新型柱锤强夯（置换）挡墙的支护原理和应用(图文)

1、 新型柱锤强夯(置换)挡墙的支护原理和应用【摘 要】本文结合工程实例,论述新型柱锤强夯(置换)工艺在基坑支护中的应用,对处理后岩土层物理、力学性质指标等数据进行前后对比,反映出新型柱锤强夯(置换)法在基坑支护中的实际功效。【关键词】新型柱锤强夯(置换)法 粘性填土 砂性土 压缩模量 渗透系数 随着我XX市工业与民用建筑、地铁、高速铁路、公路建设工程的发展,地下空间的开发利用使得深基坑支护技术得以迅速发展。伴随着新技术、新工艺及设备的迅速发展,深基坑支护技术除了建筑基坑支护技术规程JGJ120-99中涉及到的悬臂桩、水泥土挡墙、土钉墙等一些成熟的技术外,由“新型柱锤强夯(置换)法”专利技术衍生出

2、的一项基坑支护的新技术-“新型柱锤强夯(置换)挡墙的支护”目前在一些深厚的粘性填土、砂性填土场地得到大量使用和推广。1、引言“新型柱锤强夯(置换)法”施工工艺是在普通强夯法和强夯置换法的基础上进行创新改进所形成的一种新型地基处理施工方法。 新型柱锤强夯(置换)法地基处理分为新型柱锤超深挤密法和新型柱锤强夯置换法。采用柱锤和普通夯锤,通过锤体自由下落,产生很大的冲击能量,反复对地基土进行冲击,从而克服土颗粒间的多种阻力,使地基土压密,形成挤密增强体,达到提高深层地基土的强度,减少沉降和提高抗液化能力的地基处理方法叫新型柱锤超深挤密法。采用柱锤和普通夯锤,通过锤体自由下落,对地基反复冲击并形成坑孔

3、,把备好的填充料分层回填入孔,通过夯击置换形成下小上大的填充墩增强体,与经侧向挤密的墩间土体组成的复合地基,而改善提高地基土力学性能的地基处理方法叫新型柱锤强夯置换法。该工艺弥补了普通强夯法和强夯置换法不能处理深部土层的缺陷,对前述二种处理方法从施工工艺和设备上进行了改进,从而大大地拓宽了工程地质条件的适用领域和工程运用范围,本文主要介绍该种工艺在基坑支护中的应用。众所周知,土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的,通常称之为土的三相组成,即V=VS+VW+VV,当采用新型柱锤强夯(置换)法进行处理时,随着单位体积内的土体中三相物质的质量和体积的比例不同,单位体积的土体的物理、力学性质也就产生变化

4、。通过柱锤的夯击使得原来松散土体颗粒的气相VV、液相VW所占的体积减小,固体颗粒VS质量增加,即在较大的夯击能作用下,土体的孔隙水压力先在短时间内迅速增大,随着时间增长而后逐渐消散减小,同时土体颗粒之间的空隙减小,土体颗粒之间排列更加紧密,颗粒与颗粒之间接触更加充分,则土体的有效应力增大,最终土体的剪切强度增大,从而使经夯击后土体的承载力特征值增大,渗透系数降低。采用“新型柱锤强夯(置换)挡墙边坡支护”施工技术,即利用强夯置换动力固结原理,对上部回填的松散素土层进行分层强夯击实,在某些特殊的地质条件下(如上部素填土极松散或基坑侧壁含有淤泥质粘土层等),在夯击过程中,同时在夯坑内继续填入填料(如

5、:砂石、建筑碎块等)夯实,由下至上逐渐形成单个挤密(桩)墩,以改变下部松软土层的力学性能,加速墩体底部土层的排水固结,增加被加固土体的有效影响深度,降低整个被加固土层的压缩性。被加固土体在液相和气相体被部分挤出而变小,从而使渗透性减小,密实度提高形成一厚度及密实度较大的复合挡土墙,起到边坡支护的稳定作用；经新型柱锤强夯置换后地下室基坑土方开挖时,基坑壁土方稳定,不发生坍塌、滑移等现象,地下室施工安全。基坑周边形成一个个强夯置换墩组合的挡土墙,从而沿基坑边线形成一个渗透系数很小(相对原地基土来说其渗透系数得到很大的降低)的阻水帷幕,同时又起到防止基坑外围地下水向开挖后的基坑内渗透的作用。新型柱锤

6、强夯(置换)挡墙结构基坑支护方法是糅合了新型柱锤强夯(置换)法地基处理的加固原理和基坑支护中的重力式水泥土档墙支护原理而发展的一种新型支护方法。该法充分利用了特制的长(柱)锤,利用不大的锤重,获得较大的锤静压力值,利用和普通夯锤相同大小的单击能产生的压缩波(P波)、剪切波(S波),最终达到对土体的处理效果。经过新型柱锤强夯(置换)处理后的土体(沿基坑边线布置的一排或多排置换墩)形成一线密实的挡墙结构,相对于原状土的改变主要体现在以下几点:经处理后的土体的密度、粘聚力、内摩擦角、压缩(变形)模量增大,含水量、压缩系数降低；通过以上的物理、力学性能的改变,特别是粘聚力、内摩擦角的增强,使挡墙的稳定

7、性大大提高；经置换处理后的单墩可以作为一个大直径的排水系统,周边经夯击密实的土体中自由水经水平向渗流至置换墩处,再沿着竖向渗流途径升至墩顶,若在墩顶部位设置一排水通道,可及时将土中的自由水排除；若在置换墩材料中加入适量的生石灰或水泥,使墩体形成低强度的半刚性桩体,可大大提高挡墙的抗拉性能；若置换墩体材料采用建筑拆除后的废砖、混凝土块等,则更可达到节能环保的目的。新型柱锤强夯(置换)挡墙结构基坑支护方法与国内通用的支护方法的比较:与水泥土挡墙支护结构的比较:新型柱锤强夯(置换)挡墙结构基坑支护方法利用原状土换其他置换料(如建筑拆除后的废砖、混凝土块等),可以达到环保、节约水泥、造价降低的与土钉墙

8、支护结构相比:新型柱锤强夯(置换)挡墙结构基坑支护方法实用性明显,特别是在地下水位较高、原状土体强度较低(如淤泥或淤泥质土、饱和的粉细砂等)情况下均适宜选用,而土钉墙在上述岩土层中则不适宜。与悬臂式围护桩相比:悬臂式围护桩造价高,且必须与水泥搅拌桩或高压旋喷桩结合来进行止水,而新型柱锤强夯(置换)挡墙结构基坑支护方法无需与水泥搅拌桩或高压旋喷桩结合,利用自身密实的挡墙土体即可起到止水帷幕的作用。新型柱锤强夯(置换)挡墙结构基坑支护结构剖面如下图示:2、新型柱锤强夯(置换)挡墙的支护在实际工程中的应用:xxxx某商住楼地下室车库基坑支护,该工程场地位于XX市xx新城,根据建筑结构设计图及场地实际

9、地面标高,确定基坑开挖深度4.8m,承台厚度1.1-1.4m,局部有电梯井处开挖深度6.5m。场地岩土层情况:勘察报告揭示场地地层主要为素填土(饱和性):层厚2.45.5m,淤泥:厚度1.22.4m,粉质粘土:该层较厚。基坑开挖的坡脚均为该层粉质粘土。各岩土层的物理力学性质详见后附表1、2。周边环境:本工程施工场地南、西、北面较开阔,东面为6栋已建的5层建筑,该6栋建筑基础为采用强夯置换地基处理的浅基础,拟建建筑基础边轴线距东面已建建筑基础边轴线最近距离为10.5米。场地交通便利。根据基坑支护设计要求及本场地地质条件,结合周边环境及结构设计特征,加固后的地基和支护挡土墙必须达到如下目的:、加固

10、后地下室基坑土方开挖时,基坑壁土方稳定以保证地下室施工安全。、阻止基坑外侧地下水的大量渗入,以利地下室土方基坑开挖时,基坑内地下水在抽排作用下稳定水位线低于地下室底板标高。、在边坡面层及上下口排水沟、集水井施工后,形成完整的抗雨及排水体系。按照现场实际情况进行墩位点的布置,针对距既有建筑物较近的区域采用双排墩点的布置,墩间距为1.8m,双排间距为2.6m,距离既有建筑物较远区域采用单排墩点的布置,墩间距为1.4m,在施工中采用三种不同直径、压强、高径比的夯锤,即柱锤、中锤与扁锤,其中:柱锤:锤径800mm,高径比2.0;中锤:锤径1200mm,高径比0.6;扁锤:锤径2000mm,高径比0.2

11、5。柱锤重13吨单击夯击能为13201440 KNm KNm,静压值115kpa；中锤重12吨单击夯击能为13201440 KNm KNm,静压值38.2kpa；扁锤重10吨单击夯击能为600KNm800 KNm,静压值34.2kpa；注:以上夯击能应根据松砂土厚度及场地表面强度调节,即厚度(强度)大时取大值,反之取小值。A、单击夯击能计算式为:锤重落距=单击夯击能；B、动压值计算为: 单击夯击能锤底面积=单击面积动压值；C、静压值计算式:锤重锤底面积=锤底面积静压值。每个夯点的夯击次数:柱锤、中锤均为1418击,分工遍跳花(即2次)布点施工。如未达收锤标准需回填砂料后再补夯；夯击次数最后须根

12、据试夯及施打情况确定,选定原则为最后两击平均夯沉量100mm,浅层密实采用扁锤1/3的夯印搭进行施工夯击次数为68击,接选定原则为最后两击平均夯沉量50mm,遍与遍、次与次夯击的间隙时间:每遍次的间隔时间3天,在满足隆起要求的前提下柱锤可连续夯击。经新型柱锤强夯(置换)处理后,置换墩体着底深度均达到5.5m,原来墩底的土层土力学参数经过标准贯入度检测后发生变化具体如下表所示:表1 处理前后岩土层层厚压缩摸量土层名称处理前层厚/Es处理后墩间层厚/Es处理后墩中层厚/Es素填土3.5/2.55.5/156.4/12粉质黏土0.6/5.155.3/5.725.1/5.74淤泥质粉质黏土2.0/2.

13、5中砂0.5/10淤泥质粉质黏土1.4/2砾砂1.2/11中砂2/12载荷板试验极限承载力特征植300KPa300KPa表2 处理前后岩土层物理力学指标前后对比土层标贯击数Eo/EsFak(KPa)压缩 系数黏聚力C内摩擦角含水量W饱和度sr孔隙比e液限指数I1塑限指数Ip(1)素填土处理前42.5802532.3处理后241820021526.5(2)淤泥处理前2.540处理后2.560(3)粉质黏土处理前58.25900.3813.811.233.0930.890.5715.5处理后68.251400.2315.212.526.887.60.800.4215.0由上述可见经过“新型柱锤强夯(置换)”工艺施工后土层的力学及物理性质发生了显著改善,且由于该法无需适用通用基坑支护工艺所需的钢筋、水泥等建筑材料,经济效益十分明显。由此可见XX市地域范围不断扩张的背景下,较空旷场地、地下水位较高、原状土体强度较低(如淤泥或淤泥质土、饱和的粉细砂等)情