强夯法参数选择及夯击能量确定

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：强夯法施工的参数包括：加固深度和加固范围、单位面积夯击能、夯击次数、夯点间距及布置、夯击遍数和间隙时间等。（二）夯击能量的确定夯击能量可分为单击夯击能、最佳夯击能、平均夯击能。此外，结构类型、荷载大小和要求处理的深度，也是选择单位面积夯击能的重要因素。单位面积的夯击能参考值见表11-8。为有效加固深层土，加大土的密实度，强夯通常采用分遍夯击。夯击次数一般通过现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。

强夯法施工的参数包括：加固深度和加固范围、单位面积夯击能、夯击次数、夯点间距及布置、夯击遍数和间隙时间等。

（一）加固深度及范围的估算

加固深度是指从起夯面算起的强夯有效影响地基深度，在该深度范围内，土的物理力学特性指标已达到或超过设计值，确定方法如下。

1.修正的Menard公式

式中　H——强夯加固影响深度，m；

k——有效加固深度修正系数，一般黏性土、砂土为0.45～0.6，高填土为0.6～0.8，湿陷性黄土为0.34～0.5；

M——锤重，t；

h——落距，m。

2.由规范估算加固深度H

JGJ 79—91 《建筑地基处理技术规范》列出了不同类型土在不同单点夯击能作用时的加固深度经验值，见表11-7，供缺少试验资料时参考。

表11-7　强夯法的有效加固深度

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3.统计经验公式法

考虑到单位面积夯击能及多遍夯的加固影响，可得出下面统计经验公式

式中　E——单位面积夯击能，kJ/m2，不计满夯。

（二）夯击能量的确定

夯击能量可分为单击夯击能、最佳夯击能、平均夯击能（或单位夯击能）。

1.单击夯击能

单击夯击能是表征每击能量大小的参数，其值等于锤重和落距的乘积。单击夯击能一般应根据加固土层的厚度、地基状况和土质成分由下列公式综合确定

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式中　E——单击夯击能，kJ；

M——锤重，kN；

g——重力加速度，g＝9.8m/s2；

h——落距，m；

H——加固深度，m；

α——修正系数，其变化范围为0.35 ～0.70 （一般黏性土、粉土取0.5；砂土取0.7；黄土取0.35～0.50）。

单击夯击能有时也取决于现有起重机的起重能力和臂杆的长度。我国初期采用的单击夯击能为1000kN·m；随着起重工业的发展，起重机性能的改进，目前采用的最大单击夯击能为8000kN·m。

2.最佳夯击能

从理论上讲，能使地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能为最佳夯击能。

对于黏性土地基，由于孔隙水压力消散慢，随着夯击能的增加，孔隙水压力可以叠加，因而可根据有效加固深度孔隙水压力的叠加值来选定最佳夯击能。对于砂性土地基，由于孔隙水压力的增加和消散过程很快，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，当孔隙水压力增量随夯击次数的增加而趋于稳定时，可认为砂土能够接受的能量已达到饱和状态。为此，可用最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线或有效压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能，见图11-5 和图11-6。

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图11-5　砂性土的孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线

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图11-6　有效压缩率与夯击能的关系曲线

图11-6 中，曲线1、2、3、4 分别为不同锤重和落距组合时所测得的有效压缩率与夯击能关系曲线。显然，曲线1 最好，曲线最低处的有效压缩率最高，此时的夯击能即为最佳夯击能，超过最低点，曲线回升，说明地基土侧向变形增大，土体开始破坏。

3.平均夯击能（即单位面积夯击能）

平均夯击能也称单位面积夯击能，等于加固面积范围内单位面积上所施加的总夯击能（单击夯击能乘总夯击次数）。单位面积夯击能的大小与地基土的类别有关，在相同的条件下，细颗粒土的单位面积夯击能比粗颗粒土适当大一些。此外，结构类型、荷载大小和要求处理的深度，也是选择单位面积夯击能的重要因素。单位面积夯击能过小，难以达到预期的加固效果，单位面积夯击能过大，不仅浪费能源，而且对饱和黏性土来说，强度反而会降低。

平均夯击能即单位面积夯击能又分总单位面积夯击能和每遍单位面积夯击能。

总单位面积夯击能与诸多因素有关。单位面积的夯击能参考值见表11-8。

表11-8　单位面积的夯击能参考值

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（三）夯点布置

夯点的平面布置应根据建筑物的结构类型、地基土情况和要求的加固深度确定。夯点平面布置的合理与否与夯实效果和施工费用有直接关系。

对大面积基础，宜采用正方形插挡法布置；对条形基础，可采用点线插挡法布置；对柱基可采用点夯法夯击，也可沿柱列线布置，每个基础或纵横墙交叉点至少布1 个夯点，并应对称，故常采用等边三角形或等腰三角形布置。对砂土和抛石挤淤强夯可用排夯法加固（锤印彼此搭接200～300mm）；当要求加固深度较大时，可在较低标高上夯完后，再将土垫到设计标高，进行第二次夯击，见图11-7。

为有效加固深层土，加大土的密实度，强夯通常采用分遍夯击。为便于说明，将不同时夯击的夯点称为批，将同一批夯点间隔一定时间夯击称为遍，见图11-8。

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图11-7　插挡法布夯点（三批方格布置）

pagenumber_ebook=263,pagenumber_book=255 —第一遍夯坑；—第二遍夯坑；—第三遍夯坑

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图11-8　夯点布置

（a）一批方格布置；（b）二批梅花布置；（c）二批方格布置

图11-8 （a）为一批布置夯点，适用于地下水位深，含水量低，场地不易隆起的土；图11-8 （b）、（c）为二批布置，适用于加固一般的饱和土，夯击时场地较易隆起及夯坑易涌土。图11-8 （b）为梅花形布点，多用于要求加固土干密度大时，例如消除液化。图11-7 所示插挡法布点为三批布置，适用于大面积地基的强夯处理，且地基为软弱的淤泥、泥炭土，场地易隆起土。

（四）夯点间距

夯点间距的选择宜根据建筑物结构类型、加固土层厚度及土质条件通过试夯确定。对细颗粒土来说，为便于超静孔隙水压力的消散，夯击点间距不宜过小。当加固深度要求较大时，第一遍的夯点间距更不宜过小，以免在夯击时在浅层形成密实层而影响夯击能往下传递。

根据国内工程实践有以下确定方法可供选择：第一遍夯击点间距宜选5～10m，对土层较薄的砂土或回填土，第一遍夯击点间距最大，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适当减小，对加固深度要求大的工程或单点夯击能较大的工程，第一遍夯击点的间距应当增大。另外也可用下列方法进行确定：主要压实区是夯坑底下1.5～2.5D （D 为锤底直径），侧面自坑心计起1.3～1.7D，考虑加固区的搭接，夯点间距一般取1.7～2.5D，密实要求高时，取小值，反之取大值。

（五）夯击次数

夯击次数是强夯设计施工中的一个重要参数。夯击次数一般通过现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。常以夯坑的压缩量最大，夯坑周围隆起量最小为确定夯击次数的原则，除按上述两种方法确定夯击次数外，还应满足下列条件：

（1）最后两击的平均沉降量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，不大于100mm。

（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

（3）不因夯坑过深发生起锤困难。

另外，夯击次数也可通过上述的最佳夯击能和单击夯击能的比值来确定。

（六）夯击遍数

夯点需要有一定的间距，使夯击时夯坑产生冲剪，在夯坑底形成一个挤压加固区。为使所产生的挤压力受周围土约束，侧面应不隆起，因此，侧面应有一定间距的不扰动土。不能像重锤夯实一样，一夯挨一夯，夯击时侧面为扰动土，易隆起，减小锤底土的挤密作用。由于夯点间距大，夯点间需增设夯点以加固未挤密土，故需增加夯击遍数，这种分遍夯击实际上就是夯点分批夯击。对饱和细粒土，由于存在单遍饱和夯击能，每遍夯击后需孔压消散，气泡回弹，方可二次压密挤密，因此，对夯点也需分遍夯击。对饱和粗粒土，当需要夯坑深度大或积水或涌土需填粒料时，为便于操作也要采用分遍夯击。

一般情况下，在日本，对于碎石、砂砾、砂质土或垃圾土，夯击遍数为2～3 遍；黏性土为3～8 遍；泥炭为3～5 遍。在我国，大多数工程为2～4 遍，对压缩层厚度大、土颗粒细、含水量高的用上限，反之用下限。常用夯击期间的沉降量达到计算最终沉降量的60%～100%来选择夯击遍数，或根据设计要求以夯到预定标高来控制夯击遍数。

根据有关实验资料，第二、第三批夯点，特别是梅花点的夯击遍数可比第一批夯点遍数减少，这时可增大或不增大其每遍的击数。对软弱土，每批夯点需分遍时的第一遍夯击数常以能否控制场地隆起，起锤困难等要求来设定，一般选用5～10 击，无需控制夯沉量。对每一批夯点的最后一遍，为使场地均匀有效地加密，可以用控制最后两击的平均贯入度来确定夯击次数。其控制贯入度值可经试夯，根据检验的加固效果确定适当值，以控制大面积施工。

最后以低能量满夯一遍。满夯的作用是加固表层土，即加固单夯点间未压密土、深层加固时的坑侧松动土及整平夯坑填土。故满夯单击能可选用500～1000kJ 或更大，布点选用一夯挨一夯交错相切或一夯压半夯，每点夯数可选5～10 击，控制最后两击夯沉量宜小于3～5cm。

（七）加固范围

由于建筑物基础的应力扩散作用，强夯处理的范围应大于建筑物基础范围，具体扩大范围可根据建筑结构类型和重要性等因素综合考虑确定。一般情况下，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。

（八）间歇时间

两遍夯击之间应有一定的间歇时间，以利于强夯时土中超静孔隙水压力的消散。所以间歇时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。土中超静孔隙水压力的消散速率与土的类别、夯点间距等因素有关。对砂性土其渗透系数大，一般在数分钟到2～3h 即可消散完。但对渗透性差的黏性土地基，一般需要数周才能消散完。夯点间距对孔压消散速率也有很大的影响，夯点间距小，孔压消散得慢，反之，夯点间距大时，孔压消散得快。另外，孔压的消散还与周围排水条件有关，单点夯和群夯情况如上所述。如在夯坑中填砂，夯点间加打砂井，排水纸板可缩短排水时间。当缺少实测孔压资料时，可根据地基土的渗透性确定间歇时间，对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间，一般不少于3～4 周，一般渗透性较好的黏性土为1～2 周，对渗透性好的地基可连续夯击。

（九）起夯面

起夯面可高于或低于基底。高于基底是顶留压实高度，使夯实后表面与基底为同一标高；低于基底是当要求加固深度加大，能量级达不到所需加固深度时，降低起夯面，在满夯时再回填至基底以上，使满夯后与基底标高一致，这时满夯的加固深度加大，需增大满夯的单击夯击能量。

（十）垫层

对软弱饱和土或地下水位浅时，常在地面预铺设一碎石垫层或砂砾石垫层，厚度一般为50～150cm。预铺垫层可形成覆盖压力，减小坑侧土隆起，使坑侧土得到加固。预铺垫层的另一作用就是在夯击后形成坑底透水土塞，一方面使较深的土层得到挤压密实，另一方面便于坑底孔隙水压力的消散，并防坑底涌土。此外，垫层还有利于施工机械的行走。

强夯法参数选择及夯击能量确定

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