ICS 93.080.01 R18 备案号： 备案号：备案号： 备案号：备案号：

DB15地 方 标 准DB 15/ XXXXX—XXXX

内

蒙

古

自

治

区

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) 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

DB15/ TXXXX—XXXX

目

次

前言................................................................................. II 1 范围................................................................................ 1 2 规范性引用文件...................................................................... 1 3 术语、符号.......................................................................... 1 3.1 术语............................................................................ 1 3.2 符号............................................................................ 2 4 基本规定............................................................................ 3 5 强夯置换墩设计...................................................................... 4 5.1 一般规定........................................................................ 4 5.2 地基承载力...................................................................... 5 5.3 地基沉降........................................................................ 6 6 强夯置换墩施工与监测 ................................................................ 8 6.1 施工准备........................................................................ 8 6.2 施工............................................................................ 8 6.3 施工监测........................................................................ 9 7 质量检查与验收..................................................................... 10 7.1 质量检查....................................................................... 10 7.2 质量验收....................................................................... 10 附 附 附 录 A (资料性附录) 复合地基载荷试验要点 ........................................ 12 录 B (规范性附录) 本规定用词说明 .............................................. 14 录 C (资料性附录) 强夯置换墩设计与施工技术条文说明 ............................ 15

I

DB15/ TXXXX—XXXX

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

II

DB15/ TXXXX—XXXX

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

E ——单击夯击能(kN m);

EW ——单击夯击能最低值(kN m);H 1 ——强夯置换墩深度(m);

1

DB15/ TXXXX—XXXX

Pz ——附加应力(kPa); Pcz ——自重应力之和(kPa);

faz ——土的承载力特征值(kPa);

Pi ——第 i 层复合土上附加应力增量(kPa); Hi ——第 i 层复合土层厚度(m); Ecsi ——第 i 层复合土的复合压缩模量(MPa); Ecs ——复合地基土的复合压缩模量(MPa);Ep ——置换墩体的压缩模量(MPa);

m ——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); m ——复合地基置换率； S——沉降量(m);

2

DB15/ TXXXX—XXXX

4 基本规定 强夯置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、 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。

3

DB15/ TXXXX—XXXX

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 5000kN m 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 2~3 倍。对独立基础或长条形基础可取夯锤直径的 1.5~2 倍。墩的计算直径可取夯锤尺度的 1.1~1.2 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 1/2~1/3 墩长，且不小于 3

m;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 2000kN·m 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,防水土工织物可采用两布一膜，单 2 位面积质量不小于 350g/m ;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(5.1.8-1)和(5.1.8-2)预估。 较适宜的夯击能：E = 940( H 1 2.1) 夯击能最低值：EW = 940( H 1 3.3) 式中： H1 为置换墩深度(m)。 初选夯击能宜在 E 和 EW 之间选取。高于 E 则可能浪费，低于 EW 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，且应同时满足下列条件： (5.1.8-1) (5.1.8-2)

4

DB15/ TXXXX—XXXX

(1)达到设计墩长； (2)累计夯沉量为设计墩长的 1.5~2.0 倍； (3)前后两击累积沉降差满足式(5.1.9)要求；

s = ∑ S n ∑ S n 1 ≤ 50 100mm式中：⊿S 为前后两击累积沉降差(mm);

(5.1.9)

∑ S 、∑ Sn

n 1

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 4000kN·m 时为 50mm; 当单击夯击能为 4000~6000kN·m 时为 100mm;当单击夯击能大于 6000kN·m 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 =σru Kp式中: Ppf ——墩体单墩极限承载力(kPa); σru ———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。

(5.2.1)

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。

fspk=Qp/ Ap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)。

(5.2.2)

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：

f spk = mf pk + (1 m) f skm=d /de 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(Kpa),宜通过单墩载荷试验确定；2 2

(5.2.3-1) (5.2.3-2)

5

DB15/ TXXXX—XXXX

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： de = 1.13 s1 s 2 ; 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：

f spk = [1 + m( n 1)] f sk

(5.2.4)

式中：n——墩土间应力比，在无实测资料时，可取2 4,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：

S = S 1+ S 2

(5.3.2)

5.3.3 加固区压缩变形量 S1 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。

S1=ψ s ∑

Pi Hi Espi

(5.3.3-1)

式中: Ψs ——变形计算经验系数，根据经验确定，一般大于 1.0。

Pi ——第 i 层复合土上附加应力增量； H i ——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式计算：

Esp = [1 + m ( n 1)]Es或 Esp = mEp + (1 m ) Es

(5.3.3-2) (5.3.3-3)6

DB15/ TXXXX—XXXX

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 2~4, 对粉土和砂土可取 1.5~ 3,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。

S2 =

∑

Pi E si H

i

(5.3.4)

式中: Pi ——下卧层第 i 层土中附加应力增量(KPa);

H i ——下卧层第 i 层土层厚度(m); Esi ——下卧层第 i 层土的压缩模量(MPa)。

7

DB15/ TXXXX—XXXX

6 强夯置换墩施工与监测 6.1 施工准备 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 10~40t,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 250~300mm。 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 1.5~2.0 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。 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1.0~2.0m 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。8

DB15/ TXXXX—XXXX

(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。

9

DB15/ TXXXX—XXXX

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 允许偏差或允许值 项 序 检查项目 单位 主控 项目 1 2 1 2 3 4 5 6 7 强夯墩柱长 地基承载力 夯锤落距 锤重 夯击遍数及顺序 夯点间距 墩柱顶面直径 前后两遍间歇时间 停夯标准 mm mm kg 数值 设计要求 设计要求 ±300 ±300 设计要求 ±500 按规定方法 按规定方法 钢索设标记 称重 计数法 钢尺量测 钢尺量测 — 测量锤顶高程或 记录锤击数 检查方法

一 般 项 目

不小于墩柱设计直径 设计要求 设计要求

7.1.5 施工过程中应对各项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 7~14d;对粉土和粘性土 地基可取 21~28d;强夯置换地基间隔时间可取 28d。

10

DB15/ TXXXX—XXXX

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。

11

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50～150mm，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 8～12 级。

A.1.1.7 每级荷载施加后第一小时内，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。