工程案例
業務范圍
強夯加固地基工法
發布時間：2014-08-05
強夯法加固地基，適用范圍廣泛，可用于濕陷性黃土、碎石土、砂土、一般粘性土、軟土以及工業或生活垃圾等各種填土地基。對于非飽和土地基，強夯加固效果顯著，在呈流塑狀的淤泥中拋填碎石、（鋼渣、礦渣）進行強夯擠淤也能取得較好的效果。強夯法一般采用重力為80kN（8t）以上重錘，起吊到6m以上高度，垂錘呈自由落下，對土體進行強力夯實。它是一種既能提高地基強度，降低其壓縮性，又能改善其抵抗地震液化的強力和消除土的濕陷性的地基加固方法。
該法所用設備簡單，質量控制方便，適用范圍廣泛。對飽和土地基加固效果的好壞，關鍵在于排水，如飽和砂土地基滲透性好，超孔隙水壓力容易消散，夯后固結快。對于飽和粘土或淤泥質土，由于滲透性差，必須慎重對待。
強夯法加固地基，能代替某些樁基礎而節省鋼材、木材和水泥，而且速度快、效果好、投資少，是一種經濟、簡便的地基加固方法。
1.1強夯法最適宜的施工條件：
（1）處理深度一般不超過15m；
（2）地下水位距地表面2～3m為宜；
（3）夯擊對象最好為粗顆粒土組成；
（4）施工現場距原有建筑物應有足夠的安全距離，一般宜大于10m；
（5）對于飽和軟土，地表面應鋪一層較厚的礫石、砂士等填料。
加固目的及要求
不同地基和工程有不同的加固要求：
2.1以提高地基承載力，消除不均勻變形為主。
2.2對地震液化地基，加固后應消除液化。不同的液化地基有不同的要求。
2.2.l對飽和砂土地基，加固后標準貫入錘擊數N63.5值大于按下式計算出的N＇值時，視為不液化：
N＇＝N′［l＋0.125（ds－3）－0.05（dw—2）］ （1）
式中：N＇——飽和砂土所處深度為ds，室外地面到地下水位距離為lm時，砂土液化臨界標準錘擊數；
N＇——當ds=3m，dw=2m時，砂土液化臨界貫入錘擊數。當設計烈度為7、8、9度時，其數值分別為6、10、16；
ds——飽和砂土所處深度（m）；
dw——室地面到地下水水位距離。
2.2.2輕亞粘土可按下式計算：
N″＝14.5＋0.5ds—2.4dw—Mc。（2）
式中：Mc——粘粒含量，以百分數為單位。
當實際標貫擊數N63.5大于計算值N″值時為不液化。
2.3對濕陷性黃土地基加固，要求消除濕陷性，其濕陷系數應按下式計算：
（3）
式中： δs——濕陷系數；
hp——保持天然濕度和結構的土樣，加壓至一定壓力時，下沉穩定的高度（cm）；
hP′——上述加壓穩定后的土樣，在侵水作用下，下沉穩定后的高度（cm）；
ho——土樣的原始高度。
強夯加固后地基濕陷系數δs ＜0.015時為消除濕陷性。
2.4對軟弱土地基加固，著重于提高地基土的強度和減少變形。
施工準備
3.l機具準備
3.1.1夯錘
3.l.l.l夯錘所用材料
夯錘可用鋼制，也可采用鋼板殼，內填鋼筋頭、鋼砂或澆灌混凝土制成。鑄鐵和鑄鋼材料制成的夯錘，體積小重心較低，穩定性強，回彈幅度不大，效率高。大噸位的可做成裝配式的鑄鋼夯錘，以利運輸。
3.1.1.2夯錘形狀
夯錘形狀可為圓柱形、方形、梨形、球形等形狀。為了減少或消除錘提升時土與錘之間的吸附力，以避免增加起重機的負荷，夯錘應設4～6個從錘底貫穿于錘頂的排氣孔。
3.l.l.3夯錘尺寸
夯錘單位面積可根據以下原則進行選則：
（l）夯錘單位面積的靜壓力宜在25～40kPa；
（2）夯擊能級在2000kN•m以下時，單位面積的沖擊能宜為300～500kN·m／m2；
（3）夯擊能級在3000kN·m以上時，單位面積夯擊能宜在600～800kN·m／m2；
（4）對于砂土和碎石土等，應選用較小面積的錘；對于軟土、淤泥及淤泥質土等應選用較大面積的錘；對于輕亞粘土、黃土等應選用中等面積的錘。
3.1.1.4夯錘重量
夯錘最佳重量可根據下式決定：
M＝（l＋K／2）AγR （4）
式中： M——夯錘重量（t）；
K——有效加固影響深度系數；
γ——地基土的天然容重；
A——夯錘底面積（m2）；
R——夯錘底半徑。
使用式（4）時應注意以下幾點：
（1）當夯錘底面為曲面時，其底面積A為投影面積；夯錘半徑R相應于投影圓的半徑；
（2）地基土的天然容重γ為強夯處理前的地基土設計有效加固深度范圍內的加權平均值；
（3）有效加固影響深度系數K值此處取值為0.5～0.7。
3.1.1.5夯錘排氣孔的設置
（l）夯錘上排氣孔的總面積約占夯錘投影面積的15％左右；
（2）排氣孔設置要分布均勻，上下貫通，其數量為4～6個；
（3）排氣孔的中心一般在夯錘投影面半徑的中點；
（4）如果制作允許，也可做成上小下大的喇叭口；
（5）如果是鋼殼的混凝土錘或用于飽和粘性土等軟土地基加固的夯錘，其孔徑可適當增大，以利排氣和清孔。
3.l.2起重設備
3.1.2.l起重設備應根據夯錘重量選擇。
3.1.2.2起重設備可采用履帶式、輪胎式吊車及強夯專用三腳架，宜優先選用履帶式吊車，其起重能力一般不小于15t。
3.1.2.3當吊車的起重能力小于夯擊要求（即錘重×錘到吊車中心位置的距離）時，可在一定范圍內，增設龍門架支撐；亦可由二臺吊車組合成“雙機組合吊車”進行施工。
采用輪胎吊強夯，應與龍門架支撐配合施工。
3.2現場準備
3.2.1施工場地應平整，并經推土機壓實，以承載吊車及夯錘的重量。
3.2.2測量放線，放出夯擊范圍及夯擊點的位置。
3.2.3如鄰近有建筑物時，應距強夯點一定距離內挖好隔振溝。
3.2.4準備好配套的推土機、自動脫鉤裝置、夯錘、經緯儀、水平儀、滑輪、鋼絲繩及繩扣等機具。
3.3勞動組織（每臺班）
（l）工長兼技術員1名；
（2）測量兼沉降記錄員1名；
（3）現場操作指揮，兼扶塔尺1名；
（4）掛鉤1～2名；
（5）吊車司機1名。
試夯
4.1試夯的工作內容
4.1.l根據工程地質勘察報告及加固要求，在施工現場選取一塊有代表性的試驗區，其面積不小于20×20m2；該試驗區亦可選在需加固的地面上。
4.1.2按選定的夯錘用不同擊數（或不同高度）進行夯擊。
4.1.3根據試驗要求在試驗區內的不同點和不同深度處埋設孔隙水壓探頭，做好夯前、夯后的孔隙水壓的跟蹤測定，確定強夯間歇時間。
4.1.4進行沉降觀測，并準確記錄。
4.1.5整理靜力觸探等測試結果，確定強夯遍數及每遍夯擊次數。
施工參數的確定
5.l有效加固范圍
5.l.1加固范圍（見圖1）
5.1.1.1根據修正梅納公式，加固深度和寬度可按下式計算：
（5）
b＝2htgθ＋l （6）
式中： h——有效加固深度（m）；
K——有效深度修正系數，其值為0.3～0.9；
b——有效加固寬度（m）；
θ——壓力擴散角，一般取θ=22º～30º；
M——錘重（t）；
H——夯錘落距（m）。
5.1.1.2根據波的傳播特性和土對能量的吸收情況，可根據下式確定加固半徑（即加固寬度和深度）rs（見圖2）。
(7)
式中： rs——有效加固半徑（m）；
M——錘重（t）；
H——夯錘落距（m）；
Vp——縱波波速（m／sec） ；
α——土的能量吸收系數；
Ki——大于1的系數，一般為3～5。
土的能量吸收系數α值 表1
土 質 情 況
α值(s/m)
松軟飽和粉細砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土
0.01～0.03
很濕的亞粘土、粘土
0.04～0.06
稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土
0.07～0.10
硬塑的粘土和中密的塊石、碎石
0.0875～0.115
可塑的粘土和中密的粗砂、礫石
0.1～0.125
注：本公式引自《巖土工程學報》1986年第三期左名麒著《震動波與強夯法機理》
5.2間歇時間
每遍強夯之間的間歇時間，應根據孔隙水壓力消散時間的長短而定。
加強在間歇時間中對孔隙水壓力的觀察，當孔隙水壓從峰值消散到穩定值后所需的時間即為合理的間歇時間。砂土可不考慮間歇時間的影響。
5.3夯擊點布置
5.3.l對基礎面積大或粘性土，宜用正方形網格布置。
5.3.2對條形基礎可采用“點線插檔”法布置。
5.3.3柱基宜采用點夯，對加固深度較大的工程，可按土層厚度不同，分二遍以上點夯，最后一遍滿夯。
5.3.4對砂性土或填石地基和土夾石填料可用連夯法布點夯擊。
5.4夯擊擊數的確定
夯擊擊數的確定，是根據地基加固后應達到規定指標來確定的。夯擊要求豎向壓縮最大，側向移動最小。
5.4.l對于非飽和土或填土，可將最后兩擊的下沉量之和的平均值小于4cm作為每點的夯擊擊數。
5.4.2對于飽和粘性土，應以孔隙水壓力上升到最大值即等于土體自重：
Ut=9.80665×10－2γ·ho （8）
式中： Ut——孔隙水壓力（kPa）；
γ——土的容重（g／cm3）；
ho——上覆土層厚度（cm）；
或出現液化現象來控制夯擊擊數。
5.5夯擊遍數
確定夯擊遍數的原則是根據壓縮層厚度、土質條件和計算沉降要求來確定。土體壓縮層越厚，土的顆粒越細，含水量越高，夯擊的遍數宜多；當夯擊沉降量為計算最終沉降量的80～90％時，即視為夯擊完畢。
施工工藝
6.l強夯法施工程序（見圖3）
6.2夯擊施工注意事項
6.2.l嚴格按照設計布置的夯點放線、夯擊；按照試夯所確定夯擊擊數、間隔時間、夯擊遍數、錘重、落距等參數施工。
6.2.2如采用方形錘應有人工導向。
6.2.3在滿夯時應隨時調整吊車位置，以防止出現以吊車為中心的扇形面，影響夯擊效果。
6.3施工中的安全注意事項
6.3.1強夯施工的夯錘系自動脫鉤，現場施工必須高度集中，統一指揮，不得有任何混亂現象，整個現場應由起重指揮員全面負責。
6.3.2吊車司機、推土機司機都要集中精力聽從起重指揮員的號令，不得盲動，夯錘起吊后，禁止任何人從吊桿下方通過。
6.3.3吊車司機應嚴格遵守安全操作規程。
6.3.4夯錘升起如超過脫鉤高度仍不能自動脫鉤時，起重指揮員應立即發出停車信號，并將夯錘落下，找出原因，進行處理。
6.3.5夯擊前應注意周圍高壓線對吊車及纜繩的影響，對臨近的建（構）筑物、廠區豎向工程地下管溝或管線、電桿等亦應保持一定距離，并會同設計部門進行調查，共同確定強夯加固范圍。對臨近有精密電子設備的建筑物，應采取隔振措施，以消除振動帶來的危害。
6.3.6夯擊場地應視情況適當灑水，以防石、水四濺，塵土飛揚，在吊車操作室擋風玻璃前，應增設一面鉛絲防護網。
強夯加固效果檢測
強夯后的地基應進行加固效果檢測，可選擇靜力觸探、荷載板、標貫、十字板、旁壓儀等測試項目，一般不少于一項測試項目。
工程實例
8.l天津瑪鋼廠新建鑄造車間、辦公樓等，建造在原為坑塘洼地上，表層雜填土厚為3～7m，主要為拆房土、生活垃圾、爐渣、鐵屑及小鐵塊混雜而成。
強夯加固的房屋地基面積共計5686m2。施工中采用W—1001型履帶式起重機，夯錘采用20mm厚鋼板為殼，錘內用鋼板分成九格，填以鋼砂，錘重9.4t，落距11.2m，每擊夯擊能為1032kN·m。采取先滿夯，每點3～4擊；然后在建筑物基礎部分按基槽的寬度連續夯，夯間距3.3m，每點夯8～10擊，以最后兩擊下沉量之和的平均值≤4～ 6cm為限。
此次施工，采用了中科院武漢巖土研究所的動、靜態兩套儀器測量孔隙水壓力；采用4個65型微振儀進行波速測量，還采用了鐵道科學院研制的K30地基承載力試驗車進行測試。
強夯后，地基承載力提高了67％。更主要的是，強夯后的雜填土地基具有較好的均勻性，解決了負摩阻力問題，滿足了房屋基礎設計的強度和變形要求。該工程已建成5年，使用效果良好。
該工程節省投資約40萬元。
8.2強夯法加固軟土及輕亞粘土地基，消除了液化。
中匈合資肉雞聯合總場，位于天津西郊，場地為鹽堿荒地。擬建的8個筒倉高22m，單倉總重900t。地基加固要求：提高承載力和滿足烈度為8度地震時的地基不液化要求。
該場地地面下0～4m的飽和輕亞粘土層為嚴重可液化地基。0～8m各地層承載力很低。
強夯施工采取先用推土機推去60cm厚的表層土，再進行點夯和滿夯作業。夯錘重9t，落距10.5m，夯間距3.4m，點夯1遍，每點8擊，滿夯每點3擊。
加固后的地基評價：
8.2.l地基承載力
8.2.1.1 0～4m的輕亞粘土層，強夯前〔R〕＝100kPa左右，強夯加固后〔R〕＝240kPa；
8.2.1.2 4.1～6.8m粘土層，強夯前〔R〕＝110kPa，強夯后〔R〕＝150kPa。
8.2.2地震液化問題
強夯后，經檢測和應用有關規范規定的公式驗標，在烈度為8度地震時為不液化地基。
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