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。......
2023-06-29
强夯法：设备简单、速度快、低成本的地基处理方法
【摘要】：强夯法具有设备简单、施工速度快、不添加特殊材料、造价低、适应处理的土质类别多等特点，目前强夯法已成为我国最常用的地基处理方法之一。此外，对于饱和软黏土，如淤泥和淤泥质地基，强夯处理效果不显著，目前一般谨慎采用。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）开挖法
软基开挖的施工方法与一般土方开挖方法相同，由于地基的施工条件比较特殊，常会遇到淤泥（稀淤、烂淤、夹砂淤）、流沙、泉眼等，这时应采取相应的措施，确保开挖工作顺利进行。
表10-1 水工土基处理方法类型、适用范围及加固原理
（二）换土垫层法
1.换土垫层法的含义、特点及类型
垫层处理又称换填法，它是将建筑物基础下的软弱土层或缺陷土层的一部分或全部挖去，然后换填密度大、压缩性低、强度高、水稳性好的天然或人工材料，并分层夯（振、压）实至要求的密实度，达到改善地基应力分布、提高地基稳定性和减少地基沉降的目的。
换填法的处理对象主要是淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土、杂填土地基。水利工程中常用的垫层材料有砂砾土、碎（卵）石土、灰土、素土（主要指壤土）、中砂、粗砂、矿渣等。
换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小的优点。砂石垫层还可提高地基排水固结速度，防止季节性冻土的冻胀，清除膨胀土地基的胀缩性及湿陷性土层的湿陷性。灰土垫层还可以促使其下土层含水量均衡转移，从而减小土层的差异性。
换土垫层视工程具体情况而异，软弱土层较薄时，采用全部换土；若软弱土层较厚，可采用部分换土。
换填法是一种施工最简单、应用最广泛的地基处理方法。在水利工程中，换填法多用于上部荷载不大、基础埋深较浅的水闸、泵房、涵闸、渡槽及堤坝工程。换填开挖厚度一般为1.5～3.0m，垫层厚度过小，往往起不到作用；垫层厚度过大，基坑开挖有一定困难。对于上部荷载较大的建筑物地基处理，换填法必须结合其他地基加固措施（如桩基等）方能满足工程要求。
2.垫层施工要点
（1）砂石垫层首先要选择振动碾和振动压实机，其施工技术参数应根据具体的施工方法及施工机械现场试验确定。如无试验资料，可参照表10-2。
（2）砂及砂石料可根据施工方法不同控制最优含水量，最优含水量由工地试验确定，也可用表10-3 选择。
（3）一般不宜采用细砂、粉砂作为垫层填料。
表10-2 垫层的每层铺填厚度及压实遍数
表10-3 砂和砂石垫层的每层铺筑厚度及最优含水量
注 水撼法即每铺一层土后即注水，并用四齿钢叉插入摇撼振实。
（三）强夯法
强夯法又称动力固结法或动力加密法。这种方法是使用吊升设备将重锤起吊至较大高度后，让其自由落下，产生巨大的冲击能量，对地基产生强大的冲击和振动，使地基土的渗透性、压缩性降低，密实度、承载力和稳定性得到提高。
强夯法适用于处理碎石土、砂土及低饱和度的粉土、黏性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。
强夯法具有设备简单、施工速度快、不添加特殊材料、造价低、适应处理的土质类别多等特点，目前强夯法已成为我国最常用的地基处理方法之一。
强夯法也存在一些缺陷或负面影响。比如，强夯施工时产生强烈的噪音公害和振动，有时强烈的振动导致周围已有建筑物和在建工程发生损伤和毁坏。此外，对于饱和软黏土，如淤泥和淤泥质地基，强夯处理效果不显著，目前一般谨慎采用。
1.强夯的施工机具和设备
（1）夯锤。夯锤按形状分为圆形夯锤和方形夯锤两类。方锤落地方位易改变，与夯坑形状不一致，影响夯击效果，故近年来工程中多用圆形锤，具体有锥底圆柱形、球底圆台形、平底圆柱形三种结构形状。加固深层土体多采用锥底锤和球底锤，以便较好地发挥夯击能的作用，增加对夯坑侧向的挤压；加固浅层和表层土体时，多采用平底锤，以求充分夯实且不破坏地基表层。强夯作业时，由于夯坑对夯锤有气垫作用，消耗的功约为夯击能的30%左右，并对夯锤有拔起吸着作用（起拔阻力常大于夯锤自重，而发生起锤困难），因此，夯锤上需设排气孔，孔的中心线与锤的铅直轴线平行，直径为250～300mm，孔径不易堵塞。
（2）起重设备。作为起吊夯锤设备，国内外大都采用自行式、全回转履带式起重机。目前国内主要采用吨位较小（15～50t）的起重机。
2.强夯法的施工要领
（1）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有直接关系。对大面积基础，宜采用正方形或三角形插挡法布置；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等边三角形或等腰三角形布置，如图10-5 所示。
图10-5 插挡法布夯点（三批方格布置）
×—第一遍夯坑；□—第二遍夯坑；▲—第三遍夯坑
（2）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。
（3）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。确定的夯击次数，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。(www.chuimin.cn)
3）不因夯坑过深发生起锤困难。
（4）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。
（四）碎石桩法（振冲加固法）
碎石桩是以碎石（卵石）为主要材料制成的复合地基加固桩。在国外，碎石桩和砂桩、砂石桩、渣土桩等统称为散体桩，即无粘结强度的桩。按制桩工艺区分，碎石桩有振冲（湿法）碎石桩和干法碎石桩两大类。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用各种无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的碎石桩统称为干法碎石桩。
1.振冲法的适用范围
振冲法按加固机理可分为两大分支：一是适用于砂基的“振冲密实法”；二是主要适用于黏性土地基的“振冲置换法”。目前的施工技术最深可达30m。
不加填料的振冲密实法仅适用于处理黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基和粉土地基。
振冲置换法常指振冲碎石桩（或振冲砂桩），适用范围为饱和松散粉细砂、中粗砂和砾砂、饱和黄土、杂填土、人工填土、粉土的黏性土和软土。
2.振冲法的特点
（1）振冲法加固松软地基的优点。包括以下方面：施工机具简单、操作方便、施工速度较快，加固质量容易控制，并能适用于不同的土类；加固时只需用当地硬质粗粒径材料即可，造价低，具有明显的经济效益；在对砂基的加固过程中，通过挤密作用，便于排水减压并且振动水冲能对松散砂基可起到抗震、防止液化作用；碎石或卵石等粗粒材料经振冲成桩后改变了地基的排水条件，同时能加速桩间土的固结、提高其强度；振冲器的振动力能直接作用在地基深层软弱土的部位，对软弱土层侧向挤压力大，地基土密实的效果好。
（2）振冲法的缺点。主要表现为：振冲法在施工，尤其是在黏性土中施工时，排放的污水、污泥量较大，在人口稠密的地区或没有排污泥条件时，使用上要受到一定的限制。
3.振冲碎石桩的施工
（1）施工机具。振冲法施工的主要机具包括振冲器、起重设备（用来操作振冲器）、供水泵、填料设备、电控系统以及配套使用的排浆泵电缆、胶管和修理机具。
（2）施工方法。振冲施工法按填料方法的不同，可分为间接填料法、连续填料法、综合填料法和不加填料法四种。
1）间接填料法，成孔后把振冲器提出孔口，直接往孔内倒入一批填料，然后再下降振冲器使填料振密。每次填料都这样反复进行，直到全孔结束。
2）连续填料法是将间断填料法中的填料和振密合并为一步来做，即一边缓慢提升振冲器（不提出孔口），一边向孔中填料。
3）综合填料法相当于前两种填料施工法的组合。该种施工方法是第一次填料、振密过程采用的是间断填料法，即成孔后将振冲器提出孔口，填一次料后，然后下降振冲器，使填料振密。之后，就采用连续填料法，即第一批填料后，振冲器不提出孔口，只是边填边振。
4）不加填料法，是指对于疏松的中粗砂地基，由于振冲器提升后孔壁极易坍塌，可利用中粗砂本身的塌落代替外加填料，自由填满下面的孔洞，从而可以不加填料就可以振密。这种施工方法特别适用于处理人工回填的大面积砂层。
（3）表层处理。一般情况下对振冲密实法加固砂土地基，进行表层处理即可作基础。对振冲置换法加固黏性土地基，除需进行表层处理外，常在桩顶和基础之间做30～50cm厚的碎石垫层。
（五）混凝土桩
1.混凝土灌注桩
钻孔灌注桩是用钻（冲或抓）孔机械在岩土中先钻成桩孔，然后在孔内放入钢筋笼，再灌注桩身混凝土而筑成的深基础。其特点是施工设备简单、操作方便、适应性强、承载力高、节省钢木、造价低廉。混凝土灌注桩适用于各种砂性土、黏性土、碎石、卵砾石类土层和基岩层，在水利水电工程施工中应用广泛。
（1）钻孔灌注桩分类。钻孔灌注桩按其支承岩土的种类和荷载抵抗力的主要分量进行分类。钻孔桩按其功能分为均质土中摩擦桩、端承于硬土的硬土桩和端承于岩石的岩石桩三种主要类型，如图10-6 所示。均质土中的摩擦桩，其承载由摩擦阻力和端承阻力两部分组成。一般具有较低到中等的承载力。为增加承载力的端承分量，常将摩擦桩的底部扩大。在软弱和可压缩的地层，支承于硬的土层和岩石上时，绝大多数作为端承构件使用。此时，沿钻孔桩长度的摩阻力一般略而不计，端承桩外部荷载由底部阻力支承。这种桩常用于扩大底部，形成扩底桩，以增加基础的承载力。钻孔桩也可锚进持力层，承载力是锚座周围的抗剪阻力和端承阻力之和。
（2）成桩机械设备。成桩机械设备有钻孔机械、泥浆搅拌机、混凝土搅拌机、泥浆泵与砂石泵、汽车吊与汽车、灌注导管等。灌注导管有螺纹式灌注导管与卡口式灌注导管等。
图10-6 钻孔桩的主要类型
（a）均质土中的摩擦桩；（b）端承于硬土的硬土桩；（c）端承于岩石的岩石桩
（3）钻孔灌注桩施工过程。参考本章第三节“岩基灌浆”部分的内容。
（4）施工质量控制。混凝土灌注桩是一种深入地下的隐蔽工程，其质量不能直接进行外观检查。如发现桩存在质量问题，要采取必要的补救措施以消除隐患是非常困难的。因此，在施工的全过程中，必须采取有效的质量控制措施，以确保灌注桩质量完全满足设计要求。灌注桩质量包括桩位、桩径、桩斜、桩长、桩底沉渣厚度、桩顶浮渣厚度、桩的结构、混凝土强度、钢筋笼，以及有无断桩夹泥、蜂窝、空洞、裂缝等内容。
2.钢筋混凝土预制桩
钢筋混凝土桩坚固耐久，不受地下水和潮湿变化的影响，可做成各种需要的断面和长度，而且能承受较大的荷载，在建筑工程中应用较广。
（1）混凝土预制桩的类型。预制钢筋混凝土桩分实心桩和管桩两种。为了便于预制，实心桩大多作成方形断面。断面一般为200mm×200mm～550mm×550mm。单根桩的最大长度，根据打桩架的高度而定，目前一般在27m以内，必要时可做到31m。管桩系在工厂内采用离心法制成，它与实心桩相比，可大大减轻桩的自重。目前工厂生产的管桩有φ400mm、φ550mm（外径）等数种。
图10-7 两种打桩方式示意图
（a）轻锤高击；（b）重锤低击
（2）钢筋混凝土预制桩施工。钢筋混凝土预制桩施工包括预制、起吊、运输、堆放、沉桩等过程。对于这些不同的过程，应该根据工艺条件、土质情况、荷载特点予以综合考虑，以便拟出合适的施工方案和技术措施。钢筋混凝土预制桩沉桩方式可分为锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩和射水沉桩等数种。其中，射水沉桩仅适用于砂土层中。打桩时，可以采取两种方式：一为“轻锤高击”，二为“重锤低击”，如图10-7所示。这两种方式即使所做的功相同，但所得到的效果是不同的。轻锤高击，所得到的动量较小，而桩锤对桩头的冲击大，因而回弹大，桩头也易损坏；重锤低击，所得的动量较大，而桩锤对桩头的冲击小，因而回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都可以用来克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力，因此桩能较快地打入土中。此外，由于重锤低击的落距小，桩锤的频率高，对于较密实的土层，如砂或黏土，能较容易地穿过（但不适用于含有砾石的杂填土）。所以，打桩宜用重锤低击法。
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