强夯法地基处理技术及工程实例分析

强夯法地基处理技术及工程实例分析摘要本文探讨了强夯法的作用机理、设计和施工，并结合实际工程分析，用数据真实地呈现强夯法的社会效益和经济效益。关键词地基处理；强夯法；机理；设计；施工1强夯加固地基的机理强夯法又称动力加固法，它适用于砂土、釉性土、粉土、湿陷性黄土和人工填土地基的处理。强夯加固地基时对地基作用的结果可以概括为固结作用、液化作用、加密作用和时效作用。①固结作用：如果强夯地基时，引起的超孔隙水压力超过土粒间的侧向压力，便会形成裂隙，出现排水通道，改变土的渗透性，增加渗透系数，顺利排出孔隙水，加快土体的固结速度。一旦孔隙水压力小于土粒间的侧向压力时，裂隙自动闭合，水的运动又恢复常态；②液化作用：巨大的冲击力会提高土中孔隙水压力，如果达到覆盖压力时，土体便会液化，丧失强度，重新自由排列土粒。液化作用造成的影响是局部的；③加密作用：夯实一遍土后，会减少土中气体和液体的体积，增加土体的密实度，经过试验测试，每夯一遍土体可减少40%的气体体积；④时效作用：所谓的时效作用就是随着孔隙水的逐渐消散，土颗粒重新组合，自由水被土颗粒吸附又变成吸附水，土的强度慢慢恢复。因此，应该在强夯施工一个月后再检验勘探或测试强夯的质量，否则无法得出正确的实验结果。2强夯加固地基的设计一般，要根据工程的地质条件和要求确定强夯加固技术的各种参数，这样才能实现加固的有效性和经济性。强夯参数包括最佳夯击能量、锤重和落距、两次夯击遍数的间歇时间、夯击遍数、夯点布置和加固时间等。1）最佳夯击能。最佳夯击能就是地基的孔隙水压力与覆盖压力相等时的夯击能。地基中的孔隙水压力消散慢，逐渐加大夯击能的过程中，孔隙水的压力也会慢慢增加，可以根据迭加的速度确定最佳夯击能。由于孔隙水压力和土的自重压力在竖直方向上的分布规律是相反的，应根据有效深度确定被加固地基土的最佳夯击能。一般情况下，细颗粒土取1500kj/m2~4000kj/m2，粗颗粒土取1000kj/m2~3000kj/m2。2）锤重与落距。锤重与落距通过最佳夯击能确定。如果条件不允许就利用menard修正公式，根据要求的加固深度和起重机的起吊能力，按照公式进行计算：h=αw·h/10，式中：h—加固深度（m）；w—锤重（kn）；α—修正系数（0.35~0.8），粉土、釉性土为0.4~0.5；碎石土、砂土为0.50~0.70；填土为0.6~0.8。确定夯击能后，结合施工设备的条件确定锤重和落距，并进行现场试夯。3）间歇时间。两遍夯击之间的间隔时间由土中超静孔隙水压力消散的时间决定。如果没有实测资料则可根据土的渗透性确定。渗透性好的地基可以进行连续夯击；渗透性差的粘性土最少要间隔3周~4周。4）每遍的最佳夯击数、夯击遍数。最佳夯击数的确定依据是夯击数和影响深度的关系曲线，它是由动力标贯、静力触探及土工实验结果确定的。每遍最佳夯击数不仅要满足要求的加固深度，还应该是关系曲线上的变化明显的起点，同时，要满足下列几个条件：①单击夯击能量不大于100mm，最后两击的夯击下沉量小于50mm；②夯坑周围不能出现较大的隆起；③起锤难易程度不受夯坑深度的影响。夯击遍数主要由地基土的性质决定。一般情况下是2~4遍，最后再进行一次低能量的满夯。如果地基土的渗透性较弱，可以适当增加夯击遍数。5）夯点布置。根据结构类型布置夯点位置。一般采用梅花形、正方形或正三角形布点。可采用点线插档法布置条形基础；采用正方形插档法布置大面积基础；采用点夯法夯击柱基；砂土和抛石强夯挤淤时可采用排夯法加固。6）加固范围。强夯的加固范围要超出建筑物基础的范围，超出宽度为加固深度的1/3~1/2，并且不能小于3m。7）夯点间距。一般，夯点间距为夯锤直径的1.5倍~2.0倍，根据土质条件、土层厚度和结构类型确定。如果土层差、压缩层厚度大就应该增加夯击点间距。8）夯点分遍。为了加大高含水量土或饱和土的密实度，或者夯坑较深时为了减少起锤的困难度而要加填料时，需分遍夯击每一夯点，消散孔隙水。3强夯的施工1）强夯技术的施工机具。强夯采用的施工机具有工具式门架、起重机、夯锤等。①工具式门架。工具式门架可以减小落锤时的震动力，避免起重机由于起重机臂倾角过大出现倾覆现象；②夯锤。夯锤分为铸铁制、铸钢制和外包钢板内浇硷制，现在采用的多为圆锤。进行夯击作业时，夯锤进入夯坑时会受到坑底的气垫作用，对锤起拔有吸着作用和消耗一定的夯击能量，因此要设置防堵通气孔，避免夯击效果受到影响；③起重机。强夯要求起重机的起重能力大、就位准确迅速、稳定性能好。2）强夯技术的施工工艺。为了保证强夯加固的效果，应该加强施工管理，正确组织施工。强夯施工的步骤如下：①平整施工场地；②第一遍夯点位置要标记，测量样地高程；③起重机就位时，夯锤要对准夯点；④测量夯实前的锤顶高程；⑤将夯锤稳定在预定高度，夯锤脱钩下落后放下吊钩，再测量锤顶高程，若坑底倾斜造成夯锤歪斜，应该及时整平坑底。⑥重复步骤⑤，按设计规定的控制标准及夯击次数夯击每个夯点；⑦重复步骤③~⑥，完成全部夯点的第一遍夯击；⑧填平夯坑，测量场地高程；⑨按照设计的间歇时间，根据上述步骤完成规定的夯击遍数，最后一遍采用低能量夯击，夯击完后测量场地高程。强夯施工适用于空旷场地，避免施工扰民和破坏原有建筑物。当然，挖防震沟可以减少不利影响，但是工程量较大。4工程实例分析1）工程概况。某厂房锅炉房、办公楼等经过多方比较决定采用强夯法处理地基，现对主厂房进行分析。主厂房为多层钢筋混凝土框架工程，厂房单元为2×30×30m，柱距为7.5×7.5m，6层，承受的荷载比较大，对地基的变形和承载力要求较高。2）工程地质概况。该厂区地貌单元是沙河一级阶地，地形较平坦，地基由冲击、洪积和坡积的黄土状粉土、釉土、粉质釉土、砂卵石及砂组成。地下水埋深5.0m~5.7m，不具有混凝土侵蚀性。场地湿陷性黄土分布深度为3.0m，是i级（轻微）非自重湿陷性的黄土场地。3）强夯的设计、施工和检验结果。根据主厂房设计需要和地质条件确定强夯地基的设计要求：从天然地面起，强夯加固深度应不小于5.5m~6.0m，夯实后的承载力标准值大于200kpa，es≥8mpa，为了消除土的湿陷性，单击夯击能要大于1800kn.m。强夯吊车采用15t履带式，直径2.52m的圆形夯锤，锤重12t，起吊高度为15m，夯击能量大于1800kn.m。每个夯实点要10~12击，三遍间夯，按最后两击夯沉量小于5cm控制夯击数。采用一夯压半夯的满夯形式，夯击能量为1200kn.m，每个夯点最少2击，夯平夯底。强夯地基的过程中采用钻孔取样、动力标贯、静力触探三种检验方法。检验结果显示，强夯后的地面比夯实前下降了0.5m，孔隙比减小，干重度提高，压缩模量增大，消除了地基湿陷性，加固的有效深度为5.5m，分为加密带和充分加密带。加密带厚约2m，其上的充分加密带深约3.5m。强夯后的地基承载力标准值在加密带处是150kpa，充分加密带处是210kpa。检验结果表明地基满足变形及承载力要求。利用强夯法节省了大量投资，节约了资金，取得了较好的社会效益和经济效益。参考文献[1]gb50007-2002建筑地基基础设计规范[s].[2]jgj79-2002建筑地基处理技术规范[s].[3]gb50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范[s].