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強(qiáng)夯橡皮土的處治方法
李 哲1 賀建龍2 嚴(yán) 軍3 李 旭3 鄭 義3
(1.長安大學(xué)710068 西安;2.空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院712000 西安;
3.陜西省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院710082西安)
1、工程概況
中國航天工業(yè)總公司西安某廠擬建住宅樓l5棟,建筑面積l9056.12m2。擬建建筑物為七層磚混結(jié)構(gòu),條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深一2.7m。建筑場地均屬濕陷性黃土場地,丙類建筑,建筑物安全等級(jí)為二級(jí),巖土工程勘察等級(jí)為二級(jí)。
根據(jù)場地特點(diǎn),地基處理采用強(qiáng)夯法。設(shè)計(jì)要求強(qiáng)夯法處理地基承載力特征值為200kPa,施工采用履帶式 W1001型吊車進(jìn)行,夯錘為平底圓形,直徑2.53m,錘重100kN,最大夯擊能量為l000kJ,夯錘單位靜壓力約20kPa。。夯點(diǎn)按井字形布置,間距3.4m,正方形網(wǎng)格整片處理。強(qiáng)夯施工分為兩遍夯,第一遍為連續(xù)夯,夯擊能1000kJ,第二遍滿夯,夯擊能300kJ。
由于強(qiáng)夯施工期間遇雨且排水不利及其他原因(另文分析)造成部分建筑場地地基土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯后使地基土上部(2m以上)成為中偏高壓縮性土,靜載荷試驗(yàn)中,在未達(dá)到設(shè)計(jì)承載力值時(shí)地基沉降變形顯著,一定荷載作用下,荷載壓板周圍土體產(chǎn)生隆起,或出現(xiàn)多條環(huán)狀裂縫。原狀土夯后明顯呈層分布,各層厚約l~3cm不等,層間可見水平裂隙,施加小荷載后卸載表現(xiàn)出明顯的回彈現(xiàn)象,再次進(jìn)行加卸載循環(huán),仍存在較顯著的回彈,顯示出橡皮土的特性。
2、場地工程地質(zhì)條件
工程場地位于長安縣韋曲鎮(zhèn)北塬,地貌單元屬l級(jí)黃土臺(tái)塬。地基土自上而下依次為:近代耕土,素填土,第四紀(jì)全新世新近堆積黃土,黑壚土,晚更新世風(fēng)積黃土,殘積古土壤,中更新世風(fēng)積黃土等,在勘察期間,20m深的鉆孔中未見地下水。3橡皮土的宏觀力學(xué)性質(zhì)3.1靜載荷試驗(yàn)成果分析 本文以三棟建筑物強(qiáng)夯后地基土進(jìn)行試驗(yàn)分析。由于各建筑物處于同一地貌單元,地基土物理力學(xué)指標(biāo)相近,取二個(gè)強(qiáng)夯失效地基與一個(gè)強(qiáng)夯處理成功地基進(jìn)行對比分析,以期達(dá)到對強(qiáng)夯失效地基土的力學(xué)性質(zhì)有更深刻的認(rèn)識(shí)。分析中甲、乙為強(qiáng)夯失效地基,丙為強(qiáng)夯處理成功地基。
由圖l可知,甲、乙場地地基土比丙場地地基土更快趨于破壞,且在200kPa時(shí)的沉降量分別為:26.715mm,29.722mm是丙場地的6.7~7.5倍。甲、乙、丙三個(gè)場地的地基承載力特征值分別為:120kPa,110kPa和200kPa;變形模量依次為:8.6MPa,8.4MPa和31.3MPa。甲、乙場地地基強(qiáng)夯后承載力均未達(dá)到設(shè)計(jì)值,且沉降量很大,在未達(dá)到200kPa時(shí)地基土已破壞,而丙場地的試驗(yàn)效果比較理想,其p—s曲線平緩,強(qiáng)夯后地基土的變形模量及承載力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。甲、乙場地橡皮土的變形模量均較低,反映出橡皮土抵抗變形的能力較差,地基土承載力低,不滿足建筑物地基承載力要求,需進(jìn)行加固處理。
3.2輕便動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果分析
取三個(gè)場地代表性的輕便動(dòng)力觸探曲線進(jìn)行對比,如圖2所示。
丙場地輕便動(dòng)力觸探曲線反映出N10。隨深度增加逐漸降低,表明強(qiáng)夯后地基土上部強(qiáng)度提高明顯,隨深度增加強(qiáng)夯影響區(qū)減弱,地基土強(qiáng)度逐漸降低并恢復(fù)至原始地基土狀態(tài);而甲、乙兩場地的輕便動(dòng)力觸探曲線與丙場地的情況相反,強(qiáng)夯后上部地基土強(qiáng)度較低,隨深度增加地基土強(qiáng)度逐漸增大達(dá)到原始地基土強(qiáng)度。甲、乙兩場地在小于2.1m時(shí)N10擊數(shù)較小,即N10<40;丙場地在同樣深度范圍內(nèi)的N10擊數(shù)較大,即N10>50。三條曲線在2.1m處相交,反映出該場地l000kN/m2強(qiáng)夯后形成的橡皮土的埋藏深度在一2.1m左右,在該深度以下一定厚度土層由于強(qiáng)夯的擊實(shí)作用,地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較原狀土有所改善,濕陷性消除,強(qiáng)度比上部土體高,即強(qiáng)夯的有效影響區(qū)。
4、地基處理設(shè)計(jì)
4.1地基處理思路
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果,該處理地基經(jīng)強(qiáng)夯后,其影響深度大于5.0m,有效深度約4.0m,其中上部2.0m左右土層為低強(qiáng)度的橡皮土,下部2.0~3.0m土層土性較原狀土有較大改善,強(qiáng)度提高,濕陷性消除。因此地基設(shè)計(jì)思路為:利用下部強(qiáng)夯土,改善上部橡皮土,并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較認(rèn)為,采用鉆孑L灰土短樁復(fù)合地基方法比較合理,置換一部分土性較差的橡皮土,換填力學(xué)特性及水穩(wěn)性較好的灰土材料,處理深度宜大于2m,使樁端處于較好的土層上,以便充分利用強(qiáng)夯處理后下部較好的土層。
4.2地基處理方法及設(shè)計(jì)參數(shù)
按上述思路,地基處理采用鉆機(jī)成孔,夯填2:8灰土成灰土短樁復(fù)合地基的方法進(jìn)行地基補(bǔ)強(qiáng)加固處理。設(shè)計(jì)樁體直徑400mm,樁長2.5m,樁距700ram,排距600mm,正三角形滿堂布樁,設(shè)計(jì)置換率30%。采用KLB一400mm螺旋鉆機(jī)成孔,2.3kN圓形夯錘擊實(shí),夯錘落距2.0m,夯擊能量為4.6kN‘m
4.3處理效果檢驗(yàn)
灰土短樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果見圖3,表明處理后地基土p—s曲線明顯呈緩變形形態(tài),地基土壓縮沉降量顯著降低,強(qiáng)度明顯提高。灰土樁處理后效果見表2。設(shè)計(jì)樁體直徑400mm,置換率30%,實(shí)際樁體在鉆孔夯填過程中存在不同程度的擴(kuò)徑,實(shí)測樁體平均直徑在420mm左右,因此,實(shí)際置換率為33%。比設(shè)計(jì)置換率大3%左右。在工作荷載下,灰土樁處理后的沉降量比強(qiáng)夯后橡皮土的沉降量降低了85%左右,在最大荷載下沉降量降低了78%~85%。灰土樁處理后地基承載力特征值比強(qiáng)夯后橡皮土承載力特征值提高了133%一l55%,變形模量提高了2.4~2.6倍。
表2灰土樁處理后與強(qiáng)夯后地基沉降量與承載力對比表
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沉降量(mm) |
承載力特征值(kPa) |
變形模量(MPa) |
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強(qiáng)夯后處理前 |
灰土樁處理后 |
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場地 |
工作荷載 (200kPa) |
最大荷載 (400kPa) |
工作荷載 (200kPa) |
最大荷載 (400kPa) |
強(qiáng)夯后 |
灰土樁處理后 |
強(qiáng)夯后 |
灰土樁處理后 |
甲場地 |
26.715 |
70.032 |
4.000 |
15.239 |
120 |
280 |
8.6 |
31.0 |
乙場地 |
29.722 |
98.376 |
4.036 |
14.403 |
110 |
280 |
8.4 |
28.8 |
5、結(jié)論
灰土短樁處理較大厚度橡皮土被證明是有效處理方法,處理后的地基達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,滿足了工程需要。任何地基處理都有其特定的條件,本次地基處理充分利用強(qiáng)夯后下部土體被壓密且強(qiáng)度較高的特點(diǎn),并以此為灰土短樁復(fù)合地基下臥層,達(dá)到減小處理深度,節(jié)約費(fèi)用的目的。目前,對于橡皮土地基多采用開挖換填方法,由于挖除的橡皮土無利用價(jià)值,需外運(yùn)棄置,導(dǎo)致二次處理費(fèi)用較高及施工工期延長,對工程建設(shè)產(chǎn)生不利影響,而采用鉆孔灰土短樁復(fù)合地基處理的方法,由于夯實(shí)后的灰土樁樁體具有低壓縮性、水穩(wěn)定性的特點(diǎn),同時(shí),樁身灰土對樁周一定厚度的橡皮土中的水有吸附作用,從而在灰土樁周形成一弱鈣化圈,因此由灰土、鈣化圈和橡皮土形成的復(fù)合地基,整體強(qiáng)度大幅度提高。本次利用灰土短樁復(fù)合地基加固橡皮土地基的成功經(jīng)驗(yàn)提供了一種處理較大厚度橡皮土地基的有效方法,可供同行借鑒。
參考文獻(xiàn):
[I]《地基處理手冊》(第二版),《地基處理手冊》(第二版)編寫委員會(huì),北京:中國建筑工業(yè)出版社.2000
[2]《簡明工程地質(zhì)手冊》,《簡明工程地質(zhì)手冊》編寫委員會(huì),北京:中國建筑工業(yè)出版社.l998
[3]《復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用》,龔曉南,北京:中國建筑工業(yè)出版社.2002
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會(huì) 文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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