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高能级强夯法在吹填土地基处理中的应用分析与探讨.pdf
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1、第41 卷第1 1 期2023年1 1 月文章编号:1 0 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)1 1-0 1 42-0 9市放技木Journal of Municipal TechnologyVol.41,No.11Nov.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.11.142高能级强夯法在吹填土地基处理中的应用分析与探讨余建飞1,宋勤,杨建宇2*(1.浙江石油化工有限公司,浙江舟山31 6 0 0 0;2.北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司,北京1 0 0 0 32)摘要:东南沿海地区吹砂填海地基地下水位较高,素填土层较厚,且夹杂淤泥质黏土,导致地基承载
2、力不足,后期沉降较大,地基处理难度大。为了探讨高能级强夯法对这类吹砂填海地基的加固效果,基于高能级强夯法在某绿色石化基地二期工程低温罐区吹填土地基处理中的实际应用,对高能级强夯法处理吹填土地基的可行性进行了分析。强夯结束后分别运用静载荷试验、瑞利波法、重型动力触探试验进行现场检测。结果表明:夯后瑞利波波速明显提升,土性明显改善;通过静载荷试验P-s曲线及夯后瑞利波波速值与承载力特征值的关系式,得到夯后素填土层地基承载力特征值2 50 kPa,使上部素填土层形成了硬壳层并同时提高了土层的压缩模量;通过夯后重型动力触探N63.5修正值(击)及夯后瑞利波波速值与承载力特征值的关系式,得到夯后吹填土层
3、地基承载力特征值1 30 kPa。这表明高能级强夯法在处理素填土层较厚的吹填土地基时,不仅对素填土层有明显的加固效果,而且对吹填土层的承载力、压缩模量也有明显的提升效果,地基各项力学性能指标均能满足设计要求,同时对地基稳定性的改善也起到了关键性作用。关键词:高能级强夯法;吹填土地基;素填土;低温罐区中图分类号:TU472Application Analysis and Discussion of High Energy Level Dynamic2.Beijing Construction Engineering Quality Third Testing Institute Co.,Ltd.
4、,Beijing 100032,China)Abstract:In the southeast coastal areas of China,the groundwater level of sand blowing reclamation foundation ishigher and the plain filling layer is thicker with mixed silt clay,which results in the insufficient bearing capacity ofthe foundation,the larger settlement in the la
5、ter stage.It is difficult to treat the foundation.In order to explore thereinforcement effect of high energy level dynamic compaction method on the kind of blowing sand reclamation foun-dation,the feasibility of the method in the treatment of the second phase is analyzed in a green petrochemical bas
6、ebased on the application of the method.After the dynamic compaction,the static load test,Rayleigh wave method andheavy dynamic sounding test are conducted on-site detection.The results show that both the wave speed of Rayleighwave increased and the soil property improved greatly;Through the P-s cur
7、ves of static load test and the relation-ship between the Rayleigh wave velocity and the characteristic value of bearing value,it is obtained that the charac-teristic value of the plain filling layer foundation after compaction 250 kPa,which forms a hard shell layer in the文献标志码:ACompaction in Reclai
8、med Ground TreatmentYu Jjianfeil,Song Qin?,Yang Jianyu*(1.Zhejiang Petrochemical Co.,Ltd.,Zhoushan 316000,China;收稿日期:2 0 2 3-0 9-2 7作者简介:余建飞,男,高级工程师,在职在读硕士研究生,主要研究方向为岩土工程。通讯作者:杨建宇,男,工程师,学士,主要从事工程检测、监测工作。引文格式:余建飞,宋勤,杨建宇.高能级强夯法在吹填土地基处理中的应用分析与探讨 JI.市政技术,2 0 2 3,41(1 1):1 42-1 50.(YUJF,SONGQ,YANG J Y.Ap
9、plication analysis and discussion of high energy level dynamic compaction in reclaimed ground treatment JJ.Journal ofmunicipal technology,2023,41(11):142-150.)第1 1 期upper plain flling layer and increases the compressive modulus of the soil layer;Through the correction value ofheavy dynamic sounding
10、N63.5(strike)and the relationship between the Rayleigh wave velocity and the character-istic value of bearing value,it is obtained that the characteristic value of the hydraulic filling layer foundation aftercompaction 130 kPa.This shows that high energy level dynamic compaction method in the treatm
11、ent of the fllinglayer thicker filling base,not only has obvious reinforcement effect on the filling layer but also on the bearing capac-ity in flling layer,compression modulus.All the foundation mechanical properties indexes can meet the design re-quirements.At the same time,the method plays an imp
12、ortant role in the improvement of foundation stability.Key words:high energy level dynamic compaction;reclaimed ground;plain filling;low temperature tank area余建飞等:高能级强夯法在吹填土地基处理中的应用分析与探讨143强夯法是一种地基加固方法,具有费用省、施工设备简单、工期短等优点,其原理如图1 所示。强夯法自1 9 7 8 年首次引入我国用于地基处理,至今已有40多年。近年来,随着我国沿海地区开发建设步伐加快,一系列围绕石化基地建设、
13、城市扩张的大型吹砂填海工程相继展开,在这些工程中,强夯法无疑是应对不良地基的首选处理手段。然而,由于吹砂填海地基地下水位较高,常含软土夹层,且素填土层过厚,采用传统强夯法有效加固深度达不到设计要求,因此需要采用多种方法进行处理,从而导致工程造价高、施工周期长,且填料往往就地取材采用由各种土石料和建筑垃圾组成的素填土,素填土和吹填土回填面积较大,回填时未经分层压实,属于欠压密固结土,传统强夯法的处理效果有限,难以对素填土层过厚的吹填土地基形成很好的振密改良效果。随着科学技术水平的进一步提高和理论成果的不断丰富,在传统强夯法的基础上,高能级强夯法逐渐发展起来。高能级强夯法一方面利用重锤的振动冲击力
14、改善土体的内部结构,增加土体的黏聚力和摩擦力,从而有效提高地基土的强度、降低地基土的压缩性,进而减少地基工后沉降等;另一方面其高能量优势增加了地基土的有效加固深度,最深可达1 0 2 0 m。因此,高能级强夯法成为东南沿海地区吹砂填海地基处理的首选方法。目前关于高能级强法在地基加固工程中应用的研究主要集中在高能级强夯法加固沿海非均匀回填地基、山区非均匀回填地基、砂土液化地基、湿陷性黄土地基以及软弱地基等方面 1-9,对素填土层较厚的吹填土地基较少涉及,这方面的工程经验严重不足。为此,笔者依托某绿色石化基地二期工程,研究了高能级强夯法对素填土层较厚的吹填土地基的处理效果,并通过实际检测验证了瑞利
15、波法在素填EK夯锤轻微隆起原地面有效加固区影响区(包含有效加固区)夯实作用效果冲击压实作用冲击振密作用图1 强夯法工作原理示意图Fig.1 Schematic diagram of the working principle of the dynamiccompaction method土层较厚条件下应用的有效性。1工程概况1.1工程简介某绿色石化基地二期工程低温罐区(平面分布如图2 所示)主要由5个罐体(乙烯(乙烷)1 号罐、乙烯(乙烷)2 号罐、丙烯(丙烷)1 号罐、丙烯(丙烷)2号罐、液氨罐)、工艺处理设施(压缩机、高压泵、汽化器)及管廊等附属设施组成。其中罐体半径约2 4m,高度约45
16、m,容量约50 0 0 0 m,均为钢制结构。各拟建建(构)筑物采用桩基础或进行地基处理,单桩最大荷载设计值约1 0 0 0 0 kN。室外整平标高4.50 m,设计标高4.8 0 m。该工程基础埋深约2 m,地基变形允许值(平均沉降量)2 0 0 mm。由于场地上部的o-1素填土和o2吹填土厚度较大,且吹填土均匀性差,素填土结构较松散,其承载力和变形特性难以满足上部结构的需求。因此,为了满足上部结构的需求和有效降低桩基的负摩阻力以及提高桩基的水平承高压气体有效加固深度影响深度市放技术144Journal of Municipal Technology载力,结合场地回填土实际情况,考虑采用高能
17、级强夯法对地基进行处理。其中,地基处理要求为:处理后地基承载力特征值fak250kPa;有效加固深度8.0m;压缩模量E.20.0MPa。丙烯(丙烷)1 号罐丙烯(丙烷)2 号罐50000m350000m3乙烯(乙烷)1 号罐乙烯(乙烷)2 号罐50000m350000m3图2 低温罐区平面分布图Fig.2 Plan distribution in low ogenic tank area1.2地质概况拟建场地属海相与陆相交互沉积,地形平坦。现有场地已回填5.50 6.1 0 m素填土,地质断面(如图3所示)自上而下分别为:5.40 m素填土7-0.10m吹填土o-26.007.80Z-6.6
18、2 m淤泥质黏土7.9010.007-15.92 m粉砂7-19.80 m淤混质粉质黏土2.505.307-22.55 m7-24.65 m7-28.54 mFig.3 Schematic diagram of the site geological sectiono-1 素填土:青灰、灰杂色,层顶标高5.40 5.60m,层厚5.50 6.1 0 m,稍密。主要由人工回填的碎石、块石和砂砾组成,其中碎石和块石含量约为第41 卷70%8 0%,粒径一般为30 30 0 mm,最大粒径可达600mm以上,均匀性差。本层压缩性中等偏高,,全场分布。o-2 吹填土:黄灰、灰黄、黄绿色,层顶标高-0.
19、75-0.1 0 m,层厚6.0 0 7.8 0 m,稍密、局部中密,很湿。主要由人工吹填的粉土、粉砂和细砂组成,其中粉砂和细砂主要成分为长石、石英等,级配差,液氨罐含少量黏性土和贝壳碎片,新近堆积,均匀性一般。50000m3本层压缩性中等,全场分布。1 淤泥质黏土:黄灰、灰色,层顶标高-8.36-6.62m,层厚7.90 1 0.0 0 m,流塑,略具水平层理,薄层状,含少量贝壳碎片,切面有光泽,黏性强、韧性高、干强度高,无摇振反应,土质总体较均匀,局低温罐区工艺处理设施压缩机、高压泵、汽化器层厚(m)?5.60m5.506.107-0.75 m-8.36 m7-17.54 m7-21.22
20、 m黏王2.507.70粉质黏土2.109.901.806.90黏土?43.8021.20图3场地地质断面示意图部为淤泥质粉质黏土、粉质黏土或黏土,略有腥臭味。本层压缩性高,全场分布。1 a 粉砂:灰绿、灰、黄绿色,层顶标高-1 7.54-15.92m,层厚2.50 5.30 m,密实为主、局部中密,很湿,主要成分为长石、石英等,级配一般、均匀性一般,含少量黏性土,局部黏粒含量较高,摇振反应迅速。本层压缩性中等,全场分布。N=2435击,平均值31 击。2 淤泥质粉质黏土:灰色,层顶标高-2 1.2 2-19.80m,层厚2.50 7.7 0 m,流塑,厚层状或鳞片状,含少量贝壳碎片,夹粉土、
21、粉砂条纹和薄片,切面稍有光泽,黏性中等、韧性中等、干强度中等,无摇振反应,土质均匀性一般,局部为粉质黏土、黏土。本层压缩性高,全场分布。,黏土:灰色,层顶标高-2 8.1 0-2 2.55m,层厚2.1 0 9.90 m,软塑一可塑,厚层状或细鳞片状,切面有光泽,黏性强、韧性高、干强度高,无摇振反应,土质均匀性一般,局部为淤泥质粉质黏土、粉质黏土,夹少量粉土、粉砂条纹团块。本层压缩性高,全7-28.10 m场分布。7-33.46 m,粉质黏土:黄绿、灰黄、褐黄色,层顶标高-33.46-24.65m,层厚1.8 0 6.9 0 m,可塑,含少量7-39.76 m铁锰质氧化物,切面较光滑,韧性中等
22、、干强度较高,无摇振反应,土质均匀性一般。本层压缩性中等偏高,全场分布。4黏土:灰色,层顶标高-39.7 6-2 8.54m,层厚3.8 0 2 1.2 0 m,软可塑、局部软塑,切面有光泽,黏性强、韧性高、干强度高,无摇振反应,土质均匀性一般一较好,局部相变为粉质黏土,夹少量粉砂第1 1 期薄层,局部发育粉砂透镜体,偶见灰黑色植物残骸。本层压缩性中等偏高,全场分布。2强夯设计根据施工现场地质条件和地基处理要求,确定采取1 2 0 0 0 kNm能级的强夯进行地基处理。依据地基处理要求和JGJ79一2 0 1 2 建筑地基处理技术规范 1 0 编制强夯施工方案,具体方案要点如下:1)强夯工艺:
23、采用隔行跳打,3遍点夯,1 遍满夯。2)夯点间距和单点夯击能:第1 遍点夯夯点间距1 0 mx10m,单点夯击能1 2 0 0 0 kNm;第2 遍点夯夯点间距1 0 mx10m,单点夯击能1 2 0 0 0 kNm;第3遍点夯夯点位于前两遍点夯夯点之间,单点夯击能6 0 0 0 kNm。夯点布置如图4所示。00055000S00095553点夯击数:第1、2 遍点夯1 4击/点,第3遍点夯1 2 击/点。4)满夯:夯印搭接1/3,夯击能2 0 0 0 kNm,加固深度不小于2.5m,夯击击数2 击/点。5)间隔时间:每遍点夯间隔7 d以上,第3遍点夯与满夯间隔2 d以上。6)收锤标准:第1、
24、2 遍点夯最后2 击平均夯沉量不宜大于2 50 mm,第3遍点夯最后2 击平均夯沉余建飞等:高能级强夯法在吹填土地基处理中的应用分析与探讨过深而发生提锤困难等。3强夯施工过程中出现的问题及处理方法在强夯施工过程中出现了夯坑周边碎石土塌、夯坑周边碎石土地表塌陷以及个别小范围翻浆现象。针对强夯施工过程中出现的此类问题分析原因,采取科学合理的处理方法,确保施工质量和安全。具体如下:1)夯坑周边碎石土塌现象发生的原因及其处理方法主要原因:一方面是由于o-1素填土中的碎石土含土量较少,掺杂的石块较大,导致其易塌;另一方面是由于1 2 0 0 0 kNm属于高能级强夯,影响深度和有效加固深度较深,同时对夯
25、坑周边土体冲击较大,碎石土结构受到破坏,导致其失去稳定性引起塌。对于夯坑周边碎石土塌,可采用支撑物支撑夯坑周边,避免发生更大的塌陷事故;另外,回填料中掺杂的大石块需要在夯前去除。2)夯坑周边碎石土地表塌陷现象发生的原因及其处理方法主要原因:一方面是由于o-2吹填土局部含压缩性较高的饱和黏性土,点夯间隔时间较短导致其固结不及时造成地表塌陷;另一方面是由于地表以下的回填料结构较为松散,无法承受强夯的冲击力,从而导致地表塌陷。对于夯坑周边碎石土地表塌陷,应先进行现场5000500012000kNm第1 遍点夯6000kNm第3遍点夯图4夯点布置图Fig.4 Layout drawing of the
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