地基处理第四章强夯法和强夯置换法

【例题4-5】强夯法适用的土类较多，但对哪些土类处理效果比较差? （A）饱和软粘性土 （B）湿陷性黄土 （C）砂土 （D）碎石土 【正确答案】A 【解】工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。 4.3 设计计算 (1) 有效加固深度 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表4-2预估： H??M?h (4-1) 式中 H——有效加固深度(m)； M——夯锤重(t)； h——落距(m)； ?——系数，须根据所处理地基土的性质而定，对软土可取0.5，对黄土可取0.34～ 0.5。 表4-2 强夯的有效加固深度(m) 单击夯击能(kN·m) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。 (2)夯锤和落距 单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能碎石土、砂土 等粗颗粒土 5.0～6.0 6.0～7.0 7.0～8.0 8.0～9.0 9.0～9.5 9.5～10.0 10.0～10.5 粉土、粘性土、湿陷性黄土 等细颗粒土 4.0～5.0 5.0～6.0 6.0～7.0 7.0～8.0 8.0～8.5 8.5～9.0 9.0～9.5 注：强夯的有效加固深度应从最初起夯面算起。

量大, 夯击击数少, 夯击遍数也相应减少, 加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。强夯和强夯置换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虑，并可通过试验确定。

但对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间，这样可逐步增加土的强度，改善土的压缩性。

在设计中，根据需要加固的深度初步确定采用的单击夯击能，然后再根据机具条件因地制宜地确定锤重和落距。

一般国内夯锤可取10～25t。夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。夯锤的平面一般为圆形，夯锤中设置若干个上下贯通的气孔，孔径可取250～300mm，它可减小起吊夯锤时的吸力(在上海金山石油化工厂的试验工程中测出，夯锤的吸力达三倍锤重)；又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对砂性土和碎石填土，一般锤底面积为2～4m；对一般第四纪粘性土建议用3～4m；对于淤泥质土建议采用4～6m；对于黄土建议采用4.5～5.5m。同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土，高宽比可采用1:2.5～1:2.8。强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。

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。国内通常采用的落距是8～25m。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。

(3)夯击点布置及间距 1)夯击点布置

强夯夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。同时夯击点布置时应考虑施工时吊机的行走通道。强夯置换墩位布置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。

强夯和强夯置换处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。

2)夯击点间距

强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一

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遍夯击点间距宜适当增大。夯击点间距(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，以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。

强夯置换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。

(4)夯击击数与遍数 1)夯击击数

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

b.夯坑周围地面不应发生过大隆起；

c.不因夯坑过深而发生起锤困难。

强夯置换夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件： a.墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长； b.累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0倍； c.最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。

2)夯击遍数

夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。

(5) 垫层铺设

当场地表土软弱或地下水位较高时，施工前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离，因此有时必需铺设垫层。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.5～2.0m。铺设的垫层不能含有粘土。

(6) 间歇时间

对于需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间应有一定的时间间隔。各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现

在夯完后的瞬间，消散时间只有2～4min，故对渗透性较大的砂性土， 两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。

对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。目前国内有的工程对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。有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。

【例题4-6】某工程采用强夯法加固，加固面积为5000m2，锤重为10t，落距为10m，单点击数为8击，夯点数为200，夯击5遍，则：

1、单击夯击能为：

(A)100 kN·m (B)1000 kN·m (C)800 kN·m (D)8000 kN·m 【正确答案】B 2、单点夯击能为：

(A)800 kN·m (B)8000 kN·m (C)6400 kN·m (D)64000 kN·m 【正确答案】B 3、总夯击能为：

(A)800000 kN·m (B)8000000 kN·m (C)6400000 kN·m (D)64000000 kN·m 【正确答案】B

4、该场地的单位夯击能为：

(A)160 kN·m/m2 (B)1600 kN·m/m2 (C)1280 kN·m/m2 (D)12800 kN·m/m2 【正确答案】B

【解】单击夯击能：为单击夯击的能量。

单击夯击能=锤重×落距=100kN×10m=1000kN·m； 单点夯击能：为每一夯点的夯击能。

单点夯击能=单击夯击能×单点击数=1000kN·m×8击=8000 kN·m； 总夯击能：为整个场地的总夯击能。

总夯击能=单点夯击能×总夯点数×遍数=8000 kN·m×200×5遍 =8000000 kN·m

单位夯击能：为总夯击能与加固面积之比。

单位夯击能=总夯击能/加固面积=8000000 kN·m/5000m2=1600 kN·m/m2

【例题4-7】采用强夯法加固粉土地基，其单击夯击能为4000kN·m，则其有效加固深