淺談一種強(qiáng)夯施工工藝加固效果及工程探討

馬太雷

河南省地礦局 河南鄭州 450018

1 強(qiáng)夯地基

應(yīng)用范圍：主要適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土地基。飽和軟黏土效果待定；不適合于軟土地基。處理后應(yīng)達(dá)到的效果：①地基承載力有所提高②消除液化③消除濕餡性

2 加固機(jī)理

理論：飽和粘性土 動(dòng)力固結(jié)理論(沖擊波）

砂性土等非飽和土 沖擊破壞壓縮理論（夯擊能）

解釋：

2.1 地基承載力

粘性土地基和砂性土地基經(jīng)處理后其稠度和密實(shí)度均有所提高，土的狀態(tài)有所改變，其物理力學(xué)性質(zhì)有所改善，提高了承載力。

2.2 工程液化

建設(shè)施工所引起動(dòng)孔隙水壓力大于或等于土顆粒容重，造成土體塌陷，這是比較普遍及常見工程現(xiàn)象。

2.3 濕陷性

黃土在一定壓力作用下受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞面產(chǎn)生顯著附加沉陷的性能，稱為濕陷性。它是黃土特有的工程地質(zhì)性質(zhì)。黃土產(chǎn)生濕陷的最根本原因是:它具有明顯的遇水連結(jié)減弱結(jié)構(gòu)趨于緊密的有利于濕陷的特殊成分和結(jié)構(gòu)黃土的濕陷性又分為自重濕陷和非自重濕陷兩種類型，前者系指黃土遇水后，在其本身的自重作用少產(chǎn)生沉陷的現(xiàn)象;后者系指黃土浸水后，在附加荷載作用下所產(chǎn)生的附加沉陷。

3 施工參數(shù)及過程

3.1 錘重（w）和落距（h)的確定

w-錘重，（kN)

S錘-夯錘底面積，（m2)

Δh-單夯進(jìn)深，（m)

處理深度已確定，為了使得夯錘易拔出，即單夯進(jìn)深Δh應(yīng)盡量小，所以夯錘底面積S錘盡量大。

由設(shè)計(jì)圖紙夯擊能E=wh已知，錘重靜壓力P范圍為25-80kPa,根椐單擊夯擊能確定，高時(shí)取大值，低時(shí)取小值。由計(jì)算公式：

可知：錘重與錘底面積是成比例的，錘重也易盡量大，即應(yīng)采用重錘低擊、輕錘高擊的方式為原則來確定錘重和落距的具體數(shù)值。

3.2 夯點(diǎn)間距的確定

為了避免強(qiáng)夯時(shí)，在相臨夯點(diǎn)所產(chǎn)生的夯孔之間因強(qiáng)夯振動(dòng)而相互作用，引起塌孔，所以夯點(diǎn)間距應(yīng)取2.5-3.5倍夯錘直徑。

3.3 夯擊方法

（1）點(diǎn)夯（主夯）（用來加固深部土層）

說明：前述兩個(gè)公式，其中Δh后兩平均，值可參照以下規(guī)定確定，每個(gè)夯點(diǎn)夯擊次數(shù)：按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，①最后兩擊的平均夯沉量不大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能小于4000kN.m時(shí)為50mm；當(dāng)單夯擊能為4000-6000kN.m時(shí)為100mm；當(dāng)單擊夯擊能大于6000kN.m時(shí)，為200mm；

應(yīng)用提示：在同樣夯擊能情況下，輕錘高擊相對(duì)重錘低擊處理效果要好，兩者對(duì)地基承載力提高程度還大概相差4倍。輕錘高擊方式，可用在對(duì)處理后地基承載力提高程度很高的強(qiáng)夯項(xiàng)目工程中。

夯擊遍數(shù)：根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，一般情況下，可采用2-3遍(土性差3遍，好2遍）。1至2或3遍之間，夯擊能逐漸減少（通過降低夯錘落距實(shí)現(xiàn)）；每兩遍之間應(yīng)有一定時(shí)間間隔，間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間，應(yīng)不少于2-3周。對(duì)于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊(粗顆粒土）。

夯擊方法：第1遍為最大能級(jí)夯，采用較稀疏的布點(diǎn)進(jìn)行，建議正方形布置夯點(diǎn)位置，夯間距采用3.0倍夯錘直徑，夯點(diǎn)布置完畢后，即可進(jìn)行點(diǎn)夯施工。第2遍或3遍，夯點(diǎn)位置應(yīng)控制在第一遍夯擊點(diǎn)之間。各遍夯擊完畢后用壓實(shí)機(jī)械將地面攤平壓實(shí)。

（2）輔助夯（用來加固中部土層）

夯擊能確定，可由梅納公式反推，即先確定加固深度H，再由式：計(jì)算夯擊能。

（3）滿夯（用來加固表層土）

滿夯施工中低能量夯擊應(yīng)進(jìn)行2遍。主要在于加固膨脹區(qū)土層，滿夯應(yīng)使得膨脹區(qū)土層吸收能量與加固區(qū)相同，以保證地基土處理后達(dá)到表面均勻、承載力均衡的效果。

滿夯夯擊能計(jì)算式如下：

注：輔助夯、滿夯的夯擊方法同主夯。

3.4 加固土層厚度

其中，α為小于1.0的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)不同土質(zhì)條件來取值：對(duì)粘性土取0.5；對(duì)砂性土取0.7；對(duì)黃土可取0.35-0.5。

3.5 加固土層變形模量

根據(jù)有關(guān)推導(dǎo)有：

3.6 含水量對(duì)強(qiáng)夯地基影響

以地基各層土的天然含水量最為接近最優(yōu)含水量的情況，最為理想處理。

3.7 黃土濕陷性消除一條途徑

由E0,ES兩者之間的聯(lián)系關(guān)系式及，再結(jié)合前述E0的推導(dǎo)，可調(diào)整夯錘重與第一空隙比e1值，使其滿足小于一定數(shù)值，即可消除黃土濕餡性。

3.8 夯點(diǎn)夯擊次數(shù)

正方形布置夯點(diǎn)，樁間距為3倍樁徑時(shí)有：

說明：公式中系數(shù)36與樁間距有關(guān)，樁間距不同系數(shù)應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

3.9 強(qiáng)夯地基加固深度估算的另一種確定方法—波動(dòng)理論方法（含水量大的黏土、飽和砂土地基）

（1）強(qiáng)夯時(shí)間

（2）加固影響深度：

3.1 0基于動(dòng)力壓縮理論的強(qiáng)夯地基加固影響深度的計(jì)算方法（低含水量非飽和土地基）

梅納公式及其幾種形式：

說明：該形式主要用來對(duì)公式意義進(jìn)行分析。

（2）其他形式

形式一：

形式二：

筆者推導(dǎo)的公式：

注：兩種形式計(jì)算公式的差別主要在于土性影響系數(shù)取值的不同。無勘察報(bào)告時(shí)，依據(jù)有關(guān)參考資料確定強(qiáng)夯加固深度，該深度值H可用來控制地基土加固后的壓縮模量E的大小。

3.1 1強(qiáng)夯施工中其它應(yīng)關(guān)注的問題

（1）地下水位較高場地的強(qiáng)夯施工。首先應(yīng)根據(jù)地下水類型，在場地四周布置井點(diǎn)，進(jìn)行降水施工，然后再進(jìn)行強(qiáng)夯。

（2）關(guān)于重錘低擊、輕錘高擊選用。兩種夯擊方式在加固影響深度方面是相同的，這是最起碼的要求。（梅納公式的實(shí)質(zhì)亦即強(qiáng)夯施工的前提條件。）而強(qiáng)夯的目的，即地基承載力的提高，是由這兩種夯擊方式?jīng)Q定的。輕錘高擊提高地基承載力的程度是重錘低擊的4倍左右。在設(shè)計(jì)圖紙對(duì)承載力提高要求不太高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用重錘低擊方式，這時(shí)夯坑相對(duì)較淺；否則，應(yīng)采用重錘高擊的方式，這時(shí)夯坑較深。

（4）關(guān)于夯擊時(shí)是否采用透水石

在土質(zhì)很軟含水量較大的粘性土中，夯擊時(shí)夯錘與粘土之間的吸力很大，難易拔出時(shí)，應(yīng)采用透水石。

（5）關(guān)于是否采用輔助夯

主要應(yīng)依據(jù)被加固土層中間部分是否有相對(duì)較軟弱層，有則采用，無則不采用。

（6）強(qiáng)夯施工完畢后，應(yīng)給出場平標(biāo)高圖。