强夯法加固地基的参数选择和施工控制.pdf

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1、第 1 4卷第 3期(总 5 2)2 0 0 3年 9月 地基处理 Gr o u n d I mp r o v e me n t V o 1 1 4 N o 3(T o t a l 5 2)S e p t ，2 0 0 3 强 夯法加 固地基的参数选 择和施工 控制 王 东升 李积宏(深圳蛇 口华力工程有限公司广东5 1 8 0 6 7)【提要】主要论述 了强夯法加固地基的试夯过程，并对强夯加 固效果进行分析，提出强夯施工参数 的选择以 及强夯施工过程控制 中涉及到的一些 问题，阐述 了强夯法的理论设计与实际施工密切联系的重要性。刖昌 强夯 法主要用 于对 地表一定厚 度的碎石土、砂土和杂填

2、土等进行 加 固，使地 表松散地 基 土在巨大的冲击能量作用下达到强度提高、压缩性降低的 目的。由于工艺简单、快速经济、效果 显著，这 种方法 在厂 房、仓储、码 头等直接利用地表地基 土的工程 中应 用 比较广泛。在场地条件适 合强夯法 的情 况下，影 响强夯加 固效果 的主要 因素是对 强夯参数 的选择，强夯参数包括：单击夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两遍夯击的间歇时间和夯点布置 等。目前 的强夯法 尚未 建立起一套 成熟 的理论 和设计 计 算方法，设 计上 大 多 以工 程经 验来 确定，为确保地基加 固达到工程设 计要 求，正式进行强夯施工前，在设计 强夯参数 的基础 上，应通过

3、试夯来确定合适的施工工艺参数，以指导正式的强夯施工。工 程概 况 深圳蛇 口某码 头位于深圳妈 湾大道 以西，原为滨海地带，经 围海造地 并插 塑料排水板 后 进行 了堆载 预压。堆载堆填 物 主要 为人 工填 石，以块石 和碎 石 为主，直径 5 e m一2 5 e ra，最 大 1 2 0 e m，砾 砂、粘 性土充填，厚度 1 0 0 m一1 5 0 m。由于堆填 松散，厚 度又 比较 大，拟 对地 表的 人工填石层进行强夯加固处理，强夯加固处理后的地基要求可直接提供道路以及堆场铺面，地基容许 承载力达到 1 8 0 k P a。整个 强夯加 固面积有 8万平方米，根据 场地 地质 资料

4、揭露 以及使用 要求 的不 同，码头整 个强夯工 程被分成几 个分 区，各分 区采用不 同的强夯参数进 行施工。在正式施 工前，每个 分 区都进 行 了试夯，根据试夯情 况 以及试夯期 间的监测结果，最终确 定各 分区 的正式强夯施 工 参数。下面选取 B区的强夯施工过程，对强夯法加固地基的参数选择以及施工控制作一探 讨。收稿 日期：2 0 0 3年 5月 维普资讯 http:/ 2 0 0 3年 9月 地基处 理 3 9 试夯 1 设计强夯技术 参数 强夯 工艺 采用三遍 点夯、一遍 满夯。点夯 能量 为 5 0 0 t m，夯锤底面直 径 2 0 2 4 m，夯锤 重量 2 02 5 t。

5、第一、二遍点 夯夯点 间距为 8 m 4 m，第 三遍点 夯夯点 间距 为 4 m 4 m。每 个 夯 点夯击数要求 大于 1 O击，收锤标 准 为最 后两 击 的平均夯 沉量 不 大于 8 0 ram。两 遍夯 击 的 间歇时 间为 1 O一1 5天。在实 际的强夯设计 与施 工 中，主要 的技术参数 是夯击遍数、夯 点间距、点夯 能量、点夯击 数、收锤标准以及间歇时间。其中夯击遍数主要根据拟强夯处理地基土的性质来确定，对于 粗颗粒 的非饱和 土层，一般 采用 2 4遍，第一 遍是 加 固深层 的关 键，中间各遍用 于加 固影 响 深度以内的土体，最后再以低能满夯一遍，主要用于加固地基表层。

6、夯点间距主要依据夯击 点 的侧 向影 响范 围确定，与地基 土 的类 型、夯击 能量 以及夯 锤直 径等 因素有关，一般 为夯锤 直径 的 1 32 0倍，对于加 固深度较 深或单 击夯 击 能较大 的工程，第 一遍 夯 击点 间距宜适 当增 大。从强夯 技术参数 的设 计上来考 虑，如果按 照梅 拉公 式 D=K Q h 取 K=0 6 5来 计 算，D=0 6 5 0 o=1 4 5 m，强夯 的加固深度基本上 能够满 足场地地 质 条件 以及加 固处理 目标的要求，也就是说，点夯能量能够满足要求。点夯击数就是依据最佳夯击能来确定 的，在砂性 土地基 中，可 以认 为当孔隙水压力增量 随着

7、夯击次数增 加而逐 渐趋 于恒 定时，此时 的 能量 即为最佳夯击 能。收锤标 准是针 对不 同的地 基土 类 型和夯 击能量 依据 经验来 确 定 的，设计的收锤标准应该在试夯中与夯击次数有效的统一起来，不能互相矛盾。间歇时间主要 的依据是孔隙水压力消散的时间，应该在试夯时根据孔隙水压力的监测情况来最终确定，对 于排水条件较好 的地基 土，往往 可连续 夯击作业。2 试夯 试夯 的 目的是为 了验 证设 计参数 的实际效果，并根 据试夯 的监 测数据 以及效果 分析，来 最终确定合适的工艺技术参数，以确保地基加 固质量符合工程设计要求。通过前文的分析 可 以这样 认为，试夯 的主要 目的就在

8、于调整设计 参数 中 的点夯 能量、夯点 间距、点夯击数、收 锤标准以及间歇时间，以使正式强夯所采用的技术参数能达到最佳的加固处理效果。在场地取一面积为 3 0 m 3 0 m的地块作为试夯区，依照设计 的夯点间距进行布点，同时 在试夯 区某一 夯点位置 附近埋 设水 位观 测点 和孔 隙水 压力 观测 点各 一个，孔 隙水压力 仪 器 采用钢弦孔 隙水 压力计，一个孔 隙水压力 观测点埋 设上下 各一个 孔 隙水压力计，在填土层下 部 的一个埋 深 9 2 m，在下伏淤泥层 顶部 的一个埋深 1 5 7 m。试夯完 全按 照设计要 求 的技术参数来进行，采用杭州 重型机械 厂生 产 的 8

9、O吨 吊机进 行 施工，夯锤为直 径 2 4 m、锤重 2 5 t 的圆形平底锤。试 夯施工时对每个夯 点夯击 的单击沉降量 均进行了测量，对夯点周围的土体隆起情况也进行了测量，同时对每天的地下水位以及每一 夯击的孔隙水压力进行 了测量，试夯结束后还对试夯区进行了现场载荷试验。在试夯过程 中，从地下 水位和孔 隙水压 力的现场观测结果就 可 以很 明显 的看 出，地下水 位随潮汐和降水的变化而变化，孔隙水压力的变化基本上与地下水位的变化相一致，受强夯 的影响不大，夯后孔隙水压力消散 比较快。所以在试夯期间就修改了设计的间歇时间参数，维普资讯 http:/ 地 基 处 理 第 l 4卷 3期 设

10、计上是 l Ol 5天的 间歇期，而实 际上 基本是连续作业。3 效果分 析 通过 对试夯所取得 的各项 数据进行 统计 和分 析，可 以对试 夯 的情 况进 行 总结并 最终 确 定各施工 技术参数。在这里，主要就本工 程记 录和观测 的单 点夯 击数、夯沉量、地 下水位、孔 隙水压 力 以及载 荷试验等数 据进行分析，对设计技术参数 的指导效果作 出评价。(1)夯击数 和夯沉量 通 过对夯击 数和夯沉量 的统计分析，可 以对设计夯点 间距、点夯击 数 以及 收锤标 准的实 际反映情况有一 个最直接 的对 比和论证，特别 是 对收锤标 准 与点夯 击数 的有 效统 一起着 重 要 的指 导作

11、用。以下表 1为 B区试夯点 F 3 3第一遍 的夯 沉量，从 点击 夯沉量 可 以很 明显 的 看 出最 后两击 的平 均夯沉量 如果要小于 8 0 m m，夯击数 基本上要在 l 2击 以上，这和设 计的要 求 夯击数在 l O击 以上 的标 准基本是一致 的。表 1 F 3 3夯点第一遍夯沉量(m i l 1)夯击数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 I 1 1 2 1 3 夯 沉量 3 5 0 3 0 o 2 5 0 2 1 0 1 9 0 1 6 0 1 5 0 1 加 1 3 0 1 2 O l 1 O 9 0 6 0 累计夯沉量 3 5 O 6 5 O 9 0 0 l

12、l l O l 3 o o l 4 6 0 l 6 l O l 7 5 O l 8 8 O 2 0 0 O 2 l l O 2 2 0 0 2 2 6 o 另外，从整个试 夯 区 3 2个夯点 的夯击沉 降量来 看，各夯 点的总夯沉量在 2 0 3 m2 7 1 m 之间，平 均为 2 3 3 m，而且 从对各夯 点夯 坑周 围地 面标 高 变化 的监 测来看，夯坑 周 围土体基 本没有大的隆起，地面升高都在 5 0 m m以下，只是轻微的松动变化。因此，可以这样认为，选 择夯锤直径的 1 6 7倍即 4 O m作为夯点间距基本是合理的，没有表现出太过紧密或疏远。(2)地下 水位和孔 隙水 压

13、力 场地表层 浅水埋藏较 浅，埋 深在 3 m左右，从水 位变 化表(表 2)可 以看 出水位 随潮 汐和 降水的变化而变化，填石层地下水的径流条件 比较畅通，从各夯点总沉降量来看，夯坑深度 都小于地下水位埋深，不会出现橡皮土现象，故无须采取措施来降低地下水位。地 下水 位 观测 情况 表 表 2 观测 4 8 7 8 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 日期 水位 31 3 1 3 1 3 2 3 2 3 4 3 7 3 6 3 5 3 1 2 8 2 7 3 4 3 5 3 5 2

14、3 5 3 6 3 9 4 O 4 O 埋 深 场地 B区两个孔隙水 压力 U 21、U 2 2的观测结 果见 表 3，从 各孔 隙水 压力在 试夯期 间变化情况可以看出，孔隙水压力的变化基本上与水位的变化相一致，受强夯 的影响不大，也就说 明 由强夯所 引起 的超静 孔 隙水 压力 在很 短 的时间 内会很快 消散，而埋藏 在下伏 淤泥 顶部的孔隙水压力计 U 2 2，因渗透性差的缘故，孔隙水压力变化相对缓慢。维普资讯 http:/ 2 0 0 3年 9月 地基处理 4 1 孔 隙水压 力观测 情 况表(k P a)表 3 观测 日期 4 8 7 8 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5

15、1 6 1 7 1 8 U21 6 1 6 9 7 61 7 8 6 6 1 7 8 6 6 5 7 7 6 6 5 6 8 7 6 3 7 3 8 6 2 1 41 6 3 O 2 8 6 3 9 1 5 6 6 6 61 U22 1 21 1 6 7 1 2 1 2 8 2 1 21 1 6 7 1 2 3 5 8 5 1 2 3 3 5 5 1 2 1 9 7 4 1 2 0 0 1 5 1 加 4 7 6 1 21 1 6 7 1 2 3 9 3 0 观 测 日期 1 9 8 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 U2 1 6 9 1 3 7 71 0

16、 7 9 6 4 1 8 1 6 3 5 6 0 6 2 9 3 9 6 2 7 6 2 6 2 6 7 3 4 9 3 9 0 4 9 1 21 4 9 1 21 U22 1 2 5 8 8 5 1 2 8 41 2 1 21 51 3 1 2 1 0 5 2 1 2 0 5 91 1 2 0 7 O 6 1 2 0 3 6 0 1 1 1 1 1 6 l 1 0 3 0 5 1 0 9 9 5 7 从 8月 1 3日单点夯击时孔隙水压力的变化情况(表 4)可以看出，夯击时，超静孔隙水 压力一般 随着夯 击数 的增 加而增加，而且 在 U 22(埋 深 1 5 7 m)引起 的超 静孔 隙水

17、压 力为 2 k P a 左 右，说 明强夯影 响深度 可达 1 5 7 m，设计 点夯 能 量足够 的，同时 也说 明依据 梅拉 公式 来计算影响深度是 比较正确的。而在 U 2一 l 引起的超静孔隙水压力则相对很小且达到一定 的夯击数 后并基本维持 一个稳定 的数值，在单点夯 击结束 后 4小 时通过 对 U 21观测 到的 孔隙水压力，都已经基本回到了初始值，说明强夯在填石层所引起的超静孔隙水压力不大而 且能在很 短的时 间内会很快消 散。表 4 F 3 3夯点第一遍夯击 U 21 孔隙水压力：k P a)夯 击数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 孔

18、隙水 压 力 5 7 7 7 5 7 7 8 5 7 7 8 5 7 7 9 5 7 8 0 5 7 8 2 5 7 8 5 5 7 8 7 5 7 8 7 5 7 8 7 5 7 8 7 5 7 8 7 5 7 8 7 孔 隙水 压 00 2 0 0 3 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 7 0 1 0 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 力 增 量 F 3 3夯点第一遍夯击 u 22孔隙水压力：k P a)孔隙 水压 力 0l 1 5 2 8 l 1 5 3 9 l 1 5 5 1 1 1 5 7 4 11 1 5 8 6 11 1 6 0 9

19、 1 1 6 2 1 1 1 6 2 1 0l 1 6 3 2 l 1 6 5 5 1 1 6 9(1 1 7 0 2 1 1 7 1 3 孔 隙 水压 01 3 0 2 4 0 3 6 0 5 9 0 7 1 0 9 4 1 0 6 1 1 7 1 4 0 1 5 2 1 7 5 1 8 7 1 9 8 力增 量 从表 4可以很清楚的看出，填石层中孔隙水压力增量随着夯击次数的增加而逐渐趋于 某一恒定数值，埋藏在填石层中下部的 U 21 稳定在 0 1 2 k P a，而埋藏在下伏淤泥层顶部的 孔隙水压力计 u 2 2则稳定持续的增长，这是基本符合强夯理论说法的。从表 4可以看到，u 2一 l

20、在 8 击时孔隙水压力开始稳定，可以认为，当夯击数达到 8击时，说明填石层所能接 受的能量已达到饱和状态，此时的夯击能就是最佳夯击能，从而可以确定夯击次数。(3)平板载荷试验 在整 个的试夯结束 以后，为 了验证强夯 的实际处理效果是 否达到 设计 的强夯处理 目标，从而对设计强夯参数的处理效果作出最直接的评价，可以通过现场平板载荷试验，来对地基 土在强夯 处理后 的承载 以及变 形性 能进 行现场 测试，从 测试 的结果 就可 以直 观 的看 出强夯 处理 的效果。在场地 B区试 夯结束后，选取一试 验点做 现场平 板 载荷试 验，从载 荷试 验来看，试 验点 加荷各级均能在 9 O分钟 内

21、达 到稳 定标准，地基承载 力特征值达到 了 2 3 0 k P a，满 足设计 1 8 0 k P a 的要求，地基变形模量 E。为 2 1 6 M P a，土基回弹模量 E。为 8 2 6 M P a。维普资讯 http:/ 地 基 处 理 第 1 4卷 3期 4 强夯参 数确定 通过现场试夯 以及对试夯结果的分析，可以最终确定强夯 的施工技术参数，这是试夯 的 一个主要 目的。以试夯效果分析作为基础，根据现场夯击情况、强夯理论以及以往一些强夯 的经验，对强夯设计 技术参数进行 调整。强夯工 艺依然采用 三遍点夯、一遍满夯。设计 点夯 能量 能够 满足处理 1 5 m厚填 石层 的要求，正

22、式施工 中可 以采 用设计 的 5 0 0 t in，夯锤 底 面直径 为 2 4 m，夯锤重量 2 5 t。从夯坑沉降和夯坑周边隆起来看，夯点间距布置比较合理，夯点间 距依旧采用设计 的第一、二遍点夯夯点 间距为 8 m 4 m，第三遍点夯夯点间距 为 4 m 4 m。从试夯 的孔 隙水 压力变化情 况来看，设 计夯击次数有些偏 大，但是 如果 按照最后 两击 的平均 夯沉量不 大于 8 0 ra m 的要 求，则 夯击 次数要 在 1 2击 以上。综 合这 两点 的要求 来看，设 计 的 每个夯点夯击数要求大于 1 O 击，且收锤标准为最后两击的平均夯沉量不大于 8 0 ra m，应该说

23、还是 比较 合理 的，能基本 满足两方面 的要求，正式施工 也基本套 用 了设计 的收锤 条件。由于 地基 土 的排水条件 比较 好，由强夯引起 的超静孔隙水压力 能够 在很 短 的时 间 内很快 消散，可 以大大 的缩短两 遍夯击 的间歇 时 间，正 式 强夯施 工 中两遍 夯击 的 的间歇 时 间调 整 为 51 O 天，条件许可时可以连续作业。强夯施工控制 在试夯结束并确定强夯施工技术参数 以后，就可 以进行正式 的强夯施工。强夯施工按 照确定 的施工技术参数来进行，施工中要着重落实对施工的过程控制，也就是对施工技术执 行情况要进行有力的监督和保证。从以上码头的施工实践中，对于强夯法加固

24、地基 的施工 控制，有一些体会和经验，特别是对强夯施工技术参数的理解和执行，应该说有一些做法值 得去探讨。1 关 于收锤标准 的控 制 在实际强夯施工中，由于地基土堆填物质杂乱和不均匀，使得技术参数 的执行有些矛 盾，最突出的表现就是夯击次数和最后两击平均夯沉量的不能统一，有些区域在最后两击平 均夯沉量已经小于 8 0 ra m时，夯击次数在 1 O击以下，一般为6 8击。在这种情况下，收锤标 准应该侧重于哪一方，就引起了一些争议。最后 以夯击次数不小于 1 O击作为这个时候的收 锤标准，而不管最后两击的平均夯沉量。也就是说，在正式的强夯施工中，把确定的收锤超 标准作了一点修改，即要先在满足夯

25、击次数不小于 1 O 击这样一个 限制条件，最主要的是为 了能够确保地基土接受足够的夯击能量，而且适 当增加夯击次数可以提高夯击效率。虽然 夯击次数与最后的单击夯沉量也有一定 的联系，但不大于 8 0 ra m这样一个标准毕竟没有多 少 理论上 的支持，只是基 于地基 土压缩性 要求 以及施工经验方 面的一个 总结。另外还有一个因素会影响到收锤标准的控制，就是 当夯沉量太大 以至夯坑太深引起起 锤 困难，一般在夯沉量 累计达 2 5 m 以上 时，起锤 已经很 困难，而这 时 的夯 击 次数或(和)最 后单击夯沉量还没有达到收锤的条件。在这种情况下，普遍认为夯击次数只能视起重机的 起重能力而定

26、，不能强求以策安全。但是如果这样的情况在一定的范围内多次出现，势必影 响强夯加固地基的效果，而且也容易给施工班组以消极偷懒的机会，不利于工程质量的控 维普资讯 http:/ 2 0 0 3年 9月 地基处 理 制。因此 当出现起 锤 困难 而不到 收锤 标 准时，班组 工人 应将 堆积 在夯锤 顶部 的浮 土清 除 以 减 轻夯锤 本身 的重量，必要时挖掉 一些夯锤上部周 边的地基土 以减小地基 土夯 锤 的粘 阻力。除非有特别严重的吸锤现象，才由技术负责人现场确定处理方法和收锤标准。2 关 于现 场测量准确度 的控制 在强夯施工过程中，对每一次的夯击沉降量都要进行测量，这对于夯击效果的直观认

27、识 是很 重要 的，但关键 的 目的是为 了对 收锤标准 中最后两击平 均夯 沉量进行 控制，这就 要通过 对每一次夯击的沉降量观测来达到。由于关系到最后是否能够收锤，各施工班组往往会编 造观测数字，在夯击 次数达 到 1 O击后 就 尽早 结束该 点 的夯击，以求减 少夯击 次 数而 提高夯 击 的总体进度。另外 由于夯锤 落人夯 坑 时多数都 是倾 斜 的，怎样 保 证测量 标 尺在每 一次 观 测 时都 立在一个相 对可靠 的位 置，对 于观测结果 的真实性非 常重要，也 必然影 响到最后 的收 锤标 准。因此，如何保 证夯沉量 的准确度，将影响整个 的强夯 加固效果。对于测量准 确度

28、的控制，关键 在于加强施工管理 以及提高测 量人员 技术水平，但 如何从 量上 和可操作 性给予 明确 的定位，并没有找到更好 的方法。从整 个 的施 工过程 来看，给夯击 次数定一个 明确 的必 须达到 的数值，是 比较 可行 也有利于进行施 工控制，可 以比较好 的控制 强夯加 固质量。结论 在码头强夯 加 固处理 工程完工 以后，进行 了平 板载 荷试验，从 载荷 试验 来看，地 基强 夯 加 固处理 的效 果还是很显 著 的，地基 土 承载力标 准值 都达 到 了 1 8 0 k P a以上，地基 变形模 量 E。在 2 2 MP a以上，土基 回弹模量 E 为 1 I O MP a。

29、从 整个的施工过 程，包 括从设计、试夯 到 正式 的强夯施 工，都 围绕着 现 场实 际施工 这一 主要 阶段来 进行，所 有施工 技术参数都通过实 际施 工效果来确定 和调 整，把 理论 和实际紧密 的联 系在一起，这是强夯 法加 固地 基 的一个 重要特 性。强 夯施工 技术 参数 必须通 过 现场试 夯并对试夯过程中观测的各种数据进行效果分析来最终确定，试夯要配以夯沉量、孔隙水压 力的观测以及现场载荷试验，通过这些观测和试验的分析，来判断设计强夯参数的实际强夯 加 固效果，并 作为最终确 定强夯施工 技术参数最直接最重要 的依 据。由于地基条 件的不确定 因素很多，试夯 的结果并不 能

30、完 全代表 整个强夯 加 固场地。因此 在正式强夯施工 过程 中，有 时会根 据现场情况，适 当的对施工 参数进行 调整。但是如何 调整 和调整 的幅度 要经过一 定的论证后才 能落实，不 能轻易甚至随便 就调整施 工参 数，要保 持施 工参数 的统一和完 整。而且调整 的方 向应该 是地基 土 能够承 受 的最大值，以求 在没有 经过 试夯这样 一个过程 的情况下，确保强夯施 工质量。如何 加强现场 强夯 的施工控 制，对强夯 加固处理效果有很 大的影 响，是 确保技术 参数 能 在施工中得到认真切实执行的关键。由于强夯施工操作 的不确定性，会影响到技术参数的 真正落实，特别是夯击次数的控制，应该是整个强夯施工控制的重点。作为强夯工程的组织 和技术 管理者，应该把夯 击次数作 为整个工程的施工控制重点，这是 一个 定量 的 比较直 观的 数 值，易于进行控制。维普资讯 http:/