[0001] 本发明属于地基处理技术领域，具体属于一种饱和软土地基强夯处理参数设计方法。

[0002] 强夯法是采用强夯机将重锤从一定高度处自由落下，对土体孔隙进行挤密夯实，以提高软土地基承载力和压缩模量的地基处理方法。对饱和软土地基采用强夯法进行地基处理时，由于软土颗粒孔隙之间被水充填，且水本身具有抗压能力，在瞬时夯击能作用下，将产生瞬时的超静孔隙水压力，超静孔隙水压力消散过程中土颗粒有效应力增加以达到挤密夯实土体的作用。

[0003] 强夯法设计时需要确定的关键参数主要有夯击点间距以及两遍夯击之间的间隔时间。对于饱和软土地基进行强夯处理时，由于强夯产出超静孔隙水压力，为确保强夯处理效果，在每一遍夯击施工时应确保前期夯击施工产生的超静孔隙水压力已基本消散。但两遍夯击时间间隔过长，将严重影响强夯处理施工工期。如何科学、准确的确定饱和软土地基强夯产生的超静孔隙水压力消散时间，对指导现场施工，合理安排施工时间，降低成本具有重要意义；夯击点间距计算出最小值后，在保证夯击的效果时，可减少夯击点，从而降低夯击成本。

[0004] 目前，对于饱和软土地基强夯处理方法设计时，夯击点间距以及两遍夯击之间的间隔时间主要根据场地土类型由经验确定，对于具体的场地，并没有明确的、可供指导和参考的方法。

[0039] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0040] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0042] 下面结合图1‑图7对本发明作详细说明。

[0043] 实施例：

[0044] 一种饱和软土地基强夯处理参数设计方法，包括以下步骤：

[0045] S1、在施工现场选择有代表性的场地进行试验性施工，施工前在试验区中心位置布置一个监测孔，监测孔中安装有孔隙水压力监测传感器；其中监测孔中等间距布置数个孔隙水压力监测传感器；选择方形的试验区，强夯采用3遍点夯，第1遍夯点以监测孔为起始点，按照正方形布点，第2遍夯点布置在第1遍每四个呈正方形布置的夯点中心处，第3遍夯点布置在第1、2遍夯点完成后所形成的每四个相邻夯点中心处，每遍每点夯击5次，夯击能均为8000kN.m；

[0046] S2、间隔监测孔不同距离的位置进行夯击施工，由孔隙水压力监测传感器监测在不同距离的位置进行夯击施工时，监测孔中产生的超静孔隙水压力大小，得到夯击点与监测孔在不同水平距离情况下产生的超静孔隙水压力数据；根据一维标准正态分布函数N（0,2
σ）的概率密度函数来拟合饱和软土场地实际强夯时，过夯击点的任意剖面上超静孔隙水压力分布的趋势；超静孔隙水压力与水平距离之间的数据通过拟合得到强夯时产生的超静孔隙水压力与距离之间的关系如下：
，

[0047] 其中，P为超静孔隙水压力，k1、k2为拟合系数，a为孔隙水压力监测传感器距离强夯点的水平距离；

[0048] 根据拟合结果，当夯击点周围的最大超静孔隙水压力等于夯击点中心处最大超静孔隙水压力的10%时，所对应的水平距离a为满足夯击要求的两个夯击点之间的最小距离；当夯击点周围的最大超静孔隙水压力低于夯击点中心处最大超静孔隙水压力的10%时，继续强夯的效果受超静孔隙水压力的影响较小，因此采用中心处最大超静孔隙水压力的10%作为判断基准；

[0049] 采用等边矩形布置夯击点时，布置间距不大于 米；采用其他形式布置夯击点时，布点间距按照具体几何关系确定；

[0050] S3、根据步骤S2中超静孔隙水压力与距离之间的关系，以夯击点为原点的超静孔隙水压力P与平面位置之间的关系如下：，

[0051] 其中，k1、k2为拟合系数，x、y为平面位置的坐标数值；

[0052] S4、根据步骤S3中得到强夯时产生的超静孔隙水压力P与平面位置之间的关系，采用超静孔隙水压力与静水压力的等效水位高度为初始条件，饱和软土场地强夯产生的超静孔隙水压力消散过程采用达西渗流定律进行模拟计算，公式如下：，

[0053] 其中，q为单位时间内的渗流量；k为渗透系数；i为等效水力坡降；A为渗流过水断面面积；

[0054] 依据步骤S3，围绕夯击点的任一竖向圆柱形渗流过水断面面积为：，

[0055] 其中，r为距夯击点中心的距离；h为等效水位高度；

[0056] 该断面上等效水力坡降为：，

[0057] 单位时间内，围绕夯击点的任一竖向圆柱形渗流过水断面上的渗流量为：；

[0058] S5、在考虑单个夯击点的情况下，强夯产生的超静孔隙水压力分布是以夯击点为中心呈中心对称分布，在模拟计算时，将试验区划分为数个圆环的微单元，圆环的内径为r1，外径为r2，圆心为夯击点；

[0059] S6、模拟渗流计算过程中，每个微单元中的等效孔隙水压力随时间推移，主要与渗流进入和流出该微单元的水量有关，计算公式如下：，
，

[0060] 其中， 为第i个微单元在某时刻发生渗流后的等效孔隙水压力； 为第i个微单元在某时刻发生渗流前的等效孔隙水压力； 为第i个微单元在发生渗流时进入该微单元的水量； 为第i个微单元在发生渗流时流出该微单元的水量； 为第i个微单元平面投影面积；为地下水密度；为重力加速度；

[0061] 相邻微单元之间单位时间内发生的模拟渗流量计算如下：，
，
，
，
，
，

[0062] 其中，k为渗透系数； 为第i‑1个微单元与第i个微单元之间的水力坡降；为第i个微单元与第i+1个微单元之间的水力坡降； 第i‑1个微单元与第i个微单元之间的渗流过水断面面积； 第i个微单元与第i+1个微单元之间的渗流过水断面面积；
为模拟计算时的时间步长; 、 、 分别为三个相邻微单元的模拟等效水位高度；

[0063] 模拟时间步长内，相邻微单元之间模拟流入或流出的水量不大于该单元与相邻微单元之间的总水量差；

[0064] 由计算得到，试验区某个时间的等效孔隙水压力极差为初始状态的等效孔隙水压力极差的10%时，则该时间为两遍夯击间隔时间的最小值。

[0065] 在强夯施工过程中，饱和软土中产生的超静孔隙水压力随距离的增大而逐渐减小，则在过夯击点的任意剖面中，强夯产生的超静孔隙水压力在以夯击点为横坐标原点，纵坐标为强夯产生的超静孔隙水压力时，任意剖面中得到的距离‑超静孔隙水压力曲线均为原点附近大，距离原点越远，超静孔隙水压力越小，曲线形状与一维正态分布的概率密度曲线相似，因此采用一维正态分布的概率密度曲线拟合饱和软土场地实际强夯时，过夯击点的任意剖面上超静孔隙水压力分布的趋势。

[0066] 具体实施过程：

[0067] 选择范围为30m×30m的试验区，碎石桩作为孔隙水压力消散通道，碎石桩桩径500mm，桩长13m，碎石桩按照5.0m×5.0m正方形布置。设置孔径110mm、孔深13m的监测孔，将提前加工好渗水孔的PPR管（PPR管管径70mm、长13m）放入孔中，将校准好的孔隙水压力监测传感器编号，依次竖向间隔1.2m放入管中，管内外回填粗砂。其中渗水孔的孔径3cm，间距
15cm，在PPR管四周对称交错布置。

[0068] 如图1所示，强夯采用3遍点夯，夯击能为8000kN·m，第1遍夯点按照7.0m×7.0m正方形布点，第2遍夯点布置在第1遍每四个呈正方形布置的夯点中心处，第3遍夯点布置在第1、2遍夯点完成后所形成的每四个相邻夯点中心处，每遍每点夯击5次。

[0069] 试夯区强夯施工过程中可以监测距离夯击点位3.50m，4.95m，7.00m，7.83m，9.90m，10.50m，11.07m，12.62m，14.00m不同深度位置的超静孔隙水压力。如图1所示，第一遍夯击施工时，距离监测孔最近距离的夯击点位是7.0米，其次是9.90米，最后是14.0米；第二遍夯击施工时，距离监测孔最近的夯击点位是4.95米，其次是11.07米；第三遍夯击施工时，距离监测孔最近的夯击点位是3.50米，其次是7.83米，最后是10.50m。

[0070] 上述每个夯击点位取最大的超静孔隙水压力值并拟合得到公式：，

[0071] 由上述公式制成如图2所示的曲线图，该曲线的最大值（即最大超静孔隙水压力）为61.6kPa；当取超静孔隙水压力为6.16kPa（最大值的10%）时，监测孔到强夯锤击中心点水平距离a为10.5m。

[0072] 因此该场地在8000kN·m夯击能作用下，距离强夯锤击中心点大于10.5m时，所产生的超静孔隙水压力压力小于6.16kPa，由此确定夯击点间距，即夯击点间距应小于等于10.5m（若采用等边矩形布置夯击点，则布置间距不得大于7.42m）。

[0073] 根据超静孔隙水压力与距离之间的关系，以夯击点为原点的超静孔隙水压力P与平面位置之间的关系如下：，

[0074] 上述公式所对应的曲线图如图3所示。

[0075] 模拟计算整个范围为半径为20m的圆形范围，并且划分成50个圆环的微单元，场地‑4软土的渗透系数为6×10 cm/s；在步骤S4中，每个微单元的等效水位高度取对应平面位置处强夯产生超静孔隙水压加静水压后的等效水位高度，在本实施过程中，地层静止水位高度为5m，每个微单元取圆环中线位置的等效水位高度为代表值。模拟计算的初始等效孔隙水压力为静水压力和超静孔隙水压力的叠加。

[0076] 本实施过程在以下不同时间点的模拟等效孔隙孔隙水压力在沿夯击点的剖面上分布如图5‑7所示。图5为初始状态下的等效孔隙水压力‑与夯击点之间的水平距离曲线图，在图5中的最大值为111.48，最小值为50.02，初始极差为61.46；在图6中的最大值为62.19，最小值为55.49，极差为6.70；在图7中的最大值为60.83，最小值为56.09，极差为4.74。

[0077] 在第60小时，等效孔隙水压力的极差为初始极差的10.90%；在第72小时等效孔隙水压力的极差为初始极差的7.71%，因此最佳夯击间隔时间在第60小时与第72小时之间，可根据需求进一步确定时间。由此可根据工期计划，合理安排大面积强夯施工时，两遍夯击的间隔时间。

[0078] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。