摘要:我国湿陷性黄土分布范围很广,在较复杂的湿陷性黄土条件下,强夯法处理湿陷性黄土地基技术具有施工简便、速度快、效果好等优点,在建设中大量运用并取得巨大的成就。本文通过工程实例进行验证,对于相近地质条件下的地基处理工程具有借鉴意义。
关键词:地基处理;湿陷性;湿陷系数;强夯法
1. 引言
地基作为接受传来荷载的土层,它的好坏直接影响整个建筑物的安危,必须牢固、稳定而可靠。在较复杂的湿陷性黄土条件下,如何选择合理的地基处理方案,减少地基处理费用,确保建筑物的安全是十分重要的。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004及以往的工程经验,目前我国使用较多的地基处理方法有垫层法、强夯法、挤密桩复合地基、桩基础等。其中,强夯法于上世纪70年代引入我国,经过三十多年的发展,已在工业与民用建筑等多种场地的地基
处理中得到了广泛应用。本文将结合工程实例,揭示强夯法处理湿陷性黄土地基的显著效果。
2. 湿陷性黄土特点及湿陷性变形
2.1 湿陷性黄土特点
湿陷性黄土在我国分布的面积很广,大致占黄土总面积的一半以上。湿陷性黄土压缩性较低、强度较高,一旦遇水浸湿后,土体结构发生迅速破坏,强度显著降低,并产生明显的附加下沉。
2.2 湿陷变形的主要判定指标
湿陷性变形是指建筑物的荷载不改变,湿陷性黄土在土体自重压力之下,或者土的自重与土附加压力的共同作用之下,遇水浸湿时产生了大量且急剧的附加下沉,通常为局部和突然发生的,且很不均匀,尤其是受水浸湿初期,一昼夜内可产生150~250mm的湿陷量。这种变形量大、发生速度快而又不均匀的变形,对建筑物产生严重的危害。因此,对于湿陷性黄土地区的建筑物,不论其地基承载力能否达到容许承载力,都应当进行地基处理,提高承载力,消除湿陷性。按现行《湿陷性黄土地区建筑规范》,黄土的湿陷性,按湿陷系数δm来进行判定。该系数大小可以反映出黄土对水的敏感程度,越大则表示土受水浸湿后的湿陷量越大,对建筑物危害也越大,相反则越小。湿陷系数δm在工程中的主要用途:(1)判别黄土是否具有湿陷性;(2)鉴别黄土湿陷性的强弱程度;(3)预估湿陷性黄土地基的湿陷量。按现行规范的规定,以0.015为判定的界限值,小于0.015定为非湿陷性黄土;大于或等于0.015则为湿陷性黄土。判定湿陷性强弱:0.015≤δm≤0.03,判定为轻微湿陷性;0.03<δm≤0.07,判定为中等湿陷性;δm>0.07,判定为强烈湿陷性。
3. 强夯法的加固机理及优缺点
3.1 强夯的加固机理
强夯法又称动力固结法,由法国工程师梅那在1969年首创的一种地基加固方法。此方法的实质,是将大吨位重锤起吊到一定高度后使其自由下落,在极短的时间内对地基土体施以强大的冲击能量,再经过反复冲击,以及产生的冲击波反复夯压地基土,使土体受到瞬间的加荷、卸荷以及剪切的反复作用,压缩原有土体的大孔隙结构,使土周围产生很多隙,孔隙水由此排出,土体原有的形式被破坏,重新固结后变为新的较为稳定的形式,从而提高地基土的承载力和稳定性。当前,我国用强夯法处理湿陷性黄土已取得较成功的经验,单层最大夯击能量已超过8000 KN.m,处理深度可达12米,经多层强夯处理后深度可达24~54米。强夯法的加固机理及方法进一步体现了处理湿陷性黄土的特征,在提高承载力的同时,消除黄土湿陷性。
3.2 强夯技术的优缺点
经过几十年的应用与发展,强夯法已适用于加固各类地基土,随着施工方法的改进和排水条件的改善,具有适用范围广、加固效果显著、施工设备简单、施工方便、工期短、节省材料、经济易行等优点。尽管强夯法在建设工程中被广泛使用,但也有缺点需要引起足够的注意:(1)施工中震动较大,不适用于离建筑物或构筑物比较近的区域,以50米以外为宜。(2)对土方的含水量比较敏感,若含水量高,则易造成橡皮土。(3)施工过程中,要掌握好机具稳定性,应避免重锤直接接触砖块、混凝土块等硬物,以免出现伤亡事故。
4. 工程实例
4.1 工程地质条件
场区属填方区,原地面标高811.1m~817.8m。勘察最大深度20m,表层分布有素填土,其下为第四纪坡洪积地层,主要为粉土、角砾、粉质粘土。拟建建筑物基础埋深2米,基础坐落在素填土上,该层土土质不均匀,力学性质较差,地基属不均匀地基。场地湿陷性评价:根据勘察土工试验资料分析,场地地基湿陷等级为Ⅱ级(中等)。地下水:可不考虑场地内地下水的不利影响。土的腐蚀性:场地内土层对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。地震效应:场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为7度(第一组),设计基本地震加速度值为0.15g,特征周期为0.35s,场地不
会产生地震液化。
4.2 地基处理方案分析及建议
场地整平标高按820.0m考虑,拟建建筑物基础埋深2米,基础坐落在素填土上,且下部分布具有湿陷性的粉土,建议进行强夯处理,要求消除或部分消除地基土的湿陷性,同时增强地基承载力。
4.3 设计要求
要求处理后的地基承载力特征值fak不小于160KPa,压缩模量特征值Es不小于10MPa,强夯处理范围应大于基础范围,每边超出基础外边线不小于10米,强夯处理深度为4米。在此范围内消除地基土的湿陷性。
4.3 强夯方案设计及加固效果
4.3.1 强夯方案设计
施工前,先对场地进行试夯,经检测合格后,根据试夯区的施工参数进行大范围施工。强夯施工参数的确定依据场地的地质条件,主要参数有:单点夯击能、夯击遍数、夯击间隔时间、夯点布置及夯距等。
(1)夯锤:采用锤重33T,落距18.20m。布置四个排气孔,气孔直径250mm。
(2)夯击次数:按试夯时记录的夯击次数以及夯沉量关系曲线确定,同时满足以下要求:1)采用单击夯击能量为6000KN.m,