淺析強夯地面夯沉量的影響因素及預估方法

康永

(中海油大同煤制氣項目籌備組,北京 100015)

淺析強夯地面夯沉量的影響因素及預估方法

康永

(中海油大同煤制氣項目籌備組,北京 100015)

本文分析了影響強夯后地面平均夯沉量的主要因素,并提供了強夯法地基處理后地面平均夯沉量的預估方法,為在強夯方案設計準確預估地面平均夯沉量提供了參考。

強夯 夯沉量 預估 影響因素

強夯法是把重錘從一定高度自由落體下落夯擊土層,使地基迅速固結的方法,因其地基加固效果顯著,施工操作簡單,施工費用低,施工工期短等優點,被廣泛應用于堆場、公路、機場、房屋建筑、油罐等工程的地基處理。在強夯方案設計中,也常常因在采用強夯法進行地基加固處理后地面整體會有一定的下沉量,如果地面平均夯沉量估算不準確,直接會影響設計質量。強夯法地基處理后地面的平均夯沉量,一般指從起夯面標高到全部強夯施工完畢后整平面標高的沉降差,也相當于各遍夯后平均沉降量的累加值。由于強夯后的地面平均夯沉量的估算還會直接關系到建筑場地的土方平衡和工程費用,所以預估強夯地面的平均夯沉量有一定的經濟意義和工程意義。

1 夯沉量的影響因素分析

在強夯施工中,影響強夯地面夯沉量的因素眾多,且存在高度的非線性,要找到一個同時考慮諸多變量影響的強夯地面夯沉量的理論公式,在目前幾乎是不可能的。因此,在眾多影響夯沉量的因素中找出主要的因素,并加以分析研究,對提高地面夯沉量預估值的準確性會起到一定的作用。

1.1 單位面積夯擊能

根據工程實踐對夯坑深度和夯坑周圍地面變形的觀測結果,場地地基土體被夯擊后地面變形特點為：各夯點夯坑深度的增幅隨著夯擊擊數的增大有明顯的減小,夯坑深陷,夯坑周圍基本無隆起或早期有少量隆起,由此分析夯擊能是影響夯沉量的主要的因素之一。單擊夯擊能對夯沉量起決定性作用,但又受錘底面積的影響。強夯后土體的密實部分主要在錘下,錘底面積越小,產生的夯坑深度越大,故用單點單位面積夯擊能來描述單點夯沉量比夯擊能更確切合理。

1.2 夯擊擊數

強夯法加固地基的機理是壓實原理,室內擊實試驗和工程實踐都顯示,夯坑深度與擊數的關系可用雙曲線或指數曲線型式表達,夯沉量隨擊數增加而增大。

1.3 夯點間距

夯點間距是表征土體被加固量的參數,夯點間距越小,并不能使夯沉量有明顯增加;夯點間距過大,不但對夯沉量的影響較大,對土體加固的均勻性影響也大。由此可見,夯點間距也是影響夯沉量的因素,但對單擊夯沉量(夯坑深度)卻沒有影響。為此,可先預測單點夯沉量,然后根據其與夯沉量的關系,推算出整片場地的夯沉量,這時,夯點間距不作為預測輸入。

表1 各能級強夯地面平均夯沉量預估值

1.4 土體的含水量、孔隙比、干密度

土體含水量、孔隙比、干密度等因素都會對強夯的夯沉量產生影響。由于土體強夯加固是動力壓實作用的結果,因此,與土體密實程度直接相關的孔隙比、天然干密度的影響最為顯著,雖然壓實原理要求土體達到最佳含水量時才能達到最大的密實度,但在實際工程中,土體含水量只能控制在一定的范圍內,而含水量對土體的坑剪強度起決定性的作用,也是影響夯沉量的主要因素。

2 夯沉量主要影響因素的確定

根據對夯沉量的各種影響因素的分析,單位面積夯擊能、單點夯擊數、土體含水量、土體孔隙比和干密度等五個因素作為強夯處理地基的單點夯沉量的主要影響因素,能作為強夯施工地面夯沉量預測方法的主要輸入參數。

3 地面夯沉量的預估方法

3.1 采用平均夯坑深度與夯沉量的關系計算

場地夯沉量可粗略地由各夯點的有效夯入體積之和除以場地總面積獲得。中科院武漢巖土力學研究所的付志斌、汪稔引入了極限孔隙比的概念,提出強夯沉降換算系數,建立了較為可靠地計算模型確定夯坑沉降值與地面夯沉量的關系。因此,可根據場地的平均夯坑深度值計算而得到整片場地的夯沉量,計算公式如下：

根據在試夯過程中獲得的上述各參數的試驗數據,利用公式(1)可計算得出場地平均夯沉量。采用這種方法,不僅可和試夯進行單點夯沉量的比較和驗證,也可適應不同夯擊遍數不同夯擊能的情況。

3.2 根據工程經驗預估值查表法

根據規范的要求,在強夯施工前應進行試夯,但根據試夯確定的地面平均夯沉量,由于試夯區面積較小,而實際施工時面積較大,與實際情況相比,誤差較大,所以強夯地面平均夯沉量的預估,一般應根據工程經驗確定。預估強夯地面的平均夯沉量時,所指平均夯沉量包含了點夯、插夯、復夯和滿夯等各遍夯后的全部沉降量。

在《強夯地基處理技術規程》CECS279-2010條文說明中,根據對大量的工程實踐經驗進行分析總結,給出了不同能級強夯地面平均夯沉量的預估值,見表1。

因此,在缺少施工經驗的情況下,可根據上表中給出的預估值,對強夯施工后地面平均夯沉量進行預估。

3.3 利用強夯前后土體干密度的不同進行估算

當強夯的有效加固深度以夯后地基土的壓實度為主要控制標準時,地面平均夯沉量也可按下式估算：

z為終夯面下起算的夯實厚度(m);

一般在完成場地試夯工作之后,根據試夯獲得的各參數的試驗數據,結合前期完成的場地巖土勘察工作中進行的巖土試驗數據,利用用上述公式(2)計算得出場地平均夯沉量。

從上述公式(3)可知,由于夯后的平均干密度是用處理厚度底面標高處夯前土的干密度和強夯后夯面土計算干密度估算,使得計算結果與實際會存在一定的偏差。

4 結語

采用強夯法進行場地地基加固施工時,在開始強夯施工前對地面夯沉量估算準確與否,將直接影響止夯面與基礎底面標高的相對位置,進而影響到挖高填低的夯后工作量。所以,正確預估夯沉量對于縮短工期及節約工程造價具有現實意義。

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[2]羅嗣海,楊澤平,龔曉南.強夯的地面變形規律初探[J].地質科技情報,2000,19(4)：92-96.

[3]付志斌,汪稔.強夯軟基加固地面沉降實用計算方法[J].土工基礎,2000,14(3)：31-32.

[4]CECS279—2010,強夯地基處理技術規程[S].