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地基处理耿永常2第五讲强夯法的设计及施工3•强夯法加固地基设计包括下述内容：•确定强夯法加固地基的有效加固深度和单击夯击能，选用夯锤的重量、形状以及夯击落距，•确定强夯施工夯击范围、夯击点的平面布置、每点夯击击数、强夯施工夯击遍数以及间歇时间，•还有确定垫层厚度。强夯设计还应包括施工现场测试设计。一、强夯法设计4一、强夯法设计1.加固深度的确定（1）公式计算10WhHk=(5-1)式中：H—加固土层深度，m；W—锤重，kN；h—落距，m；k—强夯有效加固深度影响系数（根据不同土质条件取值：一般粘性土、砂土取0.45~0.6；高填土取0.6~0.8；湿陷性黄土取0.34~0.5）。5（2）经验统计值根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，在缺少试验资料或经验时可按表5.1预估。表5.1强夯法的有效加固深度(m)注：强夯法的有效加固深度从最初起夯面算起。一、强夯法设计6（3）现场试夯•按式（5-1）与表5.1初步确定强夯的有效加固深度与夯击功能的关系，选用强夯的重锤与落距，最终以进行现场试夯为准。（4）影响k值的因素研究•单位面积上施加的总夯击能（不包括满夯）及遍数；•土本身结构强度影响；•锤底面积；•混凝土锤与铸锤对比；•土层分布影响。一、强夯法设计72.2.单位面积夯击能单位面积夯击能（1）总单位面积夯击能极限单位面积夯击能{土的类型加固深度锤底面积•单击夯击能为夯锤重W与落距h的乘积。锤重和落距越大，加固效果越好。•整个加固夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。•在一般情况下，对粗颗粒土可取1000~3000(kN.m/)/m2，对细颗粒土可取1500~4000(kN.m/)/m2。一、强夯法设计8（2）每遍单位面积夯击能•对饱和土需要分遍夯击，这是因为每一遍夯击也存在一极限夯击能，每遍极限夯击能为地基中孔隙水压力到达土的自重应力时的夯击能，此时土已液化，称之为每遍最佳夯击能或饱和夯击能。单遍夯击饱和夯击能(或其夯击数)可通过相似工程类比决定或根据以下三条原则之一通过试夯决定。1)坑侧不隆起(包括不向夯坑内挤出)，或每击隆起量小于每击夯沉量，这表明土仍可挤压。2)夯坑不得过深，以免造成提锤困难，为增大加固深度，必要时在夯坑内加填粗粒料，形成土塞，增多锤击数。3)每击夯沉量不得过小，过小无加固作用。一、强夯法设计93.3.孔隙水压力增长和消散规律孔隙水压力增长和消散规律测定孔隙水压力的意义为：①研究加固机理，了解土体动力固结时孔隙水压产生增长，消散与固结的关系；②研究加固深度和范围；③确定两遍夯击的间歇时间。一、强夯法设计10（1）孔压的增长特征•在粘性土中由于土的透水性差，在夯次间歇时间内，孔压来不及消散，孔压逐次增长，并趋于稳定值，表示锤底主压实区已形成。增加夯次，或使土隆起，或使主压实区下移，以不增加锤底主压实区的挤压力和范围，只要夯坑不隆起，加固仍有效。•在砂土中，孔压往往经一二锤即达最大值，以后也不累计增长，而是在二击间歇期消散。•在非饱和黄土中，强夯时结合水可转化为自由水，产生渗流及孔压。一、强夯法设计11（2）孔压的消散特征1)与土的类别有关，砂土渗透系数大，一般2～3h即可消散完，粘性土渗透差，一般需1周以上。2)与周围排水条件有关。在单点夯中，土体周围侧面均可排水，孔压消散快，在群夯中，只能上下排水，孔压消散慢，如太原面粉二厂强夯，单点夯12h消散，群夯8天以上只消散90％，山西化肥厂群夯消散需1个月，夯坑填砂，加打砂井，排水纸版可缩短排水时间。一、强夯法设计（3）分遍的间隔时间•根据上述孔压的消散特征，分遍的间隔时间为：对非饱和土，透水性好的砂土可连续夯击；一般透水性较好的粘性土1～2周，透水性差的粘性土、淤泥质土不少于3～4周。124.4.夯点布置与分遍夯点布置与分遍（1）夯点间距•由前述加固机理的介绍可知，主要压实区是夯坑底下(1.2～2)D(其中D为锤底直径)，侧面至坑心计起(1.3～1.7)D，考虑加固区的搭接，夯点间距一般取(1.7～2.5)D，密实度要求高时，取较小值；反之取大值。一、强夯法设计13（2）夯点布置•夯击点布置一般可采用三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取5~9m，以后每遍夯击点间距可以与第一遍相同，也可适当减小。对加固深度要求较深或采用的单击夯击能较大的工程，所选用的第一遍夯击点间距可适当增大。一、强夯法设计图5.1夯击点布置及夯击次序14•图5.1(a)、(b)分别表示两种夯击点布置形式及夯击次序。在图5.1(a)中，夯完一遍共需夯13个夯击点，分三次完成：第一次夯5点，夯点采用4.2m×4.2m正方形布置；第二次夯4点，夯点采用也是4.2m×4.2m正方形布置；第三次夯4点，夯点采用3m×3m正方形布置。•在图5.1(b)中，夯一遍共需夯9个夯击点，也分三次完成：第一次夯4点，夯点采用6m×6m正方形布置形式；第二次夯1点，以大面积计，第二次夯点采用也是6m×6m正方形布置形式；第三次夯4点，夯点采用4.2m×4.2m正方形布置。分三次完成夯一遍后，9个夯击点布置为3m×3m正方形布置。一、强夯法设计15（3）夯击次数•强夯处理范围应大于建筑物基础范围，外边超出基础外缘的宽度，宜为基底下处理深度H的1/2+1/3，并不宜小于3m。•夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系确定，并应同时满足下列条件。①最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm。②夯坑周围地面不应发生过大的隆起。③不因夯坑过深而发生提锤困难。一、强夯法设计16（4）夯点分遍•一般每个夯点夯击1～3遍。对于软弱土，每批夯点需分遍时的第一遍击数，常以控制场地隆起，起锤困难设定击数，一般选用5～10击而无需控制夯沉量。对每一夯点的最后一遍，为使场地均匀有效压密，可以用最后两击的平均贯入度来控制，其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。一、强夯法设计17（5）满夯•满夯的作用是加固表层，即加固单夯点间未压密土，深层加固时的坑侧松土及整平夯坑填土，需加固深度可达3～5m或更大，故满夯单击能可选用500～1000kN·m或更大，布点选用一夯挨一夯交错相切或一夯压半夯，每点击数5～10击，并控制最后二击夯沉量，宜小于3～5cm。一、强夯法设计185.5.夯锤夯锤1)夯锤可用混凝土及铸钢(铁)制作，它们的加固效果没有大的差别。混凝土锤重心较高，冲击后晃动大，夯坑易塌土，夯坑开口较大，容易起锤，容易损坏。铸钢锤则相反，特别是夯坑较深时，塌土锤顶容易造成起锤困难。2)夯锤形状可为圆形、方形。方锤落地方位改变，与夯坑形状不一致，影响效果。圆形无此弊病，故现多用圆锤。3)锤底面积一般根据锤重决定，锤重为100～250kN时，可取锤底静压力25—40kPa。细粒土，单击能低，容易取较小值。细粒土、黄土，单击能高宜取较大值。以上适用于单击夯击能小于8000kN·m时，若夯击能加大，锤重加大，静压力值相应加大。4)夯锤宜设若干排气孔，孔径宜取250～500mm，孔径过小容易堵孔，丧失作用。一、强夯法设计196.6.起夯面起夯面7.7.垫层垫层•为使强夯加密土不被挖除，有效利用其加固深度，起夯面可高于基底或低于基底。高于基底是预留一压实高度，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，这时满夯加固深度加大，需增大满夯单击能。•对软弱饱和土或地下水很浅时。常需在表面铺设砂砾石，碎石垫层厚0.5～1.5m，其作用如下：•1)形成一覆盖压力，减少坑侧隆起，使坑侧土得到加固。•2)夯击后形成坑底容易透水土塞，从而增大加固深度，并可防止夯坑涌土，有利于坑底土孔隙水压消散。一、强夯法设计201.1.强夯的场地变形强夯的场地变形•强夯引起的场地变形可以分为沉陷、隆起及震陷。1)强夯时夯坑附近的地表变形(沉陷、隆起)随土质、土的含水量差异不同。在饱和软土中，夯坑附近将隆起；在黄土中则与含水量有关，含水量大时的开始几击，夯坑浅时地表有几毫米的隆起及外移，随后转为下沉及向坑心位移；对砂土、灰渣等松散土则主要引起沉降。2)强夯震陷对建筑的影响。在黏性土中，特别是黄土中，距夯坑5m外的场地位移变形不大，建筑物不受振动影响，不产生震陷。而在灰渣地基中，距50m处也有4mm的沉降，即振动引起的震陷比较均匀，这在强夯方案选择时应予考虑。二、强夯时的场地变形及振动影响212.2.强夯振动对建筑物的影响强夯振动对建筑物的影响3.3.强夯振动、噪声对人的影响强夯振动、噪声对人的影响•强夯引起的振动与地震显著不同，因此危害也不同。一般认为，强夯振动对建筑物的危害与爆破相当，危害判别标准现在很不统一，有的以爆破地震烈度表控制；有的以地表振动速度控制；有的建议以加速度控制，控制值也相差很大。•强夯时产生振动与噪声，对人的生理、心理均产生影响，垂直振动、水平振动随着楼层增高而增大，故高层的住户感觉振动大。对强夯时室外噪声的测试表明，60m外噪声仍超出国家规定。二、强夯时的场地变形及振动影响22三、强夯的施工工艺1)清理并平整施工场地。2)标出第一遍夯点位置，并测量场地高程。3)起重机就位，使夯锤对准夯点位置。4)测量夯前锤顶高程。5)将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量。6)重复步骤5)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。7)重复步骤3)～6)，完成第一遍全部夯点的夯击。8)用推土机将夯坑填平，并测量夯后场地高程。9)在规定的间隔时间后，按上述布骤逐次完成全部夯击遍数最后用低能量满夯两遍，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。23四、质量检验•强夯法处理地基加固效果检验可根据地基工程地质情况及地基处理要求选择下列几种方法中的二种或二种以上方法进行：室内土工试验；现场十字板试验动力触探试验；静力触探试验；旁压仪试验；波速试验；载荷试验。•通过强夯加固前后测试结果的比较分析可了解强夯加固地基效果。24思考题•强夯法有效加固深度是如何确定的?•如何选用夯击范围和夯击点?