強夯地基處理法在天元化工一期工程中的應用

于德生

1 概述

強夯法是20世紀60年代法國Menard技術公司首創的一種地基加固方法,這種方法是將重錘(一般為100 kN～400 kN)從高處自由落下(落距一般為6 m～40 m)對地基以沖擊和振動,使土中出現沖擊波和沖擊應力,迫使土體孔隙壓縮,土體局部液化,在夯擊點周圍產生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和氣體逸出,使土粒重新排列,經時效壓密達到固結,從而提高地基承載力,減少其壓縮量的一種有效地基加固方法,也是我國目前最常用和最經濟的深層地基處理方法之一。我國自20世紀70年代引進此法后,迅速在全國推廣。經過幾十年的推廣和應用改進,在建筑工程、水利工程和公路工程中得到了廣泛的應用,取得了良好的效果和效益。筆者結合天元化工地基處理的工程實際情況,對強夯地基處理的施工方法進行了詳細論述,同時對該方法的檢測及工后沉降觀測結果等做了簡要說明,通過該工程實際對類似工程設計及施工提供參考。

2 工程概況

該工程由河南省化工設計院有限公司及鞍山熱能研究院負責設計,總占地面積33萬m2(其中生產區31.5萬m2,行政辦公區及生活區占地1.5萬m2),分為行政辦公區及生活區、焦化及制聯合裝置區、公用、罐區及檢修化驗等幾個裝置區,總建筑面積約8萬m2,建筑物安全等級一、二級,最高建筑物為31 m框架結構,最大貯罐直徑為21 m,高度16.5 m,抗震設防烈度為6度近震,建筑物重要類別為Ⅱ類,場地類別三類,地基等級為二級。根據榆林市巖土公司2006年8月提供的《神木天元化工有限公司一期巖土工程勘察報告》中對地基處理的建議及設計院對擬建建筑物基礎的要求,經與設計院商定對設計地基承載力小于150 kPa的區域,由于新近填土厚度較大、均勻性差、承載力較低,所以決定在該區域采取強夯處理的辦法,變形模量 E0＞15.0 MPa,地基處理后方可進行基礎工程的施工。

3 場地工程地質條件

3.1 地層結構及巖性描述

該區地處鄂爾多斯盆地陜北臺向斜的東北部,總體為一軸面走向 NNE,傾向NW,傾角 1°～4°的單斜構造,無大的褶皺與斷裂,地層平緩,構造行跡比較簡單。根據鉆孔揭露及室內土分析結果報告,勘探點深度范圍內地基土主要為新近人工堆積的素填土、第四紀風積粉細砂、粉土及粉質黏土、侏羅紀泥巖、砂巖。

3.2 地下水水文地質條件

本工程場地內地下水很深,勘察在鉆探深度內沒有揭露到地下水,因此對強夯施工較為有利。

4 強夯法施工機具、設備的選擇

強夯法施工機具設備見表1。

表1 強夯法施工機具、設備

5 強夯參數設計

1)采用“三遍點夯+一遍滿夯”進行加固處理。2)點夯單擊夯擊能為4 000 kN?m。3)點夯夯點布置根據建筑特點,夯點間距為5.0 m×5.0 m,兩排夯點間相互錯開,呈梅花形。4)根據勘察資料,各遍點夯間隔時間選取為3 d。5)點夯收錘標準:a.最后兩擊的平均夯沉量不大于8 cm;b.夯坑周圍地面隆起量小于1/4夯坑體積;c.單擊夯擊次數7次～8次。當最后兩擊的平均夯沉量超過8 cm,且地面隆起量小于1/4夯坑體積時,需增加夯擊次數以滿足a的要求。6)滿夯單擊夯擊能為1 500 kN?m,單點夯擊次數為1次。滿夯夯點搭接長度不少于35 cm。7)強夯加固范圍:超出基礎外邊緣5 m實際處理面積為10萬m2。

6 施工方法

6.1 試夯

1)強夯收錘標準:a.最后兩擊的平均夯沉量不大于 8 cm;b.單點夯擊次數不小于7擊;c.周邊地面隆起量不大于夯坑體積的1/4;d.當達不到a,b,c標準但夯沉量大于2 m時,可收錘;e.若相鄰兩點均出現d的情況時,需采取夯坑回填碎石再強夯的處理方法。2)回填碎石再強夯(即置換強夯)的處理方法。先夯后填,填料至強夯達到以上收錘標準。3)強夯后的檢測方法采用荷載試驗,具體數量及位置待與設計單位、監理單位、檢測單位協商后決定。

6.2 環境影響

由于強夯振動強烈,對臨近建筑及管線有較大影響。根據周邊環境情況,在廠地東側距離成元電石廠較近,所以事先設置防振溝,溝深超過原有建筑物基礎埋置深度0.5 m且不少于3.0 m,溝寬不小于1.0 m。

6.3 地下水控制

由于施工深度范圍內無地下水所以不考慮地下水的影響,當地表有積水或潮濕而影響強夯效果時,不能施工。

6.4 強夯的工藝流程

1)由于該場地已平整,強夯前,按夯點布置測量放線定位。2)強夯分段進行,順序從邊緣夯向施工場地中間。在每個區域內按照夯點的位置進行點夯,每夯完一遍,用推土機整平場地,再放線定位,接著進行下一遍點夯,點夯達到收錘標準后即可進行滿夯。3)夯擊時,落錘保持平穩,夯位準確,夯擊坑內積水及時排除。

6.5 施工質量控制

1)開夯前應檢查夯錘的重量和落距,以保證單擊夯擊能符合設計要求。2)在每遍夯擊前,應對夯點放線進行復核,發現偏夯或漏夯應及時糾正。3)按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數和每擊的夯沉量。4)在施工過程中,對各項參數和施工情況進行詳細記錄。

7 質量檢驗

1)試驗要點。以設計承載力的2倍作為加載極限荷載,分為10級,以便于操作,每級加載量均換算為壓力表讀數。試驗采用快速加載方法,荷載加到設計承載力的2倍或出現破壞為止;每級加載后,每隔 10 min記錄百分表值一次,每級加載時間為30 min;繪制 p(荷載)—s(沉降量)曲線,結合破壞情況確定基本承載力。2)試驗結果及結論。試驗加載至設計承載力的2倍后,均未出現破壞現象,且沉降量s都遠小于規定值,說明該地基的承載力滿足設計要求,因此本次強夯是成功的。

8 安全保證措施

1)凡進場工人都必須進行三級安全教育,并建立三級安全教育卡。2)凡進入現場人員必須戴安全帽。3)項目直接責任人向安全員或工長等進行安全交底,施工員向班組進行安全技術交底,班組長組織工人進行安全學習。4)嚴禁酒后作業,嚴禁在施工現場嬉戲打鬧。5)上班操作前檢查夯機的電源、電器是否完好,防止突發事故發生。6)基坑遞運物品,不準直接往基坑內投擲任何物件,為防止物體滾落到坑內,基坑頂邊做高900 mm圍護欄桿。7)強夯時有些石塊或堅硬土塊會隨著夯錘落下而四處飛濺,應在其周圍防護,以免石塊從高空墜落傷人,現場施工人員應隨時注意周圍行人及自身的安全,特別在夜間施工時更應注意。

9 工后沉降觀測

該項目施工結束后兩年內,筆者分別對回填土層較厚的化驗樓(3層磚混結構)和成品油貯罐基礎(直徑21 m環墻)重點進行了沉降觀測,結果表明總沉降量(一年內沉降量為10 cm,兩年內沉降量為11 cm左右)及不均勻沉降量均在規范允許范圍內。

10 經濟指標對比

與復合地基振動碎石樁(該種復合地基在當地比較常用且相對經濟,造價約70元/m2)相比,強夯法處理地基每平方米造價(本工程造價為20元/m2)要節約50元左右,總計節約500萬元左右。

11 結語

強夯法處理軟土地基及回填土地基是目前最經濟實用的方法,隨著科技的不斷發展及施工工藝的改進,它的應用范圍也將越來越廣。

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