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          路基處理中強夯法的應用

          2019-12-13 18:55:17

          強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可以有效地提高地基強度,降低壓縮性,提高土層均勻性,減小地基不均勻沉降。目前強夯法已在許多工程中得到了運用并取得了良好的社會效益和經濟效益。

          1、強夯法作用機理及加固地基深度

          1.1 強夯法作用機理

          強夯工程中,土體中因含可壓縮的微氣泡,而產生幾十厘米的沉降,土體產生液化,使土的結構破壞,強度下降至最小值,隨后在夯擊點周圍出現徑向裂隙,成為加速孔隙水壓力消散的主要通道,繼而因黏性土的觸變性,使使土基的強度得到恢復和增強。這一過程無法用傳統的固結理論解答,因而就有飽和土是可壓縮的重要機理。

          現有研究成果表明,由于土中有機物的分解,第四紀土中多數含有以微氣泡形式出現的氣體,含氣約1%~4%,強夯過程中,氣體體積被壓縮,加上孔隙水被擠出,兩者體積有降低。重復夯擊作用,氣體被壓縮接近于零時,土體變成不可壓縮,相應的孔隙水壓力上升到與覆蓋壓力相等的能量級時,土即產生液化,吸附水變成自由水,土的強度達到最小值,繼續施加外界能量,對強度提高無效,需要停止夯擊,等待強度恢復。這就是為什么兩遍夯擊之間應有一定間隔時間的原因,間隔時間取決于土中的超靜孔隙水壓力的消散時間,對于滲透性較差的黏土地基,間隔時間不應少于3~4周,對于滲透性好的地基可連續夯擊。在土中超孔隙水壓力消散的同時,夯點四周形成有規則垂直的裂縫,出現涌水現象。當孔隙水壓力消散到小于土粒間的側身壓力時,裂隙即自行閉合,土中水的運動又恢復常態。隨著孔隙水壓力的消散,土的抗剪強度和變形模量有了大幅度增長,從而提高了地基強度,降低壓縮性,提高土層均勻性,減小了地基不均勻沉降,這就是強夯法的作用機理。

          1.2 強夯法加固地基深度

          經過各種土質地基的工程實踐,利用數理統計技術,多次修正后得到強夯加固深度公式為:z=aMH。

          其中,z為加固深度,單位為m;M為錘的重量,單位為t;H為落距,單位為m;a為系數,a和土質層厚有關,細粒土為0.5,粗粒土為0.6,地下水位較低時為0.7,高填土、棄方(無水)為0.8。

          2、工程實例

          我公司在承攬省道201白水城區道路時,在路基處理中采用了強夯法。該道路在樁號K0+000~K0+540段,場地土在勘探深度(6.0m)范圍內主要由新近堆積的雜填土(建筑垃圾)(規程時間約4個月左右)構成;在樁號K0+540~K0+900段,場地土為濕陷性黃土。

          2.1 地質情況

          道路K0+000~K0+540段,現狀場地土在勘探深度(60m)范圍內主要由新近堆積的雜填土(建筑垃圾)(規程時間約4個月左右)構成。含有大量的磚塊、灰渣、水泥塊等,成分極其雜亂,不均勻,結構松散。

          道路K0+540~K0+900段,現狀場地土為:第①層為第四系全新統早期沉積的濕陷性低液粉土(粉土),黃褐色,稍濕,中密,具濕陷性,濕陷性程度為Ⅱ級。第②層為第四系全新統早期沉積的低液限粉質黏土(粉質黏土),黃褐色,可塑,稍顯光滑,無搖振反應,干強度中等,初度中等。

          2.2 強夯法設計要求

          (1)夯錘先用圓柱體,夯擊能量1000kN·m,夯點間距為5.0m,正方形布置,夯錘重100kN,落地距為10m,道路夯擊范圍為填方路基坡腳外5m,亦即坡腳外再布置一排夯點;(2)夯擊遍數為3遍,2遍跳夯,1遍滿夯(2遍夯擊應適當間隔一定時間)。第2遍夯中點位于第一遍夯擊點之間,第3遍滿夯時要求錘印搭接;

          (3)每遍夯擊錘數:按最后兩擊平均夯沉量不大于50mm;

          (4)夯坑周圍地面不應發生過大的隆起;

          (5)不應夯坑過深而發生起錘困難:

          (6)通過試夯確定換填1.5m厚雜填土需要的挖方深度。

          2.3 強夯法施工要求

          (1)強夯施工前,應清理并平整施工場地,并查明場地范圍內的地下構筑物和各種地下管線的位置及標高等,并采取必要的措施,以免因強夯施工而造成破壞。

          (2)當強夯施工所產生的振動對鄰近建筑物或設備產生有害的影響時,應采取設置隔振溝等防振或隔振措施。

          (3)強夯開始前,檢驗夯錘是否處于中心,若有偏心,注意校正。

          (4)檢查車況,由吊車指揮進行對中,超吊,輕放等練習。

          (5)為了間接了解預處理的地基土情況,驗證設計施工參數的可行性,決定在大面積施工前選取有代表性區域進行現場單點夯擊能試驗,以確定和優化設計施工參數,選取合適的夯擊能量、單點夯擊數、夯擊遍數等。

          (6)結合工程地質勘察報告,根據場地含水量大小、雜填土以及濕陷性黃土百度和設計施工等,在場地選擇幾個不同區域的進行單點夯擊試驗。

          (7)通過分別布設在4個不同方向上跨度夯點不同跨度的觀測樁在夯擊過程測量數據的變化,計算和分析夯擊過程地基土被有效壓縮以及夯坑周圍土體的隆起情況。

          (8)夯機就位,夯錘中心對準夯點位置;錘要平,下落方向準確,不得打仿或移位,若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時,應及時將坑底整平。根據設計單擊夯能及錘重確定落距。(9)每擊夯沉量及周圍土體隆起情況的觀測。

          (10)冬季施工,首先應將凍土擊碎,然后再進行夯擊。

          2.4 夯后檢測要求(檢測在施工后3周左右進行)

          在樁號K0+000~K0+540雜填土段,強夯結束后,利用靜載為18~21t的振動壓路機對場地表層松土碾壓幾遍后,再進行檢測,利用水準儀進行觀測,要求最后兩遍碾壓的輪跡差小于5mm,滿足要求后方能進行下一步路基土的施工。

          在樁號K0+540~K0+900濕陷性黃土段,強夯結束后,按照規范要求每1000m2面積內的各夯點之間任選一處,自夯擊終止時的夯面起至其下4~5m深度內,每隔1m取1~2個土樣進行室內實驗,測定土的干密度、壓縮系數和濕陷系數以及土的壓實度,從而判斷其是否存在濕陷,滿足要求后方能按照中期要求進行下一步施工。

          對于黃土段路基,為了對夯后中期加固效果和承載力進行評價,可以進行標準重型動力觸探方法來確定其承載力。場地土在強夯施工前地基承載力為120kPa,強夯結束后,其變分法力達到200~295kPa不等,比夯前均有了不同程度的提高。

          3、結語

          該項工程證明,強夯法是處理濕陷性黃土及雜填地基的有效途徑之一,通過合理選擇施工參數,做好夯擊時的標高等數據觀測,應用數理統計技術根據觀測數據繪制曲線圖進行分析,以控制合適的夯擊能及夯擊數,能有效地改善地基各項物理力學性能,使土體有效固結,減小孔隙比,降低含水量,改變壓縮系數和濕陷系數,加快地基土的前期固結沉降,滿足工程對地基承載力的不同要求。



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