西安建筑科技大學

洛陽石油化工工程公司 馮 迪

強夯處理地基參數的設計

西安建筑科技大學

洛陽石油化工工程公司 馮 迪

一、強夯簡介

強夯法20世紀60年代創(chuàng)建于法國，20世紀70年代傳入我國。由于強夯法具有適應范圍廣、加固效果顯著、技術經濟易行、施工周期短、設備簡單、質量容易保證、節(jié)省資源等優(yōu)勢，因此在地基處理工程中得到大力推廣，成為地基處理中一種常用的地基處理手段，現已廣泛應用于碎石土、人工填土、雜填土、濕陷性黃土、沙土、低飽和度的粉土和黏性土等的地基處理中。

二、適合強夯處理的地基條件

強夯法適于處理碎石土、沙土、低飽和度的粉土和黏性土、素填土和雜填土、濕陷性黃土等。一般來說，強夯法不適于處理飽和度較高的粉土、黏性土以及淤泥質土。

三、強夯處理效果的要求

強夯處理效果可綜合反映在承載力、強夯有效加固深度、經過處理后的地基土的壓縮性等方面。經過強夯處理的地基土，在均勻性上是可靠的，這是因為在強夯施工過程中，夯坑及其周圍的土層是逐漸加密的，而夯機停夯的標準是由最后兩擊平均夯沉量控制的。對于強夯處理效果的要求，也就是對地基土的承載力、土的壓縮性及強夯處理深度的要求。

設計中應根據地基土層情況、建（構）筑物的結構形式、基礎形式、荷載情況及對沉降的敏感程度等，考慮對強夯處理效果的要求，應以安全、經濟為原則。例如，對于石油化工裝置區(qū)的道路、小型設備基礎集中區(qū)、油罐區(qū)的附屬設施區(qū)等，可以降低對承載力的要求，降低對強夯處理深度以及土的壓縮性的要求。對于石油化工裝置區(qū)的管、構架及大型設備基礎集中區(qū)，可以提高地基土的承載力要求，但處理深度不需要很大，因為根據計算統(tǒng)計資料，在22°擴散角的情況下，中小型基礎的基底附加應力在等邊長深度下只有原來的30%左右，即使強夯處理未能加固到這個深度，通過驗算，軟弱下臥層基本上也能夠滿足要求。對于油罐這類大型基礎，由于其基底附加應力衰減慢，影響深度大，罐本身對沉降十分敏感，對于這類基礎，強夯處理效果的要求較為嚴格，地基土承載力、強夯加固深度、地基土壓縮性改善情況等均應滿足要求。

四、設計時對強夯參數的初定

根據以上所述，在設計時，首先應根據地質資料，確定最適宜的地基處理方式。如果選擇使用強夯處理地基，在確定對強夯處理效果的要求后，即可根據所提出的要求，綜合考慮所設計的建（構）筑物特征、地基土條件、土的物理力學特性等因素，初步確定強夯設計參數。

強夯基本設計參數包括強夯的能級、夯錘質量及錘底面積、夯點間距及布置、單點夯擊次數、收錘標準、夯擊遍數、遍夯之間的間隔時間等。

1.強夯的能級。強夯能級主要根據地基土性質以及所要求的強夯處理的有效加固深度來確定?！督ㄖ鼗幚砑夹g規(guī)范》（JGJ 79-2002）（以下簡稱《規(guī)范》）中就不同單擊夯擊能和不同性質的土，給出了強夯法的有效加固深度值。但是對于強夯有效加固深度的概念，目前還沒有一個明確的定義。衡量強夯有效加固深度沒有明確的量化指標，是一個比較模糊的概念，在實際應用中很難界定。在設計中，所關心的是需要處理到哪一層土以及需要將這一層土處理到什么程度，即需要這層土的承載力達到什么程度，需要這層土的壓縮模量達到一個什么數值。表1所列數值僅僅是一個經驗值和參考值，故在實際工程設計中還應根據實際需要，對所需加固的各土層提出具體的量化指標，如處理后各土層的承載力、壓縮模量等，并在試夯中進行檢驗。如果能夠滿足要求，則可用來指導大面積強夯施工；如果不能滿足要求，則要進行調整。

表1 強夯法的有效加固深度 m

2.夯錘質量及錘底面積。實際上也就是夯錘底靜接地壓力值的要求。根據規(guī)范要求，其值可取25～40kPa（粗顆粒土取大值，細顆粒土及含水量較高的土取小值）。

3.夯點間距及布置。夯點間距的選取原則是要使夯擊盡量向下傳遞，同時使夯擊能量所影響的土層得到有效加固。因此，夯點的間距應遠近適中，夯點下的應力影響范圍適當地互相重疊有利于土層的加固，但重疊區(qū)域不宜過多，否則會影響夯擊能量的向下傳遞，從而影響強夯的加固深度。由此可知，夯點間距的選取與夯擊能、所需要的強夯加固深度及所加固的地基土性質有關。對于大能級強夯以及在同能級強夯下要求強夯加固深度大的地域，夯點間距應大一些；反之，夯點間距應小一些。對于細顆粒土，夯點間距應大一些；對于粗顆粒土，則應小一些。夯點布置的原則是要使各夯點的間距均衡相近，以使所要處理的土層相對均勻，同時還要兼顧實際操作，方便施工，從而提高強夯的施工效率。對于夯點的布置，在大面積強夯處理工程中主要采用兩種方式：一種是等邊三角形布置方式，一種是正方形中間插點布置方式，后一種布置方式在工程中應用得較多。采用正邊形中間插點布置方式，對于3 000～4 000kN·m能級的強夯，正方形邊長一般取5～7m；對于6 000～8 000kN·m能級的強夯，正方形邊長一般取7～10m。

4.單點夯擊次數。強夯的夯擊能是指單次夯擊的能量，結合單點夯擊次數，用來確定單點的夯擊總能。單點夯擊次數的選取原則是應使夯坑的壓縮量最大，夯坑周邊的隆起量最小。由此，如果單點的夯擊次數過少，地基土就不會達到最佳夯實狀態(tài)，強夯就不會達到最好的加固效果。如果單點的夯擊次數過多，會浪費多余的能量，反射回的震波會對地表部分的土層起到振松的作用，同時會加大夯坑周邊地面的隆起量。單點夯擊次數與強夯的能級、夯點間距、所加固的地基土性質有關，其中與地基土性質關系最為密切，由于其不確定性，在設計中很難估算單點夯擊次數。一般的做法是，首先根據類似的工程經驗，提出一個初步參考值，然后根據試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定最佳夯擊次數?！兑?guī)范》對最佳夯擊次數尚有以下要求。

（1）最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數值。當單擊夯擊能小于4 000kN·m時為50mm；當單擊夯擊能為4 000～6 000kN·m時為100mm；當單擊夯擊能大于6 000kN·m時為200mm。

（2）夯坑周圍地面不宜發(fā)生過大隆起。

（3）不會因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

以上3點要求，也稱為收錘標準或停夯標準。

5.夯擊遍數及遍夯之間的間隔時間。夯擊遍數及遍夯之間的間隔時間一般來說與待處理的地基土性質有關。對強夯來說，為了保證地基處理質量及有效加固深度，不論何種土質，均應跳夯。對于夯擊遍數，有兩種意思，一種是指包含單點夯擊的遍數，也就是說，在第一遍夯時，由于各種原因，單點夯擊達不到收錘標準，停錘，繼續(xù)下一個夯點。待第一遍完成后，經過一定的間隔時間，再對原夯點進行第二遍夯擊，直到達到收錘標準。第二種是指在第一遍夯完后（單點夯擊達到收錘標準），經過一定的間隔時間后，進行下一遍夯擊，直到全部夯完。在這里，夯擊遍數實際上取決于每一遍夯擊的夯點間距。對于滲透性較差的細顆粒土地基，由于排水通道不暢，隨著強夯的進行，孔隙水壓力增長較快。為了提高強夯加固效率，應加大每一遍夯擊的夯點間距，實際上就是增加夯擊遍數，一般來說，需要2～4遍。對于粗顆粒土地基，一般只需要1～2遍夯擊；即使夯兩遍，由于孔隙水壓力消散快，兩遍夯擊之間也不需要間隔時間。關于每遍夯擊之間的間隔時間，則取決于所處理地基土中超靜孔隙水壓力消散時間的快慢，這與許多因素有關。在設計階段，很難提出一個比較確切的值，而應在試夯過程中，通過事先埋設的孔隙水壓力傳感器進行試夯后，對監(jiān)測數據進行綜合判斷。如果場地的均勻性較差，通過試夯確定的參數常常會在大面積施工中得到修改。如果沒有條件埋設孔隙水壓力傳感器，可參照規(guī)范提供的要求：對于滲透性較差的黏性土地基，間隔時間不少于3～4周；對于滲透性較好的地基，可連續(xù)夯擊。

綜上，對于強夯處理地基，應先根據設計要求，對所需加固的各土層提出承載力、壓縮模量等具體指標。再根據場地條件和地基土性質，設計強夯施工的基本參數。并在試夯前根據地基土性質選擇合適的試夯監(jiān)測及檢測方法，提出試夯要求。對試夯結果進行檢測、驗證、修改后，確定最終的強夯施工參數，以指導整個場區(qū)的大面積強夯施工。