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岩土研究院

强夯置换法的设计

322 2022-02-22 15:18:40

对饱和软粘土来说,如淤泥和淤泥质土地基,强夯处理效果不显著,这时可采用在夯坑内填碎石、砂或其他粗颗粒材料,通过夯击能作用排开软土,从而在地基中形成碎石墩。这种方法被称为强夯置换法。

由于碎石墩具有较高的强度并能和周围土体形成复合地基。另外,碎石墩中的孔隙是软土孔隙水良好的排水通道,由此缩短了软十的排水固结时间.使十体强度得到提高。强夯置换法具有良好的处理效果,但目前尚无成熟的设计、施工方法,需要在实践中不断积累经验,逐步推广强夯法的适用土类。

一、加固深度的确定及加固原理

强夯置换墩的深度由土质条件而定,对淤泥、泥炭等软弱粘性土层,置换墩应穿透软土层,着底在较好土层上;因墩底竖向应力较墩间土高,如果墩底仍在软弱土层中时,恐承受不了墩底较高竖向应力而产生较多下沉。对深厚饱和粉土、粉砂,墩身可不穿透该层;因墩下土在施工中密度变大,强度提高有保证,故可不穿透该层。

基于上述原因和根据国内常用夯击能常在 5000kN·m 以下,强夯置换墩深度不宜超过7m。强夯置换的加固原理相当于下列三者之一∶

强夯置换=强夯(加密)+碎石墩+特大直径排水井

因此,墩间的和墩下的粉土或粘性土通过排水与加密,其密度及状态可以改善。由此可见,强夯置换的加固深度由两部分组成,即置换深度+墩下加密深度。墩下加密深度,因资料有限目前尚难确定,应通过现场试验逐步积累资料。

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三、墩体材料的要求

墩体材料可采用级配良好的碎石、块石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料,粒径大于300mm 的颗粒含量不宜超过全重的 30%。

墩体材料级配不好或块石过大,均易在墩中留下大孔,致使后续墩施工或建筑物使用过程中墩间土挤入孔隙,下沉增加。

四、穷击次数

同强夯法一样,夯击次数是强夯置换法的一个重要的设计参数,夯击次数一般应通过现场试验确定,常以碎石墩满足一定的密实度和着底(设计充盈系数概念)而墩身周围隆起量最小的原则来确定夯击次数,且应同时满足下列条件;1.墩底穿过软弱土层,且达到设计墩长。

2.累计夯沉量(即指单个夯点在每一击下夯沉量的总和)为设计墩长的1.5~2.0倍,以保证夯墩的密实度和着底。

3.最后两击的平均夯沉量不大于下列数值∶当单击夯击能小于4000kN·m 时为50mm;当单击夯击能小于4000~6000kN·m 时为100mm;当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm。

五、敬位布置及间距

墩位布置的原则与强夯点位布置相类似,宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。

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。为保证基础的刚度与墩间距相匹配,基础或路面的刚度应使基底标高处的置换墩与墩间土下沉一致。如基础很柔,则墩与墩间土可能产生下沉不均或路面与基础开裂。因此,当墩间净距较大时,应适当提高上部结构和基础的刚度。

六、加固范围

与强夯法同理,强夯置换法的处理范围应大于建筑物基础范围,一般情况下,可按下式确定,且不宜小于3m。

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七.起夯面

在强夯置换设计时,由于地面不可避免地要抬高,故应确定好起夯面。根据有关资料,在强夯置换处理过程中,特别是饱和粘性土,地面隆起的体积可达填入料体积的大半。这主要是因为粘性土在强夯置换中密度改变较粉土小,虽有部分粘土颗粒挤入置换墩孔隙中,或因填料吸水而降低一些含水量,但隆起的体积还是可观的,因此,在试夯时应仔细做好记录,做出合理的抬高估计,以便正确确定起夯面。

八.垫层

在强夯完成之后,常需在墩顶铺设一垫层。垫层的材料可与墩身相同,其粒径不宜大于100mm,厚度不小于500mm。铺设垫层可在墩顶形成一覆盖压力,减小墩侧土隆起,使墩侧土得到加固;并可作为墩侧土孔隙水压力的消散通道,加快墩侧土的固结,提高墩侧土的强度;同时还可以调整墩身应力集中现象,减小墩和墩间土的不均匀沉降,使墩和墩侧土形成良好的复合地基,共同承担上部荷载。

九、地基承载力

确定强夯置换法的地基承载力特征值时。对软弱粘性土(如淤泥或流期的粘性十)中的需换墩,可只考虑墩体,不考虑墩间土的承载力。其承载力应通过现场单墩载荷试验确定,即按单墩载荷试验的承载力除以单墩加固面积取为加固后的地基承载力。对饱和粉十地基可按复合地基考虑,其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。

这是由于墩体填料为碎石或砂砾石时、置换墩形成过程中大量填料与墩间土混合,越浅处混合的越多,因面墩间土已非原来的土而是一种混合土,含水量与密实度改善很多,可与墩体共同组成复合地基。但对于软弱粘土而言,国内个别地区有不成功的工程事例,以及对强夯置换中填料要求和施工操作目前尚未规范化,填料中块石过多,混合作用不强,墩侧土在强夯置换过程中改善不够,为安全起见,对软弱粘性土应暂不计墩侧土的复合作用。

十、地基变形计算

强夯置 换法的地基变形计算应按现行国家标准《建筑地基基 础设计规范》(GB 50007—2002)的有关规定执行。复合土层的压缩模量可按下式计算;

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