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1、中欧美强夯法地基处理比照MEI Tao-tao;WANG De-yong;WANG Xin;HE Li-ping【摘 要】针对目前广泛遇到的海外港口建设工程中强夯设计参数选择和强夯施工监测等问题,具体比照分析了中、 欧、美标准和手册中强夯法适合土类、 设计参数和施工监控等.比照觉察,中、 欧、 美标准和手册关于强夯法最大的不同之处在于设计理念,欧、 美广泛承受能量法设计施工参数,而中国则通过强夯后的加固效果指导施工参数的选择.【期刊名称】水运工程【年(卷),期】2023(000)002【总页数】5 页(P118-121,144)【关键词】强夯法;地基处理;中、欧、美标准【作 者】MEI Tao
2、-tao;WANG De-yong;WANG Xin;HE Li-ping【作者单位】;【正文语种】中 文【中图分类】U655.4强夯法具有加固效果显著、适用土类广和设备简洁等优点1，在海外大面积陆域地基处理中应用广泛。但近年来，在中东地区承受欧美标准的工程中，由于中国和欧、美强夯设计思路和施工参数的选取等方面的差异，给中国施工单位造成了确定程度的施工困难。中欧美标准间的差异，随着海外工程的增多越来越受重视。周贻鑫2比照分析了中、欧、美岩土方面标准和常用的原位测试方法间的差异，争论觉察中欧美标准的组成和设计思路、原位测试的试验要求和结果分析计算等都存在差异。娄俊庆等3 具体比照了中、美平板载荷
3、试验的差异，通过争论归纳了两者主要区分在于承压板尺寸和沉降稳定标准,并通过实例比照分析了在砂类土等强度较高的地层的试验结 果。周贻鑫简洁比照分析了中、欧、美强夯法的适用条件和设计计算，但比照分析的内容较简洁，本文通过收集中国、欧洲和美国强夯法地基处理的标准、手册等资料，具体比照分析了中、欧、美标准和手册中强夯法适合土类、设计参数和施工监控等内容。1 强夯法适合处理土类比照相比振冲密实法，强夯法适合的土类更广，但假设不把握回填料，加固效果也会受到严峻影响，特别对于饱和黏土加固效果格外差，甚至会由于吸锤等问题造成施工困难。较高的细颗粒含量会导致土体渗透性较差以及颗粒间相互作用力较强，夯击能消耗在土
4、体的体积变形上，从而起不到密实加固效果。1.1 美国联邦大路局 Dynamic Compaction(FHWA-SA-95-037)参考美国联邦大路局 Dynamic Compaction(FHWA-SA-95-037)4中其次章内容： 很多强夯加固的土体位于水位以下，处于完全饱和状态。为了有效加固地基，土体 应具有确定的渗透性，使加固期间产生的超孔隙水压力较快速地消散，从而变得更 密实。因此，最适合强夯的土类是渗透性高、排水良好的土壤，而渗透率低、排水 差的土类不适用强夯。图 1 为适合利用强夯法处理的土类划分5。图 1 适合强夯的土类划分1.2 英国 CIRIA 协会标准 C573英国 C
5、IRIA 协会标准 C5736中 4.3.5 节中指出了几种不适合强夯法处理的土类， 见表 1。表 1 不适合进展强夯的土类不利情形可能的问题软黏土(su 30 kNm2)没有足够的阻力来传递夯锤的冲击力黏土外表地层或许不能支撑重型的起重机,不适合用来回填夯坑黏土回填料假设以后被水漂移,可能会发生溃塌生物降解材料强夯会产生无氧环境,并重生成或转变生物降解的位置1.3 中国标准和文献中国标准和文献7-8中指出了强夯法适合处理的土类为：松软的碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、素填土和杂填土。1.4 比照分析从以上分析可知，美国联邦大路局强夯手册 Dynamic Compaction(FHWA-
6、SA- 95-037)中对适合强夯的土类划分最细，对不同细粒含量的土体的强夯加固效果按粒径、渗透性以及塑性指数进展了强夯适用性的划分；英国协会标准 CIRIA C573 给出了不适合强夯加固的软黏土的指标，即 su30 kNm2 的软黏土，另外也指出了简洁生物降解的材料不适合强夯等；中国的标准或文献直接给出了适合强夯法处理的土类名称。相比之下，美国联邦大路局强夯手册 Dynamic Compaction(FHWA-SA-95-037) 关于强夯适合处理的土类的内容最具体，依据该参考手册可以简洁地通过一些简洁的室内试验预判强夯的适用性，而中国对强夯适合土类直接规定的做法并不能从根本原理动身推断是
7、否适用强夯。2 强夯法设计比照2.1 设计理念和流程比照欧、美强夯设计理念较为成熟，无论是参数设计还是前期预估等步骤，均有明确的流程，条目和内容格外清楚，而国内的标准由于理念不同，仅仅将最根本的规定逐条列出，很多内容并不翔实，缺乏指导性流程。欧美强夯设计流程见图 2。比照欧、美强夯设计流程，中国标准中，并未规定强夯施工前的评估，但是强夯施工设计时一般会有这方面的考虑。欧、美的强夯设计中总夯击能是格外重要的参数，结合处理深度，得出单位面积上需要施加的夯击能，再结合夯点布置可得出夯击数等设计参数，在现场试验之前，便初步设计好夯击数、夯击遍数以及夯点间距等参数，因此由图 1 可知，各参数之间有明显的
8、挨次关系。而中国的强夯参数依靠现场试验，各参数之间并无明显的规律挨次关系，夯击数由最正确单击夯击能和最终两锤的夯沉量收敛状况确定。中国标准中无总夯击能的概念，最正确单击夯击能概念实际上是按加固效果进展把握的手段。最终的夯沉量格外小，说明地基已经加固至确定程度，连续夯击反而是铺张能量，欧、美的设计中未表达这点。图 2 欧美强夯设计流程2.2 设计参数比照强夯法地基处理主要有以下设计参数：加固深度(夯锤和落高)、夯击能、夯点布设、夯击数、遍数、间隔时间、处理范围、垫层等。表 2 为中、欧、美标准和文献对于各设计参数的比照汇总，仅选取代表性的标准或文献进展比照。中国标准中 JGJ 792023建筑地
9、基处理技术标准和 JTS 147 2023水运工程地基设计标准中关于强夯的规定相像，英国 CIRIA 协会标准 CIRIA C573 仅简洁说明白目前常用 的主要参数，英国 ICE 协会标准 Specification for ground treatment 对强夯垫层的回填料做了具体的规定，其他设计参数方面罕有述及。由表 2 可知，中欧美强夯法设计方面最大不同在于，中国的强夯设计参数主要是通过现场试验依据收敛标准确定，而欧、美依据能量法计算地基加固需要的能量， 在强夯施工前便设计好相关的施工参数。中国做法实际上是依据地基加固效果来指导强夯施工，相比欧、美的思路，更重处理效果。表 2 中欧美
10、强夯设计参数比照国家文献名称加固深度夯击能夯点布设中国建筑地基处理技术标准 JGJ 792023 应依据试夯或阅历确定。缺少试验资料或试验时, 按表进展预估按等边三角形、等腰三角形或正方形,1.251.75 倍锤径布点地基处理手册粗粒土 1 0003 000 kNm/m2,细粒土 1 5004 000 kNmm2 按等边三角形、等腰三角形或正方形,1.251.75 倍锤径布点英国英国建筑争论院手册Specifying dynamiccompaction 9 Ze=k(MH)0.5,文中给出几种典型的回填土 k 的取值范围总夯击能通常在 50150 tonnem/m2 夯点间距一般为 510 m
11、 美国美国联邦大路局 Dynamic Compaction(FHWA-SA-95-037)D=n(WH)12,其中n 依据土的渗透性、塑性指数和饱和度选取依据土类选择单位夯击能通常夯点间距为 1.52.5 倍夯锤的直径或宽度国家遍数间隔时间处理范围垫层中国依据土的性质确定,一般可点夯 24 遍,满夯 2 遍,必要时增加依据孔隙水压力消散时间确定,渗透性差时,不应少于 23 周每边超出根底外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1223,且不应小于 3 m;对可液化地基,根底边缘的处理宽度,不应小于 5 m 当场地表层脆弱或地下水位较高,宜铺填确定厚度的砂石材料的施工措施一般点夯 23 遍,最终低能量
12、满夯 2 遍。必要时夯击遍数可适当增加依据孔隙水压力消散时间确定,渗透性差时,不应少于 34 周应大于建筑物根底范围,一般每边超出根底外缘的宽度宜为设计处理深度的 1223,并不宜小于 3 m 当场地表土脆弱或地下水位高的状况,宜在表层铺填确定厚度的松散性材料英国一般需要一遍或多遍夯击,取决于土壤类别和土体状况渗透性差的回填土,应监测孔隙水压力的消散状况,确定间隔时间垫层材料一般为惰性的较硬的土料,颗粒尺寸一般不超过 200 mm。通常厚度在300600 mm 美国无法一次完成夯击时分遍,保证总夯击能不变取决于孔隙水压力消散时间大于规划的路基或受荷区域范围通常承受 0.31.2 m 厚不等的垫
13、层。垫层的土料最好是粗颗粒材料,如砾石、碎石或建筑瓦砾3 强夯法施工质量把握比照3.1 美国联邦大路局 Dynamic Compaction(FHWA-SA-95-037) 需要进展监测的类型和工程见表 3。另外施工阶段还必需对以下工程进展调整：阶段数和遍数、颗粒材料工作层的厚度、地下水位把握、地面振动和地下吸能层。表 3 监测工程监测类型活开工程说明现场观测夯坑深度假设夯坑深度大于夯锤高度加 0.3 m,停顿强夯,整平地面,然后恢复夯击地表隆起地表隆起说明的是回填料中的超孔隙水压力。实行现场测量(B 项)中的措施调整夯击数地表隆起在距离夯坑不同距离的地表插入标签来测量地表高程。假设夯坑周边体
14、积增量等于夯坑的体积变化,则停顿夯击。在恢复夯击之前,让超孔隙水压力消散。额外连续观测地表隆起现场测量超孔隙水压力在饱和细颗粒回填料中安置孔压计,测量孔隙水压力随着夯击的增加和消散状况。通过测量数据调整夯击遍数、阶段数场地沉降强夯前后,以网格点的形式测量场地外表的沉降。除了在垃圾填埋场,沉降应当为强夯加固厚度的5%10%地面震惊在接近建筑的土体或掩埋设施中使用振动传感器测量振动。将测得的粒子速度与允许值进展比较3.2 英国 ICE 协会标准 Specification for ground treatment该标准具体列出了强夯施工过程中需要监控记录的内容，主要包括 5 个方面的内容：每日记录
15、、沉降记录、外表水状况、过度的压实状况以及外表夯实状况。其中每日记录的内容包括：处理区域、日期、夯锤的质量、落高、每个夯点夯击数、夯坑深度、障碍物和工期延误、检测的数量和类型、外来回填料的数量以及已安装 仪器的读数。3.3 英国建筑争论院手册 Specifying dynamic compaction该手册中关于强夯过程中质量把握的具体内容有：位置误差、夯击、脆弱土层、硬层、移除障碍物、地基外表的夯实以及高程测量。强夯过程中，还至少应记录如下内容：夯点参照和夯击遍数、强夯日期、压实方法和设备类型、夯锤质量，尺寸以及落距、夯击数、单击或总的夯坑深度、夯坑回填料的体积、水的灌入、强夯地基处理延迟的
16、缘由和持续时间、任何未预料到的状况和天气状况。3.4 中国建筑地基处理技术标准参考 JGJ 792023中国建筑地基处理技术标准中第 6.3.11 节的规定：1)开头 强夯前，应检查夯锤质量和落距，确保单击夯击能量符合设计要求。2)在每一遍夯 击前，应对夯点放线进展复核，夯完后检查夯坑位置，觉察偏差或漏夯应准时订正。3)按设计要求，检查每个夯点的夯击次数、每击的夯沉量、最终两击的平均夯沉量 和总夯沉量、夯点施工起止时间。对强夯置换施工，尚应检查置换深度。4)施工过 程中，应对各项施工参数及施工状况进展具体记录。3.5 比照分析各标准或文献对强夯施工中的现场记录都有明确的要求，对现场各项施工参数
17、进展检查，对强夯施工状况、夯坑深度、场地沉降和振动等进展观测。产生超孔隙水压力后，各标准根本都要求先暂停强夯施工，待孔隙水压力消散后再连续夯击。美国大路局的强夯手册对现场质量把握的内容更多，依据现场调整的工程也比较细，譬如调整砂垫层的厚度、现场存在脆弱吸能层时需要去除或混合颗粒材料形成混合层等。4 结论1) 美国文献 Dynamic Compaction 从具体原理动身，具体论述了适合强夯法处理的土类划分，中国标准和文献仅提出了强夯法适合处理的土类名称，相对而言美国文献更严谨。2) 欧、美强夯设计理念更成熟，施工流程更清楚，设计参数一般依据地基加固需要的能量确定施工参数，而中国一般依靠现场试验
18、确定施工参数。3) 强夯施工过程中需要监测的内容，各标准和文献相差不大，美国文献 Dynamic Compaction 具体论述了施工过程中应当留意和调整的内容，对强夯施工有很强的指导性。参考文献：【相关文献】1 龚晓南.地基处理手册M.3 版.北京:中国建筑工业出版社,2023.2 周贻鑫.中、美、欧岩土工程勘察标准比照争论D.南京:东南大学,2023.3 娄俊庆,王宏宇,李晓光,等.中美平板载荷试验规程比照及试验争论J.工程地质学 报,2023,22(6):1058-1065.4 Federal Hiqhway Administration.Dynamic compactionM.Wash
19、ington:Federal Highway Administration,1995.5 Federal Highway Administration.Dynamic compaction for highway construction,volume 1:design & construction guidelines:FHWARD- 86133R.Washington:Federal Highway Administration,1986.6 A guide to ground treatment:CIRIA C573S.London:Construction Industry Research and Information Association,2023.7 中交天津港湾工程争论院.水运工程地基设计标准:JTS 1472023S.北京:人民交通出版社股份,2023.8 中国建筑科学争论院.建筑地基处理技术标准:JGJ 792023S.北京:中国建筑工业出版社,2023.9 Building Research Establishment Ltd.Specifying dynamic compactionM.London:Building Research Establishment Ltd,2023.