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岩土研究院

强夯置换法-桩式置换法

406 2022-03-31 10:53:44

桩式置换是利用强夯过程中夯成的夯坑作为桩孔,向坑中不断按需要充填各种散体材料并夯实。使夯填料形成一个直径约 2m、深度达3~6m的散体材料桩。与周围土体共同组成复合地基。由于散体材料桩的加筋作用,地基中应力向桩体集中,桩体分担了大部分基底传下来的荷载;同时散体材料桩的存在也使得土体中由强夯引起的超静水孔隙水压得以迅速消散,土体迅速得到固结,土体抗剪强度不断得到提高,对桩体的约束不断增强,从而使复合地基的承载力不断提高。

桩式置换法既具备散体材料桩的加筋、挤密、置换、排水特性,义具有强夯加固动力固结效应,因而可大幅度提高地基承载力,减小地基变形。与强夯相比,能更广泛地适用于塑性指数较高的高含水量软粘土。

(1)桩式置换的加固机理

强夯桩式置换后。被夯击置换地基自上而下出现三个区域,如图3-5-1所示。第一区城为桩式置换区,这个区域由散体材料桩与土体共同组成复合地基。由于散体材料桩的直径一般比较大,置换率较高,因此,它能大幅度提高地基承载力,这是桩式置换的主要加固区域。第二区域为强夯压密区,由于强夯作用,上部土体被挤压人该区域,形成一冠形挤压区,如图中虚线范围。该区域内土体孔隙显著压缩,密度大为提高,成为置换体的坚实持力层。这一区域内的土体主要是压密。与普通强夯相似。由于部分散体材料的挤人和散体材料形成的排水通道加速了土体的排水固结,其加固效果比普通强夯效果要好,这一区域的加固深度可用一般强夯加固深度理论来估算。第三区是强夯压区密下的强夯加固影响区,这一区域内的土体受强夯振密的影响,随时间的推移,土体强度将不断增长。

强夯桩式置换后地基承载力,目前尚无可靠的计算方法,必须通过现场荷载试验确定。

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(2)桩式置换的施工工艺

桩式置换夯孔的施打,宜采用隔孔分序跳打方式,以广东番禺花莲山某工程为例,见图3-5-2,先以圆柱形夯锤按夯点的布置和穷击顺序夯出夯坑,夯坑深度控制在1.5~2.0m,第一遍夯至控制深度后,在夯坑内充填石渣,石渣最大粒径小于30cm;将夯坑填满后再进行第二次夯击,在夯坑深度又出现1.5~2.0m时,再充填石渣至地面,进行第三次夯击,将夯坑夯击lm左右深度后,再用石渣充填平地面后用振动辗辗压三遍。夯击时,第一、二遍每夯点夯击6击左右,第三遍穷击3击,并以最后一击夯沉量不超过5cm 为控制值。

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(3)桩式置换的施工参数

桩式置换中,置换深度的大小与强夯置换的夯击能量和夯锤的底面积密切相关。单击夯击能量越大,强夯产生的有效影响加固深度也越深,强夯挤密区域也越大,夯坑深度相应也较深。同时。在一定范围内。提高单点夯击能,也能大大改善置换加固的效果。模型试验表明,夯击能越大,置换深度越深;在单击夯击能与置换次数相同的情况下,强夯置换深度与第一次置换夯城的深度成正比,即要获取较深的置换深度,应加大第一遍夯击的总夯击能,以获得较深的夯坑深度。

模型试验还表明,随着置换次数的增加,散体材料桩的桩餐和置换深度及强夯挤密区都增大。但置换深度和强夯挤密区的增大较桩径的变化更显著。置换次数的增加。可有效改善地基承载性状,减小沉降变形。工程中一般可采用3~5遍的置换次数,承载力要求高,置换深度要求较深时,应采取较大的置换遍数。

在夯击能量和地质条件一定的情况下,夯坑夯击深度同单位底面积的夯击能量与单位面积锤底静压力密切相关,也即与夯锤底面积有关。夯锤底面积越小,对地基的楔人效果和贯人力就越大,夯击后获得的置换深度就越深。因此,强夯置换与普通强夯相比,宜采用锤底面积较小的夯锤,一般夯锤底面直径宜控制在 2m 以内。

桩式置换的夯点可布置成三角形、长方形等。夯点的间距应视被置换土体的性质和上部结构的形式而定,-般取1.5~2.0倍的夯锤底面直径,当土质较差、要求置换深度较深及承载力要求较深时。夯点间距宜适当加密。对于办公楼、住宅楼等,可根据承重墙位置布置较密的置换点,一般可采用等腰三角形布点,这样可保证承重墙以及纵、横墙交接处墙基下有夯击点,对于—般堆场,水池、仓库、储罐等地基,夯点间距可适当加大些。

为防止夯击时吸锤现象,强夯时击穿事故、防止夯坑内涌进淤泥或水,强夯置换前。宜在软土表明铺设2m 以上的碎石垫层,同时也利于强夯机械在软土表上的行走。

(4)桩式置换的材料要求

桩式置换形成的桩体,主要依靠自身骨料的内摩擦角和桩间土的侧限来维持桩身的平衡。桩体材料,必须选择具有较高抗剪性能。级配良好的石渣等粗颗粒骨料。为保证桩体的整体性、密实性和透水性,充填材料最大粒径不宜大于1/5的夯锤底面直径,含泥量不得超过10%。