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

杨锋

连云港港口工程设计研究院有限公司江苏连云港222042

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工质量进行控制，根据试验区数据得出相应的施工参数：水压为0.4~0.6MPa，水量为200~400L/min，密实电流不小于60A，加密段长度以50cm为宜，每段留振时间不低于40s。

4、结语

强夯法和无填料振冲法施工结果表明,两者在处理砂质吹填土地基方面均取得较好的效果,但它们在适用土类、地下水位、施工控制、环境影响、工程造价等方面存在一些差异。在进行大面积地基处理施工前,有必要针对不同的场地情况和处理要求,进行相应的试验性施工研究,以分析不同方法的加固效果、适用条件、经济效益,为最终处理方案选用提供依据。

参考文献：

[1]刘岩,贺迎喜,杨和平.强夯与无填料振冲法处理松散细砂地基对比试验[J].中外公路,2015,35(06):33-36.

[2]王楹,姚占勇,张昊.强夯加固公路路基的工后沉降分析[J].公路交通科技(应用技术版),2016,12(03):169-174.

[3]王孝存,周健,马菁.低能量强夯法和无填料振冲法的应用比较[J].建筑技术,2005,(03):186-189.

[4]王娅如.无填料振冲法技术研究[J].科技风,2016,(24):21.