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岩土研究院

干振碎石桩加固厂房下素填土地基

367 2022-05-25 10:40:13

(一)工程地质概况


一期装机容量为 70 万千瓦的河北省上安电厂,位于河北省井陉县山区内,是国家重点建设工程。因厂区范围内地形起伏较大,建厂前进行了大面积的土方挖填,填十厚度为3.0 ~9.0m。由于填土时未经分层碾压,所以 填土均匀性较差,承载力较低,压缩性较大。


该厂的金加工车间,主体结构长 66m,跨度 18m,单层排架结构,墙外为外挂预制墙板。金加工车间的基础形式,主要为独立基础,局部为条形基础,见图 7-84,基底设计压应力为150kPa。根据地形图和回填后地面的高程,金加工车阎厂房下有 4.0~4.5m 厚的回填粉土,粉土层平均含水量为18.3%,孔隙比为0.715,塑性指数为8.7~10.2,压缩模量为5.82~8.62MPa,地基承载力标准值不到 100kPa。显然地基不能满足设计要求,必以须进行加固处理。


(二)地基的处理

1.现场试桩

由于加固区域内土层均为非饱和的松散粉土。含水量接近最佳含水量。 目理藏厚度在4.5m 以内,土体易于挤密,因此,经对多种地基加固方案从技术经济等诸方面综合分析比较后,初步决定采取干振挤密碎石桩加固方案进行加固。

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为了给地基处理提供可靠的依据,在距厂房西侧约25m 的一条人工回填冲沟上进行了试桩。试验场地填土厚8~11.8m,回填时间约5年,填土土质为黄褐色粉土,轻便触探试验锤击数 Ny为10~20击。挤密碎石桩按正方形布设,桩间距为1.0m,桩径 450mm,桩长分别为3.0m和4.5m,全部未穿透填土层。


加固前后分别进行了天然地基、4桩复合地基和单桩复合地基静载试验,其中天然地基和 4 桩复合地基静载试验分别采用 2m×2m 的大型混凝土现浇压板,单桩复合地基静载试验采用1m×lm 的组合焊制的钢压板。静载试验 p-s曲线见图7-85。由静载试验 p-s 曲线可见,天然地基的 p-s曲线具有明显的比例界限,其值不到100kPa,显然不能满足承载力的设计要求;经碎石桩挤密加固后,填土地基的承载力有了大幅提高。本工程复合地基承载力基本值,对于压板为 2m×2m的4桩复合地基载荷试验,取s/b=0.008所对应的荷载;对于压板为1m ×lm的单桩复合地基,取s/=0.015所对应的荷载。表7-68为根据14个静载试验结果整理得出的加固后不同桩长的复合地基的承载力基本值和标准值。静载试验表明,经干振碎石桩挤密加固后,地基压缩性大大减小,承载力显著提高,由原天然地基的不到 100kPa 增至 220~267kPa,平均提高1倍以上,满足了设计要求。


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为了解基底下干振碎石桩复合地基的变形特征,在2m×2m的载荷试验中埋设了深层沉降标,以测绘基底复合地基的变形情况。图7-86和图7-87分别为桩长3.0和4.5m的复合地基测绘的变形随深度变化图。从图中可以看出,压板下变形随深度衰减与应力水平有关,应力水平越高,则变形衰减越慢,即影响深度越大,加固深度也越大。3.0m长的碎石桩复合地基,2m以上的基底范围内,变形占总变形的66%~77%;4.5m长的碎石桩复合地基,2m 以上的基底土层变形占全部变形的74%~79%,由此可见,在一倍压板(基础)宽度的深度内,复合地基已完成了大部分变形。因此,软弱地基加固的重点,对于独立基

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础,地基处理深度可考虑1.0~1.5倍基础宽;对于条形基础,可考虑1.5~2.0倍基础宽度。所以,金加工车间干振碎石桩长可定为3~4.5m。

2.地基处理方案

根据现场试桩情况,本工程最终决定采用干振成孔器制作碎石桩加固松散粉土地基。碎石桩的布设以最大限度的获得场地土的挤密效果为原则,在独立基础下布设成梅花型,在条形基础下布设成三角形,布桩形式及尺寸见图7-88。桩径400~450mm,桩间距900~950mm,桩长原则上根据填土的厚度或处理到地层下6m处的深度而定,置换率控制在0.08~0.14 之间。

(三)施工控制

1.施工机械

干法振动加固的主机是干法振动成孔器,其直径为280~330mm,有效长度6m,自重约22kN,由安装在上端的40~45kN的电机通过方向传动轴驱动振动头内的偏心体旋转,产生频率24.5Hz,130kN左右的水平激振力。此外,还需配备起吊力为80kN以上,

起吊高度大于 1m 的起吊机等其他辅助设备。

2.成桩工艺

由于布桩间距较小,先制成的碎石桩对后制的碎石桩的成孔有一定影响,成桩按下列顺序进行;对独立基础,成桩一般从中心桩开始,沿周边向外扩散加固,直至完成整个独立基础地基的加固。对附属建筑的条形基础,采用先承重墙后非承重墙的成桩顺序,以保证承重墙基础下碎石桩的成桩质量。

干振碎石桩的成桩工艺大致为;

振孔器就位→振动挤土成孔,至设计标高→提升振孔器至孔外→向孔内倒入碎石料,约lm 高→放下振孔器振捣碎石成桩→提升振孔器,倒入石料,重复以上步骤→制成碎石桩。

3.成桩深度控制

由于现场钻探揭示的人工填土厚度为5.6~7.2m,与按地形标高确定的厚度不一致;因此,先根据轻便触探锤击数初步确定加固深度,要求 N。≥30击;实际施工时,再根据振孔器的成孔电流确定终孔深度,要求终孔电流应达到 100~120A并稳定 20~40s 方可终止振动挤孔。

当遇到较硬夹层时,为了穿透夹层,到达拟定加固深度,可先用120~130A 高电流对夹层上部振动破土,然后将振孔器提到距孔底 1m 左右迅速落下,以穿透0.5~0.8m的硬夹层。

对于局部处于饱和、软塑状态的土层,只能形成 2m左右深的桩孔,2m 以下没有碎石桩。当软弱土层较薄时,采用垫层置换法进行加固。即先以振孔器成过,再不断向孔内填

料,用振孔器挤扩,形成孔,口直径达70~80cm、填料量达1.8~2.0m3的碎石热∶当软弱

土层较厚时,先以碎石桩加固,形成2m左右的短桩,再在碎石桩没有加固到的部位,补以直径 30cm,长5m 左右的石灰桩。

4.施工质量控制参数

碎石桩密实与否,与施工时填料量、密实电流和留振时间密切相关。施工时,原则上填料应"少吃多餐",每次投料约0.08~0.10m2³,遇缩颈时,每次填料量应减少到0.02~0.04m³,保证填料落人孔底、避免断桩、孔底无填料等不良事故。每次投料后振捣,密实电流应达到 80~100A 并稳定5~15s左右后,才可提升振孔器进行下段桩体的制作。

5.加固效果

由于干振碎石桩加固地基提高承载力的主要原因是挤土效应,桩分担的荷载只占复合地基总荷载的 20%~30%,因此,成桩后 20 天,对场地土进行了轻便触探试验。试验表明,经干振碎石桩挤密后,桩周土绝大部分测点的轻便触探锤击数 Ng>30击,承载力标准值大于 220kPa,满足了设计要求的150kPa。对部分未达到 N。>30击的地基,在基础四角位置进行了补桩挤密,桩长 2.0~2.5m,以增大碎石桩的置换率,提高土体的密实度。加桩处理后,对成桩时缩孔明显的 3E~5E基础,进一步增大了单独基础的底面积,以减小基底压应力。

金加工车间原设计施打碎石桩 647根,成桩质量检验后对局部软塑地基进行了二次处理,补桩 63根,实际完成碎石桩 710根,碎石桩总进尺 2611.3m,用碎石料406.8m³,历时48天。经碎石桩挤密后,场地土平均孔隙比由加固前的 0.715降低到 0.502,桩间土承载力标准值由加固前小于100kPa,提高到 20ckPa 以上,表明地基处理取得了明显的效果。金加工车间建成两年来,沉降平稳,未发现异常沉降,加固取得了成功。