新型柱锤强夯置换挡墙的支护原理和应用

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国城市工业与民用建筑、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，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。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：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：①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，使挡墙的稳定性大大提高；②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；③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；④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。漠新型柱锤强夯祝（置换）挡墙粉结构基坑支护识方法与国内通翻用的支护方法气的比较：华①藏与水泥土挡墙炉支护结构的比具较：新型柱锤稼强夯（置换）妹挡墙结构基坑决支护方法利用灭原状土换其他位置换料（如建咽筑拆除后的废泛砖、混凝土块的等），可以达由到环保、节约劣水泥、造价降颈低的女②这与土钉墙支护轨结构相比：新如型柱锤强夯（替置换）挡墙结荐构基坑支护方册法实用性明显揭，特别是在地役下水位较高、视原状土体强度领较低（如淤泥蛋或淤泥质土、途饱和的粉细砂毫等）情况下均述适宜选用，而粱土钉墙在上述镰岩土层中则不挨适宜。店③于与悬臂式围护歪桩相比：悬臂惭式围护桩造价掩高，且必须与优水泥搅拌桩或斩高压旋喷桩结魔合来进行止水朗，而新型柱锤流强夯（置换）强挡墙结构基坑溪支护方法无需出与水泥搅拌桩覆或高压旋喷桩左结合，利用自耻身密实的挡墙盈土体即可起到中止水帷幕的作钟用。衬新型柱锤强夯工（置换）挡墙犹结构基坑支护答结构剖面如下劲图示：激2纷、新型柱锤强筒夯（置换）挡受墙的支护在实疮际工程中的应民用袜：聚xxxx轨某商住楼地下切室车库基坑支抄护，该工程场纤地位于嘴xx混市奸xx际新城，辆根据建筑结构房设计图及场地牺实际地面标高酷，确定该基坑开挖深双度半4.8棋m渣，承台厚花度摧1.1-1.裳4露m贿，局部有电梯横井处开挖深遭度板6.5描m沈。稻场地岩土层情四况：鸦勘察报告揭示遭场地地层主要堂为素填土（饱在和性）：层距厚语2.森4乞～奴5.5糊m碧，淤泥：厚访度旷1.国2滔～牲2.4壁m叶，粉质粘土：峡该叶层研较尖厚减。基坑开挖的时坡脚均为该层夕粉质粘土。各担岩土层的物理佩力学性质详见陷后附派表叹1猪、显2箱。预周边环境筋：觉本工程施工场罩地南、西、北秤面较开阔，东港面触为类6赠栋已建绵的珠5提层建筑，调该棵6百栋鸽建筑基础为采抖用廉强夯置换作地基刑处理窗的浅基础，拟绑建建筑基础边掠轴线距东面物已建建筑基础嫌边轴线最近距立离探为艰10.邮5液米。促场地交通便利型。沟根据基坑支护光设计要求及本谈场地地质条件竖，结合周边环呆境及结构设计丽特征，加固后框的地基和支护分挡土墙必须达吉到如下目的：侨答⑴灶、加固后地下请室基坑土方开会挖时，基坑壁娇土方稳定以保弃证地下室施工宣安全。恰⑵假、阻止基坑外援侧地下水的大竟量渗入，以利愚地下室土方基许坑开挖时，基诞坑内地下水在授抽排作用下稳棉定水位线低于凝地下室底板标摧高。殃⑶锯、在边坡面层睛及上下口排水善沟、集水井施厅工后，形成完怎整的抗雨及排搞水体系。陵按照现场实际波情况进行铲墩伶位点的布置，海针对距既有建筒筑物较近的区膏域采用双排阁墩牵点的布置，墩疏间距名为鲜1.8m踩，镰双排间距巨为骆2.6额m践，距离既有建诱筑物较远区域严采用单排典墩询点的布置，墩骂间距云为咽1.4姜m边，在施工中采朗用虽三种不同直径霞、压强、高径纸比的夯锤，即找柱锤、中锤与魔扁锤，其中：意柱锤：锤赶径寺Φ侮≥箩800m俊m可，高径比扇＞雀2.0;丑中锤：锤营径纯Φ驳≥帜1200m虎m利，高径比缎＞圈0.6;局扁锤：锤毫径蝶Φ姿≥牵2000m气m世，高径比狮＞腹0.2窜5余。服柱锤突重泄1午3切吨单击夯击能毙为许132森0捎～挣1440K观N·mKN稿m叙，静压臭值件115kp召a夏；中锤幸重抢1劝2居吨单击夯击能嘉为玉132仍0补～趴1440K泰N·mKN涌m渗，静压古值驴38.2kp投a睬；银扁锤摄重甚1背0疑吨单击夯击能红为弓600KN·盲m湿～淡800KN啄·峰m汗，静压洲值选34.2kp无a含；碗注：也以上夯击能应境根据松砂土厚喇度及场地表面尼强度调节，即喊厚度（强度）沾大时取大值，跳反之取小值。闻A帝、单击夯击能病计算式为：锤兵重拴×慰落牵距摩=俭单击夯击能；站B时、动压值计算汤为骆：陶路单击夯击胡能勉÷沫锤底面雅积脸=气单击面积动压丢值；民C显、静压值计算况式：锤液重蠢÷份锤底面拐积混=淋锤底面积静压环值。羞每个夯点的夯骑击次数：柱锤非、中锤均仅为炒1立4菜～净1俯8范击，分工遍跳三花（极即骄2剩次）布点施工建。如未达收锤间标准需回填砂鸟料后再补夯；找夯击次数最后龄须根据试夯及袋施打情况确定吉，选定原则为岗最后两击平均貌夯沉捷量呆≤散100m疲m印，浅层密实采巩用扁把锤斜1/酒3蓝的夯印搭进行舱施工夯击次数尊为肯6巩～求8矿击，接选定原满则为最后两击尝平均夯沉蝇量扫≤泥50m环m泊，遍与遍、次堆与次夯击的间欣隙时间：每遍至次的间隔时昏间葛≥旱3效天，在满足隆据起要求的前提谊下柱锤可连续映夯击。太经新型柱锤强谋夯（置换）处幅理后，置换墩鄙体着底深度均咬达饿到伪5.5嫁m粘，原来墩底的父土层土力学参返数险经庭过标准贯入度辫检测后发生变普化具体如下表介所示：未表丰1疑窜处理前后岩土夸层层厚压缩摸过量狸土层名称碌处理前层鸭厚决/Es街处理后墩间层妻厚糠/Es革处理后墩中层宏厚号/Es孝素填土侦3.5/2.口5但5.5/15庙6.4/12活粉质黏土嘴0.6/5.你15队5.3/5.夸72迷5.1/5.纵74秋淤泥质粉质黏贝土狭2.0/2.澡5未中砂统0.5/10掘淤泥质粉质黏芝土帮1.4/2样砾砂怒1.2/11红中砂来2/12颠载荷板苦试触验极限茂承载力特征植卧300KPa柳300KPa浅表领2圆狐处理前后岩土酒层物理力学指般标前后对比原土层亩标贯如击数滑Eo获/Es票Fa创k寿（董KP网a敏）讨压吓缩汉薯系弊数奇α鼠黏聚力虽C秀内摩擦角弃Φ瞎含水量罢W门饱和皱度茶sr伞孔隙乡比律e纤液限指喷数旁I宋1蚊塑限指溉数员I偶p晴（闹1宽）摔素填土惠处理前蜻4亭2.5率80呈2高5李32.3页处理后深24扭18叼200摄2巴15戏26.5污（陪2病）戏淤泥朴处理前祝2.5厌40条处理后土2.5锡60坦（昼3忆）吼粉质塘黏土纲处理前挖5骨8.25控90秆0.38瓦1尝3.8系1失1.2忽33.0集93漂0.89舅0.57隆15.5燃处理后驰6紫8.25商140闸0.23叮15.2换12.5涛26.8柳87.6狂0.80男0.42棒15.0贯由上吓述碍可见经脖过皂“现新型柱锤强夯改（置换德）洗”观工艺施工后土资层的力学及物室理性质发生了增显著改善芝，松且由级于该法无需适燃用通用基坑支舰护工艺所需的焰钢筋、水泥等狭建筑材料，经静济效益十分明删显龙。漫由柴此情可见缘在城市地域范垂围不断扩张的世背景下，较空涂旷场地、地下本水位较高、原货状土体强度较也低（如淤泥或诱淤泥质土、饱检和的粉细砂等锯）情况下，愈利用该东种铅工艺在基坑支全护中将有苗广