浅析强夯地面夯沉量的影响因素及预估方法

康永

(中海油大同煤制气项目筹备组,北京 100015)

浅析强夯地面夯沉量的影响因素及预估方法

康永

(中海油大同煤制气项目筹备组,北京 100015)

本文分析了影响强夯后地面平均夯沉量的主要因素,并提供了强夯法地基处理后地面平均夯沉量的预估方法,为在强夯方案设计准确预估地面平均夯沉量提供了参考。

强夯 夯沉量 预估 影响因素

强夯法是把重锤从一定高度自由落体下落夯击土层,使地基迅速固结的方法,因其地基加固效果显著,施工操作简单,施工费用低,施工工期短等优点,被广泛应用于堆场、公路、机场、房屋建筑、油罐等工程的地基处理。在强夯方案设计中,也常常因在采用强夯法进行地基加固处理后地面整体会有一定的下沉量,如果地面平均夯沉量估算不准确,直接会影响设计质量。强夯法地基处理后地面的平均夯沉量,一般指从起夯面标高到全部强夯施工完毕后整平面标高的沉降差,也相当于各遍夯后平均沉降量的累加值。由于强夯后的地面平均夯沉量的估算还会直接关系到建筑场地的土方平衡和工程费用,所以预估强夯地面的平均夯沉量有一定的经济意义和工程意义。

1 夯沉量的影响因素分析

在强夯施工中,影响强夯地面夯沉量的因素众多,且存在高度的非线性,要找到一个同时考虑诸多变量影响的强夯地面夯沉量的理论公式,在目前几乎是不可能的。因此,在众多影响夯沉量的因素中找出主要的因素,并加以分析研究,对提高地面夯沉量预估值的准确性会起到一定的作用。

1.1 单位面积夯击能

根据工程实践对夯坑深度和夯坑周围地面变形的观测结果,场地地基土体被夯击后地面变形特点为：各夯点夯坑深度的增幅随着夯击击数的增大有明显的减小,夯坑深陷,夯坑周围基本无隆起或早期有少量隆起,由此分析夯击能是影响夯沉量的主要的因素之一。单击夯击能对夯沉量起决定性作用,但又受锤底面积的影响。强夯后土体的密实部分主要在锤下,锤底面积越小,产生的夯坑深度越大,故用单点单位面积夯击能来描述单点夯沉量比夯击能更确切合理。

1.2 夯击击数

强夯法加固地基的机理是压实原理,室内击实试验和工程实践都显示,夯坑深度与击数的关系可用双曲线或指数曲线型式表达,夯沉量随击数增加而增大。

1.3 夯点间距

夯点间距是表征土体被加固量的参数,夯点间距越小,并不能使夯沉量有明显增加;夯点间距过大,不但对夯沉量的影响较大,对土体加固的均匀性影响也大。由此可见,夯点间距也是影响夯沉量的因素,但对单击夯沉量(夯坑深度)却没有影响。为此,可先预测单点夯沉量,然后根据其与夯沉量的关系,推算出整片场地的夯沉量,这时,夯点间距不作为预测输入。

表1 各能级强夯地面平均夯沉量预估值

1.4 土体的含水量、孔隙比、干密度

土体含水量、孔隙比、干密度等因素都会对强夯的夯沉量产生影响。由于土体强夯加固是动力压实作用的结果,因此,与土体密实程度直接相关的孔隙比、天然干密度的影响最为显著,虽然压实原理要求土体达到最佳含水量时才能达到最大的密实度,但在实际工程中,土体含水量只能控制在一定的范围内,而含水量对土体的坑剪强度起决定性的作用,也是影响夯沉量的主要因素。

2 夯沉量主要影响因素的确定

根据对夯沉量的各种影响因素的分析,单位面积夯击能、单点夯击数、土体含水量、土体孔隙比和干密度等五个因素作为强夯处理地基的单点夯沉量的主要影响因素,能作为强夯施工地面夯沉量预测方法的主要输入参数。

3 地面夯沉量的预估方法

3.1 采用平均夯坑深度与夯沉量的关系计算

场地夯沉量可粗略地由各夯点的有效夯入体积之和除以场地总面积获得。中科院武汉岩土力学研究所的付志斌、汪稔引入了极限孔隙比的概念,提出强夯沉降换算系数,建立了较为可靠地计算模型确定夯坑沉降值与地面夯沉量的关系。因此,可根据场地的平均夯坑深度值计算而得到整片场地的夯沉量,计算公式如下：

根据在试夯过程中获得的上述各参数的试验数据,利用公式(1)可计算得出场地平均夯沉量。采用这种方法,不仅可和试夯进行单点夯沉量的比较和验证,也可适应不同夯击遍数不同夯击能的情况。

3.2 根据工程经验预估值查表法

根据规范的要求,在强夯施工前应进行试夯,但根据试夯确定的地面平均夯沉量,由于试夯区面积较小,而实际施工时面积较大,与实际情况相比,误差较大,所以强夯地面平均夯沉量的预估,一般应根据工程经验确定。预估强夯地面的平均夯沉量时,所指平均夯沉量包含了点夯、插夯、复夯和满夯等各遍夯后的全部沉降量。

在《强夯地基处理技术规程》CECS279-2010条文说明中,根据对大量的工程实践经验进行分析总结,给出了不同能级强夯地面平均夯沉量的预估值,见表1。

因此,在缺少施工经验的情况下,可根据上表中给出的预估值,对强夯施工后地面平均夯沉量进行预估。

3.3 利用强夯前后土体干密度的不同进行估算

当强夯的有效加固深度以夯后地基土的压实度为主要控制标准时,地面平均夯沉量也可按下式估算：

z为终夯面下起算的夯实厚度(m);

一般在完成场地试夯工作之后,根据试夯获得的各参数的试验数据,结合前期完成的场地岩土勘察工作中进行的岩土试验数据,利用用上述公式(2)计算得出场地平均夯沉量。

从上述公式(3)可知,由于夯后的平均干密度是用处理厚度底面标高处夯前土的干密度和强夯后夯面土计算干密度估算,使得计算结果与实际会存在一定的偏差。

4 结语

采用强夯法进行场地地基加固施工时,在开始强夯施工前对地面夯沉量估算准确与否,将直接影响止夯面与基础底面标高的相对位置,进而影响到挖高填低的夯后工作量。所以,正确预估夯沉量对于缩短工期及节约工程造价具有现实意义。

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[4]CECS279—2010,强夯地基处理技术规程[S].