同能级强夯法的设计参数选取
时间：2022-06-12 17:35:03 浏览次数：次
【摘 要】对8000 kN?m能级强夯进行了试夯参数设计。能级组合400kN×20m,夯点布置分别为锤径2.5m,间距7m正方形布点;锤径3.2m,间距8m正方形布点;锤径3.2m,间距7m三角形布点。通过对试验区域夯前、夯后夯点、夯间探井取样进行湿陷性消除程度对比、干密度提高程度比较、土体加密区与加固影响区的承载力与压缩模量的评价,得出适合本区域强夯施工的最优组合工艺参数,为湿陷性黄土地基处理设计、施工、检测提供参考。
【关键词】湿陷性黄土;地基处理;强夯;工艺参数
The Choice of Technological Parameter for Dynamic Compaction Treatment in Same Energy
Xiang Xing-hua1,2
(1.Shanxi Provincial academy of communications sciences taiyuan Shanxi 030006;2. Taiyuan University of Technology taiyuan Shanxi 030021)
【Abstract】Three scheme of different technological parameter were put forward for 8000KN.m dynamic compaction. The hammer weight is 400KN and the tamping height is 20m. In the first scheme the hammer diameter is 2.5m and the compaction points are square arrayed between which the distance is 7m. While in the second scheme the hammer diameter is 3.2m and the compaction points are square arrayed between which the distance is 8m. In the third scheme the hammer diameter is 3.2m and the compaction points are triangle arrayed between which the distance is 7m. After the conduction of a series of experiments, the improvement of Collapsibility、dry density、bearing capacity、modulus of compressibility in each test field was contrasted. Based on the above analysis the optimal scheme is put forward which can provide reference for design, construction and detection of collapsible loess treatment.
【Key words】Collapsible loess; Foundation treatment; Dynamic compaction; Technological parameter
1. 引言
强夯法对消除黄土的湿陷性,提高土层的均匀性、减少差异沉降方面具有显著的效果。根据湿陷土层的厚度、上部荷载的大小,设计时一般采用梅那公式提供的影响深度或规范所给的有效加固深度来确定夯击能。实际在施工过程中,同一场地、同一夯击能,在锤重和落距相同的情况下,锤径、锤底静压力、布点间距、布点方式不同,地基处理效果也是有差异的。因此,大面积施工之前,应尽可能选择不同的参数进行试验,以便取得地基处理效果与经济性的最优组合。
2. 工程概况
山西焦化股份有限公司建筑场地位于山西省洪洞县明姜沟镇。场地为梯田,地貌单元为山前洪积扇,地形为北高南低,整平后场地平均高程589.3m,高程差小于2.0m。场地地基土自上而下依次为:
①层,黄土状粉土(Q41),压缩系数 a1-2为0.14MPa-1,具强烈湿陷,土层平均厚度为6.5m。
②层,黄土状粉土(Q41),压缩系数a1-2 为0.07 MPa-1 ,具中等至强烈湿陷,土层平均厚度为3.7m。
③层,黄土状粉土(Q41),压缩系数a1-2 为0.10 MPa-1,具轻微-中等湿陷性,土层平均厚度为3.8m。
④层,黄土状粉质粘土(Q3),压缩系数a1-2 为0.05 MPa-1 ,在较高压力下具湿陷性,土层平均厚度为1.5m。
⑤层,黄土(Q3),压缩系数a1-2 为0.05 MPa-1 ,在300~400KPa压力下具湿陷性,土层平均厚度为8.4m。
⑥层,老黄土(Q2),压缩系数a1-2 为0.05MPa-1 ,在400KPa压力下具湿陷性,土层平均厚度为10.7m。
⑦层,老黄土(Q2),压缩系数a1-2 为0.04 MPa-1,在400KPa压力下不具湿陷性。
该区构造物荷载大,对沉降要求严格,场地湿陷土层厚,设计强夯能级采用8000kn.m。为选择合理有效且经济的强夯参数组合,选择三个区域进行试夯试验。试验区域见图1。
图1 试夯区平面布置图
为对比试夯前后地基处理效果,对3个试夯区域进行探井取I级原状土样进行湿陷性评价,评价结果见表1:
表1 试夯各区湿陷量计算
勘探点自重湿陷量的计算值(mm)湿陷量的计算值(mm)湿陷性黄土层最大埋深(m)湿陷类型湿陷等级
Ⅰ区312.0616.2515.7自重III级(严重)
Ⅱ区306.5613.1015.4自重III级(严重)
Ⅲ区322.0620.0515.7自重III级(严重)
表2 试夯区工艺参数表
分类场区夯点类别强夯能级(KN•m)每点击数夯点间距(m)锤重(KN)锤底面积(㎡) 锤径(m)
Ⅰ区第一遍800012-1574004.912.5
第二遍80009-1274004.912.5
第三遍20005搭接2004.912.5
Ⅱ区第一遍800012-1584008.043.2
第二遍80009-1284008.043.2
第三遍20005搭接2004.912.5
Ⅲ区第一遍800012-1574008.043.2
第二遍40009-1274008.043.2
第三遍20005搭接2004.912.5
图2 试夯场地夯点布置形式图
2. 强夯试验设计
强夯能级设计为8000KN•m,试夯拟采用锤重400KN,落距20m进行组合。本次试验选用2.5m和3.2m两种不同锤径的夯锤进行对比试验,夯锤底面积分别为4.91m2、8.04m2,锤底静压力81KPa和49KPa。夯点布置采用了三种不同间距的形式进行对比试验,夯点间距取夯锤直径的2.5~3.5倍。夯点布置见图2:
3. 强夯试验效果评价
3.1 夯击次数与夯沉量。
试验所得夯击次数与夯沉量关系可以确定每遍的最佳夯击次数,本场地三个试夯区域现场记录夯沉量数据见表3:
试夯区的各项工艺参数见表2。
从表2可以看出:三个区域第一遍最佳夯击次数均为13击(以最后两击夯沉量均小于0.10m控制);第二遍最佳夯击次数为9击(以最后两击夯沉量均小于0.05m控制)。
3.2 湿陷性消除程度。
分别在试夯区夯前、夯点、夯间挖探井在湿陷性土深度15.0m范围内每米取Ⅰ级不扰动土样,采用室内压缩试验测定黄土的湿陷系数δs,湿陷系数与深度关系曲线见图3~图5:
由图表数据可以看出,Ⅰ区试夯场地内0-11m土层δs均小于0.015,湿陷性得到消除,比较夯间土的湿陷性可以认为加固深度达到11m,大于湿陷性土层厚度的2/3;加固后本场地自重湿陷量小于70mm,总湿陷量为3.66cm,为非自重湿陷性场地。
Ⅱ区试夯场地内0-9m土层δs均小于0.015,湿陷性得到消除,比较夯间土的湿陷性可以认为加固深度达到9m,小于湿陷性土层厚度的2/3;加固后场地自重湿陷量为小于70mm;总湿陷量为7.87cm;即加固后本场地为非自重湿陷性场地。
Ⅲ区试夯场地内0-11m土层δs均小于0.015,湿陷性得到消除,比较夯间土的湿陷性可以认为加固深度达到11m,大于湿陷性土层厚度的2/3; 加固后场地自重湿陷量为 小于70mm;总湿陷量为3.115cm;即加固后本场地为非自重湿陷性场地。
图3 Ⅰ区湿陷性系数与深度关系曲线图4 Ⅱ区湿陷性系数与深度关系曲线图5 Ⅲ区湿陷性系数与深度关系曲线
3.3 干密度评价。
干密度影响深度是土体压实质量控制的标准,干密度越大,表明土体压得越密实,工程质量越好。据试夯前后取土样,进行室内试验,测得土样干密度数据见表4:
根据上表分析:
Ⅰ区:(1)6m以上干密度较大,形成加密区 ;(2)夯间土的干密度在0-11m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;11m以下土体得到小幅度提高,但未达到控制标准。
Ⅱ区:(1)6m以上干密度较大,形成加密区;(2)夯间土的干密度在0-9m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;9m以下土体得到小幅度提高,但未达到控制标准。
Ⅲ区:(1)6m以上干密度较大,形成加密区;(2)夯间土的干密度在0-10m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;10m以下土体得到小幅度提高,但未达到控制标准。
3.4 地基土承载力与压缩模量。
对夯后土体进行室内土工试验,得到承载力及压缩模量相关数据,见下表5,根据夯后土的物理力学性质,将夯后地基土的竖向上分为三个单元,即显著加密区、加固影响区、未影响区。表中数据表明Ⅰ区强夯效果最好,Ⅲ区次之,Ⅱ区最差。
表3 夯击次数与夯沉量对应数据一览表
击数12345678910111213
Ⅰ区第一遍0.611.011.461.772.072.292.462.612.752.862.993.073.16
第一遍单击0.610.400.350.310.300.220.170.150.140.110.130.080.09
第二遍0.50.871.181.441.641.781.861.911.95
第二遍单击0.50.370.310.260.200.140.080.050.04
Ⅱ区第一遍0.380.670.951.151.321.471.641.801.942.072.192.292.36
第一遍单击0.380.290.280.200.170.150.170.160.140.130.120.100.07
第二遍0.270.430.630.780.890.971.081.141.18
第二遍单击0.270.160.200.150.110.080.090.060.04
Ⅲ区第一遍0.540.871.131.341.521.691.872.032.162.272.392.482.55
第一遍单击0.540.330.260.210.180.170.180.160.130.110.120.090.07
第二遍0.360.580.770.941.081.171.241.281.33
第二遍单击0.360.220.190.170.140.090.070.040.05
表4 夯击前后各深度干密度变化
Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区
夯前夯间夯点夯前夯间夯点夯前夯间夯点
11.6810夯沉量>1m夯沉量>1m1.6710夯沉量>1m夯沉量>1m1.6694夯沉量>1m夯沉量>1m
21.53111.76561.76561.52111.96651.96651.52271.88521.8852
31.66941.75111.81311.65691.86631.86611.65891.78501.9353
41.49931.76081.64951.50211.83191.83911.49941.68911.8403
51.24261.70831.53771.24511.78631.75901.24201.63071.7009
61.32521.70891.73831.32021.69101.75001.30671.59211.5678
71.37891.64431.57691.38531.65791.62081.37291.60781.5929
81.45291.63251.59031.45041.60081.57361.44821.62011.5606
91.36581.61341.59391.36321.55491.55311.36441.57791.5505
101.47431.63081.61001.47271.35361.63281.47061.54741.6273
111.47461.56941.58161.47261.34421.63201.47241.53771.5829
121.51411.36221.55421.51211.42391.58141.51151.47801.5485
131.32241.39971.53121.32471.46381.56031.32441.54631.4740
141.36941.38031.45651.37421.45351.51171.37431.43841.5512
151.36081.46241.43151.36261.49341.49661.36351.53531.4922
4. 结论
通过本次全面系统的对同能级强夯不同参数组合的夯后效果检测分析:
(1)Ⅰ区和Ⅲ区0~11m内土层δs均小于0.015,Ⅱ区基底0-9m内土层δs均小于0.015;
(2)Ⅰ区夯间土的干密度在0-11m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;Ⅱ区夯间土的干密度在0~9m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;Ⅲ区夯间土的干密度在0~10m内得到显著提高,且值均大于1.55g/cm3;
(3)Ⅰ区和Ⅲ区夯后夯点夯间土的加固效果较好,6m以上土的干密度很大,形成加密层,6m以下至10m土的性质有明显改善,11m以下无湿陷性; Ⅱ区湿陷等级由自重湿陷Ⅲ级(严重)变为非自重Ⅰ级(轻微);但9m以下湿陷未消除,并且7m以上夯间土的性质明显差于夯点,湿陷处理效果明显不如Ⅰ区和Ⅲ区。
表5 地基土的承载力与压缩模量
试夯分区深度(m)承载力特征值(KPa)压缩模量(MPa)
Ⅰ区6m以上(加密区)31032
6-11m(加固影响区)22025
Ⅱ区6m以上(加密区)25025
6-9m(加固影响区)19022
Ⅲ区6m以上(加密区)30032
6-10m(加固影响区)20020
(4)承载力与压缩模量的数据进一步验证Ⅰ区强夯效果最好,Ⅲ区次之,Ⅱ区最差。
综上按Ⅰ区、Ⅲ区试夯工艺,强夯影响深度为11m,但是Ⅰ区干密度效果更好,应为最佳方案;Ⅱ区强夯影响深度9m,其影响程度较轻。场地大面积强夯施工的建议工艺参数按Ⅰ区设置,采用夯点间距为7m的正方形布点形式,夯锤直径2.5m。
通过本实例说明,强夯法应用广泛,但理论及机理研究尚未成熟和完善。强夯效果受场地土质、夯击能、夯击参数组合(锤重和落距)、锤径、布点方式等影响较大。为达到对地基处理的最佳效果,在夯前应根据成熟经验,进行强夯设计参数有效组合进行试验。
参考文献
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[文章编号]1619-2737(2010)09-01-191
[作者简介] 相兴华(1972.11-),女,1995年毕业于成都理工学院水文地质与工程地质系水文地质与工程地质专业,高级工程师,现在山西省交通科学研究院工作,太原理工大学在读研究生。