强夯地基处理法在天元化工一期工程中的应用

于德生

1 概述

强夯法是20世纪60年代法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法,这种方法是将重锤(一般为100 kN～400 kN)从高处自由落下(落距一般为6 m～40 m)对地基以冲击和振动,使土中出现冲击波和冲击应力,迫使土体孔隙压缩,土体局部液化,在夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,孔隙水和气体逸出,使土粒重新排列,经时效压密达到固结,从而提高地基承载力,减少其压缩量的一种有效地基加固方法,也是我国目前最常用和最经济的深层地基处理方法之一。我国自20世纪70年代引进此法后,迅速在全国推广。经过几十年的推广和应用改进,在建筑工程、水利工程和公路工程中得到了广泛的应用,取得了良好的效果和效益。笔者结合天元化工地基处理的工程实际情况,对强夯地基处理的施工方法进行了详细论述,同时对该方法的检测及工后沉降观测结果等做了简要说明,通过该工程实际对类似工程设计及施工提供参考。

2 工程概况

该工程由河南省化工设计院有限公司及鞍山热能研究院负责设计,总占地面积33万m2(其中生产区31.5万m2,行政办公区及生活区占地1.5万m2),分为行政办公区及生活区、焦化及制联合装置区、公用、罐区及检修化验等几个装置区,总建筑面积约8万m2,建筑物安全等级一、二级,最高建筑物为31 m框架结构,最大贮罐直径为21 m,高度16.5 m,抗震设防烈度为6度近震,建筑物重要类别为Ⅱ类,场地类别三类,地基等级为二级。根据榆林市岩土公司2006年8月提供的《神木天元化工有限公司一期岩土工程勘察报告》中对地基处理的建议及设计院对拟建建筑物基础的要求,经与设计院商定对设计地基承载力小于150 kPa的区域,由于新近填土厚度较大、均匀性差、承载力较低,所以决定在该区域采取强夯处理的办法,变形模量 E0＞15.0 MPa,地基处理后方可进行基础工程的施工。

3 场地工程地质条件

3.1 地层结构及岩性描述

该区地处鄂尔多斯盆地陕北台向斜的东北部,总体为一轴面走向 NNE,倾向NW,倾角 1°～4°的单斜构造,无大的褶皱与断裂,地层平缓,构造行迹比较简单。根据钻孔揭露及室内土分析结果报告,勘探点深度范围内地基土主要为新近人工堆积的素填土、第四纪风积粉细砂、粉土及粉质黏土、侏罗纪泥岩、砂岩。

3.2 地下水水文地质条件

本工程场地内地下水很深,勘察在钻探深度内没有揭露到地下水,因此对强夯施工较为有利。

4 强夯法施工机具、设备的选择

强夯法施工机具设备见表1。

表1 强夯法施工机具、设备

5 强夯参数设计

1)采用“三遍点夯+一遍满夯”进行加固处理。2)点夯单击夯击能为4 000 kN◦m。3)点夯夯点布置根据建筑特点,夯点间距为5.0 m×5.0 m,两排夯点间相互错开,呈梅花形。4)根据勘察资料,各遍点夯间隔时间选取为3 d。5)点夯收锤标准:a.最后两击的平均夯沉量不大于8 cm;b.夯坑周围地面隆起量小于1/4夯坑体积;c.单击夯击次数7次～8次。当最后两击的平均夯沉量超过8 cm,且地面隆起量小于1/4夯坑体积时,需增加夯击次数以满足a的要求。6)满夯单击夯击能为1 500 kN◦m,单点夯击次数为1次。满夯夯点搭接长度不少于35 cm。7)强夯加固范围:超出基础外边缘5 m实际处理面积为10万m2。

6 施工方法

6.1 试夯

1)强夯收锤标准:a.最后两击的平均夯沉量不大于 8 cm;b.单点夯击次数不小于7击;c.周边地面隆起量不大于夯坑体积的1/4;d.当达不到a,b,c标准但夯沉量大于2 m时,可收锤;e.若相邻两点均出现d的情况时,需采取夯坑回填碎石再强夯的处理方法。2)回填碎石再强夯(即置换强夯)的处理方法。先夯后填,填料至强夯达到以上收锤标准。3)强夯后的检测方法采用荷载试验,具体数量及位置待与设计单位、监理单位、检测单位协商后决定。

6.2 环境影响

由于强夯振动强烈,对临近建筑及管线有较大影响。根据周边环境情况,在厂地东侧距离成元电石厂较近,所以事先设置防振沟,沟深超过原有建筑物基础埋置深度0.5 m且不少于3.0 m,沟宽不小于1.0 m。

6.3 地下水控制

由于施工深度范围内无地下水所以不考虑地下水的影响,当地表有积水或潮湿而影响强夯效果时,不能施工。

6.4 强夯的工艺流程

1)由于该场地已平整,强夯前,按夯点布置测量放线定位。2)强夯分段进行,顺序从边缘夯向施工场地中间。在每个区域内按照夯点的位置进行点夯,每夯完一遍,用推土机整平场地,再放线定位,接着进行下一遍点夯,点夯达到收锤标准后即可进行满夯。3)夯击时,落锤保持平稳,夯位准确,夯击坑内积水及时排除。

6.5 施工质量控制

1)开夯前应检查夯锤的重量和落距,以保证单击夯击能符合设计要求。2)在每遍夯击前,应对夯点放线进行复核,发现偏夯或漏夯应及时纠正。3)按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。4)在施工过程中,对各项参数和施工情况进行详细记录。

7 质量检验

1)试验要点。以设计承载力的2倍作为加载极限荷载,分为10级,以便于操作,每级加载量均换算为压力表读数。试验采用快速加载方法,荷载加到设计承载力的2倍或出现破坏为止;每级加载后,每隔 10 min记录百分表值一次,每级加载时间为30 min;绘制 p(荷载)—s(沉降量)曲线,结合破坏情况确定基本承载力。2)试验结果及结论。试验加载至设计承载力的2倍后,均未出现破坏现象,且沉降量s都远小于规定值,说明该地基的承载力满足设计要求,因此本次强夯是成功的。

8 安全保证措施

1)凡进场工人都必须进行三级安全教育,并建立三级安全教育卡。2)凡进入现场人员必须戴安全帽。3)项目直接责任人向安全员或工长等进行安全交底,施工员向班组进行安全技术交底,班组长组织工人进行安全学习。4)严禁酒后作业,严禁在施工现场嬉戏打闹。5)上班操作前检查夯机的电源、电器是否完好,防止突发事故发生。6)基坑递运物品,不准直接往基坑内投掷任何物件,为防止物体滚落到坑内,基坑顶边做高900 mm围护栏杆。7)强夯时有些石块或坚硬土块会随着夯锤落下而四处飞溅,应在其周围防护,以免石块从高空坠落伤人,现场施工人员应随时注意周围行人及自身的安全,特别在夜间施工时更应注意。

9 工后沉降观测

该项目施工结束后两年内,笔者分别对回填土层较厚的化验楼(3层砖混结构)和成品油贮罐基础(直径21 m环墙)重点进行了沉降观测,结果表明总沉降量(一年内沉降量为10 cm,两年内沉降量为11 cm左右)及不均匀沉降量均在规范允许范围内。

10 经济指标对比

与复合地基振动碎石桩(该种复合地基在当地比较常用且相对经济,造价约70元/m2)相比,强夯法处理地基每平方米造价(本工程造价为20元/m2)要节约50元左右,总计节约500万元左右。

11 结语

强夯法处理软土地基及回填土地基是目前最经济实用的方法,随着科技的不断发展及施工工艺的改进,它的应用范围也将越来越广。

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