13.2 设计

13.2.1 试夯是强夯置换墩处理的重要环节，试夯方案的完善与否直接影响到后续的施工过程和加固效果。试夯过程不但要确定施工参数，还要反馈信息校正设计，所以要进行加固效果的各项测试。
13.2.2 设计内容应在施工图纸中明确，才能确保现场的施工效果。对施工过程中出现的异常情况，相关各方应加强沟通，结合工程实际情况调整设计参数。
    墩体布置是否合理直接影响夯实效果，可根据上部荷载的要求进行选择。对于大面积加固区域，可采用正方形、等边三角形、正方形加梅花点布置。对于工业和民用建筑，可以根据柱网或承重墙的位置布置夯点。
13.2.3 由于基础的应力扩散作用和抗震设防需要，强夯置换处理范围应大于建筑物基础范围，具体放大范围可根据建筑结构类型和重要性等因素确定。对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/3～1/2，并不宜小于3m。对可液化地基，根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定，扩大范围不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对独立柱基，当柱基面积不大于夯墩面积时，可采用柱下单点夯，一柱一墩。
13.2.4 墩体材料块石过大过多，容易在墩体中留下比较大的孔隙，在建筑物使用过程中容易使墩间软土挤入孔隙，导致局部下沉，所以本条强调了对墩体填料粒径的要求。
13.2.5 强夯置换深度是选择该方法进行地基处理的重要依据，又是反映强夯处理效果的重要参数。对于淤泥等黏性土，置换墩应尽量加长。大量的工程实例证明，置换墩体为散体材料，没有沉管等导向工具的话，很少有强夯置换墩体能完全穿透软土层，着底在较好土层上。而对于厚度比较大的饱和粉土、粉砂土，因墩下土在施工中密度会增大，强度也有所提高，故在满足地基变形和稳定性要求的条件下，可不穿透该土层。
    强夯置换的加固原理相当于下列三者之和：强夯置换＝强夯（加密）＋碎石墩＋特大直径排水井。因此，墩间和墩下的粉土或黏性土通过排水与加密，其性状得到改善。本条明确了强夯置换有效加固深度为墩长和墩底压密土厚度之和，应根据现场试验或当地经验确定。墩底压密土厚度一般为1m～2m。单击夯击能大小的选择与地基土的类别有关，粉土、黏性土的夯击能选择应当比砂性土要大。此外，结构类型、上部荷载大小、处理深度和墩体材料也是选择单击夯击能的重要参考因素。
    实际上有效加固深度影响因素很多，除夯锤重和落距外，夯击击数、锤底单位压力、地基土性质、不同土层厚度和埋藏顺序以及地下水位等都与加固深度有密切的关系。鉴于有效加固深度问题的复杂性，且目前尚无适用的计算式，所以本条规定有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。
    考虑到设计人员选择地基处理方法的需要，有必要提出有效加固深度，特别是墩长的预估方法。针对高饱和度粉土、软塑～流塑的黏性土、有软弱下卧层的填土等细颗粒土地基（实际工程多为表层有2m～6m的粗粒料回填，下卧3m～15m淤泥或淤泥质土），根据全国各地50余项工程或项目实测资料的归纳总结（见图12），并广泛征求意见，提出了强夯置换主夯击能与置换深度的建议值（见表13.2.5）。图12中也绘出了现行行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002条文说明中的18个工程数据。初步选择时也可以根据地层条件选择墩长，然后参照本图选择强夯置换的能级，而后必须通过试夯确定。同时考虑到近年来，沿海和内陆高填方场地地基采用10 000kN·m以上能级强夯法的工程越来越多，积累了大量实测资料，将单击夯击能范围扩展到了18 000kN·m，可满足当前绝大多数工程的需要。
    需要注意的是表13.2.5中的能级为主夯能级。对于强夯置换法，为了增加置换墩的长度，工艺设计的一套能级中第一遍（工程中叫主夯）的能级最大，第二遍次之或与第一遍相同。每一遍施工填料后都会产生或长或短的夯墩。实践证明，主夯夯点的置换墩长要比后续几遍大。因此，工程中所讲的夯墩长度指的是主夯夯点的夯墩长度。对于强夯置换法，主夯击能指的是第一遍夯击能，是决定置换墩长度的夯击能，即决定有效加固深度的夯击能。

图12 强夯置换主夯击能级与置换墩长实测值

13.2.6 夯击击数对于强夯设计来说是一个非常重要的参数，往往根据工程的具体情况，如压缩层厚度、土质条件、容许沉降量等进行选择。当土体的压缩层越厚、渗透系数越小，同时含水量较高时，需要的夯击击数就越多。国内外目前一般采用8击～20击。总之，夯击击数应通过现场试夯确定，以夯墩的竖向压缩量最大，而夯坑周围隆起量最小为原则。如果隆起量过大，表明夯击效率降低，则夯击击数适当减少。此外，还应考虑施工方便，不会因夯坑过深而导致起锤困难等情况的发生。
    累计夯沉量指单个夯点全部夯击击数各夯沉量的总和。累计夯沉量为设计墩长的1.5倍～2.0倍是个最低限值，其目的是为了保证墩体的密实度，与充盈系数的概念有些相似，此处以长度比代替体积比，工程实测中该比值往往很大。
13.2.11 强夯置换墩复合地基上垫层主要是为了使地基土承受的荷载均匀分布，也与墩体的散体材料一起形成排水通道。粒径不宜大于100mm是为了使垫层具有更好的密实度，便于压实。
13.2.12 本条规定实际上是指在软弱地基土，如淤泥等土体中不应考虑墩间土的作用。强夯置换墩法在国外亦称为动力置换与混合法（Dynamic replacement and mixing method），因为墩体在形成过程中大量的墩体材料与墩间土混合，越浅处混合得越多，可与墩体共同组成复合地基，但目前由于实际施工的不利因素，往往混合作用不强，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地基承载力较为稳妥，也偏于安全。实际工程中，强夯置换墩地基浅层的承载力往往都能满足要求，大部分工程是按照变形控制进行设计，因此此处建议不考虑软黏土地基上墩间土地基承载力。
    如山东某工程采用12 000kN·m的强夯置换工艺（第一、二遍为12 000kN·m，第三遍为6000kN·m）进行处理，大致地层分布如下：0～2.2m为杂填土，2.2m～3.6m为淤泥质粉质黏土，3.6m～8.1m为吹填砂土，8.1m～13.0m为淤泥质粉细砂，13.0m以下为强风化花岗岩。试验载荷板的尺寸为7.1m×7.1m，板面积为50.4m²，堆载量为31 000kN。柔性承压板的中心位于第三遍夯点位置，承压板四角分别放置于第一、二遍夯点1/4面积位置。试验在钻探、动力触探和瑞利波测试的基础上又进行了以下测试工作：①载荷板沉降观测；②土压力观测；③孔隙水压力观测；④分层沉降观测；⑤深层水平位移观测；⑥载荷板板底土体竖向变形观测（水平测斜仪）；⑦载荷板周边土体隆起变形观测。
    测试结果发现在附加压力达到600kPa时，平均沉降量为62mm，深度4m以下土体水平位移为2mm，荷载对周边土体挤密作用小。夯后墩间土地基承载力特征值不小于300kPa，压缩模量不小于20MPa。地基变形较为均匀，碎石置换墩承担荷载的60％～80％，即载荷板所承受的荷载绝大部分传递至强夯置换墩上，因此软黏土地基静载试验时暂不考虑墩间土地基承载力是符合实际受力情况的。