山區(qū)填料不均如局部碎石局部土,填料厚度不一致,分層夯實的相互影響,階梯狀夯實應注意的問題以及此類場地強夯后土巖結合高邊坡的治理方法。
專家意見:
王晨:強夯后會經過土層參數檢驗,以此進行錨桿設計是一個思路,但是山區(qū)地基采用強夯的貌似不多,可能也是我孤陋寡聞。
威海景英高:原則上,山坡上不易采用強夯。我接觸過在山坡上采用強夯的工程,基本上都出現了問題。
鞏玉志:土層厚度變化大的山坡不建議強夯處理。
山區(qū)地基強夯處理
一、山區(qū)填土地基采用強夯法加固的適用性
對于山區(qū)碎石填土地基,如采用分層碾壓,當填土厚度較大時,分層數目多,工程較大,如采用樁基工程則由于碎石填土的存在易出現沉樁施工困難只能采用潛孔錘成孔或人工挖孔樁施工,導致工期和造價的提高。強夯法加固因設備簡便、工藝要求不高、工期短,在此類地基中采用強夯施工是比較經濟的一種地基處理方式。
強夯法指的是為提高軟弱地基的承載力,用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結的方法。利用起吊設備,將10~100噸的重錘提升至10~40米高處使其自由下落,依靠強大的夯擊能和沖擊波作用夯實土層。對于地下水位較淺的粘土、粉土地基,強夯的加固機理是動力固結;對于滲透性很強的碎石填土地基,或者地下水位在加固范圍之下的填土地基,強夯的加固機理是動力密實,即通過大能級的擊實能量,強制性地使松散的填土空隙減小,地基密實,強度和壓縮性提高,成為好的持力層。山區(qū)填土地基一般地下水位很低,填土大多為碎石夾土、碎石夾砂,滲透性好,用強夯法加固山區(qū)填土地基是很合適的,但要根據現場的地質條件和工程使用要求,正確選用強夯參數。
二、山區(qū)強夯地基處理應注意問題
1 強夯前對地面表層的處理
強夯處理前必須對填方區(qū)的自然地表進行必要的處理。首先, 要將地表的植被、耕植土、腐植土和淤泥全部清除; 其次, 由于山區(qū)的自然地貌高差較大, 對于自然坡面坡度較大的區(qū)域, 填土前應將斜坡的坡面挖成若干臺階, 避免填土后由于垂直荷載的作用引起填土層和斜坡面的滑移。
2 強夯前對填料的處理
由于是爆破開山回填, 填料以中風化一微風化巖石碎塊為主,巖質的軟硬程度和風化程度不同, 爆破后巖石的破碎程度也不同, 部分巖石碎塊的粒徑較大,故強夯前須對填料預處理,將大塊石分解,控制最大粒徑和不均勻系數,最大粒徑最好在500mm以下。如果沒有條件將大塊石分解,則在填土施工時要注意兩點:①盡量將大塊石填在地基深處。②盡量將大的塊石和砂土一起填筑,形成級配較好地基填料,避免大量塊石堆積造成孔隙很大的填土地基。
3 填土深度不均勻差異沉降控制
山區(qū)坡地地形起伏較大, 基巖坡度大,且埋藏淺, 地基土層沿水平方向變化突然, 這往往給地基基礎的設計與施工造成了一定的困難。對于一般的填土深度不均勻問題,可以將要處理的地基在平面上根據深度進行分區(qū),不同的加固深度選擇不同的夯擊能量,控制最后處理好的地基用相近的承載力和壓縮模量。對于同一棟建筑,一部分基礎落在挖方地基上,一部分基礎落在填土地基上的,應用強夯法時必須慎重。當采用強夯法處理時,對填土地基應該采用大的夯擊能量,使填土地基壓縮性能顯著提高,對挖方地基,應該進行超挖,并回填砂石料。這樣處理,力求同一棟建筑下地基的沉降性能趨于均勻。碎石土地基強夯后由于孔壓消散固結過程較快完成, 其主固結沉降可以在短時間內完成, 而次固結沉降或稱蠕變變形約為總沉降10 %~20 %左右,由此可以估計建筑物差異沉降是否滿足要求。
4 強夯前的現場試驗
由于強夯作用機理研究并不成熟,在正式強夯前進行試夯尤為必要。強夯施工前,應在施工現場有代表性的場地上選取一個或幾個試驗區(qū),根據初步確定的強夯參數,進行試夯或試驗性施工。待試夯結束后,對試夯場地進行測試,檢驗強夯效果,確定工程采用的各項強夯參數。
5 強夯施工
嚴格按照設計要求進行施工,另外, 山區(qū)地形變化復雜, 每一層強夯區(qū)域的邊界線必須明確, 尤其應避免在挖、填交接區(qū)域的漏夯現象, 為以后場地的使用留下隱患。
6 強夯后的檢測
強夯后應采取必要措施對強夯效果進行檢驗, 可采用地基土靜載試驗、超重型動力觸探試驗、鉆孔取土進行室內土工試驗、現場灌砂、灌水法干密度試驗、地質雷達及瑞雷波檢測等手段進行綜合檢測。由于碎石土地基檢測離散型較大,應綜合多項檢測結果得出檢測結論。
每層回填和強夯之后, 必須經檢測確定強夯效果滿足設計要求之后, 方可進行下一層的回填和強夯, 避免在未得到檢測結果的情況下倉促回填。對于檢測不合格的區(qū)域應進行補救, 直到滿足要求并檢測合格為止, 這一點尤為重要。
三、如何減小山區(qū)填土強夯地基的工后沉降
(1)分層夯填。根據夯擊能的影響深度,確定每次分層回填厚度,夯一層后再填一層,直到滿足建設場地需要;同時,夯前應首先清除場地內的耕植土和軟弱土層,作好排水規(guī)劃和引排措施。一定要保證分層厚度內土層得到有效加固,如果原有已填厚度較大,應進行挖除一部分后在進行強夯。
(2)增大夯擊能。若填土較深,可采取增大夯擊能,同時加大夯點間距的做法進行強夯。
(3)回填時,應控制好填料的級配,尤其是大巖塊的粒徑,最大粒徑不宜超過500 mm。否則宜采取措施進行破碎。級配不良時,密實度無法得到保證,工后沉降不宜控制。
(4)夯后表層松動土可采取二次壓實方法進行處理;也可采取將表層松動土挖除,換填成碎石或卵石墊層以調節(jié)地基的不均勻沉降,根據實際情況,亦可采取在墊層內鋪設土工格柵來調節(jié)變形。
(5)回填填料,應選取硬質巖、不宜風化巖,少采用軟質巖、易風化巖。軟質巖、易風化巖由于架空結構的存在,在地下水的滲透、沖刷下,巖塊會風華崩解,可能會造成地基產生大的變形和塌陷,從而造成地基失效。
四、山區(qū)填土強夯地基事故分析
針對強夯在山區(qū)地基應用中的相關問題,在地基基礎設計群征詢了專家的意見,專家們紛紛表達了對山區(qū)地基采用強夯法處理的擔憂,為此,筆者對山區(qū)地基采用強夯法處理進行了調研。
經筆者調研發(fā)現,確實存在大量山區(qū)地基采用強夯處理后,最后出事故的情況,但筆者同樣發(fā)現這些工程之所以出問題絕大多數原因是沒有做好高填土區(qū)分層強夯及強夯后檢測方法不當導致的。
當山區(qū)地基填土的下部尚有很厚的松散土層,大雨后隨著雨水下滲并流出,土顆粒也大量流失,使地基土形成空隙并下陷,導致地基土整體下沉與局部不均勻下沉。所以山區(qū)填土區(qū)采用強夯法加固地基時,必須注意強夯的影響深度,山區(qū)地基填土厚度較大時應采用分層強夯的方法,并注重檢測方法,保證加固深度范圍內土層得到有效加固。
在檢測方法的選擇上,小型荷載板試驗只反應表層土情況,根據處理深度可選用大尺寸的載荷板進行試驗,并可以通過挖試坑的方式獲得處理深度范圍內上下表面一定厚度加固土的干密度檢測判斷強夯加固的均勻性;動力觸探結果表明所有強夯過的測點土層與未強夯過的測點土層比較,在一定土層深度范圍內有差別,而以下部分沒有差別,是檢測強夯的有效加固深度行之有效的方法,當遇到大塊石動力觸探鉆進困難時可借助潛孔錘進行引孔鉆進;瑞利波速檢測深層地基基土特性變化的結果尚欠精確,但可以定性的判斷地基土層的加固效果。由于碎石土地基檢測離散型較大,應綜合多項檢測結果得出檢測結論。
筆者通過調研也發(fā)現,通過合理的設計、施工,強夯地基工后沉降可以控制在合理范圍之內,暴雨、自然災害等其它原因引起的個別工程項目出現不均勻沉降,根本問題還是在于施工措施不到位。強夯仍是處理高填方塊石地基較為可靠、經濟的一種方法。
五、本期其他問題的討論
1 山區(qū)填料不均如局部碎石局部土,填料厚度不一致,分層夯實的相互影響
山區(qū)地基強夯施工前應按本文第二部分提到的內容做好地面表層處理和填料篩選,根據填土厚度做好分層強夯。筆者認為上層強夯將對下層已強夯地基產生補強密實效果。
2階梯狀夯實應注意的問題
對于自然坡面坡度較大的區(qū)域, 填土前應將斜坡的坡面挖成若干臺階, 避免填土后由于垂直荷載的作用引起填土層和斜坡面的滑移。對于依山而建形成多個臺階建筑群的場地進行強夯施工時,應注意精細施工,用定位樁控制各級分層強夯的作業(yè)面。分層強夯各層平臺及坡度的設置應滿足邊坡穩(wěn)定和相關規(guī)范的要求。
3 山區(qū)地基強夯后土巖結合高邊坡的治理方法
強夯后土巖結合高邊坡在采用擋土墻和懸臂抗滑樁等不能滿足要求時,可以借助錨桿或錨索等構件。作為永久邊坡支護時,土體沉降會否引起錨桿(索)預應力損失從而應發(fā)錨桿(索)失效危及邊坡安全。
對于該問題,筆者將繼續(xù)思考并結合項目希望在以后能給出一個較好的建議,也歡迎其他專家提供意見。