CN105956282A - 一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，包括：确定预排强夯施工期限以及提供的排水方法对应的土体排水系数；通过数值模拟及现场试验获取排水系数、夯锤能级以及夯锤半径分别与最大液化深度/宽度之间的关系曲线；根据关系曲线分析排水系数对应的最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间；根据施工设备，选取一组可执行的夯锤能级和夯锤半径；由可执行的夯锤能级和夯锤半径评估最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间，设定施工间距和施工间隔。本发明提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，具有快速简单、运用效率高等优点，特别是处理砂质、粉质饱和土时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。

Description

一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法
技术领域
本发明涉及饱和土地基强夯施工技术领域，特别涉及一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法。
背景技术
强夯作为地基加固处理方法，也有着悠久的历史。但是长期以来，对强夯的研究基本限于夯击能及夯击次数对土体密实、加固深度、有效应力和孔隙水压力等的影响。《岩土力学》2013，vol34，第1478页至第1486页，作者刘洋，发表的标题为“吹填土强夯加排水地基处理的数值分析与应用”中研究了强夯中土体密实机制和孔隙水压力发展模式。《长江科学院院报》2005，vol22，第48页至第51页，作者周小文，发表的标题为“Kriging法在大区域场地砂土液化范围判别中的应用研究”中结合了标准贯入实验成果和Kriging法，对大区域场地砂土液化范围做出判别。在中国专利公告号为104328776A，发明专利名称为“一种预测动力强夯对土体及周边环境影响的方法”介绍了基于夯锤在强夯过程中贯入位移历史的施工全过程动力学模型，采用非线性数值模拟技术预测动力强夯施工对土体及周边环境的影响的方法。
在工艺水平和工程要求越来越高的时代，大量具有挑战性工程涌现，对地基处理技术和施工效率的要求也越来越高，常用的强夯法也在不断发展提升。在地下水位较浅的区域，地基中孔隙水压力的存在会导致强夯时出现大面积液化，使得加固效果减弱。所以需要考虑其液化影响范围以及液化消散速率，发展一种考虑液化影响而且能够快速计算强夯的施工方法，目前还没有发现有评估液化效应对强夯处理技术影响的研究文献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，以解决如何考虑地基中液化影响范围以及液化消散速率计算强夯施工方法的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，包括：确定预排强夯施工期限以及提供的排水方法对应的土体排水系数；通过数值模拟及现场试验获取排水系数、夯锤能级以及夯锤半径分别与最大液化深度/宽度之间的关系曲线；根据所述关系曲线分析所述排水系数对应的最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间；如果所述土体液化消散时间大于等于所述预排强夯施工期限，选取夯锤能级和夯锤半径，使得所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限；如果所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限，仅采用排水方案或选取夯锤能级和夯锤半径以加快消散速度；根据施工设备，选取一组可执行的夯锤能级和夯锤半径；由可执行的夯锤能级和夯锤半径评估最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间，设定施工间距和施工间隔。
进一步地，通过不同时刻的液化关系曲线，计算最大液化范围随时间变化的最大液化深度和最大液化宽度值。
本发明提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，基于对饱和土的液化实验和计算总结，运用所得强夯液化图表规律，判断土体的液化效果继而优化强夯施工安排，具有快速简单、运用效率高等优点，特别是处理砂质、粉质饱和土时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的强夯引起的液化范围结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的排水系数与最大液化深度之间的关系曲线图；
图3b为本发明实施例提供的排水系数与最大液化宽度之间的关系曲线图
图4a为本发明实施例提供的夯锤能级与最大液化深度之间的关系曲线图；
图4b为本发明实施例提供的夯锤能级与最大液化宽度之间的关系曲线图；
图5a为本发明实施例提供的夯锤半径与最大液化深度之间的关系曲线图；
图5b为本发明实施例提供的夯锤半径与最大液化宽度之间的关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，基于对饱和土的液化实验和计算总结，运用所得强夯液化图表规律，判断土体的液化效果继而优化强夯施工安排，具有快速简单、运用效率高等优点，特别是处理砂质、粉质饱和土时具备极好的准确性，拥有广泛的工程运用前景和实用性。
图1为本发明实施例提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法的步骤流程示意图。参照图1，提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法包括：
S11、确定预排强夯施工期限以及提供的排水方法对应的土体排水系数；
S12、通过数值模拟及现场试验获取排水系数、夯锤能级以及夯锤半径分别与最大液化深度/宽度之间的关系曲线；
S13、根据所述关系曲线分析所述排水系数对应的最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间；
S14、如果所述土体液化消散时间大于等于所述预排强夯施工期限，选取夯锤能级和夯锤半径，使得所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限；如果所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限，仅采用排水方案或选取夯锤能级和夯锤半径以加快消散速度；
S15、根据施工设备，选取一组可执行的夯锤能级和夯锤半径；
S16、由可执行的夯锤能级和夯锤半径评估最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间，设定施工间距和施工间隔。
图2为本发明实施例提供的强夯引起的液化范围结构示意图。参照图2，当计算模型中饱和土某点的孔隙水压力等于上覆土压力时，该节点的土体抗剪强度和有效应力完全消失，土颗粒将处于悬浮状态，即达到液化。液化分界面是将模型计算出的所有此类点连接起来而形成的分界面，从而可以判定土体液化范围。
图3a为本发明实施例提供的排水系数与最大液化深度之间的关系曲线图；图3b为本发明实施例提供的排水系数与最大液化宽度之间的关系曲线图；图4a为本发明实施例提供的夯锤能级与最大液化深度之间的关系曲线图；图4b为本发明实施例提供的夯锤能级与最大液化宽度之间的关系曲线图；图5a为本发明实施例提供的夯锤半径与最大液化深度之间的关系曲线图；图5b为本发明实施例提供的夯锤半径与最大液化宽度之间的关系曲线图。参照图3a至图5b，最大液化深度D和最大液化宽度R随施工系数和时间t变化的曲线，施工系数包括排水系数k、夯锤能级Et和夯锤半径r，由图中液化曲线可判断不同施工系数对应的最大液化范围Dmax和Rmax；通过不同时刻的液化曲线，可计算最大液化范围随时间Δt的变化值ΔDmax和ΔRmax。
以上海某工业区为工程实例，工程占地面积15万M2。场地土为粉质粘土、粉土。建筑场地为Ⅱ类，抗震设防烈度为8度，地下水位较低，该地基属于易液化的地基，需对土体进行强夯加固处理。
采用强夯法加固场地地基，为加快施工进度、缩短施工周期，需要了解场地土的液化效应，采用合理的施工方法。依据本发明实施例提供的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法选择施工参数，具体方法及步骤如下：
根据场地施工环境和施工进度表，预排强夯施工期限T；由于前期工程延误，工程需要尽快按质按量完成施工，预定强夯间隔需控制在1天之内，于是T＝1d；
确定强夯施工期限T后，参照图3a至图5b所示的液化规律，逐次辨析满足要求的施工方法；现场提供的排水方法使得土体的排水系数达到k＝5×10-7m/s。由图3a与图3b知：t＝2秒时，Dkmax＝4.95m和Rkmax＝3.7m；t＝15分钟时，Dkmax＝4.8m和Rkmax＝3.55m、Δt＝15min、ΔDmax＝0.15m和ΔRmax＝0.15m；t＝1小时后，Dkmax＝4.2m和Rkmax＝3.45m、Δt＝45min、ΔDmax＝0.6m和ΔRmax＝0.1m；t＝1天后，Dkmax＝0.5m和Rkmax＝2.0m、Δt＝23h、ΔDmax＝3.7m和ΔRmax＝1.45m。
由分析得，在此排水方法下，液化消散速率VD和VR呈非线性减弱，1天后接近消散完毕，估计在1到1.2天完全消散，所以取土体液化消散时间Ty＝1.2d。
因为Ty＝1.2d>T，需要选取Eti和ri使液化消散速度加快。依据分析排水方法的过程，同理可由图4a至图5b得:
强夯能级选取应为150T·m<Eti<250T·m，此时最大液化深度和宽度为4.9m<D<5.2m和3.65m<R<4.0m；
夯锤半径选取应为1.3m<ri<1.5m，此时最大液化深度和宽度为4.9m<D<4.5m和3.65m<R<3.7m；
3)考虑到现场设备有限，选取Eti＝250T·m和ri＝1.5m可以达到最佳的施工效果，满足施工期限、施工间距和施工间隔的要求。
4)最优施工系数k＝5×10-7m/s、Eti＝250T·m和ri＝1.5m时，分析得液化范围D＝5.2m、R＝3.7m，消散时间T＝1d，所以强夯施工间距为7.0m和施工间隔为1天。
由实施例可以得知，所提方法可以快速评估工程土体的液化效应，了解土体的液化性质，为合理的安排强夯施工提供可靠的依据。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，其特征在于，包括：
确定预排强夯施工期限以及提供的排水方法对应的土体排水系数；
通过数值模拟及现场试验获取排水系数、夯锤能级以及夯锤半径分别与最大液化深度/宽度之间的关系曲线；
根据所述关系曲线分析所述排水系数对应的最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间；
如果所述土体液化消散时间大于等于所述预排强夯施工期限，选取夯锤能级和夯锤半径，使得所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限；如果所述土体液化消散时间小于所述预排强夯施工期限，仅采用排水方案或选取夯锤能级和夯锤半径以加快消散速度；
根据施工设备，选取一组可执行的夯锤能级和夯锤半径；
由可执行的夯锤能级和夯锤半径评估最大液化深度、最大液化宽度以及土体液化消散时间，设定施工间距和施工间隔。
2.如权利要求1所述的提高饱和土地基强夯施工效率的计算方法，其特征在于，通过不同时刻的液化关系曲线，计算最大液化范围随时间变化的最大液化深度和最大液化宽度值。
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