利用强夯与排水固结法处理软弱地基.pdf

莱钢科技 2 0 1 4年 8月 利用强夯 与排水 固结法处理软 弱地基 王晔霞，刘兴菊，蒋彦刚，包 伟，张丽红 ( 炼钢厂) 摘要 ： 菜钢银 山前区连铸机厂房建设 时期 ， 地基 土是在复杂的杂填土与地下沟壑积水地带上 面， 软弱土层普遍达到 8～1 O米深 ， 承载力较差， 无法满足基础工程需要。针对现场实际特点， 综合分析研讨后， 地基处理采用强夯法与排水固结法相结合， 分层强夯地基土层， 并对强夯后 土层的力学性能指标进行 了静载试验 ， 结果表明， 达到 了设计的安全使用要求。 关键词 ： 软弱土层 ；强夯法； 排水固结法；级配 O 前言 在软弱地基土层上 ， 对持力层强度提高处理 ， 强 夯法是经常采用的地基处理方法 ， 莱钢银 山前区连 铸机厂房建设地基持力层较弱， 根据杂填土层的实 际特点和现场实际， 结合设计要求与现场试验， 采用 强夯法与动力排水 固结法相结合处理地基持力层 ， 从设计施工参数上进行 了探讨 ， 同时对工程实现 了 经济 、 节约 、 高效 的现场管理办法。 1 厂房区域软弱地基土层的特点 本工程选址在 山区中填 的山凹内进行 ， 地表层 为人工杂填土， 下层深度为原山谷、 沟壑地带， 部分 是原地方矿坑填积而成。地基土层的分布依次为杂 填土 、 淤积土 、 矿坑倒运的风化石层 ， 层次分明 ， 经现 场检验 ， 浅土层区域 ： 素填土 、 粉质粘土为 中压缩性 土， 地基承载力特征值仅为 1 5 0 k P a ， 不能满足设计 要求的 2 5 0— 3 o 0 k P a ， 且场地分布不均匀 ， 因此需对 地基持 力层 ， 做强 度 提高处 理。整个 场 地西 北约 9 5 0 m 区域 ， 原地下水流沟谷存在 ， 地基处理时需 同步采取排水措施 。 2 方案比较与分析 常用的地基处理办法很多 ， 桩基法 、 大规模开挖 素混凝土及砂垫层填充法、 大开挖做独立基础法、 强 夯法等等， 但每． 一 一 种做法必须结合各 自工程的实际 特点 ， 要求安全 、 质量 易控制 、 工期短且工程投 资要 作者简介： 王晔霞( 1 9 7 9一) ， 女， 2 0 0 4 年7月毕业于内蒙古科技大学 土木工程专业。工程师， 主要从事设备管理工作。 经济节约 。 根据场地 的地质条件及土层情况 ， 如采用桩基 办法， 地下地貌复杂 ， 粉质粘 土层从 0 ． 7— 9 ． 0 m高 差不等 ， 桩的机械化施工很难控制； 如采用大规模开 挖进行素混凝土及砂垫层填充法， 工期长， 尤其是不 经济， 费用较高； 如采用开挖做独立基础， 厂房内各 种设备基础、 房屋基础等， 作业线较长， 在软弱土层 上互相重叠 、 挤压 ， 各段沉降差异不同 ， 很难保证设 备基础的长期稳定性。 经综合研讨 、 论证 ， 决定采用强夯法和排水 固结 法相结合对地基进行处理 优点是施工速度快 ， 工 序简单 、 造价低 ， 且 可以通过快速更换 中深部 1 ． 5— 2 ． 0 m压缩性软土土层 ， 实行砂石垫层置换填充 ， 夯 实 。砂石垫层压实机械首先应选用振动碾和振动压 实机 ， 分层夯 实 回填 ， 每夯 实层 的厚度 可取 2 0 0～ 3 0 0 m m。存在 的地下水部分 ， 采取水源上流堵截 ， 强夯区域排水固结法 ， 实现强夯 目的。 3 强夯 加固软土 一排水 固结 软土地基的综合处理要满足两个基本特点 ： 一 是改善软土的力学性质 ， 减少变形和提高强度； 二是 提高土层的抗液化性能和密实度。本工程中杂填土 层水渗透性能好 ， 强夯是通过土力学的“ 倒梨形” 原 理， 通过振动波能量的向地下传播， 在压缩波的作用 下， 土颗粒逐渐互相靠拢、 分布挤压， 孔隙比减小， 实 现地基土的强度提高。 3 ． 1 夯击设备与参数 强夯法处理软土地基 的施工设计主要是确定强 夯参数 ， 包 括最佳夯击能 、 夯 点布置 、 夯距 、 夯击层 数 、 夯击遍数及间隔时间。但直至 目前 ， 这些施工参 5 3 王晔霞。 等： 利用强夯与排水固结法处理软弱地基 第 4期 ( 总第 1 7 2期) 数在理论 卜 还不成熟 ， 多数需通过施工现场的地貌 实际 ， 通过现场试验数据及机具夯能进行层次分析 来确定。 1 ) 起重设备选用 选用履带式起重机， 其稳定 性好 ， 可带作业行走 ， 施工速度快 ， 采用 5 0 T夯机 自 动脱钩装置， 吊机起落落距 1 6 ． 0 m 。 2 ) 夯锤采用圆形夯锤 ， 夯锤重 2 5 t ， 锤底面积 4 ． 9 0 m ， 锤 中布竖 向排汽孔 4个 ， 孔径 3 0 0 m m， 锤 底静压力 2 5— 3 0 k P a 。 3 ) 夯距和夯击 间隔的确定夯点布置是 否合 理直接影响夯击效果 ， 常用的夯点 布置为正方形 网 格或梅花形网格。为避免出现“ 弹簧土” ， 经现场试 验 ， 本工程夯点的夯距间隔取 5 m5 m梅花形。 3 ． 2 单击夯击能、 夯击遍数 夯击能是强夯的重要参数 ， 夯击能过小 ， 不利于 超静水压的消散； 夯击能过大， 易形成“ 弹簧土” 。 而理论上的最佳夯击能确定是由现场试验 ， 给 出夯 坑容积与夯击能量关系曲线 ， 当曲线明显变缓时， 说 明能量增加 、 夯坑容积基本不变 ， 这时可视为最佳夯 击能。 本工程采用先点夯后满夯的方法 ， 分三层。 1 ) 每点单击夯击能量 ： 点夯第一层 ， 4 0 0 0 K N IT I ； 第二层 3 0 0 0 K N m； 第三层满夯每层均为 1 0 0 0 KN m 。 2 ) 夯击锤数与夯击遍数： 点夯各层每点击数 ≥ 1 6击 ， 最后两击夯沉量不大于 5 c m， 满夯各层每点 击数为 3击 ， 锤 印搭接0 ． 7 6 m。 3 ) 在采用排水 固结法加 固地基时 ， 为防止强夯 的动力效应 ， 使换填料层 、 排水系统的宏观结构发生 破坏 ， 要严格控制强夯夯击能。按照 由浅入深的加 固顺序 ， 先 以较 小的夯击能 ， 逐 级扩大。实 际施 工 中， 主要取决于土层中空隙水压力的消散 ， 一般要求 超孔隙水 压力消 散达 8 0 ％ 以上 ， 由于排水 系统 较 好 ， 现场监测的孔隙水压力分析， 土层一般在夯后 1 ～ 2 d内就基本消散。 3 ． 3 场地排水系统的建立 1 ) 在强夯标高下 一1 ． 5 m深处设积水井 ， 水泵 抽水 ， 根据场地水量 、 水泵功率与夯击方案 ， 井点数 为 1 个／ 5 0 m 。 2 ) 水平排水系统按 强夯分割区域 ， 设置厚度大 于 5 0 c m的中粗砂垫层 ， 垫层 与场地外排水沟构成 水平面的排水系统。 3 ) 竖向排水 系统 自砂垫层 向下插入塑料排 水 5 4 板 ， 根据现场实际 ， 间距约在 1 ． 0～1 ． 2 m左右 ， 向下 深度 ， 与强夯深度齐 ， 到达强风化岩上 ， 构成竖向排 水系统。 采用这种排水 固结方法可及时将地下水通过砂 垫层如积水坑内抽走 。同时由于塑料排水板形成的 “ 水柱” 作用， 可以直接将动应力传递到土层深处， 使深度范围内的换 填料都受到强夯 的影响 ， 提高 了 有效加固深度。 4强夯后现 场检 测 4 ． 1 静荷载检测 以压重平台做反力装置， 利用分级加、 卸方法进 行 ， 慢速维持加卸荷载 ， 每级荷载相对稳定后加卸下 一 级荷载 ， 压力表控制加卸载量 ， 百分表测量各级荷 载下的沉降量。见表 1 。 表 1 静载荷检测数据汇总 荷 k P a 0 4 5 9 0 1 3 5 1 8 O 2 2 5 2 7 0 3 1 5 3 6 0 时间 本级0 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 5 0 l 8 0 l 8 0 ／ ra in 累 计0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 0 9 0 0 1 o 8 0 1 2 6 0 沉降 本级 0 ． 0 0 0 ． 8 2 1 ． 0 7 ／ m m 累 计0 0 ． 8 2 1 ． 8 9 卸~／ in m 2 8 ． 0 0 2 8 ． 6 2 1 ． 4 3 3 ． 3 S 3 ． 5 4 4 ． 6 8 6． 3 3 7 ． 7 4 3 ． 3 2 6 ． 6 7 1 0 ． 2 1 1 4 ． 8 9 2 1 ． 2 2 2 8 ． 9 6 2 8 ． 8 3 2 8 ． 9 l 夯后地基要求： 1 ) 设备重荷载区域地基承载力 特征值不小于4 0 0 k P a ， 压缩模量 一 8 ． 0 m以上不小 于 3 0 MP a 。2 ) 其它区域夯后地基 承载力特征值不 小于 2 5 0 k P a ， 压缩模量不小于 2 0 MP a 。 4 ． 2 动力触探 1 ) 标准贯入 N= 3 0 0 X( 5 0 ／／ 1 S ) N ——标准贯入检测锤击数 S ——5 0击时的贯人度 m m 当锤击数 已达 5 O击 ， 而贯人深度未达 3 0 0 m m 时 ， 可记 录 5 0击 的实际贯 入深度 ， 换算 成 相 当于 3 0 0 m m的标准贯人检测锤击数 ， 并终止检测。 2 ) 超重型动力触探 触探杆最大偏斜度控制在 2 ％以内， 操作机上 的锤击速率在 1 5—3 0：~／ m i n ， 当连续记录三次的锤 击数都大于 5 0击时， 停止检测。 3 ) 波速测试 在地表采用脉冲源激震 ， 产 生直达波 ( P波 、 s 波) 、 折射波( P 波、 s 波) 、 反射波( P波、 s 波) 、 面波 及转换波等扰动， 它们在岩石中传播的特征和速度 各不相同。直达 P波传播速度最快， 直达s波次之。 莱钢科技 2 0 1 4年 8月 根据它们传播数度的差异 ， 通过在井中的三分 量检玻器， 接收它们到达的时间、 波形等特征， 计算 出P波、 s 波在地下介质中的传播速度， 见图 l 。实 践中， 碎石土等有效剪切波速 2 8 9 ． 4 m ／ s ； 其它含碎 石粘土( 夹层 ) 等有效剪切波速 1 4 7 ． 2 m ／ s ， S波更 能代表岩土的物理性质。 图 1 J 2 静载荷试验 p 一8曲线 5 结语 1 ) 通过对软土地基的特点和地基综合处理的 要求进行分析 ，结合 现场动力排水 固结探 讨 ，采 用强夯方法与排水 固结 法相结合 ，有效加 固了复 杂土层 。 2 ) 对于局部暗河沟地段， 在彻底清除淤质粘 土， 开挖台阶边坡 ， 采用符合要求 的级配粗砂 碎石 ( 粗砂 、 碎石 、 石屑经过计算 各 占一定 比例 ， 当其颗 粒组成符合土质密实系数要求时 ， 即为级 配碎石 ) ， 进行强夯处理 ， 与周 围形成较均匀的地基 ， 加 固效果 显著。 3 ) 由于工程地质复杂多变， 而强夯法 的推广应 用时间不一 ， 工程技术人员 的实际经验和对强夯 的 认识理解程度不 同， 具体执行该法时， 必须做好现场 的参数设计和施工工艺， 这在《 建筑地基处理技术 规范} J G J 7 9— 2 0 0 2中有明确规定。 参考文献 [ 1 ] 昊敏之． 软弱地基处理技术[ M] ． 北京： 人 民交通 大学出 版 社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 建筑地基处理规范( J G 7 9— 2 0 0 2 ) [ s ] ． 中国建筑科学研 究院， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 朱大勇， 胡成． 全国建筑物鉴定与加固学术论文集[ c] ． 合肥： 合肥工业大学出版社， 2 0 1 0 ． 特邀编辑 ： 曾祥柱 Tr e at me nt o f So f t Fo u nda t i o n b y Dyn ami c Co mpa c t i o n a nd Dr a i na ge Co ns o l i d a t i o n M e t ho d Wa n g Y e x i a ， L i u X i n g j u ， J i a n g Y a n g a n g ， B a o We i ， Z h a n g L i h o n g ( T h e S t e e l m a k i n g P l a n t ) Ab s t r a c t ： Th e f o u n d a t i o n s o i l o f c a s t e r wo r ks h o p i n t h e f r o n t a r e a o f Yi n s h a n o f L a i g a n g d u rin g c o n s t r u c - t i o n p e ri o d w a s a b o v e t h e c o mp l e x mi s c e l l a n e o u s fi l l a n d u n d e r g r o u n d g u l l y w a t e r z o n e ， t h e s o f t s o i l w a s g e n e r a l l y u p t o 8～1 0 me t e r s de e p，S O i t s b e a ring c a p a c i t y wa s p o o r，u n a b l e t o me e t t h e n e e d o f fou n da - t i o n e n g i n e e ri n g ．A i mi n g a t t h e a c t u a l c h a r a c t e ri s t i c s o f fi e l d， a f t e r c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s a n d r e s e a r c h， b y c o mb i n i n g d y n a mi c c o mp a c t i o n me t h o d wi t h d r a i n a g e c o n s o l i d a t i o n me t h o d，t h e fou n d a t i o n s o i l wa s c o mp a c t e d i n l a y e rs ，a n d t h e s t a t i c l 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