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    強夯加固地基工法
    發布時間:2014-08-05
      強夯法加固地基,適用范圍廣泛,可用于濕陷性黃土、碎石土、砂土、一般粘性土、軟土以及工業或生活垃圾等各種填土地基。對于非飽和土地基,強夯加固效果顯著,在呈流塑狀的淤泥中拋填碎石、(鋼渣、礦渣)進行強夯擠淤也能取得較好的效果。


        強夯法一般采用重力為80kN(8t)以上重錘,起吊到6m以上高度,垂錘呈自由落下,對土體進行強力夯實。它是一種既能提高地基強度,降低其壓縮性,又能改善其抵抗地震液化的強力和消除土的濕陷性的地基加固方法。

        該法所用設備簡單,質量控制方便,適用范圍廣泛。對飽和土地基加固效果的好壞,關鍵在于排水,如飽和砂土地基滲透性好,超孔隙水壓力容易消散,夯后固結快。對于飽和粘土或淤泥質土,由于滲透性差,必須慎重對待。

        強夯法加固地基,能代替某些樁基礎而節省鋼材、木材和水泥,而且速度快、效果好、投資少,是一種經濟、簡便的地基加固方法。

        1.1強夯法最適宜的施工條件:

        (1)處理深度一般不超過15m;

        (2)地下水位距地表面2~3m為宜;

        (3)夯擊對象最好為粗顆粒土組成;

        (4)施工現場距原有建筑物應有足夠的安全距離,一般宜大于10m;

    (5)對于飽和軟土,地表面應鋪一層較厚的礫石、砂士等填料。

    加固目的及要求

        不同地基和工程有不同的加固要求:

        2.1以提高地基承載力,消除不均勻變形為主。

        2.2對地震液化地基,加固后應消除液化。不同的液化地基有不同的要求。

        2.2.l對飽和砂土地基,加固后標準貫入錘擊數N63.5值大于按下式計算出的N'值時,視為不液化:

                  N'=N′[l+0.125(ds-3)-0.05(dw—2)]  (1)

    式中:N'——飽和砂土所處深度為ds,室外地面到地下水位距離為lm時,砂土液化臨界標準錘擊數;          

    N'——當ds=3m,dw=2m時,砂土液化臨界貫入錘擊數。當設計烈度為7、8、9度時,其數值分別為6、10、16;

          ds——飽和砂土所處深度(m);

              dw——室地面到地下水水位距離。

        2.2.2輕亞粘土可按下式計算:

                 N″=14.5+0.5ds—2.4dw—Mc。(2)

    式中:Mc——粘粒含量,以百分數為單位。

        當實際標貫擊數N63.5大于計算值N″值時為不液化。

        2.3對濕陷性黃土地基加固,要求消除濕陷性,其濕陷系數應按下式計算:

     (3)

    式中:    δs——濕陷系數;

              hp——保持天然濕度和結構的土樣,加壓至一定壓力時,下沉穩定的高度(cm);

              hP′——上述加壓穩定后的土樣,在侵水作用下,下沉穩定后的高度(cm);

              ho——土樣的原始高度。

        強夯加固后地基濕陷系數δs <0.015時為消除濕陷性。

    2.4對軟弱土地基加固,著重于提高地基土的強度和減少變形。

    施工準備

        3.l機具準備

        3.1.1夯錘

        3.l.l.l夯錘所用材料

        夯錘可用鋼制,也可采用鋼板殼,內填鋼筋頭、鋼砂或澆灌混凝土制成。鑄鐵和鑄鋼材料制成的夯錘,體積小重心較低,穩定性強,回彈幅度不大,效率高。大噸位的可做成裝配式的鑄鋼夯錘,以利運輸。

        3.1.1.2夯錘形狀

        夯錘形狀可為圓柱形、方形、梨形、球形等形狀。為了減少或消除錘提升時土與錘之間的吸附力,以避免增加起重機的負荷,夯錘應設4~6個從錘底貫穿于錘頂的排氣孔。

        3.l.l.3夯錘尺寸

        夯錘單位面積可根據以下原則進行選則:

        (l)夯錘單位面積的靜壓力宜在25~40kPa;

        (2)夯擊能級在2000kN•m以下時,單位面積的沖擊能宜為300~500kN·m/m2;

        (3)夯擊能級在3000kN·m以上時,單位面積夯擊能宜在600~800kN·m/m2;

        (4)對于砂土和碎石土等,應選用較小面積的錘;對于軟土、淤泥及淤泥質土等應選用較大面積的錘;對于輕亞粘土、黃土等應選用中等面積的錘。

        3.1.1.4夯錘重量

    夯錘最佳重量可根據下式決定:

    M=(l+K/2)AγR  (4)

    式中:    M——夯錘重量(t);

              K——有效加固影響深度系數;

              γ——地基土的天然容重;

              A——夯錘底面積(m2);

              R——夯錘底半徑。

        使用式(4)時應注意以下幾點:

        (1)當夯錘底面為曲面時,其底面積A為投影面積;夯錘半徑R相應于投影圓的半徑;

        (2)地基土的天然容重γ為強夯處理前的地基土設計有效加固深度范圍內的加權平均值;

        (3)有效加固影響深度系數K值此處取值為0.5~0.7。

        3.1.1.5夯錘排氣孔的設置

        (l)夯錘上排氣孔的總面積約占夯錘投影面積的15%左右;

        (2)排氣孔設置要分布均勻,上下貫通,其數量為4~6個;

        (3)排氣孔的中心一般在夯錘投影面半徑的中點;

        (4)如果制作允許,也可做成上小下大的喇叭口;

        (5)如果是鋼殼的混凝土錘或用于飽和粘性土等軟土地基加固的夯錘,其孔徑可適當增大,以利排氣和清孔。

        3.l.2起重設備

        3.1.2.l起重設備應根據夯錘重量選擇。

        3.1.2.2起重設備可采用履帶式、輪胎式吊車及強夯專用三腳架,宜優先選用履帶式吊車,其起重能力一般不小于15t。

        3.1.2.3當吊車的起重能力小于夯擊要求(即錘重×錘到吊車中心位置的距離)時,可在一定范圍內,增設龍門架支撐;亦可由二臺吊車組合成“雙機組合吊車”進行施工。

        采用輪胎吊強夯,應與龍門架支撐配合施工。

        3.2現場準備

        3.2.1施工場地應平整,并經推土機壓實,以承載吊車及夯錘的重量。

        3.2.2測量放線,放出夯擊范圍及夯擊點的位置。

        3.2.3如鄰近有建筑物時,應距強夯點一定距離內挖好隔振溝。

        3.2.4準備好配套的推土機、自動脫鉤裝置、夯錘、經緯儀、水平儀、滑輪、鋼絲繩及繩扣等機具。

        3.3勞動組織(每臺班)

        (l)工長兼技術員1名;

        (2)測量兼沉降記錄員1名;

        (3)現場操作指揮,兼扶塔尺1名;

        (4)掛鉤1~2名;

        (5)吊車司機1名。

    試夯

        4.1試夯的工作內容

        4.1.l根據工程地質勘察報告及加固要求,在施工現場選取一塊有代表性的試驗區,其面積不小于20×20m2;該試驗區亦可選在需加固的地面上。


        4.1.2按選定的夯錘用不同擊數(或不同高度)進行夯擊。

        4.1.3根據試驗要求在試驗區內的不同點和不同深度處埋設孔隙水壓探頭,做好夯前、夯后的孔隙水壓的跟蹤測定,確定強夯間歇時間。

        4.1.4進行沉降觀測,并準確記錄。

    4.1.5整理靜力觸探等測試結果,確定強夯遍數及每遍夯擊次數。

    施工參數的確定

        5.l有效加固范圍

    5.l.1加固范圍(見圖1)



        5.1.1.1根據修正梅納公式,加固深度和寬度可按下式計算:

                         (5)

                           b=2htgθ+l                   (6)

    式中:    h——有效加固深度(m);

              K——有效深度修正系數,其值為0.3~0.9;

              b——有效加固寬度(m);

              θ——壓力擴散角,一般取θ=22º~30º;

              M——錘重(t);

              H——夯錘落距(m)。

    5.1.1.2根據波的傳播特性和土對能量的吸收情況,可根據下式確定加固半徑(即加固寬度和深度)rs(見圖2)。

             (7)

    式中:     rs——有效加固半徑(m);

               M——錘重(t);

               H——夯錘落距(m);

               Vp——縱波波速(m/sec) ;

               α——土的能量吸收系數;

               Ki——大于1的系數,一般為3~5。

    土的能量吸收系數α值  表1
    土    質    情    況 
    α值(s/m)

    松軟飽和粉細砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土 
    0.01~0.03

    很濕的亞粘土、粘土 
    0.04~0.06

    稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土 
    0.07~0.10

    硬塑的粘土和中密的塊石、碎石 
    0.0875~0.115

    可塑的粘土和中密的粗砂、礫石 
    0.1~0.125


    注:本公式引自《巖土工程學報》1986年第三期左名麒著《震動波與強夯法機理》

        5.2間歇時間

        每遍強夯之間的間歇時間,應根據孔隙水壓力消散時間的長短而定。

        加強在間歇時間中對孔隙水壓力的觀察,當孔隙水壓從峰值消散到穩定值后所需的時間即為合理的間歇時間。砂土可不考慮間歇時間的影響。

        5.3夯擊點布置

        5.3.l對基礎面積大或粘性土,宜用正方形網格布置。

        5.3.2對條形基礎可采用“點線插檔”法布置。

        5.3.3柱基宜采用點夯,對加固深度較大的工程,可按土層厚度不同,分二遍以上點夯,最后一遍滿夯。

        5.3.4對砂性土或填石地基和土夾石填料可用連夯法布點夯擊。

        5.4夯擊擊數的確定

        夯擊擊數的確定,是根據地基加固后應達到規定指標來確定的。夯擊要求豎向壓縮最大,側向移動最小。

        5.4.l對于非飽和土或填土,可將最后兩擊的下沉量之和的平均值小于4cm作為每點的夯擊擊數。

    5.4.2對于飽和粘性土,應以孔隙水壓力上升到最大值即等于土體自重:

     Ut=9.80665×10-2γ·ho          (8)

    式中:    Ut——孔隙水壓力(kPa);

              γ——土的容重(g/cm3);

              ho——上覆土層厚度(cm);

              或出現液化現象來控制夯擊擊數。

        5.5夯擊遍數

    確定夯擊遍數的原則是根據壓縮層厚度、土質條件和計算沉降要求來確定。土體壓縮層越厚,土的顆粒越細,含水量越高,夯擊的遍數宜多;當夯擊沉降量為計算最終沉降量的80~90%時,即視為夯擊完畢。

     

    施工工藝

    6.l強夯法施工程序(見圖3)   



    6.2夯擊施工注意事項

        6.2.l嚴格按照設計布置的夯點放線、夯擊;按照試夯所確定夯擊擊數、間隔時間、夯擊遍數、錘重、落距等參數施工。

        6.2.2如采用方形錘應有人工導向。

        6.2.3在滿夯時應隨時調整吊車位置,以防止出現以吊車為中心的扇形面,影響夯擊效果。

        6.3施工中的安全注意事項

        6.3.1強夯施工的夯錘系自動脫鉤,現場施工必須高度集中,統一指揮,不得有任何混亂現象,整個現場應由起重指揮員全面負責。

        6.3.2吊車司機、推土機司機都要集中精力聽從起重指揮員的號令,不得盲動,夯錘起吊后,禁止任何人從吊桿下方通過。

        6.3.3吊車司機應嚴格遵守安全操作規程。

        6.3.4夯錘升起如超過脫鉤高度仍不能自動脫鉤時,起重指揮員應立即發出停車信號,并將夯錘落下,找出原因,進行處理。

        6.3.5夯擊前應注意周圍高壓線對吊車及纜繩的影響,對臨近的建(構)筑物、廠區豎向工程地下管溝或管線、電桿等亦應保持一定距離,并會同設計部門進行調查,共同確定強夯加固范圍。對臨近有精密電子設備的建筑物,應采取隔振措施,以消除振動帶來的危害。

    6.3.6夯擊場地應視情況適當灑水,以防石、水四濺,塵土飛揚,在吊車操作室擋風玻璃前,應增設一面鉛絲防護網。

     

    強夯加固效果檢測

    強夯后的地基應進行加固效果檢測,可選擇靜力觸探、荷載板、標貫、十字板、旁壓儀等測試項目,一般不少于一項測試項目。

    工程實例

        8.l天津瑪鋼廠新建鑄造車間、辦公樓等,建造在原為坑塘洼地上,表層雜填土厚為3~7m,主要為拆房土、生活垃圾、爐渣、鐵屑及小鐵塊混雜而成。

        強夯加固的房屋地基面積共計5686m2。施工中采用W—1001型履帶式起重機,夯錘采用20mm厚鋼板為殼,錘內用鋼板分成九格,填以鋼砂,錘重9.4t,落距11.2m,每擊夯擊能為1032kN·m。采取先滿夯,每點3~4擊;然后在建筑物基礎部分按基槽的寬度連續夯,夯間距3.3m,每點夯8~10擊,以最后兩擊下沉量之和的平均值≤4~ 6cm為限。

        此次施工,采用了中科院武漢巖土研究所的動、靜態兩套儀器測量孔隙水壓力;采用4個65型微振儀進行波速測量,還采用了鐵道科學院研制的K30地基承載力試驗車進行測試。

        強夯后,地基承載力提高了67%。更主要的是,強夯后的雜填土地基具有較好的均勻性,解決了負摩阻力問題,滿足了房屋基礎設計的強度和變形要求。該工程已建成5年,使用效果良好。

        該工程節省投資約40萬元。

        8.2強夯法加固軟土及輕亞粘土地基,消除了液化。

        中匈合資肉雞聯合總場,位于天津西郊,場地為鹽堿荒地。擬建的8個筒倉高22m,單倉總重900t。地基加固要求:提高承載力和滿足烈度為8度地震時的地基不液化要求。

        該場地地面下0~4m的飽和輕亞粘土層為嚴重可液化地基。0~8m各地層承載力很低。

        強夯施工采取先用推土機推去60cm厚的表層土,再進行點夯和滿夯作業。夯錘重9t,落距10.5m,夯間距3.4m,點夯1遍,每點8擊,滿夯每點3擊。

        加固后的地基評價:

        8.2.l地基承載力

        8.2.1.1  0~4m的輕亞粘土層,強夯前〔R〕=100kPa左右,強夯加固后〔R〕=240kPa;

        8.2.1.2  4.1~6.8m粘土層,強夯前〔R〕=110kPa,強夯后〔R〕=150kPa。

        8.2.2地震液化問題

        強夯后,經檢測和應用有關規范規定的公式驗標,在烈度為8度地震時為不液化地基。


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