強夯施工中施工參數和強夯效果的分析

馬俊剛

強夯法又名動力固結法或動力壓實法。這種方法是反復將夯錘(質量一般為10 t～40 t)提到一定的高度使其自由落下(落距一般為10 m～40 m),給地基以沖擊和振動能量,從而提高地基承載力、降低其壓縮性、改善地基性能,并能達到消除地基濕陷性的目的。

工程實例一:2008年對山西金圓水泥有限公司4 000 t/d水泥熟料生產線地基處理工程。在天然地基無法滿足設計要求的前提下,對其進行強夯處理,處理后地基承載力特征值滿足了設計要求,局部區域的濕陷性全部消除,在經濟和技術方面取得良好的效果,深受建設方和有關人士的好評。

工程實例二:2004年對陽泉煤業集團鋁化堆場地基采取強夯處理。處理后其地基承載力特征值滿足設計要求,取得建設方和監理方等的一致認可。

1 地質條件及強夯施工參數

1.1 工程實例一

1.1.1 地質條件

1)從整個場地地層情況看,場地地基土屬于第四系的松散堆積物,是典型的洪積成因類型。地基土主要由角礫、礫砂(含碎石)與粉土組成,且多呈交互出現。現將地基土分述如下:①濕陷性粉土(Qpl41):褐黃色～黃褐色,系新近沉積,含煤屑、磚屑、少量碎石土,局部夾有較厚碎石透鏡體,夾薄層礫砂、角礫,中～高壓縮性,稍密狀態,稍濕。可見白色鈣質條紋及鈣質結核,孔隙發育,具濕陷性,平均厚度6.11 m。③角礫(Qpl3):雜色,稍濕,含較多碎石,夾有薄層粉細砂、黏性土,粗、細砂充填,母巖成分為微強風化的砂巖及石灰巖等,中密～密實狀態。該層揭露層厚0.60 m～13.10 m,本次勘察未揭穿該層。

2)場地15.00 m以上黃土層均具濕陷性,擬建窯尾、廢氣處理及立磨所在場地按非自重濕陷性黃土場地,地基濕陷等級按Ⅰ級(輕微)考慮。

3)勘察深度內(50.0 m)未見到地下水。

1.1.2 強夯施工參數

山西金圓水泥有限公司4 000 t/d水泥熟料生產線強夯地基處理共有6個地基處理分項。廢氣處理、燒成窯中、粉煤制備、窯頭及窯頭電收塵、立磨5個分項工程主夯能級為600 t·m,夯錘直徑2.5 m,夯點按正三角形布置,間距6.0 m,主夯點分兩遍完成,第一遍夯單排點,單點夯擊次數為13擊;第二遍夯雙排點,單點夯擊次數為11擊,停錘標準以最后兩擊平均夯沉量不大于15 cm控制。主夯結束后進行滿夯,能級為250 t·m,錘印彼此搭接,擊數為4擊。

石灰石預均化堆場主夯能級為 500 t·m,夯錘直徑2.5 m,夯點按正三角形布置,間距5.5 m,主夯點分兩遍完成,第一遍夯單排點,單點夯擊次數為13擊;第二遍夯雙排點,單點夯擊次數為11擊,停錘標準以最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm控制。主夯結束后進行滿夯,能級為200 t·m,錘印彼此搭接,擊數為 3擊。

1.2 工程實例二

1)地質條件:本場地地基土主要為雜填土,成分以碎石土、鋁礬石碎塊等為主,填埋深度約為20 m,屬于新近回填土。

2)主夯能級為300 t·m,夯錘直徑 2.6 m,夯點按正三角形布置,間距4.5 m,主夯點分兩遍完成,第一遍夯單排點,單點夯擊次數為12擊;第二遍夯雙排點,單點夯擊次數為10擊,停錘標準以最后兩擊平均夯沉量不大于10 cm控制。主夯結束后進行滿夯,能級為100 t·m,錘印彼此搭接,擊數為3擊。

2 強夯處理效果

1)地基承載力特征值。

a.工程實例一:根據試驗結果,廢氣處理部位強夯后的地基承載力特征值為325 kPa。燒成窯中部位強夯后的地基承載力特征值為325 kPa。石灰石預均化堆場部位強夯后的地基承載力特征值為275 kPa。粉煤制備部位強夯后的地基承載力特征值為325 kPa。窯頭及窯頭電收塵部位強夯后的地基承載力特征值為325 kPa。立磨部位強夯后的地基承載力特征值為325 kPa。

b.工程實例二:強夯后的地基承載力特征值為150 kPa。

2)強夯后有效加固深度。

工程實例一:工程實例一強夯后有效加固深度見表1。

表1 各檢測點有效加固深度一覽表 m

根據標準貫入試驗擊數隨深度的變化曲線,廢氣處理場地強夯有效加固自起夯面算起介于8.39 m～8.81 m之間,平均為8.55 m。燒成窯中場地強夯有效加固自起夯面算起介于7.35 m～7.45 m之間,平均為7.40 m。石灰石預均化堆場強夯有效加固自起夯面算起介于7.34 m～7.56 m之間,平均為7.43 m。粉煤制備場地強夯有效加固自起夯面算起介于7.04 m～8.08 m之間,平均為7.62 m。窯頭及窯頭電收塵場地強夯有效加固自起夯面算起介于7.40 m～8.30 m之間,平均為7.73 m。立磨場地強夯有效加固自起夯面算起介于7.35 m～7.58 m之間,平均為7.46 m。

工程實例二:強夯有效加固自起夯面算起介于5 m～6 m之間,平均為5.5 m。

3)地基土濕陷性消除情況。

根據探井取樣室內土工試驗結果,石灰石預均化堆場、粉煤制備、窯頭及窯頭電收塵場地強夯后所取探井土試樣濕陷系數δs均小于0.015,即檢測深度范圍內地基土的濕陷性已全部消除。

3 分析評價和結論

3.1 評價

1)強夯法的優勢主要如下:a.在經濟上強夯的成本是相對低廉的。b.強夯處理的原理簡單,易于操作,原材料使用也相對簡單,地基處理的面積在相同條件下與其他的地基處理方法相比更容易贏得時間的優勢。

2)從以上兩個工程實例中可以看出:a.能級為300 t·m的強夯地基處理后地基承載力特征值可達到150 kPa;能級為500 t·m的強夯地基處理后地基承載力特征值可達到275 kPa;能級為600 t·m的強夯地基處理后地基承載力特征值可達到325 kPa。b.在強夯地基加固深度方面,能級為 300 t·m的強夯平均為5.5 m;能級為500 t·m～600 t·m的強夯平均為 7.4 m～8.5 m。c.消除地基濕陷性方面:工程實例一中的地基濕陷性被消除。

3.2 結論

1)強夯在處理碎石土、雜填土等一般地質條件下,施工參數如果選擇適當,則強夯處理后的地基承載力特征值大致有如下關系:地基承載力的數值可以達到其能級的1/2(如能級為300 t·m的強夯處理后可以達到150 kPa)。

2)強夯處理后,其影響深度可以大于其有效加固深度,有效加固的深度略低于規范上的相關規定深度(規范有效加固深度見文獻[1])。

3)強夯后可以對一定深度內的地基濕陷性進行消除或者降低其濕陷等級,并可以有效的提高地基土的強度和壓縮性。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] 李幼林.強夯加固技術初探[J].山西建筑,2008,34(9):159-160.