地基加固效果检测（共7篇）
地基加固效果检测 篇1
摘要：随着科技的发展, 面波检测技术以其快速、经济、灵活、准确的特点被广泛应用于土层的测试、土层的划分以及场地类别的划分等方面。利用面波法对地基加固效果进行检测, 不仅可以缩短工程的检测周期, 还可以保持场地的完整性, 全程监控工程施工质量。本文简要介绍了面波法, 面波检测技术以及面波检测技术在地基加固效果评价中的应用。
关键词：面波,检测技术,地基加固,效果评价
在工程施工过程中, 如果工程的地基强度或场地地形不能满足布设的建筑的要求时, 就需要对场地进行回填, 这时回填的地基土结构较为疏松, 从而影响整个工程的质量。为了满足建筑物的设计要求, 提高建筑物的地基承载力, 那么就需要对地基进行加固处理, 从而提高土的密实度, 确保工程质量。在对地基加固后需要进行加固效果检测, 一般情况下, 对地基强夯加固效果进行检测时重要采用现场静载荷试验、土工试验、标准贯入试验以及面波法等方法。其中面波检测技术能够较为快速、全面并直观的反映强夯地基的加固效果, 有利于提高强夯地基工程建设的质量, 并缩短工程的质量检测周期, 是一种具有经济性、快捷性和有效性的大面积检测方法填夯工程质量检测方法。
1 面波法
面波法又被称为瑞雷面波法, 是一种利用瑞雷波的动力学特征和运动学特征对工程质量进行检测和对工程地质进行勘察的地球物理勘探方法。当自由界面发生竖向激振时, 其表面附近就会产生面波。面波的主要特征有当它处于分层介质中时, 它具有频散特性;面波所穿越的深度取决于面波的波长;面波的传播速度与介质的物理力学性质有关等。
面波检测技术是一种根据面波的传播特性探测地表下在一个波长范围内地基土的面波速度剖面或者平均剪切波的技术方法。根据其传播频散特性, 利用人工震源进行激发, 从而产生多种频率成分的瑞利波, 并从中找出波速与频率间的变化关系, 确定地表岩土的深度变化与面波速度的变化关系。
2 面波检测技术
2.1 面波现场测试
面波属于一种表面波, 在接近半无限体或半无限体介质中, 面波的能量占总能量的三分之二, 而其他波仅占到三分之一。面波的能量主要集中在距离自由表面的一个波长深度中。在进行现场测试时要在软土地基表面的某个测试点的两边对称安装两个或者两个以上的检波器, 一般将两个检波器间的距离称为道距, 同时, 人工震源要设置在距离第一个检波器的一定距离内, 检波器与人工震源间的距离被称为偏移距。当偏移距与道距间的距离相等时, 面波激发和接收的效果最佳。波速的计算是利用两个检波器所采集的信号间的时差来进行计算, 因此在进行面波现场测试时要将两个检波器和人工震源保持在一条直线上。
2.2 面波的理论计算
处理资料时, 要对时间域内的波形进行二维傅立叶快速转换, 得到频率与速度的变换图, 根据变换图计算频散曲线, 然后反演拟合频散曲线, 就会得出底层的厚度和其对应的面波速度值 (VR) 。
面波速度 (VR) 和剪切波 (VS) 有一定的相关性。所以面波检测成果可以用来划分场地岩土的类型, 平均剪切波速是按照土层的厚度取得。
2.3 面波测试深度及波速
经研究证明, 面波能量占总能量的三分之二, 主要集中在地表下一个波长范围内, 传播的速度代表半个波长范围内介质震动的平均传播速度, 所以人们认为面波法测试的深度是半个波长, 而波长与速度和频率有着一定的关系。所以说面波法反映的是某一频率半波长深度内表层的平均物理特征, 在表示地层的物理力学性质使可以采用平均波速值。随着振动频率的不同, 面波的波长也会随之发生变化, 且频率的变化与波长成反比, 当频率增大时, 波长就会减小, 深度也将变浅;当频率降低时, 波长就会增大, 且测试的深度就会加深。
2.4 面波速度与横波速度的关系
面波速度与力学的性质和介质的密度有着一定的关系, 介质的重要参数是通过面波速度反映出来, 通过介质的弹性模量和泊松比间的关系, 可以得到纵波与横波的波速比。一般情况下, 软土地基被加固后, 就会减小地基的土体的压缩比, 而随着介质密度的增大波速以及承载力也会随之增加。在对地基加固前后, 面波速度的变化即是对岩土力学性质变化的反映。所以在检测地基的强夯效果时可以直接采用测量面波速度的方法。
3 面波检测技术在地基加固效果评价中的应用
当工程的表层以及地下深层力学性质不能满足设计要求时, 要对场地进行地基处理, 主要采用的方法有强夯和冲击碾压相结合的地基处理法。强夯主要是对深层的土体进行加固, 冲击碾压法主要是对表层的粘性土和浅不受强夯扰动的回填砂层进行加固。当工程对地基进行强夯加固后, 为了确保工程的质量能够满足以后使用的要求, 就要有效地评价工程的地基加固效果。
3.1 频散曲线的对比
对加固效果进行评价时, 首先要选择多个测试点, 然后进行现场布置, 布置测线, 然后利用面波检测技术检测强夯前后的地基, 并对比分析强夯前后频散曲线, 就明显看出加固后的频散曲线明显增大。以下以某海域工程吹填造地工程为例, 对加固前后的频散曲线进行对比:
通过对比强夯前后的频散曲线, 我们就会发现在加固的影响范围内, 频散曲线相差甚远, 加固后的面波波速明显大于加固前的面波波速。
3.2 加固后的频散曲线和剪切波速
面波速度 (VR) 和剪切波 (VS) 具有相关性。通过面波检测成果可以划分出场地岩土的类型, 根据土层的厚度取得平均剪切波速。剪切波速在地基基础加固前后是不相同, 以下某海域吹填造地工程为例, 这次试验是通过对场地满夯整平后才进行的试验, 试验时表层的土较为松软, 不能激发出高频的波速, 高频的衰减也较为快速, 因此所取速度值再通过分析近表面的高频波所得出的速度值, 如下对地基基础加固后的频散曲线和剪切波速:
通过对比分析加固前后的剪切波速可以看出:加固之前, 剪切波速一般约在100m/s, 通过加固, 在表层约1m范围内的剪切波速较低, 而1m以下的位置的剪切波速达到300m/s, 由此可知, 地基加固取得显著的效果。
4 结束语
面波法是在物理地球领域发展起来的新的检测方法, 面波波速、剪切波速与岩土力学参数有着一定的相关性, 因此面波检测技术在岩土勘察和地基处理方面被广泛应用。经过实践证明, 面波检测技术以其快速、经济、灵活、准确的特点被广泛用于土层的测试、土层的划分以及场地类别的划分等方面。利用面波法对地基加固效果进行检测, 缩短了工程的检测周期, 同时保持了场地的完整性, 全程监控工程施工质量。勘测人员在进行勘测时要选择合适的检测仪器设备, 采用恰当的参数采集方法, 合理进行工作布置, 确保频散曲线的准确性, 进而取得良好的检测效果, 从而更好地控制施工质量。
参考文献
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[2]姚伯荣, 陈聪实, 吴天寿.瑞利波在复合地基加固效果检测中的应用[J].宁波大学学报 (理工版) , 2012 (04) .
[3]肖先波.瑞利波检测技术在地基强夯加固中的应用[J].低温建筑技术, 2010 (04) .
[4]谭沥东.瑞利波技术在地基加固效果评价中的应用研究[J].土工基础, 2010 (05) .
[5]梁鸿军, 苏东涛.面波检测技术在地基加固效果评价中的应用[J].水利规划与设计, 2010 (04) .
地基加固效果检测 篇2
1 简述面波检测技术
面波法也叫做瑞雷面波法, 主要的原理是瑞雷波动力学和运动学, 运用这一原理特征实现对工程质量的检测和勘察工程地质的一种地球物理勘探方法。面波检测技术是一种, 利用面波的传播特征, 实现对地表下探测的技术方法。主要是对一个波长范围内的地基土的, 面波速度剖面或者平均剪切波进行探测。在地基加固效果评价的应用过程中, 面波检测技术可以分为现场测试、理论计算、深度和波速的测试等, 可以对面波的速度和横波速度之间的关系进行研究。
1.1 现场测试
面波属于一种表面波, 处于接近半无限体或者半无限体的介质中。在总的能量中, 面波的能量占了2/3, 其它的波体仅仅占了总能量的1/3。在面波检测技术中, 面波的能量主要集中在一个波长深度中, 距离自由表面还有一定的距离。在现场测试的过程中, 主要的方法是在软土地基表面的其中一个测试点的两边, 安装两个或者超过两个的检波器, 保持这些检波器的对称。一般情况下, 两个检波器之间的距离被称为道距。在第一个检波器的一定距离之内, 要实现对人工震源的设置。而, 检波器和人工震源之间的距离被称为偏移距。当道距间的距离等于偏移距的时候, 才能保证面波具有最佳的激发和接收效果。面波波速的计算, 主要是通过采集两个检波器之间的信号时差实现。所以, 面波检测技术在现场测试的过程中, 一定要保证两个检波器和人工震源处于同一条直线上。
1.2 理论计算
面波检测技术在处理资料的时候, 需要转换时间域内的波形。这种转换, 属于二维傅立叶快速转换。在经过转换之后可以得到频率和速度的变换图。然后, 检测人员可以根据变换图, 对凭散曲线进行计算。最后, 面波检测技术人员可以对拟合频散曲线进行反演, 就可以完成对地基底层厚度和其相对应的面波速度值。面波速度值的计算和剪切波有一定的相关性。因此, 利用面波检测的成果, 可以实现对场地岩土类型的划分, 平均剪切波速是按照土层的厚度进行获取的。在建筑工程地基加固效果的评价过程中, 应用面波检测技术进行计算, 需要检测技术人员充分考虑到不同方面的因素, 保证计算结果的准确性。
1.3 深度和波速的测试
经过一定的研究和测试可知, 在总的面波检测技术中, 面波的能量占了2/3。地表的一个波长范围内, 是面波能量的主要集中地。在传播的过程中, 面波的传播速度代表了半个波长范围内介质在震动的过程中, 所产生的平均传播速度。所以, 人们认为半个波长范围内介质振动时产生的平均传播深度就是面波法的测试深度。面波的波长和面波的传播速度和传播频率相关, 具有一定的影响关系。从另一种角度说, 面波法反映的是在某一频率内, 半波长深度内表层的一项平均物理特征, 可以应用平均的面波波速值, 实现对地层物理力学性质的表示。随着振动频率的不断变化, 面波的波长也会发生一定的变化。而且面波频率的变化和面波波长的变化成反比关系。如果面波的频率增大, 面波的波长就会减小, 面波的深度也会相应的变浅。反之, 面波的波长会增大, 面波测试的深度也会随之加深。
2 面波检测技术在地基加固效果评价中的应用
在建筑工程的设计过程中, 如果工程的表层和地下深层的力学性质不符合设计要求, 需要工程的施工人员处理工程的地基。在处理地基的过程中, 采用的处理方法, 主要有强夯和冲击碾压相结合的方法。强夯是地基处理中, 加固深层土体的处理方法;冲击碾压在地基处理的过程中, 主要是实现对一些表层的粘性土和不受强夯扰动的回填砂层的加固。建筑工程在实现对地基的强夯加固之后, 为了保证建筑工程的施工质量, 让建筑可以安全使用, 需要对地基的加固效果进行有效的评价。
2.1 对比频散曲线
在建筑工程的地基完成加固之后, 利用面波检测技术实现对地基加固效果的评价, 可以从对面波频散曲线的对比实现。在对比面波频散曲线的时候, 面波检测技术人员首先应该多选择几个测试点, 然后进行现场布置, 准确的布置测线, 应用面波检测技术对强夯前后的地基进行检测, 最后实现对检测的强夯前后地基频散曲线的对比。在经过准确的对比之后, 可以发现加固后地基的频散曲线明显增大。例如, 某海域工程在工程建设的过程中, 进行了吹填造地, 利用强夯技术加固了工程的地基。利用面波检测技术对强夯前后的地基进行了检测, 得出如下的频散曲线 (如图) 。
通过上面的地基强夯前后的频散曲线图可以看出, 地基在加固了之后, 面波在加固的影响范围内, 波速明显比加固前地基的面波波速大。这充分的说明, 加固地基可以保证建筑工程的稳定性和安全性。
2.2 评价效果
面波的波速和剪切波具有一定的相关性, 在利用面波检测成果实现对场地岩土类型的划分, 根据土层的厚度获取平均的剪切波速的时候, 可以对评价效果进行进一步的分析。在地基的加固前后, 剪切波速是不相同的, 会对面波的波速造成一定的影响。例如, 在某海域工程的吹填造土工程中, 加固地基的时候, 先满夯整平了工程的场地之后, 再实行加固。这个时候, 地基的表层土相对比较松软, 不能激发出高频的波速, 而且高频的衰减速度也比较快。所以, 在评价地基加固效果的时候, 应该先获取速度值, 再分析近表面的高频波产生的速度值。通过对地基加固前后的剪切波速进行对比分析可知, 在地基加固之前, 剪切波速的速度一般是在100m/s。在地基加固之后, 在大约1m内的表层剪切波的速度相对比较低。在1m以下的位置, 剪切波的速度达到了300m/s。根据这些数据可以看出, 地基在进行加固之后, 取得了显著的效果。
3 总结
在物理地球领域的发展过程中, 面波法作为一种新的检测方法, 在土层的测试、划分和场地类别的划分方面有着广泛的应用。地基工程是建筑工程中的重要组成部分, 为了保证建筑工程的安全性和稳定性, 对地基进行了加固。利用面波检测技术对地基的加固效果进行评价, 可以保证加固作用的实现, 保证建筑的安全使用, 提高了建筑的安全水平, 促进了我国建筑行业的发展。
参考文献
[1]文学飞.面波法对地基基础加固效果的检测分析[J].江西建材, 2013, 28 (04) :93-94.
[2]梁鸿军、苏东涛.面波检测技术在地基加固效果评价中的应用[J].水利规划与设计, 2010, 16 (04) :28-30.
地基加固效果检测 篇3
关键词：振冲碎石桩,渔港码头,检测,重Ⅱ型 (DPT) 动力触探,超重型 (DPSH) 动力触探
振冲碎石桩加固地基的原理:它是利用一种能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲, 在软弱粘性土地基中成孔, 再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成的散体材料桩体, 桩体和原土层构成复合地基, 以提高地基承载力, 并降低压缩性[1]。
软土在振冲碎石桩施工时受巨大的水平振动力 (大于软土的结构破坏压力) 扰动, 结构强度遭破坏, 孔隙水压急剧升高, 抗剪强度降低;施工完后, 随上部应力的增加, 孔隙水压力经桩体消散, 桩间土孔隙比变小, 土显著压密, 抗剪强度又开始恢复并比原来有所提高。故碎石桩体在软土地基中充当排水通道作用, 使桩间土排水固结, 强度提高, 抵抗桩体侧向变形能力更强, 桩体应力集中更明显, 达到桩、土协调一致, 提高了复合地基强度[2]。
振冲碎石桩主要适用于粘性土、粉土、饱和黄土、人工填料等地基的处理。
1 工程概况
根据工程地质勘察报告, 山东省石岛中心渔港码头工程土层中 (1) 、 (3) 、 (4) 层物理力学指标较差, 在天然状态下, 地基的天然承载力满足不了设计要求, 设计时先进行基槽开挖至-10.5m, 将第 (1) 层淤泥质粉质粘土挖除, 然后采用振冲碎石桩法进行加固处理第 (3) 、 (4) 层。振冲碎石桩数量为3541根, 碎石桩的桩径为上部900mm、下部1050mm, 间距1.5m, 采用等边三角形布置。桩顶标高为-10.5m, 桩底标高至第 (5) 层或第 (7) 层 (-15.50m~-16.50m) , 桩长分为5.5 m、6.0 m、6.5 m。设计碎石粒径采用20mm~80mm, 含泥量不超过10%。
2 工程地质条件
2.1 岩土分布特征
根据工程地质勘察报告, 施工工区海域勘察深度内岩土自上而下可分为8层, 各地层的有关岩土工程性能评述如下:第 (1) 层:灰色~灰黑色淤泥质粉质粘土, 饱和~过饱和, 流塑状态, 成分不均匀, 含有机质, 有腥臭味, 含有较多贝壳碎片, 局部夹有粉砂、粉土薄层, 地基容许承载力fsk=60KPa。第 (2) 层:黄褐色粉细砂, 饱和, 稍密~密实状态, 地基容许承载力fsk=200KPa。第 (3) 层:灰色~灰黑色粉细砂层, 饱和, 松散~稍实状态, 地基容许承载力fsk=100KPa。第 (4) 层:灰色~灰黑色粉质粘土, 饱和, 流塑-软塑状态, 地基容许承载力fsk=70KPa, FVT强度=11.3KPa。第 (5) 层:灰褐色~黄褐色粉细砂层, 饱和, 松散~稍实状态, 地基容许承载力fsk=150KPa。第 (6) 层:深褐~黄褐色粉质粘土, 饱和, 可塑状态, 地基容许承载力fsk=210KPa。第 (7) 层:中粗砂层, 饱和, 稍密~密实, 地基容许承载力fsk=260KPa。第 (8) 层:强风化基岩, 地基容许承载力fsk=1200KPa。
2.2 不良地质现象
第 (3) 层灰色~灰黑色粉细砂强度低、压缩性高且空间分布不连续, 与第 (4) 层高压缩性软弱海相灰色~灰黑色粉质粘土构成的厚度较大的软弱下卧层为影响本工程建设的主要不良地质现象。
3 振冲碎石桩施工施工参数
(1) 成孔电流60A~100A; (2) 成孔水压0.4 M P a~0.6 M P a; (3) 加密电流:8 5 A; (4) 加密水压:0.2MPa~0.4MPa; (5) 加密段长:粉质粘土层≤30cm, 粉细砂层30cm~50cm; (6) 留振时间:15s; (7) 为防止塌孔, 采取跳打法和带料清孔工艺。
4 振冲碎石桩检测
4.1 检测方法
由于第 (4) 层粉质粘土力学性能较差振冲置换对桩间土破坏较大, 孔隙水压力消散较慢, 桩间土强度恢复需一定时间, 所以施工完毕应间隔一段时间检测, 根据《港口工程地基规范》 (JTJ250-98) , 检测间隔时间对粘性土地基可取3~4周[3], 因此设计要求间隔3周, 开始检测。抽查总桩数的3%, 分6次检测, 共需检测107根桩。
振冲碎石桩海上检测是一难点, 首先如采用单桩复合地基载荷试验或多桩复合地基载荷试验荷, 难度大, 危险性大, 费用高, 结果不准确;其次由于海水的阻隔和潮汐影响, 增加检测的不可见性和难度。根据多方征求意见和比较考察, 最后决定对桩体采用重Ⅱ型 (DPT) 和超重 (DPSH) 型动力触探试验相结合的方法检测碎石桩密实度和承载力, 对桩间土采用标准贯入试验 (SPT) 和十字板剪切试验 (FVT) 确定其承载力。
重Ⅱ型 (DPT) 动力触探设备规格:63.5kg的自由脱钩落锤, 落距76cm, 探头直径74mm, 圆锥角60°, 探杆直径4 2 m m;超重 (DPSH) 型动力触探设备规格:120kg的自由脱钩落锤, 落距100cm, 探头直径74mm, 圆锥角60°, 探杆直径50mm。根据铁路《动力触探技术规范》 (TBJ18-87) , 在检测工作过程中直径50mm探杆可以互换120kg和63.5kg重锤进行检测[4], 所以在本工程检测时统一使用直径50mm探杆。为了防止探杆在海水中弯曲和侧向晃动, 先将直径113mm套管下到海底桩顶中心位置, 保证其垂直度, 动探探杆穿过套管到桩顶。
试验时探头必须对准检测孔中心位置, 保证探杆垂直不产生侧向晃动, 锤击贯入应连续进行, 特别须防止锤击偏心, 偏心不得超过2%, 锤击速率为15~30击。试验按每贯入10cm记录其锤击数, 直至试验结束。试验过程中, 每贯入1m时, 将探杆转动一圈半, 减小侧摩阻力的影响。
用重Ⅱ型动力触探当连续三次N63.5超过50击, 改用超重型 (DPSH) 动力触探, 当超重型 (DPSH) 动力触探击数N120连续三次低于2击 (含2击) 时改用重Ⅱ型动力触探。
每根桩要至少检测至桩底以下500mm, 当检测结果不理想时可以采用十字偏心法调整桩心位置, 每次调整20cm, 重新检测。
4.2 检测数据修正
4.3 检测结果
通过重Ⅱ型 (DPT) 和超重型 (DPSH) 动力触探检测, 桩体以较密实~很密实状态为主, 重Ⅱ型动力触探试验 (DPT) 平均击数在粉细砂层中绝大部分超过12击, 在粉质粘土层中绝大部分超过8击, 复合地基承载力标准值也超过150k Pa, 满足设计要求, 施工质量得到可靠保证。
5 结语
实践证明, 本工程采用的检测方法是适宜的, 通过重Ⅱ型和超重型动力触探检测碎石桩桩体质量, 证明在本工程不排水抗剪强度 (FVT) 为11.3Kpa的粉质粘土中采用振冲碎石桩处理地基是成功的, 码头建成后沉降稳定, 累计沉降50mm, 未发生显著位移, 为振冲碎石桩法在我国海上地基处理领域推广应用提供了参考。
参考文献
[1]龚晓楠.地基与基础处理手册 (第2版) [M].中国建筑工业出版社, 2004, 4.
[2]何广讷.振冲碎石桩复合地基[M].人民交通出版社, 2001.
[3]港口工程地基规范 (JTJ250-98) [S].人民交通出版社, 1999, 6.
地基加固效果检测 篇4
关键词：搅拌桩,复合地基,减小沉降
伴随着建筑越来越高, 对地基承载力及变形要求也随之提高, 天然地基已很难满足要求, 这就使得复合地基在实践中应用越来越多。本文通过一个算例, 阐述了复合搅拌桩增加桩长、增加桩径、减小桩间距对沉降效果的影响。
1) 某高层住宅采用筏板基础, 埋深2.5 m, 基底尺寸12 m×38.4 m, 地下水位在地面下1.5 m, 上部结构传来的相应于荷载效应准永久组合产生的竖向力F=37 600 k N。筏板下采用水泥土搅拌桩复合地基, 桩径d=0.5 m, 桩长6 m, 正方形布桩, 间距1.2 m。单桩竖向承载力特征值Ra=350 k N。试计算筏板基础中心点的最终沉降量, 见图1。
解:根据《建筑地基处理技术规范》。
正方形布桩:de=1.13s=0.136 m。
未经修正复合地基承载力特征值:
加固段压缩模量提高倍数:
总沉降计算深度:Zn=b (2.5-0.4lnb) =18 m。
计算结果见表1。
压缩模量当量值:
查表并插值可得复合地基沉降经验系数:ψs=0.946。
故:沉降量s=0.946× (44.8+194.4) =226.3 mm。
2) 为了减少总体变形, 工程上常采取三种方式:增加搅拌桩桩长;扩大搅拌桩桩径;减少桩间距。为了对三种加固效果进行比较, 现分别估算如下:
a.上述算例加固方式:s=226.3 mm。
b.将桩长增加至18 m。
, 查表并插值可得复合地基沉降经验系数ψs=0.544。
压缩变形量:
该方式增加工程量:
c.将搅拌桩桩径扩大, 在控制工程量不超过200%的范围内, 设桩径为d。
则面积置换率:
估计由于桩径增大导致单桩承载力提高至
加固段压缩模量提高倍数:
压缩模量当量值:。查表并插值可得复合地基沉降经验系数:ψs=0.912。
压缩变形量:
d.减小桩间距, 在控制增加工程量不超过200%的范围内, 假设桩间距为s。
压缩模量当量值:
查表并插值可得复合地基沉降经验系数:ψs=0.885。
压缩变形量:
3) 综合以上分析可知, 增加桩长比扩大搅拌桩桩径和减小桩间距在控制沉降变形方面效果显著。
《建筑地基处理技术规范》7.2.2.5, 7.3.3.1, 7.5.2.2, 7.6.2.2, 7.7.2.1, 7.8.4.4等条文均对各种复合地基的桩长提出了明确要求。
从减少地基的变形量方面考虑, 桩长应穿透软弱土层到达下卧强度较高的土层, 在深厚淤泥与淤泥质土中应避免“悬浮”桩型。
这也是为什么在现实工程中, 经常增加桩长减少沉降的理论解释。
参考文献
地基加固效果检测 篇5
随着经济全球化的深入发展,国内高等级公路的建设也处在飞速发展的阶段,在我国西南方和沿海地区拥有大量的软土地基,这样就不可避免的会带来公路路基穿过软土地区的情况。由于软土地基含水量大,空隙也大,受压时容易产生收缩,致使路基遭受破坏,所以无论是作为建造公路或是建(构)筑物的地基,为了有效地减少沉降量,提高地基承载力,保持路基的稳定性,必须进行地基处理,否则将产生不同程度的坍滑或沉降。尤其是其中的泥炭土层,凡是在泥炭土层上进行工程建设时,都要求对其地基进行处理来改善地基土的工程性质,以达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求。本文以嵩待公路野马坝试验工程为依托,首次使用由振冲法发展而来的振动沉管碎石桩加固泥炭土地基,并对其施工工艺及加工过后的效果进行研究总结,其结论可为类似工程提供一定的参考。
1 软土地基的特点及其处理方法
我国软土多分布在江河湖海等处,除此之外,在丘陵低洼和山区谷地也会出现。一般来说软土地基,就是强度低、压缩性高的软弱土层地基。软土地基特性主要表现为土层含水量高、孔隙比大,含水量在34 %～72 %之间,孔隙比在1. 0～1. 9 之间,饱和度一般大于95 % ,液限一般在35 %～60 % ,塑限指数为13～30。通常把淤泥质土、软黏性土、湿陷性黄土地基总称为软土地基[1]。软土地基的性质因地而异,因层而异,不可预见性大。其中的泥炭土层,除上述软土地基的一般特点外还具有土质轻、有机质含量高、物理力学指标低等特点,所以在泥炭土层上建筑施工,稍有琉忽就会出现质量事故,为了确保建筑施工质量,必须对泥炭土地基事先进行处理,改善施工条件。
随着科学技术的发展,越来越多的新技术及新方法都应用到软土地基的处理中。目前,软土地基处理常用的方法有袋装砂井法、塑料排水板法、水泥粉喷桩、水泥搅拌桩、碎石桩等方法。其中振冲法即采用振冲碎石桩加固湿软地基的方法,碎石桩是以机械钻孔或水力冲孔后填以碎石振密而成,因此叫振冲碎石桩。桩本身的强度比挤密砂桩的强度高得多,所以是一种比较好的加固方法,既经济又快速,技术效果也好[2,3]。振冲法加固后的地基,作为复合地基来考虑。所以,由振冲法发展而来的振动沉管碎石桩加固泥炭土地基,可以更为有效地改善地基土的变形特性和渗透性,提高其抗剪强度和抗液化能力,消除其他不利的影响,达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求。基于此研究背景,本文结合实际施工中的地基处理施工技术及过程,对振动沉管碎石桩加固软土地基进行了分析,以下通过工程实例来说明。
2 野马坝试验工程实例分析
2.1 工程概况
试验路段位于嵩待公路K110+910～K113+600段,长2 690m。该地段处小江断裂带东支,功山-寻甸深大断裂带东盘,受地形、地貌、构造等因素的控制,第四系残坡积层具有南端偏厚、北端减薄的特点。具体的地质状况描述如下:
1)亚黏土(Q4):褐红色,可塑～硬塑,局部软塑,厚度0.4 m～4.0 m。
2)淤泥、泥炭质土(Q4):灰、灰黑色,软～流塑,厚度变化较大,最薄段约为4 m,较深段大于8 m,局部段落厚度达到30 m。
3)圆砾土(Q4):厚度不详。
从上面的资料我们可以看到此实验段断上有大量的淤泥、泥炭质土局部还很深,如果不处理直接使用的话,肯定是不能满足稳定和变形的要求的,所以我们用振动沉管碎石桩来对它进行处理,以下是其施工和质量控制过程。
2.2 施工及质量控制
2.2.1 施工设备及施工工艺
本次振动沉管碎石桩施工,采用D2系列振动沉管灌注桩机改装设备。主要部件包括振动锤、打桩架和沉管等,桩头可采用铁制活辨桩尖,也可用一次性予制混凝土桩头。施工原理是:振动锤产生的振动力(即激振力)施加在沉管上,强迫沉管贯入地基土至设计深度成孔,再从沉管上端加料口填入碎石后,边振动边拔出沉管,拔起一段后再振动压入沉管(即所谓反插),捣密碎石,使碎石留在孔内成桩。本施工工艺称为“干法”施工,与现有的采用ZCQ系列振冲器高压射水成孔的“湿法”施工相比,具有减少供水设备,避免向加固土层灌水和排污之害等优点。造孔时不将土体排出孔外,而是通过沉管将土体挤压到桩孔周围去,然后灌入碎石。在沉管反插夯实填料的同时,将桩孔挤大,并进一步将桩周土体振密。这样有利于适当扩大桩径,避免断桩和减少周土体的孔隙率。此种工艺,不仅技术可靠而且造价较低。
施工程序如下:就位→造孔→制桩→铺设碎石垫层。
2.2.2 质量控制和质量检测
碎石桩施工长度、桩径和桩体碎石的密实程度,是地基加固效果优劣的关键。据此,施工中应特别注意沉管的贯入深度和碎石料的填量。在额定的激振力下,在较软弱土层中沉管的贯入速度快,反之则较慢。施工中应随时观察沉管的贯入速度,判断是否已穿透加固层进入相对硬层。桩体密实度用充盈系数因加固地层的软硬程度而异,应通过试桩选定[4,5]。本试验点充盈系数不小于1.10。为确保柱体的施工长度和密实度,碎石料要分批充填、振捣。当按额定碎石量充填,而拔起沉管后孔口堆有碎石时,说明桩底未达到设计深度或有严重缩孔断桩等现象,必须补打。为确保桩体的施工质量,以采用预制混凝土桩头为好。本试验点因设备和经费问题,未进行桩体质量检测。
3 加固效果评价
根据对此次振动沉管碎石桩加固泥炭土地基的施工及质量控制过程,经过分析得出以下结论:
(1) 具有良好的排水性能。本试验点在路堤填土施工中,碎石垫层中有地下水渗出现象。从土工对比试验中发现,被加固土层的含水量降低了55%。而且在云南某地,曾用碎石桩加固8.0 m的高路堤软土基,如果用实测沉降量与计算最终沉降量之比作为实测固结度,加工后三个月地基平均固结度已达70%。其中加固部份固结度为95%,而未加固部份小于45%,后者固结极为缓慢。由此可见,碎石桩确实具有良好的排水效果。
(2) 减少加工后的沉降和不均匀沉降。碎石桩设计中,可以将桩体打到相对硬层,即形成“贯穿式”和“半贯穿式”。因为对于打到相对硬层的“贯穿式”桩,桩底支撑于相对硬层上,桩体起应力集中的作用。上部荷重通过压缩模量较大的碎石桩传向下方,因而传给复合地基的荷重(即附加应力)就减少了。而对于没有打到相对硬层的“部份贯穿式”桩,悬浮在软土层中,与桩间土组成一个刚性较大的人工垫层。垫层将上部传来的附加应力向四周扩散,提高整个地基承载力,减少沉降量。且有试验数据表明(数据如表一所示):在相似条件下与粉喷桩加固区相比,碎石桩加固区开放交通一年后沉降量均减少30%,横断面不均匀沉降(路线中心与路肩)减少2%～4%。这主要是由于碎石桩加固地基,可以提高复合的变形模量,因而在一定程度减小了地基的沉降量。桩体和桩间土所形成的复合地基,以及碎石垫层这一人工硬壳,能够较为均匀地传布上部荷载,减少了沉降及不均匀沉降。
(3) 提高地基的稳定性。本试验点填土高度超过了估算的临界高度,填土施工已两年多,路堤没有发生明显的侧向位移和挤出现象,整体稳定性好。经过计算,用南京水科院公式[Rsp]=Rs[1+m(n-1)]计算复合地基承载力,复合地基的容许承载力,比原地基提高20%。再用南京水科院提供的公式,如下式(1)、式(2)。分别计算复合地基的容许承载力和极限承载力,则极限承载力可以再提高到1.9倍。
Rsp(容许)=3Sn[1+m(n-1)] (1)
Rsp(极限)=5.7Su[1+m(n-1)] (2)
式中,Su—原地基土的+字板抗剪度平均值
(4) 碎石桩加固地基可以有效地提高复合地基的容许承载力。
与之相比,对于桩间土强度的提高,则甚微,特别是软弱土层的强度基本不变。复合地基的强度Rsp,主要是通过大型载荷试验确定。在没有条件时,可用下式估算:
Rsp=[1+m(n-1)]Rs (3)
式(3)中m-面积置换率;n-地基在容许承载力时的桩土应力比,应通过实测来确定。如无实测资料,可参考多处工程实测资料n=3.0～35,土软取大值,土硬取小值。Rs-桩间土容许承载力。可以通过土层力学性质指标计算,也可以静力触探及静载荷试验等方法确定。
4 结语
本文结合具体工程实践,着重研究了振动沉管碎石桩在软土地基处理上的应用,证明了用振动沉管碎石桩加固泥炭质土地基是可行的,并且达到了预期效果。同传统的振冲法相比,用振动沉管贯入法成孔更适合于软基加固施工。试验结果证明:与袋装砂井和插塑板排水固结法相比,振动沉管碎石桩具有可以连续填土施工,免除预压,缩短工期等优点。当然选用何种型式的碎石桩,要进行技术、经济和工期效益等综合比较。
参考文献
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[3]黄玉恩.碎石桩处理软土地基的沉降与观测.交通世界,2009;(1):94—95
[4]杨松荣,孙友态.振冲碎石桩法处理软土地基的设计及施工要点,山西建筑,2010;36(7):77—78
[5]何广讷.振冲碎石桩复合地基.北京:人民交通出版社,2001:67—74
地基加固效果检测 篇6
强夯法是一种经济高效的地基处理方法, 重锤从高处自由下落, 其动能在土体中转化成很大的冲击波和高应力, 从而提高地基强度、降低压缩性、改善其抵抗振动液化的能力等。同时可提高土层的均匀性, 减少工后差异沉降[1]。对强夯加固地基效果的检测, 多以常规的钻探、标准贯入试验、动力触探、静荷载试验等原位测试方法进行检验与评价。无疑这些手段在地基加固效果的检验和评价方面发挥了重要作用, 但采用这些手段常需要较多的人力和物力, 且只能对某点作出评价, 而难以对软土地基加固的均匀性、加固有效影响深度等作出评价[2]。
瞬态瑞雷波法是一种新型的工程物理勘探方法, 因具有操作简便、探测迅速及对场地要求低的特点, 而在工程质量检测方面得到了广泛应用。李嘉等[3]验证了瞬态瑞雷面波法能较好地实现对路基压实度的无损检测。张敬沛等[4]运用瞬态面波法反映其可以较好地检测袋装砂井对软基的处理效果。贾辉等[5]采用瞬态面波法与局部钻探相结合的方式, 大大提高了工作效率。
2瞬态瑞雷波法原理
瞬态面波是在地表施加瞬态振动信号, 其内包含丰富的频率组成, 来获得不同波长的瑞雷波的传播速度。在非均匀介质中瑞雷波的传播速度与其波长有关, 即在非均匀介质中, 瑞雷波存在频散性, 瑞雷波某一波长的速度, 主要与深度小于1 /2 波长范围内的地层物性有关, 这就是用一定波长的瑞雷波速度来表征一定深度地层物性的基础[6,7]。多道瞬态面波法相较于传统方法, 既能降低成本、扩大检测面, 又能提高检测速度和精度。
3工程实例
滨海旅游区内某城市道路路基拟采用强夯法加固地基, 道路等级为主干道, 红线宽34m。选取试验段进行试夯, 以便确定各项强夯参数。由南往北分3 个试验段, 各试验段长120m。各试验段的强夯方案如表1:
其中, 点夯的夯点排列采用正方形布置, 夯点间距约5m, 满夯搭接0. 2 倍锤径, 并采用瞬态面波法对试验段强夯加固地基效果进行检测。为了解夯击过程中路基的压实状况, 检验地面下10m深度范围内波速的变化情况, 以便为各项夯击参数的确定提供依据。
( 1) 面波测线布置
布置3 条面波测线, 路中线一条、左右幅各一条。每条测线12 个测点, 共布置瞬态面波测点36个, 即每个试验段内设12 个测点。试夯开始前对36 个点位的面波波速进行采集, 以后3 次夯击, 每次夯击完成后均对所有测点进行面波采集, 共采集面波数据144 组。面波道间距控制在2m, 偏移距根据现场试验与计算分析确定为5m。
( 2) 物探设备
本次测试所使用的仪器设备为重庆地质仪器厂DZQ48 型高分辨地震测试系统: 包括DZQ48 型地震仪主机, 4Hz高精度面波检波器, 重锤锤击装置、锤击垫板、信号线等。
( 3) 面波数据采集方法
根据现场具体情况, 结合物探勘察要求, 确定面波点间距30m, 偏移距5m, 道间距2m, 每个测点设置6 道。测试时将锥形传感器插入土中, 以保持振动信号的有效接收。面波测试传感器通过导线与地震仪主机相联, 用28 磅大锤敲击激发垫板, 仪器会自动将信号记录下来。
在表面瞬态激振产生的振动信号中, 包含有瑞雷波、纵波、拉夫波等, 对这些信号进行正反演拟合, 实现频散曲线速度分析, 进而可检测地基的密实程度。
( 4) 测试结果分析
首先根据面波测试结果, 进行频散分析得到地层下不同深度处的面波波速, 由于面波波速与土的密实程度具有较好的相关性, 故可以用面波波速来判断各试验段夯击后其密实度的提高情况。
①频散曲线分析
根据现场采集到的面波资料, 经过计算分析得到以下测试结论:
通过对比夯击前与第1 次夯击完成后面波的频散曲线发现, 试验段1 和试验段2 ( 均为1200k N夯击能的点夯) 的波速提高不明显, 测试数据较为离散。试验段3 ( 1000k N夯击能的满夯) 从地面至2. 5 ~ 3m深度范围内波速有明显提高且波速离散性较小, 可以初步判断其影响深度约为2. 5 ~ 3m。具体变化过程见图1 和图2。
每次夯实后, 通过对比3 个试验段内不同深度处面波波速的变化情况, 发现三个试验段最终的影响深度 ( 指波速获得提升的深度) 均在3 ~ 4m之间。而且发现, 试验段3 的数据离散性较前两个试验段小。图3 为最后一次夯击完成后, 道路中心线上三个试验段的面波频散曲线。
②面波波速剖面图分析
通过对比三个试验段路中线上的面波波速分布剖面图 ( 0 ~ 120m为试验段1、120 ~ 240m为试验段2、240 ~ 360m为试验段3 ) , 发现随着夯击能的增加, 土基3m深度范围内的面波波速不断提高。且从三个试验段的对比中发现, 试验段3 的波速提高最快, 且最终的波速值也最大。因此可以推断, 试验段3 的夯击方案较试验段1 和试验段2 要好。
③通过对比图4、图5 的3 条测线, 发现在全部3 次夯击完成后的面波波速剖面图上, 位于中心线上的波速数据无论在数值还是离散性上均优于左右幅测线, 说明其压实程度路基中线较路基两侧要好。
4结论
通过对地基顶面10m深度范围内的面波波速分析, 达到了推断路基夯实效果的目的, 可作为夯击方案确定时的参考。测试得到的主要结论有以下几点:
( 1) 1000k N夯击能的满夯对试验段地基土波速的有效影响深度为2. 5 ~ 3. 0m;
( 2) 采用3 遍满夯的试验段3 的面波波速分布离散性较其他两个试验段小, 且波速提高的数值相对较大, 可以认为相对其他两个试验段效果要好;
( 3) 路基中心线附近的面波波速要明显高于两侧是三个试验段共有的现象, 且两侧路基的波速离散性较中心线附近要大。
本文结合实际工程应用, 表明瞬态面波技术在强夯加固地基方案比选方面有重要意义。
参考文献
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[4]张敬沛, 黄腾, 李青松.瞬态面波法在软基处理检测中的应用[J].工程地球物理学报, 2006, 3 (3) .
[5]贾辉, 陈义军, 张辉, 等.多道瞬态面波法在回填地基调查中的应用[J].物探与化探, 2012, 36 (5) .
[6]何立军, 水伟厚, 陈国民, 等.多道瞬态面波法在强夯处理地基检测中的应用[J].工程勘察, 2006 (S) .
地基加固效果检测 篇7
本文依托河北省黄骅港某地基处理工程, 开展直排式真空预压的现场试验研究, 通过对现场监测取得的地表沉降、孔隙水压力等数据进行分析和比较, 对地基的加固效果进行评价。
1 工程地质概况
拟建工程位于河北省黄骅港港区, 场区经围海造地吹填形成, 总面积112 551. 0 m2。场地原始地貌为滨海滩涂。地势较低, 经人工吹填土抬高。根据钻探资料, 场地主要地层为表层吹填土层和上部第四系全新统海相沉积层, 各土层自上而下分述如下: (1) 粉质粘土: 灰褐色、灰黄色, 平均层厚0. 35 m。 (2) 1淤泥质粉质粘土: 灰色, 流塑, 夹粉土薄层, 平均层厚3. 21 m。 (2) 2淤泥质粘土: 灰色, 流塑, 夹粉土薄层, 平均层厚5. 72 m。 (2) 3粉土: 灰褐色, 稍密, 平均层厚0. 99 m。 (2) 4淤泥质粘土: 灰褐色, 软塑~ 流塑, 平均层厚5. 29 m。 (2) 5淤泥质粘土夹粉质粘土: 灰褐色, 可塑, 夹粉土薄层, 平均层厚1. 02 m。 (3) 1粉土/粉砂: 褐黄色, 中密, 饱和, 平均层厚1. 94 m。 (3) 2粉质粘土: 黄褐色, 可塑, 局部有锈斑, 平均层厚1. 68 m。 (3) 3粉土/粉砂: 褐黄色, 中密, 该层未揭穿。
本次地基处理的主要地层为表层吹填土层和上部第四系全新统海相沉积层。
2 直排式真空预压法
常规真空预压中真空压力传递路径是: 真空装置→主管→滤管→砂垫层→排水板→加固土体。真空压力在传递过程中受砂垫层、滤管、滤膜的阻尼作用, 能量损失较大。为了减少真空压力的沿程损失, 直排式真空预压法对真空压力的传递路径进行了调整: 真空装置→主管→支管→连接软管→排水板→加固土体。其关键环节是消除了真空压力传递过程中水平砂垫层、滤管和滤膜对真空能量的损耗, 提高了真空压力的作用能效, 从而缩短了加固时间, 提高了加固效果。
3 地基处理
3. 1 地基处理技术要求
经地基处理后, 预期将达到的标准是: 1) 地基表层承载力:≥80 k Pa; 2) 容许工后沉降: ≤30 cm; 3) 交工处理后地面交工标高: + 5. 5 m。
3. 2 设计方案
本次地基处理方法采用直排式真空预压法, 场地内采用B型塑料排水板作为竖向排水通道, 正方形布置, 间距1. 0 m, 排水板设计深度- 16. 2 m。水平排水系统采用主管、支管和连接软管, 通过特制连接器与排水板头密闭相连。预压期间, 射流泵开泵率为100% , 膜下真空度不得小于85 k Pa, 抽真空时间约为80 d, 具体抽真空时间可根据检测结果作适当调整。通过监测达到设计卸载要求后方可停泵卸载。卸载标准: 1) 真空满载不少于90 d;2) 根据实测沉降曲线推算地基土预压荷载下固结度不小于85% ;3) 最后10 d沉降速率小于2 mm / d。
3. 3 检测仪器的布置
为了研究直排式真空预压法加固软土地基的机理, 检验地基加固效果, 及时掌握加固过程中地基土固结、地基沉降变形等情况, 更好地指导施工, 在地基中埋设了检测仪器, 用以监测地表沉降、孔隙水压力等。整个预压过程连续观测, 并在预压前后对加固土体进行十字板剪切试验和静载荷试验。
4 监测结果及分析
4. 1 地表沉降
本场地内共埋设了24 个沉降杆用于地表沉降的监测。其中, 打板期间累积沉降量为52. 6 cm。预压期地表沉降观测截止到真空卸载日期, 各沉降杆沉降量统计见表1, 图1。
由观测结果可知, 在抽真空初期曲线较陡, 沉降速率较快; 随着抽真空时间的发展, 沉降曲线趋于缓和, 沉降速率变小。说明土体主固结变化速率是一个渐变收敛的过程, 到卸载前为止, 各条曲线趋于水平, 沉降趋于稳定。现场测得的地表沉降最大值达到83. 0 cm; 最小值58. 2 cm, 平均沉降量达到70. 6 cm。在真空预压期间, 场地内中心位置附近的观测点沉降量较大, 而位于周围的沉降量相对较小。这说明直排式真空预压法对场地的沉降量由中部向四周递减, 呈“凹”字形。
4. 2 孔隙水压力
在加固区中心和边缘处分别埋设1 组孔隙水压力, 每组6 个测头, 分别在距离回填土表面3. 0 m, 5. 5 m, 8. 0 m, 10. 5 m, 13. 0 m, 15. 5 m位置处。根据不同深度孔压P随时间变化曲线的实测资料, 可以了解地基土体固结状态和研究土体固结机理。
由图2 可知: 在抽真空初期, 真空度对孔隙水压力的影响很大, 加固区各点的孔隙水压力值均有不同程度的降低。在真空预压阶段, 孔压不同深度的6 个测点随时间的延续呈下降的趋势, 地面以下11 m范围内各探头的孔压值下降较快, 11 m以下的孔压值下降较慢。说明真空压力随竖向排水体向地基土深处传递良好, 加固效果显著。在真空预压中期, 由于发生停电、漏气补膜等因素的影响, 造成孔压波动式升高, 而且土中孔隙水压力消散明显。
4. 3 固结度和残余沉降量计算
根据JTS 147—1—2010 港口工程地基规范, 采用实测沉降曲线采用“三点法”推算最终沉降量S∞、固结度及残余沉降量, 计算公式如下:
其中, S∞为最终沉降量; t1, t2和t3均为时间, 应满足t1- t2=t2- t3; S1, S2, S3分别为t1, t2和t3所对应的实测沉降量; Ut为t时刻的固结度, % ; St为t时刻的沉降量; Sr为残余沉降量。
按照上述公式, 计算各区固结度, 计算结果为: 平均固结度为85. 5% , 满足设计要求不小于85% 的固结度卸载标准, 这说明地基土在设计荷载的作用下加固范围内土的主固结沉降已大部分消除。但随着时间的延续, 由于土体的次固结和蠕变, 地基土仍然会发生一定的沉降变形。
4. 4 加固效果试验
直排式真空预压法试验前后分别在场地内同一位置进行十字板剪切试验。比对试验前后土体的物理力学指标变化情况, 对真空预压加固区进行效果检验。由于本区域地层中粉土夹层较多, 加固后土体强度增加, 十字板板头无法下压, 导致深层无法进行十字板剪切试验, 改为标贯试验。共布置十字板孔2 个。加固前后十字板剪切强度变化曲线见图3。
由图3 可知, 土体十字板强度大致随深度增加而增加。5. 5 m以上软土加固后十字板剪切强度值由加固前的9. 6 k Pa提高到37. 1 k Pa, 增长幅度4 倍左右, 可见, 直排式真空预压对场地地基处理加固效果显著。
5 结语
1) 采用直排式真空预压法加固黄骅港吹填软土地基方案是切实可行的。软土的含水率、孔隙比、液塑性指数都有不同程度的降低, 土层的抗剪强度明显提高, 增幅约4 倍。承载力可初步满足建设场地的设计要求。
2) 采用直排式真空预压法处理软基不仅加快了软基排水固结的速度, 而且使软基工后沉降等得到有效控制, 场区内土体固结度均达到85% 以上。
3) 在真空压力的作用下, 加固区土体发生了向内侧 ( 真空预压区) 的水平位移, 地表发生不同程度的变形和开裂。所以, 当采用直排式真空预压法时, 需要对加固区周边的道路、建筑、设备等进行实时监测, 以防发生大幅度的倾斜以致工程灾害的发生。
摘要：以河北黄骅港某软基工程为例, 阐述了直排式真空预压法进行软基处理的方案, 并结合监测数据及检测成果, 对直排式真空预压法处理吹填软土的特性进行了分析, 为该地区类似工程提供了借鉴。
关键词：直排式真空预压法,软基处理,排水砂垫层,吹填土
参考文献
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