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强夯法适用范围及拓展

强夯法的适宜性很大程度上取决于土体对超孔隙水压力的消散能力,砂性土等粗粒土地基经强夯处理后,其承载能力可提高 200%~500%,压缩性可降低1/5~9/10。所以最初强夯法只用于处理碎石土、砂类土、非饱和黏性土等,但随着经验的丰富以及施工方法的科学化、现代化,尤其是排水条件的改善,用强夯法所处理的土类不断增加,甚至对海底、水下的软弱土也尝试通过特殊工艺进行强夯处理。强夯法的局限性是施工时较大的噪声和振动,因而不宜在人口密集的城市内使用。


强夯法可用于加固湿陷性黄土地基。在过去10年中,仅美国西部5个州就先后有9个工程使用强夯法处理湿陷性黄土地基。此外,在处理液化地基中,强夯同样被广泛使用,美国开发署使用强夯法处理了多个液化路堤工程。

20世纪80年代中国采用强夯法处理填海地基获得成功,并在沿海地区推广应用,为我国广大沿海地区进行大规模“填海造地”工程提供了经济有效的地基处理方法和经验,从根本上解决了建设与农业争地问题的矛盾,具有重大的经济效益和社会效益。

对于工业废渣来说,采用强夯法处理的效果也是理想的,我国冶金、化学和电力等工业部门排放大量废渣,堆积如山,不仅占用大量土地,而且造成环境污染。工程实践证明,将质地坚硬、性能稳定和无侵蚀性的工业废渣作为地基或填料,采用强夯法处理,能取得较好的效果,从而解决了长期存在的废渣占地和环境污染问题,同时还为废渣利用开辟了新的途径。

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随着社会发展,人口激增,环境问题日益严重,而对每天产生的大量垃圾和固体废弃物的处理更是迫在眉睫,治理城市废物和垃圾已成为世界各大城市的重大环境问题。以我国为例,据不完全统计,我国的城市生活垃圾年产量以9.6%以上的速度递增,从1988年的6亿t猛增到2000年的10亿t,如果加上历年的累计存储,总计存量已超过70亿t。利用强夯法处理工业和生活垃圾,有极大的优越性,国外有很多工程都取得了成功,近几年,英国、法国美国、西班牙、比利时等国家都在用强夯法处理垃圾填埋场和固体废弃物。

美国能源部Savannab River核电站,位于南卡罗纳州,由于核废料上覆土层的不均匀沉降,造成地面积水,存在污染地下水的危险。考虑了振冲、高压喷射注浆法、堆载预压等方法处理后,美国能源部决定在场地上加铺一层不透水的黏土,选用强夯密实核废料,有如下几点理由:(1)对掩埋核废料在地表进行密实,没有核废料的暴露,这是严格的安全要求;(2)对本场采用地强夯法是最经济的处理手段;(3)夯锤重量和落距可以调整,以保证有效加固深度和密实程度;(4)当下面有阻挡物时,使用附加能量使之或破碎,或移位,使废料中潜在的空洞坍陷。强夯施工中,规定每点夯击20次,为了避免碰到放射性物质,最大夯坑深度依据安全要求而定。圆形夯锤重200kN,直径2.5m,平底,落距12.8m。施工过程中进行质量监测和安全监测。第一遍夯击时,每击平均深度增加0.15m,而第二遍为0.12m,最后一遍的平均夯坑深度为1.7m。为了检测核废料整个深度上的处理效果,强夯前后进行了标贯试验,结果显示其密实效果非常明显。

综上所述,强夯技术具有以下特点:

(1)适用各类土层:可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土,特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土,结合其他技术措施亦可用于加固软土地基。

(2)应用范围广泛:可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝,公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、飞机场跑道及港口码头、核电站、人工岛等。近年来强夯法在工程建设与环境保护协调方面已发展应用于垃圾填埋场、沙漠地基,核废料场等的处理。

(3)加固效果显著:地基经强夯处理后,可明显提高地基承载力、压缩模量,增加干密度,减少孔隙比,降低压缩系数,增加场地均匀性,消除湿陷性、膨胀性,防止振动液化。地基经强夯加固处理后,除含水量过高的软黏土外,一般均可在夯后投入使用。

(4)有效加固深度:《新编全国重大工程项目地基处理工程实录》书中介绍的工程实录中,单层8000kN·m高能级强夯处理深度达12m,多层强夯处理,深度可达24~54m,一般能量强夯处理深度在6~8m。

(5)施工机具简单:强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时可辅以龙门式起落架或其他设施,加上自动脱钩装置。当采用机械设备有困难时,还可因地制宜地采用打桩机、龙门吊,桅杆等简易设备。

(6)节省材料:一般的强夯处理是将原状土施以能量,无需添加建筑材料,大大缩短了施工周期。当有特殊要求时,可辅以砂井、挤密碎石工艺配合强夯施工,其加固效果比单一工艺高出许多,材料亦比单一砂井、挤密碎石方案要少,费用较低。

(7)节省工程造价:由于强夯工艺无需建筑材料,节省了建筑材料的购置、运输、制作、打人费用,除消耗少量油料外,没有其他消耗,因此工艺价格低廉。北京乙烯工程挤密碎石方案造价200元/㎡以上,强夯仅25元/㎡;茂名30万t乙烯工程,回填地基原采用分层碾压,没有达到应有的加固效果,如采用挤密碎石桩加固费用为250元/㎡以上,强夯工艺仅需30~50元/㎡,且加固效果更好、工期大大缩短


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