提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法

摘要

本发明提供了一种提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法，步骤包括：首先明确现场强夯的施工参数：每锤的夯击能、夯点间距、夯击次数和夯锤半径；接着得到可反映施工参数对土体加固效果的影响的无量纲参量；然后建立快速、便利评价强夯施工中土体加固效果的简化模型；接着考虑夯坑深度和有效加固深度，计算相邻夯点间土体压密程度随深度的变化，最后分析相邻夯点间土体压密程度，合理安排强夯的施工布置。本发明通过分析相邻夯点间土体压密程度，以优化强夯施工效果，工程实施方便。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体地，涉及一种提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法。

背景技术

强夯法广泛应用于土质较差的地基土体加固，具有施工方便，成本优势显著等特点。现阶段，强夯设计依旧主要根据工程师的经验或经验公式估算施工参数，并通过现场试夯进行确定。经验公式一般是根据工程实例、模型试验或数值计算结果建立的单夯点情况下强夯加固范围大小(一般由夯坑深度、有效加固深度以及侧向加固范围组成)与不同施工参数(每锤夯击能或夯击冲量、夯锤尺寸、夯击次数)的定量关系，可为强夯设计中施工参数的选择提供便利，但强夯施工对加固范围大小以及加固范围内土体加密程度都有要求，因此仅通过与加固范围大小相关的经验公式，而不考虑加固范围内土体的加密程度，将导致估算的施工参数存在较大误差，从而降低试夯效率，造成施工成本的浪费。此外，由于实际强夯施工现场是由一系列夯点组成的，强夯施工前还需要对夯点间距等多夯点相关参数进行确定，同时由于相邻夯点之间存在叠加区，同时受周边夯点的影响，需要考虑相邻夯点之间的相互作用。

经对现有技术文献的检索发现，2004年高广运在《地下空间》中发表的“强夯的非线性有限元分析和施工参数优化”一文中，利用非线性有限元的分析方法，提出了单夯情况下，不同夯锤底面面积和夯锤落距对土体加固效果的影响，并给出了施工参数的优化建议。2010年郑红娟在《重庆交通大学学报》(自然科学版)中发表的“数值模拟方法确定饱和土强夯施工参数”一文中，利用数值模拟的方法，探讨了夯击次数对土体加固效果的影响，并提出了最佳夯击次数。

但是以上文献多事针对单夯作用下土体加固效果的评价，并且考虑的因素较少，实际工程中，多以多夯出现，并且影响土体加固效果的因素众多，因此提出一种在多因素的影响下，提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法尤为重要，为施工参数的优化提供依据。

发明内容

本发明的目的是，在处理粗粒土地基时，提供一种提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法，具有简单、高效等优点，尤其是在选取地基强夯施工参数，具有广泛的工程应用和实用性。

为实现以上目的，本发明提供一种提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法，所述方法包括：

S1：首先获取现场的施工参数，包括每锤夯击能E_t、夯点间距S_d、夯击次数n和夯锤半径R_h；

S2：根据获取的施工参数，确定无量纲参量φ₁、φ₂，所述无量纲参量φ₁、φ₂能反映每锤夯击能E_t、夯锤半径R_h、夯点间距S_d以及夯击次数n对土体加固效果的影响；

S3：基于S1的参数，建立快速、便利地评价强夯施工中土体加固效果的简化模型；

S4：基于S2的结果和S3的简化模型，同时考虑夯坑深度和有效加固深度，确定相邻夯点间土体压密程度及其随深度的变化情况；

S5：根据S4的结果，分析相邻夯点间薄弱点处土体的压密程度，在强夯施工前根据施工要求优化施工参数，从而对粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固进行指导。

本发明以上S1、S2、S3并不是必须按照该顺序执行，而是为了方便描述，实际根据工程情况S1、S2、S3顺序可调整。

优选地，S1中，所述施工参数获取的途径为施工设备资料和现场施工的记录。

优选地，S1中，所述每锤夯击能E_t满足：

E_t＝M·h

上式中：M为夯锤的质量，h为夯锤的落距。

优选地，S2中，使用无量纲参量φ₁、φ₂反映每锤夯击能E_t、夯锤半径R_h、夯点间距S_d以及夯击次数n对土体加固效果的影响，具体如下：

上式中：α是与每锤夯击能E_t、夯锤半径R_h、夯点间距S_d以及夯击次数n有关的无量纲参数，取1.8，其中每锤夯击能E_t＝M·h，M为夯锤的质量，h为夯锤的落距；大气压强Pa是常量，用于构造无量纲参量。

优选地，S3中，所述评价土体加固效果，是指：实际强夯施工中，相邻夯点之间存在叠加区，同时受临近夯点的影响，叠加区距临近夯点一定距离，导致该区域土体加固效果弱于夯点底部土体，其中相邻夯点的中间点处是土体加固的薄弱点，该处土体的加固程度要小于其他位置，将相邻夯点的中间点处作为评估强夯加固效果的质量控制点。

更优选地，所述土体加固效果是指：采用相对密实度增量比D_re反映土体的加固效果，具体为：

φ＝28°+15D_r

上式中：φ为内摩擦角，D_r为相对密实度，e_max和e_min分别为最大、最小孔隙比，e为夯后土体的孔隙比，e₀为初始孔隙比，为塑型体应变，D_r0为初始相对密实度，ΔD_rmax为夯后土体相对密实度最大增量。

更优选地，S3中，所述建立评价土体加固效果的简化模型，是指：建立直角坐标系，坐标原点为相邻夯点中间线与地表面的交点，纵坐标向下为正，横轴表示土体的压密程度，即相对密实度增量比，在相邻夯点间薄弱点处沿深度方向取5个特征点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅；所述相邻夯点间薄弱点处沿深度方向5个特征点P₁、P₂、P₃、P₄和P₅的坐标分别为(D_re1，d₁)、(D_re2，d₂)、(D_re3，d₃)、(D_re4，d₄)和(D_re5，d₅)。

优选的，S4中，所述夯坑深度是指，夯锤锤击地面后产生的夯坑，夯坑底部距地表的距离d₁，d₁具体为：

M为夯锤的质量，h为夯锤的落距。

优选的，S4中，所述有效加固深度是指夯锤锤击地面影响一定范围内土体的密实程度，最大影响范围即有效加固深度d₅，d₅具体为：

上式中：n'为与土质情况有关的经验系数，其中：碎石土、砂土取0.39-0.6，粉土、粘性土、湿陷性黄土取0.35-0.5。

更优选地，S4中，根据土体压密程度的变化，在薄弱点处沿深度方向分为三部分：松弛扰动区、强加固区、弱加固区，设定每部分土体压密程度与深度呈线性相关。

优选地，S5中，分析强夯过程中相邻夯点间薄弱点处的加固效果，根据强夯施工要求优化施工的夯锤能级、夯锤半径、夯点间距和夯击次数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过分析相邻夯点间土体压密程度，能够根据分析结果来优化强夯施工效果，合理安排强夯的施工布置，工程实施方便。

本发明具有简单，高效等优点，尤其是在选取地基强夯施工参数，具有广泛的工程应用和实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更显著：

图1为本发明一优选实施例的方法流程图；

图2为本发明一优选实施例的强夯简化模型图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明。以下实例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果的方法的一实施例流程图，包括以下步骤：

S1：首先获取现场的施工参数，包括：每锤夯击能E_t、夯击间距S_d、夯击次数n和夯锤半径R_h

所述施工参数获取途径为设备资料和现场施工的记录，其中：每锤夯击能E_t的计算公式为：

E_t＝M·h

式中：M为夯锤的质量，h为夯锤的落距。

S2：接着计算可反映施工参数对土体加固效果的影响的无量纲参量φ₁、φ₂：

使用无量纲参量φ₁、φ₂反映每锤夯击能E_t、夯锤半径R_h、夯点间距S_d以及夯击次数n对土体加固效果的影响，具体如下：

式中：α是与每锤夯击能E_t、夯锤半径R_h、夯点间距S_d以及夯击次数n有关的无量纲参数，α取1.8，其中每锤夯击能E_t＝M·h，M为夯锤的质量，h为夯锤的落距；大气压强Pa是常量，用于构造无量纲参量。

S3：建立快速、便利地评价强夯施工中土体的加固效果的简化模型；

采用相对密实度增量比D_re反映土体的加固效果，具体表达式为：

φ＝28°+15D_r

式中：φ为内摩擦角，e_max和e_min分别为最大、最小孔隙比，D_r为相对密实度，e为夯后土体的孔隙比，e₀为初始孔隙比，为塑型体应变，D_r0为初始相对密实度，ΔD_rmax为夯后土体相对密实度最大增量。

如图2所示，实际强夯施工中，相邻夯点之间存在叠加区，同时受临近夯点的影响，由于叠加区距临近夯点一定距离，导致该区域土体加固效果弱于夯点底部土体，其中相邻夯点的中间点处是土体加固的薄弱点，土体的加固程度要小于其他位置，因此可将其作为评估强夯施工前预估土体的加固效果。

建立直角坐标系，坐标原点为相邻夯点中间线与地表面的交点，纵坐标向下为正，横轴表示土体的压密程度，即相对密实度增量比，在薄弱点处沿深度方向取5个特征点(P₁，P₂，P₃，P₄，P₅)，特征点的坐标分别为(D_re1，d₁)、(D_re2,d₂)、(D_re3,d₃)、(D_re4,d₄)和(D_re5，d₅)。

S4：接着同时考虑夯坑深度和有效加固深度，计算相邻夯点间土体压密程度随深度的变化

S4中，所述夯坑深度是指夯锤锤击地面后产生的夯坑，夯坑底部距地表的距离d₁：

S4中，所述有效加固深度是指夯锤锤击地面影响一定范围内土体的密实程度，最大影响范围即有效加固深度d₅，具体表达为：

式中：n′为与土质情况有关的经验系数，一般碎石土、砂土取0.39-0.6，粉土、粘性土、湿陷性黄土取0.35-0.5。

如图2所示，所述薄弱点处土体压密程度随深度变化曲线分为三部分：松弛扰动区、强加固区、弱加固区，并假定每部分土体压密程度与深度呈线性关系。

在考虑夯坑深度和有效加固深度的基础上，利用强夯土体加固薄弱点处相对密实度度增量随深度的变化曲线来评估土体的加固效果，曲线公式为：

如果d₂深度处土体的相对密实度增量比太小或者夯坑深度趋近于0.2d₅，则曲线公式为：

式中：d₂、d₃和d₄的具体表达式分别为：

d₃＝0.4d₅

S5：最后分析相邻夯点间薄弱点处土体的压密程度，根据分析结果，在强夯施工根据施工要求优化施工参数，从而对粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固进行指导。

根据建立的相邻夯点间土体压密程度沿深度分布的简化曲线进行分析，发现无法满足场地施工要求时，可以调整施工参数以达到施工要求，或进一步提高粗粒土地基中相邻夯点间土体强夯加固效果；也可以在满足施工要求的前提下，通过施工参数的调整降低施工成本。

本发明通过分析相邻夯点间土体压密程度，以优化强夯施工效果，工程实施方便，应用前景广泛。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。