强夯法加固地基施工技术探讨
摘要：强夯法是一种设备简单、经济、实用的地基处理方法。目前，我国已广泛应用强夯法来加固碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土等各类地基。本文主要对强夯法加固地基施工技术进行探讨。
关键词：夯实法，地基处理，施工技术
强力夯实法简称强夯法，强夯法加固地基一般是反复将夯锤(质量一般为10～40t)提升到一定高度使其自由落下(落距一般为10～40m)，对土进行强力夯实，其特点是先将机械能转换为势能、再变为动能(即夯实能)对土体产生冲击作用，夯锤通过很大的冲击能(500～8000kN•m)使地基土中出现冲击波和很大的动应力，排出土(石)体中的气体和水体，迫使土(石)体迅速固结，降低其压缩性，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等，并能提高土层的均匀程度。强夯法首先由法国于1969年用于夯实滨海填土，由于方法简单，快速和经济，在地基中得到广泛应用。我国自从1975年在技术刊物上介绍强夯加固技术后，引起广泛重视，并迅速得到推广。从粉土、粉细砂土可液化地基到湿陷性黄土地基都有取得了较好的效果。
1强夯加固填土地基的主要参数设计
采用强夯技术进行地基处理，一定要根据工程地质条件和使用要求合理正确地选择各种参数，才能达到有效而经济的目的，设计中经常遇到下列问题:锤重和落距，最佳夯击遍数，两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等内容。
1.1锤重和落距
通常根据试验选择的最佳夯击能来确定锤重和落距，或根据起重机的起吊能力和要求加固的深度，按下式计算
H=a(wh/10)1/2(1)
式中H为加固深度，m；w为锤重，kN；h为落距，m；a为修正系数，可取0.34～0.80，亦可采用表1估算强夯的有效加固深度。
1.2最优夯击能、单遍最优夯击数、夯击遍数
最优夯击能根据有效影响深度确定，一般粗颗粒土可取1000～3000kN•m；细颗粒土取1500～4000kN•m。
单遍最优夯击数可根据以下三条确定:①坑侧周围土体不发生过大的隆起；②夯坑不能过深，避免引起提锤困难；③每击的夯实量不得过小。
夯击遍数一般取2～4遍，但对渗透性低的细粒土，可适当增加夯击遍数。
表1强夯法的有效加固深度
单击夯击能/kN•m 碎石土、沙土等/m 粉土、粘性土、湿陷性黄土等/m
1000 5.6-6.0 4.0-5.0
2000 6.0-7.0 5.0-6.0
3000 7.0-8.0 6.0-7.0
4000 8.0-9.0 7.0-8.0
5000 9.0-9.5 8.0-9.5
6000 9.5-10.0 8.5-9.5
注:强夯的有效加固深度应从起夯面算起
1.3间隔时间
根据土中超孔隙水压力的消散情况，选取两次夯击遍数的间隔时间。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7～14d；透水性差的粘性土、淤泥质土≥21～28d。
1.4加固范围
强夯处理范围应大于建筑物基础范围，超出宽度可自建筑物基础外侧边线起增加加固深度的1/3～1/2距离，并≥3m。
1.5夯点布置
夯点布置见图1。
①③①③①
③②③②③
①③①③①
③②③②③
方格布置
①③②③①③②
点线布置
注:①为第1遍夯点；②为第2遍夯点；③为第3遍夯点。
图1夯点布置图
夯点的位置可根据建筑结构类型布置，一般采用等边三角形、正方形或梅花形布置。对于片筏基础可采用正方形布置，对条形基础可采用点线布置，柱基则采用点夯法，对砂土和抛石强夯挤淤可用排夯法(锤印彼此搭接200～300mm)。
1.6夯点间距
夯点间距可根据建筑物的结构类型、地质条件确定，一般取夯锤直径的1.5～2.0倍。土质差且压缩层厚度大时，第一遍夯击点间距应适当增大，间距宜为6～8m。
2影响强夯加固效果的因素
(1)夯击能是影响加固效果的关键。要提高加固效果和有效影响深度，首先要提高单击夯击能。
(2)土层的性质及分布情况。上层土质好而下层土质松软，或中间有硬土层，夯击能往往被土质好的土层所吸收，而影响软弱土层的加固。
(3)土的含水率及饱和度，在很大程度上影响着强夯的效果。如饱和度过大，对粘性土甚至可能会出现橡皮土。
(4)应根据具体条件和所要求达到的目的来确定施工方案，其中选择夯点数量及布置、间距、夯击遍数和各遍的施工时间间隔等施工技术参数是关键。
3施工工艺
强夯分4遍进行:第一遍为高能量隔行夯打，夯打后原地平整；第二遍也为高能量隔行夯打，夯打后原地平整，贯入度＜70～100mm；第三遍为中能量夯打，夯打6击，贯入度＜50～70mm；夯后场地平整；第四遍为低能量满夯，按梅花形点夯打，夯打3击，贯入度<30～50mm。
4工程实例
某工程填土地基强夯处理地质情况:第一层:红黄色素填土，层厚4.4～5.0m，松散，稍湿，平均含水率为24%，主要由粉质粘土、砂质粘性土等组成，新近堆填，承载力特征为80kN/m2。
第二层:黄红色砂质粘土，层厚3.5～4.6m，硬塑，湿润，为花岗岩风化后产物，平均含水率为26.4%，承载力标准值为180kN/m2。
第三层:黄灰色砂质粘土，坚硬，层厚2.5～4.5m，稍湿，平均含水率为23.9%，为花岗岩风化后产物，承载力标准值为280kN/m2。
第四层:黄灰色全风化花岗岩，坚硬土状，平均含水率为21.1%，层厚3.1～4.7m，承载力标准值为400kN/m2。
地下水位埋深在4.9m以上。设计上要求对地基土的加固深度为4m(即在起夯面以下4m内改善其压缩性能，减小地面沉降，提高强夯区表土地基承载力)，用公式H=a(wh/10)1/2计算，采用2000kN•m的单击夯击能。
试验情况:在重型机床的部位进行了400m2的试验区工作，在试验区采用10击、15击、20击3种类型布置夯点，夯击遍数分4遍进行，夯点布置按1.5条的方格布置，间距为4m，强夯范围每边超过建筑物首层外轮廓线4m。第一、二遍能级为2000kN•m，隔行夯打，第一遍后原地平整，然后进行第二遍夯打;第三遍能级为1500kN•m，夯后原地平整，再采用500kN•m能级进行第四遍满夯，满夯的锤印搭接部分不小于夯锤直径的1/5～1/3，满夯的目的是为了加固表层土，对夯后试验区进行静探、动探和土工试验最终确定采用2000kN•m的强夯，4遍夯击，单点击数为10～15，最终沉降量＜50mm的施工参数，主厂房施工完毕后，对其进行了全面的检测工作，通过静力触探，竖井取样、载荷板试验等技术手段，可知有效加固深度可达4.5m(从起夯面算起)，在处理范围内，干容重达到17.0～18.6kN/m3以上，并在强夯后的土层表部形成不透水的硬壳(渗透系数K=8.8×10-7cm/s)，地基土承载力特征值由原来的80kN/m2提高到180kN/m2。经载荷板试验、静力触探和土工分析，在有效加固深度(4.5m)内，平均地基承载力特征值达180kN/m2，为原来的2倍多，但是由于强夯施工过程中碰到4～5d的暴雨天，造成部分软弱夹层，甚至产生橡皮土。为消除这部分软弱夹层及强夯过程中产生的橡皮土，采用了强夯置换法处理，墩体材料采用碎石(粒径为5～20mm)，单击夯击能为1000kN•m，通过满夯(5击)处理，达到了预期效果。
5结束语
施工实践证明,强夯法是处理填土地基的有效方法,该方法不仅工艺简单可行、节约三材、工程效果显著,而且适用范围广、费用低,能降低成本,提高经济效益。强夯加固地基以不耗贵重材料、造价低、工期短的特点成为我国地基处理的一项重要技术。
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