强夯参数的确定

3.2.3　强夯参数的确定

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使用要求，正确的选用强夯参数，才能达到经济有效的目的。

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，又反映了处理效果。Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度：

式中：H——有效加固深度（m）；

　M——夯锤重（kN）；

　h——落距（m）。

目前，关于有效加固深度的定义，一般可理解为：经强夯加固后，强度提高，压缩模量增大，其加固效果显著的土层范围。上述公式形式简单，抓住了单击夯击能这一主要影响因素，对某些松散粗粒土也符合工程实际，但也与许多工程实测存在出入。近年来，国内外学者相继建议对Menard公式进行修正，如美国Leonards建议Menard公式计算值应乘以0.5的修正系数；法国Gambin认为修正系数应为0.5～1.0；Mayne等（1984）得到了图3.15的关系。国内也有学者提出，对一般黏性土、砂土修正系数取0.45～0.6；高填土取0.6～0.8；湿陷性黄土取0.34～0.5，我国《港口工程技术规范》指出，α值一般采用0.4～0.7。见公式（3.5）：

式中：α——有效加固深度修正系数。

图3.15　强夯影响深度统计关系图^［8］

实际上影响有效加固深度的因素很多，除单击夯击能外，还有地基土的性质、不同土层的厚度、埋藏顺序和地下水位等。因此，强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少经验或试验资料时，《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）建议按表3.1预估。

表3.1　强夯法的有效加固深度　　单位：m

注：强夯法的有效加固深度从起夯面算起。

2）单击夯击能

单击夯击能等于锤重×落距。

一般根据需加固土层的厚度，由式（3.5）可确定所需单击夯击能。然后根据选用吊机大小可选择锤重和落距。我国所用锤重为10～25t，个别可达40t，落距为8～25m。

夯锤的平面一般有圆形和方形等，又分有气孔式和封闭式两种。实践证明，圆形带有气孔的锤较好，它可克服方形锤由于两次夯击落地不完全重合而造成的能量损失。夯锤中宜设置若干个上下贯通的气孔，孔径可取250～300mm，它可减小起吊夯锤的吸力，又可减少夯锤着地前的瞬时气垫上拉力，造成能量损失。锤底面积对加固效果有直接影响，锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般锤底面积3～4m²，对黏性土不宜小于6m²。

夯锤确定后，根据要求的夯击能，就能确定夯锤的落距。国内通常采用的落距为8～25m。对相同的夯击能量，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的传到地下深处，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）最佳夯击能

从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土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。在黏性土中，由于孔隙水压消散慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力相应的叠加，因此可根据孔隙压力的叠加值来确定最佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。

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量最大，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，此时的夯击数即为该遍击数，以后各遍击数也可按此确定。

4）夯击遍数

夯击遍数应根据地基土的性质确定，地基土渗透系数低，含水量高，需分3～4遍夯击，反之可分两遍夯击，最后再以低能量“搭夯”一遍，其目的是将松动的表层土夯实。

5）间歇时间

所谓间歇时间，是指相邻夯击两遍之间的时间间隔。Menard指出，一旦孔隙水压力消散，即可以进行新的夯击作业。根据土质情况，Menard建议间歇时间为1～6周。通过试验发现，对于软黏土，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，因此，其间歇时间不能小于4周；我国《港口工程技术规范》提出，对透水性差的土，两遍之间的间歇时间一般为1～4周。对于砂性土，孔隙水压力峰值出现在夯完后的瞬间，消散只有3～4min。因此，对于渗透性较大的砂性土，其间歇时间很短，即可以连续夯击。

6）夯击点布置和夯点间距

为了使夯后地基比较均匀，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夯击点，这样布置比较规整，也便于强夯施工。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考虑确定。

夯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大夯点间距；当软土层较薄，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将在浅处叠加而形成硬层，影响夯击能向深部传递。当地基土为黏性土时，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3.16　强夯施工引起的振动随距离的衰减曲线^［8］

7）环境振动影响评价

强夯施工时的振动对周围建筑物有影响，振动的大小和频率是影响的主要因数。图3.16是强夯施工引起的振动随距离的衰减曲线；图3.17是据振动频率和加速度判断建筑物损坏的可能性。一般来说，可将地表的最大振动加速度为0.98m／s²处（即认为相当于七度地震烈度）作为设计时振动影响的安全距离。如图3.18所示，距夯击点16m处振动加速度为0.98m／s²的数值与七度地震烈度相当。但由于强夯振动的周期比地震短得多，产生振动作用的时间短，且强夯产生振动作用的范围也远小于地震的作用范围，所以强夯施工时，对附近已有建筑物和施工的建筑物的影响肯定要比地震的影响为小。为减少强夯振动影响，可降低夯击能，或在夯区周围设置隔振沟。

图3.17　据振动频率和加速度判断建筑物损坏的可能性^［5］

图3.18　振动加速度与水平距离关系示意图