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    21

    2019

    -

    08

    地基處理施工資料——“強夯法”


        一、強夯法的起源

      強夯法的基本思想源于古代的夯實地基法,萬里長城、唐長安大明宮等主要建筑基礎均為夯筑,在近代,南斯拉夫、丹麥、蘇聯等國都試驗過較重的錘,從較大的高度落下,以期達到在更大的深度內獲得良好的加固效果。特別是羅馬尼亞,從20世紀六十年代開始,應用夯錘重5t~7t,落距5m~9m,加固深度可以達到2m~4m的重級落錘夯實法。這也可以認為是強夯法的起源。

      二、強夯法的興起與發展現狀

      強夯法,是1969年首先由L.Menard在法國發展起來的。該法首次應用于法國戛納(Cannes)附近納普爾(Napoule)海濱采石場廢土石圍海造成的場地上,在該場地上建造20幢8層公寓建筑。該場地表層4m~8m為采石場棄土,以下為15m~20m含高壓縮性淤泥夾層的砂質粉土,再下為泥炭巖。若采用樁基,則樁承擔的新填土引起的負摩擦力將占樁基承載力的60%~70%,十分不經濟。后用堆載預壓,堆土5m,在約100kPa壓力下,歷時3個月,沉降平均僅下沉20cm承載力僅提高30%,加固效果不明顯。后由法國工程師L.Menard提出用錘重80kn,落距10m,每擊沖擊能800kn⋅m,總能量1200kn⋅m/m2夯擊一遍,地面沉降達50cm,連以前的預壓總沉降70cm,經旁壓儀檢驗,夯實土平均性能改善200%。8層建筑采用基底壓力300kPa,竣工后沉降僅1.3cm,取得良好效果,此后該法推廣應用于飽和粗顆粒土的壓密。

      到1973年底,已有12個國家在150余項地基工程中應用強夯法。1974年英國工程師協會召開深基礎會議,Menard本人對強夯法作了詳細介紹,并出了專冊,該法即很快在歐洲國家推廣應用。在我國,從1975年起就在技術

      刊物上介紹此法,當時稱為重級落錘夯實法。1978年12月,

      中國建筑科學研究院建筑情報研究所在《建筑結構》上系統介紹該法,并定名為強力夯實法(強夯法),引起工程界的廣泛關注,并迅速在全國推廣。

      三、強夯法的發展

      1.應用范圍的發展

      最初強夯法主要用于處理碎石土、雜填土、砂類土、非飽和粘性土等,但隨著經驗的豐富以及施工方法的科學化、現代化,尤其是排水條件的改善,用強夯法處理的土類不斷增加,淤泥和淤泥質土、泥炭土、軟塑至流塑的一般粘土、飽和砂土、膨脹土、黃土及濕陷性黃土、高填土等地基上都嘗試和應用。強夯法處理大塊石高填方地基也被建設部列為推廣使用技術。

      當前應用強夯法處理地基的工程范圍極廣,已付諸實踐的有工業與民用建筑、機場、防洪工程、公路和鐵路路基、港口、核電站、石化工程等。甚至對海底、水下的軟弱土層也嘗試通過特殊工藝進行強夯處理。近幾年,隨著社會發展,環境問題日益嚴重,強夯法也用于垃圾和固體廢棄物的處理并取得了成功。強夯法的局限是施工時較大的噪聲和振動,因而不宜在人口密集的城市內使用。 2.夯擊能的發展

      在加固能量上,目前最大的為法國Menard公司加固法國尼斯機場工程,該工程為保證沉降符合要求,要求有效加固深度達30m~40m,為此Menard公司在實際施工中用了自重為1,700kn的鋼板疊合錘,落距23m,單點夯擊能40MJ,加固后回填土強度提高4倍,下部粉土提高約1倍。

      我國自引入強夯法以來,在1981年6月,化工部第二化工建設公司及其協作單位在山西潞城建設的山西化肥廠場地首次使用能級為6,250kn⋅m的強夯,用以加固II級自重濕陷性黃土地基。2004年,我國首次采用夯擊能10,000kn⋅m對沿海碎石土回填地基進行加固,王鐵宏、水偉厚等對該項目的實施進行了全程的施工監測及加固后的效果檢驗,表明加固效果顯著。2007年,年廷凱等對15,000kn⋅m夯擊能處理濱海型下臥軟弱夾層且存在地下水的碎石回填地基進行了效果測試,其有效加固深度達11.5m。北京時間2016年5月18日8點30分,由中化巖土工程股份有限公司自主開發研制并獲得多項國家專利的CGE-1800B型強夯專用機械,在延安打下了20000kN·m超高能級強夯試驗的第一錘,這次20000kN·m強夯處理試驗是為了評價超高能級強夯處理方案的效果,獲得有效加固深度、地基承載力、變形模量、夯沉量、地面整體沉降量、壓實度等關鍵性技術指標,為解決新型城鎮化建設中發展空間拓展提供相應的依據。

      3.施工機具的發展

      強夯施工機具較簡單,主要由夯錘、強夯機及脫鉤裝置組成。強夯法施工和強夯機是緊密聯系在一起的,隨著強夯技術的發展,強夯機具也同步發展。

      夯錘一般有填入式、組合拼裝式和現澆整體式,其外形主要有方形、梨形和圓形,方形夯錘由于在連續夯擊時對位困難,基本已被淘汰。為減小夯錘底面的真空吸附力,錘中留有孔道,作為上下面的通氣孔;為解決土的飛濺問題,有把夯錘作成羊角錘;還有為減小多次夯擊時夯錘起吊困難,將夯錘底面做成凹形。

      強夯機作業性能的好壞和施工能力的高低,直接影響著強夯工程的進度、安全、效益以及強夯工藝的發展。國外強夯機主要有三大類,分別為三角形固定桁架臂架式、三角井字架式和大噸位安裝用起重機。1975年,法國梅納公司為完成法國尼斯機場一條經填海形成的填土厚8m~18m,原海底為松軟的粉土,厚50m~80m,要求加固深度達40m,研究開發了起重量為2,000kn,提升高度為25m,自重5,500kn,具有186個輪胎的三角形固定桁架臂強夯機,這是迄今為止世界上最大的強夯施工機械。但由于自重和外形尺寸過大,186個輪胎的均載和轉彎協調不易很好實現,加上對施工場地要求過高等原因,使該設備再未應用于其它強夯工程。 目前強夯機現在已呈現二極發展趨勢:即高能力,大夯擊能量和低能量、小能級;強夯機的多用途發展也將是一種新的趨勢。同時以微電子為重要標志的電子化和信息化互動將應用于強夯施工設備上,從而可實現遠距離控制,提高施工作業的安全性和防患人為誤動作。實現強夯和打樁自動下沉量測量、判定,真正體現強夯的信息化施工能力;節能和環保是工程機械的發展要求和總趨勢,因此,新型強夯機以降低發動機排放,提高液壓系統效率,減少鋼絲繩消耗為目標,使強夯機技術發展方向完全達到低排放,低消耗,高效率作業。 4.復合強夯技術的發展

      隨著強夯處理地基土范圍的擴大,單純依靠強夯作用難以達到最理想的效果,于是在強夯基礎發展起來了強夯置換法,動力排水固結法,強夯+CFG樁,電滲強夯法,爆炸-強夯法,液壓高速強夯法,旋轉夯錘式強夯,地基夯實動力打樁法等。

      強夯置換法:對淤泥類土中強夯時,在形成的夯坑中回填塊石、碎石等粗顆粒材料,然后用夯錘夯擊,重復此過程連續施工,形成一個墩體,稱為強夯置換墩,在粉土中形成的強夯置換墩可按與樁間土形成復合地基考慮。

      強夯置換的加固原理相當于強夯(加密)+碎石墩+特大直徑排水井。

      動力排水固結法:是動力固結法和堆載預壓法聯合加固的方法,適用于對飽和軟粘土、淤泥質粘土等高含水量、高孔隙比、低強度的土體加固。其原理是利用強夯沖擊產生較高的孔隙水壓力并在堆載預壓靜壓力的作用下消散,使預壓時間大大縮短,加固效果提高。

      強夯+CFG樁法:強夯+CFG樁聯合加固即先用小能量強夯進行大面積超寬處理,以消除欠固結土,加速地基土固結過程。然后在建筑物范圍內進行CFG樁處理,置換原土體,擠密樁間土,充分發揮CFG樁樁身壓縮變形小、承載力高、控制沉降效果好的特點。

      SDDC(孔內深層超強夯法): 該工法用機具成孔,成孔方法可采用鉆機鉆孔或振沖法成孔,成孔后往孔內填料,用特制的橄欖形重力夯錘進行夯擊,壓實,擠密。此法由于在孔內進行夯實,夯擊的效率高,成孔的效果好,該法既可以消除黃土濕陷性,又能提高地基承載力,特別適用于深厚濕陷性黃土的地基處理。

      四、展望

      (1)由于被加固土體的復雜多樣性,以及強夯法加固地基的機理和設計目前沒有統一的標準,故規范要求強夯施工前必須現場試驗確定施工參數,如何用最簡單的試驗快速、準確的確定強夯的施工參數(夯擊能、有效加固深度、有效加固寬度等)和檢驗強夯的加固效果具有實際意義,值得進行這方面的研究。

      (2)強夯法補強加固路基還應有更廣闊的前景,高速公路、高速鐵路、機場、油庫等對工后沉降要求較高的工程部位均可通過強夯法提高地基的承載力,大大降低或基本消除工后沉降,這為上述工程的盡快投入使用創造了時間經濟效益。

      (3)強夯沖擊波作用下會導致砂土液化,能否利用這一特性對建設在砂土地基上的大型油庫、糧倉等建筑物進行糾偏值得進行這方面的探討。

      (4)強夯過程中普遍存在土石飛濺現象,威脅到強夯施工人員及的安全,能否通過在夯錘周邊設置一刃口,來減少土石飛濺,確保施工安全,值得實踐。同時設置刃口能否使沖擊波傳播更有利于加固土體,值得進行這方面的研究。

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