強(qiáng)夯置換法在大亞灣濱海大道的應(yīng)用
2012-08-07
強(qiáng)夯置換是強(qiáng)夯用于加固飽和軟粘土地基的方法。強(qiáng)夯置換法的加固機(jī)理與強(qiáng)夯法不同，它是利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將碎石、片石、礦渣等性能較好的材料強(qiáng)力擠入地基中，在地基中形成一個(gè)一個(gè)的粒料墩，墩與墩間土形成復(fù)合地基，以提高地基承載力，減小沉降。在強(qiáng)夯置換過程中，土體結(jié)構(gòu)破壞，地基土體產(chǎn)生超孔隙水壓力，但隨著時(shí)間的增加，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)得到恢復(fù)。粒料墩一般都有較好的透水性，利于土體中超孔隙水壓力消散產(chǎn)生固結(jié)。本文將闡述強(qiáng)夯置換處理市政道路路基過程中的關(guān)鍵技術(shù)以及效果檢測(cè)并對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)
1、工程概述
濱海大道位于位于惠州市大亞灣石化片區(qū)南部，南鄰大亞灣，屬濱海臺(tái)地，山前沖洪積平原。道路等級(jí)為城市主干道II級(jí)，雙向4車道。現(xiàn)狀天然地基承載力低，無法滿足道路要求，需對(duì)路基進(jìn)行處理。
2、場(chǎng)地工程地質(zhì)條件
濱海大道市政工程位于大亞灣石化片區(qū)，根據(jù)工程勘察資料顯示，區(qū)域的主要土層分布為：第1層人工填土層，灰色，松散，塊石含量約55%，塊徑大多5.0~20.0cm，局部可達(dá)40.0cm，呈微風(fēng)化狀，成份為砂礫巖、礫巖，厚度1~2m；第2層為淤泥：呈層狀連續(xù)分布于場(chǎng)區(qū)。深灰色、灰黑色，飽和，流塑，含少量有機(jī)質(zhì)，具臭味，含少量貝殼碎片，局部夾微薄層線狀粉細(xì)砂。層厚2.50～13.50m，平均9.41m。統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)5次，N=1.0～2.0擊，平均1.4擊。第三層為粉質(zhì)粘土：呈層狀或透鏡狀分布。褐黃色、灰色，可塑，土質(zhì)均勻，含少量中粗砂，砂感強(qiáng)。層頂埋深10.30～12.30m，層厚0.90～2.60m，平均1.73m。統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)2次，N=7.0～11.0擊，平均9.0擊。第四層卵石：為第三系（E）碎屑巖風(fēng)化殘積土，土質(zhì)以粉質(zhì)粘土為主。
3、處理方案比選
本工程場(chǎng)地原狀淤泥厚度4.0~5.0m，后吹填淤泥7.0~8.0m，形成現(xiàn)狀軟土層包括原狀淤泥和吹填淤泥土層厚度約12m，淤泥和吹填的淤泥質(zhì)土高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度且欠固結(jié)，必須進(jìn)行必要的地基處理，才能滿足道路和管線的地基要求。
常用的吹填土軟基處理方法可根據(jù)其顆粒組成、土層厚度及排水固結(jié)條件可大致分為兩類，一類是物理的方法，通過對(duì)土體進(jìn)行沖擊或者使土體內(nèi)出現(xiàn)壓差，以此排出孔隙水,比較典型的是強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法以及基于真空預(yù)壓法出現(xiàn)的真空動(dòng)力固結(jié)法、高真空擊密法等，還有換土墊層法、加筋法等；另一類是化學(xué)的方法，該方法就是在吹填土中添加外加劑，外加劑與土體中的物質(zhì)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善土體性質(zhì)。比較典型的方法是深層攪拌法、粉噴樁法等。
攪拌樁復(fù)合地基方案可行，但需在北側(cè)現(xiàn)狀魚塘區(qū)域設(shè)置隔堤或圍堰，加固造價(jià)較高。碎石樁可存在原位強(qiáng)度不小于15KPa的軟土層中使用，在本工程大部分地段淤泥層的不排水強(qiáng)度9.1KPa，施工成樁的可靠性存疑，同時(shí)處理后碎石樁的荷載承擔(dān)比小，難以形成復(fù)合地基。堆在預(yù)壓法、真空預(yù)壓法受工期影響在本工程中不適用。綜合考慮造價(jià)、工期及附近原材料開山石豐富等綜合因素，最后采用高能量的強(qiáng)夯置換方案，置換材料為開山石。
4、不同夯擊能時(shí)夯沉量與夯擊數(shù)的關(guān)系
根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，選擇了夯擊能為4000KN.m和5000KN.m兩種夯擊能進(jìn)行試夯，以下為試夯結(jié)果：
4.1當(dāng)夯擊能為4000KN.m時(shí)
選取4個(gè)夯點(diǎn)試夯，其中錘重25000kg，落距16.33m，錘直徑1.60m，錘高1.6m，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于15cm控制。根據(jù)試夯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均夯擊數(shù)24擊，平均累計(jì)夯沉量12.02米、平均回填石料20.12立方米。A夯點(diǎn)夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線。試夯情況看，場(chǎng)地隆起不明顯，石料向周邊擠出不多。
4.2當(dāng)夯擊能為5000KN.m時(shí)
選取3個(gè)夯點(diǎn)試夯，其中錘重25000kg，落距20.0m，錘直徑1.60m，錘高1.6m，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均夯沉量不大于15cm控制。根據(jù)試夯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均夯擊數(shù)25擊，平均累計(jì)夯沉量13.82米、平均回填石料23.24立方米。B夯點(diǎn)夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線。
經(jīng)試夯確定大面積強(qiáng)夯的施工參數(shù)，強(qiáng)夯置換單擊夯擊能為5000kN.m，樁位布置采用4.0x4.0m正方形布置，夯錘直徑1.6m，夯錘重量在20～25t，夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)每點(diǎn)20～25擊，最后兩擊平均夯沉量不大于1/10錘高，累計(jì)夯沉量大于13m。
5、強(qiáng)夯置換施工概況
強(qiáng)夯置換施工首先要確定強(qiáng)夯置換墩的深度。根據(jù)需要置換的深度，再確定夯擊能和夯錘形式，夯擊次數(shù)、夯沉量等其他施工參數(shù)可以通過試夯確定。
經(jīng)試夯確定加固參數(shù)如下：
?。?）、夯擊遍數(shù)及夯點(diǎn)布置：均為點(diǎn)夯3遍，滿夯1遍。設(shè)計(jì)第一遍點(diǎn)夯為8×8m正方形布置，第二遍8×8m正方形中心內(nèi)插一點(diǎn)形成梅花形布置，第三遍點(diǎn)夯同樣為8×8m正方形布置，三遍點(diǎn)夯最終形成4×4m正方形夯點(diǎn)。滿夯夯點(diǎn)搭接施工，夯點(diǎn)搭接不小于1/4錘底面積。
?。?）、夯擊能及夯擊數(shù)：點(diǎn)夯夯擊能均為4000KN.m以上，每遍每點(diǎn)夯擊數(shù)估計(jì)15-35擊,兩端夯擊數(shù)較少，中部夯擊數(shù)較多。滿夯夯擊能1500KN.m～2000KN.m，每點(diǎn)2擊。
?。?）、夯錘直徑：點(diǎn)夯夯錘直徑均為1.6m,滿夯夯錘直徑均為2.2-2.5m。
（4）、點(diǎn)夯收錘標(biāo)準(zhǔn)：
?、佟⒆詈髢蓳舻钠骄怀亮坎淮笥?50mm；
?、凇⒑豢又車孛媛∑鸩淮笥?/4夯沉量體積。
?、邸?dāng)發(fā)生①、②兩種情況時(shí)，可采取多遍夯擊及多陣夯擊的方式直到達(dá)到①條收錘標(biāo)準(zhǔn)。
?。?）、強(qiáng)夯施工間隙時(shí)間：每遍強(qiáng)夯后，土體內(nèi)的孔隙水壓力上升，為使孔隙水壓力消散，下一遍夯擊中土體的可壓縮性加強(qiáng)，每遍點(diǎn)夯后，應(yīng)留置一定時(shí)間讓孔隙水壓力消散。
6、加固效果檢測(cè)
施工完成后，對(duì)強(qiáng)夯置換的施工效果采用鉆芯法、載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，地基土強(qiáng)度、地基承載力有較大幅度的增長。
鉆芯法選取了三個(gè)夯點(diǎn)進(jìn)行了三個(gè)鉆探地質(zhì)工作。本次鉆探孔深內(nèi)巖土層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上部強(qiáng)夯后人工填石層密度達(dá)到稍～中密狀，層厚9.70～10.00m，平均厚度9.83m；人工填石層下伏均分布有流塑～軟塑狀淤泥層，層厚1.00～1.10m，平均厚度1.0m。
對(duì)強(qiáng)夯區(qū)還抽取P1、P2、P3三點(diǎn)的平板載荷試驗(yàn)。其中，P1點(diǎn)地基極限承載力≥240kPa，承載力特征值≥120kPa；P2點(diǎn)、P3點(diǎn)地基極限承載力＝270kPa，承載力特征值≥135kPa；三點(diǎn)均滿足地基承載力特征值120kPa的要求。
夯后檢測(cè)成果表明，強(qiáng)夯后土的地基承載能力的得到了明顯提高，已能滿足工程需求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
7、結(jié)論
隨著城市道路建設(shè)的快速發(fā)展，強(qiáng)夯加固軟土地基理論和實(shí)踐發(fā)展也越來越快，在很多工程中取得了良好的效果。
（1）、在對(duì)軟土路基進(jìn)行加固具體采取哪種方案，卻取決于地下水埋深、軟土地質(zhì)、工期要求、工程造價(jià)及其對(duì)周邊環(huán)境所產(chǎn)生的影響等。
?。?）、強(qiáng)夯置換法綜合了強(qiáng)夯加固和復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)，不僅施工設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，適用范圍廣泛，而且具有速度快、效果顯著、節(jié)省投資、節(jié)約材料和加固效果好等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的地基處理方式。
（3）、值得注意的是，在進(jìn)行強(qiáng)夯施工前，我們要對(duì)場(chǎng)地范圍內(nèi)其地下構(gòu)筑物及各類地下管線位置和標(biāo)高等分別進(jìn)行查明，同時(shí)要采取相應(yīng)措施，避免在強(qiáng)夯施工過程中受到破壞。
