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强夯置换法在地基处理中的应用

来源:宁夏天力基础工程有限公司 作者:匿名 发布:2011-10-27 修改:2015-11-18 隶属:行业新闻 点击:2121  

 

  摘 要:强夯置换法是20世纪80年代才开始应用的软土地基处理方法,在我国已成功应用于多个工程.介绍强夯置换法的发展概况;用强夯法将粗颗粒料(如碎石)夯击到土层中能够形成柱状体;复合地基不仅置换部分强度大幅度提高,天然土部分由于排水固结作用和挤密作用也使强度有所提高。

  关键词:强夯置换法;复合地基;置换深度

  1 前言

  强夯法处理地基由法国Louis Menard技术公司在1969年首创,这种方法是使用吊升设备将很重的锤(一般为8~40t)起吊至较大高度(一般为8~40m)后,使其自由落下,产生巨大的冲击能量(一般为1100~4000KJ,最大可达10000KJ)作用于地基,给地基以冲击和振动,从而在一定范围内使地基的强度提高,压缩性降低,改善了地基的受力性能。该项技术从1978年引入我国后,以为工程实践所证实具有设备简单,施工速度快,加固效果好,造价低,适合处理的土质类别多等优点,现已广泛应用于工业民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路铁路路基、飞机跑道等地基处理工程中,逐渐成为地基加固的首选方法。但是长期以来,高饱和度粘土,由于强夯效果不显著,也不稳定,一直是强夯加固的禁区,影响了这种优秀的加固方法的进一步推广应用。2006年,我厂在加固处理两台三万立方米原油储罐地基时,采用强夯置换法加固饱和粉土及粘性土地基,取得了令人满意的加固效果。

  2 强夯置换法作用机理分析

  强夯置换加固地基的原理是指用强夯法加固高饱和度粘性土及粉土时,在夯坑内不断填加石块、碎石、或其它粗颗粒材料,强行夯入并排开软土,在软土地基中形成大于夯锤直径的碎石墩,这种碎石桩一方面有置换作用,使建筑物荷载向桩体集中;另一方面是强夯加密作用,在对碎石强夯过程中,通过碎石向下的不断贯入,会使碎石桩下的土层受到冲击能的影响,从而得到加密,另外碎石桩有一个向四周的侧向挤出,也使桩侧的土层得到了加固;再一方面,碎石桩也起到了一个特大直径排水井的作用,由于强夯法加固细颗粒土时,是通过冲击能的作用使地基土压缩并产生裂隙,增加排水通道,使孔隙水顺利逸出,随着孔隙水压力的消散而提高土体强度。但是饱和细颗粒土由于土中粘粒含量多,粒间结合力强,渗透性低,孔隙水压力消散缓慢等原因,加固效果不显著且不稳定,所以工程界普遍认为,在强夯处理这类地基时必须给予排水的路径。而强夯置换法夯入软土中的碎石桩在夯实并挤密软土的同时也为饱和土中的孔隙水的排出提供了顺畅的通道,加速了软土在强夯过程中和夯后的排水固结,提高桩间土的强度。

  3 工程实例

  3.1工程概况

  中国蓝星大庆分公司渣油罐区进行二台油罐的建设,该工程由山东海成石化工程设计有限公司设计,罐容积30000m3,地基承载力特征值要求达到250KPa。根据地质勘察单位的岩土工程勘察报告,该罐的天然地基承载力不满足设计要求,所以采用强夯置换碎石桩和强夯法对地基进行加固(见表1)。

  

 

  3.2设计与施工

  本工程采用强夯置换碎石桩和强夯法施工,先进行强夯置换碎石桩后,再进行强夯的点夯和满夯施工。本工程的强夯置换分两层进行。第一层强夯置换采用排土与挤土强夯置换法施工,即先在夯点位置上挖一个直径约2.4m、深约2~3m的坑填入碎石后施夯,施工时分五~六次填碎石,每次回填厚度为1.5m,并应达到碎石置换桩的设计深度。第一层施工结束后回填粘性土,然后进行第二层强夯置换施工,第二层强夯置换碎石桩采用夯锤直接夯坑填石置换方法,置换后再进行强夯点夯和满夯的施工。

  施工参数:采用环向布点,间距4.5m;夯锤重:13.5t,夯锤直径:2.2m,落距:15.0m,单击夯击能为:2025KN·m;平均桩体直径为:2.6m,面积置换率为:0.32。

  3.3加固效果分析

  3.3.1承载力

  施工结束后,检测部门对强夯置换地基进行了检测,分别采用了载荷试验确定了碎石桩的承载力特征值为:fpk=500KPa,桩间土的承载力特征值为:fsk=150KPa,采用重型动力触探对碎石桩的着底及密实情况进行了检测,N63.5=26击,检测结果证明,加固后地基已完全满足了设计要求。

  3.3.2沉降观测

  在整个罐体完工后,进行了加载试验,并进行了沉降观测,经实测,罐的侧壁沉降最小为30mm,最大为62mm,中心沉降也仅为75mm,远远小于规范要求的允许沉降量。

  4 结论

  4.1强夯置换施工一般采用挤土置换法,即先夯出一个夯坑,然后向坑内填入碎石,进行强夯置换,这种施工工艺的缺点一是锤底面积小(一般锤底静压力在100~200kpa之间),置换率低;二是容易使地面产生较大隆起,且置换深度有限。我们要根据大量的工程实践,采用排土置换法,即在强夯置换前先挖一个直径略大于夯锤直径的坑,坑深3~4m,然后向坑内填入碎石进行强夯置换,这样使用锤底静压力为30~50kpa的夯锤,即可使置换深度达到5~6m,而且使面积置换率大大提高,桩间土的隆起也大大减小。

  4.2强夯置换的影响深度应由置换桩的长度和桩下被加密的土层组成,前面的实例中软土层厚度为8m,而置换桩的长度一般为7m(只有个别桩长达到8m),根据该油罐加载试验的沉降观测记录,其沉降非常小(见沉降观测曲线),由此可见,桩底的软土得到了加密,使其承载力、沉降变形均得到了一定的改善。

  4.3高饱和土所处的地域地下水位一般都比较高,经强夯置换处理后的地基在使用过程中,桩间土极易受到地下水的侵蚀,而使其承载力降低,桩间土承载力的降低会减弱其对碎石桩的侧限,碎石桩的承载力也会随之降低。那么由于地基承载力的降低是否会使其上部的建筑物产生较大的附加沉降呢?由于现在的工程实践较少,还无法得出结论,但从我们对前面谈到的工程实例进行的连续两年的跟踪观测来看,未发现该油罐有异常的沉降。

  强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点,且施工设备、工艺简单,适用范围广泛。此法不仅用于房建工程,也适合于化工类大型设备基础等工程,而且具有速度快、效果显著、节省投资、节约材料和加固效果好等优点,是一种比较理想的地基处理方式。

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