強(qiáng)夯在煤矸石填土中的應(yīng)用

徐茂行 趙 穎 李國(guó)田

1 工程概況

永城某鋁廠擴(kuò)建,廠房為長(zhǎng)方形,南北長(zhǎng)約800 m,東西寬約30 m,共2棟。整個(gè)廠區(qū)場(chǎng)地北部部分為耕地,部分為垃圾回填場(chǎng)地,較為平坦;南部分布廢棄窯廠、魚塘、洼地、廢棄松散土、廢泥漿坑等,地形起伏不平,魚塘最深約9 m。整個(gè)場(chǎng)地?cái)M采用煤矸石、土、粉煤灰等回填整平,回填工程量約48萬m3,工作區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分為21塊,場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜。

本工程場(chǎng)地土分布如下:①雜填土,厚約0.5 m。②粉土,土質(zhì)均勻,厚約1 m,含水量 30%,承載力特征值 fak=120 kPa。③粉質(zhì)黏土,厚約4 m,含水量23.8%,承載力特征值 fak=130 kPa。④粉質(zhì)黏土,具有中等壓縮性,厚約4 m,含水量24.1%,承載力特征值 fak=160 kPa。⑤粉砂,分布不穩(wěn)定,承載力特征值 fak=170 kPa。⑥細(xì)砂,厚約4 m,承載力特征值 fak=220 kPa。⑦粉質(zhì)黏土,厚約5 m,承載力特征值 fak=200 kPa。

根據(jù)場(chǎng)地平整要求,場(chǎng)地內(nèi)需回填約2 m厚級(jí)配煤矸石,直徑50 mm以下的細(xì)骨料約占總量的50%,平整碾壓。地下水穩(wěn)定水位在-2.8 m左右。

2 強(qiáng)夯方案設(shè)計(jì)

如上所述,本工程場(chǎng)地上部地基土強(qiáng)度較低,均勻性差,不能采用天然地基,應(yīng)設(shè)法提高地基土承載力及地基整體均勻性。通過對(duì)灌注樁、復(fù)合地基與強(qiáng)夯等方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,從造價(jià)、工期、質(zhì)量控制及環(huán)境保護(hù)等方面綜合考慮,結(jié)合本場(chǎng)地回填土情況復(fù)雜的特點(diǎn),采取強(qiáng)夯進(jìn)行地基處理是最佳方案。

2.1 強(qiáng)夯方案的優(yōu)點(diǎn)

1)造價(jià)低。施工機(jī)械簡(jiǎn)單,施工費(fèi)用較低,不產(chǎn)生額外費(fèi)用。2)工期短。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)估算,預(yù)計(jì)工期2個(gè)月,比采用其他方案節(jié)省工期約2個(gè)月。3)可控性強(qiáng)。強(qiáng)夯施工法應(yīng)用實(shí)例多,工藝成熟,施工過程可控性強(qiáng),遇到問題能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。4)利于環(huán)保。本工程強(qiáng)夯的回填料采用級(jí)配煤矸石,能有效利用煤礦的廢棄物煤矸石,減小地表煤矸石對(duì)環(huán)境的污染和煤矸石堆放所產(chǎn)生的一系列危害。

2.2 強(qiáng)夯的可行性研究

1)加固深度。根據(jù)本工程巖土勘測(cè)報(bào)告和《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》,本工程回填土的最大厚度約9 m,地基土上部軟土層埋深約6 m,本工程初步確定強(qiáng)夯能級(jí)在較深回填土區(qū)域采用 3 000 kN·m的夯擊能,其余采用1 000 kN·m的夯擊能,能夠滿足回填土和軟土加固深度的要求[1]。2)地下水的影響。地下水對(duì)強(qiáng)夯效果和工期有很大的影響,強(qiáng)夯的夯擊間隔時(shí)間取決于土中的超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間,即與土的滲透性相關(guān)。本工程上部地基土為粉質(zhì)黏土,滲透性較差,當(dāng)夯擊間隔時(shí)間較短時(shí),容易出現(xiàn)橡皮土現(xiàn)象。當(dāng)強(qiáng)夯間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),施工質(zhì)量容易保證,但施工工期明顯加長(zhǎng)。本工程工期要求比較緊,必須采取措施消除地下水的影響,加快施工速度。擬采用降低地下水位的辦法,消除孔隙水壓力的影響,以便連續(xù)夯擊。

2.3 強(qiáng)夯方案

現(xiàn)場(chǎng)原始地形復(fù)雜,回填土厚度變化較大,若均按同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理,經(jīng)濟(jì)性較差,應(yīng)加以區(qū)別?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)回填土厚度將場(chǎng)地分為不同區(qū)域,結(jié)合規(guī)范要求采用以下強(qiáng)夯方案:1)當(dāng)填層厚度不大于7 m時(shí)采用2 000 kN·m深層擠密點(diǎn)夯一遍,梅花形布點(diǎn),行點(diǎn)間距7 m,排點(diǎn)間距 6 m～7 m。每點(diǎn)夯擊數(shù)5擊～10擊后填滿復(fù)擊。該過程反復(fù)進(jìn)行至最后兩擊平均夯沉量不超過100 mm或夯點(diǎn)間發(fā)生隆起,之后場(chǎng)地整平再采用1 000 kN·m強(qiáng)夯(包括1 000 kN·m點(diǎn)夯兩遍,1 000 kN·m 滿拍一遍)。2)當(dāng)回填層厚度大于7 m時(shí)采用3 000 kN·m深層擠密點(diǎn)夯一遍,梅花形布點(diǎn),行點(diǎn)間距7 m,排點(diǎn)間距7 m。每點(diǎn)夯擊數(shù)5擊～10擊后填滿復(fù)擊。該過程反復(fù)進(jìn)行至最后兩擊平均夯沉量不超過150 mm或夯點(diǎn)間發(fā)生隆起,之后場(chǎng)地整平再采用1 000 kN·m強(qiáng)夯(包括1 000 kN·m點(diǎn)夯兩遍,1 000 kN·m 滿拍一遍)。3)根據(jù)規(guī)范要求,兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時(shí)間間隔,間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。本工程自然地下水位在強(qiáng)夯加固深度范圍以內(nèi),孔隙水壓力影響強(qiáng)夯加固效果和施工時(shí)間間隔。本工程確定采用真空強(qiáng)排水,地面采用排水溝排至廠外,人工降低強(qiáng)夯區(qū)域地下水位至加固深度以下,消除孔隙水壓力的影響,進(jìn)行連續(xù)夯擊。4)根據(jù)規(guī)范要求,強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍,每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為設(shè)計(jì)處理深度的1/2～2/3,并不宜小于3 m。本工程考慮一定富余度,強(qiáng)夯范圍為基礎(chǔ)外邊4 m控制。

3 強(qiáng)夯效果檢測(cè)

為了檢驗(yàn)強(qiáng)夯的處理效果,在強(qiáng)夯結(jié)束20 d后對(duì)強(qiáng)夯區(qū)域地基土進(jìn)行了原位試驗(yàn)。原位試驗(yàn)分為淺層平板載荷試驗(yàn)及超重圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)。淺層平板載荷試驗(yàn)主要是確定強(qiáng)夯后的煤矸石填土的抗壓承載力特征值及變形模量,超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)夯填煤矸石地基密實(shí)度?？紤]到本工程回填土的復(fù)雜性,原位試驗(yàn)點(diǎn)選擇具有代表性的地方進(jìn)行,共計(jì)13處淺層平板載荷試驗(yàn)(其中后加1處),120處超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)(原計(jì)80處,試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)部分試驗(yàn)點(diǎn)煤矸石夯填不夠密實(shí),施工單位對(duì)不密實(shí)區(qū)域進(jìn)行了復(fù)夯處理,復(fù)夯后又進(jìn)行了補(bǔ)探,后加40處)。淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果表

從表1可以看出,強(qiáng)夯對(duì)地基土的加固取得預(yù)期效果,但彈性模量差異較大,地基土存在一定的不均勻性。

超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)中夯填煤矸石地基密實(shí)度的判別準(zhǔn)則如表2所示。

表2 夯填煤矸石地基密實(shí)度的判別準(zhǔn)則

由于試驗(yàn)過程中有若干處試驗(yàn)點(diǎn)是為了查明軟弱區(qū)范圍增加的試驗(yàn)點(diǎn),不參加統(tǒng)計(jì),故有效試驗(yàn)點(diǎn)為91個(gè)。根據(jù)對(duì)91個(gè)有效試驗(yàn)點(diǎn)超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果整理分析,結(jié)果表明:絕大部分場(chǎng)區(qū)夯填煤矸石地基達(dá)到密實(shí)～較密實(shí)狀態(tài),局部不夠密實(shí);達(dá)到密實(shí)～較密實(shí)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)65個(gè),占有效試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)的71.4%,不夠密實(shí)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)26個(gè),占有效試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)的28.6%,場(chǎng)地存在一定程度不均勻性。

針對(duì)上述情況,設(shè)計(jì)人員對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整,將獨(dú)立基礎(chǔ)改為條形基礎(chǔ),增加基礎(chǔ)的整體性和剛度,減小地基土不均勻性的影響。同時(shí)增大基礎(chǔ)底面積,降低地基有效附加應(yīng)力,地基持力層考慮30%的富余度,減小地基沉降量。通過對(duì)廠房投運(yùn)一年以來的沉降觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,上部結(jié)構(gòu)最終沉降量在10 mm以內(nèi),滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過工程實(shí)踐證明,強(qiáng)夯法處理回填煤矸石地基加固效果顯著。這種地基處理方法具有施工設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單、施工操作方便、工期短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),還能實(shí)現(xiàn)廢物利用,有利于環(huán)保,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯,在類似地區(qū)的地基處理工程中具有較大地推廣價(jià)值。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 馬小鋒.軟土地基的處理方法[J].山西建筑,2008,34(1):121-122.