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所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:235

副标题#e#
　　浅析强夯法在冬季施工
　　刘进刘明丽华北有色工程勘察院有限公司石家庄050021
　　摘要强夯法地基加固技术在中国已经比较成熟，应用也相当广泛，但该施工工艺对土质及其物理力学性质有一定要求。本文重点阐述了强夯法在冬季施工的效果。
　　关键词冻土强夯法
　　0引言
　　强夯法处理地基是六十年代由法国Menard公司首创的，国际上又称动力固结法或动力压实法，该方法利用夯锤自由下落产生的冲击能和振动反复夯击地基土，从而提高地基土的承载力，降低地基土的压缩性，改善地基性能。我国于1978年开始，先后在天津新港、河北廊坊、山西白羊墅、河北秦皇岛等地进行强夯法试验研究和工程施工，取得了较好的加固效果，随后强夯法迅速在全国各地推广应用。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基，当其用于饱和软黏土地基处理时可能用低能量夯或其他排水方法相结合的方案进行强夯地基处理。在实际施工中，往往会有很多因素制约强夯法地基处理的施工，比如地基土含水量大、冻涨等因素。本文介绍了冻土对强夯法地基处理效果的影响程度。
　　1施工原理
　　1.1夯击能的传递机理
　　由强夯产生的冲击波，按其在土中传播和对土作用的特性分为体波和面波。体波包括纵波（P波）和横波（S波），从夯击点沿着一个半球波阵面径向向地基深处传播，对地基土可起压缩和剪切作用，可能引起地基土的压密固结。面波（R波）从夯击点沿地表传播，其随距离的增加衰减比体波慢的多，对地基土不起加固作用。因此，强夯的结果，在地基中沿深度常形成性质不同的3个区：①地基表层形成松动区；②松动区下面某一深度，受到体波的作用，使土层产生沉降和土体的压密，形成加固区；③加固区下面冲击波逐渐衰减，不足以使土产生塑性变形，对地基不起加固作用，形成弹性区。
　　1.2强夯法的加固机理
　　从加固原理和作用看，分为动力夯实、动力固结、动力置换三种情况，其共同特点是，破坏土的天然结构，达到新的稳定状态。巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使土粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。在处理饱和黏土时，巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏土体原有的结构，使土体局部发生液化，产生许多裂隙，增加排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得以提高，这就是动力固结。
　　2施工设计及方案
　　根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）,强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估。
　　

 

单击夯击能（KN·m）	碎石土、砂土等粗颗粒土	粉土、黏性土、湿陷性黄土等细颗粒土
1000 2000 3000 4000 5000 6000	5.0～6.0 6.0～7.0 7.0～8.0 8.0～9.0 9.0～9.5  9.5～10.0	4.0～5.0 5.0～6.0 6.0～7.0 7.0～8.0 8.0～8.5 8.5～9.0

　　注：强夯法的有效加固深度应从起夯面算起。
　　2、强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000KN•m/m2；细颗粒土可取1500～4000KN•m/m2。
　　3、夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：
　　A.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm。
　　B.夯坑周围地面不应发生过大的隆起。
　　C.不因夯坑过深而发生起锤困难。
　　4、夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2～3遍，最后再以低能量夯击一遍。对于渗#p#副标题#e#透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。
　　5、两遍夯击之间应有一定的时间间隔。间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据低级土的渗透性确定，对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间，应不少于3～4周；对于渗透性好的地基土可连续夯击。
　　6、夯击点位置可根据建筑结构类型，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5～9m，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。
　　7、强夯处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3。并不宜小于3m。
　　8、根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一置数周后，对试夯场地进行测试，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。
　　3常见问题及处理措施
　　强夯法施工常见问题及处理措施一览表
　　序号 问题现象 原因 处理方法 完成时间
　　1 夯锤提升中夯锤偏心 质量不均 在锤边焊钢板，使其平衡。 及时处理
　　2 夯坑错位或坑底倾斜过大 夯锤偏心或土质不均 夯锤偏心在锤边焊钢板，使其平衡，土质不均匀，测将坑底填平，再进行夯击。 及时处理
　　3 雨季强夯场地或夯坑积水 降雨 施工前设置排水坝和排水渠道，有积水时应及时用水泵排除。 施工前准备，及时排水。
　　4 局部地段地基土饱和 局部地基土含水量大或渗水 挖除换填或采取投入生灰块、碎石、风干等措施。 施工前准备，及时挖填。
　　5 冬季施工有冻土 气温低 冻土层小于0.5m时，击碎冻土并清除大的冻土块，同时夯击次数适当增加。 主夯前处理
　　6 地基土含水量低于10% 自然原因 引井渗水 施工前准备
　　7 场地表层土软弱或地下水位偏高 自然原因 宜铺填一定厚度的垫层 施工前准备
　　8 夯坑吸锤 夯坑偏或地基土饱和 挖除夯锤周边土后，方可提升夯锤。 及时处理
　　9 夯锤升至预定高度不脱钩 脱钩器失灵 及时采用推土机等辅助机械拽拉脱钩绳索或起重机缓慢均匀放下夯锤，检修脱钩器。 及时处理
　　10 若出现其它无法排解的异常情况  立即停夯，及时与业主、设计单位与监理单位协商解决。 及时处理
　　11 场地范围内有隐蔽墓穴或坑洞 人为原因 用素土或砂分层回填夯实，探孔用砂回填。 施工前或及时处理
　　4强夯试夯时采用的第一种施工方案
　　为了验证冻土到底对强夯有何种影响，本工程拟采取两种方案进行试夯。第一种方案为：强夯施工前没有挖除地表冻土部分，直接用夯机夯实。
　　4.1地质情况
　　某工程场地位于荒漠边缘，附近无大的地表水体，地形有利于自然排水。浅部第四纪松散分布极不均匀，主要为砂性土，厚度0～44.70m，一般为15m，主要为透水不含水层，在地势平坦的河谷地带，含有孔隙潜水。深部煤系地层岩石裂隙不发育，地下水补给条件差，地下水以静储量为主，冬季最大冻土深度1米。矿床直接充水含水层单位涌水量小于0.01L/s•m，含水层富水性较弱。水文地质类型为二类二型。
　　4.2试夯
　　4.2.1选择一个具有代表性的区域进行强夯试验。试验区为30m×30m，试验面积为900㎡。试验区平面布置图如图所示：
　　4.2.2强夯遍数及强夯能级
　　本工程分三遍施工。第一、二遍为主夯，能级为3000KN•M；第三遍为满夯，能级为1000KN•M，击数为2击，满夯搭接不小于1/4夯印。
　　4.2.3单点#p#副标题#e#击数：由单点击数与夯沉量关系曲线确定，且应同时满足以下几点：
　　a、主夯最后两击的平均夯沉量不大于100mm；加固夯最后两击的平均夯沉量不大于50mm
　　b、周围地面不应发生过大的隆起。
　　如贯入度大于100mm而仍未满足上述条件，应补填土石料并重新夯击，直到满足条件。
　　4.2.4夯坑处理：
　　第一、二遍夯坑均补填开山土石并用推土机进行平整，第三遍加固夯形成的夯坑用推土机直接推平。
　　4.2.5单点夯试验
　　进行单点夯试验的目的是为了合理选择夯击数，每个试夯小区均布设三个单点夯击试验点及三个地面变形观测试验点，测量其周围的地面变形（即高程变化和水平们移量）。
　　用随机抽样检验法，抽取三个单点作夯击试验点，详细观测每击夯沉量，并作出击数Ｎ与沉降量Ｓ的曲线图如下图。
　　4.2.6群夯试验
　　群夯试验的目的是判断强夯的适宜性和夯后地基所能达到的物理力学指标是否满足设计要求。是在单点夯试验的基础上，按设计确定的夯击能、夯击数和布点间距分遍施工，并控制最后两击的平均夯沉量满足设计要求，使地基土在水平方向和垂直方向均得到有效加固。群夯试验过程中取得的参数将是指导工程施工的依据。工程施工的程序与群夯试验施工完全一致。
　　4.2.7强夯试验检测
　　本工程强夯试验检测用静载试验和标准贯入试验。静载试验的目的是确定夯后地基土的承载力标准值和变形模量；标准贯入试验是判断夯后各分层土的承载力。
　　4.3试夯检测结果
　　4.3.1标准贯入试验
　　a、根据《岩土工程勘察规范》10.5规定，本次检测采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，记录每打入10cm的锤击数N。
　　B、本次检测试验是在强夯试验区后地基土7.0m深度范围内进行试验，按每0.5m进行检测一次，本次检测在4.5m以下，质量表现欠佳。其标准贯入试验锤击数N值见后附表。
　　

强夯法施工常见问题及处理措施一览表

　　4.3.2静力载荷试验
　　通过试验，静载试验在400kpa之内，P-S曲线为一直线，且沉降较小，承载力特征值取最大加荷荷载的一半即180kpa，满足设计使用的承载力特征值fak=180kpa的要求。
　　静力载荷试验数据表
　　工程名称 煤矿试夯区检测 试验时间 09.2.19 试验地点 煤矿试夯区 试验编号 №1
　　承压板直径（m） 0.564 承压板面积（m2） 0.25 压板形状 圆形 试验土层 素填土
　　加荷序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
　　荷载P（kpa） 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
　　沉降（s′） 0 2.08 3.3 4.45 5.6 6.78 7.82 9.08 10.23 12.61 16.21 20.78
　　修正后沉降值s 0 1.37 2.73 4.10 5.46 6.83 8.19 9.56 10.92 13.53 17.12 22.14
　　直线段加荷次数 8 直线段斜率C 0.027 截距s0 0.217
　　形状系数I0 0.785 泊松比μ 0.3
　　直线段压力P 400 对应沉降s(mm) 10.23
　　变形模量E0（Mpa） 15.753 s/b=0.01的荷载值（kpa） 250
　　比例极限p0(kpa) 400 最大加荷荷载一半（kpa） 200
　　承载力特征值fak(kpa) 200
　　通过观察曲线可以看出，地基承载力特征值取最大加荷荷载的一半,即承载力特征值fak=200kpa。满足设计要求的承载力特征值fak=180kpa。分析结果表如下：               
　　5强夯试夯时采用的第二种施工方案
　　试夯采用的第二种方案为：强夯施工前挖除地表冻土部分，再用夯机夯实。通过标准贯入试验可以看出，4.5米一下地基土标惯击数明显大于未挖除冻土施工标惯击数，平均值为15击以上，地基强夯处理后的地基承载力满足180KPa设计要求，有效影响深度范围满足规范要求且地基强度基本均匀。载荷试验效果与未挖除冻土情况下基本一致。
　　附：标准贯入成果表、载荷试验曲线。
　　标准贯入试验成果表
　　孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
　　深度m                
　　0.7-1.0 7 7 6 6 6 8 8 7 8 7 8 8 7 6 6 6
　　1.5-1.8 18 20 20 19 20 23 22 24 22 22 19 22 20 22 18 22
　　2.5-2.8 18 19 19 18 15 21 20 23 20 20 18 20 20 21 19 20
　　3.5-3.8 16 16 16 15 15 21 21 21 20 18 16 19 18 18 18 19
　　4.5-4.8 15 15 15 15 15 14 15 16 15 15 15 16 16 15 16 16
　　5.5-5.8 14 14 15 15 15 15 15 15 14 14 15 15 15 15 15 15
　　6.7-7.0 15 14 15 15 15 14 16 15 14 14 14 15 15 15 14 15
　　6结论
　　根据设计的夯击能，地基土的处理厚度应为7.0m，通过两种试夯及其检测结果对比可以发现，未挖除上部冻土的标准贯入试验中大约在4.5米以下强夯影响深度效果不好，质量表现欠佳，而挖除上部冻土再进行试夯的标准贯入试验显示强夯的影响深度满足规范要求。通过检测这两种施工方法的承载力均能满足设计要求。因此，在强夯施工中一定要注意地基土的物理力学性质和冻涨情况，本工程地处沙漠边缘，通过对比试夯可以说明，在含水量很少的砂性土中，冬季施工时，冻土对强夯后的地基承载力影响不大，但是对影响深度有一定影响。所以，在这种地区冬季施工时，施工前，将上部冻土全部挖除后进行强夯施工方能保证施工质量。