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淺析強(qiáng)夯法在公路基底處理的應(yīng)用
摘要:強(qiáng)夯法對基底的加固處理具有施工簡單、工期短、造價(jià)不高等特點(diǎn),越來越多地在工程施工中得到應(yīng)用,F(xiàn)以以往的施工經(jīng)驗(yàn)對強(qiáng)夯法在公路工程方面地基處理的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行闡述,借此與同行彼此交流。關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯法;加固;基底;施工
1 強(qiáng)夯地基的由來、技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍
1.1強(qiáng)夯法的由來
強(qiáng)夯法又稱動力固結(jié)法,是將一個重錘(一般為10~40t)從高處(10~40m)自由下落,夯擊地基,從而使地基土的強(qiáng)度得到提高、壓縮性得到降低的方法。1957年,英格蘭的道路研究所就曾運(yùn)用普羅克特(Proctov)擊實(shí)原理進(jìn)行過深層土體的壓實(shí)處理,但直到1970年前后,強(qiáng)夯法才在法國工程師路易斯·梅納(LouisoMeiiard)的開發(fā)和倡導(dǎo)下,真正大規(guī)模地應(yīng)用于深層土體的加固處理中。強(qiáng)夯法最初僅用于加固圓錐探頭阻力9s低于10MN/mZ的砂和碎石層,隨著施工機(jī)械和施工工藝水平的提高,實(shí)踐證明,強(qiáng)夯法也可用于粘性土地基的加固處理。
1.2強(qiáng)夯技術(shù)的特點(diǎn)
1.2.1適用各類土層:可以用于加固各類砂性土、粉土、一般黏性土、黃土、人工填土,特別適宜加固一般處理方法難以加固的大塊碎石類土以及建筑、生活垃圾或工業(yè)廢料組成的雜填土,結(jié)合其它技術(shù)措施亦可用于加固軟土地基。
1.2.2應(yīng)用范圍廣泛:可應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、重型構(gòu)筑物、設(shè)備基礎(chǔ)、機(jī)場跑道、堤壩、公路和鐵路路基、貯倉、堆場、油罐、橋梁、港口碼頭、核電站、人工島等。
1.2.3加固效果顯著:地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后,可明顯提高地基承載力、壓縮模量、增加干密度、減少孔隙比,降低壓縮系數(shù)、增加場地均勻性,消除濕陷性、膨脹性,防止振動液化。
1.2.4有效加固深度:單層8000kN·M高能量級強(qiáng)夯處理深度達(dá)12m,多層強(qiáng)夯處理,深度可達(dá)24~54m,一般能量強(qiáng)夯處理深度在6~8m。
1.2.5施工機(jī)具簡單:強(qiáng)夯機(jī)具主要為履帶式起重機(jī)。當(dāng)起吊能力有限時(shí),可輔以龍門架等設(shè)施。
1.2.6節(jié)省材料:一般的強(qiáng)夯處理是將原狀土施以能量,無需添加建筑材料,大大縮短施工周期。
1.2.7節(jié)省造價(jià):由于強(qiáng)夯工藝無需材料,節(jié)省了建筑材料的購置、運(yùn)輸、制作、打入費(fèi)用,除了消耗油料外,沒有其它消耗。
1.2.8施工快捷:只要工藝適合,特別是對粗顆粒非飽和土的強(qiáng)夯,周期更短;但是,雨天影響比較嚴(yán)重。
1.3強(qiáng)夯法加固地基在建筑中適用范圍
強(qiáng)夯施工方法具有施工機(jī)具簡單,施工方便,加固地基效果顯著,適用范圍廣泛,能縮短工期和降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。一般來講,強(qiáng)夯地基適用于處理碎石、砂土、雜填土(不含生活垃圾)、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土等,但筆者認(rèn)為,現(xiàn)場監(jiān)理尚應(yīng)該參照地勘報(bào)告,掌握有關(guān)技術(shù)指標(biāo),如土層顆粒的組成,孔隙比,液性指數(shù)、塑性指數(shù)、飽和度、滲透系數(shù)等;對于有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的雜填土,還要查清雜物的分布范圍、深度、有機(jī)質(zhì)含量及是否對基礎(chǔ)有侵蝕性。由于濕陷性土浸水后會產(chǎn)生附加沉降,其濕陷系數(shù)也應(yīng)作為一項(xiàng)控制指標(biāo)。工程中是否考慮選用強(qiáng)夯基礎(chǔ)是由設(shè)計(jì)決定,但監(jiān)理在必要時(shí)應(yīng)提醒設(shè)計(jì)對以上技術(shù)指標(biāo)作綜合考慮。如廣州從化一市政道路工程,設(shè)計(jì)選用了強(qiáng)夯地基,但經(jīng)過對比地勘資料,監(jiān)理提醒設(shè)計(jì)注意在地勘報(bào)告中反映了部分回填土中含有大量木糠,經(jīng)查清其分布范圍及埋深后設(shè)計(jì)采取了相應(yīng)的技術(shù)處理措施,從而確保了工程的施工質(zhì)量。
2 強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理
關(guān)于強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理,目前有關(guān)專家學(xué)者意見還不很一致,但對于地基處理中經(jīng)常遇到的幾種類型的土,一般的觀點(diǎn)認(rèn)為:強(qiáng)夯法是在極短的時(shí)間內(nèi)對地基土體施加一巨大的沖擊能量(一般而言此沖擊能量不小于800kN·m),加荷歷時(shí)約幾十毫秒,對含水量較大的土層,加荷時(shí)間約100毫秒左右。這種突然釋放的巨大能量,將轉(zhuǎn)化為各種波型傳到地下。首先到達(dá)某指定范圍的波是壓縮波,它使土體受壓或受拉,能引起瞬時(shí)的孔隙水匯集,因而使地基土的抗剪強(qiáng)度大為降低,據(jù)理論計(jì)算這種波以振動能量的7%傳播出去,緊隨壓縮波之后的是剪切波,以振動能量26%傳播出去,剪切波會導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)的破壞。此外的瑞利波(面波)以振動能量的67%傳出,在夯點(diǎn)附近造成地面隆起。土體在這些波的綜合作用下,土體顆粒重新排列相互靠攏,排出孔隙中的氣體,使土體擠密壓實(shí),強(qiáng)度提高。
根據(jù)上述觀點(diǎn),地基土經(jīng)強(qiáng)夯法加固后,其強(qiáng)度提高過程大致可分為四個階段:夯擊能量轉(zhuǎn)化,同時(shí)伴隨強(qiáng)制壓縮或振密(表現(xiàn)為土體中水及氣體排出,孔隙水壓力上升);土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞(表現(xiàn)為土體強(qiáng)度降低或抗剪強(qiáng)度喪失);排水固結(jié)壓密(表現(xiàn)為滲透性能改變,土體裂隙發(fā)展,土體強(qiáng)度提高);觸變恢復(fù)并伴隨固結(jié)壓密(包括部分自由水又變成薄膜水,土的強(qiáng)度繼續(xù)提高)。
3 工程實(shí)例
3.1工程概況
G106國道擴(kuò)建工程湖南段項(xiàng)目,根據(jù)地勘資料,場區(qū)發(fā)育有2~8m不等的雜填土,其中以碎石、粘性土為主,兼有泥炭質(zhì)頁巖塊石,建筑垃圾等;碎石、粘性土含量極不均勻且未經(jīng)壓實(shí),需加固后方可直接作為填土高度達(dá)23m的高填方路基基底。設(shè)計(jì)采用強(qiáng)
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