设计内容:有效加固深度及加固范围、单击夯击能、夯击次数、夯点间距及平面布置、夯击遍数和分遍的间歇时间、确定垫层厚度等。强夯设计还应包括施工现场测试设计。

强夯法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。

有效加固深度

经强夯加固后,该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。

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修正系数,根据地基土性质决定,α=0.34~0.8

影响H的因素除了锤重和落距外,还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。

应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度

如果没有则根据《建筑地基处理技术规范》的建议取值。

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强夯置换墩的深度

对淤泥、泥炭等粘性软弱土层,置换墩应穿透软土层,着底在较好土层上。

对深厚饱和粉土、粉砂,墩身可不穿透该层。

置换深度不宜超过7m

影响加固深度的因素:

(1)单位面积上施加的总夯击能(不包括满夯)及遍数

增大单位面积夯击能不仅增大了加固深度,且增大了土层强度。对饱和粘性土及含水量大的湿陷性黄土,增加夯击遍数,不仅逐遍增大土的强度及密实度,且增大有效加固深度。但含水量大的非饱和土第一遍的夯击效果大,分遍夯的效果不及饱和土分遍夯作用显著,遍数可较少。

(2)土本身结构强度影响

从有效加固深度影响系数的比较可知,填土最大,一般粘性土、砂土次之,黄土较小。

(3)锤底面积

当单击夯击能相同时,锤底面积大,则锤底动应力大,夯坑浅,因分布面积大,衰减慢,锤底影响深度大;当锤底面积小时,锤底动应力小,夯坑深,因分布面积小,衰减快,锤底影响深度小。

(4)混凝土锤与铸铁锤对比

夯击时,混凝土锤由于重心较高,接地不稳,冲击后晃动大,夯坑较深且开口较大,坑侧壁摩擦小,容易起锤。铸铁锤落地稳,夯坑开口较小,夯坑较深后侧壁摩阻力大,且夯坑塌土容易堆在锤顶,堵塞气孔而引起提锤困难,两者加固作用相差不大。

(5)土层分布影响

一些工程实测表明,当土层上层较下层硬,或中间层有薄层硬层的下部软弱土,其下部软弱土加固效果差,尤其下部软弱土分布深时加固效果差。

对所有夯点应分批次分遍夯击,若对所有夯点都先夯击一遍,将造成浅层先加固,降低以后深层加固的效果。

夯锤和落距

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饱和粘性土所需的能量不能一次施加,否则土体会产生侧向挤出,强度反而有所降低,且难于恢复。根据需要可分几遍施加,两遍间可间歇一段时间。

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锤底面积的的选用原则:

(1)土层加固厚度 对加固土层厚度小于5m,锤着地面积为2~5m2,加固土层厚度大于5m时,锤着地面积一般要求4.5m2。根据理论分析,土体压缩沉降,底面积大小的影响比外力强度大小影响更敏感,所以在同样条件下,加大基底面积比加大锤重效果更明显。

(2)土的性质 对颗粒较细的粘性土,锤底面积要加大,一般取4~6m2;对砂性土、含水量较低的回填土,锤底面积取2~4m2。

(3)控制夯锤的高宽比

最佳夯击能

砂土地基孔隙水压力增加和消散过程很快,孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加,当孔隙水压力增量随夯击次数的增加而趋于稳定时,可认为砂土能接受的能量已达到饱和状态。

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砂性土的最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系

夯击击数和遍数

强夯夯击击数

按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定。

1.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值:单击夯击能量小于4000kN·m时为50mm;夯击能为4000~6000kN·m时为100mm;夯击能大于6000kN·m时为200mm;

2.夯坑周围地面不应发生过大隆起;

3.不因夯坑过深而发生起锤困难。

强夯置换夯击击数;按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定 ;

1.墩底穿透软弱土层,且达到设计墩长;

2.累计夯沉量为设计墩长的1.5~2.0倍;

3.最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。

夯击遍数

一般采用点夯2~3遍,对于渗透性较差的细颗粒土,必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯1~2遍,满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击,锤印搭接。

(1)作用 加固表层土,即加固夯点间未压密土。

(2)夯击能量 满夯单击能可选用500~1000kN·m,每点击数5~10击,并控制最后两击夯沉量,宜小于3~5cm。

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夯击点的布置

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处理范围:对一般建筑物,每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的1/2~2/3,并不宜小于3m。

夯击点的间距:

强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5~3.5倍,第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。

对处理深度较深或单击夯击能较大的工程,第一遍夯击点间距宜适当增大。

强夯置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定,当满堂布置时可取夯锤直径的2~3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5~2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1~1.2倍。

垫层铺设

垫层作用:

(1)支承起重设备,确保机械设备通行和施工;

(2)加大地下水位与地表面的距离,防止夯击时夯坑积水。

对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层,可直接施行强夯,无需铺设垫层;对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土,需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯,否则土体会发生流动。

垫层材料:松散性材料(如粗颗粒的碎石、矿渣、砂砾石等,粗颗粒粒径宜小于10cm)

厚度:0.5~2.0m

现场测试设计

目的:

1.了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化;

2.研究夯击能与夯沉量的关系,用以确定单点最佳夯击能量;

3.确定场地平均沉降和搭夯的沉降量,用以研究强夯的加固效果。

手段:

地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。

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夯击次数(或夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线

阴影面积为有效压实体积,越大表示效果越好。

一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪,在夯击作用下,进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。

将土压力盒事先埋入土中后,在强夯加固前,各土压力盒沿深度分布的土压力的规律,应与静止土压力相似。在夯击作用下,可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。

目的:通过测试了解强夯振动的影响范围。

标准:通常将地表的最大振动加速度为0.98m/s2处(相当于7度地震烈度)作为设计时振动影响安全距离。

措施:一般夯点离建筑物距离至少15m以上。若不满足要求,为减少强夯振动的影响,常在夯区周围设置隔振沟。