强夯加固地基工法

强夯加固地基工法TOC\o"1-3"\h\z1特点和合用范围 22加固目的及规定 23施工准备 34试夯 55施工参数的拟定 56施工工艺 77强夯加固效果检测 88工程实例 81特点和合用范围强夯法加固地基，合用范围广泛，可用于湿陷性黄土、碎石土、砂土、一般粘性土、软土以及工业或生活垃圾等各种填土地基。对于非饱和土地基，强夯加固效果显著，在呈流塑状的淤泥中抛填碎石、（钢渣、矿渣）进行强夯挤淤也能取得较好的效果。强夯法一般采用重力为80kN（8t）以上重锤，起吊到6m以上高度，垂锤呈自由落下，对土体进行强力夯实。它是一种既能提高地基强度，减少其压缩性，又能改善其抵抗地震液化的强力和消除土的湿陷性的地基加固方法。该法所用设备简朴，质量控制方便，合用范围广泛。对饱和土地基加固效果的好坏，关键在于排水，如饱和砂土地基渗透性好，超孔隙水压力容易消散，夯后固结快。对于饱和粘土或淤泥质土，由于渗透性差，必须慎重对待。强夯法加固地基，能代替某些桩基础而节省钢材、木材和水泥，并且速度快、效果好、投资少，是一种经济、简便的地基加固方法。1.1强夯法最适宜的施工条件：（1）解决深度一般不超过15m；（2）地下水位距地表面2～3m为宜；（3）夯击对象最佳为粗颗粒土组成；（4）施工现场距原有建筑物应有足够的安全距离，一般宜大于10m；（5）对于饱和软土，地表面应铺一层较厚的砾石、砂士等填料。2加固目的及规定不同地基和工程有不同的加固规定：2.1以提高地基承载力，消除不均匀变形为主。2.2对地震液化地基，加固后应消除液化。不同的液化地基有不同的规定。2.2.l对饱和砂土地基，加固后标准贯入锤击数N63.5值大于按下式计算出的N＇值时，视为不液化：N＇＝N′［l＋0.125（ds－3）－0.05（dw—2）］（1）式中：N＇——饱和砂土所处深度为ds，室外地面到地下水位距离为lm时，砂土液化临界标准锤击数；N＇——当ds=3m，dw=2m时，砂土液化临界贯入锤击数。当设计烈度为7、8、9度时，其数值分别为6、10、16；ds——饱和砂土所处深度（m）；dw——室地面到地下水水位距离。2.2.2轻亚粘土可按下式计算：N″＝14.5＋0.5ds—2.4dw—Mc。（2）式中：Mc——粘粒含量，以百分数为单位。当实际标贯击数N63.5大于计算值N″值时为不液化。2.3对湿陷性黄土地基加固，规定消除湿陷性，其湿陷系数应按下式计算：（3）式中：δs——湿陷系数；hp——保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定的高度（cm）；hP′——上述加压稳定后的土样，在侵水作用下，下沉稳定后的高度（cm）；ho——土样的原始高度。强夯加固后地基湿陷系数δs＜0.015时为消除湿陷性。2.4对软弱土地基加固，着重于提高地基土的强度和减少变形。3施工准备3.l机具准备3.1.1夯锤3.l.l.l夯锤所用材料夯锤可用钢制，也可采用钢板壳，内填钢筋头、钢砂或浇灌混凝土制成。铸铁和铸钢材料制成的夯锤，体积小重心较低，稳定性强，回弹幅度不大，效率高。大吨位的可做成装配式的铸钢夯锤，以利运送。3.1.1.2夯锤形状夯锤形状可为圆柱形、方形、梨形、球形等形状。为了减少或消除锤提高时土与锤之间的吸附力，以避免增长起重机的负荷，夯锤应设4～6个从锤底贯穿于锤顶的排气孔。3.l.l.3夯锤尺寸夯锤单位面积可根据以下原则进行选则：（l）夯锤单位面积的静压力宜在25～40kPa；（2）夯击能级在2023kN•m以下时，单位面积的冲击能宜为300～500kN·m／m2；（3）夯击能级在3000kN·m以上时，单位面积夯击能宜在600～800kN·m／m2；（4）对于砂土和碎石土等，应选用较小面积的锤；对于软土、淤泥及淤泥质土等应选用较大面积的锤；对于轻亚粘土、黄土等应选用中档面积的锤。3.1.1.4夯锤重量夯锤最佳重量可根据下式决定：M＝（l＋K／2）AγR（4）式中：M——夯锤重量（t）；K——有效加固影响深度系数；γ——地基土的天然容重；A——夯锤底面积（m2）；R——夯锤底半径。使用式（4）时应注意以下几点：（1）当夯锤底面为曲面时，其底面积A为投影面积；夯锤半径R相应于投影圆的半径；（2）地基土的天然容重γ为强夯解决前的地基土设计有效加固深度范围内的加权平均值；（3）有效加固影响深度系数K值此处取值为0.5～0.7。3.1.1.5夯锤排气孔的设立（l）夯锤上排气孔的总面积约占夯锤投影面积的15％左右；（2）排气孔设立要分布均匀，上下贯通，其数量为4～6个；（3）排气孔的中心一般在夯锤投影面半径的中点；（4）假如制作允许，也可做成上小下大的喇叭口；（5）假如是钢壳的混凝土锤或用于饱和粘性土等软土地基加固的夯锤，其孔径可适当增大，以利排气和清孔。3.l.2起重设备3.1.2.l起重设备应根据夯锤重量选择。3.1.2.2起重设备可采用履带式、轮胎式吊车及强夯专用三脚架，宜优先选用履带式吊车，其起重能力一般不小于15t。3.1.2.3当吊车的起重能力小于夯击规定（即锤重×锤到吊车中心位置的距离）时，可在一定范围内，增设龙门架支撑；亦可由二台吊车组合成“双机组合吊车”进行施工。采用轮胎吊强夯，应与龙门架支撑配合施工。3.2现场准备3.2.1施工场地应平整，并经推土机压实，以承载吊车及夯锤的重量。3.2.2测量放线，放出夯击范围及夯击点的位置。3.2.3如邻近有建筑物时，应距强夯点一定距离内挖好隔振沟。3.2.4准备好配套的推土机、自动脱钩装置、夯锤、经纬仪、水平仪、滑轮、钢丝绳及绳扣等机具。3.3劳动组织（每台班）（l）工长兼技术员1名；（2）测量兼沉降记录员1名；（3）现场操作指挥，兼扶塔尺1名；（4）挂钩1～2名；（5）吊车司机1名。4试夯4.1试夯的工作内容4.1.l根据工程地质勘察报告及加固规定，在施工现场选取一块有代表性的实验区，其面积不小于20×20m24.1.2按选定的夯锤用不同击数（或不同高度）进行夯击。4.1.3根据实验规定在实验区内的不同点和不同深度处埋设孔隙水压探头，做好夯前、夯后的孔隙水压的跟踪测定，拟定强夯间歇时间。4.1.4进行沉降观测，并准确记录。4.1.5整理静力触探等测试结果，拟定强夯遍数及每遍夯击次数。5施工参数的拟定5.l有效加固范围5.l.1加固范围（见图1）5.1.1.1根据修正梅纳公式，加固深度和宽度可按下式计算：（5）b＝2htgθ＋l（6）式中：h——有效加固深度（m）；K——有效深度修正系数，其值为0.3～0.9；b——有效加固宽度（m）；θ——压力扩散角，一般取θ=22º～30º；M——锤重（t）；H——夯锤落距（m）。5.1.1.2根据波的传播特性和土对能量的吸取情况，可根据下式拟定加固半径（即加固宽度和深度）rs（见图2）。(7)式中：rs——有效加固半径（m）；M——锤重（t）；H——夯锤落距（m）；Vp——纵波波速（m／sec）；α——土的能量吸取系数；Ki——大于1的系数，一般为3～5。土的能量吸取系数α值表1土质情况α值(s/m)松软饱和粉细砂、亚粘土、轻亚粘土、粘土0.01～0.03很湿的亚粘土、粘土0.04～0.06稍湿的和干的轻亚粘土、亚粘土0.07～0.10硬塑的粘土和中密的块石、碎石0.0875～0.115可塑的粘土和中密的粗砂、砾石0.1～0.125注：本公式引自《岩土工程学报》1986年第三期左名麒著《震动波与强夯法机理》5.2间歇时间每遍强夯之间的间歇时间，应根据孔隙水压力消散时间的长短而定。加强在间歇时间中对孔隙水压力的观测，当孔隙水压从峰值消散到稳定值后所需的时间即为合理的间歇时间。砂土可不考虑间歇时间的影响。5.3夯击点布置5.3.l对基础面积大或粘性土，宜用正方形网格布置。5.3.2对条形基础可采用“点线插档”法布置。5.3.3柱基宜采用点夯，对加固深度较大的工程，可按土层厚度不同，分二遍以上点夯，最后一遍满夯。5.3.4对砂性土或填石地基和土夹石填料可用连夯法布点夯击。5.4夯击击数的拟定夯击击数的拟定，是根据地基加固后应达成规定指标来拟定的。夯击规定竖向压缩最大，侧向移动最小。5.4.l对于非饱和土或填土，可将最后两击的下沉量之和的平均值小于4cm作为每点的夯击击数。5.4.2对于饱和粘性土，应以孔隙水压力上升到最大值即等于土体自重：Ut=9.80665×10－2γ·ho（8）式中：Ut——孔隙水压力（kPa）；γ——土的容重（g／cm3）；ho——上覆土层厚度（cm）；或出现液化现象来控制夯击击数。5.5夯击遍数拟定夯击遍数的原则是根据压缩层厚度、土质条件和计算沉降规定来拟定。土体压缩层越厚，土的颗粒越细，含水量越高，夯击的遍数宜多；当夯击沉降量为计算最终沉降量的80～90％时，即视为夯击完毕。6施工工艺6.l强夯法施工程序（见图3）施工准备施工准备夯前勘察施工方案1夯后检测Ⅰ实验性施工施工方案1正式施工夯后检测Ⅱ工程验收结果补夯施工检测试夯（检查设计的各项数据，并依此拟定各项施工参数）（设计图方案）6.2夯击施工注意事项6.2.l严格按照设计布置的夯点放线、夯击；按照试夯所拟定夯击击数、间隔时间、夯击遍数、锤重、落距等参数施工。6.2.2如采用方形锤应有人工导向。6.2.3在满夯时应随时调整吊车位置，以防止出现以吊车为中心的扇形面，影响夯击效果。6.3施工中的安全注意事项6.3.1强夯施工的夯锤系自动脱钩，现场施工必须高度集中，统一指挥，不得有任何混乱现象，整个现场应由起重指挥员全面负责。6.3.2吊车司机、推土机司机都要集中精力听从起重指挥员的号令，不得盲动，夯锤起吊后，严禁任何人从吊杆下方通过。6.3.3吊车司机应严格遵守安全操作规程。6.3.4夯锤升起如超过脱钩高度仍不能自动脱钩时，起重指挥员应立即发出停车信号，并将夯锤落下，找出因素，进行解决。6.3.5夯击前应注意周边高压线对吊车及缆绳的影响，对临近的建（构）筑物、厂区竖向工程地下管沟或管线、电杆等亦应保持一定距离，并会同设计部门进行调查，共同拟定强夯加固范围。对临近有精密电子设备的建筑物，应采用隔振措施，以消除振动带来的危害。6.3.6夯击场地应视情况适当洒水，以防石、水四溅，尘土飞扬，在吊车操作室挡风玻璃前，应增设一面铅丝防护网。7强夯加固效果检测强夯后的地基应进行加固效果检测，可选择静力触探、荷载板、标贯、十字板、旁压仪等测试项目，一般不少于一项测试项目。8工程实例8.l天津玛钢厂新建铸造车间、办公楼等，建造在原为坑塘洼地上，表层杂填土厚为3～7m，重要为拆房土、生活垃圾、炉渣、铁屑及小铁块混杂而成。强夯加固的房屋地基面积共计5686m2。施工中采用W—1001型履带式起重机，夯锤采用20mm厚钢板为壳，锤内用钢板提成九格，填以钢砂，锤重9.4t，落距11.2m，每击夯击能为1032kN·m。采用先满夯，每点3～4击；然后在建筑物基础部分按基槽的宽度连续夯，夯间距3.3m，每点夯8～10击，以最后两击下沉量之和的平均值≤4～6cm本次施工，采用了中科院武汉岩土研究所的动、静态两套仪器测量孔隙水压力；采用4个65型微振仪进行波速测量，还采用了铁道科学院研制的K30地基承载力实验车进行测试。强夯后，地基承载力提高了67％。更重要的是，强夯后的杂填土地基具有较好的均匀性，解决了负摩阻力问题，满足了房屋基础设计的强度和变形规定。该工程已建成5年，使用效果良好。该工程节省投资约40万元。8.2强夯法加固软土及轻亚粘土地基，消除了液化。中匈合资肉鸡联合总场，位于天津西郊，场地为盐碱荒地。拟建的8个筒仓高22m，单仓总重900t。地基加固规定：提高承载力和满足烈度为8度地震时的地基不液化规定。该场地地面下0～4m的饱和轻