強(qiáng)夯法處理地基,很實(shí)用的地基處理方法
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1、簡(jiǎn)介
任何建筑物的荷載最終將通過(guò)基礎(chǔ)傳遞到地基上。凡是基礎(chǔ)直接建造在未經(jīng)加固的天然土層上時(shí),這種地基稱為天然地基。若天然地基很軟弱,則事先要經(jīng)過(guò)人工處理,這種地基稱之為人工地基。而其處理過(guò)程就稱為“地基處理”(SOILTREATMENT)或“地基加固”(SOILIMPROVEMENT)。地基處理方法主要分為:換土墊層法,深層密實(shí)法,排水固結(jié)法,化學(xué)加固法,加筋法和熱學(xué)法。強(qiáng)夯法屬于地基處理方式中的深層密實(shí)法中。
強(qiáng)夯法設(shè)備簡(jiǎn)單,適用范圍廣泛,可用于填土、失陷性黃土、粘土、砂礫、碎石等各種土質(zhì)。對(duì)于淤泥質(zhì)軟土的試驗(yàn)性施工證明,只要控制好施工參數(shù),也是可行的。此法不僅用于房建工程,也適合橋涵、道路、港口碼頭和大型設(shè)備基礎(chǔ)等工程,而且具有速度快、效果顯著和節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn),是一種比較理想的地基處理方式。
2、概述
2.1、強(qiáng)夯法的由來(lái)及特性
強(qiáng)夯法處理地基是六十年代末由法國(guó)Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)造的。這種方法是將很重的錘(一般為100-400kN)從高處自由落下落(落距一般為6-40m)給地基以沖擊力和振動(dòng),從而提高土的強(qiáng)度并降低土的壓縮性,改善土的振動(dòng)液化條件和消除濕陷性黃土的濕陷性等作用。同時(shí),夯擊能還可以提高土層的均勻程度,減少將來(lái)可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法開(kāi)始時(shí)僅用于加固砂土和碎石,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,它以適用從礫石到粘性土的各種地基土,這主要是由于施工方法的改進(jìn)和排水條件的改善。
強(qiáng)夯法由于具有地基加固效果顯著、設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)易行和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn),很快傳播到世界各地。目前已經(jīng)有幾十個(gè)國(guó)家的數(shù)千項(xiàng)工程采用強(qiáng)夯法加固地基。
2.2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況
強(qiáng)夯法是法國(guó)Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)并創(chuàng)用的。由于強(qiáng)夯法特有的優(yōu)點(diǎn),所以在國(guó)外十分普遍。1974年英國(guó)工程師協(xié)會(huì)專門(mén)召開(kāi)了深基礎(chǔ)會(huì)議,在該次會(huì)議上Menard本人對(duì)強(qiáng)夯作了詳細(xì)介紹。從那以后,十幾年來(lái)第九、十、十一界國(guó)際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程會(huì)議上以及世界各地區(qū)性會(huì)議上,都發(fā)表了很多關(guān)于強(qiáng)夯的論文,對(duì)強(qiáng)夯的發(fā)展、完善起到了很大的推動(dòng)作用。我國(guó)是1978年9月引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的,1979年首先在塘沽進(jìn)行了強(qiáng)夯法加固粘土地基的實(shí)驗(yàn)研究。1979年6月分別在河北省廊坊與山西省陽(yáng)泉,對(duì)輕亞粘土、粉細(xì)砂地基與黃土質(zhì)砂粘土填方地基進(jìn)行了處理。這是我國(guó)采用強(qiáng)夯法處理地基的最早兩項(xiàng)工程。隨后很快推廣到北京、上海、天津、廣州、深圳等很多地方,并且都取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,為國(guó)家節(jié)省了巨額基礎(chǔ)工程費(fèi)用。
3、加固機(jī)理
3.1、動(dòng)力固結(jié)理論
強(qiáng)夯法雖然已經(jīng)在實(shí)踐中證實(shí)了是一種比較好的地基處理方法,但到目前為止還沒(méi)有一套成熟和完善的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。在第十界國(guó)際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程會(huì)議上,美國(guó)Menard教授在“地基處理”的科學(xué)發(fā)展水平報(bào)告中精辟的論述強(qiáng)夯法的傳統(tǒng)固結(jié)機(jī)理:東盛云公司強(qiáng)夯法目前已經(jīng)發(fā)展到地基土的大面積加固,深度可達(dá)30m。當(dāng)應(yīng)用于非飽和土?xí)r,壓密過(guò)程基本上同實(shí)驗(yàn)室中的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)相同。在飽和無(wú)粘性土的情況下,可能會(huì)產(chǎn)生液化,其壓密過(guò)程同爆破和振動(dòng)密實(shí)的過(guò)程相似。這種方法對(duì)飽和細(xì)粒土的效果,成功和失敗的例子都有報(bào)道。對(duì)這類土需要破壞土的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生超空隙水壓力以及通過(guò)裂隙形成排水通道。而強(qiáng)夯法對(duì)雜填土特別有效。
實(shí)踐證明,在夯擊的工程中,土體的瞬時(shí)沉降可達(dá)幾十厘米;土中產(chǎn)生液化后使土的結(jié)構(gòu)破壞,土的強(qiáng)度下降到最小值;隨后在夯擊點(diǎn)出現(xiàn)徑向裂隙,成為加速空隙水壓力消散的主要通道;因粘性土具有觸變性,使降低的強(qiáng)度得到恢復(fù)和增強(qiáng)。Menard教授實(shí)踐,并結(jié)合傳統(tǒng)的固結(jié)機(jī)理,提出了飽和土是可以壓縮的新的機(jī)理,并現(xiàn)在得到了大多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)可。下面再作進(jìn)一步的介紹。
(1)、飽和土的壓縮性
在工程實(shí)踐中,不論對(duì)土的性質(zhì)如何,夯擊時(shí)能立即引起地基土的很大沉降,這個(gè)結(jié)果對(duì)顆粒狀土是可以理解的。對(duì)滲透性很小的飽和細(xì)粒土,孔隙水的排出被認(rèn)為是考慮沉降的必要和充分條件,這是傳統(tǒng)的固結(jié)理論的基本假定。由于飽和細(xì)粒土的滲透性低,因而在瞬時(shí)荷載作用下,空隙水不能迅速排出,這樣就無(wú)法理解在強(qiáng)夯時(shí)回立即引起很大沉降的機(jī)理。
Menard教授認(rèn)為,由于土中有機(jī)物的分解,第四紀(jì)土中大多數(shù)都含有以微氣泡形式出現(xiàn)的氣體,其含量大約在1-4%。進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)氣體體積壓縮,空隙水壓力增大,隨后氣體有所膨脹,空隙水排出的同時(shí),空隙水壓力就減小。這樣每夯一遍,氣相體積和液體積都有所減少。根據(jù)實(shí)驗(yàn),每夯擊一遍,氣體體積可減少40%。
(2)、產(chǎn)生液化
在重復(fù)夯擊作用下,施加在土體的夯擊能量,使氣體逐漸受到壓縮。因此,土體的沉降量與夯擊能成正比。當(dāng)氣體按百分比接近于零時(shí),土體變成不可壓縮的。相應(yīng)于空隙水壓力上升到覆蓋壓力相等的能量級(jí),土體即產(chǎn)生液化。如圖1所示,液化度為空隙水壓力與液化壓力之比,而液化壓力即為覆蓋壓力。當(dāng)液化度為100%時(shí),亦即為土體產(chǎn)生液化的臨界狀態(tài)。而該能量級(jí)稱為“飽和能”。此時(shí),吸附水變成自由水,土的強(qiáng)度下降到最小值。一旦達(dá)到“飽和能”而繼續(xù)施加能量者,除了使土起重塑的破壞作用外,能量純屬是浪費(fèi)。
應(yīng)當(dāng)指出,天然土的液化常常是逐漸發(fā)生的,絕大多數(shù)沉積物是層狀和結(jié)構(gòu)性的。粉質(zhì)土和砂質(zhì)土層比粘性土層先進(jìn)人液化。并應(yīng)當(dāng)注意到,強(qiáng)夯時(shí)所出現(xiàn)的液化,只是土體的局部液化。
(3)、滲透性變化
在很大的夯擊能作用下,地基土體中出現(xiàn)了沖擊波和動(dòng)應(yīng)力。當(dāng)所出現(xiàn)超孔隙水壓力大雨顆粒間的側(cè)向壓力時(shí),致使土顆粒間出現(xiàn)裂縫,形成排水通道。此時(shí),土的滲透系數(shù)聚增孔隙水順利排出。在有規(guī)則網(wǎng)格布置夯點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)積聚的夯擊能量,在夯坑四周會(huì)形成有規(guī)則垂直裂縫,夯坑附近出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。所以應(yīng)規(guī)劃好強(qiáng)夯的施工順序,而不規(guī)則的和紊亂的夯擊,可以破壞這些天然排水通道的連續(xù)性。在現(xiàn)場(chǎng)可觀察到夯擊前土工試驗(yàn)中所測(cè)的滲透系數(shù),是不能說(shuō)明夯擊后孔隙水壓力迅速消散的這一特性的。
當(dāng)空隙水壓力消散到小于土顆粒間的側(cè)向壓力時(shí),裂縫即自行閉合,土中水的運(yùn)動(dòng)重新又恢復(fù)常態(tài)。有的國(guó)外資料報(bào)道,夯擊時(shí)出現(xiàn)的沖擊波,將土顆粒間吸附水轉(zhuǎn)化為自由水,因而促進(jìn)了毛細(xì)管通道橫斷面的增大。
(4)、觸變恢復(fù)
在重復(fù)夯擊的作用下,土體的強(qiáng)度逐漸減低,當(dāng)土體出現(xiàn)液化或接近液化時(shí),土的強(qiáng)度達(dá)到最低值。此時(shí)土體產(chǎn)生裂隙,而土中吸附水部分變成自由水,隨著孔隙水壓力的消散,土的抗剪強(qiáng)度和變形模量都有了大幅度的增長(zhǎng)。這是由于土顆粒間緊密接觸以及新吸附水層逐漸固定的原因,而吸附水逐漸固定的過(guò)程可能會(huì)延續(xù)至幾個(gè)月。在觸變恢復(fù)期間,土體的變形(沉降)卻是很小的,有的資料中介紹在0.1%以下。如果用傳統(tǒng)的固結(jié)理論也就不能說(shuō)明這一現(xiàn)象,這是自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水的緣故,這也具有觸變性土的特性。
眾所周知,飽和粘性土是具有觸變性的,當(dāng)強(qiáng)夯以后,土結(jié)構(gòu)被破壞,強(qiáng)度幾乎降為零。隨著時(shí)間的推移,強(qiáng)度逐漸恢復(fù)。這種觸變強(qiáng)度的恢復(fù)也稱為時(shí)效(timeeffect)。在一般孔隙水壓力已經(jīng)完全消散的情況下,夯擊后六個(gè)月所測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度一般比一個(gè)月所測(cè)得的強(qiáng)度增長(zhǎng)20%-30%,而變形模量增長(zhǎng)30-80%。因此,強(qiáng)夯后質(zhì)量檢驗(yàn)的勘探工作或測(cè)試工作,至少宜在強(qiáng)夯施工后一個(gè)月再進(jìn)行,不然得出的指標(biāo)會(huì)偏小。
對(duì)靈敏度較高的粘土中,存在觸變現(xiàn)象這一土的特性是眾所周知的。實(shí)際上這一現(xiàn)象對(duì)所有細(xì)顆粒土都是明顯的,僅是程度上不同而已。值得注意的是,經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯后土在觸變恢復(fù)過(guò)程中,對(duì)振動(dòng)是十分敏感的,所以在進(jìn)行勘探和測(cè)試工作時(shí)候應(yīng)該十分注意。
鑒于以上強(qiáng)夯法加固的機(jī)理,Menard教授對(duì)強(qiáng)夯中出現(xiàn)的現(xiàn)象,提出了一個(gè)新的彈簧活塞模型,對(duì)動(dòng)力固結(jié)的機(jī)理作了解釋。
對(duì)動(dòng)力固結(jié)的理論模型,可從四個(gè)方面進(jìn)行解釋:
●由于微氣泡的存在,充滿氣缸的水以為部分是可壓縮的,亦即孔隙水具有壓縮性,
●對(duì)夯擊前、后土的滲透性的變化,可用一個(gè)孔徑可變的排水孔進(jìn)行模擬;
●彈簧的剛度是模擬土體的壓縮模量,過(guò)去傳統(tǒng)的固結(jié)理論的觀點(diǎn)以為是常數(shù)。實(shí)際上強(qiáng)夯法施工時(shí)候,在反復(fù)荷載的影響下,會(huì)使壓縮模量有很大改變,在這個(gè)過(guò)程中,吸附水起了重要作用。
中國(guó)素有基建狂魔之稱,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,催生出一種新的建筑行業(yè)-強(qiáng)夯。強(qiáng)夯即為地基處理的第一步,夯實(shí)地基,讓建筑更加堅(jiān)不可摧。隨之而來(lái)的強(qiáng)夯企業(yè)越來(lái)越多,如雨后春筍。東盛云就是其中的一位。
31年前的今天,東盛云的創(chuàng)始人王國(guó)昌先生還是一名巖土工程勘察技術(shù)人員,在國(guó)企的工作中,讓他萌生了,下海創(chuàng)業(yè)的念頭,說(shuō)干就干,依然辭去工作,不顧家人阻攔,擠身到強(qiáng)夯基建的隊(duì)伍中。這一干就是幾十年。
剛開(kāi)始,由于只懂技術(shù),不懂市場(chǎng),導(dǎo)致第一單生意,做虧了,王國(guó)昌笑著說(shuō);“做生意,就算自己虧了,也不能讓客戶有損失,商譽(yù)是企業(yè)立根之本”。懷著這顆初心,后來(lái)業(yè)務(wù)逐漸壯大,大家都稱他為“老王”,都說(shuō)“做生意,我們不看公司,就看老王,老王辦事我們放心”,這個(gè)“老”的稱呼,不僅是對(duì)東盛云公司王國(guó)昌先生的認(rèn)可,更是對(duì)東盛云公司技術(shù)和實(shí)力的認(rèn)可,更是對(duì)東盛云深耕強(qiáng)夯產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)的鑒證。
31載,東盛云承接的項(xiàng)目有市級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目,省級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目,國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目,若干。公司擁有各類型號(hào)強(qiáng)夯施工設(shè)備30余臺(tái),包括宇通ytqh600、ytqh450,杭重hzqh5000等先進(jìn)大型設(shè)備,,廣泛用于工業(yè)廠房、機(jī)場(chǎng)、港口、公路、鐵路等建筑的各種復(fù)雜地形,1000-20000kn.m地基強(qiáng)夯處理,公司在大量的工程實(shí)踐中,積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn),涉及工程達(dá)200余項(xiàng),質(zhì)量合格率95%。東盛云排水強(qiáng)夯憑著過(guò)人的技術(shù)和嚴(yán)格的管理規(guī)范,在多的項(xiàng)目中大放異彩,也讓東盛云在排水強(qiáng)夯領(lǐng)域占據(jù)一席之地,贏得了客戶的贊譽(yù)。
近年完成的強(qiáng)夯項(xiàng)目主要有:神農(nóng)架機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目、武深高速嘉魚(yú)段項(xiàng)目、武漢集裝箱碼頭項(xiàng)目、普洛斯現(xiàn)代物流園項(xiàng)目、黃岡碧桂園項(xiàng)目、東風(fēng)汽車8萬(wàn)輛商用車項(xiàng)目、中鐵重工聯(lián)合廠房項(xiàng)目、水布埡堆石面板壩壩基項(xiàng)目、中國(guó)海洋石油總公司惠州煉油項(xiàng)目、武當(dāng)山現(xiàn)代影視城項(xiàng)目、寧德時(shí)代宜昌邦普產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目、貴州遵義(茅臺(tái))糧食物流園、新洋豐集團(tuán)工廠擴(kuò)建項(xiàng)目、南昌大盾構(gòu)機(jī)項(xiàng)目、福廈高鐵制梁場(chǎng)項(xiàng)目、安華集團(tuán)擴(kuò)建項(xiàng)目、勁牌酒業(yè)擴(kuò)建項(xiàng)目、雄安新區(qū)項(xiàng)目、海格斯項(xiàng)目等。
這一個(gè)個(gè)項(xiàng)目記載著東盛云人走過(guò)的風(fēng)風(fēng)雨雨,也承載著東盛云人“做精品工程,創(chuàng)品牌豐碑”的初心和“重質(zhì)量講信譽(yù)”的宗旨。在國(guó)家政策的領(lǐng)導(dǎo)下,東盛云人將用無(wú)悔的青春和熱血,續(xù)寫(xiě)東盛云傳奇,不忘初心砥礪前行,為了更好的明天。
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