强夯影响深度计算问题的探讨

强夯影响深度计算问题的探讨
作者：李炳全
来源：《城市建设理论研究》2013年第18期
摘要本文通过强夯和强夯置换在体积置换率相同的情况下其处理深度相近这一现象，通过总结和工程实践，给出了强夯影响深度的计算公式及在不同工程中的应用，具有创新性。

关键词：强夯影响深度计算
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
1引言：
1．1强夯作为一种较成熟的地基处理手段和方法已经在大量的工程实践中得到了广泛的应用，但强夯地基影响深度这一问题在理论计算上的缺失影响了其更为广泛的应用，强夯作用的机理一直是困扰广大技术人员的难题，本人十多年来一直从事该项工作的施工和研究工作，积累了一些施工经验，以下就本人对强夯作用机理和计算方法的思考作一简要探讨：
1．2 在国内外的工程实践和规范、规程和有关理论方法的指导方面，一直沿用梅那公式和规范中对影响深度的表格和经验深度，但各单体工程都是各有各的特点，地基土的结构和性质更是千变万化的，不能脱离各单体工程的地质条件和特点，更不能依据地基土的类型一概而论来进行确定其指导的影响深度，因为试夯也是根据规范和梅那公式来作指导的，因而也不能用来指导试夯施工。

2以下就笔者认为与强夯影响深度有关的各种岩土指标和施工设备作简要阐述：
2．1地基土的岩土指标：土体的含水量指标、土的塑性指标、土的粘聚力指标、土的抗剪强度指标即剪切角内摩擦角、土的孔隙比、土的矿物成分、土的固结状态、土的容重、土的饱和度、地基土的天然承载力等指标有关。

施工设备：主要是相同单击夯击能条件下不同的锤底面直径和排气孔设置，即不同的锤底面静压力值。

2．2 理论基础：弹性半空间理论、圆形刚性基础塑性应力和应变理论，动弹性模量根据不同的强夯处理目的，或为提高地基土承载力指标，或为消除地基土的湿陷性，归结到底就是提高土体的密实度，减少土体的孔隙比。

那么，我们是否可以在土体的孔隙比与土体的承载力指标之间，在土体孔隙比与土体湿陷性指标之间建立一种本质上线性联系，在某处理面积上以一定深度的土体作为强夯处理对象，以达到该控制孔隙比所确定的需要达到的场地的总体沉降值来控制，就可在施工和设计过程中不断得到调整，从而达到在最终目的的过程控制。

2．3 在计算过程中，场地的最终夯沉量是可以通过单点夯坑深度和数量及满夯经验数据计算得到的，具体的计算过程如下：首先，根据处理目的来确定地基土所需达到的处理深度要求来确定该部分土体所需要达到的土体密实度或孔隙比要求，根据该孔隙比来确定土体所需要的压缩指标，根据该所需达到的压缩指标来确定土体所需达到的整体夯沉量指标，即整片地基土的体积置换率指标，根据该夯沉量指标来确定所需的夯点数量和单个夯坑深度，根据单个夯坑深度确定单击夯击能和单点夯击次数。

根据夯点数量和所需处理总面积来确定夯点间距和夯击遍数。

实际总结一句话：通过控制体积置换率的计算来达到计算处理深度的目的。

2.4 具体的计算式为：
e1：原地基土在要求处理深度h内的孔隙比，e2：达到处理目标后的平均目标孔隙比，要求处理的地基面积为s，则需要挤密的土方量为：v=s×h×（e2- e1）/（1+ e2）。

根据该需要挤密的土方量，根据地质情况、单点试夯夯坑深度、满夯经验数据，确定单点夯坑的预估深度H，夯锤直径设为D，满夯经验夯压系数为m（约为夯坑深度的6%，即满夯总体夯沉量），则需要的夯点数量：N=4×v×（1-m）/（л×D2×H）
单点代表的处理面积S=s/N。

施工需要控制的数值为：夯点数量N、单个夯坑深度H，最后的整体总夯沉量X=N×（л×D2×H）/4×s+m
3以下就该计算方法结合工程实例进行验证：
3．1 内蒙古自治区某工程，为六层砖混结构单身宿舍楼地基处理，该场地的地质条件大致为：
第一层：素填土，厚度为5.5—7.5米，填土底面起伏2米，结构较松散，根据补充勘察数据，填土的处理前孔隙比为0.86-1.05，具湿陷性，填土类型为坡积类粉土，含水量8%-9.5%。

第二层：粉土，本层厚度20米以上，未揭穿。

孔隙比为0.73-0.82，天然含水量9%-
10.2%。

具轻微湿陷性。

天然地基承载力特征值为165Kpa。

3．2设计要求：
一、要求处理后的地基承载力特征值不小于150Kpa。

二、要求有效影响深度不小于6米。

根据以上设计要求，试夯按照两种方案进行，第一种方法采用深层强夯素土置换法，第二种采用普通强夯法进行。

夯击能同为3000KN.m。

对第一种方法，夯锤规格：1.4米直径，锤重19吨，落距15.6米。

控制终夯标准为最后两击夯沉量不大于20cm。

最后测量的素土回填置换量为每平米1.12立方，其经检测后的承载力特征值为162Kpa，场地以下6米内湿陷性完全消除。

影响深度6-7.2米。

满足设计要求。

第二种方法：夯锤规格：2.4米直径，锤重20吨，落距15米。

控制终夯标准为最后两击夯沉量不大于5cm。

最后测量的总夯沉量为每平米0.74立方，其经检测后的承载力特征值为136-152 Kpa，上部1.8米以内大于150Kpa，其下约3.2米为136-150Kpa，影响深度4.5-5.1米。

尚有1米左右土层存在轻微湿陷性。

未满足设计要求。

3．3 考虑到采用第一种方法虽然满足设计要求，但其工程造价较高且工期比第二种方法延长一倍还多，再加大夯击能进行新一轮试夯也不现实，因施工设备需更换，工期紧等因素约束。

我们考虑该场地在调整夯点间距及夯击遍数等参数的情况下，控制每平方米土的压实量，即通过控制整个场地在经夯实后整个土体的孔隙比降低值来控制其影响深度和承载力指标，在调整的施工方案中，第一、采用的施工顺序为先夯场地四周，逐渐由四周向中心的施工顺序。

第二、夯击遍数由原来的两遍改为四遍，夯点间距由原来的4.5米减小到3.0米。

单个夯坑的深度约为2.4米。

经计算得出的单位面积整体置换土方量与强夯置换大致相等，其处理结果也应相近。

第三、场地内夯坑的平整不采用整体推平的方法，而采用每遍夯坑均用含水量合适的素土直接进行回填、推平、压实。

保证已经经侧向挤密的夯间土不被设备推平过程中破坏其挤密效果。

第四、重视满夯质量的控制，采用两遍满夯，锤印互相搭接，单点夯击次数两击。

经施工方案调整，经测量，最终的夯沉量达到1.19米，即每平方米的夯沉（置换）量为1.19立方，其经检测后的承载力特征值达到155Kpa。

场地以下6米内湿陷性完全消除。

影响深度6-6.4米，满足设计要求。

4通过以上的施工实践，本人深刻的认识到，要达到一定的目的，不用通过中间环节的繁琐理论，抓住问题的实质和主线，通过方案的调整，最终达到最主要的指标即可达到目的。

但由于该工程的检测中未作孔隙比的夯前和夯后对比，因而其数据有缺失，但通过本次施工实践，间接证明了上述理论的可行性。

5综述：
5．1 对强夯这一处理方法来说，作为处理对象的地基土性质是决定处理设计的依据，处理设计参数必须与其相适应，而地基土的孔隙比即是一个重要的指标。

5．2 该处理方法所用机具设备的多样性需要统一简洁的设计理论与其相适应以扩大其应用的广泛性。

5．3 处理计算理论需具有自检测的前瞻性和可控制性。

5．4 施工过程控制是关键，通过采用合理的施工顺序和做法可以有效控制施工质量。

6 结束语：由于本人水平有限，加之没有能力将所需专业检测项目进行系统积累和测试，所积累的数据有限，不能把大量数据和专项测试结果进行对比而得出较为精确的计算公式，只是在一个单体工程的实践中得以验证，希望广大同仁能提出宝贵意见，同时能积累更多的数据，共同探讨以使理论得以创新和提高。

参考文献：
1闫明礼．地基处理技术〔M〕．北京：中国建筑工业出版社，1996
2叶书麟．地基处理〔M〕．叶观宝．北京：中国建筑工业出版社，1997
3黄绍铭．软土地基与地下工程．高大钊．北京：中国建筑工业出版社，2005。