强夯置换法在码头前沿区地基处理中的应用.doc

强夯置换法在码头前沿区地基处理中的应用2007年l2月第6期总第152期巾国港湾建设ChinaHarbourEngineeringDec.,2007Tota1152.No.6强夯置换法在码头前沿区地基处理中的应用王晓昱,王博.,曹永华.(1.泰达投资控股有限公司,天津300457;2.天津泰达海洋开发有限公司,天津300204;3.中交天津港湾工程研究院有限公司,天津300222)摘要:强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点,经济有效,但其夯击能在地基中产生的波场对周围建筑物产生着冲击作用,常常制约着其应用.采用特殊的小底面积置换夯锤,并采用渐变的夯击能量,应用强夯置换法对码头前沿区地基进行了加固处理.结果证明,应用此工艺,能有效地控制夯击能量对已有码头建筑的影响,处理后的地基亦满足工程需要.关键词:地基处理;强夯置换;码头前沿区中图分类号:TU472.31文献标识码:A文章编号:10033688(2007)060017-02ApplicationofDynamicReplacementinGroundTreatmentofWharfApronSpaceWANGXiaoyu,WANGBo,CAOYonghua.(1.TaidaInvestment&ProprietaryCo.Ltd.,Tianjin300457,China;2.TianjinTaidaOceanDevelopmentCo.Ltd.Tianjin300204.China:3.CCCCTianjinPortEngineeringInstituteLtd.,Tianjin300222,China)Abstract:Dynamicreplacementisakindofgroundimprovementmethodwitheconomicbenefitsbecauseithastheadvantageofdynamicconsolidationandcompositefoundation.Butthedisadvantageofthismethodisthestresswavefieldinducedbytampingenergywillproduceimpactactiontothesurroundingstructures,itsapplicationisoftenrestricted.Thefoundationofwharfapronspacewasimprovedbyuseofspecialrammerofsmallbasearea,gradualtampingenergyanddynamicreplacement.Theresultsshowtheapplicationofthistechnologycaneffectivelycontroltheinfluenceoftampingenergyonexistingwaterfrontstructuresandtheimprovedfoundationcansatisfytherequirementsofproject.Keywords:groundtreatment;dynamicreplacement;wharfapronspace1引言强夯法1是1970年由法国工程师Menard首先提出并使用的地基处理技术,它是通过将重锤提升至一定的高度,使其自然下落,对地基土施加很大的冲击能,在地基土中所产生的冲击波和动应力可提高地基土的强度,降低土的压缩性,改善砂土的抗液化条件.实践证明,强夯法设备简单,适用范围广泛,是经济而简便的地基加固方法之一.如果采用在夯坑内回填块石,碎石,砂及其它高强度,透水性好的粗颗粒材料,利用强夯法的高能量冲击和振动,将这些粗颗粒料夯人土中,形成整体柱状桩式置换的复合地基,将强夯法和置换法结合起来,就形成了地基处理方法中的强夯置收稿日期:20071018修回日期:200711一O5作者简介:王晓昱(1969一),男,工学硕士,从事基础设施建设工作.换法.强夯置换法综合了强夯加固和复合地基的优点,经济有效,在港口工程,水利工程中得到了广泛的应用.本文将强夯置换法应用于码头前沿区的地基处理,取得了良好的效果和效益.2夯击波场及其对建筑物的影响无论是强夯法还是强夯置换法,都是在极短的时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量,加荷历时一般只有几十ms(含水量较大者可达100ms),锤底动力最大可达29MPa.这种突然释放出的巨大能量,将转化为波场传播到地基中去,见图1.这种波场是由压缩波(P波),剪切波(s波)和瑞利波(R波)联合传播的.体波(包括压缩波和剪切波)从波源沿着一个半球波阵面(图1中黑粗线)径向地向外传播;而瑞利波(面波)则沿着一个圆柱波阵面径向地向外传播.压缩波的质点运动属于平行于波阵面方向的?18?中国港湾建设2007年第6期一种推拉运动;剪切波的质点运动属于和波阵面方向正交的横向位移;而瑞利波的质点运动则是由水平和竖向两个分量所组成的.图1强夯在地基土中产生的波场这种高能量的波场可能对其影响范围内的建筑物产生扰动与破坏作用,因此,当施工场地附近有建筑物时,应慎用此加固方法在本文中,采用了特殊的小底面积置换夯锤,减小了施工中的横向冲击和挤压作用,将夯击能主要用于填料的下沉和密实中,从而减少了夯击施工对已建码头建筑物的影响.3工程应用某工程场地为码头前沿区,属于新近填海区域,回填开山碎石土厚度大,时间短,土质疏松.地层复杂.下卧浅海相沉积淤泥,淤泥质土层,清淤后的淤泥厚度在2iTI左右.回填的开山石渣厚度大,达到1320iTI.强夯施工对周围环境有较大影响,而在本工程影响范围内,恰恰又存在已经安装完成的沉箱.根据强夯施工加固原理及施工经验,普通强夯的影响深度有限.8000kN?m强夯的影响深度也仅在10m左右,而且振动较大,对码头前沿沉箱这种对振动敏感的构筑物不适宜.码头前沿回填厚度最厚可达2OITI,对地基强度和稳定性要求较高.为达到设计对地基处理的要求,且不破坏沉箱结构,经分析对比,将码头前沿区地基处理方法由普通强夯调整为强夯置换.本工程使用的置换夯锤为特制的特异型锥形锤,底面积很小,仅为1.3ITI,锤底静接地压力值可达150kPa(普通夯锤静接地压力值仅为254OkPa).在强大的强夯夯击能下,竖向冲击力远大于侧向的挤压力,能量主要消耗在竖向的冲击上,产生的强大压缩波(纵波)使置换碎石桩体向地层深处延伸;而侧面摩擦和挤压较小,以横波的形式挤密夯间土层,故强夯置换布点形式采用3iTI3iTI正方形布点,用较小的夯距使夯间土层达到很好的挤密效果.施工参数见表l.从表l可以看到,为了减小强夯置换施工对沉箱的影响,在距沉箱较近的区域(第一排第三排),采用了较小的夯击能量20003000kN?iTI,而第四排则采用了较大的夯击能4000kN?iTI.强夯置换施工采取的施工措施:表1强夯置换施工参数每点夯击数施工遍数强夯能级/(kN?n1)落距/m布点形式控制要求第一排200010第二排20001O3m3m最后两击夯沉量第一遍第三排300015正方形85em四排后全部为4()OO20第二遍150010跨印相切4击/点(1)从场地后方到码头前沿沉箱内侧,全部采用不同能级的强夯置换进行加固处理.(2)施工时先从离沉箱最近的一排低能级夯点开始施工,逐渐离沉箱越来越远,强夯能级亦逐渐加大.(3)施工过程中在沉箱上架设经纬仪来观测强夯对沉箱是否会造成侧向位移,以及侧向位移的影响有多大.(4)控制填料时的夯坑深度,一般取22.5ITI,保证形成良好的置换桩体.(5)强夯置换的回填石料为严格筛选的颗粒级配良好,最大粒径不超过20cm的碎石用料,含泥量不大于1O.强夯施工对已有沉箱结构的影响是工程各方均十分关注的问题.在强夯置换过程中,以沉箱的侧向位移作为控制指标,架没经纬仪对每个沉箱做全程观测,对施工的影响进行实时反馈.观测结果表明强夯置换侧向振动较小,施工中夯点中心到沉箱的最近距离为6m,而沉箱的侧向位移仅26mm,在允许的范围之内.检测结果显示,强夯置换桩体的重型动力触探锤击数平均在2O击以上,夯坑累积深度平均可达4m以上.经动力触探和静载荷试验,通过统计分析,确定置换碎石桩柱体长度加上置换强夯的影响深度后的总体影响深度可达到.5m以上,地基承载力特征值>180kPa,回弹模量E.>60MPa.达到了本区地基处理的设计要求.4结果与讨论当施工环境对强夯产生的振动和冲击作用无严格要求时,对透水性较好的地基实施强夯加固,可以起到较好的加固效果,并且具有较好的经济性.但当夯击影响范围内存在对振动比较敏感的建筑物时,普通强夯是不适用的本工程应用了特殊的小底面积置换夯锤,并采用了渐变的夯击能量,使夯击能主要应用于填料的下沉和密实中,有效地控制了夯击能量对已有建筑的影响.对于码头前沿区,采用强夯置换法加固后,地基各项指标均达到设计要求,而且并未对现有码头建筑产生明显的影响.参考文献:1MenardI,BroiseY.Theoretica