强夯在厚填土地基处理中的应用

黄磊;丛征;郭鹏辉

【摘 要】某厂区由开山填土形成,其最大填土厚度高达22 m.经技术经济分析比较,采用强夯对厚填土场地进行地基处理,结果表明,采用6 000 kN·m的高能量强夯,可使填土地基的承载力特征值达到180 kPa以上,地基有效加固深度达到10 m以上,填土工后总沉降控制在15 cm以内,满足了上部结构的使用要求.该技术对山区厚填土场地平整具有较强的指导意义. 【期刊名称】《宝钢技术》 【年(卷),期】2018(000)006 【总页数】4页(P75-78) 【关键词】强夯;厚填土;地基处理 【作 者】黄磊;丛征;郭鹏辉

【作者单位】宝钢工程技术集团有限公司,上海201999;宝钢工程技术集团有限公司,上海201999;宝钢工程技术集团有限公司,上海201999 【正文语种】中 文 【中图分类】TU472.31

某工厂位于重庆市开发区内,其场地由填土填筑形成,填土最大厚度为22 m,平均厚度也达到18 m。场地形成时,施工单位根本没有分层填筑、分层压实、分层检测的概念,而是由渣土车水平填筑而成。由于现有场地上表层土为近期回填的素填土,状

态松散且厚度较大,如不进行处理,势必会造成地基承载力不足,且填土自身会产生较大的压缩变形,从而影响上部结构的使用。

对填土最常见、最经济的地基处理方式为强夯,对于填土厚度非常大的地基,通常在场平阶段采用10 m/层分层填土、分层强夯的方式进行处理。但本场地现填土已经完成,不可能再进行分层强夯。通过技术经济分析比较,最后采用高能量强夯的方式进行地基处理。 1 地基处理方案 1.1 填土情况分析

本场地内填土厚度不一,待场平结束后,素填土及粉质黏土层的总厚度约为8～22 m,平均厚度将达到15 m左右。填土所用材料主要为山皮土,其中夹有较大的石块。由于大量石块的存在及投资预算的,本工程不适宜采用PHC桩和旋挖成孔灌注桩,经技术经济和工期诸因素对比分析后决定采用浅基础,如何为浅基础提供一个高承载力、低沉降的地基是本工程的一个难题。

本场地内表土层是堆积时间较长的杂填土,厚3～5 m,以山皮土夹石块为主,根据测试指标定位为杂填土层;杂填土下为黏土,厚2.3～3.0 m,中等强度;第三层为砂砾石,强度中至中实。本工程为备品备件仓库,系钢结构,长度为90 m,跨度为30 m (共两跨),厂房高度为17 m,采用2台10 t桥式起重机,总建筑面积达5610 m2。 1.2 加固方案比选

本工程填土厚度较大,如要将填土及粉质黏土层全部处理到非常密实状态,非常困难也无必要。原因有三个:①该区域无软土层,工后沉降主要来自于填土自身的压缩变形,故填土层本身沉降并不大,大约20 cm左右;②该工程上部结构为轻钢结构,对沉降变形也不是非常敏感;③荷载较小,影响深度有限。故本工程地基处理主要是提高地基的承载力,并在一定范围内减小沉降,没有必要完全将填土处理到位,只需处理一定深度范围内的填土,在填土表层形成一个“硬壳层”即可。

对于松散的素填土,强夯不失为一种非常好的地基处理方法,但强夯仍存在一个处理深度的问题,当填土厚度过大时,为不使土体产生过大的压缩变形,通常采用分层强夯的方法进行处理。大量工程实例表明,分层强夯相对于仅对填土表面强夯,不仅压实系数、地基承载力均有所提高,而且工后沉降要小得多。故该场地本应进行分层强夯处理, 但现场平基本上已到设计标高,缺乏施工条件。如前所述,本工程地基只需处理一定深度内的填土,故只对表层进行强夯,但由于填土厚度非常大,故采用高能量强夯,这样就基本上可达到协调不均匀变形的目的。

最终地基处理采用表层强夯的方式,在现场地标高进行强夯,强夯采用两遍点夯1遍满夯,夯点间距为5 m,点夯击能为6 000 kN·m,满夯夯击能为2 000 kN·m,然后再振动碾压不小于6遍。要求地基处理后的承载力特征值达到160 kPa,10 m以内超重型动力触探击数不小于10击。 1.3 改进的分层总和法计算填土沉降

分层总和法是目前进行地基沉降最常用的方法,但该法一般只用于地基沉降计算。由于填筑过程是一个逐级加荷的过程,随着填土逐渐增加,各填筑层既是荷载,又是受压层。这使得在填土自身压缩量计算中不能直接用分层总和法,必须根据填土自身的压缩特征,对分层总和法作适当的改进。 本工程作如下假定或简化:

(1) 填土自身压缩按分层总和法计算。在计算某一填土层对下面土层的作用时,该填土层作为附加荷载,以下土层按自重应力考虑。

(2) 填土内部自重应力呈线性增加,按应力计算公式σ=γh计算。土体中的附加应力符合半无限体上条形荷载作用下的应力分布。

(3) 随应力水平的逐步变化,填土的孔隙比逐渐减少,压缩模量逐渐提高,其应力应变关系符合e～p曲线或ES～P曲线。 1.3.1 填土内部的应力分布

填土内部应力如图1所示。

图1 填土内部应力关系图Fig.1 Internal stress diagram of filling soil 图1中:hJ为第J层填土厚度;BJ为第J层填土顶宽;LJ为第J层填土边坡水平投影长度;σI为第I层填土的自重应力;ΔσIJ为第J层填土施加后在第I层填土中所增加的附加应力。

在各层填土中,自重应力可表示为: (1)

每增加一填土亚层,其下各土层中的附加应力增量按式(2)计算: (2)

其附加应力公式可简化为： (3)

式中:y为第J层中心点至第I层中心点的距离,y=hIJ;hJ为第J层填土中心点至第I层填土中心点的距离。 1.3.2 各层的沉降计算

在各层填土的自重应力和附加应力求出以后,其填土压缩变形(SIJ)的计算公式为: (4)

由此,第I层土自身压缩量(SI)为:

(5)

在各分层的压缩变形量求出以后,由分层总和法,整个填土的总压缩变形量(S∞)为: (6)

根据该法对场地的填土自身压缩变形进行预估,得出在上部结构荷载作用下,不作地基处理时,分层填筑(每层1 m)、分层压实后填土自身总的压缩变形约为23 cm,如不是分层填筑则压缩变形量将更大,采用表层强夯后填土工后总变形约为11 cm (S总-S1=工后沉降),可以满足上部结构的沉降要求。 2 检测

为检验高能量强夯的处理效果,本场地进行了密实度、静载试验(表1、图2)、超重型动力触探(表2)和瞬态瑞雷波测试,密实度主要用于检测表层填土的压实度,静载试验和超重型动力触探用于检测地基处理效果,瞬态瑞雷波用于检测强夯的处理深度。 表1 静载试验表Table 1 Standard penetration test项目荷载/kPa03479124169214258303348各级位移

/mm01.2851.591.761.6762.94.55.9157.74累计位移

/mm01.2852.87.6356.3119.313.819.71527.455变形模量/MPa—15.415.915.515.5————

图2 荷载—沉降曲线Fig.2 Load-setlement curve

表2 超重型动力触探试验Table 2 Extra-heavy dynamic penetration试验孔深/m修正后击数平均值(N120)/击密实度0.2^2.08.中密2.0^4.011.49密实4.0^6.011.15密实6.0^8.010.45密实8.0^10.010.66密实

经检验,地基处理后,表层土的密实度均达到了0.94,地基承载力特征值达到了180 kPa,超重型动力触探击数均达到了10击以上,强夯的影响深度达到了10 m。

该工程地基处理后,整个厂房柱及设备基础均没有采用桩基,而采用柱下基础和条基,相比初步设计的桩基,工程造价大大降低,从基础施工加荷与实测沉降表 (表3)中可看出,竣工后两年沉降速率为0.004 mm/d,趋于沉降稳定,以后实测值每年仅沉降1.22～1.11 mm。地基变形值均在设计规范允许值内,经过两年运行,结构一切正常。 3 结论

(1) 对于厚填土地基,采用高能量强夯可以形成一个10 m左右的硬壳层,从而对基础的主要持力层进行加固。

表3 基础施工加荷与实测沉降表 Table 3 Construction of loading and measured settlement table序号观测日期荷载/kPa各点实测沉降量/mmABCD基础平均沉降量/mm平均沉降速率/(mm·d-1)12013-01-14(竣工后半年)34842.9335.2115.5636.2332.4822013-11-2834845.2735.7416.3437.4533.700.00432014-11-0234846.9537.2018.4539.7735.590.002015-01-0834847.1837.3618.5740.0135.780.003

(2) 检测结果表明,经过强夯后的厚填土地基,其表层填土层的地基承载力特征值可以达到180 kPa,压实度可以达到0.94以上,超重型动力触探击数可以达到10击以上,强夯有效深度可达10 m以上。

(3) 采用高能量强夯处理过的地基,其沉降可控制在15 cm以内。

本工程根据场地厚填土的特点,采用强夯对表层深厚填土进行加固,技术经济合理,也将为存在深厚填土层地基处理提供宝贵经验。 参考文献

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