强夯法在滨海软土地区的应用

2020-11-24 06:21董平洋熊焕伟郝东旭
山东交通科技 2020年5期
关键词:夯法淤泥软土

董平洋,杨 阳,熊焕伟,郝东旭

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司,天津 300381)

引言

强夯法指的是为提高软弱地基的承载力,用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基[1]。强夯法的作用原理是对人工填土层进行夯实压密,使其形成一个稳定的板块,依靠加固回填土形成持力层。即使下部软土发生大的沉降,持力层也不会发生断裂,而是保持整体的沉降,从而达到地基承载力要求,也避免产生不均匀沉降,达到地基处理的效果。

1 项目概况

建设工程位于温州市洞头区的滨海冲海积平原区,濒临东海,多为软土路段,场地地质条件较差,普遍覆盖有较深厚的淤泥及淤泥质土层,该层具有高含水量、高孔隙比、高压缩性、抗剪强度低等特性。经过近几年的围垦工作,新城二期已采用宕渣回填成陆,宕渣填高不均匀,大致厚度为2 ~6 m,部分区域的宕渣层厚度超过6 m,回填时间为近3 ~5 年。根据勘察报告,宕渣填料呈松散-中密状,主要由块石、碎石、砾砂组成,碎块石粒径以200 ~400 mm为主,个别大于500 mm。片区规划有各等级道路共13 条,为避免道路、地下管线等出现不均匀沉降,修筑前需进行地基处理。

2 地基处理方案比选

2.1 冲击压实法+堆载预压法

冲击压实法在温州地区已有广泛采用,针对表层的欠固结的宕渣层,能有效地达到加密固结的效果。对于下层的深厚淤泥层,由于宕渣层的存在,淤泥层已有一定的固结度,再根据道路标高适当填高,通过一定时间的预压期,进一步提高淤泥层的固结度,将淤泥层的大部分沉降量在预压期内完成,以达到规定的工后沉降的要求。

该方法存在的问题是工期较长。由于上覆宕渣层的影响,打设排水板等加速固结的措施难以实施,需要通过一定时间的预压期才能完成淤泥土层的自然固结,经过设计计算,预压期大约需要24 个月的时间。由于工期受限,不考虑这种方法。

2.2 轻夯(轻夯多遍SST 工法)

所谓“轻夯”是适用于淤泥质土基的强夯工艺,单击夯击能先轻后重,逐级加能,轻重适度。夯击能一般小于2 000 kN·m,击数一般为5 ~15 击之间,总遍数一般为4 遍,影响深度较浅(一般小于3 m),每遍施工间隔需要3 ~7 d 孔隙水消散时间。宕渣厚度4 ~6 m,轻夯多遍工艺不能满足加固深度,且造价较高。

2.3 强夯法

先重夯,后轻夯,一次夯到位,随着单击夯击能的等级提高,有效加固深度相应增加,一般有效加固深度为4 ~8 m,最大影响深度不超过10 m,造价较低。综合考虑施工工期、工程投资等因素,确定采用强夯法对回填土较厚区域进行加固处理。

3 强夯法试验方案

应用强夯法进行大面积地基处理前,应根据人工填土的厚度,选取相应的夯击能进行处理,既要保证有效加固深度,也要避免夯击能过大,击穿形成的持力层。合理选取夯击能,不仅能使上部回填土得到有效加固,同时也可使下部软土得到有效地固结。由于宕渣层下为深厚淤泥层,地质情况较为特殊,首先选择有代表性的试验区进行强夯试验,用以确定强夯法的可行性及处理效果。试夯选取回填厚度大部分4 m 以上区域进行,目的是通过加固淤泥层上部的人工填土,以确定大面积施工的参数。

3.1 试夯方案

(1)对于宕渣层厚度不超过4 m 的区域,点夯的单击夯击能采用2 000 kN·m,当宕渣厚度小于2 m时,可预先回填不小于1 m 厚的宕渣层;对于宕渣层厚度大于4 m 的区域,点夯的单击夯击能采用3 000 ~4 000 kN·m 。对于回 填深度2 ~4 m 的区域,施工中采用14 t 以上的夯锤,使其能够满足2 000 kN·m 夯击能的设计要求。对于回填深度4 ~6 m 的区域,施工中采用23 t 以上的夯锤,使其满足3 000 ~4 000 kN·m 夯击能的要求,试夯过程中根据回填土情况选取最佳夯击能量,有效加固深度力争达到6 ~7 m。

(2)夯击遍数为2 遍点夯加2 遍满夯,必要时可适当增加。满夯的单击夯击能采用点夯时单击夯击能的一半。例如:采用2 000 kN·m 时,满夯单击夯击能采用1 000 kN·m。点夯时夯点每遍采用7 m×3.5 m 的梅花形布置。见图1,第一遍先夯“○”形夯点,每点不少于6 击,并以最后两击平均夯沉量不大于50 mm 为收锤停夯标准,依次全部夯完;第二遍再夯“△”形夯点,每点不少于6 击,并以最后两击平均夯沉量不大于50 mm为收锤停夯标准,依次全部夯完。夯点的夯击次数应通过现场试验确定,并以最后两击平均夯沉量不大于50 mm 为停夯标准。夯击时应注意:①夯坑周围地面不应发生过大的隆起。②不因夯坑过深而发生提锤困难。点夯完成后,采用低能量满夯2 遍,锤印搭接1/4。满夯点位见图2。施工参数见表1。

图1 点夯点位

图2 满夯点位

表1 施工参数

图3 点夯点位

(3)在点夯施工中注意事项:①如果在点夯施工过程中出现2 ~3 击夯沉量无法控制导致夯坑过深无法继续夯击时,应在2 遍点夯施工之前再加1遍点夯施工,夯点按3.5 m×3.5 m 正方形一次布点完成,见图3。以拔锤不困难为收锤标准,在全部夯完后,一次性往夯坑回填塘渣或块石,然后在原点夯击,观察填料夯击后的效果。目的是通过置换来提高土的强度,如果2 ~3 击后夯沉量仍无法控制,须往夯坑进行第二次填料。在填料完成后再按照2遍点夯加1 遍满夯进行处理; ②对于回填土质较差,下雨以后过于松散、夯机无法作业的区域,如条件许可,建议在该区域表层回填1 ~1.3 m 厚的塘渣后再进行施工;③在夯坑周围如有淤泥上涌而导致土层无法夯实,需要将这些淤泥挖起及外购回填料进行置换,然后按要求进行夯击,挖起的淤泥堆放在场地无需强夯的区域晾晒。

3.2 检测结果

强夯法处理地基后,选取3 个试验点进行载荷板试验检测加固效果。试验点概况见表2。试验最终结果见表3。

表2 浅层平板载荷试验点概况

表3 浅层平板载荷试验结果

静载试验表明:3 个试验点的抗压承载力特征值不小于110 kPa,在220 kPa 作用下对应的沉降量分别为11.56 mm、12.58 mm、11.32 mm,满足加固后地基承载力和沉降的要求。

4 结语

尽管强夯法已广泛应用于各类地基处理工程中,但目前为止,强夯的设计施工参数仍是经验性的,尚无成熟的理论计算依据。该工程中,强夯法处理滨海地区软土区域加固效果良好,在宕渣回填成陆的软土地区具有应用价值。

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