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1、柱锤冲扩桩法在地基处理工程中的应用与研究本文来源于www.14edu.com(论文网)原文链接：http://www.14edu.com/ligong/jianzhu/0429231Y2010.html本文作者(闫旭梅),请您在阅读本文时尊重作者版权。摘要本文针对近十几年兴起的柱锤冲扩桩新型地基处理方法,结合工程实际对其加固机理和特点,重点对其冲击荷载作用、冲孔侧向挤密作用、孔内强力夯实作用、填料冲扩的二次挤密效应,以及施工技术等方面进行了分析。关键词柱锤冲扩桩法;加固机理;填料成桩1工程概况本工程场地地质及水文条件主要如下:1
2、)湿陷性粉土层:黄褐色,以粉土为主,局部夹有煤屑、石子及粉质粘土团块,中压缩性,平均层厚3.5m,fak=100kPa;2)粉土层:褐黄色,成分均匀,中压缩性,平均层厚5.9m,fak=120kPa;3)粉质粘土层:棕红-棕黄色,可塑-硬塑状,成分均匀,局部含零星的钙质结构和白色菌丝,低压缩性,平均层厚8.5m,fak=150kPa;4)粉土层:褐黄色,成分均匀,低压缩性,最大厚度5.0m,fak=180kPa。场地20m深度范围内未发现地下水,I级非自重湿陷,II类场地土,湿陷性场地上的建筑物类别为丙类。根据《湿陷性黄土地区建
3、筑规范》GB50025-2004可知,I级非自重湿陷性场地上的丙类建筑应部分消除湿陷性,处理厚度不应小于1m,且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不宜小于100kPa。基于本工程在施工场地周围均为已有且正利用的建筑,与已有建筑物之间的最小间距仅为9m,且其四周的其中两条道路运输不能受影响,所以不能采取扰动大的地基处理方法。再者本工程是酒剂车间,每一台设备的重量约20t,二楼的局部区域共有20台此设备,且本工程的跨度大,横向跨度8.8m,纵向跨度10.0m,又是8度地震区,要求提高地基承载力高。现采用柱锤冲扩桩法对其加固,处理
4、后的复合地基承载力特征值不应小于250kPa。2柱锤冲扩桩法概述采用柱锤冲扩桩法加固地基,通常采用的柱锤多为300~500mm的直径,2~6m的长度,锤重在1~8t范围内,现场通过起重机或其它专用起吊机械设备进行施工。施工时,先将柱锤提高到5~10m高度后放锤自由下落,在待加固场地土中冲击成孔,并不断反复冲击,孔深到设计深度时再向孔内分层填料并逐层夯实使其形成致密桩体,同时又使孔内及周围土体得到充分挤密,使之成为复合地基。工程实践表明,柱锤冲扩桩地基处理方法适用于处理杂填土、素填土、粉土和湿陷性黄土等土体地基,其场地地基承载力可
5、提高3~8倍左右[1]。对地下水位以下的含水量高的松软淤泥质土层,应通过场地试验以确定其加固处理效果。3柱锤冲扩桩法加固机理在柱锤冲扩桩法成孔及填料成桩施工过程中,通过对施工场地原状土的挤密、强力夯实、动力排水固结、填料成桩置换(包括桩身本身及挤入孔内周围土体的填料)、水泥土的固结等作用,使地基土的承载力得到提高,土体得到充分加固[2]。3.1冲击荷载作用分析在应用柱锤冲扩桩法加固地基施工过程中,其对土体的冲击速度最快时可高达25m/s。这种瞬时的冲击能的爆发对地基土有非常大的撞击作用。冲击次数愈多,柱锤越重,速度越快,爆发累积
6、的夯击能量就越大,成孔也就越深。与强夯法加固地基土相比,柱锤冲扩桩法采用的柱锤底面积小,柱锤一般也更重,所以其底静接地压力值相比于强夯法的25~40kPa要大得多,而且普遍都大于100kPa,最高时可达500kPa以上。在应用柱锤冲扩桩法加固地基施工过程中,柱锤的单位面积夯击能有时可高达4800kN.m/m2以上,同等条件下与强夯法相比较,其单位面积夯击能是一般强夯法施工的10~20倍左右。在用柱锤冲扩桩法冲击成孔时,其柱锤瞬时冲击力远大于场地土体的极限承载力,从而导致土体发生冲切破坏,使得周围土体及桩底下土体都得到充分的挤密夯
7、实的效果。在冲击成孔时,地基土体不仅受到来自柱锤的侧向挤压作用,而目也会受到来自锤底的竖直冲击力,加上柱锤冲扩过程中产生的冲击波,以及冲击应力的扩散效应,可使地基土体获得充足的动力,起到密实加固作用。对于饱和软土地基以及淤泥质土层,由于其埋深较浅、桩孔周围上层覆盖土少,对其重力压力小,冲击能过大时可能会使表层土体产生隆起现象,造成场地局部土体的松动破坏。因此,在饱和软土地基以及淤泥质土层等场地采用柱锤冲扩桩法加固地基时,桩顶表层土体应保证有一定厚度的覆盖土,以保证其足够的下压力[3]。3.2柱锤冲孔的侧向挤密作用柱锤冲孔对桩间土
8、的侧向挤密作用可采用魏西克圆筒形孔扩张理论来描述[4]。圆筒形孔以Ri为初始半径,受到均匀分布于孔内的内压力Px。当孔内内压力Px不断增加时,环绕于圆筒孔周围的环形区域将变成塑性区域。随着孔内内压力Px的不断增加,这个环形塑性区域将不断的发展延伸,圆筒形孔内压力
