建筑基础的选用原则和施工方法

)强夯法处理液化地施理 江苏北部(如徐州、宿迁等)地区广布废黄滥沉积物，一般以亚砂土、亚粘土—细砂为主，埋层浅，地下水位高，天然地基承载力低，在地震作用下易产生液化现象。地基液化是引起构筑物破坏的主要形式，同时该地区又受到我省主要的地震危险带—郯庐地震带的影响，因此在该地区国道主干线京福、徐宿、连徐、宁宿徐、沂淮等高速公路建设中不可避免的遇到大面积液化地基处理问题。根据《公路工程抗震设计规范》(jtj004—89)，对高速公路必须进行液化地基处理，这是减轻地震灾害的根本性措施。因此，如何控制和管理好处理液化地基的施工，做到既经济有效又安全可靠，对保证高速公路建成后的正常运营、减轻地震灾害具有重大现实意义。 1 液化地基的国内外研究概况 地基液化分析与处理一直是土动力学的主要研究课题之一。液化一词最早见于1920年hazen.a的《动力冲填坝》用来说明卡拉弗拉斯冲填坝的毁坏。1936年casagrande首先给出了砂土液化的判别方法——临界孔隙比法。上世纪50年代，各国学者对砂土液化进行了广泛研究，主要包括：砂土液化的机理，砂土液化的预估方法，砂土液化的地基处理等。 所谓液化是指由于孔隙水压增加及有效应力降低而引起粒状材料(砂土、粉土甚至包括砾石)由固态转变成液态的过程。影响液化的因素有：①颗粒级配，包括粘粒、粉粒含量，平均粒径d50；②透水性能；③相对密度；④结构；⑤饱和度；⑥动荷载，包括振幅、持时等。 我国《工业与民用建筑抗震设计规范》(tj11—78)根据1971年以前8次大地震的数据，参考美国、日本的有关研究成果给出了以临界标准贯入击数为指标的砂土液化判别公式。现行规范《建筑抗震设计规范》(gbj11—89)通过对海城、唐山地震的系统研究，结合国外大量资料，对原规范进行了修改，采用了两步评判原则，并对临界标贯击数公式进行了修改，使之更符合实际。在国标《岩土工程勘察规范》(gb50021—94)中，对此又进行了补充，给出了液化比贯入阻力临界值和液化剪切波速临界值公式，用来进行液化判别。在公路工程中，基本上沿用上术两步评判原则，采用了临界标贯击数判别方法，并根据公路工程中的研究成果，给出了临界标贯击数的计算公式。这些规范在我国工程界得到了广泛应用。 2 高等级公路可液化地基处理方案的确定。 液化地基处理恰当与否，关系到整个工程的质量、投资和进度。因此其重要性已越来越多地被人们所认识。对于高速公路这样大面积处理可液化土而言，强夯法和干振碎石桩法是首选的处理手段。当全液化地基路段较长，需处理面积大，公路沿线外缘较近范围内无村庄，无重要构造物时，强夯法是比较理想的地基处理方法。 强夯法处理地基是20世纪60年代末menard技术公司首先创立的，该方法将80…400kn重锤从落距6—40m处自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法常用来加固碎石、砂土、粘性土、杂填土、湿隐性黄土等各类地基土。由于其具有设备简单、施工速度快、适用范围广、节约三材、经济可行、效果显著等优点，经过20多年来的应用与发展，强夯法处理地基受到各国工程界的重视，并得以迅速推广，取得了较大的经济效益和社会效益。 由于强夯处理的对象(即地基土)非常复杂，一般认为不可能建立对各类地基土均适合的具有普遍意义的理论，但对地基处理中经常遇到的几种类型土，还是有规律可循的。实践证明，用强夯法加固地基，一定要根据现场的地质条件和工程作用要求，正确选用强夯参数，一般通过试验来确定以下强夯参数： (1)有效加固深度：有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又反映了处理效果。 (2)单击夯击能：单击夯击能等于锤重×落距。 (3)最佳夯击能：从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称最佳夯击能。因此可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。 夯点的夯击次数，可按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，应同时满足下列条件：(①夯坑周围地面不应发生过大隆起；②不因夯坑过深而发生起锤困难；③每击夯沉量不能过小，过小无加固作用。夯击次数也可参照夯坑周围土体隆起的情况予以确定，就是当夯坑的竖向压缩量最大，而周围土体的隆起最小时的夯击数。对于饱和细粒土，击数可根据孔隙水压力的增长和消散来决定，当被加固的土层将发生液化时的击数即为该遍击数，以后各遍击数也可按此确定。 (4)夯击遍数：夯击遍数应根据地基土的性质确定，地基土渗透系数低，含水量高，需分3—4遍夯击，反之可分两遍夯击，最后再以低能量“搭夯”一遍，其目的是将松动的表层土夯实。 (5)间歇时间：所谓间歇时间，是指相邻夯击两遍之间的时间间隔。menard指出，一旦孔隙水压力消散，即可进行新的夯击作业。 (6)夯点布置和夯点间距：为了使夯后地基比较均匀，对于较大面积的强夯处理，夯击点一般可按等边三角形或正主形布置夯击点，这样布置比较规整，也便于强夯施工。由于基础的应力扩散作用，强夯处理范围应大于基础范围，其具体放大范围，可根据构筑物类型和重要性等因素考虑确定。 夯点间距可根据所要求加固的地基土性质和要求处理深度而定。当土质差、软土层厚时应适当增大夯点间距，当软土层较薄而又有砂类土夹层或土夹石填土等时，可适当减少夯距。夯距太小，相邻夯点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层，影响夯击能向深部传递。 3 强夯法处理液化地基的质量控制与管理 3.1 施工单位选择 对参与施工的强夯施工单位，各施工标段中标单位要先审查其施工资质、信誉和业绩，并附有前业主对该单位的书面评价报告；任何单位不得将强夯分包给个人施工。各中标单位将经初步筛选合格的施工队伍形成书面推荐报告，经驻地监理审核后，上报主管部门，经批准后方可进场。进场后不得再分包或转包，否则，驻地监理工程师将责令分包单位立即退场，损失自负。 3.2 施工准备 编写施工组织设计，经驻地监理组审查，监理组提出书面审查意见，报总监代表审批同意方可施工。 3.3 施工管理 (1)施工单位要按设计图要求编制夯点编号图，编号图要清晰、规范、科学。 (2)施工单位必须制定严格的安全管理措施，现场操作人员必须戴安全帽，并对施工机械定期作安全检查。在强夯区四周要设置醒目的危险警告标志和安全管理措施，不允许行人和非施工车辆进入强夯区，以确保操作员、过往行人和车辆的安全。 (3)施工单位要对强夯机械进行编号，每台强夯机械必须持有监理组发放的《施工许可证》方可进行强夯施工。 (4)施工单位除在强夯机械上挂《施工许可证》外，还必须挂有《机械操作主要人员》和《施工技术参数》两块醒目的牌子，进行机械操作的主要人员必须**上岗。 (5)施工单位要制定施工要点供现场人员执行。 (6)铺设垫层前要对原地面进行清表并整平，且要按每20米一个断面，每个断面5个规定测点，测量清表后标高。 (7)用水准仪测量垫层铺设前、后的对应测点标高，初步确定垫层厚度，每20米一个断面，每个断面5个规定测点，再按每断面挖1处深坑，进一步确定垫层厚度(控坑必须在测点位置上)。 (8)垫层宽度按每20米一处用钢尺丈量。 (9)按设计要求进行夯点布置，夯点定位布置用钢尺按100%的频率丈量。 (10)夯锤必须过磅称重。夯击能在强夯施工前必须检测，并满足设计要求。每夯击100次，用钢尺量一次夯锤落距。 (11)施工单位必须及时排出夯坑内积水。 (12)主、副、满夯的间隙时间要根据现场情况作必要的调整，但间隙时间必须满足72小时。需要调整间隙时间由现场监理工程师确定。 (13)遇到不需拆迁的高压电线时，施工单位必须安排集中施工的方案，市高指向供电部门申请临时停电。 (14)施工人员要认真做好强夯施工记录，记录要求清楚、真实。 (15)施工人员必须注意观察已处理路段，发现异常情况及时报告驻地监理组和有关部门。 (16)在强夯区内的构造物必须在强夯完成后，才能进行构造物的下部施工。 4 用强夯法处理砂土液化地基的质量检验评定 4.1 基本要求 碎石垫层的碎石规格和质量必须符合设计要求。强夯施工必须按夯击点确定的技术参数进行。以各个夯击点的夯击数作为施工控制数值。 4.2 实测项目表 表1 强夯法处理砂土液化地基实测项目表 项次 检查 项目规定值 或允许偏差 检查方法和频率 规定分 1 夯击能 不小于设计 1次/工点查施工记录 15 2 夯击次数 符合设计 查施工记录 15 3 垫层厚度 不小于设计 4处/200m 15 4 垫层宽度 不小于设计 4处/200m 15 5 标贯击数 符合设计 2处/工点 20 6 瑞利波 ≥200m/s 1处/工点 20 注：(1)标准贯入试验，按需3点/5000且不少于3点进行。孔位随机 布置。特殊地段适当加密。 (2)瑞利波法(ssw)按1点/40m，在中心线两侧各15m处交叉布点。 4.3 外观鉴定 (1)填筑碎石垫层前必须清表、整平，无明显凸凹点，整平不符合要求扣2分。 (2)夯坑内积水应及时排除，不符合要求扣2分。 (3)夯后场地应平整，无局部隆起，不符合要求扣2分。 4.4 分项工程质量等级评定 (1)分项工程评分在85分及以上者为优良；70~85分者为合格；70分以下者为不合格。 (2)若标贯击数、瑞利波不合格时，则该分项工程不合格，可进行加固处理，再重新评定其质量等级。 5 结语 在京福、徐宿、宁宿徐等高速公路液化地基强夯加固的施工实践中，由于建设、监理及施工单位的高度重视，严格按有关质量要求和“施工指导意见”进行控制，尤其对强夯参数的确定都是经反复试验论证后，选择合适的参数指导施工，使强夯法处理液化地基段达到了设计要求，从已建成的高速公路处理路段的工后路基沉降观测看，处理段液化地基强夯加固达到了预期目的。7.2.2施工方法1、打桩准备（1）施工前逐根检查，即检查桩身有无严重质量问题，对管桩两端清理干净，施焊面上有油漆杂物污染时，清刷干净。（2）桩锤的选择选择桩锤时，充分考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以及土质、气象等条件，并掌握各种锤的特性。桩锤的夯击能量克服桩的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。如果桩锤的能量不能满足上述要求，会引起桩头部的局部压曲，难以将桩送到设计标高。2、测量定位先用全站仪确定各轴线的位置，然后利用经纬仪配以钢尺（经检定合格）丈量，逐一测放出每个桩的实际桩位，经项目质量员复核后，最后由监理核查认可。3、起吊对中调直利用桩机上自身设置的工作吊机将预应力管吊装就位；用两台经纬仪成90。调整桩的垂直度。4、沉桩桩锤、桩身、桩帽中心线要一致，必要时将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整，不使管桩受到偏心锤打。打桩较难下沉时，检查落锤有无倾斜偏心，特别是检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，更换或补充软垫。每根桩连续一次打完，不中断，以免难以继续打下。 5、接桩接桩时使新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等预先清刷干净。当下节桩的桩头距地面1-1.2m时，即可进行焊接接桩。接桩时可在下节桩头上安装导向箍，以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后，对称点焊4-6点加以固定，然后拆除导向箍。管桩焊接施工时由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行；施焊第一层时，适当加大电流，加大熔深。采用手工焊接，第一层用ф3.2或ф4.0的e43型焊条，第二层以后用ф4.0-ф5.0的e43型焊条，保证焊接质量。焊接保证不少于三层以上并及时将焊渣清除干净。焊接完成后，由项目部质量员检查合格后，请监理检查。检查合格后，保证冷却5分钟后施打。打桩时详细、准确地填写打桩记录。特别注意最后贯入度，即最后50cm桩长的锤击高度及桩的贯入度。6、送桩为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器长4m。设计送桩器的原则是打入阻力不能太大，容易拔出，能将冲击力有效地传到桩上，并能重复使用。7、停锤当贯入度已达到控制贯入度，再锤入10cm左右或锤击30～50击，如无异常变化时，说明不是遇到障碍物等情况，此时桩尖标高与设计要求标高相差不大时可停锤。若桩尖标高与设计规定标高相差过多时，需要考虑桩的侧向稳定是否足够，与设计等部门研究确定。为防止桩上浮和附近的桩上浮，锤击时将桩锤停留在桩头时间长一些。停锤标准按符合设计标高控制为主，以贯入度控制为辅的原则。7.2.3施工注意事项1、正式施工前进行成桩试验3根，确定各项工艺参数、检查成桩效果、验证设计参数。2、施工前，对各桩桩身质量进行检查，检查其质量证明文件并现场检查桩身混凝土表面质量，不得出现任何表面收缩裂纹以外的应力裂纹；桩身棱角破损符合规范要求。3、第一节管桩起吊就位插入地面的垂直度偏差不得大于0.5%，施工时严格注意校正，必要时，宜拔出重新插打。4、管桩施工过程中应将每一根桩一次性连续打到底，并尽量减少中间休歇时间。5、接桩均采用钢端板焊接法，接桩前应将端板及桩套箍端板坡口处，表面的锈蚀清除干净后方可焊接，接桩一般在距离地面1m左右进行，上、下两块端板轴向错位量应小于2mm，坡口根部间隙应小于4mm，焊条选用e43型，焊接道数不少于3道，焊缝应满焊，确保焊缝高度。上下节桩如有间隙应用楔形铁片全部垫实焊牢。待接桩处焊缝自然冷却不小于5min后方可沉桩。6、管桩施工完毕后，桩顶高程应控制在±5cm以内。7、桩压好后桩头高出地面的部分应小心保护，严禁施工机械碰撞或将桩头用作锚点；送桩遗留的孔洞，应立即回填或做好覆盖。 质量通病 原因分析 预防措施沉桩达不到标高 1、持力层高低起伏。2、群桩施工时，后沉桩因土层挤密致使沉桩困难。3、预制桩质量差，沉桩过程中发生桩身断裂、桩顶破碎。4、沉桩设备选择不当。5、接桩时下节桩尖在硬土层上，接桩后停歇时间过长 1、探明工程地质条件，试沉桩发现异常时应作补勘。2、预制桩质量应达到**标准和满足设计要求。3、合理选择施工方法、施工顺序及沉桩机械设备。4、沉桩困难时可采用植桩法。5、沉桩工艺要连续。避免接桩时下节桩在硬土层中，减少接桩时间，做到沉桩基本连续。桩身断裂 1、桩身强度达不到设计要求。2、桩养护不当，开桩、吊桩或运输不当而降低桩身强度。3、桩主筋触及桩顶，锤击时发生纵向裂缝。 1、严格按设计要求和施工规范进行制桩和养护，执行强度和龄期双控方法。2、桩身垂直地面，接桩须在同一轴线上。桩身倾斜，偏离设计桩位。 1、场地没有平整，桩架不水平。插桩时偏斜、未到位。接桩不在同一轴线上，接桩不牢固。2、群桩施工时，因桩距过近，沉桩时土层产生侧向力，使已沉桩位移。3、沉桩期间施工工地或邻近工地取土，造成桩身倾斜。 1、平整场地，安稳桩架，保证桩架平整，桩位对中。2、保证接桩牢固且在同一轴线上。3、沉桩期间不宜同步开挖基坑取土。4、密度大的群桩工程可采用植桩法。接桩处开裂 1、接桩焊接质量不好。2、接桩前未将两节桩连接处清理干净。3、上下两节桩不在同一轴线上，桩底平面和桩顶平面结合缝隙超标。法兰面不平。 1、接桩前清理桩连接处的杂质、油污等，填平接桩面。2、接桩时严格要求上下两节桩在同一轴线上。3、法兰面或连接铁杆要求平整、焊接牢固。 20210311