确定最佳夯击能的方法与工程应用

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摘要：本文结合强夯地基处理的加固原理对最佳夯击次数的确定方法进行探讨。通过工程实例的试夯实验数据分析，提出了对于碎石土地基最佳夯击次数合理有效的确定方法。

关键词：强夯法、最佳夯击次数、夯击能、有效夯击率

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

1、概述

强夯技术的开发和应用始于粗粒土，随后在低饱和的细粒土中得到一定应用。迄今为止，强夯法己成功而广泛地用于处理各类碎石土、砂性土、湿陷性黄土、人工填土、低饱和度的粉土与一般粘性土，特别是能处理一般方法难于加固的大块碎石类土及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土。实践表明，对于上述土类为主体的大面积的地基处理，强夯法往往被作为优先、有时甚至是唯一的处理方法予以考虑，且具有良好的技术经济效果。虽然强夯法己在工程中得到广泛的应用，但有关强夯机理的研究，国内外至今尚未取得满意的结果，其主要原因是各类地基土的性质千差万别，很难建立系统的强夯加固理论，不同的研究者大多从不同的角度，针对不同的研究对象，提出了各自不同的见解，导致没有统一的认识。在实际施工过程中，最佳夯击次数和有效加固深度是两个核心问题, 关系到现场强夯施工的效果。本文仅就对最佳夯击次数的确定进行一些探讨。

2、最佳夯击能的确定方法

关于最佳夯击次数( 实质就是最佳夯击能),《地基处理手册》[1]中提到最佳夯击次数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。

而还有另外一种说法是：在这样的夯击次数作用下,地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力,这样的夯击次数称为最佳夯击次数( 或最佳夯击能)。这种定义存在一下几方面的不足之处：

1、在任何一级夯击之后,地基中皆有一定深度的孔隙水压力达到或超过该深度内的土体自重，而这一深度可能已经在夯击能影响的范围以外。显然,这一定义是不全面的。应该考虑为在预计的有效加固深度内孔隙水压力达到土的自重压力。

2、这个定义也不严格。孔隙水压力只能间接反映出夯击能的变化和地基的接收情况,但是孔隙水压力不能等同于夯击能。夯击能除了引起孔隙水压力的变化外,还将造成地基周边土体的隆起、地基密实、土体局部液化、土体升温等。因此这并非唯一一种描述最佳夯击能的方式。

《地基处理手册》中提到的最佳夯击能确定原则也并未否认按照孔隙水压力作出的定义的适用性, 因为夯坑周围的隆起量是由于随着土体吸收夯击能的增加，土中的空隙体积随之减小，这时最先压缩的是气体体积，从而使孔隙水压力增大(产生超孔隙水压力)，并促使夯坑下的地基土产生较大的侧向挤压，而引起夯坑周围的地面有相应的隆起。这种原则所提到的压缩量最大和夯坑周围隆起量最小均应该为相对的概念，因此通过张永钩等(1981)[2]曾提出有效夯实系数的概念，并以此来确定最佳夯击能更为合理。若以表示为有效夯击系数，则有：

式中：――夯坑体积（m3）；

――夯坑周围地面隆起的体积（m3）；

有效夯击系数表示地基土在某种夯击能作用下的夯实效率，有效夯实系数高说明夯实效果好，反之，有效夯实系数低，说明夯实效果差。因此本文通过实例来进一步说明此最佳夯击能的方法的合理性。

3、工程实例

青岛某中石化LNG码头，后方施工场区面积为45万平米，主要由接收站和罐区组成。罐区基础的地基承载力要求为300KPa，根据该工程勘察报告表明，开挖区域能满足此承载力要求，但其中有8万平米的区域是回填区域，因此需要进行强夯地基处理才能满足承载力要求。罐区的回填料为强风化砂岩，级配良好。

根据强夯施工的技术要求，在强夯施工之前进行试夯实验，在回填区域内选取4块点夯实验区，并分别选用3000KN.M、4000KN.M、5000KN.M、6000KN.M的夯击能进行试夯。并在夯点周围设置12个变形位移桩来观测夯坑周围地面的隆起量。

表1-1 每击夯沉量和总夯沉量

图1 总夯沉量与夯击数的关系曲线图

根据对变形位移桩观测，得到的夯坑周围地面隆起量及有效夯击率，统计结果见表

表1-2夯坑周围地面的隆起量与有效夯击率的统计（3000KN.M）

表1-3夯坑周围地面的隆起量与有效夯击率的统计（4000KN.M）

表1-4 夯坑周围地面的隆起量与有效夯击率的统计（5000KN.M）

表1-5 夯坑周围地面的隆起量与有效夯击率的统计（6000KN.M）

根据对变形位移桩观测的实测数据，得到夯坑周围的地面的隆起体积和有效夯击率。四种不同的夯击能作用下其总有效夯击率均在85%以上（除个别几击外）。从最初几击的效果可发现，四种不同的夯击能作用下，每击的有效夯击率保持着良好平衡的趋势，说明土体的夯实效果良好，但可发现3000KN.M、4000KN.M和5000KN.M的有效夯击率均在第9击时分别下降到70.3%、20.9%和70.3%，6000KN.M的有效夯击能在第10击时降为50.5%。说明从9-10击开始，土体的夯实效率大大的减弱，可以理解为该区域的土体的夯击能接受能力在这一时刻达到了饱和。因此可认为此时的夯击次数为最佳的夯击次数。

3、结论

(1) 最佳夯击次数实质是在一定单夯击能的条件下, 一定条件的地基对夯击能的最大接收能力。该定义理论上严格, 可适用于各类地基。

(2) 目前确定最佳夯击次数的方法可分为两大类: 一类是按地基的接收能力确定; 另一类是按孔隙水压力确定。前者是较好的方法, 但关于这方面的研究还不多, 对此进行研究, 总结一套方法将很有价

值。后者在运用时, 对砂性土或粘性土皆有法可循,但沿用于既有砂性土又有粘性土的地基时却有一定困难。作者通过实际工程资料中孔隙水压力随夯击次数发展的时空分析, 发现其时空规律, 根据此规律即可确定最佳夯击次数。

(3) 有效夯击率的可认为是最佳夯击次数的直接反映，有效夯击率越高，说明夯击效果越好；反之，则说明夯击效果越差。当土体对于夯击能的接收能力达到了饱和，此后的有效夯击率则会逐渐下降，因此可认为此时的夯击次数为最佳夯击次数（最佳夯击能）。

参考文献：

龚晓南 地基处理手册（2008-06）；

张永钧、蔡梓林、钟亮、吕仁义(1981),强夯法加固地基中几个问题的探讨,施工技术,NO2