強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法在填湖地基處理中的應(yīng)用*

彭遠(yuǎn)新 鄒維列 陳祖之

深圳星河龍崗填湖工程湖泊面積4萬多平方米,深達(dá)30 m,湖底淤泥厚度6 m～8 m。采用水下拋填塊石擠淤,開山石填筑,強(qiáng)夯法加固,湖泊周邊淤泥采用強(qiáng)夯置換法加固,水上分層填土和土石混合料強(qiáng)夯加固[1]。為保證地基處理效果達(dá)到設(shè)計要求及施工安全,控制地基沉降,通過現(xiàn)場試驗確定施工工藝參數(shù),施工過程中通過多種檢測手段控制質(zhì)量,監(jiān)測強(qiáng)夯對周邊環(huán)境的影響和地基沉降。

1 工程概況

場地原始地貌屬剝蝕殘丘及山前沖洪積平原,湖泊為原水泥廠采石區(qū),淤泥層底標(biāo)高為10 m～12 m,層頂標(biāo)高 16 m～18 m,場地東南側(cè)為深惠公路,北側(cè)邊緣為低矮磚結(jié)構(gòu)平房及混凝土結(jié)構(gòu)多層住宅。湖泊周邊場地自上而下為人工填土、表土、沖洪積層、下伏基巖為石炭系測水段泥質(zhì)粉砂巖和大理巖。下伏基巖淺部巖溶發(fā)育,屬于巖溶中等～強(qiáng)發(fā)育帶,溶洞含充填物,充填物為軟塑狀粉質(zhì)黏土。粉細(xì)砂層透水性及富水性中等,微風(fēng)化大理巖含巖溶裂隙水,富水性較強(qiáng),其余土層為相對弱含水層。地下水主要來源于大氣降水的滲入及地表水的側(cè)向補(bǔ)給。抽水試驗[2]表明巖土層滲透系數(shù) k介于0.387 m/d～3.11 m/d之間,屬于透水到弱透水之間,場地巖溶水不發(fā)育,屬弱富水性。

2 施工參數(shù)及質(zhì)量檢測

2.1 強(qiáng)夯施工參數(shù)

拋石層選取代表性的試夯區(qū)1 600 m2,114個夯點(diǎn),夯擊能為5 000 kN·m,夯點(diǎn)間距、間隔時間同設(shè)計參數(shù)。收錘標(biāo)準(zhǔn)為:最后2擊平均夯沉量不大于100 mm;夯坑周圍地面隆起量大于1/4夯沉量體積;夯坑有吸錘趨勢,夯坑深度大于2.0 m,滿足其一即停夯。試夯過程中獲得夯擊數(shù)與夯沉量的關(guān)系曲線,試夯均按最后2擊平均夯沉量不大于100 mm收錘,夯點(diǎn)夯擊數(shù)為7擊～25擊,第一遍夯點(diǎn)和第二遍夯點(diǎn)平均夯沉量分別為165.95 cm和116.95 cm。

試夯施工完成一周后對試夯區(qū)進(jìn)行平板載荷試驗[4],壓板3 m×3 m,最大試驗荷載360 kPa,采用慢速維持載荷法。檢測結(jié)果見表1,表中5號點(diǎn),地基承載力達(dá)到180 kPa,變形模量164 MPa,最大沉降量10.02 mm。由試夯和夯后檢測確定拋石層強(qiáng)夯施工參數(shù)為:夯擊能5 000 kN·m,局部地段受周邊環(huán)境影響,夯擊能分別為 3 000 kN·m和 4000 kN·m,夯點(diǎn)間距、夯擊遍數(shù)、間隔時間同設(shè)計參數(shù),夯點(diǎn)擊數(shù)按最后2擊平均夯沉量不大于100 mm收錘標(biāo)準(zhǔn)控制。

2.2 強(qiáng)夯置換施工參數(shù)

由于拋石擠淤的作用,湖泊周邊存在大面積的淤泥,厚度大,按最后2擊平均夯沉量不大于100 mm收錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)夯,夯坑超深造成埋錘,無法按收錘標(biāo)準(zhǔn)收錘。挖除淤泥工作量大,采用強(qiáng)夯置換加固處理[5],夯點(diǎn)間距3 m×3 m,能級5 000 kN·m,收錘標(biāo)準(zhǔn)為:最后2擊平均夯沉量不大于100 mm,夯坑填料為塊石。現(xiàn)場試夯5點(diǎn),平均夯沉量為13 m,夯點(diǎn)擊數(shù)為25擊～30擊。強(qiáng)夯置換加固處理試夯后采用瑞雷波對加固效果進(jìn)行檢測[6]。檢測結(jié)果為:表層下 2.0 m內(nèi),波速 160 m/s～180 m/s,介質(zhì)疏松;2.0 m～8.0 m,波速增大;8.0 m左右頻散曲線存在拐點(diǎn);8.0 m以下波速有明顯增大的趨勢。結(jié)果表明:強(qiáng)夯置換加固深度在8.0 m左右,表層2.0 m以下不存在獨(dú)立的軟弱層,地基承載力達(dá)到220 kPa,采用強(qiáng)夯置換加固湖泊周邊淤泥處理效果明顯。

2.3 拋石層質(zhì)量檢測

底層拋石強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換處理完成后,進(jìn)行平板載荷試驗檢測,壓板3 m×3 m,最大試驗荷載360 kPa。拋石層平板載荷試驗結(jié)果見表1。

表1 平板載荷試驗結(jié)果

2.4 填土層施工參數(shù)和質(zhì)量檢測

填土層按設(shè)計強(qiáng)夯施工參數(shù)試夯,夯擊能3 000 kN·m。夯點(diǎn)擊數(shù)按最后2擊平均夯沉量不大于50 mm的收錘標(biāo)準(zhǔn)控制,夯點(diǎn)擊數(shù)為7擊～15擊,平均12擊。試夯區(qū)采用重型圓錐動力觸探試驗檢測強(qiáng)夯處理后密實度,檢測16點(diǎn)。強(qiáng)夯處理后地基密實度為中密～密實狀態(tài),錘擊數(shù)為7擊～12擊,未強(qiáng)夯處理地基密實度為松散～稍密狀態(tài),錘擊數(shù)為3擊～6擊。經(jīng)強(qiáng)夯處理后地基密實度明顯提高。試夯確定收錘標(biāo)準(zhǔn)為:夯點(diǎn)擊數(shù)小于12擊時,按最后2擊平均夯沉量不大于50 mm收錘,大于12擊時,按最后2擊平均夯沉量不大于100 mm收錘。

2.5 土石混合料層施工參數(shù)和質(zhì)量檢測

39.5 m高程強(qiáng)夯夯擊能為3 000 kN·m,收錘標(biāo)準(zhǔn)為最后2擊平均夯沉量不大于50 mm,平均擊數(shù)11擊。41.1 m高程強(qiáng)夯夯擊能3 000 kN·m,梅花形布置,夯擊擊數(shù)4擊。滿夯1 000 kN·m,夯擊擊數(shù)3擊。16 t～18 t振動碾壓機(jī)碾壓5遍～6遍。

交工面施工完成后進(jìn)行平板載荷試驗檢測,壓板3 m×3 m,最大試驗荷載360 kPa,共檢測12點(diǎn)。試驗 p—s曲線無明顯的拐點(diǎn),180 kPa對應(yīng)沉降量為4.57 mm～27.1 mm,地基承載力特征值取最大加載量的一半為180 kPa,16.4 MPa～97.1 M Pa,最大沉降量為11.99 mm～53.68 mm。交工面地基均勻,滿足設(shè)計地基承載力和變形模量要求。

3 周邊環(huán)境安全

為保證湖泊抽水過程中周邊環(huán)境安全,在周邊房屋附近每20 m布設(shè)一個回灌井,抽水過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況,停止抽水后回灌;沿湖泊周邊布設(shè)地下水位觀測孔,觀測地下水位變化情況;周邊道路每30 m布設(shè)一沉降兼水平位移觀測點(diǎn),每棟建筑布設(shè)3個沉降兼水平位移觀測點(diǎn),湖泊邊坡中部設(shè)置1個～2個觀測點(diǎn),周邊管線進(jìn)行實時監(jiān)測保護(hù),當(dāng)觀測值超過警戒值時,停止施工,采取地下水回灌等措施[7]。

底層水下淤泥受拋石強(qiáng)夯的側(cè)向擠壓作用,對湖泊周邊岸坡產(chǎn)生側(cè)向推力,影響邊坡建筑安全。在周邊布設(shè)測斜觀測點(diǎn),用測斜儀觀測岸坡深層水平位移。

為減小強(qiáng)夯振動造成溶洞塌陷[8],在湖泊周邊設(shè)置隔振溝減小強(qiáng)夯的影響范圍。拋石強(qiáng)夯飛濺為施工安全的一大隱患,采用搭設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)控制空中飛濺物,每點(diǎn)前幾擊采用低落距,低夯擊能強(qiáng)夯。

4 分層沉降和工后沉降、位移監(jiān)測

4.1 分層沉降監(jiān)測

為保證強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換處理地基的質(zhì)量,為建筑物的設(shè)計和施工提供地基沉降資料,在34 m高程填土強(qiáng)夯施工完成后,用地質(zhì)鉆機(jī)φ 108鉆頭鉆孔埋設(shè)分層沉降管和沉降磁環(huán)[9,10],監(jiān)測拋石層和填土層的分層沉降。監(jiān)測點(diǎn)4個,沉降管底標(biāo)高21.0 m,沉降磁環(huán)4個,標(biāo)高分別為22 m,26 m,30 m,34 m,分層沉降監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 分層沉降監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果表明:在自重、濕化變形、上部堆載作用下,34 m高程下土層已完成大部分沉降,沉降主要由拋石層和淺層土體產(chǎn)生,在交工面施工完成后沉降已經(jīng)穩(wěn)定。

4.2 交工面沉降、位移監(jiān)測

為保證地基沉降和位移在允許范圍內(nèi),交工面施工完成后,停止抽水,水位上升至自然水位。均勻布設(shè)沉降觀測點(diǎn)12個,監(jiān)測地基的工后沉降和位移。監(jiān)測期一個月,頻率10 d/次。各監(jiān)測點(diǎn)累計沉降為0.5 mm～2.5 mm,速率 0.1 mm/d～0.21 mm/d,累計位移為0.1 mm～1.97 mm,速率0.01 mm/d～0.14 mm/d。監(jiān)測結(jié)果表明地基沉降和位移滿足建筑物要求。

5 結(jié)語

1)強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法處理深水湖泊深厚淤泥高填方地基效果明顯,能顯著地提高地基承載力和變形模量,減小工后沉降。2)對于深水湖泊湖底6 m～8 m厚淤泥,可以采用部分抽水,水下拋填塊石擠淤,開山石填筑后5 000 kN·m夯擊能強(qiáng)夯加固處理。3)5 000 kN·m夯擊能強(qiáng)夯置換處理湖泊周邊淤泥能達(dá)到拋石擠淤強(qiáng)夯的處理效果,加固深度可達(dá)8 m。4)填土和土石混合料強(qiáng)夯嚴(yán)格控制填料質(zhì)量,按收錘標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制夯點(diǎn)擊數(shù)可取得良好的處理效果。5)抽水填筑強(qiáng)夯需采取設(shè)置回灌井、水位觀測孔、沉降位移觀測點(diǎn)、隔振溝、防護(hù)網(wǎng)等措施,加強(qiáng)監(jiān)測保證周邊環(huán)境安全。6)不同填料分層填筑強(qiáng)夯的高填方地基需分層試夯確定施工參數(shù),分層檢測處理效果,以保證地基處理質(zhì)量。7)對高填方地基進(jìn)行深層土體分層沉降和交工面工后沉降監(jiān)測,可對地基沉降進(jìn)行有效控制,確保建筑物安全。

[1]徐至鈞.強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法加固地基[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]工程地質(zhì)手冊編寫委員會.工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[3]JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[5]龔曉南.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[6]沈軍明,林 春.深圳市拋石填海強(qiáng)夯地基的瑞雷波法檢測[J].水土保持研究,2007(2):22-23.

[7]JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[8]吳綿拔,李俊如.強(qiáng)夯對環(huán)境的振動影響研究[J].土工基礎(chǔ),1992(2):23-25.

[9]袁聚云,徐 超,趙春風(fēng).土工試驗與原位測試[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2004.

[10]林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.