强夯置换

强夯置换（精选九篇）

强夯置换 篇1

1 块石强夯置换法概述

块石强夯置换法主要利用在地基中形成的碎石墩和墩间土形成复合基, 提高地基承载力和减小沉降。块石强夯置换法是在强夯法的基础上发展起来的一种地基处理方法, 从软土地基处理上分类属于动力置换范畴, 将其视为复合地基时, 可分为桩式置换和整体式置换, 主要适用于软弱粘性土地基的加固。桩式置换是利用夯击过程中形成的夯坑作为桩孔, 向坑中不断地按需要充填各种散体材料并夯实, 使夯填料形成一个直径约2m、深度达3~6m的散体材料桩, 与周围土体共同组成复合地基。由于散体材料桩的加筋作用, 地基中应力向桩体集中, 桩体分担力由基底传下来的大部分荷载, 同时散体材料桩的存在也使得土体中由夯击能引起的超静水孔隙水压得以快速消散, 土体迅速得到固结, 土体抗剪强度不断得到提高, 对桩体的约束不断得到增强, 从而使复合地基承载力得以提高。桩式置换法既具备散体材料桩的加筋、挤密、置换、排水特性, 又具有强夯法加固的动力固结效应, 因而可大幅度提高地基承载力, 减小地基变形。与强夯法相比, 块石强夯置换法能更广泛地适用于塑性指数较高的高含水量软粘土。整式置换法适用于处理淤泥、淤泥质土地基的一种整体式强夯置换法, 它以密集的点置换形成线置换或面置换, 通过强夯的冲击能将含水量高、抗剪强度低、具有触变性的淤泥挤开, 置换以抗剪强度高、级配良好、透水而不透淤泥的块石或石渣, 形成密实度高、压缩性低、应力扩散性能良好、承载力较高的垫层。强夯整体式置换适合于深度在4~10m之间的淤泥或淤泥质土上的路堤、堤坝、防波堤等的地基处理。经强夯置换处理后, 地基土强度得到了显著的提高, 其主要作用可归纳为以下四方面:

1.1 振动压密作用

在强夯过程中, 这种突发的巨大能量转化为波的形式传到土体内部, 对土体产生强制压缩和振密, 使土中气体排出。随着强夯置换的进行, 置换体 (散体墩) 也对周围土体产生了压缩和振密作用。

1.2 排水固结作用

主要表现在两方面:其一, 就地基土本身而言, 在巨大的夯击能作用下, 夯坑内外的平面上和垂直深度上, 土体产生了裂隙, 并且随着夯击能的增加使裂隙增大, 促进了土体的渗透性, 使地基中的水通过这些通道排出地表;其二, 强夯置换形成的块石墩, 由于组成材料为渗透性非常好散体材料, 本身又为极好的排水通道, 在上部荷载作用下能促进地基土固结过程。

1.3 置换增强作用

强夯置换后, 在被夯击置换的地基土上, 自上而下呈现三个区域:第一个区域为墩柱置换区, 这个区域由散体墩与土体共同成复合地基, 由于散体材料墩的直径一般比较大、置换率较高, 因此, 能大幅度地提高地基承载力, 这是墩柱置换的主要加固区域;第二个区为强夯压密区, 由于强夯作用, 上部土体被挤压入该区域形成一冠状挤区, 该区域内土体孔隙被显著压缩, 密实度大为提高成为置换体的坚实持力层。这一区域内的土体主要是压密。与普通强夯似, 由于部分散体材料的挤入和散体材料形成的排水通道加速了土体的水固结, 其加固效果比普通强夯法要好, 这一区域的加固深度可用一般夯法加固理论来估算;第三个区域的土体受强夯振动的影响, 随着时间推移, 孔隙水压力消散, 土体的强度将得以提高。

2 块石强夯置换法主要影响因素

强夯作用下, 地基土的各种颗粒组分在结构上得以重新排列, 还包括颗粒组分构成或形态的改变, 饱和粘土发生触变, 饱和的砂土发生液化;随着超孔隙水压力的消散, 有效应力的增加, 土颗粒重新排列并趋于稳定, 地基土的强度得到提高, 同时地基土的压缩性大大降低, 夯击能还能提高土层的均匀程度, 减少将来可能出现的差异沉降。不论强夯法还是块石强夯置换法来加固地基时都必须施加强力夯击, 当夯锤从一定的高度落下时, 在夯击地面上会产生一种冲击波, 并在土体或块石层中以波的形式向四周传播, 这种振动即可分为体波和面波两大类。体波包括压缩波和剪切波, 面波包括瑞雷波和乐甫波。在夯击过程中首先到达的是压缩波, 它使土体受压或受拉, 能使超孔隙水压力骤增, 地基土的抗剪强度降低;随后到达的是剪切波, 它会导致土体结构遭到破坏, 形成夯坑, 并对周围土体产生挤压。此外, 瑞雷波其竖向分量起到松动土体的作用, 但其水平分量可使土体获得密实效应。压缩波大部分通过液相运动, 使孔隙水压力增大, 同时使土颗粒错位、土体骨架解体, 而随后到达的剪切波会使土颗粒处于更密实的状态。块石强夯置换法的主要影响因素有夯锤重、落距、地基土的性质、地下水位、夯点布置、夯击次数、锤底接触应力等等。

1) 置换率:由夯点间距、桩体直径决定, 直接影响复合地基的承载能力;2) 夯击能:直接影响着有效加固深度, 即墩柱体长度及墩柱体以下的强烈影响区深度, 其值的大小将影响地基滑动稳定性、沉降变形及容许承载力等;3) 块石料的性能、是否含土、级配如何都将影响土体固结时的排水效果。因此, 在施工中应严格监控以上三个重要的影响因素的施工程序使施工质量达到设计所期望的要求。

3 块石强夯置换法复合地基承载力特性

国内许多学者对复合地基承载粒特性进行了研究, 利用中国建筑科学院地基所对碎石桩进行的模型试验结果, 分析了散体桩 (墩) 发生剪切破坏、刺入破坏和鼓胀破坏的不同条件, 得出了强夯块石墩复合地基最有可能发生的破坏是剪切破坏, 在此基础上, 提出了强夯块石单墩承载力计算模式, 推导了强夯块石单墩和强夯块石墩复合地基承载力计算公式, 并通过与现场载荷试验的结果进行了对比, 证明其提出的模型的正确性、承载力公式的实用性。

4 结语

石强夯置换法复合地基加固软土地基的机理尚缺乏足够的理论研究, 在其地基设计计算上尚没有规范可循, 仍沿用一般复合地基理论和经验方法进行设计计算, 因此我们可以在这些方面进行更深一步研究。

参考文献

[1]刘海冲.关于强夯加固地基影响深度的研究[J].勘察科学.1993 (3) .

[2]刘慧珊, 饶志华.强夯置换的设计方法与参数[J].地基基础工程, 1996 (2) .

[3]孔令伟, 袁建新.强夯的边界接触应力与沉降特性研究[J].岩土工程学报, 1998 (2) .

强夯置换试验段总结报告 篇2

由我单位（青海省海西公路桥梁工程有限责任公司）承建的察格高速公路鱼水河连接线路基工程，起点K0+000，终点K2+565.04，路线全长2.56504KM。设计文件中K1+210~K2+550段路基为强夯置换处理，为使本工程特殊路基保质保量按期完成，经我项目部选择K1+500-K1+600段为试验段，取得数据以指导大面积施工。

一、路基强夯试验段目的1、确定夯击击数和夯击遍数；

2、确定两遍夯击之间的间隔时间：

3、确定每一作业段的合适长度或面积。

二、施工所得参数

1、暂定强夯置换施工参数

根据设计及施工经验暂定以下施工参数，待试验段施工后，总结确定能指导本合同段强夯施工参数。

（1）有效加固深度

按照设计文件要求，本合同段地基有效加固深度为5m以内。

（2）单击夯击能

单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。

由于有效加固深度H＝0.5(Mh)0.5，式中：M－为夯锤重，t；

h－为落距，m；

Mh－单击夯击能，t.m。

Mh＝9.8H2/0.52；一般来说夯击时锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济指标好。单击夯击能太小，就无法使水与土颗粒产生相对流动，水就不能排出，在这种情况下仅仅靠增加夯击数不能产生加固效果，甚至可能使地基形成“橡皮土”。因此单击夯击能不能太小，一般根据工

程要求的加固深度来确定。

（3）锤重和落距

点夯夯锤：锤重25t，圆柱体形锤，有气孔，底面积A=4.71m2

满夯夯锤：锤重25t，圆柱体形锤，有气孔，底面积A=4.71m2

点夯夯锤落距：落距为13m。

满夯夯锤落距均为10m。

（4）夯点夯击次数：

每一点的夯击次数，应以使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。频率为每分钟夯击1~2次。在施工中，要满足下列条件：

a、对于点夯最后两击的平均沉降量不大于5㎝。

b、夯坑周围地面不发生较大的隆起。

c、不因夯坑过深而发生起锤困难。

（5）夯击遍数、夯点布置及间距：夯击遍数根据地基的性质确定，土体压缩层越厚，土质颗粒越细，同时含水量较高，需要的夯击遍数越多。第1、2遍为点夯，夯点布置成正方形。夯点间距根据设计确定，夯点间距为4.0m，为了使深层土得以加固，第一遍夯击点的间距要大，这样才能使夯击能量传递到深处。第二遍夯点布置在上一遍夯点的中间。第三遍为满夯，是以较低的夯击能进行夯击，彼此重迭搭接，一般搭接四分之一锤径，用以确保地表土的均匀性和较高的密实度。夯点布置和间距4米正方形排列。

(6)施工机具

a、夯锤：夯锤选择时应考虑锤底静压力要求，设计要求锤底静压力在25~40Kpa之间。点夯夯锤采用圆柱形铸铁夯锤，方案B点夯夯锤采用圆柱形铸铁夯锤。满夯夯锤采用圆台形铸铁夯锤。锤中部设4-7个直径为10~20cm的排气孔，以利于夯击时空气的排出和减小起锤时的吸附力。

b、起重机：选用波兰1207型的履带式起重机。

2、工艺流程

（1）清除设计处理范围场地内的杂草等，清理完毕后用推土机将场地推平，并

测量夯前地面高程。对于易遭受雨水及积水浸泡路段，应开挖临时排水沟排水。

（2）按夯点设计图进行测量放线，定出第一遍强夯各夯击点的位置用白灰或小木桩标示，偏差值不得大于5cm。为保证每遍夯点位置准确，在坑外设控制桩加以保护。

（3）机具设备进入工地，使夯锤对准夯点位置，试吊重锤，检查脱钩器开启情况，测定起重锤高度，并测量夯前锤顶高程。

（4）将夯锤起吊到设计高度，待夯锤脱钩下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，落锤应保持平衡，若发现坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，要将坑底整平，每击均需测量夯沉量，并填写强夯施工记录。

（5）在第一遍强夯完成后，用推土机将地面推平，一周后进行第二遍强夯，完成后推平。

（6）施工过程中，单击夯击能、击数、收锤标准要严格按设计要求进行。对于夯坑过深、起锤困难、达不到设计要求的夯点，满夯前必须进行补夯。

（7）按设计要求完成强夯后，将场地推平，并测量夯后地面高程。

（8）强夯完成后，对地基加固效果进行检测。取得各种数据，与夯前原位测试相比较，以检验强夯效果。

3、强夯施夯顺序

强夯一般先行施工外围点，第一、二遍为点夯，夯点布置5*5正方形布置。首先施工正方形顺路基方向右侧顶点，全部施工完成后接着施工正方形延路基横向相邻顶点。为减少起重机移动次数，每遍强夯时起重机易放置在相邻四个夯点中间，对每个夯点依次施夯。第三遍为满夯2遍，锤印彼此重叠。

4、强夯施工监测与质量控制

强夯施工过程的监测至为重要，必须有专人负责，并对各项参数及施工情况作好详细记录。

（1）开夯前应检查夯锤重量和落距以及夯锤吊环是否准确处于重心位置。

（2）在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。

（3）按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每夯的夯沉量及其周围的沉降、隆起和挤出的情况。

（4）土基含水量的控制：土基在适宜的湿度范围内（最佳含水量附近），强夯加密效果最显著。

（5）施工质量控制方法：强夯的质量检验分强夯过程中的检验和夯后检验两种，其检验指标分别为施工控制夯沉量和有效加固深度。强夯过程中，每遍的每夯点的夯击次数用最后两击的平均夯沉量控制：点夯夯沉量应小于5㎝；满夯夯沉量应小于2㎝。此外，夯坑周围地面不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。

（6）在施工过程中，基本技术要求为：单点夯击能，击数、收锤标准要严格按设计要求进行；夯击时点位偏位不得大于5㎝；对于夯坑过深，起锤困难、达不到要求的夯点，满夯前必须补夯；应有组织按顺序进行夯击，并进行详细的施工记录，避免偏夯、漏夯。

（7）夯击标准。最后两夯夯沉量之差小于5㎝为止，否则加夯。

青海省海西公路桥梁工程有限责任公司

强夯置换 篇3

关键词:深层强夯置换法 淤泥深坑 地基处理

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0093-01

1 工程概况

某工业厂房为框架结构,独立基础,基础埋深约2.25m,地基承载力特征值要求达到150kPa;厂房东北侧有一深约8.3m的水坑,现已用建筑垃圾回填到6.2m,水坑面积约为1626m2,水坑坑底为约3.5m厚的淤泥层,淤泥的天然含水量为45.9%,天然地基承载力特征值为50kPa,呈软塑-流塑状态,压缩模量为1.5MPa。由此可见,天然地基承载力很低,且坑底低于基础埋深,不能满足上部荷载对地基承载力及变形的要求,需要进行地基处理。处理后的地基承载力特征值要求达到150kPa,处理后地基土压缩模量Es≥7.8MPa,处理后二柱间沉降差小于1/1000。

2 工程地质及水文地质条件

第①层杂填土:暗黄褐色,粉土质,含植物根茎及砖屑,稍湿,土质松散。第②层新近沉积粉质黏土:暗黄褐色,可塑-硬塑,含螺壳及铁锰结核,切面稍光滑,无摇振反应,干强度及韧性中等,局部夹薄层粉土。第③层粉土:褐黄色,具灰斑,偶含姜石,稍湿,中密,无光泽,摇振反应中等,干强度及韧性低。第④层粉质黏土:灰褐色,可塑,土质湿软,底部较硬,富含钙质,切面稍光滑,无摇振反应,干强度及韧性中等。第⑤层粉土:黄褐色,稍湿,密实,无光泽,摇振反应中等,干强度及韧性低。底部含砂粒,局部夹硬塑状粉质粘土薄层。第⑥层中砂:黄色,长石、石英质,稍湿,中密,底部粒径较粗。

3 方案选择与设计

3.1 灰土垫层部分

上部结构荷载的设计要求为:处理后的地基承载力特征值要求达到150kPa,处理后地基土压缩模量Es≥7.8MPa,处理后二柱间沉降差小于1/1000。根据以上设计要求,并结合相关规程、规范和工程经验,决定采用1∶9灰土垫层,垫层厚度、宽度及压实系数须满足相关规范要求。

为了确保地基承载力和应力传递、扩散需要,在基础底45cm范围内采用3∶7灰土垫层。

3.2 强夯置换部分

根据基础底面的承载力特征值和上层填土厚度,按照规范要求确定该层土所需的地基承载力特征值。

;;

式中:为相应于荷载效应标准组合时,垫层底面处的附加压力值(kPa);为垫层底面处的自重压力值(kPa);为垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa);b为矩形基础或条形基础底面的宽度(m);l为矩形基础或条形基础底面的长度(m);为相应于荷载效应标准组合时,垫层底面处的平均压力值(kPa);为基础底面处土的自重压力值(kPa);z为基础底面下垫层的厚度(m);为垫层的压力扩散角(0),宜通过试验确定。

根据岩土工程勘察报告中提供的相关数据及现场分層情况,经详细计算得,淤泥土层顶面所要求的地基承载力特征值不小于180kPa,且处理深度要求不小于3.5m,必须穿过淤泥质土层。根据以上设计要求和计算数据,结合相关规程、规范,以及“当要求挤淤深度小于5m时,应考虑0.4的深度折减系数”等建议,经过分析研究,单击夯击能决定采用2000kN·m能级,夯击次数以最后连续两击夯沉量均≤50mm控制。点夯完成后,再进行满夯施工。满夯能级为1000kN·m,每点4击。锤印搭接1/4。具体计算过程如下。

(1)单击夯击能:本工程淤泥质土层要求处理后地基承载力特征值不小于180kPa;地基有效加固深度不小于3.5m。强夯置换的单击夯击能应根据现场试验决定。但在初步设计阶段,可按公式⑴、⑵进行估算,计算结果为:

较适宜的夯击能:kN·m;

夯击能最低值:kN·m;

初选夯击能宜在与之间选取,高于则可能浪费,低于则可能达不到所需的置换深度。根据淤泥质土层情况和有效加固深度,单击夯击能决定采用为2000kN·m能级。结合当地的机械起吊能力和强夯设备情况,选取夯锤重W=18.0t、落距H=11.5m,实际单击夯击能为:WH=2070kN·m。

由公式并根据(对于该类土折减系数取值为0.4),可计算出理论有效加固深度:H=5.75m。

(2)最佳夯击能:强夯时,空气被排出,土体压缩,孔隙水压上升,由于孔隙水的消散需要时间,故强夯时引起的孔隙水压可叠加。理论上最佳夯击能是有效影响深度底层孔隙水叠加至上覆土压力时的累积夯击能,应根据现场实试孔压决定,但因现场缺乏测量孔压的设备,故采用以下方法确定最佳夯击能。

记录试验时夯坑内土体竖向压缩量和夯击次数,当每击的夯击量出现由大→小→大的拐点时,说明此时夯坑底部地基土已发生侧向挤出破坏,开始产生较大的侧向变形了,则这时的夯击总量即为最佳夯击能。

(3)夯击遍数的确定:夯击遍数国内一般为2～3遍。根据本工程的土层情况,决定采用三遍,即两遍点夯,一遍满夯。前两遍目的是处理深层;第三遍为低能量满夯,目的主要是处理表面土层尤其是夯坑之间的空隙。第二遍取选取夯锤重W=10.0t、落距H=10.0m,实际单击夯击能为:WH=1000kN·m。

由公式并考虑影响深度折减系数(对于该类土折减系数取值为0.4),可计算出满夯的理论有效加固深度:H=4.00m。

夯击时每点连续四击,下一夯与前一夯印互错1/4夯。

为改善深层处的处理效果,点夯宜采用较大的夯点间距,以免夯击时在浅层形成密实层而影响夯击能往深层传递。

3.3 变形计算部分

按照各向同性均质线性变形理论,深层强夯置换法地基的最终变形量仍然采用分层总和法计算。只不过,计算公式中的压缩模量发生了一些变化。对于上层填土,计算公式中的压缩模量采用垫层换填后的压缩模量;对于下层淤泥土层,计算公式中的压缩模量采用强夯置换后土层的压缩模量。待压缩模量求出后,用相关软件进行地基处理变形计算,其最终沉降量满足设计要求。原状土上的独立基础采用岩土工程勘察报告中提供的压缩模量,用相关软件进行地基处理变形计算,计算结果与淤泥土层深坑上基础的沉降量进行比较,其沉降差满足设计要求。

4 主要施工工艺

(1)换填垫层法施工工艺:整平场地→垫层铺设→机械碾压→分层检测→重复以上工序直至设计标高。

(2)强夯置换施工工艺:在淤泥土层顶部铺设一定厚度和强度的建筑垃圾→标出夯点位置、测量场地高程→起重机就位、夯锤对准夯点位置→测量夯前锤顶高程→将夯锤吊到预定高度,脱钩自由下落进行夯击,测量锤顶高程→往复夯击,按规定夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击→重复以上工序,完成全部夯点的夯击→用推土机将夯坑填平,测量场地高程→重复以上工序,完成第二遍夯击→在规定的间隔时间后,用低能量满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。

5 结语

经过工程实践证明,采用深层强夯置换法处理后经过检测,该工程的淤泥深坑得到加固,地基承载力、沉降和沉降差能够满足上部结构的使用要求,故得出此法能够解决淤泥深坑的地基承载力和变形问题。

参考文献

[1]倪卓敏,朱斌.强夯法处理公路地基的应用[J].科技创新导报,2008,7:24.

强夯置换 篇4

马鞍山钢铁公司机械化原料场, 分两期建设, 总面积约80万平方米, 第一期40万m2于1989建设1993年建成立即使用。第二期40万m2于2003建设2005年建成投产。两期建成后, 共有混匀料条4条, 矿石料条8条, 堆取料机及轨道设施, 皮带通廊等构筑物, 料条宽63m, 长度>600m.大面积堆载325k Pa, 料条堆积参数见表1。

2 场地工程地质条件

原料场位于马钢公司长江边, 原为农田和水塘, 天然地面标高为6.50~7.00m, 地层均为第四系河流相冲积层Q4al, 地貌为河漫滩阶地, 主要土层分布为:

2.1 粘土层:

黄褐色, 向下渐变为灰褐色, 本层厚度为1.0~1.5m, 呈湿~饱和, 软塑~可塑状态, 其上部为耕植层。

2.2 淤泥质粉质粘土层:

灰褐~褐灰色, 上部较纯, 中下部常夹多层薄层粉土或粉细砂, 厚度由数毫米至数厘米。该层厚度如下:1、2号混匀料条区>19m, 矿石堆料条区11m~7m, 靠长江近本层厚度厚, 远则厚度薄。

2.3 粉土层:

灰色, 砂性强, 含少量云母片, 饱和, 呈松散状态, 层厚度为1~2m。

2.4 砂层:

灰色, 青灰色, 上部以粉砂为主, 而下渐变为细砂, 愈向下颗粒越粗, 渐变为中粗砂, 到50m左右见侏罗系砂岩。主要在混匀料条区。各土层承载力特征值及压缩模量见表2:

2.5 地下水

场地地下水为孔隙潜水。地下水位受长江水位及大气降水、周边地表水影响, 地下水位位于地表下0.5m~1.0m左右。长江最高洪水位10.560m。

3 一、二期料场地基处理方案

3.1 一期料场地基处理方案

一期料场地基处理方案在采用碎石桩, 砂桩, 搅伴桩, 强夯等多方案比较后, 决定采用钢渣作为置换及回填材料, 用强夯夯入饱和淤泥质粉质粘土中形成复合地基并使其地基承载力特征值和压缩模量符合生产要求。在强夯试验成功的基础上, 采用面置换强夯加固方案, 取得成功。

一期料场第4料条外侧的堆取料机轨道区邻近居民区。为避免扰民, 该加固区采用了碎石桩、搅拌桩等复合地基法加固轨道区, 投产后的实践证明用上述多种方案加固均得到成功, 但对比之下强夯置换法远优于其他方法。

3.2 二期料场地基处理方案

因一期加固缚得成功, 仍采用面置换强夯法, 置换材料因堆场钢渣被一期用完, 改用新建厂区整平厂区时的山皮石回填, 厚度比渣层薄, 硬度比渣层高。实践证明采用山皮石的土石混合层, 通过控制土和石料的混合比例及强夯夯能的调整取得了成功。对一期采用碎石桩等其他方法加固堆取料机轨道区部分薄弱环节也用强夯进行了补充加固, 使该区也能正常生产。

4 地基强夯加固试验的测试结果

4.1 一期料场设计堆载325k Pa, 堆载面积大, 影响深度深, 堆载速率快, 在料堆边有堆取料机轨道, 皮带机等构筑物, 对不均匀沉降控制严格, 靠近长江边饱和淤泥质粉质粘土层厚度达19m。90年代初在这种士层上用强夯来加固并快速堆载生产, 在当时国内外此例甚少, 在大面积加固前选取了六块试验区面积共4800m2, 埋设多种监测仪进行试夯测试, 取得成功, 现将主要的测试项目简列如下:

4.1.1 最佳夯能、夯点点距、夯击遍数及间歇时间。

4.1.2 强夯置换有效影响深度、土层压缩、地面沉降和隆起, 加固后形成硬壳层的厚度。

4.1.3 超孔隙水压力的增长和消散清况, 强夯与地下水位的关系。

4.1.4 地层竖向压应力及侧向挤压应力。置换强夯有效影响深度。

4.1.5 夯前后均进行3×3m大压板静载试压和大面积的剪切试验。

4.1.6 夯后再进行工程地质勘察, 对强夯前后地基土的物理力学指标进行对比。

4.1.7 强夯引起的地面振动对建筑物的影响。

4.2 对测试结果进行分析, 现摘要介绍如下

4.2.1 有效夯实系数B和击数N的关系曲线判定最佳夯击能见图1

式中, VS-夯坑四周隆起的土体体积 (m3) ;V-夯坑体积 (m3) ;V0-有效夯实体积 (m3) 。

图1、图2为施工时实测的地表隆起量、单点夯沉量与夯击击数关系图, 在夯击过程中的有效夯实系数当超过8击后增加很少, 本工程取用每遍7~9击。

4.2.2分析有效加固深度见图3, 挤压应力与超孔隙水压力 (U) 之差为有效应力 (δ) 。当深度超过8~9m时, 有效应力快速下降, 再增加击数压实效果不大, 与加固完成后实测加固有效深度基本一致。

4.2.3 按超孔隙水压力 (U) 与上覆土有效压应力 (GZ) 判定最佳夯击能, 图4说明自5击开始, 土体已达到液化的临界状态。因超过5击后, 超孔隙水压力已上升到与覆盖自重压力相等, 可判定最佳夯击能, 此时应加强排水, 再适当地增加夯击击数, 能加速将液化的土体重新排列固结当每击下的超孔隙水压力增值量 (U) 由大到小逐渐趋于常量值此时也可视为最佳夯能。

4.2.4 按超孔隙水压力增量 (U) 与击数 (N) 的关系判定最佳夯击能, 图5说明在粘性土层强夯导致超孔隙水压力增长快而消散慢, 超孔隙水压力随击数增加而叠加, 每击下超孔隙水压力增量值由大变小但5~6击以后渐趋于常量值, 可判定此时为最佳夯击能。

4.2.5 按最后两击贯入量来判定最佳夯击能, 规范规定为50mm, 实测结果与坑内回填材料与置换层厚度有关, 改用50~120mm。

5 地基强夯加固施工

5.1 一期料场地基强夯设计加固参数与施工工艺

先进行场地回填, 回填厚约1.5m, 再铺硬质钢渣作置换层, 并分2遍摊铺, 第1层厚1.5~1.2m, 碾压推平后进行第一遍强夯, 在第一遍强夯完成后, 进行第二层摊铺填料厚1.3~1.0碾压推平后再进行第二遍强夯。

单点强夯夯击能量2800~3000k N·m, 点距3.1m×5.4m分2遍每遍2次, 跳点夯完成。在夯点间敷设排水板SBPII型, 长度平均约10m。夯击形成的夯坑, 用硬质粒料填平夯坑。夯击击数:第一遍每遍8~10击, 第2遍每遍8~10击, 最后2击夯沉量平均小于100mm, 进行满铺平夯每点搭接1/4圆, 夯能为1500 k N·m平夯两遍。一期料场强夯在料堆区与堆取料机轨道区采用了同一参数。

5.2 二期料场地基强夯设计加固参数与施工工艺

在总结一期使用后的基础上, 对二期的设计进行了修改, 内容如下:减少堆取料轨道校正工作量, 将堆取料机轨道区夯击能量由3000k N·m提高到4000 k N·m, 夯击击数也增加到12击;用现场的山皮石代替钢渣作为硬质骨料进行置换, 置换时控制山皮石的含粘土比例和石料的粒径;加强夯击过程中的排水措施;用硬质石料填平夯坑, 粒径一般为10~30cm, 辗压推平, 避免出现橡皮土;采用YT32型拖式振辗机, 振动辗压40~60遍。

6 地基强夯加固前后对比

6.1 地基承载力特征值和压缩模量对比

第1期夯后硬壳层厚度4.27~5.14m, 第2期夯后硬壳层厚度2.6~3.2m。地基夯前夯后承载力特征值和压缩模量对比见表3。

6.2 地基稳定性计算对比见表4

7 料场堆载后实测结果

7.1 地表垂直沉降监测值见表1

堆料后地面无隆起现象, 堆载后地表垂直沉降值见表5, 表6, 混匀料场中点沉降值1500mm低于设计值。

7.2 地表水平位移监测值为

料条堆载坡脚边部, 堆载125k Pa时, 最大水平位移值为18mm, 堆载225Kpa时, 最大水平位移值为22mm, 堆载325k Pa时, 最大水平位移值为39mm;离料条堆载坡脚边部24m后水平位移值为零。

8 结束语

8.1 马钢公司机械化原料场采用面置换强夯加固方案, 一期采用钢渣作为置换材料, 二期采用山皮石作为置换材料, 使用堆载均超过设计荷载325k Pa, 使用情况正常, 加固处理取得成功。

8.2 用置换强夯加固淤泥质土时必须设置有效的排水措施, 夯而不排或排出水后又倒回到施工区, 将难以成功。

8.3 用置换强夯加固淤泥质土时形成的硬层必须有一定的厚度和硬度。

摘要：在马钢一期和二期原料场地层为厚达19m流塑状态淤泥质粉质粘土, 用强夯将废钢渣和山皮石夯入土中进行置换, 形成硬壳层, 大幅度地提高地基承载力和压缩模量, 满足了大面积堆载要求。介绍通过现场试硷研究, 生产运行时长期原位测试的资料分析总结出的加固成功的经验。

关键词：强夯置换,地基加固,硬壳层

参考文献

强夯置换在复合地基处理中的应用 篇5

然而, 长期以来, 由于饱和度高的粘土其强夯效果不明显, 限制了该技术的进一步应用。

为此, 经过施工实践研究, 强夯置换技术能够解决这一问题, 同时还能够加强地基的稳固。

1 强夯置换作用机理分析

强夯置换将块石或者碎石等颗粒较大的材料向坑内进行回填, 利用起重机械连续夯锤, 在软土地基中形成一种利于强夯排水的置换墩, 该墩具有较强的作用, 可形成复合地基, 实现加强地基的目的。

在碎石强夯的过程中, 通过碎石向下的不断贯入, 进而使碎石桩下的土层说到冲击力的影响, 实现加密的效果;而另一方面碎石桩就会向四周的侧向挤出, 也加固了桩侧的土层;再一方面, 碎石桩也起到特大直径排水井的作用, 通过冲技能的作用使孔隙水顺利逸出, 随着水压力的消散而提高土体强度。

但是, 饱和细颗粒图由于土中粘粒含量多, 结合力较强, 渗透性较低, 加上孔隙水压力消散较缓慢的原因, 使得加固效果并不稳定或者显著。

为此, 在施工过程中, 应适当给予排水措施, 加速软土层在强夯过程中的排水固结, 最终达到加强地基的效果。

而强夯置换法夯入软土中的碎石桩在夯实并挤密软土的同时也为饱和土中的孔隙水的排出提供了顺畅的通道, 加速了软土在强夯过程中和夯后的排水固结, 提高桩间土的强度。大多数情况下, 强夯置换所采用的材料应是性能好以及级配好的碎石及块石;夯点的数量根据施工现场的试夯结构来确定, 点的排列形状应为正方形或者三角形, 达到稳固的目的。

2 工程实例

2.1 工程概况

庄河至盖州高速公路位于辽宁营口与大连之间, 该地区属于半湿润大陆性季风气候, 冬冷夏热, 年平均降水量为608~757mm, 沿途山貌为低山地貌、山间冲洪积谷地及丘陵地貌等, 部分地区覆盖有粘性土、强风化岩, 地层有一些残积粉质粘土, 部分地势低洼地段有软土地基出现, 其中K71+000~K71+220段路基填土高约18m, 表层为黑色粉质粘性土, 0~5.5m范围内承载力为100~120kpa;5.5m以下为强风化花岗片麻岩, 承载力在300kpa以上。考虑到地基承载力达不到设计要求、且路基填土高度较高, 故采用强夯置换法, 实现对原有软弱地基进行加固的目的。

2.2 设计施工参数

通过现场试夯确定强夯置换的处理效果及夯锤直径、夯击能量、夯击击数、夯击遍数、两遍夯击之间间隔时间等各项强夯施工参数, 夯点的布设采用正方形布置, 夯点之间的间距为3m, 采用间隔跳打法施工;强夯置换处理采用穿透黑色粉质粘性土层达到强风化花岗片麻岩层;夯击能为1600KN·m, 则需要夯击二遍, 采用间隔跳打方式进行施工, 两遍夯击的间隔时间设定在2~3周, 这样一来, 有充足时间消散超静孔隙水的压力;当满夯夯击能要求800KN·m时, 则满夯2遍。此次夯点的夯击次数根据现场的实夯次数来确定。

如下图1所示:

本次施工所需要的材料采用级配良好的碎石以及块石等硬质岩石, 若粒径小于5厘米的碎石量应不超过20%;若粒径大于30厘米的碎石量应小于30%, 同时含泥量不超过5%。

每一遍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, 并且应满足以下几个条件:夯坑周围地面不应有大幅度的隆起;夯坑不宜过深或者发生起锤困难的现象;累计夯沉量为墩长的1.5~2倍;最后两遍所夯击量应小于50m m、夯坑周围地面不发生过大的隆起。

简言之, 各夯击点的数量, 都应最大限度使土体竖向压缩达到最大化, 侧向位移应最小化。

2.3 强夯置换工艺

其施工流程为, 如下图2所示:

施工的主要操作方法为:

1) 清除表层种植土, 平整施工现场, 在路基两侧开挖临时排水沟;

2) 施工作业面采用0.5m厚的碎石, 并在施工作业面上多堆放碎石;

3) 第一遍夯点的位置标注出来, 并实际测量现场地的高程;夯锤应置于夯点的位置, 按照由内向外的顺序, 选择1600KN·m的夯击能及间隔跳打的方式进行第一遍的施工, 夯击并记录坑的深度;

4) 在规定的时间后, 按照上述的方式进行第二遍强夯置换施工;

5) 摊平碎石作业面, 采用800KN·m的击能, 满夯两遍, 锤印的搭接不少于1/3;

6) 强夯置换边界左侧至坡脚、小桩号侧20米范围内设置过渡段, 采用800KN·m的击能, 满夯两遍;

7) 在坑内填满碎石土及山皮土等填料, 与原地面相平衡;若遇到现场低下水位升高时, 则采用人工降低地下水的措施, 避免夯坑积水。

2.4 质量检验

施工过程中应采用重型圆锥动力触探连续贯入检查置换墩着底及密实度情况;要求墩体达到中密~密实状态, N63.5每10cm贯入量击数应大于5击;置换墩着底及密实度情况检验数量均不应不少于夯点数的1%, 且不少于3点。施工过程中随时进行检测, 发现问题及时调整。

3 加固效果分析

3.1 承载力

施工结束后4周后, 取3点进行了现场复合地基荷载试验。墩体平均承载力特征值为fpk=515kpa, 墩体平均承载力特征值为fsk=200kpa, 检测结果证明, 加固后地基完全满足设计要求。

3.2 沉降观测

该段强夯置换加固处理2010年8月完成, 路基填筑前设置沉降观测杆, 于2010年10月底完成该段路基填筑施工, 中间预留一年的自由沉降时间, 经观测总沉降量48mm, 符合设计要求。至2011年底沉降趋于稳定, 2012年4月份施工路面, 2012年9月通车至今, 该段路基整体稳定, 路基路面未出现下沉、裂缝等病害。

4 结束语

强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点, 能够加强路基的强度, 确保施工质量;其不仅能够在地下形成良好的排水通道, 而且可有效降低土体中的地下水位, 提高土体的强度, 满足设计要求, 是一种比较理想的地基处理方式。

摘要：近几年来, 随着公路建设规模也在不断扩大, 强夯置换技术在地基处理中得到广泛应用。本文阐述了强夯置换的相关概念及工作原理, 以庄河至盖州高速公路为例探讨了强夯置换在复合地基处理中的应用。

关键词：强夯置换,复合地基,加固

参考文献

[1]秦宝和.强夯及强夯置换技术在客运专线复合地基处理中的应用[J].铁道工程学报, 2007.

[2]刘献刚, 刘小檀, 徐升才等.论新型低碳复合地基处理技术——新型柱锤强夯 (置换) 法[C].2011全国工程设计技术创新大会论文集, 2011.

[3]吴道祥, 刘刚, 王国强等.强夯与强夯置换碎石桩复合地基承载力的试验研究[J].合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2008.

强夯置换 篇6

该工程为阿联酋某吹填岛上新建的运河别墅小区。运河护岸采用重力式方块结构形式,地基承载力达不到要求,故需对护岸基础及别墅基础进行地基处理,从而满足地基承载力和变形特性的要求。其中,地基处理后,护岸基础地基承载力特征值需达到220kPa,压缩模量Es≥14MPa;别墅地基承载力特征值需达到150kPa,压缩模量Es≥14MPa。本文以护岸基础地基处理为对象,阐述了4 000,10 000kN.m能级强夯半置换方案及施工参数,基于大量检测结果,分析了强夯半置换效果,并对不同能级强夯半置换加固效果进行了统计分析。

2 强夯半置换方案

2.1 参数设计

1)4 000 kN.m能级强夯半置换

前两遍主点夯单击夯击能采用4 000kN·m,第1遍夯点为6m×6m正方形布置,第2遍夯点布置在第1遍夯点相邻4个点的中心处,第1遍夯点和第2遍夯点整体呈梅花形布置,每遍夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于10cm或不少于15击。当夯坑深度超过2.0m且起锤困难时停止夯击,回填石料后再次夯击。第3遍加固夯单击夯击能采用3 000kN·m,4.24m×4.24m正方形布置,第3遍夯点布置在第1,2遍夯点每4个呈方形布置的夯点中心处,夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于5cm或不少于12击。当夯坑深度超过2.0m且起锤困难时停止夯击,回填石料后再次夯击。夯坑回填用料应选用含泥量小于10%的未风化碎块石料,填料级配良好,最大粒径不宜大于30cm。第4遍满夯,满夯单点夯击能采用1 500kN·m,夯印搭接1/3布点,夯点击数3击。

2) 10 000kN·m能级强夯半置换

前两遍单击夯击能采用10 000kN·m,第1遍夯点8m×8m正方形布置,第2遍夯点布置在第1遍夯点相邻4个点的中心处,第1遍和第2遍夯点整体呈梅花形布置,每遍夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于20cm或不少于15击。当夯坑深度超过2.0m且起锤困难时停止夯击,回填石料后再次夯击。第3遍点夯单击夯击能采用6 000kN·m,5.66m×5.66m正方形布置,第3遍夯点布置在第1,2遍夯点每4个呈方形布置的夯点中心处,夯击次数以最后2击平均夯沉量不大于10cm或不少于12击。当夯坑深度超过2.0m且起锤困难时停止夯击,回填石料后再次夯击。第4遍满夯,满夯单点夯击能采用3 000kN·m,夯印搭接1/3布点,夯点击数3击。

2.2 加固效果要求

4 000kN.m能级强夯半置换区域设计要求:有效加固深度不小于4m,且不小于①层耕植土及其以上的回填土层合计深度,10 000kN·m能级强夯半置换区域设计要求:有效加固深度不小于10m,且不小于①层耕植土及其以上的回填土层合计深度。两个能级加固地基处理后的地基承载力特征值不小于220kPa,压缩模量Es≥14MPa。

2.3 检测布置

4 000和10 000kN.m能级强夯半置换后,对加固效果进行检测,主要有静载试验(包括复合地基静载试验和单墩静载试验)和(超)重型动力触探试验2种方法,检测方案如表1所示。

3 强夯半置换加固效果

3.1 4 000kN.m能级效果分析

3.1.1 重型动力触探试验

为确定加固效果,4000kN·m能级强夯半置换完成重型动力触探试验点4点,均位于强夯夯间土位置。修正重型动力触探击数N深度分布情况如图1所示,由图1可知,4个点重型动力触探击数深度分布存在一定差异,表明强夯半置换处理后,夯间土体水平向均匀性较差。

3.1.2 超重型动力触探试验

4 000kN.m能级强夯半置换完成后,进行了4个点夯墩位置的超重型动力触探试验。修正超重型动力触探击数N深度分布情况如图2所示,由图2可知,CDT2点重型动力触探击数深度分布与其他试验点差别较大,表明强夯半置换处理后,该试验点夯墩承载和变形特性较其他夯墩要好。

3.1.3 静载试验

为确定4 000kN·m能级强夯半置换加固后地基承载力特征值和变形模量,在4 000kN·m能级强夯半置换加固后分别完成复合地基静载试验和单墩静载试验点各2点,各点静载试验曲线如图3所示。复合地基和单墩静载试验结果如表2所示,复合地基承载力特征值为200kPa,夯墩承载力特征值为350kPa,根据《建筑地基处理技术规范》JGJ 79—2012和《建筑地基基础设计规范》GB50007—2011,地基承载力和变形模量均满足设计要求。

3.2 10 000kN.m效果分析

3.2.1 重型动力触探试验

为确定加固效果,4 000kN·m强夯半置换完成重型动力触探试验点7点,均位于强夯夯间土位置。修正重型动力触探击数N深度分布情况如图4所示,与4 000kN·m能级类似,7个点重型动力触探击数深度分布存在一定的差异,表明10 000kN.m能级强夯半置换处理后,夯间土体水平方向上均匀性较差。

3.2.2超重型动力触探试验

10 000kN.m能级强夯半置换完成后,进行了7个点的夯墩位置的超重型动力触探试验。修正超重型动力触探击数N深度分布情况如图5所示,由图5可知,7个点重型动力触探击数深度分布深度分布情况差异基本类似,表明各个夯墩承载、变形特性差异不大,处理效果较好。

3.2.3 静载试验

为确定4 000kN.m能级强夯半置换加固后地基承载力特征值和变形模量,在4 000kN·m能级强夯半置换加固后分别完成复合地基静载试验和单墩静载试验点各7点,单墩和复合地基静载试验曲线如图6,7所示,具体试验结果如表3所示。复合地基承载力特征值为200kPa,夯墩承载力特征值为350kPa,地基承载力和变形模量均满足设计要求。其中FHJZ1、FHJZ2、HDJZ3最大加载量对应的沉降量较大(分别为105.37,135.25和123.50mm),在设计中需要加以注意。

3.3 不同能级强夯半置换统计分析

3.3.1 动力触探试验结果统计分析

对于同一组夯间土和夯墩试验点,由重型和超重型动力触探试验结果可计算出该处复合地基不同深度地基承载力特征值和变形模量。4 000kN.m能级强夯半置换:4组试验位置的复合地基承载力特征值大部分为220kPa,少部分数值为230和240kPa,变形模量大部分为14MPa,少部分数值为15和16MPa,试验结果表明4000kN·m能级强夯半置换处理后,地基承载力和变形特征满足设计要求;10 000kN·m能级强夯半置换:7组试验位置的复合地基承载力特征值范围为220～250kPa,变形模量大部分为14～17MPa,试验结果表明10 000N·m能级强夯半置换处理后,地基承载力和变形特征同样满足设计要求。

3.3.2 静载试验结果统计分析

图8为单墩和复合地基静载试验得出的变形模量散点图。由图8可知,不同点位的单墩和复合地基静载试验得出的变形模量有一定差异,对变形模量拟合后发现拟合曲线近似为水平线,说明能级提高对变形模量影响较小,对于单墩和复合地基变形模量,前者受能级的影响稍大于后者。

4 结语

1)场地经过强夯半置换处理后,除少数试验点动力触探击数偏低和个别试验点复合地基静载试验最大沉降量过大外,其他试验点结果均较好。表明土体工程特性都得到了改善,地基承载力和压缩模量达到设计要求。因此,强夯半置换对本工程地质条件下地基处理可行、有效。

2)基于加固处理后得到的大量实测数据,提出依托工程地质条件下,4 000kN.m和10 000kN·m能级强夯半置换有效加固深度分别不小于4m和10m。

3)通过对单墩和复合地基静载试验结果统计分析,能级大小对变形模量的影响较小,其中能级对单墩静载试验下变形模量的影响稍大于复合地基静载试验下的变形模量。

4)通过对强夯半置换后地基处理效果进行检测与分析,实际上,要精确判定加固效果,需要进行处理前后的地基土承载力和土体特性的对比检测与分析,希望在未来的工作中可以开展更深入的研究。

参考文献

[1]徐东升,汪稔,孟庆山,等.海相淤泥软土地基强夯置换砂桩试验分析[J].岩土力学,2009,30(12):3831-3836.

[2]王宏祥,闫澍旺,冯守中.强夯置换墩法处理公路软基的机制研究[J].岩土力学,2009,30(12):3753-3758.

[3]白冰,徐华轩,刘海波,等.强夯置换法处理松软土地基若干问题研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S1):3001-3006.

[4]张或,房建宏,刘建坤,等.强夯置换复合地基加固盐渍土效果的试验研究[J].岩土工程学报,2011,33(S1):258-261.

[5]水伟厚.对强夯置换概念的探讨和置换墩长度的实测研究[J].岩土力学,2011,32(S2):502-506.

[6]郑凌逶,周风华,谢新宇.强夯置换中碎石运动机制和成墩过程的数值模拟[J].岩土工程学报,2013,35(11):2068-2075.

[7]郑凌逶,周风华.强夯置换软土中碎石墩形成过程的试验研究[J].岩土力学,2014,35(1):90-97.

[8]刘红军,吴腾,马江,等.基于孔压监测的强夯置换和砂井-强夯处理饱和软土地基试验研究[J].中国海洋大学学报(自然科学版),2015,45(2):109-114.

[9]张成光.抛石挤淤及强夯置换在软基处理中的应用[J],水运工程,2015(2):165-169.

强夯置换法在地基处理中的应用 篇7

强夯置换法是一种比较成熟的地基处理工艺, 其作用机理是使用吊升设备将很重的锤起吊至一定高度后, 使其自由落下, 产生巨大的冲击能量 (锤重×起吊高度) , 形成柱坑, 在夯坑内不断填加碎石等粗颗粒材料, 再次进行强夯, 在对坑底及周边土体进行挤密的同时, 在软土地基中形成大于夯锤直径的碎石墩, 这种碎石桩不但有置换作用, 而且有强夯挤密作用, 从而形成柱墩、柱间土整体受力, 大大提高了土体承载力。同时, 由于土体的挤密孔隙水随着夯点逐渐扩散, 从而大大增加了桩间土的强度, 使整个地基土的承载力大幅增强。

2 工程实例

1) 工程概况。

太钢加工厂冶金除尘灰资源化工程竖炉强夯区域位于太钢第一炼钢厂南侧, 鱼雷罐检修车间东侧, 建筑面积约11 000 m2, ±0.000相当于绝对标高800.65 m。该处地段位于汾河流域东侧, 土质主要属于粉质粘土层, 且水位较高。为节约造价, 缩短工期, 设计时除了竖炉本体外的其余构筑物全部采用强夯置换进行地基处理。强夯能量级为3 500 k N·m。本次强夯区设计目标加固深度约为7 m, 地基承载力特征值不小于200 k Pa, 夯点间距是按夯锤底面直径为2.5 m设计的, 锤重不小于20 t。本设计夯点布置为等腰三角形布点, 采用隔行隔点夯。待第一遍强夯点达到设计要求后, 采用推土机进行场地回填整平, 然后强夯机再倒至已回填区域进行第二遍点强夯, 直至达到设计要求。最后一遍满夯, 能量级1 200 k N·m, 每点3击, 纵横夯印搭接1/3锤底面直径。如此进行流水作业, 至设计底标高。

2) 强夯施工顺序。

打井降水→平整场地→测量放线→夯机就位→测量起吊高度→夯锤自由落体→测量夯坑高程→装载机填料→往复夯击, 根据夯机次数及下沉量, 完成一个夯点的夯击→跳打夯击, 重复上述施工夯击→挖土取平场地标高→低能量满夯, 将场地表面土体夯实。

3) 打井降水。

由于施工场地水位较高, 土体含水率较高, 强夯受到很大影响, 因此强夯前进行打井降水。考虑到强夯过程中对周边土体的挤密作用, 降水井的布置距离强夯边点位大于5 m, 并采用壁厚12 mm钢管井。

4) 场地整平。

由于强夯机械自身较重, 夯锤重达几十吨, 场地要保证夯机的行走, 同时, 强夯时要保证场地的平整度, 否则将影响强夯落点的垂直度。因此, 强夯前采用推土机对场地进行整平, 并进行压实。

5) 测量放线。

场地清理整平完毕, 进行测量放线, 标出第一遍夯点位置, 同时测出场地标高。

6) 强夯施工。

由于工期紧张, 本工程强夯分北部、中部、南部三个区域分段同时进行, 共设置3台夯机。强夯时从中央向四周进行, 隔点跳打。

a.根据需要的能量级确定落距, 并在龙门架上做出标志。

b.在强夯过程中要随时检查夯锤排气孔情况, 发现气孔堵塞要及时清理。

c.在强夯过程中, 若出现偏心的情况, 要及时进行调整, 当夯坑过深而发生起锤困难时停夯, 向坑内填料直至与坑顶平。

d.强夯停打标准为:最后两击的平均沉降量, 当单击夯击能不大于4 000 k N时沉降量不大于50 mm, 若最后一击打完尚不满足50 mm夯沉量, 则现场增加击数, 直至满足要求。控制夯坑周围土体的沉降量。

e.冬季强夯时要清除冻土层, 并在强夯完毕后进行覆盖。

f.认真做好相关记录。

g.为了减小对周围建筑物的影响, 在强夯区域四周设减震沟, 根据现场实际情况, 强夯区域边线, 西面距铁路仅3 m左右, 东侧距综合管网2.5 m, 北侧已到现有道路, 为防止强夯施工对东侧管道造成影响, 在东侧设置了1.5 m宽, 深度4 m的减震沟。

3 加固效果分析

1) 承载力。

施工结束后, 实验检测单位对强夯实验点进行了检测, 通过对单墩夯点进行静载检测, 确定了地基承载力特征值为:fpk=220 k Pa, 检测结果证明, 加固后地基已完全满足了设计要求。

2) 沉降观测。

在所有建 (构) 筑物施工完毕后, 运行过程中进行了沉降观测, 经实测, 沉淀池沉降最小为10 mm, 最大为20 mm, 远远小于规范要求的允许沉降量。

4 结论

1) 由于强夯置换施工一般采用挤土置换法, 由于锤底面积小, 置换率低, 而且容易使地面产生较大隆起, 且置换深度有限。我们根据大量的工程实践, 采用排土置换法, 即在强夯置换前先挖一个直径略大于夯锤直径的坑, 坑深3 m左右, 然后向坑内填入碎石进行强夯置换, 这样使用锤底静压力为30 k Pa~50 k Pa的夯锤, 既可使置换深度达到5 m~6 m, 而且使面积置换率大大提高, 桩间土的隆起也大大减小。

2) 强夯置换的影响深度应由置换桩的长度和桩下被加密的土层组成, 前面的实例中软土层厚度为8 m, 而置换桩的长度一般为7 m, 根据沉淀池的沉降观测记录, 其沉降非常小, 由此可见, 桩底的软土得到了加密, 使其承载力、沉降变形均得到了一定的改善。

3) 由于高饱和土所处的地域地下水位一般都比较高, 为保证强夯置换的施工质量, 前面的实例在强夯前已对施工区域及时降水作业, 以保证土体合理的含水率。

5 结语

强夯置换法综合了桩基和复合地基的优点, 在满足设计要求承载力的同时, 大大加快了地基处理速度, 且施工设备、工艺简单, 适用范围广泛, 而且具有效果显著、节省投资、节约材料和加固效果好等优点, 是一种比较理想的地基处理方式。目前已被广泛应用于工业民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路铁路路基、飞机跑道等地基处理工程中。

摘要：介绍了强夯置换法的作用机理, 通过工程实例, 从强夯施工顺序、打井降水、场地整平、测量放线、强夯施工等方面对强夯置换法在地基处理中的施工技术作了研究, 并分析了该技术的加固效果, 得出了一些有利用价值的结论。

关键词：强夯置换法,地基处理,承载力,施工

参考文献

强夯置换法在软弱地基处理中的应用 篇8

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法, 又称动力固结法, 是利用起吊设备, 将10～25吨的重锤提升至10～25米高处使其自由下落, 依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。可提高地基土的强度、降低土的压缩性、增加密实度、加固影响深度可达到6-10米、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时, 夯击能还可提高土层的均匀程度, 减少将来可能出现的差异沉降。我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。在初次掌握了这种方法的基础上, 于1979年8月又在秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验并正式使用, 效果显著。此后, 强夯法在全国各地迅速推广。

目前强夯法已广泛应用于一般工业与民用建筑、仓库、油罐、公路、铁路、飞机场跑道及码头的地基处理中, 主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。

对于饱和粘性土地基, 近年来发展了强夯置换法, 即利用夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基, 在地基中形成碎石墩, 并与墩间土形成碎石墩复合地基, 提高地基承载力和减小地基沉降。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑一流塑的粘性土等地基上对变形要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。

2 加固机理

强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力, 并在地基中产生冲击波, 在冲击力作用下, 夯锤对上部土体进行冲切, 土体结构破坏, 形成夯坑, 并对周围土进行动力挤压。

目前, 强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力置换, 它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

2.1 动力密实

采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理, 即用冲击型动力荷载, 使土体中的孔隙减小, 土体变得密实, 从而提高地基土强度。

非饱和土的夯实过程, 就是土中的气相 (空气) 被挤出的过程, 其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实际工程表明, 在冲击动能作用下, 地面会立即产生沉降, 一般夯击一遍后, 其夯坑深度可达0.6～1.0m, 夯坑底部形成一层超压密硬壳层, 承载力可比夯前提高2～3倍。

非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m的作用下, 主要是产生冲切变形, 在加固深度范围内气相体积大大减少, 最大可减少60%。

2.2 动力固结

用强夯法处理细颗粒饱和土时, 则是借助于动力固结的理论, 即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波, 破坏了土体原有的结构, 使土体局部发生液化并产生许多裂隙, 增加了排水通道, 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, 强度得到提高。动力固结理论可概述为:

2.3 动力置换

动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中, 其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中, 部分碎石桩 (或墩) 间隔地夯入软土中, 形成桩式 (或墩式) 的碎石墩 (或桩) 。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩, 它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡, 并与墩间土起复合地基的作用。

3 强夯置换法应用实例

3.1 工程概况

精伊霍铁路位于新疆西部博乐塔拉蒙古自治州和伊犁哈萨克自治州境内, 是连接中亚地区一条交通大动脉, 是新疆向西开放的第二条国际铁路通道。由中铁十五局集团承建的精伊霍线S8标起讫里程为DK181+950～DK242+100, 线路长度60.146千米。主要在伊宁市境内, 线路基本走行于丘陵区、伊犁河谷北侧丘陵和平原地带, 线路经过的天山山前丘陵区大部为粘质黄土、砂质黄土, 层厚5～20m;伊犁河冲积平原为第四系冲、洪积地层, 地表多以细颗粒粘性土、砂类土为主, 下伏卵石土、圆砾土。部分地段存在湿陷性黄土、软弱地基等。

DK213+500～DK214+600段地表为砂质黄土, 为III级非自重湿陷性黄土, 砂质黄土土层厚度为3.0～4.6米, 天然含水量在13%～17%, 地基软弱, 原地面地基承载力为80～110Kpa, 设计要求地基承载力不小于150 Kpa。为满足设计要求的地基承载力, 该段地基采用强夯置换处理。

3.2 主要设计要求

根据设计图纸及设计技术交底要求, DK213+500～DK214+600采用强夯置换法进行地基处理, 主要设计要求及初步设计参数如下

3.2.1 强夯处理范围:路基边脚2.0米范围内;强夯加固深度:2米。

3.2.2 强夯垫层:垫层材料采用级配碎石, 粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。强夯垫层设计总厚度为1.0m, 分两次铺设, 第一遍点夯前铺设50cm, 第二遍点夯前铺设50cm。

3.2.3 夯点布置及夯击次序:点夯分两遍完成, 隔点不隔行, 夯点布置及夯击次序如图1所示:

注: (1) 表示第一遍点夯夯击点, (2) 表示第二遍点夯夯击点

3.2.4 强夯遍数:点夯两遍, 满夯一遍。

3.2.5 夯击能设计:点夯夯击能2000R/kJ, 满夯夯击能为800R/kJ。

3.2.6 大面积强夯置换前应该按设计初步确定的夯实参数, 在有代表性的场地上进行试夯。

通过夯实前后测试数据的对比, 检验夯实效果, 确定强夯置换的单击夯击能、单点夯击次数等工艺参数。

3.3 工艺性试夯试验

3.3.1 试夯区试验设计

3.3.1. 1 试夯区位置选择DK214+570～DK214+600段, 面积约900平方米。

3.3.1. 2 试夯机具为W1001-25型履带式吊车, 自动脱钩, 夯锤质量15.5t, 直径2.4m, 圆柱形混凝土锤, 带有四个排气孔。

3.3.1. 3 强夯垫层材料及其摊铺, 采用级配碎石作为强夯垫层, 粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。试夯区首次摊铺厚度为50cm, 末次摊铺厚度50cm, 设计总厚度为1.0m。

3.3.1. 4 试夯参数的选择, 根据铁道第一勘察设计院关于精伊霍铁路DK213+500～DK214+600段强夯置换施工方法的技术交底及相关施工图;选择以下试夯参数:

3.3.2 试夯区施工方法及其控制

3.3.2. 1 清理并平整施工场地, 根据设计图纸及设计技术交底要求, 在路基边脚2.0米范围内原地面铺设50cm的级配碎石。

3.3.2. 2 点夯设计从线路中心线起, 分别向两侧按隔点不隔行跳打原则组织施工。按照图纸夯点布置进行放线, 每个夯点中心用灰点标识。

3.3.2. 3 强夯机就位, 龙门架安放稳定, 准确对点。

3.3.2. 4 测量人员测量夯击前锤顶高程, 并做好记录。

3.3.2. 5 强夯机挂好夯锤, 提升至预定高度 (落距13.8米) , 而后夯锤自动脱钩, 按自由落体落至夯点上。测量人员再次测量锤顶高程, 并做好记录, 计算夯沉量。

3.3.2. 6 重复5, 直到最后两击平均夯沉量不大于50mm停止该点点夯。

3.3.2. 7 移动强夯机, 到下一点位置重复4、5、6步骤, 完成第一遍点夯。

3.3.2. 8 第一遍夯击完成后, 间隔20天左右, 将地面推平, 再铺设50cm的垫层材料, 按夯点布置及夯击次序图, 重复4、5、6、7步骤, 进行第二遍点夯。

3.3.2. 9 第二遍点夯完成后, 间隔15天左右, 将地面推平, 用低能夯将整个处理区满夯一遍, 满夯时要相求邻夯点重叠不小于1/4夯锤直径。3.3.2. 1 0 满夯完成28天后, 对试夯区的地基承载力进行检测。强夯加固地基两米范围内的承载力应符合设计要求, 即不小于150KPa, 检验方法:动力触探。将强夯后地面进行整平碾压, 用K30检测地基系数, 不小于110MPa/m。

3.3.3 试夯试验数据分析

通过试夯试验得到以下观测数据, 见表2

通过对上表观测数据的分析, 点夯次数及夯沉量关系见图2

由图2可以得出以下结论:强夯施工点夯夯点布置按设计要求进行, 每个夯点夯击8次后, 相邻夯点沉降量均小于50mm, 满足设计要求;强夯结束28天后, 做动力触探及K30试验测得地基承载力及地基系数结果如表3所示:

由表3的试验结果得出以下结论:按照试夯试验设计的参数进行该段软弱地基处理后, 地基承载力均超过150KPa, 地基系数K30均超过110MPa/m, 满足设计要求。

3.4 大面积强夯施工

本段路基大面积强夯置换施工对强夯参数、施工工艺在试夯试验基础上做了相应的调整。

3.4.1 大面积强夯施工参数选择如下:

3.4.2 大面积强夯施工方法及现场控制

3.4.2. 1 点夯分两遍完成, 隔点不隔行, 单点击数一次完成, 满夯一次完成。

3.4.2. 2 点夯停夯标准, 原则上夯8击, 再辅以最后两击平均夯沉量不大于50 mm控制。

3.4.2. 3 控制间歇时间, 两遍夯击的间歇时间不少于20天, 点夯与满夯的间歇时间不少于15天。

3.4.2. 4 夯垫料铺筑, 分两次摊铺, 第一次摊铺厚度为50±5cm, 第二次摊铺厚度为50±5cm。

3.4.2. 5 每次铺料前强夯后均要适度碾压, 以减少能量损失。

3.4.3 施工注意事项

3.4.3. 1 施工时技术人员要认真检查夯钩及脱钩器, 保证夯锤处于可控状态。夯点布置及放线严格按设计图纸进行, 并做好二次复核, 做到准确无误。

3.4.3. 2 夯锤自由下落时, 方圆20米内不得有人, 夯击点可视度较高时方可进行测量等作业。

3.4.3. 4 所有施工人员必须配戴安全帽, 非施工人员严禁进入施工区域。

3.4.4 大面积强夯施工技术效果

该段路基强夯置换处理长度1100m, 总面积达25200平方米, 大面积强夯结束28天后, 对处理后的地基进行检测, 检测结果如表5所示。

表5的检测结果表明, 按照大面积施工所选的施工工艺和强夯参数进行强夯置换施工后, 地基承载力及地基系数均能满足设计要求, 达到了预期效果。

4 结束语

工程实践表明, 强夯置换法具有施工简单、工期短、加固效果好、使用经济等优点, 尤其是对含水量较高的饱和粘土软弱地基处理取得了十分良好的技术经济效果

摘要：简单论述了强夯法与强夯置换法的地基加固机理, 并结合精伊霍铁路DK213+500DK214+600段软弱地基处理的工程实例, 介绍了强夯置换法在地基处理中的应用。

关键词：强夯,强夯置换,加固机理

参考文献

[1]张国庆, 毕秀丽.强夯法加固机理及应用.山东科学技术出版社, 2003.

强夯置换 篇9

南滨河路西延段工程K1+300—K2+300段穿越西固热电厂的沉淀池, 池内积有3～4m厚的粉煤灰, 其天然含水量高, 表层0～20cm厚含水量为30%～40%, 20cm以下含水量高达150%～170%, 它所具备的特性和指标都是典型软土所具备的, 故其特性对路基的稳定和变形影响十分突出, 是工程需解决的关键性问题, 故采取适宜的处理措施与合适的施工方法是工程成败的关键所在。

2 施工方法的选定

软基加固的方法很多, 而且尚在发展, 各种方法都有适用范围和局限性, 依据本工程对路基设计指标要求及现场实际情况, 在道路里程桩号1+530～1+580段, 挖深粉煤灰1.5m后, 填筑1m厚砂夹石碾压, 稳定后在其上填筑粉煤灰土 (粉煤灰与土的比例为1∶2, 现场拌合均匀) 要求处理后路面下1.2m范围内土基的压实≥95%, 1.2m范围外的压实度≥90%, 承载力≥150kPa, 土路基回弹模量≥50MPa;在里程2+000～2+050段, 用强夯的方法, 强行将砂砾石夯入已沉淀的粉煤灰饱和土中, 排开和置换粉煤灰, 在夯点位置形成直径大于锤直径的砂石墩体, 与夯间土共同形成复合地基, 要求处理后路面下1.2m范围内压实度 ≥95%, 1.2m范围外压实度≥90%, 承载力≥150kPa, 土路基回弹模量≥50MPa。

结果比较分析:

1) 工程造价比较分析:采用换填法处理每平方米需要投资约102.6元, 强夯置换法处理每平方米需要投资88.1元, 故采用强夯置换法处理每平方米可节约投资14.5元。

2) 工程质量比较分析:两种方法均可满足工程地基承载力的要求。

3) 工期比较分析:采用换填法处理约需要60d, 强夯置换法处理 (6台吊车同时作业) 仅需要30d, 采用强夯置换法可节约30d。

在南滨河路西延段沉淀池段改线施工图设计技术交底会上, 经参加会议的专家和工程技术人员认真地分析研究, 考虑到饱和粉煤灰含水量大, 泄露严重, 运输困难, 加之粉煤灰倾倒地点难觅, 在满足施工工期、确保工程质量的情况下优先采用强夯置换法。

3 强夯置换法处理软基的施工方法

3.1 路基处理深度的确定

3.1.1 路基工作区深度Za

undefined

式中 :ρ——车轮荷载中 ρ=1/2 (后轴重) ]65kN

k——系数 k=0.5

γ——土的重度 γ=14 kN/m3

n ——系数 n=10

3.1.2 路面换算成路基土层的当量厚度Ze

undefined

式中:n1——路面厚度 n1=0.65m

m——开方指数, 多层柔性路面 m=2.5

E1——路面材料回弹模量 E1=60MPa

E0——路基土回弹模量 E0=14MPa

3.1.3 路基处理深度Z

Z = Za – Ze = 1.82m

3.1.4 路基下卧层的应力验算

①车辆在路基下引起的应力σz

undefined

式中 : Z——路基土深度 Z=2.47m

k——系数 k=0.5

②路基自重在路基Z深度引起的应力σD

σD =γ·Z=39.13kPa

③路基自重和车轮重对路基下卧层之应力为:

σz +σD =44.4 kPa

根据上述计算结果, 路基处理深度2.0m以内便可满足要求。

3.2 主要设备的选定

选用锤重为100kN的圆形或方形夯锤, 单夯击能1 500kN.M。

3.3 强夯参数的选定

夯锤重量不小于10t, 单点夯击能大于1 500kJ;

夯击数不小于16击;

夯点呈正三角形布置, 夯点间距3.0m;

累计夯沉量大于3.5m;

最后两击平均夯沉量小于10cm;

每夯击点填入砂石量不小于12m3;

砂石墩体置换率50%;

主夯完成后设0.5m厚砂石垫层, 采用1 000kJ夯击能拍击。

3.4 强夯置换施工工艺及方法

3.4.1 施工工艺流程

平整场地→回填砂砾垫层→布设夯点位置→主点夯击→铺设砂垫层→满夯拍平

3.4.2 施工方法

①平整场地, 铺50cm砂石垫层做强夯置换的起夯面。

②布置整片正三角形夯点, 夯点中心距3m, 主夯点分两遍完成, 并逐级记录夯坑深度, 当夯坑过深发生起锤困难时, 可向坑内填料并记录填料量, 再重复夯击, 直至满足规定的击次及控制标准完成一个墩体的夯击。

③当夯点周围挤出的软土较多时, 可随时清除, 并补填砂石料继续施夯, 完成主夯后铺设砂石垫层50cm, 然后用1 000kN.m夯击能满夯拍击, 每点三击。

④墩体及垫层采用天然级配的卵石, 粒径大于300mm的粒径含量不宜超过全重的30%, 含泥量小于10%。

3.5 检测方法

3.5.1 荷载试验

荷载实验采用慢速维持荷载法, 堆载式反力装置, 500kN油压千斤顶加荷, 承压板面积0.25m2, 沉降量用百分表量测, 加荷分级, 沉降测度时间及稳定标准等试验要点均按强夯置换墩体和三墩间分别确定。

墩体上最大加载900kPa, 分9级, 每级加载为100kPa, 逐级递增至900kPa。

三墩间最大加载250kPa, 分9级, 第一级加载为50kPa, 以后每级加载为25墩体上最大加载900kPa, 分9级, 每级加载为100kPa, 逐级递增至900kPa, 逐级增至250kPa。

沉降量观测:每级加载后, 按间隔10、10、10、15、15min, 以后为每个半小时读一次沉降量, 当在连续两小时内, 每小时的沉降量笑语0.1mm时, 则认为已趋稳定, 可加下一级荷载。

终止加载的条件:

①荷载达到预定值, 墩体900kPa, 三墩间250kPa;

②承压板周围的土明显的侧向挤出;

③沉降S急骤增大, 荷载-沉降 (P-S) 曲线出现陡降段;

④在某一荷载作用下, 24小时内沉降速率不能达到稳定标准;

⑤S/b≥0.06 (b为承压板宽度) 。

3.5.2 模量E0的确定

采用逐级加载卸载法, 最大加载200墩体上最大加载900kPa, 分9级, 每级加载为100kPa, 逐级递增至900kPa, 分4级、每级50kPa。每级压力加载维持时间为1min, 记录百分表数值, 然后轻轻卸载至0, 待卸载稳定1min后, 再次读百分表数值。同时施加下一级压力, 直至预定荷载。

用静栽试验确定变形模量E0, 一般取静栽力试验Q-S关系曲线的直线段, 用以下公式计算:

E0=0.88 (1-U2) QB/S

式中: u——地基承载力泊松比, 碎石取0.25, 粉土取0.3

B——承压板的厚度

Q、S——直线段内相应荷载及沉降

根据计算, 砂石墩的变形模量为40.2MPa、30MPa、34.54 MPa, 平均值为35 MPa, 粉煤灰变形模量为10MPa。

土基回弹模量 (Ee) 按下式计算:

undefined

式中:P——承压板上的单位压力 (kPa)

L——相应该基级压力回弹变形 (加压读 数-卸压读数)

D——承压板直径 (cm)

u——土的泊松比 , 卵石 u=0.25; 粉煤 灰 u=0.30

经上述公式计算, 地基的回弹模量为57.1 MPa。

3.5.3 重型动力触探试验

采用北京探矿机械厂生产XY-1岩芯钻机, 触探杆直径42mm, 触探头采用重型动力触探专用圆锥探头, 触探锤重63.5kg, 落锤高度76cm, 试验时, 穿心锤自由下落, 并尽量连续贯入, 保持触探孔垂直。

根据实测单孔动探击随深度变化曲线及触探击数N63.5统计值统计结果, 经强夯置换处理后夯间的触探击数达13次, 挤密效果明显。

3.5.4 压实度检测

强夯完成后, 对路基的压实度取7个点进行检测, 其中3个点位于砂石墩体上, 4个点位于粉煤灰上, 路面下1.1m处压实度为95%～99%均不小于95%, 路面下1.4m处压实度为91%～93%, 均不小于90%。

4 结论

通过不同方案的比选分析, 对粉煤灰沉淀软地基采用强夯置换法进行处理可减少对环境的污染, 有效地节约工程成本, 经检测可知粉煤灰沉淀池段强夯置换路基的结果为:墩体置换深度2.0～2.4m;路面下1.2m范围内压实度95%～99%, 路面下1.2m范围外压实度91%～93%;路基承载力特征值fak=240kPa;土基回弹模量Ee=52MPa。经强夯置换法处理粉煤灰软基的各种技术指标均满足《公路路基路面现场测试规程》JTJ059-95、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2000、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002及设计要求。

参考文献

[1]徐至钧.强夯和强夯置换法加固地基[M].机械工业出版社.2004, 1

[2]建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002) [S].