設計內容:有效加固深度及加固範圍、單擊夯擊能、夯擊次數、夯點間距及平面布置、夯擊遍數和分遍的間歇時間、確定墊層厚度等。強夯設計還應包括施工現場測試設計。
強夯法在設計前必須通過現場試驗確定其適用性和處理效果。
有效加固深度
經強夯加固後,該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層範圍。
修正係數,根據地基土性質決定,α=0.34~0.8
影響H的因素除了錘重和落距外,還有地基土的性質、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位以及其它強夯的設計參數。
應根據現場試夯或當地經驗確定有效加固深度
如果沒有則根據《建築地基處理技術規範》的建議取值。
強夯置換墩的深度
對淤泥、泥炭等粘性軟弱土層,置換墩應穿透軟土層,著底在較好土層上。
對深厚飽和粉土、粉砂,墩身可不穿透該層。
置換深度不宜超過7m
影響加固深度的因素:
(1)單位面積上施加的總夯擊能(不包括滿夯)及遍數
增大單位面積夯擊能不僅增大了加固深度,且增大了土層強度。對飽和粘性土及含水量大的溼陷性黃土,增加夯擊遍數,不僅逐遍增大土的強度及密實度,且增大有效加固深度。但含水量大的非飽和土第一遍的夯擊效果大,分遍夯的效果不及飽和土分遍夯作用顯著,遍數可較少。
(2)土本身結構強度影響
從有效加固深度影響係數的比較可知,填土最大,一般粘性土、砂土次之,黃土較小。
(3)錘底面積
當單擊夯擊能相同時,錘底面積大,則錘底動應力大,夯坑淺,因分布面積大,衰減慢,錘底影響深度大;當錘底面積小時,錘底動應力小,夯坑深,因分布面積小,衰減快,錘底影響深度小。
(4)混凝土錘與鑄鐵錘對比
夯擊時,混凝土錘由於重心較高,接地不穩,衝擊後晃動大,夯坑較深且開口較大,坑側壁摩擦小,容易起錘。鑄鐵錘落地穩,夯坑開口較小,夯坑較深後側壁摩阻力大,且夯坑塌土容易堆在錘頂,堵塞氣孔而引起提錘困難,兩者加固作用相差不大。
(5)土層分布影響
一些工程實測表明,當土層上層較下層硬,或中間層有薄層硬層的下部軟弱土,其下部軟弱土加固效果差,尤其下部軟弱土分布深時加固效果差。
對所有夯點應分批次分遍夯擊,若對所有夯點都先夯擊一遍,將造成淺層先加固,降低以後深層加固的效果。
夯錘和落距
飽和粘性土所需的能量不能一次施加,否則土體會產生側向擠出,強度反而有所降低,且難於恢復。根據需要可分幾遍施加,兩遍間可間歇一段時間。
錘底面積的的選用原則:
(1)土層加固厚度 對加固土層厚度小於5m,錘著地面積為2~5m2,加固土層厚度大於5m時,錘著地面積一般要求4.5m2。根據理論分析,土體壓縮沉降,底面積大小的影響比外力強度大小影響更敏感,所以在同樣條件下,加大基底面積比加大錘重效果更明顯。
(2)土的性質 對顆粒較細的粘性土,錘底面積要加大,一般取4~6m2;對砂性土、含水量較低的回填土,錘底面積取2~4m2。
(3)控制夯錘的高寬比
最佳夯擊能
砂土地基孔隙水壓力增加和消散過程很快,孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加,當孔隙水壓力增量隨夯擊次數的增加而趨於穩定時,可認為砂土能接受的能量已達到飽和狀態。
夯擊擊數和遍數
強夯夯擊擊數
按現場試夯得到的夯擊擊數和夯沉量關係曲線確定。
1.最後兩擊平均夯沉量不宜大於下列數值:單擊夯擊能量小於4000kN·m時為50mm;夯擊能為4000~6000kN·m時為100mm;夯擊能大於6000kN·m時為200mm;
2.夯坑周圍地面不應發生過大隆起;
3.不因夯坑過深而發生起錘困難。
強夯置換夯擊擊數;按現場試夯得到的夯擊擊數和夯沉量關係曲線確定 ;
1.墩底穿透軟弱土層,且達到設計墩長;
2.累計夯沉量為設計墩長的1.5~2.0倍;
3.最後兩擊的平均夯沉量不大於強夯的規定值。
夯擊遍數
一般採用點夯2~3遍,對於滲透性較差的細顆粒土,必要時夯擊遍數可適當增加。最後再以低能量滿夯1~2遍,滿夯還可採用輕錘或低落距錘多次夯擊,錘印搭接。
(1)作用 加固表層土,即加固夯點間未壓密土。
(2)夯擊能量 滿夯單擊能可選用500~1000kN·m,每點擊數5~10擊,並控制最後兩擊夯沉量,宜小於3~5cm。
夯擊點的布置
處理範圍:對一般建築物,每邊超出基礎外緣寬度宜為設計深度的1/2~2/3,並不宜小於3m。
夯擊點的間距:
強夯第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5~3.5倍,第二遍夯擊點位於第一遍夯擊點之間。以後各遍夯擊點間距可適當減小。
對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程,第一遍夯擊點間距宜適當增大。
強夯置換墩間距應根據荷載大小和原土的承載力選定,當滿堂布置時可取夯錘直徑的2~3倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5~2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1~1.2倍。
墊層鋪設
墊層作用:
(1)支承起重設備,確保機械設備通行和施工;
(2)加大地下水位與地表面的距離,防止夯擊時夯坑積水。
對場地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層,可直接施行強夯,無需鋪設墊層;對地下水位較高的飽和粘性土與易液化流動的飽和砂土,需要鋪設砂、砂礫或碎石墊層才能進行強夯,否則土體會發生流動。
墊層材料:鬆散性材料(如粗顆粒的碎石、礦渣、砂礫石等,粗顆粒粒徑宜小於10cm)
厚度:0.5~2.0m
現場測試設計
目的:
1.了解地表隆起的影響範圍及墊層的密實度變化;
2.研究夯擊能與夯沉量的關係,用以確定單點最佳夯擊能量;
3.確定場地平均沉降和搭夯的沉降量,用以研究強夯的加固效果。
手段:
地面沉降觀測、深層沉降觀測和水平位移觀測。
陰影面積為有效壓實體積,越大表示效果越好。
一般可在試驗現場沿夯擊點等距離的不同深度以及等深度的不同距離埋設雙管封閉式孔隙水壓力儀或鋼弦式孔隙水壓力儀,在夯擊作用下,進行對孔隙水壓力沿深度和水平距離的增長和消散的分布規律研究。從而確定兩個夯擊點間的夯距、夯擊的影響範圍、間歇時間以及飽和夯擊能等參數。
將土壓力盒事先埋入土中後,在強夯加固前,各土壓力盒沿深度分布的土壓力的規律,應與靜止土壓力相似。在夯擊作用下,可測試每夯擊一次的壓力增量沿深度的分布規律。
目的:通過測試了解強夯振動的影響範圍。
標準:通常將地表的最大振動加速度為0.98m/s2處(相當於7度地震烈度)作為設計時振動影響安全距離。
措施:一般夯點離建築物距離至少15m以上。若不滿足要求,為減少強夯振動的影響,常在夯區周圍設置隔振溝。