某港口工程强夯地基处理与试验区监测技术研究

某港口工程强夯地基处理与试验区监测技术研究摘要:本文基于笔者多年从事工程地质勘察、施工、监测的相关工作经验,以某港口工程强夯施工为研究背景,分析了某港口工程强夯地基处理与试验区监测方法,探讨了强夯质量保证措施,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:港口工程施工强夯地基试验区监测

1 工程概况

工程位于天津市塘沽区,原场地为滨海地带,陆域采用开山上石同填形成,为了适应港口仓储建设的需要,要对新填上进行强夯处理,地基处理的总面积约3×104m2,根据钻探资料,该区上层自上而下分别描述如下:

(1)素填上,主要成分为块石、碎石及砂砾,较松散,厚度为 3.5～5m;(2)中粗砂,稍密,厚度约为5m;(3)粘上,灰褐色,可塑,含有机质及少量贝壳碎屑,为海相成因,厚度为12.5m;(4)粘上,黄褐色,硬塑,为陆相冲洪积形成的老粘上,该层未穿透。

需处理的上层为素填上及中粗砂层,总厚度约8.5～l0m。采用3000kJ能量进行强夯处理根据公式H=a(Mh/10)0.5算其有效加固深度为8.6m(a取0.5)。

2 强夯地基处理方案设计

强夯采用2遍点夯,1遍满夯。

点夯单击夯击能为3000kJ,夯锤底面直径2～2.4m,锤重200kN、夯点正方形布置,夯点间距为6m×6m。第2遍夯点选在上1遍己夯点间隙。

强夯击数及收锤标准:每个夯点夯击数大于10击,最后2击的平均夯沉量不大于50mm每遍夯击间隔时间为1～2d。

满夯:满夯能量为1000kJ,夯锤底直径2～2.4m,要求锤印彼此搭接,且搭接部分不应小于锤底面积的1/3～1/5(如表1）。

3 试夯及监测

强夯的目的是通过强夯试验来确定强夯最佳施工参数,并根据试夯的结果确定施工方案进行大面积的施工、试夯监测项目主要包括:孔隙水压力观测、地下水位观测、夯坑及其周边地表变形观测、每遍点夯及兴夯前后的地表高程测量等监测项目。试夯后还需通过载荷板试验、标准贯入等效果检验来计算经强夯加固后地基上的承载力和密实程度。

试夯区面积为30m×30m,在试夯区边线以外l0m处埋设水位观测孔1个,孔深l0m,地下水位的监测与孔隙水压力观测同步进行。并埋设孔隙水压力观测点1个,孔隙水压力仪器采用钢弦孔隙水压力计。孔隙水压力和水位观测孔每天观测1次。

在试夯区内选择3个夯点作单点试夯,每个试夯点位置附近埋设3组孔压,每组设7个测头。在地面以下4.5m左右往下每隔2 m埋设1个孔压传感器,共21个。单点夯开始,3组孔压、地下水位同步观测。并进行夯沉量、夯坑及其周边地表变形观测。根据孔隙水压力监测确定强夯的夯击击数、有效加固深度等。

3.1 孔隙水压力监测方法与要求

为防止强夯时剪切波对孔隙水压力测头的破坏,须对孔隙水压力仪地面以下的电缆加装钢制护管。孔隙水压力仪的埋设在强夯前采用钻孔方法进行埋设。埋设完成等孔压值稳定后,方可作为初始读数、观测时随强夯每一击进行同步观测,求出距夯坑不同距离、不同埋设深度上体的孔隙水压力,并绘制孔压增量与距离关系曲线图、孔压增量与深度关系曲线图、孔压与夯击击数及消散过程曲线等相关图表。

遍夯间歇时间按孔隙水压力消散80％所需时间确定。强夯处理的主要上层是表层的开山上石和下部的中粗砂,上颗粒间空隙较多,渗透性很好,孔隙水压力消散速度较快、经观测，一遍夯间歇时间为3h40min,2遍夯间歇时间为7h,大面积施工遍夯间歇时间按7h考虑。

3.2 地下水位监测方法与要求

随同孔隙水压力观测同步进行,掌握地下水的变化情况,确定静水压力。

3.3 强夯前后地面高程测量和夯坑及其周边地表变形监测

为了判定夯实效果,在试夯时选择具有代表性的夯坑作为观测点。沿夯坑2个垂直方向分别设置8个观测桩,设置间距为距夯坑印边1m,2m,3m,4m,5m,6m,8m,l0m。每个夯坑周边共计16个观测桩。每夯击一次观测夯沉量和每个观测桩的沉降和降起情况,绘制夯坑周边地表沉降、降起曲线。各夯点每击夯沉量如表1所示。强夯后夯坑周边变形以降起为主,降起量较小,基木无沉降、从表1可看出,单击夯坑总夯沉量为1.35～1.46m,点击击数为10～11击时满足设计提出的标准:最后2击平均夯沉量≤50mm。

为了确定地面沉降量,在每遍夯前、夯后均对试验区进行地面高程测量,按4m×4m的方格网进行、结果见表2,从表2可看出,地表平均总沉降量为62cm。

3.4 标贯孔

在强夯前、后各进行1个标贯孔,每lm做1个标贯测试,绘制地基处理前、后标准贯入击数对比曲线,分析确定各层地基上加固后的地基承载力。

夯后标贯值明显提高,在影响深度范囚内夯前的标贯击数平均值为:N=13;夯后的标贯击数平均值为:N=28。平均增长约2.0倍。

3.5 载荷板试验

强夯完成并碾压整平后,进行载荷板试验,载荷板面积为1.5m×1.5m,最大荷载加至使用要求的3倍,每级加荷后按间隔10,10,10,15,15min,以后每隔半小时读1次沉降。载荷试验技术要求按照《港口工程地质勘察规范》JTJ240-97进行。此地基经处理后的容许承载力达250kPa。

4 强夯质量保证措施

(1)严格控制夯点测放位置,允许偏差为±5cm;(2)严格控制夯锤就位,允许偏差为±15cm;(3)严格控制场地整平高差≤±lOcm;(4)严格控制夯坑回填石料粒径≤3Ocm,夯坑回填石料粒径较大时容易导致翻锤;(5)严格控制夯击能,强夯前需要校核落距;(6)下雨天不宜进行强夯,采取抽排水等措施将夯坑内或场地积水及时排除,地下水位较高影响施工

时,采取井点降水等措施降低地下水位;(7)夯锤起吊不平时,应采取措施纠正,当坑底倾斜度≥30°时应整平再夯。

5 结语

在素填上形成的新填上区采用强夯处理地基是简单、有效的施工方法、可根据填上厚度选择合适的夯击能量。从孔隙水压力观测资料以及标准贯入对比曲线上反映出,在此类上层中,以3000kJ夯击能进行强夯施工时,其影响深度约为9.5m,有效加固深度约为8.0m。木工程土质条件比较好,孔隙水压力消散较快,大面积施工可分区穿插进行,大面积强夯作业可不考虑遍夯间歇时间。

参考文献

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