強(qiáng)夯地基處理法在天元化工一期工程中的應(yīng)用

于德生

1 概述

強(qiáng)夯法是20世紀(jì)60年代法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一種地基加固方法,這種方法是將重錘(一般為100 kN～400 kN)從高處自由落下(落距一般為6 m～40 m)對(duì)地基以沖擊和振動(dòng),使土中出現(xiàn)沖擊波和沖擊應(yīng)力,迫使土體孔隙壓縮,土體局部液化,在夯擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和氣體逸出,使土粒重新排列,經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié),從而提高地基承載力,減少其壓縮量的一種有效地基加固方法,也是我國(guó)目前最常用和最經(jīng)濟(jì)的深層地基處理方法之一。我國(guó)自20世紀(jì)70年代引進(jìn)此法后,迅速在全國(guó)推廣。經(jīng)過(guò)幾十年的推廣和應(yīng)用改進(jìn),在建筑工程、水利工程和公路工程中得到了廣泛的應(yīng)用,取得了良好的效果和效益。筆者結(jié)合天元化工地基處理的工程實(shí)際情況,對(duì)強(qiáng)夯地基處理的施工方法進(jìn)行了詳細(xì)論述,同時(shí)對(duì)該方法的檢測(cè)及工后沉降觀測(cè)結(jié)果等做了簡(jiǎn)要說(shuō)明,通過(guò)該工程實(shí)際對(duì)類似工程設(shè)計(jì)及施工提供參考。

2 工程概況

該工程由河南省化工設(shè)計(jì)院有限公司及鞍山熱能研究院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì),總占地面積33萬(wàn)m2(其中生產(chǎn)區(qū)31.5萬(wàn)m2,行政辦公區(qū)及生活區(qū)占地1.5萬(wàn)m2),分為行政辦公區(qū)及生活區(qū)、焦化及制聯(lián)合裝置區(qū)、公用、罐區(qū)及檢修化驗(yàn)等幾個(gè)裝置區(qū),總建筑面積約8萬(wàn)m2,建筑物安全等級(jí)一、二級(jí),最高建筑物為31 m框架結(jié)構(gòu),最大貯罐直徑為21 m,高度16.5 m,抗震設(shè)防烈度為6度近震,建筑物重要類別為Ⅱ類,場(chǎng)地類別三類,地基等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)榆林市巖土公司2006年8月提供的《神木天元化工有限公司一期巖土工程勘察報(bào)告》中對(duì)地基處理的建議及設(shè)計(jì)院對(duì)擬建建筑物基礎(chǔ)的要求,經(jīng)與設(shè)計(jì)院商定對(duì)設(shè)計(jì)地基承載力小于150 kPa的區(qū)域,由于新近填土厚度較大、均勻性差、承載力較低,所以決定在該區(qū)域采取強(qiáng)夯處理的辦法,變形模量 E0＞15.0 MPa,地基處理后方可進(jìn)行基礎(chǔ)工程的施工。

3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

3.1 地層結(jié)構(gòu)及巖性描述

該區(qū)地處鄂爾多斯盆地陜北臺(tái)向斜的東北部,總體為一軸面走向 NNE,傾向NW,傾角 1°～4°的單斜構(gòu)造,無(wú)大的褶皺與斷裂,地層平緩,構(gòu)造行跡比較簡(jiǎn)單。根據(jù)鉆孔揭露及室內(nèi)土分析結(jié)果報(bào)告,勘探點(diǎn)深度范圍內(nèi)地基土主要為新近人工堆積的素填土、第四紀(jì)風(fēng)積粉細(xì)砂、粉土及粉質(zhì)黏土、侏羅紀(jì)泥巖、砂巖。

3.2 地下水水文地質(zhì)條件

本工程場(chǎng)地內(nèi)地下水很深,勘察在鉆探深度內(nèi)沒(méi)有揭露到地下水,因此對(duì)強(qiáng)夯施工較為有利。

4 強(qiáng)夯法施工機(jī)具、設(shè)備的選擇

強(qiáng)夯法施工機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 強(qiáng)夯法施工機(jī)具、設(shè)備

5 強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)計(jì)

1)采用“三遍點(diǎn)夯+一遍滿夯”進(jìn)行加固處理。2)點(diǎn)夯單擊夯擊能為4 000 kN?m。3)點(diǎn)夯夯點(diǎn)布置根據(jù)建筑特點(diǎn),夯點(diǎn)間距為5.0 m×5.0 m,兩排夯點(diǎn)間相互錯(cuò)開(kāi),呈梅花形。4)根據(jù)勘察資料,各遍點(diǎn)夯間隔時(shí)間選取為3 d。5)點(diǎn)夯收錘標(biāo)準(zhǔn):a.最后兩擊的平均夯沉量不大于8 cm;b.夯坑周圍地面隆起量小于1/4夯坑體積;c.單擊夯擊次數(shù)7次～8次。當(dāng)最后兩擊的平均夯沉量超過(guò)8 cm,且地面隆起量小于1/4夯坑體積時(shí),需增加夯擊次數(shù)以滿足a的要求。6)滿夯單擊夯擊能為1 500 kN?m,單點(diǎn)夯擊次數(shù)為1次。滿夯夯點(diǎn)搭接長(zhǎng)度不少于35 cm。7)強(qiáng)夯加固范圍:超出基礎(chǔ)外邊緣5 m實(shí)際處理面積為10萬(wàn)m2。

6 施工方法

6.1 試夯

1)強(qiáng)夯收錘標(biāo)準(zhǔn):a.最后兩擊的平均夯沉量不大于 8 cm;b.單點(diǎn)夯擊次數(shù)不小于7擊;c.周邊地面隆起量不大于夯坑體積的1/4;d.當(dāng)達(dá)不到a,b,c標(biāo)準(zhǔn)但夯沉量大于2 m時(shí),可收錘;e.若相鄰兩點(diǎn)均出現(xiàn)d的情況時(shí),需采取夯坑回填碎石再?gòu)?qiáng)夯的處理方法。2)回填碎石再?gòu)?qiáng)夯(即置換強(qiáng)夯)的處理方法。先夯后填,填料至強(qiáng)夯達(dá)到以上收錘標(biāo)準(zhǔn)。3)強(qiáng)夯后的檢測(cè)方法采用荷載試驗(yàn),具體數(shù)量及位置待與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、檢測(cè)單位協(xié)商后決定。

6.2 環(huán)境影響

由于強(qiáng)夯振動(dòng)強(qiáng)烈,對(duì)臨近建筑及管線有較大影響。根據(jù)周邊環(huán)境情況,在廠地東側(cè)距離成元電石廠較近,所以事先設(shè)置防振溝,溝深超過(guò)原有建筑物基礎(chǔ)埋置深度0.5 m且不少于3.0 m,溝寬不小于1.0 m。

6.3 地下水控制

由于施工深度范圍內(nèi)無(wú)地下水所以不考慮地下水的影響,當(dāng)?shù)乇碛蟹e水或潮濕而影響強(qiáng)夯效果時(shí),不能施工。

6.4 強(qiáng)夯的工藝流程

1)由于該場(chǎng)地已平整,強(qiáng)夯前,按夯點(diǎn)布置測(cè)量放線定位。2)強(qiáng)夯分段進(jìn)行,順序從邊緣夯向施工場(chǎng)地中間。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)按照夯點(diǎn)的位置進(jìn)行點(diǎn)夯,每夯完一遍,用推土機(jī)整平場(chǎng)地,再放線定位,接著進(jìn)行下一遍點(diǎn)夯,點(diǎn)夯達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)后即可進(jìn)行滿夯。3)夯擊時(shí),落錘保持平穩(wěn),夯位準(zhǔn)確,夯擊坑內(nèi)積水及時(shí)排除。

6.5 施工質(zhì)量控制

1)開(kāi)夯前應(yīng)檢查夯錘的重量和落距,以保證單擊夯擊能符合設(shè)計(jì)要求。2)在每遍夯擊前,應(yīng)對(duì)夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核,發(fā)現(xiàn)偏夯或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正。3)按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量。4)在施工過(guò)程中,對(duì)各項(xiàng)參數(shù)和施工情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

7 質(zhì)量檢驗(yàn)

1)試驗(yàn)要點(diǎn)。以設(shè)計(jì)承載力的2倍作為加載極限荷載,分為10級(jí),以便于操作,每級(jí)加載量均換算為壓力表讀數(shù)。試驗(yàn)采用快速加載方法,荷載加到設(shè)計(jì)承載力的2倍或出現(xiàn)破壞為止;每級(jí)加載后,每隔 10 min記錄百分表值一次,每級(jí)加載時(shí)間為30 min;繪制 p(荷載)—s(沉降量)曲線,結(jié)合破壞情況確定基本承載力。2)試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。試驗(yàn)加載至設(shè)計(jì)承載力的2倍后,均未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象,且沉降量s都遠(yuǎn)小于規(guī)定值,說(shuō)明該地基的承載力滿足設(shè)計(jì)要求,因此本次強(qiáng)夯是成功的。

8 安全保證措施

1)凡進(jìn)場(chǎng)工人都必須進(jìn)行三級(jí)安全教育,并建立三級(jí)安全教育卡。2)凡進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)人員必須戴安全帽。3)項(xiàng)目直接責(zé)任人向安全員或工長(zhǎng)等進(jìn)行安全交底,施工員向班組進(jìn)行安全技術(shù)交底,班組長(zhǎng)組織工人進(jìn)行安全學(xué)習(xí)。4)嚴(yán)禁酒后作業(yè),嚴(yán)禁在施工現(xiàn)場(chǎng)嬉戲打鬧。5)上班操作前檢查夯機(jī)的電源、電器是否完好,防止突發(fā)事故發(fā)生。6)基坑遞運(yùn)物品,不準(zhǔn)直接往基坑內(nèi)投擲任何物件,為防止物體滾落到坑內(nèi),基坑頂邊做高900 mm圍護(hù)欄桿。7)強(qiáng)夯時(shí)有些石塊或堅(jiān)硬土塊會(huì)隨著夯錘落下而四處飛濺,應(yīng)在其周圍防護(hù),以免石塊從高空墜落傷人,現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)隨時(shí)注意周圍行人及自身的安全,特別在夜間施工時(shí)更應(yīng)注意。

9 工后沉降觀測(cè)

該項(xiàng)目施工結(jié)束后兩年內(nèi),筆者分別對(duì)回填土層較厚的化驗(yàn)樓(3層磚混結(jié)構(gòu))和成品油貯罐基礎(chǔ)(直徑21 m環(huán)墻)重點(diǎn)進(jìn)行了沉降觀測(cè),結(jié)果表明總沉降量(一年內(nèi)沉降量為10 cm,兩年內(nèi)沉降量為11 cm左右)及不均勻沉降量均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

10 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

與復(fù)合地基振動(dòng)碎石樁(該種復(fù)合地基在當(dāng)?shù)乇容^常用且相對(duì)經(jīng)濟(jì),造價(jià)約70元/m2)相比,強(qiáng)夯法處理地基每平方米造價(jià)(本工程造價(jià)為20元/m2)要節(jié)約50元左右,總計(jì)節(jié)約500萬(wàn)元左右。

11 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)夯法處理軟土地基及回填土地基是目前最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法,隨著科技的不斷發(fā)展及施工工藝的改進(jìn),它的應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣。

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