强夯置换法在沿海某石化铁路工程中的应用

2022-09-11

1 引言

强夯法又称动力固结法, 是反复将很重的锤起吊至一定高度使其自由落下给地基以冲击和振动, 从而提高地基的强度, 降低压缩性, 改善抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、黏性土、杂填土和素填土等地基。工程实践证明, 用强夯法加固软土地基效果不明显, 有时反而降低强度。

2 强夯置换法加固饱和土地基的原理

强夯置换法是利用强夯作为置换软土的手段, 即利用强夯排开软土, 夯入石料和砂料, 形成石墩和砂墩。这些墩体经强夯后一般结构紧密, 承载力高, 变形量小, 并插入饱和软土中一定深度, 众多的墩体与周围的原地基土形成了碎石墩复合地基。未被置换的下卧层及周围的饱和软土, 在动力作用下进项排水固结, 变得更密实, 从而使整个地基的承载力提高, 沉降减小。对于饱和软土来说, 强夯置换法的主要作用是置换, 其次是排水。

3 工程实例

3.1 工程概况

中化泉州1200万吨炼油项目铁路专用线工程所在地区位于福建省泉州市湄洲湾外走马埭围垦内。地基处理范围是专用线石化站DK1+700~DK3+100段, 长1400m, 宽51.2m。设计要求地基承载力达到150KPa, 工后沉降小于30cm。场地的天然地基承载力不满足设计要求。

本段属滨海冲海积平原地貌, 地面标高5.2m左右, 地形平坦开阔。上覆第四系全新统人工堆积层素填土, 冲海积层淤泥、粉细砂、中砂, 冲洪积层粉质黏土, 坡残积粉质黏土, 下伏燕山早期第一次侵入花岗岩地层分述如下:

<1-1>素填土:褐黄色、灰黄色、灰色, 分布不均, 密实度不一, 以粉质黏土为主, 夹植物根茎、碎石等。层厚0.00~1.20m, γ=18k N/m3, C=5k Pa, φ=10°

<1-2>素填土:棕红色、灰黄色、灰白色、灰褐色, 多为粉质黏土填筑压实而成, 较密实, 部分为填砂, 松散, 稍湿, 为滨海新近填筑土.层厚1.0~4.4m, γ=18k N/m3, C=10k Pa, φ=15°, [σ]=100k Pa;

<2>淤泥:灰色、青灰色, 软塑~流塑, 主要成分为黏粒, 含腐质物, 夹少量贝壳碎屑, 有腥臭味, 夹薄层粉细砂, 夹腐殖质和贝壳。层厚0.00~8.20m;γ=16k N/m3, C=6k Pa, φ=2°, [σ]=40k Pa;

<3>细砂:褐灰色、灰色, 松散, 饱和, 主要成分为石英、云母、长石, 夹贝壳碎屑, 含腐植质, 仅在DJ-LJ-43孔揭露。层厚4.70m, γ=18k N/m3, C=0k Pa, φ=30°, [σ]=100k Pa;

<4-1>中砂:褐灰色、灰黄色, 松散~稍密, 饱和, 主要成分为石英、云母、长石, 磨圆度一般, 级配较好, 含贝壳碎屑, 层厚0.00~6.20m;γ=18k N/m3, C=0k Pa, φ=35°, [σ]=120k Pa;

<5-1>粉质黏土:灰黄, 灰色, 软塑, 土质不均匀, 局部夹中粗砂, 层厚0.00~11.01m;γ=18k N/m3, C=15k Pa, φ=10°, [σ]=100k Pa;

<5-2>粉质黏土灰黄、褐黄色, 硬塑, 干强度中等, 中等韧性, 土质不均匀, 局部夹中粗砂。厚0.00~5.60m;γ=18.5k N/m3, C=20k Pa, φ=17°, [σ]=150k Pa;

3.2 强夯置换设计

1) 工后沉降控制标准

工后沉降量应满足≤30cm。

2) 稳定安全系数控制标准

根据《铁路工程地基处理技术规程》 (TB10106-2010) 相关规定, 施工期稳定安全系数不小于1.10, 运营期稳定安全系数不小于1.20。

3) 地基承载力验算

地基承载力检算应满足《铁路工程地基处理技术规程》 (TB10106-2010) 第3.3相关要求, 复合地基加固桩顶属路基基床底层, 承载力应不小于150kpa。

4) 主要工程措施

(1) DK2+400~DK3+154.5铁路有砟道床范围及环形道路整平场地后, 采用强夯碎石墩加固基底, 碎石墩孔口直径150cm, 间距3.5m, 呈正三角形布置, 加固深度5.5~10.7m, 打穿表层填土<1-2>、淤泥<2>及细砂<3>层至持力层不小于0.5m。墩长10.0m。施工时按三遍夯:第一遍主夯采用柱锤, 夯击能量8000k N·m;第二遍采用平锤加强, 夯击能3000k N·m;第三遍采用平锤满夯, 夯击能2000k N·m。

(2) 施工前在加固区域 (DK2+400~DK3+154.5) 与主厂区厂房之间开挖一条长约800m的防震沟, 防震沟宽1m、深2m。

(3) 强夯碎石墩加固区范围基底铺设0.5m厚加筋砂砾石垫层, 加筋为一层双向80k N/m土工格栅。

3.3 强夯置换施工

1) 施工工艺参数

(1) 第一遍8000k N·m能级柱锤强夯置换, 夯点间距为3.5m, 正三角形布置, 夯锤直径为1.2m, 收锤标准为最后两击平均夯沉量不大于200mm。在强夯置换施工过程中, 夯坑填料坚持“少喂料, 喂好料”的原则, 每次填料厚度不超过夯坑深度的2/3, 填料量以施工不吸锤、不丢锤为原则。施工完成后及时将夯坑推平。

(2) 第二遍3000k N·m能级平锤强夯, 夯点为原点加固夯, 夯锤直径为3.0m, 收锤标准为最后两击平均夯沉量不大于50mm, 施工完成后及时将夯坑推平。

(3) 第三遍平锤满夯, 能级为2000k N·m, 一点两击, 夯一遍, 夯锤直径3.0m, 夯印要求搭接1/3面积, 满堂处理。

2) 强夯置换施工总结

(1) 单点夯点SH1-002, 从地表测点沉降数据来看, 开始2击隆起不明显, 最大隆起量为2cm;随着填料的开始, 隆起渐渐明显, 最终隆起量约20cm。此点共夯了16击, 中间加料4次, 累计夯沉量14.09米, 最后两击平均夯沉量为18.0cm。

(2) 振动监测

在强夯施工过程中开挖减震沟进行监测振动情况。

3.4 强夯置换碎石墩的质量检验

本次强夯施工完成并经过28天的间歇期后进行了夯后检测工作, 主要采用平板载荷试验、重型圆锥动力触探试验检测。动力触探采用自动落锤装置, 锤重63.5kg (重型) , 锤击贯入连续进行, 记录每贯入10cm的锤击数N63.5作为评价指标, 当遇碎、块石锤击反弹时, 回转钻进清除碎、块石再进行试验。平板载荷试验采用堆载法, 所有检测点加载至设计承载力特征值的二倍荷载, 对测试结果绘制p-s、s-lgt曲线, 确定土层的承载力指标。

根据动探数据综合分析, 有效加固深度不小于10.7m, 强夯碎石墩穿过填土 (1-2层) 、淤泥 (2层) 及细砂 (3层) , 进入持力层, 满足设计要求;平板载荷试验地基承载力满足150k Pa的要求;工后沉降经计算满足设计要求平均12.5cm。

4 结束语

通过该铁路专用线项目成功应用强夯置换法加固滨海软土地基, 可以得到以下结论:

1) 强夯置换墩适用于表层填土含有部分块石, 采用其它地基处理困难的软土场地条件;

2) 强夯置换墩的长度大于设计要求的10m, 对锤的形状、尺寸及夯击能有一定要求, 设计施工前需选取场地地质条件代表性的试验区进行试夯;

3) 强夯置换噪音、振动较大, 不适用于据村镇较近的场地;对距离较近的建筑物采取挖减震沟的措施, 效果明显;

4) 强夯置换施工过程中, 易出现吸锤现象、的地表隆起现象, 施工中应加强控制监测。

摘要：本文介绍了福建沿海滨海软土地区的地质条件、强夯置换的设计、施工情况。特别是强夯置换墩加固深度达10m, 单击夯击能达8000k N的强夯置换的工程应用。用强夯法将粗颗粒料 (如碎石) 夯击到土层中能够形成柱状体;复合地基不仅置换部分强度大幅度提高, 天然土部分由于排水固结作用和挤密作用也使强度有所提高。

关键词：强夯置换,软黏土