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岩土研究院

强夯法的设计计算

728 2022-05-23 16:21:07

实践证明,用强夯法加固松软地基,一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求,正确地设计计算各个强夯参数,方能达到有效而经济的目的。强夯参数包括∶单点夯击能(锤重乘以落距)、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间,加固范围和夯点布置等。


1.单点夯击能


单点夯击能等于(锤重x落距)。


一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大小,按式(12-1)确定。然后根据选用吊机大小可选择锤重和落距。法国第一个强夯工程所用的锤重为80kN,落距10m。后来改用锤重150kN,落距25m。目前。世界上最大的锤重2000kN,落距25m,其加固深度可达40m。我国所用的锤重为80~250kN,个别可达400kN,落距8~25m。


对相同的夯击能,常选用大落距方案,这样能获得较大的接地速度,将能量的大部分有效传到地下深处,增加深层夯实效果,减少消耗在地表土层塑性变形的能量。


夯锤的平面一般有圆形和方形等,又有气孔式和封闭式两种。实践证明,圆形并带有气孔的锤较好,它可克服方形锤由于两次夯击落地不完全重合而造成的损失。


2.最佳夯击能的确定


从理论上讲,在这样的夯击能作用下,地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力,这样的夯击能称为最佳夯击能。


(1)粘性土最佳夯击能的确定方法


在粘性土中,由于孔隙水压力消散慢,当夯击能逐渐增大时,孔隙水压力亦相应的叠加。因而在粘性土中,可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。


新港软土在单点夯击能130kJ条件下,取夯击4次的总能量520kJ为最佳夯击能。必须指出,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,强夯的影响深度虽然可由Menard的经验估算,但用有效影响深度确定为宜。


(2)砂性土最佳夯击能的确定方法


在砂性土中,由于孔隙水压增长及消散过程仅为几分钟的时间。因此,孔隙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。当孔隙水压力增量随着夯击次数(夯击能)增加而逐渐趋于恒定时,可认为该种砂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。根据此原则最后确定50kN锤在16m落距的条件下其最佳夯击能为4800kJ;100kN锤在13m落距条件下其最佳夯击能为5200kJ为宜。


(3)夯点的夯击次数

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


①夯坑周围地面不应发生过大隆起;


②不因夯坑过深而发生起锤困难;


③每击夯沉量不能过小,过小无加固作用。


也可参照夯坑周围土体隆起的情况予以确定,就是当夯坑的竖向压缩最大,而周围土体的隆起最小时的夯击数,为该遍夯击次数。对于饱和细粒土,击数可根据孔隙水压力的增长和消散来决定,当被加固的土层将发生液化时,此时的击数即为该遍击数,以后各遍击数也可按此确定。


3. 夯击遍数的确定

根据国内外文献记述,一般为1~8遍,对于粗颗粒土夯击遍数可少些,而对于细颗粒土特别是淤泥质土则夯击遍数要求多些。例如法国戛纳附近的采石场弃磴土填海造地只强夯一遍。英国伦敦土则夯5遍。而瑞典维内尔表层2~10m为含有大量有机质的粉土与砂的吹填土,下层为高压缩性三角洲冲积土或老的砂填土的软弱地基,最多的夯7遍。国内大多数工程夯2~3遍,最后进行低能量“搭夯”,即“锤印”彼此搭接。


4. 相邻夯击两遍之间的间歇时间确定方法


所谓间歇时间,系指相邻夯击两遍之间的间歇时间。Ménard指出,一旦孔隙水压力消散,即可进行新的夯击作业。根据土质情况,Menard建议间歇时间为1~6周。通过试验发现∶对于软粘土,孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间,每遍的总夯击能越大,则孔隙水压力消散时间越长(图12-4)。因此,其间歇时间不能小于4周。对于砂性土,孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间,消散时间只有3~4min(图12-14)。因此,对于渗透系数较大的砂性土,其间歇时间很短,即可以连续作业。


5.加固范围

由于基础的应力扩散作用,强夯处理范围应大于基础范围,其具体放大范围可根据构筑物类型和重要性等因素来决定。


有的文献记述,加固范围比加固地基的长度L和宽度B各大出加固厚度H,即(L+H)×(B+H)。


加固宽度应根据建筑物的种类和重要性等因素综合分析确定。例如边坡稳定应考虑加固的最危险的滑弧范围处。


6. 夯点布置和夯点间距


为了使地基比较均匀,对于较大面积的强夯处理,夯击点一般可按等边三角形或正方形布置,这样布置比较规整,也便于强夯施工。


夯击点间距可根据所要求加固的地基土的性质和要求处理的深度而定。当土质差,软土层厚时应适当增加夯点间距;当软土层较薄时而又有砂类土夹层或土夹石填土等时,可适当减少夯距。夯距太小,相邻夯点的加固效应在浅处叠加而形成硬层,影响夯击能向深部传递。当地基土为粘性土时,若夯距太小,会使已产生的裂隙重新闭合,夯距通常为5~9m,同时下一遍夯击点往往布置在上一遍夯点的中间,最后一遍的较低的夯击能,彼此重叠搭接进行夯击,以确保地表土的均匀性和较高的密实度。


图12-11为某工程强夯区夯击点布置图。这种布置的最大特点是给吊机留有通道,当全部夯点夯完后,夯坑可一次填平。


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