劉紅朝
(山西省勘察設(shè)計研究院,山西太原 030013)
強夯處理法又被稱為動力固結(jié)法或是動力壓密法,其是基于重錘夯實而發(fā)展起來的處理地基的方法[1]。利用此方法通常來說是通過8 t~30 t的重錘以及與地面產(chǎn)生距離為8 m~20 m的落差,而對地基產(chǎn)生一股巨大的沖擊力[2]。利用此方法所產(chǎn)生的沖擊波以及動應(yīng)力不但可以將地基土的強度大大提高,而且可將地基土的壓縮性降低,從而將砂土的抗液化功能改善,并且將具濕陷性的黃土的濕陷性消除。另外,強夯處理法所產(chǎn)生的巨大沖擊力還可以將地基土的均勻度提高,使得施工后出現(xiàn)差異沉降的機會更少。
本文主要以某大型水力吹填造地工程為例,在所劃分的區(qū)域內(nèi)對吹填砂地基進行強夯處理,并對其效果進行檢測,同時對其安全性進行評定,以對施工過程進行有效地指導(dǎo),保證施工的安全性及可靠性。
本文所舉實例其擬建場地處于某海灣的海堤范圍,其地下水深度大約為3.1 m。對其進行勘察并分析后發(fā)現(xiàn),擬建場地內(nèi)的巖土層分布情況如下:上層為素填土,接下來為淤泥,也可稱之為混砂,接下來是砂混淤泥,接著為粉質(zhì)粘土,往下勘察則為中粗砂、圓礫,下層還存在礫砂以及殘積砂質(zhì)粘性土等。吹填厚度擬為5 m~6 m,淺層的吹填礫砂要稍微密實一些。受吹填礫砂層的影響,再加上下伏淤泥層的力學(xué)性質(zhì)滿足不了工程所需,因此在施工之前選了一塊比較典型的區(qū)域試驗,其長寬各50 m。
實驗主要包括對強夯處理效果的檢測以及振動監(jiān)測。進行強夯效果試驗的夯錘重量為15.2 t,其直徑為2.1 m,錘高為0.9 m,與地面距離為20 m。經(jīng)計算,其夯擊能量達到304 t·m,夯點之間的距離為8 m,且每個夯點的夯擊數(shù)為8。通過試驗對最佳夯擊能、夯擊的間隔時間以及其振動而產(chǎn)生的影響范圍等進行了解,以獲得最好的強夯參數(shù)。另外,還要進行現(xiàn)場檢測,以對強夯處理后加固深度及加固效果進行評價。此試驗還結(jié)合了平板載荷、動力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入及室內(nèi)試驗等,以便對強夯過程中對周圍環(huán)境的影響進行分析,確定夯點與海堤之間的安全距離。
進行強夯處理后,土體的承載力有了明顯地提高,其承載力為原來的2倍。具體強夯處理前后的土體靜載試驗數(shù)據(jù)見表1。
表1 強夯處理前后的土體靜載試驗數(shù)據(jù)
在進行強夯處理前后,土體的重型動力觸探擊數(shù)以及土體的密實狀態(tài)也發(fā)生了很大改變。吹填砂地基在進行強夯處理前大多數(shù)呈現(xiàn)稍微密實或是松散的狀態(tài),在0~8之間的動探擊數(shù)都要比6擊小,但在進行強夯處理之后,地基表層0.5 m以下到表層8 m以下的土體其密實有了明顯的提高,平均都提高了1個~2個等級,而處于地基表層0.5 m的土體因面波的影響而受到較大的擾動,在強夯處理進行之后土體呈現(xiàn)松散狀態(tài)??梢?,進行強夯處理后能對土體產(chǎn)生較好的加固效果。同時也讓我們了解到304 t·m等級的夯擊能能對8 m深的土體產(chǎn)生良好的加固效果。
在進行強夯處理前后還對土體進行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗,其試驗結(jié)果可從圖1中看出。
由圖1中可看出,標(biāo)貫試驗所反映出來的規(guī)律性與動力觸探的結(jié)果相同,其進行加固的有效嘗試為8 m。
用于監(jiān)測振動的系統(tǒng)主要有自記儀系統(tǒng)以及海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。本試驗采用的是海量數(shù)據(jù)數(shù)字記錄系統(tǒng)。振動監(jiān)測系統(tǒng)主要是利用振動觀測所得到的物理量來作為質(zhì)點振動時的速度。進行現(xiàn)場監(jiān)測時所用到的系統(tǒng)主要包括速度傳感器、信號采集系統(tǒng)、記錄設(shè)備以及進行數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)。本試驗中的傳感器用的是891-Ⅱ型的速度傳感器,記錄儀為WS-USB數(shù)據(jù)采集儀,用來顯示波形并進行處理分析的為VIB’SYS便攜型計算機。
進行振動監(jiān)測共選取了6個監(jiān)測點,且監(jiān)測點分布于夯擊區(qū)域中心連線的堆填砂表面。其具體分布情況見圖2。
夯源周圍質(zhì)點的振動速度會因夯擊次數(shù)的增加而不斷加快,因此,對振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析時通常取最后一擊時所采集的數(shù)據(jù)。其具體數(shù)據(jù)見表2。
表2 最后一擊時夯源周圍質(zhì)點的振動速度及振動頻率
對表2中的數(shù)據(jù)進行分析之后發(fā)現(xiàn),在受到3000 kJ級別的夯擊能之后,土體水平方向的速度以V=893.08R-1.7414的規(guī)律遞減,其相關(guān)系數(shù)為R=0.956;土體垂直方向的速度則是以V=3028.5R-2.0691的規(guī)律遞減,其相關(guān)系數(shù)為R=0.959。振動速度隨距離衰減規(guī)律可見圖3,圖4。
在對振動觀測進行多次分析之后,我們發(fā)現(xiàn)位于存在病害的土壩或是堆石壩的質(zhì)點其安全振動速度保持在1 cm/s以內(nèi)。若建筑中存在砂層,而土壩的壩基也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象,那么其安全振速應(yīng)該保持在3cm/s以內(nèi)。通過現(xiàn)場測試分析可知,若是松散的砂土,其因強夯處理而引起的振動可以a<0.1g作為其控制標(biāo)準(zhǔn),這種情況下振動頻率保持在10 Hz左右,其安全振速為1.56 cm/s。分析施工時所產(chǎn)生的振動對周圍環(huán)境的影響,可發(fā)現(xiàn)進行強夯處理時其振動速度保持在1 cm/s最安全。依照《爆破安全規(guī)程》《建構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》以及有關(guān)的文獻和實踐經(jīng)驗可將此次實例中的安全振速控制在1 cm/s~2 cm/s之間,為使海堤的安全得到保障,建議此次實例中的質(zhì)點振動速度保持在1 cm/s最為合適。
由圖3,圖4可以看出,強夯處理所產(chǎn)生的振動速度其最大的影響范圍在30 m以內(nèi),30 m以外其振動速度迅速減少;振動所產(chǎn)生的影響在1 s以內(nèi)就會消失;其振動頻率保持在5 Hz~14 Hz的范圍內(nèi)。針對這種情況,再加上海堤的振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn),可將此次施工的距離定為30 m。
對于吹填砂地基進行強夯處理之后,對其效果進行檢測最主要是利用平板載荷、動力及標(biāo)準(zhǔn)貫入等方式進行現(xiàn)場檢測,同時將室內(nèi)試驗結(jié)合起來,可對強夯處理后的效果進行有效地檢測[3]。使用此方式進行效果檢測后,各試驗結(jié)果之間呈現(xiàn)極好的相關(guān)性及強大的可靠性,且其可對施工過程進行科學(xué)合理而有效地指導(dǎo)。通過監(jiān)測施工過程中的振動情況,可了解到因振動而產(chǎn)生影響的范圍,從而可將安全距離確定下來,這樣就不會對施工現(xiàn)場造成威脅,保護海堤。與此同時,在實際的施工當(dāng)中發(fā)生任何安全事故的事實向我們證明了安全距離的設(shè)置是科學(xué)合理的,其確實可對現(xiàn)場起到保護作用,有利于施工的安全穩(wěn)定進行。
[1] 肖凱成.吹填砂地基強夯處理效果檢測和安全性評定[J].常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2009(1):61-63.
[2] 王 勇,王艷麗,胡明鑒.吹填砂地基強夯加固現(xiàn)場試驗研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2009(11):36-38.
[3] 徐 輝,隨峰堂.砂土地基中打樁對建筑物的影響分析[J].皖西學(xué)院學(xué)報,2009(5):42-43.