强夯法地基处理冬季施工浅谈

2012-09-06 00:54郎雷亮张朋张国营
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:夯法冻土厚度

郎雷亮 张朋 张国营

摘 要

强夯法地基处理是目前加固处理一般软弱地基、复杂地基、深层地基及特殊建(构)物地基的一种有效方法。它是将一定重量的夯锤提升到规定的高度后,自由下落,对地基土进行强力夯击的施工方法。强夯法施工的作用是利用冲击能使土体重新固结、含水量降低、孔隙比减小、密实度增大、强度提高,从而达到加固的目的,同时亦有效地防止了地基土冻胀,消除了地基土湿陷性。目前在我国北方寒冷地区的工程地基处理中也逐步得到了应用,并用以解决地基土冻胀问题。现将该项施工方法的冬季施工经验进行简单的叙述,不妥之处请斧正。

关键词:强夯法冻土施工原则

中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:

正 文

一、强夯法冬季施工的定义

根据广大冻土地区冬季气候和地基土冻结等特点,结合强夯法施工工艺与作用原理,强夯法冬季施工定义为:当冬季气温在0℃以下土壤开始冻结到第二年春季冻土全部融化(季节冻土层)为止的整个冻结期为强夯法冬季施工期。由于强夯法冬季施工的施工期较长,尤其是严冬地区,包括了初冬、初春和深冬季节,气候差异很大,地基土处在冻土—暖土、融土-冻土-暖土状态,不但其厚度不同,强度也不相同,直接影响强夯施工工艺和参数。因此,按照气候条件、地基土的状态将强夯法冬季施工分为三个阶段:

(1)初冬——日平均气温不低于-10℃,冻土厚度不大于1.0m的月份,划为初冬。

(2)严冬——日平均气温低于-10℃或日最高气温在0℃以下,同时冻土厚度大于1m,划为严冬。

(3)春融期——日最高气温在0℃以上至冻土全部融化之前称为春融期。

二、强夯法冬季施工的特点

强夯法冬季施工适用于各种条件的碎石土、砂土、粉土、粘性土、湿陷性土、人工填土等。当建筑场地地下水位距地表面在2.0m以下时,可直接施夯;当地下水位较高不利于施工或表层为饱和粘土时,可在地表铺填0.5—2.0m的中(粗)砂、碎石,也可以根据地区情况,回填含水量较低的粘性土、建筑垃圾、工业废料等而后再进行施夯。与其他施工方法相比,强夯法冬季施工具有以下特点:

(1)强夯法冬季施工包括地基土从冻结到全部融化的全过程,这一过程中地基土处于多层状态。如冬季表层为冻结土,下层为暖土;春融期表层为融土,中间层为冻结土,下层为暖土。在冬季强夯时,应根据各地气候条件、土壤冻结或融化厚度、不同的施工阶段制定相应的施工方案和工艺并组织施工。

(2)强夯法冬季施工,实际上就是在冻土地基上进行强夯法施工。因此,首先要根据施工时的气候、地基的土质、冻胀类别、冻层厚度及地基处理要求,决定对冻土层的处理原则。在冻土上施夯,一部分能量用于破碎处理冻土,因此,冬季强夯所需夯击能中,应包括处理冻土和加固地基两项夯击能,一般把实际起加固作用的部分夯击能称为有效夯击能。

(3)冬季强夯法施工一般需要回填(或换填)材料,且用量较大,因此,要在入冬前做好储料准备,并做好防冻处理。回填材料不得含冻土块、冰块等杂物。

(4)冬季由于地表干燥,地下水位低,地表土冻结各种机械运行便利,是强夯法施工的好季节,尤其是在低洼沼泽、湖塘地带施工。但由于在负温下施工,应注意设备保温防冻和保养。另外,由于地基土冻结,夯击振动影响范围大,一定要加强防振措施。

三、确定冻土的处理原则

根据设计要求与勘察、气候等资料,将施工期划分为初冬、深冬、春融三个阶段,分别确定冻土的处理原则。

(一)初冬季节

初冬季节冻土属高温冻土,具有强度比较低、冻层比较薄等特点,因此,可采用如下方法处理:

(1)直接夯入下土层。当夯前自然地面到基础设计底面的距离大于冻层厚度与总夯沉量之和时,也就是说强夯不至于将已冻土夯入基底设计标高以下时,无论什么土均可直接夯入下层暖土中。如遇冰层或过饱和土时,为避免融化水侵蚀地基,应在施工前清理。

(2)土破碎后夯入暖土层,当冻层较薄(小于30cm)且冻土含水量较高时,夯锤底标高低于基底标高,冻土温度高于-2℃,使之夯入暖土后在下一遍夯击前融化,能在下遍夯击时得到密实时,可将冻土夯碎后直接夯入暖土中,但其冻土直径不得大于15cm。

(二)深冬季节

深冬季节由于气温低、冻土层厚、冻土坚硬、破碎后呈块石状,一般情况下不论其冻胀性如何,强夯均不能使其得到加固。强夯施工时可用夯锤将冻土分层击碎后清除,不得夯入地基土中。

在下列情况下可不考虑清除冻土:

(1)低洼沼泽地带需要填方的工程,利用冬天地表冻结的特点,机械进入现场施工作业,可在冬季冻层上填方施夯,对地基进行初步加固,并填土覆盖,第二年春融时,挖出冻土再施夯,即将施工分两段进行。

(2)挖方过程中,当基础埋深较深,按设计判断冻土不能夯入基底时,可在冻土上直接强夯,待挖基槽时清除全部冻土,这样可起到加固下卧层的作用。

(三)春融季节

一般这个季节冻深达到最大或上部已融化。这时气温都在正温,冻土温度较高,可将冻土全部挖出。可采用人工挖冻土或机械挖融土(分层),也可用强夯夯碎冻土层后用推土机推出。对最下部温度较高的冻土一般情况下可预留30cm左右。其作用是,在地下水位高的场地,强夯施工时可起到隔水作用;初春时晚间气温低,以免地基遭冻,起覆盖作用。但对预留的这部分冻层应进行试验,仅适用于弱冻胀和不冻胀性土。

四、强夯法冬季施工准备

(一)强夯法冬季施工前准备

(1)施工前应对强夯场地进行勘察试验,除常规勘察项目外,尚应对正冻结(融化)土的冻深分布、土的冻胀(融沉)性能及冻土其他性能进行试验。

(2)冬季强夯所产生的振动一般比较大,若对施工现场周围已有或正在施工的建筑物与其他设施造成影响时,应设置防震沟。

(3)施工场地要统一规划布置,保证大型机械和运输材料的车辆通行方便,有强夯的施工作业面。

(4)施夯前应拆除地面、地下障碍物和设施,平整场地,排除积水和积雪,清理表层污泥等,还应根据场地情况,若需填方,则应按填方高度分层填压,使之能承受大型机械正常运行。

(二)强夯法冬季施工机具设备准备

(1)起重机宜选用起重能力在150KN以上的履带式起重机或其他起重设备,但必须符合夯锤起吊和提升高度的要求。

(2)自动脱钩器应具有足够强度,其材料和焊接要有很好的负温性能,且轻便灵活。

(3)夯锤可用钢制作,一般用钢板外壳,内焊接钢筋骨架并浇筑强度等级不低于C30的混凝土而制成,底板厚度不得小于20mm,吊环要有足够强度,各部焊接符合负温振动设备的质量要求。

(4)推土机一般以100号以上的大型液压式为宜,主要用于堆积冻土、回填与填平夯坑,亦可作起重机杆臂的固定锚。

(5)冬季施工还需配备起重机、推土机的预热设备,如预温车、蒸汽和热水设备等。

(三)强夯法冬季施工的参数准备

(1)确定强夯法冬季施工参数的基本资料,包括建(构)筑物设计资料、建筑场地的地质勘察资料和预计施工期中的气候资料。

(2)试夯与冻土施夯参数的确定。试夯可做2-3组破碎冻土的试验,确定破冻土的主要参数:夯锤与落距、夯点布置、单点夯击数、夯击遍数。由于各地情况差别较大,主要参数要在试夯中选择和确定。不同施工期的强夯参数的确定说明如下:

初冬:直接夯入者以夯坑底不超过设计基底标高为原则。冻土夯碎后推出场外者,夯击能不能太大,以夯碎推净为准。夯点间距视冻土厚度、含水量确定,含水量大夯距亦大,且与推土机功率有关,功率大只需把冻土层破碎成大片状即可。直接夯碎夯入暖土者,冻土块直径不大于0.15m;

深冬:深冬冻土坚硬,但冻胀性打的土脆,夯击数可少。不冻涨土冻深打,夯破较难,一般按冻土厚度分一、二、三层进行,每层约0.5—0.8m为宜。第二层或最后一层若需推出冻土者,夯入深度不宜大;

春融期:春融期冻层一般最厚或表层部分融化、土温较高、强度低,可将冻土分层夯碎推出,但二层或最下层夯坑深度控制在0.3—0.4m,一般春融期残留一层冻土,其厚度依据土质而定。

五、强夯施工工艺

(1)回填材料如果是土,则应再入冬前或初冬采集堆放,并采用一定保温措施以防止冻结。如果是春季施工,因在冻深较大的地上取土十分困难,所以在有条件时可将挖出的冻土适当晾晒,待融化后回填。在有工业废料、砂石等的地方,宜考虑采用粗粒的不冻结材料以及建筑垃圾等。

当随取土随回填时,在编制施工方案中,应考虑挖方、填方平衡,并采取取土、运输、回填连续作业。气温很低时,运输车箱底宜垫防冻材料,以免粘车。

(2)基土的换填回填。强夯冬季施工中,回填时严格控制图或其他填料的质量,凡夹杂的冰块必须清除,填方之前地基表层有冻层时也需清除。回填一般用推土机分层推填压实。回填厚度按设计要求确定并适当加厚,以便保护地基土不受冻。

(3)施夯与地基土的保护:

①强夯施工必须按试验确定的参数进行。

②夯击时,落锤应保持平稳,夯位准确,如错位或坑底倾斜过大,宜用砂或土及时填平才能进行下一次施夯。

③雨雪天施工,夯坑内或夯过场地有积冰、雪时,必须及时处理。

④施工过程中,应严格遵照《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中有关规定执行,并做好记录。

⑤每夯击完一遍后,应及时测量场地平均下沉量,及时填平夯坑,用松土或其他材料覆盖,厚度由气温决定。下一遍施夯前一般应清除表层冻土。冬季气温低,往往易粘锤底,若发现此情况,宜垫一层松散颗粒材料,还有一定保温效果。若土粘锤,则应及时处理。

(4)地基处理还需要考虑与基础和上部结构的施工配合。若地基处理后冬季不能立即进行基础施工,则必须根据季节和气候条件采取适当的防冻保护措施。防冻方法可因地制宜,用松土(有冻块也可)或其他材料覆盖,其厚度视越冬时间长短、气温高低而定。在最大冻深为2m左右的地区,覆盖厚度为1.2—1.5m的松土即可。若夯后施工基础,也应在地基表层适当加土覆盖。

另外,刚夯完的地基一般需要有一定的静置时间和固结过程,因此应避免车辆等对地基的扰动,尤其要防止施工用水对地基的浸泡。

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