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強夯設計

來源: | 瀏覽量:7769 | 發布時間:2019-07-21 22:03:04

4 設 計
4.1 一般規定

4.1.1 強夯地基處理可用于機場、道路、港口、堆場、儲罐、倉貯、工廠和房屋建筑等工程場地的地基處理。
4.1.2 采用強夯法處理的地基,應進行強夯試驗;采用強夯置換法處理的地基,必須通過現場試驗,確定其適用性和處理效果,確定合適的強夯設計參數和施工參數。
4.1.3 強夯試驗應達到下列要求:
    1 確定地基有效加固深度,確定處理后地基土的強度、承載力和變形指標;
    2 確定合適的夯擊能、夯錘尺寸和落距等施工參數;
    3 校核強夯后場地的平均沉降量或抬升量;
    4 確定夯點間距、夯擊次數、夯擊遍數、最后兩擊夯沉量平均值和間隔時間等設計參數;
    5 確定強夯施工停夯標準等施工質量控制指標;
    6 了解強夯施工振動、側向擠壓等對周邊環境和工程的影響,確定與周邊工程的安全施工最小距離。
4.1.4 試驗區數量應根據場地復雜程度、工程規模工程類型及施工工藝等確定,強夯試驗面積不應小于20×20m;應根據初步確定的強夯參數,提出強夯試驗方案,進行現場試夯;應根據不同土質,待強夯結束一至數周后,對試夯場地進行檢測,并與夯前測試數據進行對比,檢驗強夯效果,確定工程采用的各項強夯參數。
4.1.5 強夯能級可按下列要求劃分:
    1 低能級:小于4000kN·m;
    2 中等能級:4000kN·m~6000kN·m;
    3 高能級:6000kN·m~8000kN·m;
    4 超高能級:大于8000kN·m。
4.1.6 強夯地基處理過程中應動態化設計相信息化施工。



4.2 強 夯 法

4.2.1 強夯法適用于碎石土、砂土、非飽和細粒土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基的處理,對含有良好透水性夾層的飽和細粒土地基應通過試驗確定。
    對采用樁基的濕陷性黃土地基、可液化地基、填土地基、欠固結地基,可先用強夯法進行地基預處理,再進行樁基施工。
4.2.2 強夯法的有效加固深度應根據現場試夯或當地經驗確定。在初步設計時可按公式(4.2.2)估算;在缺少試驗資料、經驗時也可根據現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB 50025和現行行業標準《建筑地基處理技術規范》JGJ 79的有關規定預估。

(4.2.2)

    式中:h——強夯地基有效加固深度(m);
          W——錘的質量(t);
          H——夯錘落距(m);
          α——強夯法有效加固深度修正系數。可液化砂土地基α可取0.4~0.5;濕陷性黃土地基α按本規程表4.4.6取值;碎石土地基、填土地基、非飽和粘性土地基,可取0.35~0.45。
4.2.3 強夯夯點布置形式可根據基礎形式、地基土類型和工程特點等因素,選用正方形、矩形、正三角形、等腰三角形等形式。
    1 當根據基礎形式布點時,可采用等腰三角形、矩形等形式,并應符合下列要求:
    1)應調整夯點間距,使基礎柱距為夯距的整數倍;
    2)應保證基礎重心位置或軸線上有夯點,同時基礎外擴寬度應符合本規程第4.2.11條的規定;
    2 當不考慮基礎形式布點,宜采用正三角形、正方形布點。
    3 濕陷性黃土地基布點宜采用對稱、均勻性較好的正三角形、正方形布點。
4.2.4 夯點間距宜為錘徑的1.2倍~2.5倍。低能級時宜取小值,高能級及考慮能級組合時宜取大值。
    當布點形式為正三角形和正方形時,夯點間距可按表4.2.4取值。

表4.2.4 不同能級夯點間距經驗值

能級(kN·m) 錘底面積(m2 錘底直徑(m) 夯點間距(m) 為錘徑倍數
1000 4~5 2.25~2.52 3.0 1.2~1.3
2000 5 2.52 3.5~4.0 1.587
3000 5 2.52 4.0~4.5 1.786
4000 5 2.52 4.5~5.0 2.0
5000 5 2.52 5.0~5.5 2.18
6000 5 2.52 5.5~6.O 2.38
8000 5 2.52 6.0~6.5 2.38

   注:正三角形布點時取大值,正方形布點時取小值。
4.2.5 強夯法施工工藝設計應根據地基土類型、地基處理要求及經濟技術比較,采用下列組合:
    1 接點夯、復夯、滿夯的工藝組合:
    1)點夯可一遍完成,也可隔行或隔行隔點分遍完成;
    2)當點夯夯坑深度過大時,應增加一遍復夯,復夯能級可取主夯能級的1/2或按夯坑深度確定。
    2 按不同能級組合:
    高能級處理深層,中能級處理中間層,低能級處理淺層,滿夯處理表層的組合。
4.2.6 夯點的夯擊次數應按現場試夯的夯擊次數和夯沉量確定,并應同時符合下列要求:
    1 最后兩擊夯沉量平均值不宜大于設計值;
    2 夯坑周圍地而不應發生過大的隆起;
    3 不應因夯坑過深發生提錘困難。
4.2.7 最后兩擊夯沉量平均值的設計值應通過試夯確定。
4.2.8 兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔,間隔時間應根據地基土的滲透性決定,對于滲透性好的地基可連續夯擊。
4.2.9 滿夯能級應根據點夯后地表擾動層的厚度確定,滿夯可一遍或隔行分兩遍完成,夯擊時點與點之間宜搭接1/4錘徑。滿夯的擊數可根據設計地基承載力確定,當地基承載力在150kPa~250kPa時,滿夯擊數不宜低于4擊。
4.2.10 滿夯后的地表應加一遍機械碾壓,以滿足地基土的壓實度要求。
4.2.11 強夯地基處理范圍應大于工程基礎范圍,每邊超出基礎外緣的寬度宜為基礎下設計處理深度的1/2~2/3,并不宜小于3m。
4.2.12 強夯法應預估地面的平均夯沉量,并在試夯時予以校正。場地起夯面標高應根據場地夯后的平均夯沉量和夯后地面的整平設計標高確定。夯后的地面整平標高應根據場地的使用要求、基坑開挖時的土方平衡確定,宜高于基底設計標高0.5m以上。
4.2.13 強夯法地基承載力應通過現場載荷試驗確定。
4.2.14 強夯地基變形計算應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB 50007的有關規定。



4.3 強夯置換法

Ⅰ 強夯置換法

4.3.1 強夯置換法適用于淤泥、淤泥質土、粘性土等軟塑~流塑的對變形控制要求不嚴的地基處理。
4.3.2 強夯置換墩的深度應由土層條件決定,應穿透軟土層到達硬質土層上,置換墩體深度不宜超過7m;采用柱錘時不宜超過10m。
4.3.3 強夯置換法的單擊夯擊能和置換深度應通過試驗確定。
4.3.4 墩體材料可用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等硬質粗顆粒材料,填料中粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%,最大粒徑不應大于800mm。
4.3.5 夯點的夯擊次數應通過現場試夯確定,并應同時滿足下列要求:
    1 墩體應穿透軟弱土層,并達到設計墩長;
    2 累計夯沉量應為設計墩長的1.5倍~2.0倍;
    3 最后兩擊的夯沉量平均值不應大于試夯確定的設計值。
4.3.6 墩位布置宜采用等邊三角形或正方形。對獨立基礎或條形基礎可根據基礎形狀與寬度相應布置。
4.3.7 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倍~3倍,對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5倍~2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1倍~1.2倍。
4 .3.8 當墩間凈距較大時,上部結構和基礎的剛度較好時,可適當增大墩間凈距。
4.3.9 強夯置換處理范圍應符合本規程第4.2.11條的規定。
4.3.10 墩頂應鋪一層厚度不小于500mm的壓實墊層,墊層材料可與墩體相同,粒徑不應大于100mm。
4.3.11 強夯置換設計時,應預估地面抬升值,并在試夯時予以校正,起夯面標高和夯后整平標高應符合本規程第4.2.12條的規定。
4.3.12 強夯置換法試驗方案的確定,應符合本規程第4.1.4條的規定。
4.3.13 確定軟粘土強夯置換處理后的地基承載力,可只考慮墩體,不考慮墩間土的作用,其承載力應通過現場單墩載荷試驗確定。
4.3.14 強夯置換地基的變形計算,應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB 50007的有關規定。復合土層的壓縮模量可按下式計算:

(4.3.14)

    式中:Esp——復合土層壓縮模量(MPa);
          Es——樁間土壓縮模量(MPa),宜接當地經驗取值,如無經驗時,可取天然地基壓縮模量;
          m——面積置換率;
          n——樁土應力比。在無實測資料時,對粘性土可取2~4,對粉土可取1.5~3,原土強度低取大值,原土強度高取小值。

Ⅱ強夯半置換法

4.3.15 強夯半置換法適用于處理厚度較大、飽和度較高的濕陷性黃土、紅粘土、一般粘性土和高飽和度的粉土地基。
4.3.16 強夯半置換的單擊夯擊能和置換后的處理深度應通過現場試驗確定。
4.3.17 強夯半置換墩體深度應達到土層處理深度的1/2~2/3。
4.3.18 墩體材料應符合本規程第4.3.4條的要求。
4.3.19 夯點的夯擊次數應通過現場試夯確定,同時應滿足下列要求:
    1 累計夯沉量應為設計墩長的1.5倍~2.0倍;
    2 最后兩擊的夯沉量平均值不應大于試夯確定的設計值。
4.3.20 墩位布置應按本規程笫4.3.6條執行。
4.3.21 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倍~2.5倍,對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5倍~2.0倍。
4.3.22 當墩間凈距較大時,上部結構和基礎的剛度較好時,可適當增大墩間凈距。
4.3.23 強夯半置換處理范圍應符合本規程第4.2.11條的規定。
4.3.24 墩頂壓實墊層的鋪設應按本規程第4.3.10條執行。
4.3.25 強夯半置換設計時,應預估地面抬升值,并在試夯時予以校正,起夯面標高和夯后整平標高應符合本規程第4.2.12條的規定。
4.3.26 強夯半置換法試驗方案的確定應符合本規程第4.1.4條的規定。
4.3.27 強夯半置按地基承載力可按復合地基確定,墩體與墩間土的承載力可分別通過現場載荷試驗確定。復合地基承載力可按下式計算:

(4.3.27)

    式中:fspk——強夯半置換地基承載力特征值( kPa);
          fpk——地基載荷試驗確定的墩體承載力特征值(kPa);
          fsk——地基載荷試驗確定的墩間土承載力特征值(kPa);
          m——墩體面積置換率。
4.3.28 強夯半置換地基的變形計算應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB 50007的有關規定。變形指標壓縮模量可按置換段和非置換段分別確定,置換段復合土層壓縮模量的計算可按本規程第4.3.14條計算;非置換段壓縮模量應通過經強夯半置換處理后的原地基土土工試驗和原位測試確定。

4.4 特殊土地基強夯處理

4.4.1 特殊土地基包括軟土地基、濕陷性黃土地基和山區地基等。
4.4.2 軟土地基處理可采用強夯置換法、降水聯合低能級強夯法和碎(砂)石樁聯合低能級強夯法等方法處理。
4.4.3 軟土地基采用強夯置換法時應符合本規程第4.3節的規定。
4.4.4 軟土地基采用降水聯合低能級強夯法應符合下列規定:
    1 軟土地基采用降水聯合低能級強夯法時,適用于處理滲透系數在i×10-3cm/s~i×10-5cm/s的中細砂~粉土地基。
    2 軟土地基大面積強夯地基處理前,應結合勘察報告進行暗浜排查,并將溝浜塘換填。對于地質條件特殊,且無經驗的場地應選擇有代表性的區域進行試夯,通過夯沉量、地下水位、孔隙水壓力監測以及夯前夯后加固效果的檢測確定夯擊能、夯擊擊數和間時間等設計參數。
    3 軟土地基強夯宜采用低能級、少擊數、多遍夯、先輕后重的原則進行施工,宜采用2~4遍進行夯擊,單擊夯擊能可從400kN·m逐漸增大到2000kN·m以上,具體工藝參數應通過試夯來確定。
    4 降水聯合強夯地基處理應根據處理面積、處理深度和降水設備容量劃分成若干個各自獨立的降水系統,小區外圍3m~4m處布置的封堵井點宜為1排~2排,井點間距宜為1m~2m。小區內按設計加固深度、土體滲透性確定井點密度和井管深度、降水時間、降水深度。并點布置成長方型或正方型網絡。
    5 軟土強夯地基變形計算應包括有效加固深度范圍內的沉降和加固區下臥層的沉降,有效加固深度內土層的壓縮模量應通過原位測試或土工試驗確定。
4.4.5 碎(砂)石樁聯合低能級強夯適用于下部為軟土、沖填土地基,上部為碎石填土的地基,并應符合下列規定:
    1 上部填土應在碎(砂)石樁施工完成后回填,然后進行強夯。
    2 碎(砂)石樁聯合低能級強夯軟土地基變形計算包括上部填土強夯段和下部碎(砂)石樁段的沉降。上部填土段的壓縮模量應通過原位測試確定;下部碎(砂)石樁段的壓縮模量應采用復合土層壓縮模量,其計算應符合本規程第4.3.14條的規定。
4.4.6 濕陷性黃土地基的強夯處理應符合下列規定:
    1 濕陷性黃土地基強夯的有效加固深度(消除溫陷深度)應通過強夯試驗確定。當濕陷性黃土地基含水量平均值大于或等于1O%時,初步設計確定有效加固深度時,可按現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB 50025的有關規定確定,也可按本規程公式4.2.2估算,式中修正系數α可按表4.4.6取值。

表4.4.6 濕陷性黃土α值

粉土(IP≤10) 粉質粘土(IP>10)
IL α取值范圍 備注 IL α取值范圍 備注
IL<0 0.35~0.45 IP小時取大值,
IP大時取小值
IL<0 0.20~0.30 IL絕對值大時取小值,
IL絕對值小時取大值
IL>0 0.45~0.5 IL小時取小值,
IL大時取大值
0≤IL<0.25 0.36~0.45 IL小時取小值,
IL大時取大值。
0.25≤IL<0.5 0.45  

    2 采用強夯法處理濕陷性黃土地基,土的天然含水量宜低于塑限含水量1%~3%。在擬夯實的土層內,當土的天然含水量低于8%時,必須采取增濕措施;當土的天然含水量低于10%時,宜對其增濕接近最優含水量;當土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時,宜采用晾曬或其他降低含水量的措施。
    3 強夯地基處理濕陷性黃土地基的單位面積夯擊能,應根據施工設備、黃土地質年代、濕陷性黃土層的厚度和要求消除濕陷性黃土層的有效深度等因素確定,宜取1000kN·m/m2~5000kN·m/m2
    4 對于濕陷土層厚度超過14m、含水量偏低、土質堅硬的越厚濕陷性黃土地基,應采用下列施工措施:
    1)增濕法;
    2)大夯距、多遍數、隔行隔點施工;
    3)以夯坑深度為夯擊質量控制標準。第一、第二遍的夯坑深度宜大于5m,第三、第四遍的夯坑深度宜大于4.5m。
    5 對于含水量低于最佳含水量的濕陷性黃土地基,強夯前按下列方法采取增濕措施:
    按一定間距的方格網點并在中心加一點的布孔方式鉆孔(一般以洛陽鏟成孔),孔中灌砂后,向孔中定量注水,將處理厚度內的含水量增至接近最優含水量,每孔注水量應按下式計算:

(4.4.6-1)

    式中:V——每孔注水量(m3);
          WWop——分別為潤濕土體厚度h內土層的天然含水量加權平均值和最優含水量加權平均值,以小數計;
          b——注水孔方格網邊長(m),可取1m~2m; 
          z——加水增濕的土層厚度(m);
          ρd——增濕厚度內土層天然干密度加權平均值(g/cm3);
          ρw——水的密度(g/cm3),取1g/cm3
    孔中注水不宜采取大水漫灌,應分遍逐孔灌注,并在每遍灌注后測定土層含水量,直至含水量滿足設計要求。
    6 對于飽和度較高的濕陷性黃土地基,強夯前可采取以下方法降低含水量:接一定間距的方格網點并在中心加一點的布孔方式鉆孔(一般以洛陽鏟成孔),孔中填入生石灰塊,將處理厚度內七體的含水量降至接近最優含水量,每孔填灰量按下式計算:

(4.4.6-2)

    式中:V——每孔填灰量(kg);
          WWop——分別為處理深度土體厚度內土層的天然含水量加權平均值和最優含水量加權平均值,以小數計;
          b——灌灰孔方格網(m)邊長,可取2m;
          z——需降低含水量韻土層厚度(m);
          ρd——降濕厚度內土層天然干密度加權平均值(g/cm3);
          ρw——水的密度(g/cm3),取1g/cm3
          ωs——每千克生石灰的吸水率,可取0.6~0.75。
4.4.7 山區地基強夯地基處理可用于下列幾種情況:
    1 建設場地存在軟弱地基土,可能存在滑坡、斷層破碎帶;
    2 在施工過程中,因挖方、填方、堆載和卸載等對山坡的穩定性造成影響;
    3 建設場地地基不均勻;
    4 巖溶和土洞發育。






4.5 人工填土地基強夯處理

4.5.1 人工填土強夯地基的填料選擇應符合下列要求:
    1 級配良好的粗粒料。
    2 性能穩定的工業廢料、建筑垃圾。
    3 以粉質粘土、粉土作為填料時,其最優含水量可采用重型擊實試驗確定。
    4 潮濕多雨地區的填土地基不宜采用成分單一的粉質粘土、粉土作填料,應摻入不少于30%的粗骨料。
    5 不得使用淤泥、耕土、凍土及有機質含量大于5%的土。
    6 膨脹性巖土可作為地下水位以上高填方地基填筑體下部的填筑材料,并滿足條件:

Pe≤Pcr(4.5.1)

    式中:Pe——為膨脹性巖土的膨脹力(kPa);
          Pcr——為膨脹性填土頂面以上非膨脹性填土的自重壓力(kPa)。
    7 泥巖、頁巖、板巖等易軟化、泥化巖石可作為地下水以上部位填土地基的材料。在氣候潮濕多雨的地區,可用于排水條件良好的高填方地帶。
    8 砂巖、泥巖等易風化巖作為填土材料,應考慮地基發生滲透變形和滲透破壞的可能性,并制定相應的防止滲透變形和破壞的級配控制標準、回填方法和施工措施。
    9 大塊石填土材料最大粒徑不應大于800mm。
4.5.2 人工填土地基回填前的場地處理應符臺下列規定:
    1 人工填土地基填筑前應先清除或處理場地填土層底面以下的耕植和軟弱土層;
    2 回填場地回填前的場地軟弱土層的處理可采用拋石擠淤、強夯和強夯置換、挖除換填、振沖樁等方法。可根據現場工程地質條件、水文地質條件進行經濟技術比較,擇優選用;
    3 當高填方地基原地基需要加固,其天然坡度在1:5~1:2.5之間時,應將天然地面開挖成倒坡臺階形狀,臺階寬度不應小于2m;當天然坡度陡于1:2.5時,應驗算地基整體穩定性。
4.5.3 人工填土強夯地基的回填應符合下列規定:
    1 成分簡單、粒徑均勻的回填土可采用拋填;
    2 成分復雜、粒徑不均勻的塊石和碎石土回填地基,除拋石填海和拋石擠淤地基外,應采用分層堆填,禁止拋填。分層堆填的亞層厚度可取0.8 m~1.2m。
    3 強夯填土地基的填筑厚度應根據強夯的有效加固深度確定,對于填土高度較大的高填方地基,應將填土分層回填、分層強夯。除塊石填土地基外,填土地基的強夯分層厚度可按表4.5.3確定。

表4.5.3 填土地基強夯的分層厚度

單擊夯擊能級(kN·m) 控制填土厚度(m)
3000 4
4000 6
6000 8

    4 當填土區有地下徑流、泉水、裂隙水出露時,應在填筑體中構筑排水盲溝網。排水盲溝網應設在兩個強夯地基處理分層的中間;排水盲溝網可根據填土區的高度設一層或數層;排水盲溝應用土工布包裹。
4.5.4 人工填土地基分層強夯應符合下列規定:
    1 人工填土地基應根據回填土的成分、飽和度、強夯的適用條件和施工環境等因素選擇強夯方法,確定強夯施工工藝,并應通過強夯試驗確定其適用性和處理效果;
    2 塊石填方地基的強夯有效加固深度和分層處理厚度應通過強夯試驗確定;
    3 在氣候潮濕多雨的地區,易軟化、泥化巖塊填土地基,應及時回填,及時強夯,不宜久置和長期受雨水浸泡,受水浸泡后的泥巖填土地基表面軟化層在強夯時應去除;
    4 分層強夯的填土地基地表應設置截水和排



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