强夯法在超厚粉煤灰层地基处理实验研究分析

(整期优先)网络出版时间:2024-04-17
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强夯法在超厚粉煤灰层地基处理实验研究分析

胡旭光,索晓峰,王鹏,张世伟,岳腾飞

中国建筑第八工程局有限公司华北分公司,天津,30045

摘要:某海港粮仓项目针对7~11m厚粉煤灰地基进行处理,采用降水+填料强夯及普通填料强夯法进行分别进行地基处理试验,并且进行原位测试,对两种不同强夯法加固粉煤灰地基的效果评价进行了对比分析。结果显示,降水强夯法可基本消除粉煤灰的土体液化,填料强夯对水下部分粉煤灰处理效果欠佳,影响深度较小。本文研究结论对超厚粉煤灰地区的加固具有一定的指导和参考意义。

关键词11m厚粉煤灰;降水强夯;处理深度;标贯

引言粉煤灰是一种高度分散的细微颗粒集合体,在电子显微镜下成蜂窝状,颗粒表面有许多裂隙和孔洞,表面孔洞较大,深部孔洞较小,呈漏斗形,颗粒本身的孔隙占颗粒体积的比例很大,孔洞与裂隙易于蓄水。粉煤灰土一般视为砂性土,其抗液化强度与粉细砂土无明显差别。饱和砂土在动荷载作用下,往往会丧失其原有强度而转变为一种类似液体的状态,这就是所谓的液化。如果构筑物的地基发生液化会造成构筑物失稳、倾倒等严重后果,而饱和的粉煤灰具有在动荷载作用下极易液化的特点,尤其是处于低密度、高孔隙比状态的粉煤灰,不仅在动应力条件下会发生液化,在静力条件下也会产生流动和液化破坏。因此粉煤灰地基处理时,应根据设计要求需要达到消除液化或轻微液化的目标。

1工程地质条件

拟建场址为粮食仓储及粮油加工项目,场址毗邻渤海湾,最近距离海岸17m,土质存有7.4m~11.1m厚粉煤灰,属于严重液化土层。设计要求地基处理后,地基承载力特征值在120kPa以上。

根据该工程详细勘察资料,研究区的地层情况自上往下主要为:

本工程场地为热电厂粉煤灰堆场,堆填时间1~10年。地质勘察查明,地面高程变化在3.35~5.00m之间,相对高差1.65m。

据钻探揭露,建筑场地内第四系土层,主要土层为:

①-2素填土,主要由粉煤灰组成,填筑时间2~3年,厚度变化范围7.40m~11.10m,标贯击数1~3击,严重液化土层。

③圆砾:由硬质岩组成,局部分布,粒径0.4~2.0cm,亚圆形,磨圆度好,粗砾砂充填。地基承载力特征值fak=250kPa。

④卵石:卵石母岩成分为花岗岩、砂岩、辉绿岩等,卵石粒径2~6cm,最大10cm,呈亚圆形,磨圆度较好,砂类土充填。地基承载力特征值fak=350kPa。

⑤下伏太古界混合花岗岩强风化层。矿物成分为长石、石英、云母和角闪石等,中粗粒花岗结构,块状构造,原岩结构可辨认,岩芯扰动后呈砂土状,下部呈碎屑、碎块状,为软岩-较软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ级。地基承载力特征值fak=500kPa。

2  降水强夯法处理粉煤灰地基

2.1试验概况

在拟建场址,选取试验段25m×25m,采用降水强夯法处理粉煤灰地基,试验段内布置3个静载试验点,3个标贯试验点用来监测地基承载力及粉煤灰液化情况。

2.2试验过程

2.2.1 场地满夯,打井降水

第一遍低能量(500KN·M)满夯,夯沉量约0.5m,满夯后满足施工设备行走等需求。试验段周边设置8口无砂管降水井,试验段段内设置7排(每排13根)轻型井点降水管。

2.2.2 第一遍点夯

试验段进行第一遍点夯,夯击能2000KN·M,布点间距8m,试验段区域共计进行了12个点位点夯,每一点位进行了5击,每个点位夯沉量约1.5m。

2.2.3 第二遍点夯

试验段进行第二遍点夯,夯击能3000KN·M,布点间距8m,试验段区域共计进行了9个点位点夯,每一点位进行了6击,每个点位夯沉量约为2.2m。

2.2.4 第三遍点夯

试验段进行第三遍点夯,夯击能5000KN·M,布点间距8m,试验段区域共计进行了21个点位点夯,每一点位进行了10-24击不等,每个点位累计夯沉量均已超过4m,多个管井出现淤死,夯坑边出现裂缝。多个管井多数点位最后两击的平均夯沉量为满足技术规范中的推荐值≤100mm。

2.2.5 全场满夯,场地平整。

试验段进行全场满夯,夯击能500KN·M,满夯场平后选取点位进行静载试验和标贯试验。

2.3试验分析

2.3.1  静载荷试验

各试验点地基承载力特征值结果如下表所示。

序号

试验部位

绝对高程(m)

最大加载量(kpa)

累计沉降量(mm)

1

试验点1

3.60

260

10.06

2

试验点2

3.60

260

9.38

3

试验点3

3.60

260

13.08

各点的静载荷试验结果表明,在最大加载量下,p-s试验曲线无陡降表征,是平缓的光滑曲线,最大沉降量为9.38mm~13.08mm,均属缓变型试验曲线。

根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012附录A处理后地基静载荷试验要点的规定,当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时,可按相对变形值确定处理后地基承载力特征值。本次试验相对变形值取s/b=0.01所对应的压力(s为静载荷试验承压板的沉降量,b为静载荷试验承压板的边长)为处理后地基承载力特征值。

本次试验各试验点的相对变形值取静载荷试验承压板边长(1.5m)的1%,即相对变形值为15mm。

同时《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012附录A处理后地基静载荷试验要点规定:按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载量的一半。

故夯实地基承载力特征值结果汇总如下表

夯实地基承载力特征值结果汇总

序号

试验部位

相对变形值(mm)

对应加载量(kpa)

承载力特征值(kpa)

1

试验点1

15

260

120

2

试验点2

15

260

120

3

试验点3

15

260

120

根据3个点的地基承载力静载荷试验统计结果判定,降水强夯法处理后的地基承载力特征值>120kpa,满足设计要求。

2.3.2  标准贯入试验

各试验点标准贯入数据如下:

点位

高程

(m)

试验深度(m)

击数

0-10cm

10-20cm

20-30cm

N值

标贯点1

3.60

1.5

1.8

6

8

9

23

2.5

2.8

8

9

12

29

3.7

4.0

7

8

9

24

4.9

5.2

7

9

12

28

6.2

6.5

4

4

7

15

7.1

7.4

4

5

7

16

标贯点2

3.60

1.5

1.8

9

12

31

52

2.5

2.8

12

15

22

49

3.7

4.0

14

19

21

54

4.8

5.1

8

8

9

25

5.9

6.2

6

8

9

23

7.0

7.3

8

8

9

25

标贯点3

3.60

1.5

1.8

9

9

11

29

3.0

3.3

3

4

6

13

4.4

4.7

3

3

4

10

5.9

6.2

4

5

6

15

7.2

7.5

4

6

6

16

因强夯回填土局部含有小块风化岩碎石,个别点位N值较大。通过分析3个点位的标准贯入试验数据,可知标贯点1和标贯点2位置位置处理比较好,基本消除液化,标贯点3处理效果相对薄弱一些,为轻微液化。综上所述降水强夯法处理后的地基基本可以消除液化。

3填料强夯法处理粉煤灰地基

3.1试验概况

在拟建场址,选取试验段25m×25m,采用填料强夯法处理粉煤灰地基,试验段内布置3个静载试验点,3个标贯试验点用来监测地基承载力及粉煤灰液化情况。

3.2试验过程

试验过程同降水强夯法处理地基,但没有进行降水措施。

3.3试验分析

3.3.1  静载荷试验

各试验点地基承载力特征值解雇如下表所示。

序号

试验部位

绝对高程(m)

最大加载量(kpa)

累计沉降量(mm)

1

试验点1

3.72

260

16.68

2

试验点2

3.72

260

17.85

3

试验点3

3.72

260

16.29

各点的静载荷试验结果表明,在最大加载量下,p-s试验曲线无陡降表征,是平缓的光滑曲线,最大沉降量为16.29mm~17.85mm,均属缓变型试验曲线。

数据处理同2.3节,将故夯实地基承载力特征值结果汇总如下表

夯实地基承载力特征值结果汇总

序号

试验部位

相对变形值(mm)

对应加载量(kpa)

承载力特征值(kpa)

1

试验点1

15

258

129

2

试验点2

15

224

112

3

试验点3

15

247

123.5

根据3个点的地基承载力静载荷试验统计结果判定,降水强夯法处理后的地基承载力特征值为121.5kpa,满足设计要求。

3.3.2  标准贯入试验

各试验点标准贯入数据如下:

点位

高程

(m)

试验深度(m)

击数

0-10cm

10-20cm

20-30cm

N值

标贯点1

3.72

1.5

1.8

6

8

6

20

2.7

3.0

10

12

12

34

3.9

4.2

6

10

10

26

5.7

6.0

4

2

4

10

6.9

7.2

4

4

2

10

标贯点2

3.72

1.5

1.8

10

10

10

30

2.5

2.8

10

10

12

32

4.6

4.9

8

8

8

24

5.9

6.2

6

6

6

18

7.3

7.5

4

2

2

8

标贯点3

3.72

1.5

1.8

6

8

8

22

2.5

2.8

8

12

14

34

4.1

4.4

12

12

10

34

5.9

6.2

4

4

6

14

7.2

7.5

2

4

4

10

因强夯回填土局部含有小块风化岩碎石,个别点位N值较大。通过分析3个点位的标准贯入试验数据,可知标贯点1、标贯点2、标贯点3存在液化,综上所述填料强夯法处理后的地基不可消除液化。

5  结论与建议

1、无论采用那种处理方式,表层承载力均可得到较大程度提高,可达到150%。(≥120Kpa)

2、通过降水法将地下水位降至粉煤灰层下,可基本消除液化,承载力在全粉煤灰深度范围内普遍提高。

3、普通填料强夯法处理粉煤灰地基液化无法消除,水上部分承载能力提高,水下1-2m深度范围内承载力得到提高,此范围内局部消除液化,剩余区域处理效果不明显,且随着深度递减。

4、具体工程实践中可根据设计要求选用不同处理方案,如场地处理后作为建、构筑物天然地基则需采用降水强夯方式消除土体液化,达到抗震效果。如仅作为轻型道路基础则可以选择填料强夯方式对粉煤灰做局部深度处理以减低成本。

参考文献:

【1】魏晓辉,王俊峰.强夯法在粉煤灰地基上的应用实例【J】.山西建筑,2004,30(17):64-65.

【2】牛广水,刘生华,王丰岩.置换强夯法在处理饱和粉煤灰地基中的应用【J】.山东冶金,2023,45(3):67-71.

作者简介:胡旭光(1990-),男,工程师,从事工程管理与施工技术工作,E-mail:597188410@qq.com