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强夯加固地基工法

1特点和适用范围 2
2加固目的及要求 2
3施工准备 3
4试夯 5
5施工参数的确定 5
6施工工艺 7
7强夯加固效果检测 8
8工程实例 8

1特点和适用范围
强夯法加固地基, 适用范围广泛, 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, 降低其压缩性, 又能改进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。
该法所用设备简单, 质量控制方便, 适用范围广泛。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, 而且速度快、 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) 处理深度一般不超过15m;
( 2) 地下水位距地表面2～3m为宜;
( 3) 夯击对象最好为粗颗粒土组成;
( 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加固目的及要求
不同地基和工程有不同的加固要求:
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要求。
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, 要求消除湿陷性, 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, 以利运输。
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升时土与锤之间的吸附力, 以避免增加起重机的负荷, 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 kN•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、 黄土等应选用中等面积的锤。
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为强夯处理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夯锤排气孔的设置
( l) 夯锤上排气孔的总面积约占夯锤投影面积的15％左右;
( 2) 排气孔设置要分布均匀, 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) 如果制作允许, 也可做成上小下大的喇叭口;
( 5) 如果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要求( 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要求, 在施工现场选取一块有代表性的试验区, 其面积不小于20×20m2; 该试验区亦可选在需加固的地面上。
4.1.2按选定的夯锤用不同击数( 或不同高度) 进行夯击。
4.1.3根据试验要求在试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, 确定强夯间歇时间。
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, 确定强夯遍数及每遍夯击次数。
5施工参数的确定
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收情况, 可根据下式确定加固半径( 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——土的能量吸收系数;
Ki——大于1的系数, 一般为3～5。
土的能量吸收系数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察, 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夯击击数的确定
夯击击数的确定, 是根据地基加固后应达到规定指标来确定的。夯击要求竖向压缩最大, 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
确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要求来确定。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
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
( 检验设计的各项数据, 并依此确定各项施工参数)
( 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; 按照试夯所确定夯击击数、 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, 禁止任何人从吊杆下方经过。
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, 找出原因, 进行处理。
6.3.5夯击前应注意周围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, 共同确定强夯加固范围。对临近有精密电子设备的建筑物, 应采取隔振措施, 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, 主要为拆房土、 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, 锤内用钢板分成九格, 填以钢砂, 锤重9.4t, 落距11.2m, 每击夯击能为1032kN·m。采取先满夯, 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为限。
此次施工, 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地基承载力试验车进行测试。
强夯后, 地基承载力提高了67％。更主要的是, 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要求。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。地基加固要求: 提高承载力和满足烈度为8度地震时的地基不液化要求。
该场地地面下0～4m的饱和轻亚粘土层为严重可液化地基。0～8m各地层承载力很低。
强夯施工采取先用推土机推去60cm厚的表层土, 再进行点夯和满夯作业。夯锤重9t, 落距10.5m, 夯间距3.4m, 点夯1遍, 每点8击, 满夯每点3击。
加固后的地基评价:
8.2.l地基承载力
8.2.1.1 0～4m的轻亚粘土层, 强夯前〔R〕＝100kPa左右, 强夯加固后〔R〕＝240kPa;
8.2.1.2 4.1～6.8m粘土层, 强夯前〔R〕＝110kPa, 强夯后〔R〕＝150kPa。
8.2.2地震液化问题
强夯后, 经检测和应用有关规范规定的公式验标, 在烈度为8度地震时为不液化地基。