强夯法和无填料振冲法的对比应用

强夯法和无填料振冲法的对比应用

摘要：强夯法和无填料振冲法都是地基加固的方法之一，各自都有着其优势以

及劣势，本文以某工程为例进行分析，论述了地基加固中强夯法以及无填料振冲

法应用。

关键词：强夯法；无填料振冲法；应用

1、强夯法和无填料振冲法概述

强夯法是反复将夯锤提高到一定的高度使其自由落下，利用夯击能冲击地基，冲击中产生冲击波，夯锤达到对上部土体冲切，改变土体结构，减少土体孔隙，

使土体更加密实，从而提高地基的承载力并降低其压缩性。传统的固结理论认为

强夯法一般只适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素

填土和杂填土等地基的加固，对于饱和的软黏土一般不宜采用。而另一种观点认

为饱和软黏土在重锤夯击作用下将土体结构破坏，在夯点周围形成径向裂隙，形

成树枝状排水网络，使软土的渗透系数增加，为超孔隙水压力的消散创造了有利

条件，加速了软土的固结。如果饱和软黏土层中夹有粉细砂薄层，增加水平向渗

透能力，加固效果会更加显著。

振冲法是振动水冲法(Vibroflotation)的简称,是通过对土体的挤密、置换、排

水和预振,达到提高地基土剪切模量和承载力、降低场地液化势的目的。根据施工

方法的不同,分为有填料及无填料振冲两种方式。国内外一般认为,无填料振冲法

仅适用于粘粒含量低于10%的松散中、粗砂地基。由于粉细砂在宏观力学特性和

细观颗粒结构方面都和中、粗砂有所不同。故不能简单套用加固中粗砂地基的经验。周健等通过室内模型试验及现场试验认为,对于粘粒含量少于5%的饱和松散

粉细砂,采用无填料振冲法加固是可行的，并通过工程实践论证了其加固浅层吹填

粉细砂及下卧扰动软粘土层双层地基的适宜性。

2、工程概况

某工程施工时吹填土已固结三年,强度得到较大提高,但大面积吹填土地基承

载力特征值大部分仍仅为80kPa,小部分还没达到80kPa,且场区第一层吹填粉细砂

存在中等～严重液化现象,土质在横向和纵向上分布不均匀。,对地基承载力和变

形要求相对较低,而场地土强度短期内仍达不到设计荷载要求,甚至达不到大型机

械施工荷载需要,因此必须对场地地基进行处理。

3、强夯法施工措施

3.1、试验区强夯施工参数设计

强夯夯点直径为1.5m，夯点间距5.5m，梅花形布置。第一遍点夯单击能为3,000kN·m，第二遍点夯单击能为3,000kN·m，单坑夯击终夯标准按照最后两击平

均夯沉量小于10cm控制。满夯单击能为1,000kN·m，单点夯击数不小于2击，

满夯搭接四分之一锤印。

3.2、强夯法主要设计参数

由于强夯法的设计计算方法目前尚不成熟，因此通常的做法是针对工程情况，根据当地经验初步选定设计参数，通过现场试验验证结果，并经必要的修正后，

最终确定出适合于现场土质条件的设计参数。强夯法的主要设计参数包括有效加

固深度、单击夯击能、夯击次数(最佳夯击能)、夯击遍数、间隔时间、夯击点布

置和处理范围等:

(1)有效加固深度和单击夯击能的初步选定:拟加固土层包括素填土层(平均厚

度2.5m)和淤泥夹砂层(平均厚度4.0m)，加固深度约6.0m。根据拟加固土层的性

质和深度采用《建筑地基处理技术规范》JGJ79－2012推荐的查表法初步选定单

击夯击能为4000kN·m;

(2)夯击次数(最佳夯击能)的初步选定:夯击次数应通过现场试夯确定，常以夯

坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定的原则，除了按现场试夯得到的夯

击次数和夯沉量关系曲线确定外，还应满足下列条件:①最后两击或三击的平均

夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm;②夯坑周围地面不

发生过大的隆起(一般要求最大隆起高度不得大于10cm);③不因夯坑过深而发生

起锤困难。根据当地经验，暂定夯击次数为5～7次;

(3)夯击遍数的初步选定:夯击遍数应根据土的性质和平均夯击能确定，一般可采用2～5遍，设计时暂采用5遍，即3遍点夯+2遍满夯。最后2遍是以低能量

夯锤将场地表层松土满夯夯实，满夯夯锤搭接部分不能小于锤底面积的1/4;

(4)相邻两遍夯击时间间隔的初步选定:相邻两遍的夯击的间隔时间应根据超静孔隙水压力的消散情况而定，因本项目淤泥夹砂层的渗透系数为1.731×10－

5cm/s，较其他饱和软黏土渗透系数大约5～10倍，间隔时间初定为15天;

(5)夯点布置和处理范围的初步选定:为便于超静孔隙水压力的消散，夯点布置为间距6.0米的正方形插档法布置。强夯的处理范围应大于路基范围，每边一般

应超出路基范围的宽度宜为加固深度的1/2～2/3，且不宜小于3m，本设计每边

超出宽度取4.0m。

3、无填料振冲法加固

3.1、试验方案

振冲法施工时,水压、水量的控制,对于无填料振冲法加固粉细砂地基的成功

与否最为关键。与中粗砂相比,粉细砂的颗粒组成更为细小,如果水压和水量较大

的话,在振动中达到液化的细颗粒易形成流态区,随着水流返出地面。这样砂土地

基不仅没有得到加固,反而由于细颗粒的流失而趋于更加松散。所以无填料振冲法

加固吹填粉细砂地基时,尽量采用干振或低水压振冲成孔,但要保证管口不被堵塞。由于不加填料,为避免成孔时形成塌孔,振充器下沉速度较快,成孔速度控制在8～

10mmin。至孔底后留振一段时间,上提0.5m,如此逐步振密至孔口。由此分析,留振时间存在优化设计的问题,可根据振动深度的不同而做相应调整。笔者认为,当某

深度处砂土达到液化状态后,继续振动,砂土层的液化现象仅向深部发展,自身不再

有明显变化,此位置即为“平衡位置”。故可参考相应深度处砂土达到液化所需时间

作为振冲法施工时留振时间的参考。液化时间可根据埋设的孔隙水压力计实时记录,并进行计算判断;也可根据理论公式进行推导计算。由两者的推导结果,均可得

到随深度的增加,留振时间增加的结论。

3.2、每个桩点进行两遍振冲。

振冲施工过程中，振冲造孔、振冲致密的质量控制是关键。振冲成孔首先启

动吊车，快速下沉振冲器，下沉过程中保持振冲器垂直，以保证造孔的垂直度。

下沉过程中，当电流超过电机的额定电流时，应减速下沉、暂停下沉或上提振冲器，待电流值正常后再继续下沉振冲器。造孔时，若孔口不返水,要加大供水量。

造孔达设计深度后即可终止，并将振冲器上提30~50cm，同时将水压和水量减少

至维持孔口有一定量的回水但无细颗粒被冲走即可。振冲致密需选取合理的加密

段长度，控制好提升速度、留振时间，同时保持水压、供水量和密实电流。振冲

施工过程主要通过水压、供水量、密实电流、加密段长度、留振时间等参数对施