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高能级强夯法在填海工程地基处理中的应用

    高能级强夯法在填海工程地基处理中的应用

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      强夯法是一种实用、高效、经济、环保的地基处理方法,在大型地基处理工程中得到广泛应用,高能级强夯法施工可提高大厚度回填土的强度和均匀性,降低压缩性,提高承载力。随着土地资源的减少 ,工业用地向填海地基扩展,强夯法施工的应用得到发展。本文介绍了某石化场地高能级强夯法施工的地质条件、施工工艺、质量控制、检测结果等,对类似工程具参考价值。

      1 工程概况

      本项目位于福建泉州, 项目库区兴建12台10万m3的储油罐及相关设施,面积约50.03万㎡。场地原为滩涂海域。据回填后的报告,本区域表层回填土厚为8.3m~13.0m左右,填土来源为土、石混合料,其成分多样,地层复杂。

      2 工作方法

      本场地填土层平均超过10m,下部软弱土层为两类,平均厚度约4m,部分场区存在较厚软弱土层,需通过特殊的方法将软弱土层挤出,经回填之后,其下基本不存在软弱土层,沉降变形小。选用本方法置换,加固深度可不小于12m,容易成为厚的硬壳层,对湿的罐底范围内换填一定的级配碎石,提高强夯能效,处理后使用钢混凝土环墙基础,参数均满足要求,且经济高效。

      设计采用15000kN·m能级的平锤强夯联合10000kN·m 能级的柱锤强夯置换试验方案。处理要求:有效加固深度不小于12m( 或残积土层、风化岩层顶或淤泥层顶);有效加固深度内加权平均压缩模量不小于18MPa,处理后的地基承载力特征值:≥250kPa。本次强夯采用15000kN·m能级,夯点间距 9m,点夯的平均累积夯沉量为11.37m,平均夯击数,26击,平均回填次数为 4次,夯坑平均回填石料102.4 m3,夯坑周边最大隆起0.42m。

      3 质量控制的方法

      3.1施工环境的选择

      高能级强夯置换法适宜干旱季节施工,强夯置换一般选择在雨水少的季节施工,若无法避免雨季施工,需在施工现场设置足够数量的排水设施,将水及时排出场地。

      3.2材料的选择

      强夯置换是把夯锤提高到设计高度后由夯锤自由落体至填料表面瞬间产生巨大的冲击力而将石料进行挤密的过程,故对置换用的石料在强度上有一定要求,要求石料具有足够强度,中等风化块石成分不得少于70%,不得用质地软的石料,且石料级配要合理,最大粒径一般控制在小于30cm,粒径大于 30cm且小于50cm的数量不得大于总石料数量的20%,强夯材料中含泥量不得大于5%。

      3.3机械的选择

      考虑机械能在松软的土地上独立行走,高能级强夯机械一般是履带式机械,提升采用卷扬机加门式结构装置或拔杆结构式装置。夯锤形式选用平锤或柱锤,夯径一般在2.2m~2.5m左右 ,锤重在 45t~80t左右。

      3.4工艺控制强夯置换机械就位后,用提升设备将夯锤提升至设计高度后,自动脱钩装置将夯锤与钢丝绳脱开,夯锤自由落体在地面冲击一个3m的深坑, 然后开始回填石料1m厚,再提升夯锤重复 操作至出现跳锤或最后两击的夯沉量小于15cm为止。

      4 夯后结果

      根据规范所需,至少需采用两种检测手段对地基进行检测。

      4.1瑞雷波检测测试成果与分析

      近海侧布置6台罐的面波测验,共50个点,分析整个置换区深层地基土的物理性质。分析处理后的频散曲线,据分析统计,强夯处理区很均匀,Vse高。经处理,处理范围内Vs≥250m/s,场地各部分Vs较接近,场地物理性质很好。

      根据 GB 5001—2010建筑抗震设计规范,根据经验确定,本场地经本方法处理后,为稍密状态;根据DBJ 15—31—2003建筑地基基础设计规范,稍密碎石土地基承载力特征值大于200kPa,强夯有效加固深度大于12m。

      4.2平板栽荷试验检测结果与分析

      在各罐的底部内、外共布设6组静载试验,显示处理后地基承载力≥250kPa,荷载板最大沉降,19.37mm~34.13mm,可看出力学指标满足要求,且变形小。

      4.3地基检测评价

      根据面波测试成果,在加固范围内,表层加固效果较好;其下深度范围土不均匀,强夯加固区内,部分试验器材之外,呈点状分布,有力学性质薄弱土层,深层加固后地基土较均匀,分层Vse高,性质稳定;深层地基土Vse高,无薄弱层,局部剥蚀。

      结合面波曲线,高能级强夯加固区,有效加固深度大于12m。有效处理范围内强夯地基土密实度为中密,其下地基土力学强度好。

      5 观测结果

      油罐建成后,观测成果符合要求,如10号罐充水预压最大沉降量48mm,其他11个罐的沉降和变形量也在设计及规范内。故本次地基处理设计、施工效果好,是沿海填海地基的一个成功范例。

      6 结语

      该区域地基土经加固后,通过平板载荷试验和瑞利波法进行综合对比,可得出结论:

      1)通过评价,地基土经此方法达到预期效果,夯后地基土承载力满足要求。除此之外,从油罐建成观测结果来看,各项指标满足要求;

      2)本方法加固深度大,地基强度高,效果很好;

      3)本方法造价低,适用于要求工期紧的项目。目前我国沿海地区石化项目10万m3。油罐回填地基一般均采用纯桩基方案,采用高能级强夯置换法处理是一个创新,在回填较厚大型场地的地基挤密和地基处理领域中是一个新思路。

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