强夯加固吹填砂土地基-secret.doc

强夯加固吹填砂土地基Hustling and compacting to Reclamation the Sand Foundation张翔龙 邱嘉荣Xianglong Zhang, Jiarong Qiu中交三航局厦门分公司 361006 摘 要本文结合厦门环东海域综合整治建设工程的施工情况，阐述了强夯处理吹填砂土地基的设计方法、施工过程和处理后的地基效果。Abstract: Combined the treatment and construction of Xiamen Central East Sea, this paper introduced the designing, constructing and the foundation treatment effect based on the method of hustling and compacting to reclamation the sand foundation.关键词强夯设计，施工控制，检测Keyword: Hustling design，Construction control，Testing一、工程概况环东海域综合整治建设工程洪塘片区吹填造地工程位于同安湾北部，泉厦漳高速公路石浔大桥以南、东溪以东区域，陆域纵深8903300米不等。工程范围内原状大多是鱼塘和虾池，池塘埂道纵横交错；龙东溪贯穿整个工程区域，并由石崎水闸排入同安湾。根据勘察报告资料显示：场地内岩土层分布自上而下依次分别为淤泥混砂、砂混淤泥、粉质粘土、中粗砂、圆砾、砾砂、残积砂质粘性土等，表层吹填土层系同安湾北部的冲积物经绞吸船吹填而成，颗粒成分为砾、砾砂、呈松散稍密状，厚度5.0m6.0m，是本次地基处理的主要加固层。淤泥混砂，呈灰黑色，饱和，流塑状，有腥臭味，主要由粘粒组成，含10%30%中粗砂及少量有机物组成，局部砂粒成分较高，主要分布在塘埂处，厚度2m左右；虾池中的次生淤泥层厚度0.5m左右，与上覆吹填土相混。地下水位埋深为3.5m左右。表层吹填土层及下伏淤泥层力学性质不能满足设计要求，需采用一定的地基加固方法。由于原设计真空预压远远不能满足工期要求，相关单位最终确定采用强夯及冲碾联合地基处理法。 二、强夯原理与设计理论简要分析2.1强夯原理 强夯法亦称为动力固结法，有别于静力固结法。强夯分为主夯、副夯和满夯三个阶段，是改变深层土体结构的动力方法，其原理是：将很重的锤起吊到一定的高度( 一般应大于10 m小于15m，个别情况最大高度可达20m) 后自由落下， 使其获得很大的重力势能，这种重力势能落地后转换为冲击能，同时产生巨大的冲击波和冲击力。如此反复冲击地面，使深层湿陷土体的结构产生裂隙，结构被破坏，孔隙变小，水分及空气从孔道被强行挤压出去，减少压实土的含水量，增加土的密度，达到处理湿陷土体的目的。地基经强夯后，其强度提高过程可分为：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密，包括气体的排出，孔隙水压力上升；土体液化或土体结构破坏，表现为土体强度降低或抗剪强度丧失；排水固结压密，表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强度提高；触变恢复并伴随固结压密，包括部分自由水又变成薄膜水，土体强度继续提高，直到满足地基承载力和压实度的设计要求。2.2强夯设计理论2.2.1有效加固深度 有效加固深度即经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。 强夯加固有效深度一般采用法国路易梅那公式( 修正) 进行估算 式中：H有效加固深度(m)； M夯锤重量( kN)； h 落距(m)； 为小于1的修正系数，其值在0.40.7之间，与土质条件、地下水位、夯击能大小、夯锤底面积等因素有关。Leonards等总结美国印第安纳州用强夯法加固砂土地基的实践经验，建议对砂土地基采用=0.5。 影响 H的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和层位顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。在 地基与基础处理规范中规定，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表1预估。表1 强夯法的有效加固深度(m)单击夯击能 砂石土砂土 粉土、粘性土、湿陷性黄土（kNm） 等粗颗粒土 等细颗土1000 5.06.0 4.05.02000 6.07.0 5.06.03000 7.08.0 6.07.04000 8.09.0 7.08.05000 9.09.5 8.08.56000 9.510.0 8.59.08000 10.010.5 9.09.52.2.2夯锤和落距 单击夯击能=Mh 总夯击能= NMh 单位夯击能=NMh / A M夯锤重量( k N)； h 落距( m) ； N 夯击击数； A 夯锤底面积。 单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定对饱和粘性土所需的能量，不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。最佳夯击能按下述要求确定：在一定的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。 2.2.3夯击点的布置 夯击点的形状：根据基底平面形状和考虑施工时吊机的行走通道，夯击点可以布置成等边三角形、等腰三角形以及正方形。夯击点的间距：确定原则一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定，以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙。强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。 2.2.4夯击击数 夯击击数：国内确定夯击击数的方法有所不同，有的以孔隙水压力达到液化压力为准则；有的以最后一击的夯沉量达某一数值为限值；也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为41 0击。夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，同时满足：最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击能量小于4000kNm时为50mm；夯击能为40006000kNm时为100mm；夯击能大于6000 kNm时为200mm；夯坑周围地面不应发生过大隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。地基承载力另有要求是，也可适当调整沉降量。2.2.5夯击遍数夯击遍数：夯击遍数应根据地基土的性质确定可采用点夯 23遍，对于渗透性较差的细颗粒土必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。2.2.6垫层铺设 强夯前要求拟加固的场地必须具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备； 并便于对所施工的“ 夯击能” 得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者， 也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m，保证地下水位低于坑底面以下2m。铺设的垫层不能含有粘土。2.2.7间歇时间 取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间，砂性土消散快，间歇时间很短，可以连续夯；粘性土消散慢，孔压叠加，间歇时间长。 三、强夯工程设计与施工方案3.1工程设计3.1.1有效加固深度本工程吹填土厚度5.0m6.0m，是本次强夯的主要加固层。经过强夯加固后地基承载力达到100kPa以上，平均有效加固深度不小于6m。3.1.2夯锤和落距根据试验报告，夯能3000kNm的两遍点夯能满足地基承载力和有效加固深度的要求。因此，现场施工中采用40t吊机，夯锤重16.5t，直径2.3m，锤底面积4.15m2，锤高0.9m，落距19m。锤底静应力为39.8kPa。3.1.3夯击击数和遍数 第一遍强夯，夯击能采用3000kNm，夯击击数为810击。每个夯点夯坑内填中粗砂，再以相同的夯击能夯击填料，然后再填料，夯击，以最后两击平均夯沉量10cm来作为停夯标准。第二遍强夯，应在第一遍点夯完成，经平整后，夯击能采用3000kNm，夯击击数为810击。夯击方法同第一遍强夯。满夯，夯击能采用1000kNm，锤击数为每点2击，夯点间距为1.75m。进行整个场地的满夯工作。 3.1.4夯击点的布置夯点布置成4m8m的方格网，两遍点夯后形成4m4m的方格网。夯点布置见下图：3.2强夯施工方案3.2.1施工顺序强夯顺序：场地整平第一遍强夯推平第二遍强夯推平满夯冲击碾压整平至地基处理设计标高。3.2.2施工过程（1）准备工作 强夯始夯标高=交地标高（6.0m）+预估夯沉量，本工程预估平均夯沉量为50cm，在施工过程中可根据实际下沉量再调整始夯标高。测量地下水位，若地下水位距夯击面不足1.5m，则根据现场情况采用相应方法降低地下水位。采取临时排水措施：设置最小横向排水坡和足够的纵向坡，防止凹塘积水；利用永久性的排水管网，采用格网防止土和其他残渣进入管道，不允许向邻近区域排水。现场用装载机整平后，技术人员用全站仪进行现场放样、抄测场地标高，用彩条围护施工现场，设置警示标志，并用装有小袋砂子的红色塑料袋布置夯点位置。 （2）设备选择 现场施工中采用40t吊机，夯锤重16.5t，直径2.3m，锤底面积4.15m2，锤高0.9m，落距19m。锤底静应力为39.8kPa。开夯前将夯锤送去地磅过秤，并用钢尺量的方法检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合要求。（3）夯机就位 用起重机提升夯锤，夯锤置于夯点位置，测量夯前锤顶高程。 （4）夯击 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤面高程， 每夯击一击均应记录锤面高程，并用后一击高程减去前一击高程，得出两击夯沉量；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。重复以上步骤， 按设计规定的夯击次数(810击，不少于8击) 及最后两击平均夯沉量10cm来作为停夯的控制标准，完成一个夯点的夯击。换夯点，重复夯机就位及夯击步骤，完成第一遍全部夯点的夯击。强夯遍与遍之间的间歇期不少于5天。（5）满夯 最后再以1000kNm满夯 2遍，满夯时锤印搭接。四、强夯施工中的质量保证措施4.1施工控制 （1）强夯施工中夯点放线错误情况常有发生。因此，在每遍夯击前，都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。 （2）为保证加固质量，严格控制放线精度和落锤位置。 （3）在施工过程中，用水平仪检测每个夯击点的沉降量，而水平仪离夯击点较近，为确认夯击振动对水平仪的影响，特用全站仪对其进行了对比观测， 经对比确认水平仪离夯击点25m30m以外时，夯击振动对其影响很小，满足观测精度要求。 （4）每遍夯点、夯击次数和落距要严格控制，杜绝发生降低夯能、少夯、漏夯等现象。 （5）由于强夯施工的特殊性，施工中所采用的各项参数和施工步骤是否符合设计要求，在施工结束后往往很难进行检查，所以要求在施工中对各项参数和施工情况进行详细记录。 （6）为减少强夯冲击波对老海堤的影响、预留60m的安全距离。4.2检测控制4.2.1检测目的确定加固后地基浅层及其下卧层的承载力特征值，强夯加固深度及表层粘性土的压实度。4.2.1检测方法本项目的现场监测和检测项目交由专业岩土力学研究所实施。检测项目和指标如表2：表2 强夯加固地基检测报告工程名称环东海域综合整治建设工程洪塘片区C标段检测性质强夯加固地基检测检测依据中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范JGJ-2002附录A中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范GB50021-2001加固面积789108m2地基类型强夯加固地基 加固深度6m夯击能第一遍3000kNm8击施工日期2007.3.228.31第一遍3000kNm8击检测方法浅层平板载荷试验承载力标准值100kPa重型动力触探试验设计值5击瑞利波测试剪切波速250m/s检测方法旁压试验承载力标准值100kPa表层压实度试验压实度90%载荷试验点156个/450kN重型动力触探点（10m）520个压实度试验点624个重型动力触探点（3m）312个瑞利波测试点26条测线/312测点旁压试验孔39个钻孔/156测点 4.2.3检测结论本标段共进行平板载荷试验156个，合格156个，合格率为100%；进行深层重型动力触探试验520孔，合格率为100%；浅层重型动力触探试验312孔，合格率为100%；布置瑞利波测线26条，共312个测点，土层的平均剪切波速达到250m/s的设计要求；进行旁压试验39个孔，共156个测点，承载力标准值，合格