強(qiáng)夯法處理粉煤灰軟弱地基的研究

■崔文龍　趙向飛　尹峰杰　黃保站（青島康佳裝飾有限公司山東青島6607；青島裕龍集團(tuán)有限公司山東青島6607；青島海巖基礎(chǔ)工程有限公司山東青島6607）

強(qiáng)夯法處理粉煤灰軟弱地基的研究

■崔文龍1趙向飛2尹峰杰2黃保站3
（1青島康佳裝飾有限公司山東青島266071；2青島裕龍集團(tuán)有限公司山東青島266071；3青島海巖基礎(chǔ)工程有限公司山東青島266071）

目前有關(guān)粉煤灰軟弱地基處理方法的探討比較廣泛和深入，但基本都是建立在復(fù)合地基的處理及用用上；應(yīng)用強(qiáng)夯法加固粉煤灰軟弱地基到目前為止尚未有一套成熟而完善的理論體系和設(shè)計(jì)方案。筆者通過工程實(shí)踐，提出了強(qiáng)夯法這種簡(jiǎn)單、有效和經(jīng)濟(jì)的加固方案，從理論與施工上進(jìn)行了探索與探討。

強(qiáng)夯法粉煤灰軟弱地基

1　工程概況

某工程位于青島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)重化工業(yè)區(qū)內(nèi)，占地約12萬m2，場(chǎng)區(qū)約為近海淺灘，后由發(fā)電廠生產(chǎn)排放的粉煤灰海水吹填而成，上覆粗砂及粘土薄層，地形較平坦。

2　強(qiáng)夯方案和分層碾壓法的提出與試驗(yàn)進(jìn)行

2.1粉煤灰的性能分析

粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤鍋爐在煤炭燃燒后，排出的的固體灰分，主要化學(xué)成分是SiO2、Fe2O3等。粉煤灰具有一定的活性，并且在動(dòng)力載荷或其他外力作用時(shí)粉粒易于移動(dòng)而趨向緊密，產(chǎn)生一定的自硬強(qiáng)度，很多地區(qū)利用它作為處理軟弱土層的換填材料。粉煤灰粒徑＜0.05mm,結(jié)合水作用顯著，潮濕時(shí)呈現(xiàn)可塑性，粘性大，在粉煤灰加入一定的透水性能好的非膨脹土（例如風(fēng)化砂），則透水性能顯著提高。粉煤灰的玻璃微珠態(tài)性能，是其外在物理性能呈現(xiàn)與相關(guān)處理工藝選擇的基本依據(jù)。

2.2施工工藝分析和選擇

本場(chǎng)區(qū)主要為集裝箱堆載貨場(chǎng)，設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值不小于200Kpa，勘察報(bào)告建議采用深層攪拌法對(duì)第①、②層進(jìn)行加固。對(duì)地基處理方法，經(jīng)濟(jì)分析如下：換填法，費(fèi)用約為100元/m2；深層攪拌法，費(fèi)用約為500元/m2；強(qiáng)夯法，費(fèi)用約為40元/m2。可以看出，換填法和深層攪拌法費(fèi)用都很大，強(qiáng)夯法比換土回填可節(jié)省60%費(fèi)用，與砂樁相比可節(jié)省90%的費(fèi)用。而強(qiáng)夯法是否可行，需要從理論上進(jìn)行可行性分析。

2.3強(qiáng)夯方案的提出

強(qiáng)夯法的原理：在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)地基土體加一個(gè)巨大的沖擊能量，使得土體發(fā)生一系列物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或液化、排水固結(jié)壓密以及觸變恢復(fù)等，使得一定范圍內(nèi)地基強(qiáng)度提高，空隙擠密并消除失陷性，利用強(qiáng)夯夯擊地基土表面，使地基表面形成一層比較密實(shí)的砂墩，從而使地基得到深層加固，夯點(diǎn)周圍的土擠密。強(qiáng)夯的實(shí)施必須具備兩個(gè)條件：一是地表有一定的承載力；二是強(qiáng)夯后孔隙水的排出。本場(chǎng)區(qū)粉煤灰層的含水量高達(dá)75%，對(duì)于第一條通過回填一部分土來實(shí)現(xiàn)；而第二條，粉煤灰具有一定的透水性，另外通過控制回填土的質(zhì)量來加強(qiáng)其透水性，從而順利排出孔隙水，通過分析認(rèn)為，可用強(qiáng)夯法加固粉煤灰吹填區(qū)的軟弱地基，未慎重起見，先進(jìn)行強(qiáng)夯實(shí)驗(yàn)。

基于該土層軟弱地基處理基于兩個(gè)前提假設(shè)：A：粉煤灰是燒灼后的玻璃態(tài)氧化物，憎水性礦物質(zhì)，與水的結(jié)合屬于間隙水，不屬于化合水；B:粉煤灰為小球體，在外力的作用下，可以遷移。

2.4強(qiáng)夯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行

在場(chǎng)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇20m*20m的范圍見圖1。

首先在表面覆蓋0.6米厚的，粒徑5~10mm的風(fēng)化砂作為濾水層和施工機(jī)械的支撐層。夯擊采用正方形布點(diǎn)，梅花形插點(diǎn)，各點(diǎn)間距5m*5m，主夯擊能875kN·m,每點(diǎn)五擊，風(fēng)化砂填坑；間隔7~10d夯擊下一遍，主夯4遍，第3遍在第1遍的原夯位上進(jìn)行，第4遍在第2遍的原夯位上進(jìn)行，方法為首先將夯坑回填，方法同第1遍，滿夯夯擊能875kN·m，錘印搭接1/4，第3、4遍最后2擊的下沉量控制在10cm內(nèi).在夯擊過程中，由于粉煤灰含水量較高，局部出現(xiàn)橡皮土現(xiàn)象，即暫停施工，周邊開挖排水溝排水，增加回填土量后，繼續(xù)夯擊。

2.5強(qiáng)夯地基檢測(cè)

巖土工程勘察報(bào)告及測(cè)試深度（8.0m）范圍內(nèi)的土層測(cè)試結(jié)果，將試夯區(qū)內(nèi)外土層按由上到下順序，分析如下：第①層碎石碎填土層隨后厚度的增加（0.3m~1.4m），測(cè)試結(jié)果有很大的變化，呈稍密~密實(shí)狀態(tài)。第②層粉煤灰（水上），該層試夯區(qū)外（1.0m）重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)N63.5=1.73~1.53擊，試夯區(qū)內(nèi)測(cè)試結(jié)果N63.5=8.55~4.67擊，為試探區(qū)外的3~5倍，強(qiáng)度和均勻性均有明顯改善，加固效果良好；第②~2層淤泥質(zhì)粉土~淤泥，該層試夯區(qū)外（1.0m）重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)N63.5=1.136~1.532擊，試夯區(qū)內(nèi)測(cè)試結(jié)果N63.5=3.25~2.40擊，為試探區(qū)外的2倍左右，強(qiáng)度和均勻性也有一定程度改善，上部有一定的加固效果。第①內(nèi)以砂土為主的③~1夾層，強(qiáng)夯后強(qiáng)度有較明顯的提高。

試夯區(qū)夯后效果初步評(píng)價(jià)：總體上看，試夯區(qū)測(cè)試深度（8.0m）范圍內(nèi)土層的強(qiáng)度及均勻性在夯后有了不同程度的改善和提高。

圖1　夯點(diǎn)位置及夯擊程序圖

3　強(qiáng)夯方案的確定

3.1強(qiáng)夯方案的應(yīng)用

強(qiáng)夯試驗(yàn)驗(yàn)證了強(qiáng)夯方案的可行性，為適應(yīng)場(chǎng)地內(nèi)地層的不均勻性，提高夯后地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，對(duì)強(qiáng)夯方案在試夯的基礎(chǔ)上做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（1）回填采用當(dāng)?shù)貜?qiáng)風(fēng)化花崗巖碎屑（粒徑5~30mm），平均厚度0.6米，邊填邊用推土機(jī)推平，未碾壓。

（2）在第1遍夯擊能在875kN·m的基礎(chǔ)上調(diào)整到1000kN·m，每點(diǎn)夯5擊；最后2擊平均沉降量控制在10cm以內(nèi)。

（3）第3、4遍強(qiáng)夯一次打完；滿夯在875kN·m的基礎(chǔ)上調(diào)整到1000kN·m。

（4）考慮到大面積施工超靜孔隙水壓力的消散較試夯時(shí)緩慢，故強(qiáng)夯時(shí)間調(diào)整為：第1遍夯后20d進(jìn)行第2遍，第2遍夯后20d進(jìn)行第3、4遍，第3、4遍夯后30d進(jìn)行滿夯。

3.2過程中出現(xiàn)的問題和處理方法

3.2.1現(xiàn)場(chǎng)排水問題該場(chǎng)區(qū)施工面積大，地下水位較高，施工時(shí)地下水從強(qiáng)夯點(diǎn)周圍地表裂縫或薄弱部位涌出，故在現(xiàn)場(chǎng)開挖兩條1.0~1.5m寬，1.0~2.0m深的“十”字形排水溝，保證地表水的排泄和地下水位的下降。對(duì)積水夯坑進(jìn)行柴油泵與人工結(jié)合排水，回填時(shí)嚴(yán)格控制回填質(zhì)量，以利于透水；對(duì)于涌水量較大的區(qū)域采用換填的方法，挖掉粉煤灰軟塑部分，換填石料或風(fēng)化砂。

3.2.2加大能級(jí)、增加2遍夯加深影響深度由于堆場(chǎng)面積較大，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，地下水排放條件不一致，加之大量回填土、填料土質(zhì)有差異，離散度較大，必然造成強(qiáng)夯處理后的效果有差異，為減少差異，在原第1、2遍夯點(diǎn)的原位增加能級(jí)增加能級(jí)，再打一遍，具體做法是：①在第1、2遍夯點(diǎn)上布點(diǎn)，分別采用1200kN·m的能級(jí)，每點(diǎn)3~5擊，停夯標(biāo)準(zhǔn)控制最后2擊夯沉量之和≤20cm。②第1、2遍遍行一遍打完，夯坑填碎石。整平滿夯，滿行改用1000kN·m，錘印相互搭接1、4.每點(diǎn)夯2擊，對(duì)夯點(diǎn)內(nèi)填土和夯坑外的區(qū)域進(jìn)行表層處理，提高整個(gè)場(chǎng)區(qū)低級(jí)的均勻性。

3.2.3對(duì)周圍建筑物的影響場(chǎng)區(qū)西側(cè)有一條臨時(shí)明渠，為確定強(qiáng)夯的水平影響范圍，我們做了一次觀察試驗(yàn)：距離明渠8米的位置強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊波將明渠沖垮，沖垮部位中心位于地標(biāo)一下2.5米處，地表未發(fā)生變形，距離明渠12米時(shí)，明渠壁不受影響。

3.3強(qiáng)夯后地基檢測(cè)數(shù)據(jù)

第①~1層，深度段0~3.1米，fk≥270kPa；第①~2層，深度段1.8~3.5米，fk=110~170kPa；第①~3層，深度段3.0~4.2米，fk=80~110kPa；第②~1層，深度段3.5~6.6米，fk≥270kPa；第②~2層，深度段4.6~7.1米，fk≥200kPa；第③層，深度段5.6~7.5米，fk≥300kPa；第④層，深度段7.3~8.5米，fk≥400kPa。從以上數(shù)據(jù)可以看出，強(qiáng)夯后地基承載力有了顯著提高，可以作為集裝箱堆場(chǎng)使用。

4　結(jié)束語(yǔ)

上述加固處理方案為粉煤灰軟弱地基處理提供了可靠和經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)，既有利于解決火力發(fā)電企業(yè)的粉煤灰排放占用土地的矛盾，又可以解決對(duì)于火力發(fā)電企業(yè)周邊廢棄徒弟的改造利用問題，具有廣泛的應(yīng)用前景。但應(yīng)十分注意強(qiáng)夯施工對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的不利影響。

F407.21[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-379-1