浅谈强夯法在软土地基处理中的应用＊

2010-03-21李玉平

外语与翻译 2010年2期

关键词：夯法淤泥软土

李玉平

(中铁十八局集团第五工程有限公司,湖北武汉 430200)

浅谈强夯法在软土地基处理中的应用＊

李玉平

(中铁十八局集团第五工程有限公司,湖北武汉 430200)

随着我国高等级公路建设的飞速发展,设计速度的提高,对线形指标的选用也随之提高,从而不可避免地带来公路路基穿过软土地区的情况。本文从实际出发,以实用性作为切入点,简要叙述了当前在我国公路施工软土地基处理中使用较为广泛的强夯法的技术和方法。

软土地基;公路施工;强夯法

一、强夯法的概念

强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤(一般为10～40t)提到高处使其自由落下(一般落距为10～40m)夯击地基,从而使地基的强度提高、压缩性得到降低的方法。强夯法的雏形产生于20世纪50年代末, 1957年英格兰道路研究所曾运用普罗克特(Proctov)击实原理进行过深层土体的压实,到60年代末期,强夯法才在法国工程师路易斯.梅纳(Louis Menard)的倡议下开始使用。强夯法最早仅用于处理砂土和碎石地基,后来随着施工方法的改进和排水条件的改善,强夯法被应用到了细粒土地基。强夯法以其加固效果好、施工方便、节省劳力、适用土类广、节约材料、设备简单、施工期短、施工文明和施工费用低等优点,很快在世界各地得到了广泛的传播。

我国在20世纪70年代后期开始引进此项技术,并分别在天津、河北、山西等地首先进行了试验研究,由于取得的效果较好,很快就在全国各地推广开来。20世纪80年代中期,我国在处理填海地基的工程中使用强夯法取得了成功,强夯法便在沿海地区进行了推广应用,取得了较好的经济效益和社会效益。强夯法适用于处理碎石土、粉土、砂土、粘性土、杂填土和素填土等地基,它不仅能提高地基的强度、降低其压缩性、还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,因此还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。当然,强夯法也不是万能的,对于饱和度较高的粘性土,处理效果就不是十分显著,尤其是淤泥和淤泥质土地基,处理效果更差。因此对于淤泥质土地基处理时应谨慎选用或采取其他方法。

二、强夯法的加固原理

J.K.米切尔(J.K.Mitchell)在1981年召开的第十届国际土力学和基础工程学会上所作的“土质改良——技术状态”报告中,曾对强夯法的加固机理进行了概括:当强夯法应用于非饱和土时,压密过程基本上同实验室中击实法(普罗克特击实法)相同;对于饱和无粘性土,夯击过程中,土体可能会产生液化,其致密过程与爆破和振动压密过程相似;对于饱和细粒粘土的效果尚不明确,成功和失败的例子均有报道,对于这类饱和的细颗粒土,要求破坏土的结构、产生超孔隙水压力、山裂隙形成排水通道。简单来说,强夯法处理软土地基的加固原理是利用重锤自上落下产生的冲击波使地基密实,这种冲击力引起的振动在土中是以波的形式向地下传播的。

用能量守恒定律来解释的话,我们可以将地基视为具有弹性的空间体,那么,夯锤自由下落过程也就是重力势能转换为动能的过程,即随着夯锤下落重力势能越来越小,动能则随之越来越大,在落到地面以前的瞬间,重力势能的极大部分都转换为动能,夯锤夯击地面时,这部分动能被分化成三部分:一部分以声波形式向四周传播,一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外,其余的大部分冲击能则使土体产生自由振动,并以压缩波(也称为纵波)、剪切波(也称为横波)和瑞利波(也称为表面波)的波体系联合在地基内传播,在地基中产生一个波场。强夯理论认为:压缩波大部分通过液相运动,使孔隙水压力增大,同时使土颗粒错位,土体骨架解体。而随后到的剪切波使土颗粒处于更密实的状态。占总能量67%的瑞利波,其竖向分量起到松动土的作用,但其水平分量可使土得到密实。

三、强夯法的适用条件

强夯法不是万能,它无法实用于所用的地质。同其他软土地基处理技术一样,强夯法也有其一定的适用范围和特殊要求。从国内外工程实践经验看,强夯法加固软土地基的关键性问题主要包括:土的粒径、土层特性及土层含水量。

一般认为强夯法目前除了对厚层淤泥质和淤泥不适用外,对某些类型的软土强夯效果还是比较好的。从土的性质分析,软土强夯效果决定于地基土的含水量、粒径级配及孔隙比的大小。此外,软土的土层性质也很重要。我国工程技术人员根据多年的工程经验,认为对含水量大于60%,孔隙比大于1.5,粒径小于0.005mm粘粒占30%以上的饱和软粘土不宜采用强夯法。国外,一些国家认为粘土粒径小于0.002mm不能用强夯法处理。第十届土力学及基础工程会议认为土中小于0.035mm的颗粒占25%～35%时不适宜采用强夯法处理。德国有学者认为颗粒直径小于0.002mm占10%～15%时,采用强夯法要慎重,如果采用,夯击的间隙时间要加长。中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)规定:强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、和素填土等地基,当采用在夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时,应通过现场试验确定其适用性。

采用强夯法处理软土地基,其加固效果决定于地基土的渗透性,所以必须创造排水通道。因此在强夯时,为了取得更好的效果,根据软土的物理力学性质,可以采用综合加固方法进行,但是此种方法费用较高,对路基大面积采用得不偿失。

1、强夯加袋装砂井(或塑料排水板法),以加速饱和软粘土的排水固结;

2、强夯挤淤加固法。对于厚度不太大的淤泥层,采用抛填块石或矿渣等材料后再夯实,使大石块强迫落到底层硬土上,同时将大部分淤泥挤出,这是一种强夯置换法;

3、在饱和软粘土上加铺0.5～2m厚的垫层(可用矿渣、钢渣、碎石或山皮土等),在高能量夯击作用下,使垫层与软土层发生接衔混合,改变软土的性质,提高地基土的承载力。