強夯法加固地基的設計參數研究

吳永元

摘 要：本人結合工作實踐，探討和分析強夯法的主要設計參數，主要從影響有效加固深度的成因、夯擊能量的確定、兩遍夯擊間隔時間的確定三個方面加以闡述。

關鍵詞：強夯法；加固地基；設計參數

隨著科學技術的快速發(fā)展，強夯法在工程中應用也得到了快速發(fā)展。到目前為止，強夯法還處在不成熟階段，缺乏一套科學計算方法對設計參數進行確定。在工程中，最常用的是根據工程實際情況和工作經驗來選定，選定參數后，通過現場試驗來檢驗參數的正確性，然后再做出必要的改正，最后確定合適且正確的設計參數。在強夯法中主要設計參數有：有效加固深度、夯擊能、兩遍夯擊間隔時間等。

1 影響有效加固深度的原因

不管采用何種地基處理方法，土體的加固影響深度都是要重點考慮的問題。在強夯法中，上部結構基礎設計的主要依據是加固深度，加固深度在強夯法中扮演了重要角色。

1.1 夯擊能與加固深度。在地基施工過程中，有兩個應力影響到了待加固的地基土體，本身自重應力是內因，夯錘的打擊力是外因，夯錘的打擊力是待加固地基受到的唯一的外應力。夯錘引起的外應力是決定特定地基土體加固深度的關鍵因素。目前有很多方式可以用來表達強夯夯擊外應力，能量（Wh）和動壓力（P/A）是最常用的兩種方式。勢能（Wh）有兩大優(yōu)勢，優(yōu)勢之一是勢能（Wh）與加固深度存在著密切的關系，優(yōu)勢之二是勢能（Wh）有簡單的測量計算以及表達方式。因此，勢能（Wh）是人們在工程上廣泛運用的一種計算式。

1.2 夯錘底面積與加固深度。從很多工程的實際情況出發(fā)，認為強夯夯錘底面積大小的選擇受到兩個因素的制約，制約因素之一是由起重機本身的能力大小決定的，如果底面積過小，設備撥桿起吊角度不會受到制約，反之，設備撥桿起吊角度會受到制約；制約因素之二是待加固地基土體類型。對于不同的土體類型，則會采用不同規(guī)格的夯錘，小底面積2～4m2夯錘通常用于砂質土和碎石填土等粗粒土中的運用，3～4m2的夯錘常用于粘性土，4～6m2的大底面積夯錘則用于淤泥質土采。其原因是，認為小面積夯錘對于淤泥質土，由于入土過深從而會發(fā)生吸錘，就會導致起錘困難，粗粒土對小面積夯則不會產生較大的影響。

夯錘著地時的動壓力，有時又稱沖擊壓力，是由夯錘底面積的大小決定的。如果單擊夯擊能保持不變，當錘底面積小時，則錘底動應力大，夯坑深，因分布面積小，衰減快，錘底影響深度小。反之，則會出現另一種結果。

1.3 土體特征與加固深度。土體的特征基本上是固定的，土體都是固、液、氣三相體，在固體顆粒之間存在著很多的孔隙，這些孔隙的存在就為液、氣兩相地存在提供了廣闊的空間，加固土體是為了最大限度地縮小孔隙，從而破壞液、氣的生存空間，進而排除液、氣兩相的存在，從而讓固體顆粒的距離縮小，甚至直接接觸在一起，這樣就會導致土體的密實度加固，增加土體的強度，從而可以降低土體的壓縮性。而表述土體密實程度最為直接的指標是孔隙比（度）或土體的容重。孔隙比（度）主要反映了土體的容重，土體的容重是由土體中固體顆粒的松緊程度決定的，孔隙比（度）更能反映固體顆粒是由什么礦物組成和這些組成礦物的性質，在施工中，經常會遇到干容重大的土體，這種土體就說明了顆粒排列度相當緊密，并且孔隙密度很低度低。容重的高低是土體強度的主要標志。對于干容重大、承載力高的土體對夯擊外應力存在相當大的阻力，在這個過程中如果夯擊力效率降低，就會減小加固深度。

2 夯擊能量的確定

單擊夯能是由夯錘重W和落距h共同決定的，單擊夯能等于夯錘錘重W和落距h的乘積。隨著落距h的增大，加固效果也會變得越來越好，反之，則加固效果會變得越來越差越差。單位夯擊能的大小與兩個因素有關，一方面是由整個加固場地的總夯擊能量決定的，另一方面是加固面積決定的，單位夯擊能與整個加固場地的總夯擊能量（即錘重×落距×總夯擊數）成正比例關系，與加固面積成反比例關系。在確定強夯的單位夯擊能的過程中，要綜合考慮地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等方面的因素，也可以通過現場試驗的方法來確定。

2.1 總單位面積夯擊能。在工程施工中得到了一個普遍規(guī)律，那就是對于一般粗粒土每平方米可取1000～3000kJ，而細粒土就不同了，在細粒土中每平方米要取1500～4000kJ。有些土體，本身的含水量就特別高，因此，在這些軟弱粘性土中取值時，由于其加固深度大，再加上土體的單擊能量大，并且有較大的承載力，取值就會非常大。因此，在施工過程中，要明確分析土體的性質，取到合適的值，從而可以有效地解決其中涉及的問題。如果土體自身達到的極限值很大時，就不可以再增加夯擊能，因為伴隨著夯擊能的增多，會導致施工場地凸起，無法達到加固的效果。因此，在施工過程中，要加大對這一極限值的控制力度，將其控制在一定的范圍內，最終達到加固地基的效果。

2.2 每遍單位面積夯擊能。根據飽和土的特征，飽和土需要進行分遍夯擊，在每一遍夯擊的過程中都存在著一個極限夯擊能。梅納關于飽和土研究得出一個觀點，這個觀點就是飽和土夯擊時土液化、孔隙水壓力升高。每遍最佳夯擊能是指地基中孔隙水壓力達到土的自重應力，并且土已經液化。然而在實際施工中，孔隙水壓力值很多情況下都達不到上覆土的自重應力值。

在論述飽和土的加固機理過程中所說的強夯時的孔隙水壓通常是指強夯擠密孔隙水壓，這種結論與地震液化的孔隙水壓存在很大的區(qū)別，用孔隙水壓值來準確判定飽和夯擊能是非常困難的，但還是可以判斷出夯擊時錘底加固區(qū)的擠壓力大于坑側土的制約力。如果發(fā)現土隆起的情況，就已經不存在加固效果，就也有繼續(xù)夯擊的必要，可將這個夯擊能作為飽和夯擊能。反之，就必須繼續(xù)夯擊，達到主壓實區(qū)加深、擴大的狀況。試夯時可以采用最后貫入度控制施工，達到控制加固效果。單遍夯擊飽和夯擊能可通過試夯決定，也可通過工程類比決定。

3 兩遍夯擊間隔時間的確定

兩遍夯擊之間存在的時間間隔取決于超靜孔隙水壓力的消散時間，兩遍夯擊之間存在的時間間隔有利于土中超靜孔隙水壓力的消散。土的類別、夯點間距等因素決定了土中超靜孔隙水壓力的消散速率。砂土地基有較好的滲透性，土中超靜孔隙水壓力的消散速率只需要幾小時，但粘性土地基的滲透性差，土中超靜孔隙水壓力的消散速率需要數周。夯點間距在孔壓消散速率中也起到了很大的作用，夯點間距大，孔壓消散快，反之孔壓消散慢。當沒有實測孔壓資料來供我們判斷時，間隔時間要根據地基土的滲透性來確定，粘性土地基由于滲透性差，因此它的間隔時間通常要多于3～4周；滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。

4 結語

本文的研究結果說明了強夯法加固地基的設計參數的確定，對土體有效加固深度的成因進行了分析，對夯擊能量和兩遍夯擊間隔時間的確定進行了深入探討，為強夯法加固地基工程實例提供了理論依據和方法借鑒。

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