對(duì)強(qiáng)夯處理效果的檢測(cè)以及振動(dòng)監(jiān)測(cè)。進(jìn)行強(qiáng)夯效果試驗(yàn)的夯錘重量為15.2 t，其直徑為2.1 m，錘高為0.9 m，與地面距離為20 m。經(jīng)計(jì)算，其夯擊能量達(dá)到304 t·m，夯點(diǎn)之間的距離為8 m，且每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊數(shù)為8。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)最佳夯擊能、夯擊的間隔時(shí)間以及其振動(dòng)而產(chǎn)生的影響范圍等進(jìn)行了解，以獲得最好的強(qiáng)夯參數(shù)。另外，還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以對(duì)強(qiáng)夯處理后加固深度及加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。此試驗(yàn)還結(jié)合了平板載荷、動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入及室內(nèi)試驗(yàn)等，以便對(duì)強(qiáng)夯過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境的影響進(jìn)行分析，確定夯點(diǎn)與海堤之間的安全距離。

2 強(qiáng)夯處理效果檢測(cè)結(jié)果

進(jìn)行強(qiáng)夯處理后，土體的承載力有了明顯地提高，其承載力為原來(lái)的2倍。具體強(qiáng)夯處理前后的土體靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 強(qiáng)夯處理前后的土體靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在進(jìn)行強(qiáng)夯處理前后，土體的重型動(dòng)力觸探擊數(shù)以及土體的密實(shí)狀態(tài)也發(fā)生了很大改變。吹填砂地基在進(jìn)行強(qiáng)夯處理前大多數(shù)呈現(xiàn)稍微密實(shí)或是松散的狀態(tài)，在0～8之間的動(dòng)探擊數(shù)都要比6擊小，但在進(jìn)行強(qiáng)夯處理之后，地基表層0.5 m以下到表層8 m以下的土體其密實(shí)有了明顯的提高，平均都提高了1個(gè)～2個(gè)等級(jí)，而處于地基表層0.5 m的土體因面波的影響而受到較大的擾動(dòng)，在強(qiáng)夯處理進(jìn)行之后土體呈現(xiàn)松散狀態(tài)?？梢?jiàn)，進(jìn)行強(qiáng)夯處理后能對(duì)土體產(chǎn)生較好的加固效果。同時(shí)也讓我們了解到304 t·m等級(jí)的夯擊能能對(duì)8 m深的土體產(chǎn)生良好的加固效果。

在進(jìn)行強(qiáng)夯處理前后還對(duì)土體進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果可從圖1中看出。

由圖1中可看出，標(biāo)貫試驗(yàn)所反映出來(lái)的規(guī)律性與動(dòng)力觸探的結(jié)果相同，其進(jìn)行加固的有效嘗試為8 m。

3 強(qiáng)夯處理的安全性評(píng)定

用于監(jiān)測(cè)振動(dòng)的系統(tǒng)主要有自記儀系統(tǒng)以及海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。本試驗(yàn)采用的是海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是利用振動(dòng)觀測(cè)所得到的物理量來(lái)作為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的速度。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)所用到的系統(tǒng)主要包括速度傳感器、信號(hào)采集系統(tǒng)、記錄設(shè)備以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)。本試驗(yàn)中的傳感器用的是891-Ⅱ型的速度傳感器，記錄儀為WS-USB數(shù)據(jù)采集儀，用來(lái)顯示波形并進(jìn)行處理分析的為VIB’SYS便攜型計(jì)算機(jī)。

進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)共選取了6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布于夯擊區(qū)域中心連線(xiàn)的堆填砂表面。其具體分布情況見(jiàn)圖2。

夯源周?chē)|(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度會(huì)因夯擊次數(shù)的增加而不斷加快，因此，對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)通常取最后一擊時(shí)所采集的數(shù)據(jù)。其具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 最后一擊時(shí)夯源周?chē)|(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度及振動(dòng)頻率

對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，在受到3000 kJ級(jí)別的夯擊能之后，土體水平方向的速度以V=893.08R-1.7414的規(guī)律遞減，其相關(guān)系數(shù)為R=0.956;土體垂直方向的速度則是以V=3028.5R-2.0691的規(guī)律遞減，其相關(guān)系數(shù)為R=0.959。振動(dòng)速度隨距離衰減規(guī)律可見(jiàn)圖3，圖4。

在對(duì)振動(dòng)觀測(cè)進(jìn)行多次分析之后，我們發(fā)現(xiàn)位于存在病害的土壩或是堆石壩的質(zhì)點(diǎn)其安全振動(dòng)速度保持在1 cm/s以?xún)?nèi)。若建筑中存在砂層，而土壩的壩基也不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，那么其安全振速應(yīng)該保持在3cm/s以?xún)?nèi)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析可知，若是松散的砂土，其因強(qiáng)夯處理而引起的振動(dòng)可以a＜0.1g作為其控制標(biāo)準(zhǔn)，這種情況下振動(dòng)頻率保持在10 Hz左右，其安全振速為1.56 cm/s。分析施工時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，可發(fā)現(xiàn)進(jìn)行強(qiáng)夯處理時(shí)其振動(dòng)速度保持在1 cm/s最安全。依照《爆破安全規(guī)程》《建構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》以及有關(guān)的文獻(xiàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可將此次實(shí)例中的安全振速控制在1 cm/s～2 cm/s之間，為使海堤的安全得到保障，建議此次實(shí)例中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度保持在1 cm/s最為合適。

由圖3，圖4可以看出，強(qiáng)夯處理所產(chǎn)生的振動(dòng)速度其最大的影響范圍在30 m以?xún)?nèi)，30 m以外其振動(dòng)速度迅速減少;振動(dòng)所產(chǎn)生的影響在1 s以?xún)?nèi)就會(huì)消失;其振動(dòng)頻率保持在5 Hz～14 Hz的范圍內(nèi)。針對(duì)這種情況，再加上海堤的振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)，可將此次施工的距離定為30 m。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于吹填砂地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理之后，對(duì)其效果進(jìn)行檢測(cè)最主要是利用平板載荷、動(dòng)力及標(biāo)準(zhǔn)貫入等方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，同時(shí)將室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，可對(duì)強(qiáng)夯處理后的效果進(jìn)行有效地檢測(cè)［3］。使用此方式進(jìn)行效果檢測(cè)后，各試驗(yàn)結(jié)果之間呈現(xiàn)極好的相關(guān)性及強(qiáng)大的可靠性，且其可對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行科學(xué)合理而有效地指導(dǎo)。通過(guò)監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中的振動(dòng)情況，可了解到因振動(dòng)而產(chǎn)生影響的范圍，從而可將安全距離確定下來(lái)，這樣就不會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)造成威脅，保護(hù)海堤。與此同時(shí)，在實(shí)際的施工當(dāng)中發(fā)生任何安全事故的事實(shí)向我們證明了安全距離的設(shè)置是科學(xué)合理的，其確實(shí)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)起到保護(hù)作用，有利于施工的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

［1］ 肖凱成.吹填砂地基強(qiáng)夯處理效果檢測(cè)和安全性評(píng)定［J］.常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(1):61-63.

［2］ 王 勇，王艷麗，胡明鑒.吹填砂地基強(qiáng)夯加固現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究與應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2009(11):36-38.

［3］ 徐 輝，隨峰堂.砂土地基中打樁對(duì)建筑物的影響分析［J］.皖西學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(5):42-43.