強(qiáng)夯法在加固軟土地基中的運(yùn)用研究

張志紅　熊華輝

摘 要：隨著越來越廣泛的應(yīng)用，有關(guān)強(qiáng)夯加固機(jī)理獲得了國內(nèi)外有關(guān)專家學(xué)者的高度重視和研究，本文探討了強(qiáng)夯法的加固機(jī)理與設(shè)計(jì)步驟，并簡要分析了在處理軟土地基的幾種強(qiáng)夯技術(shù)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)夯法 軟土地基 加固

強(qiáng)夯技術(shù)起源于古老的夯實(shí)方法，是在重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又是在原理、加固效果、適用范圍和施工工藝與重錘夯實(shí)法迥然不同的一項(xiàng)近代地基處理新技術(shù)。在國際上稱動力固結(jié)法或動力壓實(shí)法，這種方法是反復(fù)將很重的錘提到一定高度使其自由落下給地基以沖擊和振動能量進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，從而提高地基的強(qiáng)度并降低其壓縮性，改善地基性能。

1.強(qiáng)夯法加固機(jī)理

強(qiáng)夯加固地基是借助于夯錘對地基土施加的沖擊荷載，使一定范圍內(nèi)的地

基土體發(fā)生動力反應(yīng)，由于地基土明顯的非彈性性質(zhì)，經(jīng)動力反應(yīng)后一定范圍

內(nèi)地基土的工程性質(zhì)發(fā)生一定程度的改變，即地基土得以加固。目前普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)有動力固結(jié)理論和波動法理論，動力固結(jié)理論認(rèn)為強(qiáng)夯法加固地基有三種明顯不同的階段。第一，加密作用，指空氣或氣體的排出;第二，固結(jié)作用，反映了水或流體的排出;第三，預(yù)加變形作用，指各種顆粒成份在結(jié)構(gòu)上的重新排列，還包括顆粒組構(gòu)或形態(tài)的變化。波場理論假設(shè)地基為彈性半空間連續(xù)介質(zhì)，在表面荷載巨大沖擊力的作用下，質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)介質(zhì)內(nèi)振動，其振動能量又引起周圍介質(zhì)的振動。振動在介質(zhì)內(nèi)的傳播過程形成波。震源(夯錘)處釋放的巨大能量，以波的形式從震源向四周傳播。

2.強(qiáng)夯設(shè)計(jì)步驟

到目前為止對于強(qiáng)夯設(shè)計(jì)沒有公認(rèn)和成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。常規(guī)的做法大多是根據(jù)土質(zhì)情況按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再根據(jù)試夯結(jié)果加以調(diào)整，具體分以下幾步:

(l)首先查明場地地質(zhì)情況(用鉆探或原位測試方法)和周圍環(huán)境影響，以及工程規(guī)模特征及重要性:

(2)根據(jù)己查明的資料、加固用途及承載力與變形要求，初步計(jì)算夯擊能量，確定加固深度，然后選擇必要的錘重、落距、夯間距、夯擊數(shù)等;

(3)根據(jù)己確定的施工參數(shù)，制訂施工計(jì)劃和進(jìn)行強(qiáng)夯布點(diǎn)設(shè)計(jì)及施工要求的說明。

(4)施工前進(jìn)行試夯，并進(jìn)行加固效果的檢驗(yàn)測試(旁壓儀、靜力觸探、標(biāo)貫、十字板剪切試驗(yàn)和波速等原位測試以及鉆探取樣試驗(yàn)等)，通過對加固效果測試資料的分析，確定是否需要修改原強(qiáng)夯設(shè)計(jì)方案。

3.強(qiáng)夯法加固軟土地基的技術(shù)

目前我國沿海地區(qū)是建設(shè)項(xiàng)目熱點(diǎn)地區(qū)，如石化項(xiàng)目多數(shù)設(shè)置在沿海地區(qū)，而沿海地區(qū)多數(shù)為軟土地基，一般處理軟土地基的方法有直接采用樁基、擠密碎石樁、深層攪拌樁、粉噴樁及真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓、塑料插板等，主要有以下幾種:

3.1擠密碎石樁法加強(qiáng)夯

擠密樁法就是在土基中成孔后,在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料,搗實(shí)而成直徑較大的樁體,利用橫向擠密作用,使地基土顆粒擠密,孔隙減小,從而提高地基承載力,減小地基土的變形。若孔中灌砂,形成砂樁,可有效防止砂土基底的振動液化,適用于處理松砂、雜填土和粘粒含量不大的普通黏性土;如果孔中填石灰,利用生石灰的吸水、膨脹、發(fā)熱及離子交換作用,可以改善原地基土的性質(zhì),促使樁體硬化,減小因周圍土的蠕變所引起的側(cè)向位移,適用于處理擠密軟土地層。

3.2 砂樁法加強(qiáng)夯

砂樁法適用于松砂、雜填土多的地段。江北大部分土質(zhì)為砂性土,所以此種方法非常適用,孔中灌砂,即形成砂樁,砂樁的作用是將地基土擠緊,并與地基組成復(fù)合地基,并徑較大,間距較小?？捎行У胤乐股巴粱椎恼駝右夯?。

砂樁在飽和軟土中只起豎向排水作用，因此其總體加密效果比擠密碎石樁加強(qiáng)夯效果要低些，一般可作為大面積廠區(qū)地基預(yù)處理方案。經(jīng)過處理后可作為一般建筑、廠房、道路簡單設(shè)備地基，對于高重設(shè)備則需通過驗(yàn)算，必要時還應(yīng)輔以設(shè)備樁基。既便是采用部分樁基也比在飽和軟土中直接采用樁基要經(jīng)濟(jì)得多，因?yàn)榇藭r地基性狀經(jīng)處理后明顯改善，樁側(cè)阻力大大提高。消除了濕陷性、液化對樁基承載力的影響，再考慮樁—土共同作用，總體效果更好。

3.3 粉噴樁加強(qiáng)夯

粉噴樁處理是以水泥作為固化劑,利用深層攪拌機(jī)械將水泥與原位軟土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌、壓縮,并吸收周圍水分,經(jīng)過一系列物理化學(xué)作用生成一種特殊的具有較高強(qiáng)度、較好變形特征和水穩(wěn)性的混合柱狀體,它對提高軟土地基承載能力、減少地基的沉降量及保證橋頭高填土路基穩(wěn)定性具有明顯的效果。

粉噴樁施工步驟為:一是深層攪拌機(jī)械就位;二是預(yù)攪下沉(至設(shè)計(jì)標(biāo)高);三是攪拌提升,同時噴干水泥粉至地面以下0.5 m處(設(shè)計(jì)樁頂);四是在樁上部的5 m范圍內(nèi)重復(fù)攪拌一次(1/3～1/2),樁長、樁上部強(qiáng)度要求較高;五是重復(fù)攪拌提升,直到離地面0.5 m處,上部回填5%的灰土(或水泥土)并壓實(shí);六是關(guān)閉攪拌機(jī)械移位至下一樁位。

3.4 真空堆載預(yù)壓加強(qiáng)夯

采用真空或堆載預(yù)壓處理軟基的較多。該工藝相對直接采用樁基等方案造價低，但是周期很長，一般需要近一年甚至更長，且加固效果僅能達(dá)到80一IO0kPa。根據(jù)預(yù)壓s一t曲線分析發(fā)現(xiàn)，一般情況下堆載預(yù)壓沉降量在最初的3個月發(fā)生最多，約占30%一50%，如果工期要求特別緊迫，此前可在軟基中設(shè)置袋裝砂井，在地表鋪設(shè)一定厚度的碎石土，既有利于形成橫向排水通道，又便于施工機(jī)具行走，然后就可以采用小能量強(qiáng)夯加固硬殼層，消除軟基的其余部分沉降。經(jīng)這一綜合工藝處理后，地基承載力可達(dá)到80一130kPa，一般可作為大面積廠區(qū)的一般建筑、廠房、道路、簡單設(shè)備地基。其特點(diǎn)是比真空或堆載預(yù)壓工期大大縮短，加固效果更高，費(fèi)用增加不多，同時可通過真空預(yù)壓的插板間距和堆載預(yù)壓的袋裝砂井間距調(diào)整來綜合考慮成本。

4.小結(jié)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，對難度大的地基問題，用己有加固方法中的任何一種去解決是不可能的，較好的辦法是綜合處理，亦即聯(lián)合應(yīng)用幾種加固方法去處理。例如，對飽和度較高的淤泥和淤泥質(zhì)土采用強(qiáng)夯法加袋裝砂井或塑料排水帶進(jìn)行綜合處理:或用強(qiáng)夯置換法處理。各種綜合處理方法的應(yīng)用，將進(jìn)一步擴(kuò)大強(qiáng)夯法的適用土類。◆

參考文獻(xiàn)：

[1]金宗川，汪穩(wěn)等.碎石土地基強(qiáng)夯效果差異性分析.地基處理，1997，VOI.8(3):15一20.