建筑软土地基的强夯法加固技术

建筑软土地基的强夯法加固技术

王帅

江苏宿迁223800

摘要：由于在建筑工程地基的加固处理中采用强夯法具有施工机器简单、效果显著和速度快等特点，而且还能重新再利用一些废料，变废为宝，使用于很多土质，所以应用非常普遍，具有很好的前景。本论文对建筑软土地基的强夯法加固处理技术展开探讨。

关键词：地基处理;强夯法;软土

1软土工程的施工特点

通常情况下，我们所说的软土是指压缩性高而且包含很高水分，但是其可以承载的能力比较低，所以当我们遇到较高承载力的时候便可能损坏软土结构，导致软土处在一个流动的状态，例如我们常见的淤泥、粘性土与粉土等等。它们一般都具有一些相同的特点：灵敏度都比较高、透水性都比较差、抗剪强度也比较低，固结的系数小但是其固结的时间较长、土层层状的分布比较复杂、扰动性也比较大、各层间的力学性质差别大等等。基于以上这些固有的特点，我们在进行软土工程的作业活动时便也会有以下的特点：

首先就是其抗剪的强度较低，对此我们可以通过加速软土层固结的速率来改变软土的强度；其次是其含水量相对来说高，孔隙比也比较大，对此我们也应该采取合适的措施来改善；还有就是其较低的渗透性与较高的压缩性，对此我们也应该采取相应的方法来改善；再一个就是其结构性比较的明显，而且软土结构如果受到了扰动，那么它的强度就会大幅度降低，可能致使土质呈流动的状态，因此我们在进行软土层地基开挖的时候，一定要避免土体呈现流动的状态和触动软土结构，进而确保地基强度和处理的效果。如果我们破坏软土结构，那么地基强度便没有办法得到保证；最后一个是其流变性，当有荷载的时候，剪应力会使得软土发生缓慢变形，与之而来的便是抗剪强度的降低，这会产生当主固结的沉降完成后还继续发生可观次固结的沉降这样的不乐观状况。

2强夯法在软土处理中的应用

2.1现行强夯法对软土处理失败的原因分析

现行强夯施工工艺,一般先进行高能量的单点

夯击再用低能量的满夯进行处理,单点的夯击能一般在1000~6000kN?m,夯击次数一般在8~15击,收锤标准为最后2击累计沉降差小于5~10cm。这种方式考虑的是充分利用高夯击能,但对土体的结构破坏却考虑不足。沈珠江教授曾在文章《软土工程特性和软土地基设计》中指出,天然粘土多具架空结构,大孔隙之间形成透水通道,因此在高孔隙比的同时必具有较强透水性。天然粘土的固结系数可以达到同样条件下重塑土的10~15倍,渗透系数也可能达到重塑土的2~4倍。

根据其微观结构,孔隙比大、含水量高、渗透性差、强度低的软粘土,在强夯的高夯击不能像其余粗颗粒非饱和土一样瞬间排出大量的水,由于水来不及排出,随着体积的缩小,孔隙水压增高且短时间内难以消散,土的抗剪强度大大降低,如连续夯击,则会出现橡皮土。软粘土所具有的结构性与结构强度,在通常强夯法的处理下,地基表层土结构受到破坏,既损失结构强度还大幅度下降影响其渗透性,导致工程处理失败。在以往的工程施工中,均因如上原因导致处理失败,不仅没有起到加固作用还需要以高昂代价重新处理橡皮土。如天津在20世纪80年代的某工程,虽考虑到排水因素,采用了砂井排水结合进行处理,但仍未达到处理效果,有大量剩余沉降没有完成,导致强夯失败。

2.2对软粘土处理的方法分析

2.2.1合理排水体系分析

根据以上分析,结合软粘土特性,大部分强夯处理软粘土失败的原因均产生于橡皮土,其中最重要的就是排水问题没有解决好。采取何种排水方式如砂井排水、预压排水、插设塑料排水板、开挖排水盲沟等均可起到一定排水作用。但在强夯的高夯击能下,排水体系也将受到冲击和破坏导致其排水作用大大降低。因此可采取多种方式结合的方法,如在竖向插设塑料排水板、横向由塑料排水板排至地表或夯坑中,再用泵及时抽走的方式进行处理。

2.2.2合理施工工序分析

现行强夯施工工艺的处理方式是先用高能量夯击加固深层土体,再用低能量夯击加固表层土体。但由于软粘土的特殊性,如在一开始就进行高能量的夯击,软粘土中的水很难在短时间排出,同时导致孔隙水压力增大却又难以消散,土的抗剪强度大大降低,形成橡皮土。因此为适应软土的高含水量、低渗透性、低强度的方式,应一开始采取较小的夯击能使表层土体先排水固结,形成一个“硬壳层”。有了“硬壳层”以后就能承受更大的夯击能,然后再逐渐增大夯击能,向深层加固。为使软粘土中的孔隙水压能充分消散,不能采取以往累计沉降小于5cm的收锤标准,而应当在夯2~5击后就暂停,待孔隙水压消散后再进行夯击,为达到处理效果应采取多遍夯击的方式。

2.2.3单点夯击次数的分析

由于软粘土强度低,渗透性低的特点,如采取以往通常的夯击方式来进行夯击则土体结构会遭到破坏。强度很低、孔压很高的软粘土地基对夯击次数的确定尤其重要,为避免土体的宏观结构遭到破坏,夯击次数应尽可能减少,同时增加夯击遍数,单点夯击的收锤可参考如下标准。

(1)夯坑周围布出现明显隆起。

(2)出现过大的侧向位移。

(3)后一击夯沉量小于前一击,如后一击夯沉量大于前一击,则说明土体结构遭到破坏。

(4)控制单点夯击的夯坑深度,按通常经验不能超过60cm。

2.2.4满夯的处理分析

由于采取的是先用低能量夯击再用高能量夯击,先加固表层土再加固深层土的方式对软粘土进行处理,对满夯的要求不如低含水量粗颗粒土的要求高。但满夯可以增强其压实度与均匀度,因此满夯也是必须进行的,满夯遍数可根据现场情况如土含水量的变化、地层情况的变化、孔隙水压力的变化等进行调整,即信息化施工。

2.3对软粘土地基处理的机理分析

强夯法处理高含水量软土地基与处理其余低含水量粗颗粒土、填土、湿陷性黄土地基其施工设备、方式、方法均有很多相同之处,仅施工工序有些许变化。但就是这些结合软粘土特性而做出的些许变化,使强夯法处理高含水量软土成功率得到了很大的提升。

在以往的强夯处理中,强夯过程可划分为能量转换、液化破坏、压密固结和触变变化4个阶段,随着处理工序的改变,其处理机理也有变化。可分为能量转换与夯坑冲剪破坏,在这个阶段中,由于采取了较小的夯击能和较低的夯击遍数,坑壁四周土体遭受破坏较小,夯坑表面隆起也较小,并可杜绝丢锤现象;超孔隙水压力上升与消散阶段,因加强了排水体系的设置和夯能的降低,其孔隙水压力增量较小,消散加快,且不会出现上层土体结构的破坏与液化;固结压密阶段软粘土地基固结过程相对较慢,因采取了排水体系的设置,缩短了孔压消散时间加快了固结过程;触变固化与强度提高阶段,因较低的夯击能消除了液化区和破坏区,因而表层土体的强度提高较大,强夯效果明显。结束语

综上所述，由于强夯会产生较大的冲击能量，从而在地基土中产生强大的动应力与冲击波，所以不能应用到离居民区较近的建筑工地，但是此技术强大的动应力与冲击波能够增强土层均匀的程度、改良土的振动液化情况、减少土的压缩性，从而达到增强地基强度的目的。本论文运用实际建筑工程中应用强夯法来进行地基加固处理的实际论证表面，采用强夯法来加固处理软土地基，并辅之以合理的排水措施，所取得的效果是非常显著的。

参考文献:

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[2]缪林昌,刘松玉,朱志铎,等.高速公路液化土与软土交互地基强夯法处理研究[J].岩土工程学报,2000,22(4):408~411.

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