强夯置换墩设计与施工技术

1、ICS93.080.01R18备案号：备案号：备案号：DB15内蒙古自治区地方标准DB 15/ XXXXXXXXX强夯置换墩设计与施工技术Technical standard for design and construction of dynamic replacement piers点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）2010 - XX - XX发布2010 - XX - XX实施内蒙古自治区质量技术监督局 发布23 / 26下载文档可编辑目次前言II1 范围12 规范性引用文件13 术语、符号13.1 术语13.2 符号14 基本规定35 强夯置换墩设计45.1 一般规定

2、45.2 地基承载力55.3 地基沉降66 强夯置换墩施工与监测86.1 施工准备86.2 施工86.3 施工监测97 质量检查与验收107.1 质量检查107.2 质量验收10附录A （资料性附录） 复合地基载荷试验要点12附录B （规范性附录） 本规定用词说明14附录C （资料性附录） 强夯置换墩设计与施工技术条文说明15前言强夯置换墩法又称强夯碎石墩复合地基法，是近年来根据强夯法技术建立发展的地基处理新方法。本标准是以内蒙古自治区交通科技项目高寒湿地公路软基处治技术研究的成果为依据，通过对国内外强夯置换墩法处理软土地基技术的总结，并结合内蒙古地区公路建设的实际情况而编制,本地方标准能更好

3、地指导和促进强夯置换墩法处理软土地基技术在内蒙古地区的推广和应用。本标准由内蒙古自治区交通运输厅提出。主 编 单 位：内蒙古自治区交通运输厅 武汉广益工程咨询有限公司参 编 单 位：内蒙古自治区呼伦贝尔市交通局天津大学 上海朗琦土木工程有限公司同济大学安徽省交通规划设计研究院内蒙古交通设计研究院有限公司主 要 起 草 人：崔 琳 冯守中 刘凤林 辛长国 侯仰慕 杨彩霞 闫澍旺 叶为民 邓卫东 辛国树 赵清平 陈修和陈为成 李 静 王全录 张玉强 王 军 辛 强强夯置换墩设计与施工技术1 范围本标准规定了强夯置换墩法处理公路软基的设计、施工技术方法和要求、强夯置换墩处理公路软基的施工监测和质量检

4、验技术方法。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTJD30-2004 公路路基设计规范JTJ 017-96 公路软土地基路堤设计与施工技术规范 JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范GB50202-2002 建筑地基基础工程施工质量验收规范3 术语、符号3.1 术语3.1.1 强夯置换墩法 Dynamic compaction Pier Replacement Technique一种通过向强夯夯击作用形成的夯坑内，填入砂、石混合材料经夯击形成置换墩的

5、方式，在被加固地层中形成强夯置换墩复合地基结构，以提高软土地基承载能力的技术。3.1.2 单击夯击能 Single Tamping Energy表征单次夯击能量大小的参数，其数值等于锤重与落距的乘积。3.1.3 有效加固深度 Effective Strengthened Depth使经强夯或强夯置换作用的地基土物理力学性质有明显改善，并能使地基承载力满足工程预定要求的处理深度。 3.1.4 夯击次数 Number of Tamping 在一个置换墩夯点上夯击的有效次数，它影响着地基加固效果、夯击能的利用率和施工效率。3.2 符号单击夯击能（kNm）；单击夯击能最低值（kNm）；强夯置换墩深度（

6、m）；附加应力（kPa）；自重应力之和（kPa）；土的承载力特征值（kPa）；第 i 层复合土上附加应力增量(kPa)；第 i 层复合土层厚度(m)；第 i 层复合土的复合压缩模量(MPa)；复合地基土的复合压缩模量(MPa)；置换墩体的压缩模量(MPa)；复合地基置换率；Ppf 墩体实际极限承载力(kPa)；q 墩体极限抗压强度（MPa）；fi 墩周土的极限摩擦力(kN/)；Sa 墩身周长(m)；Li 按土层划分的各段墩长(m)；R 墩底土极限承载力(kPa)；Kp 被动土压力系数；Ap 墩身横断面积（)；Es 墩间土体压缩模量(MPa)；复合地基置换率； S沉降量(m)；4 基本规定强夯置

7、换墩法的设计与施工应根据具体的地形地貌、地质条件、公路等级、工期要求、施工条件、环境等因素，符合安全、有效、经济、环保的原则。4.1.1 选择强夯置换墩法处理公路路基前，应明确和完成下列工作：1、搜集拟处理场地的水文、地质详细勘察资料、环境情况，场地范围内的地下管线、地下障碍物及路基设计资料等。2、确定软土地基处理的目的、处理范围和处理后要求达到的各项经济技术指标等。3、掌握了解置换材料的来源、性质。4、结合工程情况，了解当地强夯置换墩处理软土地基的经验和施工条件，以及其它地区相似场地上同类工程的强夯置换墩处理软土地基的经验和处理效果等。 4.1.2 强夯置换墩法适用于处理高饱和度的砂土、粉土

8、、软塑流塑状的粘性土或泥炭等地基工程。对处理后要求地基承载力大于350kPa的工程，应慎重使用。4.1.3 强夯置换墩法施工前，应在具有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯。根据试夯结果，调整或完善设计与施工参数。试验区数量应根据场地复杂程度、构筑物规模和类型确定。4.1.4 强夯置换墩施工应精心组织，严格按设计要求施工，做好施工过程的检查和记录，出现异常情况时，应及时会同有关人员妥善会商解决，以确保工程质量。4.1.5 施工过程中，应安排专门监理机构负责工程监理，施工结束后应进行工程质量检验和验收。4.1.6 强夯置换墩法施工应制订相关安全保障措施，杜绝违章施工，做到安全生产，并应考

9、虑对居民、构造物等周围环境可能带来的影响，以及减少影响的措施。5 强夯置换墩设计5.1 一般规定5.1.1 强夯置换墩的深度、直径应根据上部结构对地基承载力、稳定和沉降的要求确定，应尽量穿透软土层，到达较硬土层上。当单击夯击能低于5000kNm时，处理深度不宜超过7m。5.1.2 墩位宜采用等边三角形或正方形布置。5.1.3 墩间距应根据荷载大小和原状土的承载力选定，一般不宜小于2倍锤径。当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或长条形基础可取夯锤直径的1.52倍。墩的计算直径可取夯锤尺度的1.11.2倍。当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。5.1.4 强夯置换墩地基处理加固

10、范围应大于上部结构基础范围，具体范围应根据上部结构性质或冻土深度等因素综合确定。对于一般路基，处理加固范围宜超出路堤坡脚外1/21/3墩长，且不小于3m；对于特殊条件下的路基，宜超出1倍墩长；若为非稳定边坡，应处理加固到最危险的滑弧范围外。5.1.5 墩体材料应采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%，含泥(土)量不宜超过全重的5%,单击夯击能超过2000kNm时，填筑料的粒径可适当放宽。5.1.6 墩顶应铺设一层厚度不小于500mm的压实垫层并应铺设防水土工织物。压实垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm，防水土工织物可

11、采用两布一膜，单位面积质量不小于350g/m2；土工织物刺破强度不小于0.5KN。5.1.7 强夯置换墩设计时，应预估地面抬高值，并在试夯时予以校正。5.1.8 强夯置换墩法的单击夯击能应根据地基土类别和设计处置深度等因素综合确定，必要时应通过现场试夯确定。在缺乏试验资料时，可根据式（5.1.81）和（5.1.82）预估。较适宜的夯击能： (5.1.8-1)夯击能最低值： (5.1.8-2)式中：为置换墩深度（m）。初选夯击能宜在和之间选取。高于则可能浪费，低于则可能达不到所需的置换深度。5.1.9 夯点的夯击次数应根据土层厚度、表层情况及使用要求确定、必要时通过现场试夯确定，一般为5-10击

12、，且应同时满足下列条件：（1）达到设计墩长；（2）累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍；（3）前后两击累积沉降差满足式（5.1.9）要求； （5.1.9）式中：S为前后两击累积沉降差（mm）；分别为前后两击的累积沉降量（mm）；（4）最后两击的平均夯沉量不大于下列数值：当单击夯击能小于4000kNm时为50mm；当单击夯击能为40006000kNm时为100mm；当单击夯击能大于6000kNm时为200mm。5.1.10 强夯置换墩夯击成墩时，应在墩位连续夯击，每次夯击结束测量夯坑沉降量，并在夯坑内及时填筑补平墩体材料，并直至达到夯点停锤条件为止。5.1.11 根据初步确定的强夯参数，提出强夯

13、置换墩的试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数周后，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，以评估强夯置换效果，确定工程采用的各项强夯置换参数。检测项目除进行现场载荷试验检测承载力和变形模量外，尚应采用超重型或重型动力触探、波速测试方法等，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化情况。5.2 地基承载力5.2.1 强夯置换墩单墩承载力除与墩身材料性质及密实程度有关外，主要取决于墩周围土体的侧限能力，破坏模式是以鼓胀破坏为主。其承载力应根据现场荷载试验确定，初步设计时，可根据经验或按式（5.2.1）计算。Ppf ru Kp （5.2.1）式中: Ppf 墩体单墩极限

14、承载力(kPa)；ru 墩侧土提供的侧向极限应力(kPa)；Kp 墩体材料的被动土压力系数。 5.2.2 确定软粘性土中强夯置换墩复合地基容许承载力时，可不考虑墩间土的作用，其承载力按式（5.2.2）确定。fspkQp/ Ap （5.2.2）式中:fspk 处理后的地基承载力(KPa)；Qp 单墩承载力（KN）；Ap 单墩面积（m2）。5.2.3 饱和粉土强夯置换墩复合地基承载力可通过现场复合地基载荷试验确定，也可根据现场试验确定的墩体和墩间土极限承载力通过下式估算： （5.2.31）md2/de2 （5.2.32）式中: fspk强夯置换墩复合地基承载力(Kpa)； fpk强夯置换墩体承载力

15、（Kpa），宜通过单墩载荷试验确定； fsk处理后墩间土承载力（Kpa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力； m 墩土面积置换率； d墩身平均直径(m)； de一根墩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)； 等边三角形布墩：de=1.05s； 正方形布墩：de=1.13s； 矩形布墩： ；s、s1、s2分别为墩间距、纵向间距和横向间距(m)。5.2.4 对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料，初步设计时复合地基承载力也可按下式估算： （5.2.4）式中：n墩土间应力比，在无实测资料时，可取24，原状土强度低取大值，否则取小值；m 墩土面积置换率。5.3 地基沉降5.3.1 强

16、夯碎石置换墩复合地基沉降应满足上部结构对地基沉降变形的要求。5.3.2 强夯置换墩复合地基的总沉降量由加固区压缩变形量S1、加固区下卧层的压缩变形量S2、褥垫层压缩变形量S3三部分组成。褥垫层压缩变形量S3较小，且多发生在施工期间，故一般不考虑。即复合地基总沉降量S可表示为：SS1+ S2 (5.3.2)5.3.3 加固区压缩变形量将加固区视为一个复合土体，采用复合压缩模量Esp用分层总和法计算。 (5.3.3-1)式中: s 变形计算经验系数，根据经验确定，一般大于1.0。第 i 层复合土上附加应力增量；第 i 层复合土层厚度；Espi第 i 层复合土的复合压缩模量。复合土层的压缩模量可按下

17、式计算： (5.3.3-2)或 (5.3.3-3)式中：Esp 复合土层压缩模量（MPa）； Es 墩间土压缩模量（MPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基压缩模量；n墩土间应力比；m 墩土面积置换率；Ep 置换墩压缩模量（MPa）。 公式中的墩土应力比，在无实测资料时，对粘性土可取24，对粉土和砂土可取1.53，原状土强度低取大值，原状土强度高取小值。5.3.4 加固区下卧层压缩变形量S2可用分层总和法计算。 (5.3.4)式中: 下卧层第 i 层土中附加应力增量(KPa)；下卧层第 i 层土层厚度(m)；下卧层第 i层土的压缩模量(MPa)。6 强夯置换墩施工与监测6.1 施工

18、准备6.1.1 强夯置换墩施工前应做好施工组织设计、施工设备选择、施工场地整平、控制点放样、检测仪器等准备工作等。6.1.2 强夯锤质量可取1040t，其底面形式宜采用圆形或多边形，锤底直径不应小于强夯墩设计直径的1.5倍。锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250300mm。6.1.3 为减少界面下沉范围，降低扩散能量，利于墩柱体形成，应采用直径比较大的夯锤。6.1.4 强夯机具设备应符合设计要求。施工机械宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。起重能力应为锤重的1.52.0倍，采用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅助门架，或采取其他安全措施，防止落锤时机架倾覆

19、。6.1.5 应备好充足的开山石或碎石材料，其中开山石最大块石直径应小于1/4夯锤直径，含泥量应小于5%。6.1.6 施工前对场地范围内的地下构筑物和各种地下管线，应采取安全措施，避免因施工而造成损坏。当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害的影响时，应在适当位置设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施，沟底宽度宜大于50cm，沟深要超过已有构筑物基础50cm，且不小于2m。6.1.7 坑内或场地积水应及时排除，当场地表土软弱或地下水位较高，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2m，应保证强夯设备在场地上行走的方便。6.1.8 清理并平整施工场

20、地，使强夯墩顶部的基面保持基本平整。在平整以后的场地上按设计要求对墩位进行放线定位，其定位偏差不得大于5cm。6.2 施工6.2.1 强夯置换墩的施工宜遵循如下步骤：（1） 清理、平整施工场地，当场地表土软弱时，应于其上铺设一层厚度为1.02.0m的夯填料作为施工垫层，以便于强夯设备的行走移动。（2）测量平整后的场地高程，进行置换墩夯点位置放样。（3）起重机就位。（4）夯锤置于夯点位置，测量夯前锤顶高程。（5）将夯锤起吊到设计高度，启动脱钩器，使夯锤自由下落。利用夯锤的势能，冲切垫层，形成夯坑。（6）在夯坑内用推土机推填进墩体材料块石，直至与坑周原始场地标高持平，记录填料数量，继续夯击，使块石

21、墩逐渐向下延长。如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准后，完成一个墩体的夯击，并移位至下一根置换墩墩位。（7）按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点施工。（8）推平场地，测量场地地面高程。（9）铺设垫层，并分层碾压密实。6.2.2 施工过程中，应根据场地的地质条件和工程使用要求，正确地选用强夯参数，包括单击夯击能、夯击次数、填充材料、相邻两夯击置换墩之间的间歇时间等。6.2.3 当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石。6.3 施工监测6.3.1 施工过程中应有专人负责施工监测工作。6.3.2 开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。6.3.3 在每一遍

22、夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。6.3.4 按设计要求检查夯坑填料的质量，记录夯坑填料使用数量。6.3.5 检查每个夯点的夯击次数、每击夯坑沉降量及夯坑周边土体的侧向位移量。6.3.6 监测超静孔隙水压力的增长及消散情况。6.3.7 检查每遍夯击结束并推平后的场地标高。7 质量检查与验收7.1 质量检查7.1.1 施工质量检验主要包括强夯墩形态的柱长检验、地基承载效果检验。7.1.2 强夯墩形态的柱长检验可以采用直接法测定或间接法测定。直接法宜通过钻探直接获得墩体长度；间接法宜采用雷达检测法测定墩体的长度。7.1.3 地基承载效果检验宜通过配备大型承

23、载板，在现场进行单墩载荷试验，获得单墩承载力，进而推断出复合地基承载能力。有条件时，可进行复合地基载荷试验，获得复合地基的承载能力。7.1.4 开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。表7.1.4强夯墩质量检查标准项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1强夯墩柱长设计要求按规定方法2地基承载力设计要求按规定方法一般项目1夯锤落距mm300钢索设标记2锤重kg300称重3夯击遍数及顺序设计要求计数法4夯点间距mm500钢尺量测5墩柱顶面直径不小于墩柱设计直径钢尺量测6前后两遍间歇时间设计要求7停夯标准设计要求测量锤顶高程或记录锤击数7.1.5 施工过程中应对各项

24、参数及情况进行详细记录。检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。7.2 质量验收7.2.1 强夯置换墩处理后的地基的承载力竣工验收检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；对粉土和粘性土地基可取2128d；强夯置换地基间隔时间可取28d。7.2.2 地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。对饱和粉土地基可采用复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。对墩间土加固效果检验可选用

25、静力触探或十字板，对砂土地层可选用标准贯入方法，对重要工程可进行载荷试验与室内实验进行质量检验。7.2.3 竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和构筑物的重要性确定。对于简单场地上的一般构建筑物，载荷试验检验点不应少于3个；对复杂场地或重要构筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%，且不应少于3点。附录A （资料性附录）复合地基载荷试验要点A.1.1.1 本试验要点适用于单墩和复合地基静载荷试验。A.1.1.2 静载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内单墩或复合地基的承载力和变形参数。A.1.1.3 单墩复合地基载荷试验承压板应具

26、有足够刚度，承压板可采用圆形或方形板。板的面积为一根置换墩所承担的处理面积。承压板中心应与墩的中心（或形心）保持一致，并与荷载作用点相重合。A.1.1.4 承压板底面标高应与墩顶设计标高相适应。承压板底面下宜铺设粗砂或中砂垫层，垫层厚度取50150mm，墩身强度高时宜取大值。试验标高处的试坑长度和宽度，应不小于承压板尺寸的2倍。基准梁的支点应设在试坑之外。A.1.1.5 试验过程中应采取必要措施，防止因试验场地地基土含水量变化或地基土扰动，而影响到试验结果的准确性。A.1.1.6 试验最大加载压力应不小于设计要求压力值的2倍，加载等级可分为 812 级。A.1.1.7 每级荷载施加后第一小时内

27、，以1、5、15、30、45、60各测读一次沉降，以后每半个小时读记一次，直至达到稳定标准。A.1.1.8 连续两个一小时内沉降量小于0.1mm/h时，即可施加下一级荷载。A.1.1.9 当出现下列现象之一时可终止试验：1总加荷量达到试验最大加载压力；2沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起；2承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的10；3当前级荷载作用下，载荷板的沉降量大于前一级荷载的两倍，且经过24小时尚未稳定。A.1.1.10 卸载级数可为加载级数的一半，等量卸载。每卸一级荷载，维持半小时，读记回弹量。回弹测读时间为：1、5、15、30。最后一级卸载至0后，应测读回弹量至稳定标

28、准，测读时间为1、5、15、30，以后每隔半小时测读一次。A.1.1.11 承载力特征值的确定：1. 当压力一沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2 倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；2. 当压力一沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定：1）当以粘性土为主的地基，可取s / b或s / d等于0.015 所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2m 时，按2m 计算）；当以粉土或砂上为主的地基，可取s / b或s / d等于0.01 所对应的压力。2）对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变

29、形值。按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。A.1.1.12 试验点的数量不应少于 3 点，当满足其极差不超过平均值的30时，可取其平均值为复合地基承载力特征值。附录B （规范性附录）本规定用词说明B.1.1.1 为了便于执行本规定条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1）表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用“必须” 或“须”，反面词采用“严禁”。2）表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”。3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”。表示有选择，在一定条件下可以

30、这样做的，采用“可”。B.1.1.2 规定中指定应按其他有关标准、规范执行时，写法为：“应符合规定”或“应按执行。附录C （资料性附录）强夯置换墩设计与施工技术 条文说明1 范围适用于公路路基软土处理,也可为其它类似工程地基处理所借鉴。2 规范性引用文件 无。 3 术语、符号无。4 基本规定4.1.1 本条规定在确定强夯置换墩法处理软土地基前应明确和完成的工作。4.1.2 强夯置换墩法是在利用强夯形成的夯坑内填入块石、碎石、矿渣或建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，采用多次投料和重复夯击的方法形成连续的柱墩状的置换体即强夯置换墩，由墩体与墩间土组成强夯置换复合地基；而未被置换的下卧饱和土层，也在强夯所产

31、生的冲击波和动应力作用下，通过置换墩良好的透水性实现了加速排水固结，可以达到提高地基承载力和变形模量，降低地基土的压缩性、减少沉降量，改善地基土层的均匀性，减少工后差异沉降等功效。强夯置换墩复合地基是处理淤泥质地基的一种新工艺，应注意以下适用条件：（1）软土层厚度不宜过大，一般为38m，且下部分为强度较高的下卧层；（2）具备良好的挤淤空间，对于路基要求两侧无大面积的覆盖层；（3）场地地表水位不能过高，施工前应设置挡水及排水设施。强夯置换墩法是近年来以强夯加固法为基础发展起来的一种新的地基处理方法，是强夯法的延续和发展。它既集强夯法和置换法二者的诸多优点，又扩大了这两种地基处理方法的适用范围，能

32、用于强夯法不适宜的高饱和度的粉土、粘性土和饱和的淤泥、淤泥质土及置换法不适宜的深厚的软弱土地基上对变形控制要求不严的工程。4.1.3 强夯置换法具有加固效果显著、施工工期短、施工费用低等优点，已在国内外堆场、公路、机场、房屋建筑、油罐等工程中得到了越来越多的应用，其处理范围也由饱和软土、淤泥质土扩大到了泥炭质、有机质、盐渍土等特殊土层。Kruger早在1980年采用此法加固4m深的淤泥质土，中东曾用此法加固4m厚的粉质粘土，沙特则用此法加固盐渍土，南非在1986年用来加固6m深的软土和泥炭，新加坡用来加固有机质土等，处理效果普遍良好。但个别工程因设计、施工不当，加固后出现了较大沉降或墩体与墩间

33、土间的不均匀沉降等情况。同时，有关强夯置换墩法的机理研究，至今尚未取得满意的结果。因此，目前还没有一套成熟的设计计算方法。强夯置换法的适用性、处理效果也仍在探索中；设计和施工参数的确定以及这些参数与处理效果的关系等还缺乏成熟的理论和简便、实用的计算方法。许多工程问题的解决大都依赖于现场的试夯或试验性施工，通过试验验证强夯置换法的适用性、检验加固效果、确定施工参数后再进行设计。因此，本条规定强夯置换墩法施工前，应在施工现场有代表性的地段上进行试夯或试验性施工。试夯时，试夯区范围应不小于30m30m。试夯开始前，应在试夯区面积上铺筑一层1m2m厚的填料。试夯过程中应严格做好现场量测和记录。基本量测

34、项目包括：夯点（墩位）的喂料量、夯点（锤顶）高程、夯墩周围（四点）隆起量、振动影响范围、夯击次数、夯击遍数等。试夯结束一段时间后，可采用载荷板试验法等进行自检，评价加固效果。如果加固效果不能满足设计要求，则需调整夯击参数，重新试夯。满足设计要求后进行正式施工。4.1.44.1.6 条规定在施工过程中，应注意做好施工过程组织、信息记录与及时反馈等工作，做到动态设计、信息化施工。质量是生命、安全是保障，因此，施工时必须制订详细的施工组织设计和相关的规章制度，做到安全生产。5 强夯置换墩设计5.1一般规定5.1.1 强夯置换墩法对地基土的加固可达9.0m，其中20m50m 深度范围内地基土的加固效果

35、最为显著。置换墩墩长应根据土质条件确定,一般在210m左右，垫层厚约0.51.0m，具体需根据地基土的性质和复合地基的加固强度要求确定。对于淤泥、泥炭等粘性软弱土层，因为置换墩底竖向应力较墩间土高，如果墩底仍在软弱土中，会因承受不了墩底较高竖向应力而产生较多下沉；而对于深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层, 因墩下土在施工中密度变大，强度提高有保证，故可允许不穿透该层。目前国内常用夯击能在5000kNm以下，置换深度一般不超过7m，但在深层软土中地基加固，墩(柱)体已长达610m。国外置换深度有达12m，锤的质量超过了40t。表5.1.1-1 国内外强夯置换法能级与实测加固深度工程名称被置换土

36、层夯能（kNm）实际置换深度（m）墩下加固范围（m）总加固深度（m）武钢四烧淤泥、厚层35006（平均）612马鞍山钢厂原料堆场淤泥、厚层3130673610胜利油田油罐基础粉土30m厚 22504.51317.5禹城水泥厂5m以内粘、粉土，510m液化砂30004.75.0611古交矿11层办公楼10m内粉土、粉砂类粘西大学化学楼56m厚流态粘性土16004（砂墩）26深圳机场56m淤泥，下为粉质粘土25206不详-太原铝材厂粉土、粉质粘土互层，8液化400045（砂墩）510山西太行仪表厂淤泥质粉质粘土16004（砂墩）26南非某工程6m沼泽土与泥炭48007-约

37、翰内斯堡高速公路6m厚淤泥116006-新加坡5.8m泥炭质粘土22506-新乡至郑州高速公路（姬同庚，2007） 粉土、粘土，下为液化砂 20006.5-秦皇岛某七层商住楼（张凤文，2000） 粉土、粉质粘土，中砂，淤泥质粘土11796.3-* 除注明外均摘自刘惠珊（1996）.* 置换材料除注明外，均为碎石或钢渣。影响强夯置换墩地基处理效果的因素主要有：1）土的特性及分布。包括地基土的类型、组成、性质；土的分层、不同土层的厚度、埋藏顺序；地下水位情况等。2）施工设备。包括强夯锤的形状、锤底面积（锤底直径）、锤重、锤底静压力、起吊高度等。3）强夯参数。包括夯击能、锤重、落距；置换深度；夯击次

38、数、夯击遍数；墩位布置、间距、处理范围等。4）墩体材料。包括材料性质、级配、粒径、含泥量等。5）施工方式。如：重锤低落距、轻锤高落距；是否满夯及遍数等。6）施工控制标准。如：收锤标准、两遍夯击间隔时间、夯后检测时间等。7）人为因素。如：施工人员的技术素质、责任心等。8）复合地基受力特点。包括基础刚度；是否设置垫层及厚度；墩土应力比；墩土面积置换率、原地基土强度、墩体长度等。5.1.25.1.3 夯击点布置是否合理与夯实效果有直接的关系。夯击点位置可根据基底平面形状进行布置。夯击点间距一般根据地基土的性质和置换墩的深度确定。对于细颗粒土，为便于超静孔隙水压力的消散，夯点间距不宜过小。置换墩深度较

39、大时，第一遍的墩间距不宜过小，以免夯击时在浅层形成密实层而影响夯击能向深层的传递及引起相邻墩的变松。此外，若各夯点之间的距离过小，在夯击时上部土体易向侧向已形成的夯坑中挤出，从而造成坑壁坍塌，夯锤歪斜或倾倒，而影响夯实效果。5.1.4 由于基础应力扩散作用，强夯墩复合地基的处理范围应大于构筑物基础范围，具体放大范围可根据构筑物结构类型和重要性等因素确定。对于一般构筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/3至1/2 ，并不宜小于3m。5.1.5 墩体材料级配不良或块石过大、过多，均易在墩中留下大孔，在后续墩施工或建筑物使用过程中使墩间土挤入孔隙，增加地基工后沉降量。因此，本条强调

40、了级配和大于300mm的块石总量不超出填料总重的30%。在内蒙古海满一级公路二卡湿地软基处理中采用的开山石混合料，控制含泥量小于10%，石料主要粒径30cm40cm，最大粒径不大于1/5的夯锤锤底直径。5.1.6 路堤荷载下，铺设一定厚度的垫层可以有效改善复合地基工作性状，提高路堤整体性，增强墩土共同作用，提高复合地基承载力。其主要作用包括以下几个方面:（1）拱效应：在受荷初期，由于墩间土的模量低于墩体，土体较墩体出现更大沉降，墩顶将向上刺入垫层。垫层经过严格压密，一般具有相对较高刚度，在荷载作用下垫层产生拱效应，将部分应力向墩顶集中，墩间土所受应力则相应减小。（2）调整墩、土应力比：由于墩顶

41、和墩间土的沉降不同，调动了碎石垫层的流动补偿性，逐步调整墩、土应力比，不使墩间土上应力过大而造成过大沉降，墩体承载力亦能得到较好发挥。经过一段时间的调整，墩、土应力趋于合理分配，此时复合地基即处于平稳状态。（3）保护表土和改善接触条件：铺设碎石垫层能避免施工机械对完工后复合地基表土的扰动；改善表层排水条件，为地基中孔隙水的消散提供良好的横向排水通道；同时能改善路堤与复合地基的接触条件，防止墩体刺入路基，并且弥补墩土不均匀沉降产生的空隙。垫层厚度小于50cm时，墩土应力比随垫层厚度的增加而增加；当垫层厚度大于50 cm时，墩土应力比随垫层厚度的增加而减小，并且在2550 cm之间墩土应力比随垫层

42、厚度的增加比较缓慢。5.1.7 强夯墩置换时地面不可避免要抬高，特别在饱和粘性土中，根据有限资料，隆起的体积可达填土体积的大半。这主要是因为土体在强夯置换中，虽有部分软土被挤密，或因填料吸水而降低一些含水量，但隆起的体积还是可观的，应在试夯时仔细记录，做出合理的估计。5.1.8单击夯击能应根据现场试验决定，但在可行性研究或初步设计时可按图5.1.8-1中的实线（平均值）与虚线（下限）所代表的公式估计：较适宜的夯击能： （5.1.8-1）夯击能最低值： （5.1.8-2）式中：为置换墩深度（m）。初选夯击能宜在和之间选取，高于则可能浪费，低于则可能达不到所需的置换深度。图5.1.8-1是国内外1

43、9个实例工程的实测置换墩深度与单击夯击能之间的关系。该图表明，单击夯击能量相同时，软土置换深度略大于砂性土层。图5.1.8-1 夯击能与实测置换深度的关系5.1.9累计夯沉量指单个夯点在每一击下夯沉量的总和，累计夯沉量为设计墩长的1.52倍以上，主要是保证夯墩的密实度与着底，实际上相当于充盈系数的概念。5.1.10夯击遍数应根据地基土的性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可少些。反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数要求多些。根据我国工程实践，一般均能取得较好的夯击效果。对于渗透性弱的细颗粒地基，必要时夯击遍数可适当增加。必须指出，由于表层土是基础的主要持力层，

44、如处理不好，将会增加构筑物的沉降和不均匀沉降。5.1.11两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水压力的消散。间隔时间长短取决于超静孔隙水压力的消散时间，而土中超静孔隙水压力的消散速率与土的类别、夯点间距等因素有关。有条件时，宜在试夯前埋设孔隙水压力传感器，通过试夯确定超静孔隙水压力的消散时间，并据以确定两遍夯击之间的时间间隔。当缺少实测资料时，间隔时间可根据地基土的渗透性按本条规定采用。强夯置换墩法中，通常用碎石等粗颗粒进行置换，若选用的碎石桩材料符合一定的级配要求，则所制成的碎石桩可在粘土地基中形成一个良好的排水通道，起到排水砂井的效果，且大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，加快软

45、土的排水固结，使地基沉降稳定加快。根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一段时间，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。5.2 地基承载力5.2.1 成墩过程中，由于振动、挤压等原因，墩间软土会出现较大的附加孔隙水压力，从而导致原软土地基土强度有所降低。墩体形成后，一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复，另一方面孔隙水压力会转移消散，结果是有效应力增大，强度提高和恢复，甚至超过原土体强度，故强夯置换可以提高墩间软土的地基承载力。强夯置换墩承受的垂直荷载有一部分要转化为由墩间土承受的水平荷载，这是其

46、作为散体材料墩复合地基的一个重要特性。当墩体与基础直接接触时，接触面处由于受墩体与基底摩擦作用的限制，侧挤力一般接近于0，在距离基础底面深度约0.5倍2.0倍墩径处，墩间土承受的水平荷载达到最大值，然后又随深度增加而降低。因此，目前一般认为，在深度约4倍左右墩径处即可忽略不计。置换墩是由粘结材料和散体材料共同组成的组合墩体粘结材料墩体的承载力大小取决于墩侧摩阻力和墩底端阻力以及自身强度，而散体材料墩体的承载力大小则取决于墩侧土体所提供的侧限力大小及墩下土体的承载能力。如果将置换墩按粘结材料段承载力的计算，则先根据两种情况分别计算墩体的承载力：根据墩身材料强度计算承载力；Ppf q （5.2.1

47、1）式中: Ppf 墩体实际极限承载力(kPa)；q 墩体极限抗压强度（MPa）；根据墩侧摩阻力和墩底端阻力计算承载力；Ppf fi Sa Li十 Ap R / Ap （5.2.12）式中: fi 墩周土的极限摩擦力(kN/)； Sa 墩身周长(m)；Li 按土层划分的各段墩长(m)；R 墩底土极限承载力(kPa)；Ap 墩身横断面积()。再比较以上两式（5.2.11）和（5.2.12）的计算结果，较小值即为单墩体的极限承载力。5.2.2 对淤泥或流塑的粘性土中的置换墩则不考虑墩间土的承载力，按单墩载荷试验的承载力除以单墩加固面积取为加固后的地基承载力，主要是考虑： 1 淤泥或流塑软土中强夯置

48、换国内有个别不成功的先例，为安全起见，须等有足够工程经验后再行修正，以利于此法的推广应用； 2 某些工程因单墩承载力已够，而不再考虑墩间土的承载力； 3 墩体填料为碎石或砂砾，置换墩形成过程中大量填料与墩间土混合，越浅处混合程度越高，因而墩间土已非原来的土而是一种混合土，含水量与密实度改善很多，可与墩体共同组成复合地基。但目前由于对填料要求与施工操作尚未规范化，填料中往往块石过多，混合效果不佳、均匀性不好，墩间的淤泥等软土性质改善不够。因此，目前暂不考虑墩间土的承载力较为稳妥。需要说明的是，式（5.2.2）中单墩加固面积Ap为墩体横截面积加上分摊的加固土体面积。5.2.3 5.2.4根据南京水

49、利科学研究院多年来的实践经验成果，实测的墩土应力比多在25之间。为此，建议式（5.2.4）中墩土应力比取24。若强夯置换墩处理后形成的复合地基存在软弱下卧土层，则按复合地基加固区承载力计算出基础的底面尺寸后，尚需对复合地基软弱下卧层承载力进行验算： (5.2.4-1)式中：pz软弱下卧层顶面处的附加应力(KPa)； pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力(KPa)； faz软弱下卧层顶面处经深宽修正后的地基承载力(KPa)。如果不满足上式要求，应调整加大基础底面尺寸后重新验算；下卧层顶面的附加应力计算宜考虑扩散角。5.3 地基沉降5.3.1 公路软土地基路堤设计与施工技术规范（JTJ 017-96

50、）制定容许工后沉降控制标准，经近十年来的高速公路建设实践验证是合适的，本规程采纳该标准。5.3.25.3.4 强夯置换墩复合地基沉降量计算采用分层总和法计算。夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定，也可按当地经验取值。6强夯置换墩施工与监测6.1 施工准备6.1.1 强夯碎石墩复合地基的施工工艺流程如图6.1.1-1。不满足不满足夯前勘察初步施工方案施工准备试夯监测检 验正式施工方案夯第一遍监测夯第N遍监测夯后检验场地平整工程验收竣工报告结束准备阶段施工阶段收尾阶段图6.1.1-1 强夯施工工艺流程6.1.26.1.8 由于在成墩工艺上的不同，强夯置换墩墩柱体与碎石桩体存

51、在着较大的区别，墩体墩径一般较大、形状极不规则。其墩体形状与被加固土体的性质、夯锤的形状、采用的夯击能等多种因素有关。常见的墩形为鼓状和漏斗状两种，如图6.1.2-1所示。一般情况下，强夯墩的外涨系数（强夯墩的直径和锤径之比）为1.52.0，外涨系数和土的抗剪强度及锤的形状有关，土的抗剪强度越小，外涨系数越大，尖底锤的外涨系数比平底锤的外涨系数大。如要求形成的置换墩外涨系数尽量小，宜采用平底锤，相反，宜采用尖底锤。同时选择夯锤直径，其底面积宜按土的性质确定，锤底静接地压力值可取100200kPa，对于细颗粒土锤底静接地压力宜取小值。 （a）鼓状墩体 (b)漏斗状墩体图6.1.2-1 强夯碎石墩

52、复合地基常见的墩体形状6.2施工6.2.1强夯置换墩的成墩过程及成墩影响因素第一击（初夯）：夯锤产生的冲击波通过抛石层向下及四周传播，并伴随着能量的衰减，界面变化形成如图6.2.1-1(a)所示块石墩的雏形，它将对进一步夯击能量的分配起到控制作用。第二击：取第一击形成的墩体雏形曲线的一半来分析，按曲线斜率变化最大的点（A、B 、C、O）构成的三段（见图6.2.1-1(a)）。AB段：平缓且长度较大，入射强度相对较低，由A到B入射、反射、透射角逐渐变小，反射及透射强度变大。因透射角较小，AB段界面将发生向下为主的偏转推进而成为A1B1段，界面稳定性加强。BC段：两端附近倾斜度不大，但中间大部分倾斜较大，因此，在两端呈现较大幅度下沉；中间部分入射角较大，透射强度高，且以水平透射为主，反射