閱讀 5481 次 鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法能量分析

 

鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法能量分析

 

張偉華  

（西北電力建設(shè)監(jiān)理有限公司 西安710032）

1、前 言

    《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025—2004）6.4節(jié)“擠密法”，增加了“預(yù)鉆孔”、“夯擴(kuò)”內(nèi)容；《擠密樁法處理地基技術(shù)規(guī)程》（DBJ61-2-2006）中，將鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法定義為：在土中預(yù)鉆孔，然后用1.0t以上的夯錘在鉆孔內(nèi)夯填樁孔填料成樁，夯填時(shí)促使樁徑擴(kuò)大至設(shè)計(jì)要求，并使樁間土得以擠密。從而，在《灰土樁和土樁擠密地基設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)程》（DBJ24-2-85）沉管法的基礎(chǔ)上，增加了預(yù)鉆孔成孔方法；也是對(duì)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002）第14章內(nèi)容的豐富。

 

    十幾年來，陜西、甘肅、青海、河南及山西等地區(qū)，先后采用鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法進(jìn)行了大量的地基處理工程，其中，像陜西省寶雞第二發(fā)電廠一、二期工程項(xiàng)目，自上世紀(jì)九十年代中期至今，均相繼采用了該法進(jìn)行地基處理。筆者通過該系列工程項(xiàng)目及其它同類項(xiàng)目的工作實(shí)踐，認(rèn)為有必要對(duì)該法中的關(guān)鍵因素—夯擊能（壓實(shí)功）進(jìn)行量化分析，供勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理參考、商榷。

 

2、夯擊能計(jì)算

    2.1  條件及參數(shù)的確定

    擠密樁施工前，一般要根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定填料最優(yōu)含水量下的最大干密度，對(duì)于填料為素土和灰土?xí)r，采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)，其單位體積擊實(shí)功（W_輕）約為592.2kJ/m³。

    實(shí)際施工中，若假設(shè)夯錘的夯擊能完全作用在樁孔填料上，填料及孔周土受到的壓實(shí)功與夯擊能完全相等，即等效處理圓范圍內(nèi)的樁間土均受到壓實(shí)功的作用，則。

    單位體積夯擊能W可用（1）公式計(jì)算：    W=Mgnh/V          （1）

    通常夯擴(kuò)樁鉆孔直徑 =0.4m、夯錘質(zhì)量M=1.5t、夯錘落距h=6m、夯擊次數(shù)n=6次，每次填料量0.11~0.13m³（計(jì)算時(shí)取0.13m³），夯擊成樁的長(zhǎng)度為0.2～0.3m（計(jì)算時(shí)取0.3m），樁直徑的平均值 為550~600㎜（計(jì)算時(shí)取 =0.58m）；按樁心間距1.05m計(jì)，等效處理圓直徑為 =1.1m，則受到夯擊的土體體積為V = ×1.1²×0.3=0.29m³。

 

    2.2   夯擊能計(jì)算

    （1）根據(jù)上述參數(shù)和式（1），可得復(fù)合地基單位體積夯擊能W_復(fù)：

    W_復(fù)=1.5×9.81×6×6÷0.29=1827kJ/m³

    顯然復(fù)合地基承受的夯擊能約為擊實(shí)試驗(yàn)的3倍。

 

    （2）樁間土與樁單位體積夯擊能W_土、W_樁

    當(dāng)樁間土單位體積所受到的夯擊能（壓實(shí)功）W_土=1.2W_輕時(shí)，樁間土的壓實(shí)或擠密系數(shù)方能不小于0.93，因此，正常施工中，樁間土所承受的夯擊能應(yīng)達(dá)到：

    W_土=1.2×592.2=710kJ/m³

    按照理論分析，作用在樁體上的夯擊能應(yīng)為復(fù)合地基承受的總夯擊能和樁間土承受的夯擊能之差，計(jì)算結(jié)果顯示，樁體承受的夯擊能約為室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的8倍。

 

3、分析及思考

    3.1  夯擊能轉(zhuǎn)化為壓實(shí)功的分析

    從以上計(jì)算可以看出，復(fù)合地基單位體積所受夯擊能W_復(fù)3倍于輕型擊實(shí)試驗(yàn)單位體積擊實(shí)功W_輕，但實(shí)際工程中，根據(jù)樁間土的受擠壓情況分析，夯擊能作用于樁間土體并基本上完全轉(zhuǎn)化為壓實(shí)功。計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的矛盾說明，8倍于W_輕的夯擊能是在形成樁體的過程中大多被消耗，其中，僅約八分之一轉(zhuǎn)化為壓實(shí)功。下面對(duì)夯擊能的消耗因素進(jìn)行分析：

 

    （1）機(jī)械損耗：主要是鋼絲繩卷筒、天輪（頂滑輪）在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有摩阻力，使得夯錘非自由落體，因此，樁孔填料接受的夯擊能小于按自由落體計(jì)算的夯擊能。

    （2）操作不規(guī)范：由于主觀或客觀的原因，機(jī)械操作人員，在夯錘下落的過程中，沒有將離合完全松開，錘體受到一定的“提拔力”；或在錘頭剛接觸樁孔填料面時(shí)，立即提錘。這樣，使得夯錘動(dòng)能大為減小。

    （3）偏錘：由于錘中心與樁孔中心偏離過大，造成錘體下落過程中蹭到孔壁，致使夯擊能減小。

 

    3.2  施工質(zhì)量控制中應(yīng)注意的問題

    根據(jù)寶雞第二發(fā)電廠工程實(shí)踐及以上計(jì)算分析，為更好地控制鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法處理地基質(zhì)量，總結(jié)如下體會(huì)。

 

    （1）由于夯擊能較大，樁體出現(xiàn)壓實(shí)系數(shù)往往大于1，因此，布樁時(shí)，不宜選取過大樁間距、要求達(dá)到過大的樁體直徑。

    （2）施工(包括試驗(yàn)性施工)過程中，應(yīng)在機(jī)械性狀、人員操作方法、夯錘對(duì)正孔位、樁孔填料量方面加大控制力度，確保單位樁體、樁間土受到的夯擊能滿足壓實(shí)、擠密的要求。

    （3）施工控制時(shí)，夯擊是鉆孔夯密樁復(fù)合地基質(zhì)量保證的關(guān)鍵因素之一，確保夯擊的落距和錘擊數(shù)，才能保證施工質(zhì)量。

    通常采用的落距是：錘尖至填料頂面距離不得小于3m，深部填料時(shí)，落距要求大于6m。

    常用的錘擊數(shù)為：樁頂至樁頂以下3~5m，宜選用8~10擊；樁頂以下3~5m至樁端，宜選用6~8擊；夯擊時(shí)，夯錘必須自由下落。值得注意的是，現(xiàn)場(chǎng)往往嚴(yán)格控制錘數(shù)不得人為減少，但夯擊能量過大會(huì)不同程度地產(chǎn)生“橡皮土”，故錘擊數(shù)不應(yīng)太多。

    （4）虛樁頭長(zhǎng)度控制需關(guān)注，虛樁頭長(zhǎng)度即樁頭應(yīng)挖除的長(zhǎng)度，通常不得小于0.5m，以0.7m為宜。凍土較深，應(yīng)按凍結(jié)深度全部挖除，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

    （5）樁身填料是關(guān)鍵的質(zhì)量控制部份，控制要求見表1。

                                               表1                       填 料 控 制 要 求

    （6）對(duì)于單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)也應(yīng)注意：

    ①壓板不應(yīng)采用長(zhǎng)方形壓板；

    ②未進(jìn)行試樁試驗(yàn)，檢測(cè)應(yīng)在施工完成14天后進(jìn)行加載且應(yīng)至極限荷載；

    ③成果分析應(yīng)以曲線法為主，按相對(duì)變形取值時(shí)，需扣減壓板下虛鋪砂沉降量，s/b或s/d取0.008～0.012；

    （7）當(dāng)?shù)鼗�土含水量小�?0%時(shí)樁間土擠密效果很差，必須進(jìn)行增濕。增濕所需注水量應(yīng)以試驗(yàn)確定。

    （8）樁間距以1000㎜為宜，不宜過小；等邊三角形布設(shè)樁位。

 

4、結(jié)  語

    鉆孔夯擴(kuò)樁擠密法是一種較新的地基處理方法，對(duì)其夯擊能進(jìn)行計(jì)算、分析、探討和質(zhì)量控制，旨在使之不斷完善，在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用、發(fā)揮更大作用。事實(shí)上，該方法施工質(zhì)量受到的影響因素是多方面的，尚需不斷總結(jié)、探討。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] 陜西省建設(shè)廳，擠密樁法處理地基技術(shù)規(guī)程（DBJ61-2-2006），陜西省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)辦公室

[2] 陜西省計(jì)劃委員會(huì)，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004），中國建筑工業(yè)出版社，2004

[3] 中國建筑科學(xué)研究院，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002），中國建筑工業(yè)出版社，2002

[4] 北京交通大學(xué)，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程，中國計(jì)劃出版社，2006

[5] 中華人民共和國水電部，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50123-1999），中國計(jì)劃出版社，1999

[6] 鄭建國，濕陷性黃土地區(qū)地基處理工程實(shí)錄，中國建筑工業(yè)出版社，2003.6

 

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)