建筑工程地基處理中強(qiáng)夯法的施工技術(shù)研究

陳祥龍 中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司馮家川二期受煤工程項(xiàng)目部

1 引言

濕陷性黃土的土質(zhì)較為特殊，土層結(jié)構(gòu)比較稀松、具有發(fā)育的孔隙，土質(zhì)在沒有受水分的浸潤時，通常具有較小的壓縮性，因此強(qiáng)度相對較高，但是一旦遇水且受到壓力作用，其土層結(jié)構(gòu)就會被破壞，進(jìn)而產(chǎn)生下沉，強(qiáng)度大大降低。因此，在濕陷性黃土土質(zhì)上進(jìn)行工程建設(shè)時，需要結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際情況，使用合理的施工技術(shù)進(jìn)行地基處理，使承載力增強(qiáng)，確保建筑物的穩(wěn)定性。強(qiáng)夯法在地基處理中的應(yīng)用較為廣泛，而且從實(shí)際應(yīng)用中能夠得知，這種施工技術(shù)具有簡單快捷的特點(diǎn)，應(yīng)用效果良好。

2 濕陷性黃土土質(zhì)的介紹

2.1 土質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

我國黃土土質(zhì)的分布較廣，大多具有濕陷性，也就是說這一類的土質(zhì)在受到水分的浸潤后，同時在土層自重力以及外部荷載的作用下，會發(fā)生較大的沉降現(xiàn)象，土質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞。濕陷性黃土土層結(jié)構(gòu)中的小顆粒如果是處在干燥或者是半干燥的環(huán)境下，相互之間具有較低的粘結(jié)度，而且其中具有發(fā)育的大小不一的各種孔隙，在自然狀態(tài)下就可以直觀的看出這些孔隙的分布，具有較好的透水以及吸水性能，土質(zhì)顆粒之間的粘合力較差。

2.2 濕陷性黃土地基處理的要求

在受到水分浸潤的影響后，濕陷性黃土土層結(jié)構(gòu)會松散，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會下降，進(jìn)而發(fā)生下沉現(xiàn)象，失去穩(wěn)定性，對建設(shè)的工程安全有較大的危害。因此，在濕陷性黃土土質(zhì)上進(jìn)行工程施工建設(shè)時，需要對地基進(jìn)行處理。處理的要求是對土層中的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使其性質(zhì)能夠得到改變，使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。通常這種土質(zhì)的地基處理使用方法有強(qiáng)夯法、墊層法以及灰土擠密樁法等，而其中強(qiáng)夯法由于施工便捷、效果良好得到了廣泛應(yīng)用。

3 工程概況

本文主要以山西某煤炭儲運(yùn)裝系統(tǒng)工程為例進(jìn)行分析，工程地基處理分區(qū)施工，分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)以及推煤機(jī)房、材料庫，使用強(qiáng)夯法處理建筑物濕陷性黃土和填土地基，地基強(qiáng)夯處理共計(jì)76320m2；本次強(qiáng)夯試驗(yàn)段選擇I 區(qū)標(biāo)高869.00m，單擊夯能4000kN·m，單點(diǎn)夯擊2遍，夯點(diǎn)采用等邊三角形布置，夯點(diǎn)間距5m，隔行跳打，夯點(diǎn)共計(jì)47 個；滿夯夯擊能1500kN·m，滿夯兩遍，錘印搭接1/4（見圖1）。

圖1 夯點(diǎn)布置圖

4 強(qiáng)夯法施工技術(shù)的有關(guān)參數(shù)處理

4.1 夯擊次數(shù)

強(qiáng)夯法處理地基對施工效果產(chǎn)生影響的一個重要施工參數(shù)就是夯擊次數(shù)。在明確各個夯擊點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)夯時，通過反復(fù)夯擊能夠使土層壓縮達(dá)到規(guī)范要求，次數(shù)的確定要結(jié)合試夯的次數(shù)以及下沉量、地基夯坑附近地面的隆起程度。

4.2 夯實(shí)厚度

簡單來講就是土層的壓縮量，利用重錘對地基進(jìn)行夯實(shí)，達(dá)到夯實(shí)處理深度時距基礎(chǔ)地面的深度就是夯實(shí)厚度。在達(dá)到最終夯實(shí)厚度前，對土層進(jìn)行強(qiáng)夯的效果從上到下越來越不明顯。

4.3 有效加固深度

有效加固深度主要按照現(xiàn)場試夯或者已有的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行確定，如果沒有有效的參考資料，這一參數(shù)D的確定可以按照濕陷性黃土土質(zhì)施工建設(shè)的有關(guān)規(guī)范進(jìn)行估計(jì)，利用公式計(jì)算得出：

式中：

h——表示夯錘落距；

W——表示錘的質(zhì)量；

α——表示有效加固深度修正系數(shù)。

計(jì)算公式可以用此表示。

5 強(qiáng)夯法施工

5.1 試夯

在正式施工前，需要選擇一個比較有代表性的區(qū)域作為試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行試夯，由此將夯擊次數(shù)、夯實(shí)厚度、有效加固深度等參數(shù)進(jìn)行確定，同時也掌握地基承載力參數(shù)以及濕陷系數(shù)等，以便能夠?yàn)楹罄m(xù)正式夯擊施工提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄完整后，最終確定強(qiáng)夯法滿足地基穩(wěn)固處理的有關(guān)要求。強(qiáng)夯施工起重最大量為50t，夯錘質(zhì)量為33.6t。錘底面直徑2.5m，錘的底面有排氣孔，孔徑250mm。夯擊前做出夯點(diǎn)布置圖，夯點(diǎn)放樣用石灰標(biāo)明位置，并測量標(biāo)高。第一遍夯擊能4000kN·m，夯點(diǎn)間距是夯錘直徑的2 倍，按等腰三角形布設(shè)。第二遍夯點(diǎn)位于第一遍夯點(diǎn)之間。夯機(jī)設(shè)備準(zhǔn)備好后，開始第一遍夯擊。將夯錘按設(shè)計(jì)夯擊能起吊到設(shè)置的預(yù)定高度，脫鉤下落，放下釣鉤測量錘底傾斜度，如果發(fā)現(xiàn)大于30o時，需要填平再進(jìn)行夯擊。每點(diǎn)夯擊6～8次。然后進(jìn)行下一點(diǎn)夯擊，直至完成第一遍施工。第二遍夯擊時，需要重新測量定位，同上述步驟一樣進(jìn)行施工。施工完后，推平夯坑準(zhǔn)備滿夯。滿夯處理范圍為全幅。夯點(diǎn)彼此搭接1/4（錘底面積），夯后測量標(biāo)高以檢測沉降量及壓實(shí)度、加固深度、地基承載力的檢測。

5.2 正式施工

在各個分區(qū)內(nèi)，先將場地進(jìn)行平整至起夯面，施工后平整到設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用分層強(qiáng)夯，對低標(biāo)高先進(jìn)行施工強(qiáng)夯，施工完后再平整到夯后標(biāo)高，直到達(dá)到合格要求后再進(jìn)行上一層的回填強(qiáng)夯。Ⅱ區(qū)起夯面的標(biāo)高設(shè)計(jì)為887.5m，單擊的夯擊能為6000kN·m，同樣進(jìn)行隔行跳打，各個夯擊點(diǎn)的夯擊次數(shù)為6～8次，夯擊下沉量平均要小于0.15m，同樣夯擊點(diǎn)的設(shè)置為等邊三角形，各個夯擊點(diǎn)的間距不超過5m，滿夯時的夯擊能為2000kN·m，滿夯兩次。Ⅲ區(qū)起夯面的標(biāo)高設(shè)計(jì)為879.2m，夯后的標(biāo)高為878.7m，夯擊能為4000kN·m，各個夯擊點(diǎn)的夯擊次數(shù)為6～8次，夯擊下沉量小于0.1m，同樣采用等邊三角形設(shè)置夯擊點(diǎn)，隔行進(jìn)行跳打，各個夯擊點(diǎn)的間距小于5m，滿夯時的夯擊能為1500kN·m，滿夯次數(shù)2次。推煤機(jī)房、材料庫的起夯面設(shè)計(jì)標(biāo)高為887m，夯后的標(biāo)高仍為887m，夯擊能為6000kN·m。在整個強(qiáng)夯施工過程中，需要結(jié)合濕陷性黃土土質(zhì)地基處理的有關(guān)規(guī)范要求對土質(zhì)的含水量進(jìn)行控制，確保地基處理中強(qiáng)夯法施工的效果達(dá)到理想。

6 夯后檢測

地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理完工后，巖土工程檢測單位對處理后的地基進(jìn)行承載力、濕陷性檢測。對濕陷性檢測主要是人工挖探井采取Ⅰ級試樣來進(jìn)行土工試驗(yàn)，這一工作的進(jìn)行需要在強(qiáng)夯施工完7天后進(jìn)行。承載力檢測主要是靜力載荷試驗(yàn)，這一工作的進(jìn)行需要在強(qiáng)夯施工完的14天后進(jìn)行。利用夯后檢測得出地基處理后的承載力特征值和濕陷性消除程度。

6.1 土工試驗(yàn)

在對地基處理后的濕陷性進(jìn)行檢測時，選取一定量的原狀土以及強(qiáng)夯后的土樣，Ⅰ區(qū)869.00m 區(qū)域開挖探井3 個，夯后檢測面選在夯后整平面下1m 開始，間隔1m 取土試樣1 件，取樣位置在3個點(diǎn)夯之間形心點(diǎn)部位處。取樣完成后，用原土對探井進(jìn)行分層夯填。根據(jù)試驗(yàn)方法的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對各個物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行確定，最終得出，試驗(yàn)段Ⅰ區(qū)869.00m 基礎(chǔ)地面7m 深度范圍內(nèi)的土質(zhì)其濕陷性完全消除，使用4000kN·m 夯擊能進(jìn)行強(qiáng)夯處理的效果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，在地基處理深度內(nèi)，濕陷系數(shù)δs<0.015，承載力特征值fak 不小于200kPa，從這些指標(biāo)中來看，夯實(shí)的效果都滿足要求。地基主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

6.2 靜力載荷試驗(yàn)

靜力載荷試驗(yàn)主要是確定處理后的地基承載力特征值，除了儲煤分區(qū)內(nèi)的地面，在每個建筑地基處選擇3個以上的檢測點(diǎn)，使用油壓千斤頂加荷載，對壓力進(jìn)行測定，最終測定的承載力特征值符合要求中的>200kPa。平板靜載試驗(yàn)結(jié)果表2。

表1 地基主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 平板靜載試驗(yàn)結(jié)果（I區(qū)869.00m）

7 結(jié)束語

在濕陷性黃土地基處理中，使用強(qiáng)夯法施工，能夠使黃土的濕陷性以及地基承載力得到有效改善，確保地基強(qiáng)度能夠滿足要求，增強(qiáng)工程的安全穩(wěn)定性?？蔀橥惖刭|(zhì)條件下的地基處理施工提供借鑒。