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岩土研究院

化肥厂强夯处理工程实例

340 2022-03-31 10:42:09

山西省化肥厂地基处理试验实施方案中规定,根据现有技术装备条件强夯试验夯击能量最大为6250kN·m。生产工艺对地基的总要求是;承载力大,地基沉降量小,因此处理地基试验目的归纳为∶

第一。判定厂区用强夯法处理地基的可能性和可行性;

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(一)试验场地工程地质条件

场地地质∶厂区按《湿陷性黄土地区建筑规范》(TT25-78),可划分为Ⅰ、Ⅱ级非自重湿陷区和Ⅱ、Ⅲ级自重湿陷区。厂区主要工程集中在Ⅱ级自重和非自重湿陷区,因此在Ⅱ级自重湿陷区选择试验场地。根据《山西化肥厂厂区工程地质勘察报告》,地质情况可划分如下∶

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(二)强夯试验设计1.夯锤

(1)形状∶圆柱形;

(2)材质∶铸铁锤,钢外壳钢筋混凝土锤;

(3)锤重;250kN、200kN、150kN;

(4)锤底面积∶7m²2、6m2、5m²、4m²。

根据以上条件。制作五种型号的夯锤即 250kN-7m²(3000mm),200kN-6m²(如2760mm),铸铁锤、钢筋混凝土锤各一 200kN-5m²(p2520mm),150kN-4m²(停2260mm)。

2.强夯能级

1000kN·m、2000kN·m、3000kN·m、4000kN·m、5000kN-m、6250kN·m六个能量级。

3.夯点

由锤重、落距、锤底面积组成的名个能级的夯点很多、因此有重点的选择其中若干夯点,以使试验工作重点突出。

(1)单夯点∶各个能级计15个点。

(2)群夯点∶六片,每片9个点。夯点矩形布置,间距 5~6m。每点击数一遍的. 一般13击;多遍的,总击数22~29击。夯2~3遍。

4.测试

根据各个夯点夯击时间,地基土固结变化情况,分期分批进行。测试工作分夯前、夯中、夯后三部分,其测试项目如下;

(1)原位测试∶动力触探、静力触探、标准贯人试验、旁压试验、探井、孔隙水压力、振动测试、动应力测定等。

(2)测量观测∶灰标点、深标点、地面标点、每击贯入度、下沉量、场地总下沉量等。

每种测试均编制了详细的测试方案(包括测试点的数量、位置、深度等)、测试要求。

(三)强夯试验情况1.强夯机具

(1)主机为日本制神户 1500kN(150t)履带吊(臂长 35m,倾角68°)组合缀条式门型支架(高 30m,宽6m)。

(2)脱钩装置∶三扣式人力拉绳脱钩器。2.夯锤

对五种夯锤进行重量校核,每个夯锤的实际静压在 35~40kN/m²,比一般低级强夯所用夯锤的静压大10~15kN/m²。

3.强夯能级

群夯的平均夯击能是根据夯击能级、夯击击数和强夯面积确定的,6250~5000kN·m 的平均夯击能在2800~5800kN·m/m²、4000kN-m、3000kN·m 的平均夯击能在1900 ~2500kN·m/m2范围内。

4.夯击点数量和夯击方法

(1)夯击点数量

92个点,总击数为1270击;

(2)夯击方法

1)单点

①一遍夯击法;在一个夯点一次连续夯击,一般为13击,确定13击数的理由是最后3击贯人度相接近,地基土出现了橡皮土,主机拔起夯锤已经困难,锤底真空吸力超过锤重,最大时约有3倍多。

②加副点夯击法。正点周围设3个副点,按不同击数与正点在同一时间内夯击,缩短分遍间隔和测试时间,为加固表面测得数据。

③多遍夯击法;夯完第一遍 13击后,再填土进行二遍或三遍夯击,总击数在 22~29击,并分遍测试其夯击效果。

2)群夯

①一遍夯击法;一片群夯中9个夯点,采用先外后内或顺向夯击,每夯点数9~13 击。

②多遍夯击法∶第一遍夯四角和中间夯点。也有9个夯点全夯的,间隔一定时间,再夯二遍、三遍。

③群夯的间距∶排列为正方形,根据单点夯击影响范围选用Sm、6m(见图3-4-73)。

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5.测试工作

(1)夯前∶根据地貌单元在单点及群夯的范围内,均在强夯前布置了原位测试点,取得了自然土地基的物理力学性指标,便于校核场地的工程地质条件,更重要的是和强夯后的物理力学性指标作对比,以确定强夯的效果。

(2)夯中;取得测量数据也是评定强夯效果的一项重要工作。如每击下沉量、总下沉重、贯入度、场地的下沉量、地表位移和深层侧移等。

孔隙水压力,锤底动应力。测振也都在夯前、夯中进行布设、而在夯中、夯后的一定时间内测定其数据。为确定强夯施工工艺和研究强夯机理提供科学依据。

(3)夯后;穷后的测试工作是分期分批按第一、二、三次进行的。为的是在夯击而破坏了的地基土经过不同时间的固结,地基土的各项物理力学性指标变化发展规律,并确定强夯法处理地基的影响深度和宽度。

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(四)强夯试验效果分析

强夯效果必须用测试数据来说明,并根据所取得的数据进行初步评定。

1.强夯能级

在强夯机具起重能力可能的条件下,选用高能级夯击遍数多的得到的加固影响深度和密度越大,其物理力学性指标越好(表3-4-63、3-4-64和3-4-65)。

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(5)地基土含水量

试验场地夯前地基土的含水量在 21,4%~23.2%。土体呈非饱和状态、土的塑性指数为11.7~14.5,属粉质粘土,但土质的粘性较大,渗透系数小。含水量的高低会直接影响到分遍夯击间隔时间和夯击效果。试验工作是在非饱和黄土地基上进行的,鉴于要达到的目的是加固深层,从理论上讲,减少或增加含水量是可以采取措施的,但在实践中却有许多困难(尤其是深层消散水分)。含水量在 18%~20%,夯击效果较好。对于饱和黄土的强夯效果,还需要进一步试验。

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(6)相同条件、不同材质夯锤的对比

试验中制作了两个25kN,底面积均为 5m²(相同的直径)。但材质不同的夯锤。一为铸铁夯锤,一为钢外壳钢筋混凝土夯锤。在同一场地、同能级、相同击数、同一天进行夯击试验,击后各测试结果表明,它们是不因材质不同而有不同的夯击效果的。

(7)振动和动应力

1)振动测量;一般径向振动大于垂直振动,也大于环向(切向)振动。振动随能级提高而增大。在黄土层中,振动对建筑物的影响距离见表3-4-68。

2)锤底动应力测定;锤底动应力值是随能量增大而增大的,见表3-4-69。

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(8)地表位移

地表位移见表3-4-70,表明在黄土中,由于土固化内聚力大,除含水量大的土在开始几击有微量外移、隆起外,在侧挤作用下,地表并不隆起和向外位移,反而由于夯坑塌土及土被压密产生向坑心的位移及下沉,其影响范围约与干密度大于15kN/m²的有效加固深度相当,但毅值都不大。前已说明,对建筑物遣成危害的仅为夯坑附近几米的挤动区内,太原电解铜厂黄土强夯 2.5m以外即不对建筑物造成危害,并且远处不产生震陷,与化肥厂观测到的结果一致。

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(9)时效的影响

1)时效的作用

强夯时,由于土结构受到一定破坏,受荷后压缩性增大,因此在试验中,夯后短期内表现为与夯前比压缩系数增大而湿陷系数减小,如图3-4-78(a)、(b)中深9m 以下线段。随时间增加,土时效固结。加固内聚力恢复,压缩性减小而湿陷性恢复、重新表现为湿陷性土,参见微观研究 10~13m 土段,这是要特别注意的。对要求严格消除湿陷的工程,应以γa≥15kN/m²深度作为消除湿陷的深度较可靠。图3-4-78中,深9m.以上的土得到显著加固。湿陷系数、压缩系数均减小。且随时间变化均不大。在消除湿陷界限附近。检测中常表现为夯前务后值交错变化。如静力触探、标贯指标小于夯前、压缩系数大于夯前、或交错变化,可表明其加密作用不明显。

2)时效与测试方法及土工指标的关系

黄土由于夯击使土密实度增加,但因连接破坏,固化内聚力降低,含水量高时,结合水可转化为自由水并产生孔压,因此夯后土强度降低,随时间增加,孔压消散,结合水恢复,强度将增长,由于土在恢复阶段,因此不同测试手段对其结果的影响不同。

取样;由于早期取样,探井易缩井、塌井,危险性大;钻孔取样,易产生人为压密。且易产生缩孔夹钻事故。因此取样至少应在孔压峰值消散1~2周以后进行。一般为夯后20d,最好为夯后1个月,由图3-4-76(b)曲线221、231可见。二遍穷后40d及6个月不同时间测试干密度无明显差异。压缩系数、湿陷系数见图3-4-78,在主压实区与时间无关,而深层的次压实区(消弱区)随时间变化,完全稳定约需6个月。

动力触深∶图3-4-79为夯后早期的动力触探曲线,可见 5m 以下击数随深度急剧增长。与强夯加固效果矛盾,这是因触探振动使土缩孔、淤裹钻扦、摩擦力增大引起,故检测数据不可靠。

标准贯入试验∶由于钻孔,不易淤裹钻扦,数据尚可用,但应注意锤击对土的扰动。

旁压试验∶只要孔压消散,孔不回淤,测试数据可反映当时土层的实际情况。静力触探∶由于在探头直接测定数据,且为静压,对土扰动小,测试简便,数据连续可靠。

图3-4-80为实测静力触探曲线,测点位置见图3-4-76。由曲线可见,二遍夯后虽增加了夯击数,但短期由于土结构未恢复,曲线112与222差别不大,而二遍夯后半年测试的232孔则明显增长。可见时效对土强度的影响∶增长主要是9m以.上土的主压实区,9m以上差别不大。

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(14)强夯机具

目前我国大吨位起重机械较少,若选用大吨位起重机械进行高能量强夯,势必造成处理地基的造价提高。从本次试验的机具可以看到高能量级强夯工已经开创出新局面。在山西化肥厂强夯施工过程中,国产 500kN履带式起重机,其它起重机的改装以及吨位较大的抱子都可用来进行6250kN·m以下的强夯施工。各单位都创造了许多施工经验;但是抱子用来进行强夯施工,就国内来说还是首次,由于它移动次数不能太频繁(移动次数多了影响强夯效率),所以在相同基底标高、强夯面积较大、尺寸范围比较规则的工程,利用抱子进行强夯主施工,其效率也是不低的。

(15)强夯经济效果

强夯法处理非饱和黄土地基,其特点是可以消除 12m 以内的湿陷性黄土的湿陷性(即δ。≤0.015),这是用其他方法处理地基所不可比拟的。用强夯法处理地基,施工机具比较简单,可节省钢材、木材、水泥等材料。如果采用桩基,则从经济效果比较,强夯法处理地基费用比桩基便宜2~4倍。