文章编号t 1671—4768(2006)05—0054 04 强夯法在处理湿陷性黄土地基中的应用 马 堑 (陕西省电力设计院,西安710054) 摘要:通过某变电所工程实际,介绍强夯法在处理湿陷性黄土地基中的应用现状,对存在的 问题进行分析和处理。分析了强夯对黄土密度、压缩性和湿陷性等工程特性的影响,探讨了强 夯法处理湿陷性黄土地基的工程效果,对黄土地区工程建设具有一定的参考价值。 关键词:地基;强夯法;湿陷性黄土;试夯;加固深度 中图分类号:TU444 文献标识码:B 1 引 言 强夯法又称动力固结法,是20世纪60年代 地形起伏不大,黄土湿陷性较大,上部结构对变形 敏感,为最大限度降低黄土湿陷性,故采用强夯地 基处理方法。地质勘察成果如下: 场地地层主要有:①黄土状土Q 、②古土 壤Qi ‘、③黄土类土Qi +p 、④古土壤Q{ 。、 ⑤黄土类土Q; ’、上部湿陷性强烈,压缩性高; 中部湿陷性下部趋弱,压缩性中等。具体分层情况 如表1所示。 末由法国梅纳(Menard,1969)公司首创、70年代 在我国发展起来的一种地基加固方法。该方法用 起重机械(起重机或起重机配三角架和龙门架)将 8O kN~3o0 kN的夯锤吊到6 m~25 ITI高度后, 自由落下,产生强大的动能,对地基进行夯实。可 使填土或地基表层疏松土空隙体积减小,密实度 提高,降低压缩性,提高抗剪强度和地基承载力。 此法在开始时,仅用于加固砂土和碎石土地基, 3场地湿陷性评价 按照《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 但经过几十年的应用与发展,它已适用于加固从 砂性土到粘性土的各类地基。强夯法由于具有效 果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、简便易 行和节省材料等优点,很快传播到世界各地。近些 年来,在我国强夯法多用于湿陷性黄土地基处 50025—2004),对场地黄土地基的湿陷类型及其湿 陷等级进行了判定及计算。根据计算判断该场地 为自重湿陷性场地,湿陷性黄土地基湿陷等级为 lV级。 理,不仅能有效提高地基的强度,而且还能有效地 消除黄土的湿陷性。 4地基处理方案的选择 为消除地基土的湿陷性,提高地基土的承载 力,根据勘探结果,设计采取强夯法来消除场地的 2某工程工程地质概况 陕西省某变电所工程,地处陕北黄土高原南 缘的黄土残塬区。整体地势沿黄土塬一侧的斜坡 由东向西逐渐降低。塬区顶部地形一般平缓开阔, 收稿日期t2006—09—25 湿陷性。施工前进行了试夯。 5试夯设计参数的选择 (1)单点夯击能的确定:结合本工程实际,根 作者简介:马堑(1977一),男,陕西西安人,陕西省电力设计院助理工程师。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 马 堑强夯法在处理湿陷性黄土地基中的应用 衰1 天然地基主要物理力学指标 土层厚度 层底标高 主要物理力学性质指标平均值 层号 土层名称 土层描述 (m) (m) ( ) (g/cm。y ) e I L (MPa )I一2 (kPa)C (。) 1 黄土状土 直节理黄褐色,大虫孔,垂 58~8.2 975.66~ 20 1.57 1.085 O.25 0.412 30 15 ,压缩性中等 .982.84 2 古土壤 钙质条纹深黄褐。硬辍,大量 1O~2.0 968.46~ 19 1.胶结性差 976.04 .70 0.894 O.2O 1.143 3O l5 ,3 黄土类土 针状空隙灰黄色,土质均匀。 5O~8.2 967.13~ 17 1钙质结核 . .55 0.846 O.2O 0.159 35 20 。973.344 古土壤 大最白色钙质条文 深黄褐。中等胶结, O6~1.1 958.O6~ 18 1.964.7O O.875 O.34 0.151 40 25 .4O 5 黄土类土 灰黄色,交错层理, 63~8.5 957.O6~ 0土质均匀,硬塑 .96319 1.68 40 ..924 0.13 0.1O2 45 20 据地基土类别、结构类型、荷载大小和处理深度等 因素的综合考虑,并通过现场试夯确定。本次夯击 6试夯及其效果分析 能选择为2 500 kN・m。 (1)单点夯击次数与夯击遍数:单点夯击击数 (2)试夯点的布置及间距:夯击点布置根据 指单个夯点一次连续夯击的次数,对整个场地完 基础的形式和加固要求而定,由于本次进行的是 成全部夯击点称为一遍,单点的夯击遍数加满夯 大面积地基处理,夯点采用梅花形布置(夯点布置 的夯击遍数为整个场地的夯击遍数。单点夯击试 见图1)。考虑相邻夯点侧向影响的相互搭接,夯 验在现场进行,通过测试可得,每击的夯沉量随击 击点间距取夯锤直径的2.5~3.5倍,第一遍夯击 数的增加而减少。夯击击数和夯沉量关系曲线见 点间距取4 m,以后适当减小为3 m。夯锤底面为 图2。夯击次数的确定为最后两夯平均夯沉量不 圆形,锤重25 kN。夯点起吊高度为10 m。 大于50 mm,由图可知,夯击12击之后,再增加 击数,其加密效果并不显著,再击下去只能造成能 量浪费,故初步确定12击为最佳击数。因所加固 的土层较深,为保证加密效果,初步确定夯击遍数 为三遍,对表层1~2 m的土层用低能量进行满 夯一遍处理。根据当地施工经验,超空隙水压力消 散大致需要一周时间,结合试夯效果,初步确定前 后两遍之间的间歇时间为10 d,并根据现场夯击 图l夯点布置 情况,对间歇时间做出及时的调整。 (3)处理范围:强夯处理范围大于建筑物基 础范围,每边超出基础外缘的宽度拟取处理深度 l2O 的1/2,并大于3 m。 loo 80 (4)加固影响深度:按Menard公式: 蛙6O 散40 H=a.俪 2O 式中 H——加固影响深度 O ——夯锤重,250 kN; l 5 7 ll l l5 h——落距,10 m; 夯击次数(N/次) 。——折减系数。 图2夯击次数一沉降量关系曲线 。的取值是一个值得探讨的问题,国外。的 (2)根据强夯设计的技术参数。对地基土进 取值范围0.5~1.0,而国内经验多为0.28~ 行试夯前后的土工试验结果进行了对比(见表 0.85,本工程土体为黄土,参照已完成工程经验, 2)。由表2可以看出,试夯前后土的物理力学指标 试夯时取值为0.5,计算得出加固深度H可达 发生了显著变化,土体的工程性质明显改善。特 8 m左右,满足设计要求。 别是上部6 m深度范围内土体,其千密度大幅度 维普资讯 http://www.cqvip.com
西北水力发电 第22卷 增加,最大达到1.66 g/cm,孔隙比和压缩系数明 显减小。上部8 m的土体湿陷系数均不大于 0.015,表明该场地主要湿陷性土层的湿陷性已基 本消除。8~10 m范围内土体各种土性指标变化 幅度不大,但比夯前也有所改善,土体干密度 达到1.59 g/cm。,孔隙比 达到0.912,压缩系数 根据夯坑的深浅,酌情夯到5~6击,回填一次料 填满夯坑后再夯。如果夯5~6击形成的夯坑仍然 较深,则继续填满夯坑再夯,如此反复进行。直至 夯到5~6击后,回填料下沉不大时,再按最后两 击的平均夯沉量不大于50 mm的要求继续夯击, 直至满足上述要求为止。实践证明,按以上步骤进 一 达到0.101 MPa。。。,湿陷系数 一0.020,由 此可知现场试夯的实际加固影响深度大于由 Menard公式计算的8 m。 表2强夯前后地基土主要物理力学指标对照表 夯前夯后 密度pd 孔隙比 压缩系数 湿陷系数 深度日 及比值 (g/cm ) l一2 8 (MPa ) 夯前 1.3O 1.O85 O.414 O.O63 2 夯后 1.66 O.633 O.146 O.O12 比值 0.78 1.71 2.84 3.15 夯前 1.41 O.894 0.140 0.058 4 夯后 1.62 0.648 0.137 0.O13 比值 O.87 1.38 1.O2 3.O5 夯前 1.43 0.846 O.162 0.O39 6 夯后 1.56 O.692 O.144 O+O14 比值 O.92 1.22 1.13 2.78 夯前 1.40 0.875 O+149 0.044 8 夯后 1.52 O.727 O.148 O.O15 比值 O.92 1.2O 1.O1 2.93 夯前 1.58 0.924 0.107 0.027 1O 夯后 1.59 O.912 O.1O1 0.020 比值 O.99 1.O1 1.O6 1.35 通过对表2中物理力学指标夯前和夯后的对 比分析表明,土体的干密度有了较大幅度的提高, 孔隙比和湿陷系数都得到了 很好的改善。 7强夯过程中主要控制点与控制措施 (1)夯击前后对地基土进行检测,检验点不少 于6处,同时现场测定每点夯击后的地基平均变形 值,以检验强夯效果。测试工作在强夯后4周进行。 本次施工过程中单点夯击下沉量最大为 1.2 m,最小为0.9 m,夯坑平均沉降量为1.1 m。 表面推平满夯后,地面标高平均降低62 am。夯击 结束后进行动力触探,结果表明,该场地承载力比 夯前大大提高。土体承载力由160 MPa变为 241 MPa,提高到原来的1.5倍,基本满足设计要 求的地基承载力。通过现场原位载荷试验,得到P —S曲线如图3所示。 (2)在此工程中按以下步骤进行施工:首先 行强夯处理,加固效果沿地基深度方向分布合理, 效果明显,可操作性强。 o lOO 200 300 400 5O0 P/kPa 图3 P—S曲线 (3)在施工过程中,发现夯锤落坑有倾斜现 象,经分析主要有两个原因:①夯锤本身存在偏 心。对这个问题,应在锤边焊钢板使其自身平衡。 ②在夯击过程中,因为夯锤个别气孔堵塞,造成 夯锤落地时所受向上托力不一致,故在施工过程 中,要保持气孔上下贯通。当夯坑倾斜较严重时, 应及时回填土或碎石找平 8结束语 (1)强夯法处理非饱和湿陷性黄土地基具有 明显的工程效果 能明显提高土体密度,降低土的 压缩性,有效消除黄土的湿陷性,改善黄土工程性 能。且由于强夯法夯击能量较大,由本工程可知实 际加固影响深度达到了i0 m。 (2)有效减少地基沉降量。强夯加固地基,使 土的密度增大,孔隙比减小,压缩系数降低。因此 地基沉降量有时可减小数倍,并可解除不均匀沉 降的危害。 (3)由于影响夯击效果的因素很多,在确定强 夯法施工参数时要把经验公式和现场试夯法结合起 来,由两者共同确定的施工参数会更切合实际。 参考文献: [13叶书麟。等.地基处理与托换技术[M].北京:中国建 筑工业出版社,1994. [2]《地基处理手册》编写委员会.地基处理手册[K].北 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 马堑强夯法在处理湿陷性黄土地基中的应用 建筑工业出版社,2000. 57 京:中国建筑工业出版社,1998. [3]曾国熙。卢荤钧,等.地基处理手册[M].北京:中国 [4]GB50025—2004,湿陷性黄土地区建筑规范[sl Application of Dynamic Compaction Method in the Collapsible Loess Foundation Treatment MA Qian (Shaanxi Electric Power Design Institute,Xi'an 7100054,China) Abstract:Combined with practical work,the application of dynamic compaction method on the co1. 1apsible loess foundation treatment was introduced in this paper,meanwhile,the problems existed in the processes of construction were analyzed.The effect of dynamic compaction to the soil mass densi~ ty,compressibility,collapsible and SO On was analyzed.The project effect to the application of dy~ namic compaction method on the collapsible loess foundation treatment was also discussed.There pro. vide certain reference value to the loess area engineering construction. Key words:foundation;dynamic compaction method;collapsible loess;test compaction method; strengthens depth (上接第53页) SAT。95.P676. HP膜交织的空间网状结构。HP改性砂浆不仅可 使浆体致密,减小孔隙率,而且可使孔结构向着有 利于混凝土工程性质的方向发展。 参考文献; [13杨久如,吴科如.混凝土未来科学发展的思考[J].混 凝土,2001,(3):3-9. [4] 朱江.聚丙烯纤维混凝土的技术性能及其应用口]. 新型建筑材料,2000,(2);32—36. is,P.J.Gareis.Dynamic properties of Is] G.D.ManolPolypropylene Fiber-Reinforced Concrete Slabes 口].Cement and Concrete Composites,1997,(19): 341-349. Is] 裒勇,邵晓芸.合成纤维增强混凝土的发展前景口]. 混凝土,2000,(12):3-7. [2]严少华,钱七虎.超短钢纤维高强混凝土静力与动 力抗压特性对比试验及分析[J].混凝土与水泥制 品,2001,(1):33—35. [73 迟培云-吕平,周宗辉.现代混凝土技术[M].上海: 同济大学出版社。1999. [33 Zheng jianjun,Fan Chengmou.The Reinforcement Mechanism of Steel Fiber Concrete Plates[J].DeC一 [8] 方萍.丙苯乳液改性聚合物水泥力学性能和内部结 构研究[J].混凝土,2001,(3);46—48. The Research for the Mechanical Properties of the Mortar Mixed with Hydro—soluble High Polymer Fiber and Mechanism Analyse LI Bao—ping,YAO Ze—liang (Xi ̄n Technological University。Xi,an 710032) Abstract;This paper mainly deal with the influence on the bend resistant strength and compressive strength of cement mortar under the same workability and different mixture ratio of hydro—soluble high polymer fiber(HP).The results indicate that HP can promote the strength of cement mortar. and with the increase of HP mixture ratio,compressive strength increases more obviously than bend resistant strength does;Analysis of scanning electron microscope shows that with the HP added the microstructure of mortar will change,the space web structure which consists of mixed hydrates and HP films will be formed.As a result,the performance of mortar,with high strength and few aper— tures,can be improved. Key words:hydro—soluble high polymer fiber(HP);cement mortar;modifying behaviors mechanism
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