强夯法的设计及施工

地基处处理建筑工程学学院：吕桂林2第五讲强夯法的设设计及施工工•强夯法加固固地基设计计包括下述述内容：•确定定强强夯夯法法加加固固地地基基的的有有效效加加固固深深度度和和单单击击夯夯击击能能，，选用用夯夯锤锤的的重重量量、、形形状状以以及及夯夯击击落落距距，，•确定定强强夯夯施施工工夯夯击击范范围围、、夯夯击击点点的的平平面面布布置置、、每每点点夯夯击击击数数、、强强夯夯施施工工夯夯击击遍遍数数以以及及间间歇歇时时间间，，•还有有确确定定垫垫层层厚厚度度。。强强夯夯设设计计还还应应包包括括施施工工现现场场测测试试设计计。。3一、、强强夯夯法法设设计计4一、、强强夯夯法法设设计计1.加固固深深度度的的确确定定（1）公公式式计计算算Wh10H=k(5-1)式中中：：H—加固固土土层层深深度度，，m；；W—锤重重，，kN；；h—落距距，，m；；k—强夯夯有有效效加加固固深深度度影影响响系系数数（（根根据据不不同同土质质条条件件取取值值：：一一般般粘粘性性土土、、砂砂土土取取0.45~0.6；；高高填填土土取取0.6~0.8；；湿湿陷陷性性黄黄土土取0.34~0.5））。。5（2）经经验验统统计计值值根据据《《建建筑筑地地基基处处理理技技术术规规范范》》（（JGJ79-2002））规规定，，强强夯夯法法的的有有效效加加固固深深度度应应根根据据现现场场试试夯夯或或当当地地经经验验确定定，，在在缺缺少少试试验验资资料料或或经经验验时时可可按按表表5.1预预估估。。表5.1强夯夯法法的的有有效效加加固固深深度度(m)注：：强强夯夯法法的的有有效效加加固固深深度度从从最最初初起起夯夯面面算算起起。。一、、强强夯夯法法设设计计（3）现现场场试试夯夯•按式式（（5-1））与与表表5.1初初步步确确定定强强夯夯的的有有效效加加固固深深度度与与夯击击功功能能的的关关系系，，选选用用强强夯夯的的重重锤锤与与落落距距，，最最终终以以进进行现现场场试试夯夯为为准准。。（4）影影响响k值的的因因素素研研究究•••••单位位面面积积上上施施加加的的总总夯夯击击能能（（不不包包括括满满夯夯））及及遍遍数数；；土本本身身结结构构强强度度影影响响；；锤底底面面积积；；混凝凝土土锤锤与与铸铸锤锤对对比比；；土层层分分布布影影响响。。6一、、强强夯夯法法设设计计72.单位位面面积积夯夯击击能能（1）总总单单位位面面积积夯夯击击能能极限限单单位位面面积积夯夯击击能能{土的的类类型型加固固深深度度锤底底面面积积•单击击夯夯击击能能为为夯夯锤锤重重W与与落落距距h的的乘乘积积。。锤锤重重和和落落距距越越大，，加加固固效效果果越越好好。。•整个个加加固固夯夯击击能能应应根根据据地地基基土土类类别别、、结结构构类类型型、、荷荷载载大大小和和要要求求处处理理的的深深度度等等综综合合考考虑虑，，并并可可通通过过试试验验确确定定。。•在一一般般情情况况下下，，对对粗粗颗颗粒粒土土可可取取1000~3000(kN.m/)/m2，对细细颗颗粒粒土土可可取取1500~4000(kN.m/)/m2。一、、强强夯夯法法设设计计8（2）每每遍遍单单位位面面积积夯夯击击能能•对饱饱和和土土需需要要分分遍遍夯夯击击，，这这是是因因为为每每一一遍遍夯夯击击也也存存在在一极极限限夯夯击击能能，，每每遍遍极极限限夯夯击击能能为为地地基基中中孔孔隙隙水水压压力力到达达土土的的自自重重应应力力时时的的夯夯击击能能，，此此时时土土已已液液化化，，称称之之为每每遍遍最最佳佳夯夯击击能能或或饱饱和和夯夯击击能能。。单单遍遍夯夯击击饱饱和和夯夯击击能(或或其其夯夯击击数数)可可通通过过相相似似工工程程类类比比决决定定或或根根据据以以下下三三条原原则则之之一一通通过过试试夯夯决决定定。。1)坑侧侧不不隆隆起起(包包括括不不向向夯夯坑坑内内挤挤出出)，，或或每每击击隆隆起起量量小小于每每击击夯夯沉沉量量，，这这表表明明土土仍仍可可挤挤压压。。2)夯坑坑不不得得过过深深，，以以免免造造成成提提锤锤困困难难，，为为增增大大加加固固深深度，，必必要要时时在在夯夯坑坑内内加加填填粗粗粒粒料料，，形形成成土土塞塞，，增增多多锤锤击数数。。3)每击击夯夯沉沉量量不不得得过过小小，，过过小小无无加加固固作作用用。。一、、强强夯夯法法设设计计3.孔隙隙水水压压力力增增长长和和消消散散规规律律测定定孔孔隙隙水水压压力力的的意意义义为为：：①研究究加加固固机机理理，，了了解解土土体体动动力力固固结结时时孔孔隙隙水水压压产产生生增长长，，消消散散与与固固结结的的关关系系；；②研究究加加固固深深度度和和范范围围；；③确定定两两遍遍夯夯击击的的间间歇歇时时间间。。9一、、强强夯夯法法设设计计（1）孔孔压压的的增增长长特特征征•在粘粘性性土土中中由由于于土土的的透透水水性性差差，，在在夯夯次次间间歇歇时时间间内内，，孔压压来来不不及及消消散散，，孔孔压压逐逐次次增增长长，，并并趋趋于于稳稳定定值值，，表表示锤锤底底主主压压实实区区已已形形成成。。增增加加夯夯次次，，或或使使土土隆隆起起，，或或使主压实区下下移，以不增增加锤底主压压实区的挤压压力和范围，只要夯夯坑不隆起，，加固仍有效效。•在砂土中，孔孔压往往经一一二锤即达最最大值，以后后也不累计增长，而而是在二击间间歇期消散。。•在非饱和黄土土中，强夯时时结合水可转转化为自由水水，产生渗流及孔压压。10一、强夯法设设计11（2）孔压的消散散特征1)与土的类别有有关，砂土渗渗透系数大，，一般2～3h即可消散完，粘性土土渗透差，一一般需1周以以上。2)与周围排水条条件有关。在在单点夯中，，土体周围侧侧面均可排水，孔压消消散快，在群群夯中，只能能上下排水，，孔压消散慢，如太太原面粉二厂厂强夯，单点点夯12h消消散，群夯8天以上只消消散90％，，山西化肥厂厂群夯消散需需1个月，夯坑填砂，加加打砂井，排排水纸版可缩缩短排水时间间。一、强夯法设设计（3）分遍的间隔隔时间•根据上述孔压压的消散特征征，分遍的间间隔时间为：：对非饱和土，透水水性好的砂土土可连续夯击击；一般透水水性较好的粘性土1～2周，透透水性差的粘粘性土、淤泥泥质土不少于3～4周周。124.夯点布置与分分遍（1）夯点间距•由前述加固机机理的介绍可可知，主要压压实区是夯坑坑底下(1.2～～2)D(其其中D为锤底底直径)，侧侧面至坑心计计起(1.3～1.7)D，，考虑加固区区的搭接，夯夯点间距一般般取(1.7～2.5)D，，密实度要求求高时，取较较小值；反之之取大值。一、强夯法设设计13（2）夯点布置•夯击点布置一一般可采用三三角形或正方方形布置。第第一遍夯击点间距可取取5~9m，，以后每遍夯夯击点间距可可以与第一遍遍相同，也可适适当减小。对对加固深度要要求较深或采采用的单击夯击能较大大的工程，所所选用的第一一遍夯击点间间距可适当增大。一、强夯法设设计图5.1夯击点布置及及夯击次序14•图5.1(a)、(b)分别表示两种种夯击点布置置形式及夯击击次序。在图图5.1(a)中，夯完一遍遍共需夯13个夯击点，分分三次完成：：第一次夯5点点，夯点采用用4.2m××4.2m正正方形布置；；第二次夯4点点，夯点采用用也是4.2m×4.2m正方形布布置；第三次夯4点点，夯点采用用3m×3m正方形布置置。•在图5.1(b)中，夯一遍共共需夯9个夯击点，也也分三次完成成：第一次夯4点点，夯点采用用6m×6m正方形布置置形式；第二次夯1点点，以大面积积计，第二次次夯点采用也也是6m×6m正方形布置形式式；第三次夯4点点，夯点采用用4.2m××4.2m正正方形布置。。分三次完成夯一遍后，，9个夯击点点布置为3m×3m正方方形布置。一、强夯法设设计15（3）夯击次数•强夯处理范围围应大于建筑筑物基础范围围，外边超出出基础外缘的宽度，宜宜为基底下处处理深度H的的1/2+1/3，并不不宜小于3m。•夯点的夯击次次数，应按现现场试夯得到到的夯击次数数和夯沉量关系确定，，并应同时满满足下列条件件。①最后两击的的平均夯沉量量不宜大于下下列数值：当当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm；；当单击夯击击能大于6000kN··m时为200mm。②夯坑周围地地面不应发生生过大的隆起起。③不因夯坑过过深而发生提提锤困难。一、强夯法设设计（4）夯点分遍•一般每个夯点点夯击1～3遍。对于软软弱土，每批批夯点需分遍时的第一一遍击数，常常以控制场地地隆起，起锤锤困难设定击数，一一般选用5～～10击而无无需控制夯沉沉量。对每一夯点的最最后一遍，为为使场地均匀匀有效压密，，可以用最后两击的的平均贯入度度来控制，其其值可经试夯夯根据检验的加固效效果，确定适适当值，以控控制大面积施施工。16一、强夯法设设计（5）满夯•满夯的作用是是加固表层，，即加固单夯夯点间未压密密土，深层加固时的的坑侧松土及及整平夯坑填填土，需加固固深度可达3～5m或更大，故故满夯单击能能可选用500～1000kN·m或更大大，布点选用用一夯挨一夯夯交错相切或或一夯压半夯，每每点击数5～～10击，并并控制最后二二击夯沉量，宜小于3～5cm。。17一、强夯法设设计185.夯锤1)夯锤可用用混凝土及铸铸钢(铁)制制作，它们的的加固效果没没有大的差别。混凝土土锤重心较高高，冲击后晃晃动大，夯坑坑易塌土，夯坑开口较大大，容易起锤锤，容易损坏坏。铸钢锤则则相反，特别是夯坑较深深时，塌土锤锤顶容易造成成起锤困难。。2)夯锤形状状可为圆形、、方形。方锤锤落地方位改改变，与夯坑坑形状不一致，影影响效果。圆圆形无此弊病病，故现多用用圆锤。3)锤底面积积一般根据锤锤重决定，锤锤重为100～250kN时，可取锤底静压力力25—40kPa。细细粒土，单击击能低，容易易取较小值。细粒土土、黄土，单单击能高宜取取较大值。以以上适用于单击夯击能小小于8000kN·m时时，若夯击能能加大，锤重重加大，静压力值值相应加大。。4)夯锤宜设设若干排气孔孔，孔径宜取取250～500mm，，孔径过小容易堵孔，丧丧失作用。一、强夯法设设计196.起夯面•为使强夯加密密土不被挖除除，有效利用用其加固深度度，起夯面可高于基底底或低于基底底。高于基底底是预留一压压实高度，使夯实后后表面与基底底为同一标高高。低于基底底是当要求加固深度加加大，能级达达不到所需加加固深度时，，降低起夯面。在满夯夯时再回填至至基底以上，，使满夯后与与基底标高一致，这时时满夯加固深深度加大，需需增大满夯单单击能。7.垫层•对软弱饱和土土或地下水很很浅时。常需需在表面铺设设砂砾石，碎石垫层层厚0.5～～1.5m，，其作用如下下：•1)形成一覆覆盖压力，减减少坑侧隆起起，使坑侧土土得到加固。•2)夯击后形形成坑底容易易透水土塞，，从而增大加加固深度，并可防止止夯坑涌土，，有利于坑底底土孔隙水压压消散。一、强夯法设设计201.强夯的场地变变形•强夯引起的场场地变形可以以分为沉陷、、隆起及震陷陷。1)强夯时夯夯坑附近的地地表变形(沉沉陷、隆起)随土质、土土的含水量差异不同同。在饱和软软土中，夯坑坑附近将隆起起；在黄土中则与含水水量有关，含含水量大时的的开始几击，，夯坑浅时地表有几毫毫米的隆起及及外移，随后后转为下沉及及向坑心位移；对砂土土、灰渣等松松散土则主要要引起沉降。。2)强夯震陷陷对建筑的影影响。在黏性性土中，特别别是黄土中，，距夯坑5m外外的场地位移移变形不大，，建筑物不受受振动影响，不产生震震陷。而在灰灰渣地基中，，距50m处处也有4mm的沉降，即振振动引起的震震陷比较均匀匀，这在强夯夯方案选择时应予考虑虑。二、强夯时的的场地变形及及振动影响212.强夯振动对建建筑物的影响响3.强夯振动、噪噪声对人的影影响•强夯引起的振振动与地震显显著不同，因因此危害也不不同。一般认为，强夯夯振动对建筑筑物的危害与与爆