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岩土研究院

强夯法设计

367 2022-03-30 15:26:28

1.锤重和落距

夯锤重 G 与落距λ是影响夯击能和加固深度的重要因素。锤重和落距越大,加固效果越好。整个加周场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考惠。并可通过现场试验确定。在一般情况下、对粗颗粒土可取 1000 ~3000kN·m/m²,对细颗粒土可取 1500~4000kN·m/m2。

我国夯锤一般为10~25t,最大夯锤为40t。夯锤确定后,根据要求的单点夯击能量,就能确定夯锤的落距。我国通常采用的落距为8~20m。对相同的夯击能量,常选用大落距的施工方案。这是因为增大落距可获得较大的接地速度,能将大部分能量有效地传到地下深处,增加深层夯实效果,减少消耗在地表土层塑性变形的能量。

2.最佳夯击能

从理论上讲,在某一夯击能作用下,地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能称为最佳夯击能。对砂性土和粘性土。分别采用不同的确定方法。

(1)砂性土最佳夯击能的确定方法。

在砂性土中,由于孔隙水压力增长及消散过程仅几分钟时间,见图3-4-16。因此,孔鼠水压力不能随夯击能增加而叠加。为此,可绘制最大孔隙水压力增量与夯击次数(夯击能)的关系曲线来确定最佳夯击能,见图3-4-17。当孔隙水压力增量随着夯击次数(夯击能)的增加而逐渐超于恒定时。可认为该砂性土所能接受的能量已达到饱和状态,此种能量即为最佳夯击能。

(2)粘性土最佳夯击能的确定方法

粘性土由于孔隙水压力消散慢,当夯击能逐渐增大时。孔隙水压力也相应地叠加,可按此叠加值确定最佳夯击能。应注意,孔隙水压力沿深度的分布规律是上大下小,而土的自重压力则是上小下大、因此,强夯的最佳夯击能应采用有效影响深度确定为宜。

3.夯点布置(1)夯点布置

夯点可根据建筑物结构类型,按等边三角形、等腰三角形或正方形布置,见图3.-4-18。

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(2)夯点间距

夯点间距(夯距)的确定,一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。为了使深层土得以加固,第一遍夯点的间距、可取5~9m,以后各遍夯点间距可与第一遍相同,也可适当减小。这样才能使夯击能量传递到深处。下一遍点往往布置在上一遍夯点的中间。最后一遍是以较低的夯击能进行夯击,彼此重叠搭接,以确保近地表土的均匀性和较高的密实度。如果夯距太近,相邻夯点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层,则将影响夯击能向深部传递。夯击粘性土时。—般在夯坑周围会产生辐射向裂隙,这些裂隙是动力固结的主要因素。如夯距太小时,等于使产生的裂隙重新又被闭合。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程,第一遍夯点间距宜适当增大。

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4.夯击数与夯击遍数

(1)夯击数

夯点的夯击数,应按现场试夯得到的夯击数和夯沉量关系曲线确定,且应同时满足下列条件∶

①最后两击的平均夯沉量不大于50mm,当单击夯击能量较大时不大于100mm。②夯坑周围地面不应发生过大的隆起。③不因夯坑过深而发生起锤困难。各夯点的夯击数,应使土体竖向压缩量最大,而侧向位移最小为原则,或最后两击沉降量之差小于试夯确定的数值为准,一般软土控制瞬时沉降量为5~8cm,废渣填石地基控制的最后两击下沉量之差为2~4cm。每夯点夯击数。一般为4~10击,开始两遍夯击数宜多些,随后各遍夯击数逐渐减少,最后一遍只夯1~2击。

(1)夯击遍数

夯击遍数如图3-4-18所示。在整个强夯场地中,将同一编号的夯点夯完算作一遍。夯击遍数应根据现场地基土的性质确定。一般对选水性弱的细颗粒土层及加固要求高的工程,夯击遍数可适当增加。一般情况下,可采用2~5遍,前2~3遍为"间夯",最后一遍以低能量(为前几遍能量的1/4~1/5进行)"满夯"一遍,其目的是将松动的表层土夯实。

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5.两遍夯击的间歇时间

间歇时间是指两遍夯击之间一定的时间间隔。两遗间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压消散所需的时间,一旦夯击后的孔隙水压力消散。地基稳定后,即可进行新的夯击作业。对无地下水或地下水位在 5m 以下,含水量较少的碎石类填土或透水性强的砂性土,孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间,消散时间只需3~4min,即可连续夯击。对粘性土或冲积土,由于孔隙水压力消散较慢,其间歇时间一般为3~4周。目前国内有的工程在粘性土地基的现场埋设了袋装砂井(或塑料排水带),以便加速孔隙水压力的消散,缩短间歇时间,达到连续夯击的目的。

6. 加固范围

当现场四周为外新部没有夯击过和内部夯击过的边缘时。为了避免在夯击后的土中出现不均匀的边界现象。从而引起建筑物的差异沉降,必须规定对夯击面积增加一个附加值。放大宽度可自建筑物基础外侧边线增加处理深度的1/2~23 距离,并不宜小于3m。

根据初步确定的强夯参数。提出强夯试验方案,进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数周后,对试穷场地进行测试。并与夯前测试数据进行对比,检验强夯效果,确定工程采用的各项强夯参数。

7.加固影响深度

强夯法的有效加固深度与强夯工艺有密切关系。应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按表3-4-3预估。

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8.强夯法加固地基的试验与检测

(1)试验的基本要求

强夯法加固地基的试验包括两类。一类是工艺性试验。确定强夯的夯击能量、夯击次数、有效夯实系数等,主要由单点夯试验确定;另一类是方案可行性试验,在整个强夯处理场区选择若干具有代表性地层的区域进行群夯试验,确定夯击能量、夯击方式(遍数)、夯击间距、间隔周期、地面下沉量及强夯地基承载力、压缩模量、有效处理深度,一般群夯区域面积20m×20m,经强夯处理后在上面进行2~3组载荷试验,标准贯入试验或其它原位、土工试验,并与未进行强夯处理的原状地基试验结果进行对照比较,从而确定评估强夯加固效果。

(2)试验方法

①载荷试验∶确定强夯后地基承载力标准值,并与原状地基载荷试验结果对照,判断强夯法对提高地基承载力桥准值的影响,载荷试验可按《建筑地基基础设计规范》(CBJ7-89)进行。地基经强夯处理后一般成为低压缩性土,故取每一载荷试验 P~s 曲线的P00作为承载力的基本值,取试验区域的载荷试验承载力基本值的平均值为该区强夯地基承载力标准值。

当强夯加固深度较深,或上部结构特别重要时,应选择大尺寸载荷试验,压板直径(边长)可在1~3m之间适当选取。

②标准贯人试验∶辅助载荷试验判断强夯加固工艺提高地基承载力并确定有效加固深度。标准贯入试验按《建筑地基基础设计规范》(GBJT-89)进行,标准贯人贯人试验用于判断强夯加固效果,强夯有效影响深度是非常直接和有效的,当用其确定强夯地基承载力和压储模量时当格外慎重,对于重要的建(构)筑物应当遵照规范的要求进行载荷试验确定,对于一般建(构)筑物亦应当根据有充分依据的试验对照结果来评价。切忌简单直接查表(包括规范中的建议表或地区的经验表)确定承载力。规范 GBJ7-89条文说明中明确指出;"用经验关系或经验公式,诸如标准贯人、静(动)力触探以及旁压仪等"作为"第二类原位测试方法确定地基承载力时。必须有相当数量的、直接对比的载荷试验为依据"。不允许通过物理指标查用规范承载力表值来建立间接经验关系。因为这类间接关系,既不符合统计原则,也是不可靠的。它包含了两次统计误差,真正的使用价值可能很低,而且可能是不安全的。同时强调"对于重要的一级建筑物必须进行载荷试验"。本书编者参与了许多重大工程项目地基处理方案讨论,发现地基承载力的确定已成为值得深入研究的课题,因此建议设计、勘察单位技术人员一定要深人研究规范。

③其它试验方法∶包括静(动)力触探、旁压试验瑞雷波试验等原位试验方法和土性分析压缩试验等室内土工试验方法。这些方法均可为设计人员确定强夯地基承载力提供参考值。但需注意这些方法均是间接检测手段,与标贯试验--样,亦必须有相当数量的,直接对比的载荷试验作为评价依据。

(3)检测评价的基本要求及方法

强夯地基的检测评价应依据设计要求。对于强夯地基承载力、变形与压缩模量进行试验与评价,其方法与上述试验方法相同。

由于场地面积大,如本篇实录所介绍,有些工程处理面积达几十万平方米,上千个建(构)筑物,其中许多为重要建(构)筑物,若按规范要求都做载荷试验,其工作量和试验周期将成为制约工程进度的因素,无疑是办不到的。

针对这一情况,建议对大面积场区经强夯处理后选择有代表性的特别重要的建(构)筑地基进行专题的载荷试验—标准贯人试验或其它间接检测方法对比试验,可结合工程检测进行,进而指导整个场区强夯地基的检测评价。这种建立的载荷试验—标准贯入试验或其它间接检测方法对照结果对于该场区地基承载力的评价具有直接指导意义比查规范表格更为可靠。

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关于该条规定的原因。规范 JGJ79-91条文说明中并未作出具体解释。本书编者对原因分析之管见是、经地基处理后,许多是为了工业建设。如油罐地基、仓储、堆料。这类基础多为柔性基础,变形协调,不能考虑基础的调节作用,因此不应考虑基础宽度对承载力的修正作用、当对于刚性基础,由于地基处理范围、深度有限,基底压力的影响范围已超出加固区域。使其变得极为复杂,难以准确考虑。

(4)强夯振动对环境影响的测试,分析及对策

为了确定强夯振动对用围环境、建(构)筑物的影响,应在试验阶段对强夯振动可能产生的影响作出评估,一般可采用加速度测试办法进行评价。为了减少强夯振动对周围环境的影响,有效方法就是设置隔振沟,通过加速度测试评价隔振沟对强夯振动的衰减作用。

北京乙烯工程强夯地基可行性试验中对强夯振动的影响进行加速度测试,测试布置方案如图3-4-19所示。

加速度测试结果则如表3-4-4。当未设隔振沟时,30m处三维最大加速度分别为0.062g,0.073g、0.022g、而60m处三维最大加速度分别为0.032g、0.037g、0.015g,从30m到 60m,加速度减弱近50%。

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当设有隔振沟时,17.5m 处隔振沟以内三维最大加速度达0.24g、0.125g、0.055g,而隔振沟外侧仅隔 10m(27.5m处)的三维最大加速度为0.058g、0.078g、0.028g,加速度减弱达75%,说明隔振沟减弱强夯振动的影响非常显著。试验结果表明。距夯点 30m 范围之内振动加速均按负暴函数曲线形式迅速衰减,大于 30m 以后。则以较低的振动强度影响到很远的范围,虽然这种振动强度对结构物已不会造成严重损坏。但对某些有特别要求的精密电子仪器或机械设备可能会产生一定影响。可通过加速度测试判断是否满足仪器使用要求。

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目前,分析方法大多将强夯振动影响划分为三个区域。根据建(构)筑物破坏标准或人体对振动的允许标准确定强夯施工的安全距离,具体如下;

(1)振动破坏区∶一般距离夯点10m 以内,该区域内的地面振动加速度大于0.5g,速度大于5cm/秒,振幅大于1.0mm。这样的振动对一般建(构)筑物会造成一定的破坏,但具体对不同的结构型式所造成的破坏程度尚待研究。

(2)振动损坏区∶距离夯点 10~30m。该区域内的地面振动加速度为(0.1~0.5)g,振动速度1~5cm/s,振幅1.0~2.0mm。这种振动对一般单层房屋和临时建筑不会产生破坏,但对正在施工的多层房屋或墙体砌体强度尚未达到设计要求的建《构)筑物可能有一定的损伤。尚待研究的是目前强夯能量越来越高。8000kN·m 能量强夯已很普遍,高能级强夯振动的影响显然与低能级强夯振动的影响不同。

(3)相对安全区∶距离夯点30m 以外。此处的振动加速度区小于0.1g。振动速度小于1cm/s,振幅小于0.2mm。这种振动对于精密仪器、仪表、机、电子计算机的房屋会有一定的影响,可通过加速度测试结果与使用说明对照后进行综合评价,而对一般的建(构)筑物不会造成损坏。