高水位地基强夯处理施工技术方案.docx

高水位地基强夯处理施工技术（方案）利用波动理论解释了高水位地基强夯的加固原理，介绍了高水位地基强夯的关键技术。最后结合工程实例，介绍了该技术的实际应用，并通过加固效果分析对加固方案进行了调整，取得了良好的效果。地基；强夯；高水位；施工技术高水位地基指地下水位不低于地表下4m的地基，如填海地基、河漫滩地基或者平原、盆地中心及洼地、沼泽等高水位区的地基。高水位地基由于地基土为固相与液相二元结构，故其强夯的加固机理与地下水位以上地基有很大不同，在施工过程中所出现的问题也很复杂。1高水位地基强夯加固机理1. 1波动理论概述对连续弹性体而言，质点在连续介质内振动，其振动能可以传递给周围介质，引起周围介质的振动，振动在介质内的传播过程中形成波。波在介质内的传播分为纵波和横波，波的传播形式是纵波还是横波由介质所确定：如液体和气体介质除液体表面可以传播瑞利波外，不能在内部传播横波。液体及气体受压缩时，有弹性恢复作用，剪切时无弹性恢复作用，所以在液体和气体中只能传播纵波。在固体介质中，纵波和横波可以同时存在。从介质的谐振周期T=Q改分析，介质的谐振周期和刚度有关，对液体介质，其刚度K值远大于土体介质，在重锤夯击时，引起土相介质和液相介质的振动频率也不同，所以不同的介质在夯击中引起不同的反应。1. 2地基强夯的波动原理地基是半无限弹性体。强夯处理地基时，由高势能夯锤自由落下，和地基土碰撞产生巨大的冲击波，这部分冲击能，一部分以声波的形式向外传播，一部分由夯锤和地基土摩擦而形成热传播，其余大部分冲击能以体波的形式由振源点向地基深层及周围传播，能量释放于可加固的地基中，使土体得到不同程度的压密和加固。冲击波对地基产生压缩和侧向挤压，产生纵波，纵波的质点振动方向和传播方向相同，所以也称为压缩波（P波），它对地基有压密作用。冲击波对地基产生的剪切变形，在地基中产生横波，即剪切波（S波），横波的振动方向和传播方向垂直，对地基产生松动作用。横波在介质表面极化为与传播方向垂直的竖向振动（SV）波和水平切向振动（SH）波。在介质表面SV波和径向振动波合成为瑞利波，SH波和径向振动波合成为乐夫波，瑞利波和乐夫波合称为面波。对地基产生有害影响的主要是瑞利波。由于地下水的存在，地基是固液两相的半无限大弹性体，由于液体的刚度很大，所以强夯时，如果夯锤和水面直接撞击，冲击波将在水面形成能量很大的面波，从而耗损掉大部分夯击能，对水位以上地基形成很大的破坏，直接用于加固地基的有效夯击能大大减少。当地下水位低于夯击碰撞面时，强夯能量的传播条件得到有利改善，夯击能在水中的传播有压缩波而没有剪切波，使加固地基的有效夯击能增加。2高水位地基强夯的关键技术从高水位地基强夯能量的传播机理分析，高水位地基强夯的关键技术是地下水位控制。保证在夯击过程中夯锤不与地下水位面撞击，即地下水位应低于夯坑最大深度。2. 1与地下水位控制有关的因素1）地下水位与强夯能级的关系强夯能级越大，夯坑深度越深，地下水位也应越深。2）地下水位与地基土性质的关系对于透水性差的黏性土地基，降水有利于强夯效果的提高，则地下水深度应接近于强夯处理深度。对于杂填土、碎石土、中粗砂地基，地下水位控制深度要大于最大夯坑深度O.5m。3）对于粉细砂一类的地基，由于干砂在没有上覆压力的情况下很难压实，同时粉细砂在有毛细水存在的情况下又易于压实，因此对粉细砂一类的地基，水位控制深度应为：夯坑深度V基底深度+毛细水上升高度=地下水位深度。2. 2地下水控制方法2. 2.1铺设垫层法铺设垫层法是降低地下水位最简便的方法，工艺简单，方便易行。铺设垫层的适用条件为：1）水位调整幅度一般（15m,不会因增加垫层厚度而影响至地基处理深度或影响到场地标高的控制。2）施工现场有可供开挖的适宜的垫层材料，不因材料的购买运输而大幅增加地基处理费用。2. 2.2降水采用人工降低地下水位。降水的方法有轻型井点降水、真空井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水。在砂层中还可采用管井井点降水。3工程实例中委合资广东石化2000万t/年重油加工工程，3OOOkNm处理区。位于广东省揭阳市惠来县，设计规模为原油加工能力2000万t/年。整个场区约560万m2,主要采用3000,5OOOkN-m强夯能级处理。3. 1地质条件强夯处理深度范围从上到下分别为：细砂（Q4m1）松散稍密，稍湿湿,主要矿物成分为石英、长石，砂质纯，颗粒级配不良，该层场地均有分布，厚度为0.12.5m,平均0.82m。1细砂（Q4eo1+m）松散，湿饱和，主要矿物成分为石英、长石，砂质纯，颗粒级配不良，该层本场地均有分布，层厚为1.68.4m,平均4.3m02细砂（Qa1）松散、饱和，主要矿物成分为石英、长石，砂质纯，颗粒级配不良，该层本场地局部分布，厚0.32.4m,平均1.4mo夹层泥炭质土（Q4m）流塑软塑，含粉细砂及大量未完全分解的植物残渣，无光泽反应，韧性及干强度低。局部为粉质黏土或淤泥质粉质黏土夹砂，该层在本场地局部分布，层厚0.52.9m03细砂（Q4a1）稍密、饱和，主要矿物成分为石英长石、砂质纯，颗粒级配不良，该层在本场地普遍分布，层厚为0.44.4m,平均4.3m,平均2.65m04细砂（Q4a1）稍密中密，饱和，主要矿物成分为石英、长石,砂质纯，颗粒级配不良，该层在本场地均有分布，最大揭露厚度56m。地下水位埋深0.418m,平均0.8m左右。3.2地基处理方案设计要求3OOOkNm能级强夯处理区加固后的地基承载力特征值fak200kPa,压缩模量Es220MPa。点夯能级为3OOOkNm,夯点间距6m,正方形布置，分2遍进行，夯点的夯击次数210击；收锤标准为最后两击夯沉量平均值50mm0满夯能级为1OOOkNm,分2遍完成，夯印相搭1/4锤径,每点2击。3.3未采用降水方案区域强夯情况1）地下水位VIm深的区域在夯击过程中，夯坑及周围积水，夯坑周围一定范围内的地面开始下沉，造成起锤困难、设备下陷等情况。因砂土液化而发生涌砂灌满砂坑，致使施工无法继续进行，达不到设计要求夯击控制标准。由于地下水位浅，场地松软，致使强夯设备无法在场地行走和施工。2）在地下水位1.018m的区域在此区域夯坑深度在1.5m左右，20003OOOkN-m能级强夯可以勉强施工，但强夯后效果达不到设计要求，夯后土层的检测结果如下：细砂层为松散状态，在2.Om深度范围内。标准贯入修正锤击数平均值6.3击，锥尖阻力平均值2.13MPa,承载力特征值在80kPa左右。细砂层总厚度约8m,层底埋深9m,分为4个亚层，在检测深度9m范围之内。1细砂层平均厚3.2m左右，夯后为中密密实细砂。标贯入修正击数平均值24.7击，锥尖阻力平均值17.MMPa,承载力特征值220kPa。在1细砂层之下，存在两个软弱夹层，即2细砂层和夹泥炭质土层。2细砂层主要位于4.15.4m深度范围，松散状,标准贯入修正击数平均值7.0击，静力触探锥尖阻力平均值3.93MPa,承载力特征值为IOOkPa。夹泥炭质土主要位于4.25.5m,流塑状态，标准贯入修正击数平均值5.9击，静探锥尖阻力平均值1.55MPa,承载力特征值为60kPa0层细砂层内静力触探试验软弱夹层检测情况统计如表1所示。3细砂层标准贯入修正锤击数平均值12.3击，静探锥阻平均值7.53MPa,承载力特征值为160kPa0场地6m以下为4细砂层，中密密实，标准贯入修正锤击数平均值23.4击，静力触探锥尖阻力平均值14.9MPa,承载力特征值为210kPa.表1静力触探试验软弱夹层检测情况统计Tab1e1Detectionresu1tsofconepenetrationtest序号检测点号软弱夹层埋深/m软弱夹层层厚/m锥尖阻力平均值/MPh，:承载力特征值ZkPa1J73.33.60.32.411082J83.33.60.32.171033J114.14.30.23.441284J274.65.10.52.121025J344.25.21.01.71946J633.23.40.23.M1327J644.75.50.81.32868J653.53.90.43.151233. 4加固效果分析1）水位深度V1.Om区域，强夯基本无法施工。2）水位深度在1.01.8m范围，细砂松散层主要位于地下水位高区域，由于夯坑深度在1.5m左右，故夯锤与地下水位面撞击，造成水位面上、下土层被剪切波松动，虽然经低能级满夯后有一定的补强,但承载力仍然偏低。3）在2.Om以下至4.5m范围，由于面波干扰作用的消失，1细砂层得到了较好加固，承载力达到了设计要求。在3.35.5m深度，软弱夹层不均匀分布，由于高地下水位的影响和夯击能的衰减，这一部分软弱夹层强夯效果有限。4）3细砂层夯后承载特征值有一定提高，但仍然达不到200kPa的设计要求。5）4细砂层原土层的承载力特征值和处理前相近，强夯的作用表现不明显。3.5强夯加固方案调整根据强夯初期施工情况，决定对高水位区域采用降水十强夯方案。1）水位降深设计根据前期强夯施工情况，3OOOkN-m能级强夯的最大夯坑深度为1.8m,粉细砂毛细水上升高度取1.0m,地下水位应降至强夯起夯面下3.Omo2）降水方案降水方案采用管井井点降水。井点间距18m,正方形布置，井深6m,井点布置在夯点间，以减轻降水对强夯施工的影响。井孔回转钻成孔，孔径400mio井管直径315mm,井管高出地面300nun,钻孔深5.7m,水位降深3m,降水时间57do降水面积按1000021个单元，当场地降水深度达到3m后，仍按强夯原设计方案参数施工。由于场地有降水井管的存在，1,2遍点夯合并为1遍同时施工，点夯结束后，撤去井管分别进行2遍满夯施工。3.6调整方案后的加固效果采用地基静荷载试验、静力触探、标准贯入试验，检测效果如下。1）六联合车间强夯中间检测结果（见表2）表2六联合车间检测结果Tab1e2Detectionresu1tsofsix-jointworkshop力学分层深度/m承载力特征值/kPa压缩模量Et/MPa0.8-2.0220.02.0-6.025023.06.09.021019.06.0-9.0HO7.02）装置区强夯中间检测结果（见表3）表3装置区检测结果Tab1e3Detectionresu1tsinassemb1ingarea力学分层深度/m承载力特征值/kPa压缩模量EJMPa0.82.0217.00.7-7.024022.07.08.022020.08.0-9.018014.02.0-6.01006.06.0-9.01207.03）降水后的强夯效果分析层的承载力明显提高，由松散提到中密；层埋深4.15.5m的2细砂层消失；夹泥炭质土软弱层承载力由60kPa提高到IookPa;3,4层承载力达到设计要求。