強夯法地基處理工藝（58頁）

1、強夯和強夯置換 概述強夯法是法國梅那（Menard）技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，亦稱動力固結(jié)法，迄今已為國內(nèi)外廣泛采用。該法一般是以840t重錘（最重為200t）起吊到一定高度（一般為830 m），令錘自由落下，對土體進行強力夯實，以提高其強度、降低其壓縮性的一種地基加固方法。它是重錘夯實法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又與重錘夯實法迥然不同的一項新技術(shù)。此法當初僅用于加固砂土、碎石類土地基。強夯法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，它已適用于加固從礫石到粘性土的各類地基土。在我國常用來處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、雜填土、素填土、濕陷性黃土等各類地基。它不僅能提高地基的承載力，同時，還能改

2、善地基抵抗振動液化的能力，消除濕陷性黃土的濕陷性。為處理軟土地基，還發(fā)展了預(yù)設(shè)的袋裝砂井，或塑料板排水的強夯法、夯擴樁加填渣強夯法，強夯填渣擠淤法，碎石樁強夯法等。 強夯法具有設(shè)備簡單、原理直觀、施工速度快、不添加特殊材料、造價低、適用范圍廣泛，特別是非飽和土加固效果顯著。 對飽和土加固地基的效果好壞，關(guān)鍵在于排水，如飽和砂土地基、滲透性好，超孔隙水壓力容易消散，夯后固結(jié)快。對于飽和的粘性土或淤泥質(zhì)土，由于滲透性差，土體內(nèi)的水排出困難，加固效果就比較差，必須慎重對待。 用砂井排水與強夯結(jié)合使用，加固效果就比較好。強夯法可適合于房建、橋涵、道路、油罐、港口、碼頭、鐵路地基、飛機場跑道和大型設(shè)備基

3、礎(chǔ)等工程。而且加固速度快、效果好、投資省、最常用、最經(jīng)濟而簡便的地基加固方法之一。 根據(jù)國外資料，經(jīng)強夯處理的砂性土地基，其承載能力可提高200500，壓縮性可降低2001000。它的適用范十分廣泛，不但能在陸地上施工，而且也可在水下夯實。其缺點是施工時噪聲和振動較大，因而不宜在人口密集的城市內(nèi)使用。 三支點式強夯機具“門”式強夯機具強夯法一、加固機理二、強夯法設(shè)計計算 三、強夯法施工 四、施工步驟五、質(zhì)量檢驗 加固機理目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理：動力密實（Dynamic Compaction）、動力固結(jié)（Dynamic Consolidation）和動力置換（Dynamic R

4、eplacement），它取決于地基土的類別和強夯施工工藝。(一) 、動力密實采用強夯法加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，在土中形成很大的沖擊波（主要是縱波和橫波），土體因受到很大的沖擊力，此力遠遠超過了土體的強度。在此沖擊力的作用下，土體被破壞，土顆粒相互靠攏，排出孔隙中的氣體、顆粒重新排列，土在動荷載作用下被擠密壓實，強度提高，壓縮性降低。 非飽和土的夯實過程，就是土中的空氣被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起。在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉陷，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.61.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯

5、前提高23倍。非飽和土在中等夯擊能量為10002000kNm的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度范圍內(nèi)氣相體積大大減小，最大可減小60%。(二)、動力固結(jié)用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結(jié)的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)，強度得到提高。 梅納根據(jù)強夯法的實踐，首次對傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出了不同看法，認為飽和土是可以壓縮的新機理，主要表現(xiàn)有四個方面的特性見下表靜力固結(jié)理論動力固結(jié)理論可壓縮的液體固結(jié)時液體排出，所通過的小孔，其孔徑是不變的彈簧剛度是常

6、數(shù)活塞無摩阻力含有少量氣體的可壓縮的液體固結(jié)時液體排出，所通過的小孔，其孔徑是變化的彈簧剛度為變數(shù)活塞有摩阻力1、飽和土的壓縮性 由于土中有機物的分解，土中總存在一些微小氣泡，土顆粒之間的孔隙水也有孔隙可壓縮，其體積占整個體積的1%3%。實行強夯時，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大（產(chǎn)生超孔隙水壓力）。隨后氣體有所膨脹；孔隙水排出，孔隙水壓力減少，固相體積始終不變。夯擊一遍，液相體積就有所減少，氣相體積也有減少，這是與以往的固結(jié)理論不同之處。2、土體液化土體沉降與夯擊能成正比，當夯擊能達到一定程度時，即當氣體的體積百分比接近于零時，土質(zhì)具有不可壓縮性，此界限值稱為飽和能，飽和能的大小與土的種類有關(guān)

7、。一般為5002000 kN.m/m3。夯擊能達到飽和能時，土體產(chǎn)生液化，吸著水變成了自由水，土的強度下降到最小值。必須注意，一旦達到飽和能量的瞬間，就不能在夯擊，否則對土體固結(jié)不利。 因為夯擊能過大，土體固結(jié)條件遭到破壞，孔隙水反而不易排出，土體強度降低后難以恢復。3、滲透性變化梅納認為，在很大的夯擊能作用下，土中出現(xiàn)很大的應(yīng)力和沖擊波，致使地基內(nèi)部出現(xiàn)裂縫形成樹枝狀排水網(wǎng)路。強夯時土體局部液化，即這一瞬間的孔隙水壓力等于總壓力所產(chǎn)生的超孔隙水壓力，使土顆粒之間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道，土的滲透系數(shù)陡增。當孔隙水壓力消散，達到小于土顆粒之間的橫向壓力時，裂隙閉合，土中水的運動又恢復常態(tài)， 4、

8、觸變的恢復在重復夯擊作用下，土體的強度逐漸減低，當土體出現(xiàn)液化或接近液化時，使土的強度達到最低值。此時土體產(chǎn)生裂隙，而土中吸附水部分變成自由水，隨著孔隙水壓力的消散，土的抗剪強度和變形模量都有了大幅度地增長。這時自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是具有觸變性土的特性。 由于土體產(chǎn)生裂隙或趨于液化，引起滲透性增大。(三) 、動力置換 動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁（或墩）間隔地夯入軟土中，形成樁式(或墩式)的碎石墩(或樁)。 其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是

9、靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土起復合地基的作用。 (四)、震動波壓密理論強夯的特點是將機械能轉(zhuǎn)換為勢能，再變?yōu)閯幽茏饔糜谕馏w。在重錘作用于地面一瞬間，在重錘作用于地面一瞬間，使土產(chǎn)生強烈震動，類似于地震的震源（但與地震有許多不同之處），在地基土中產(chǎn)生震動波，從震源向四周傳播。又因地基為一彈塑性材料，在巨大的沖擊作用下，質(zhì)點在連續(xù)介質(zhì)內(nèi)震動，其震動的能量可以傳遞給周圍介質(zhì)，而引起周圍介質(zhì)的震動，震動在介質(zhì)內(nèi)的傳播過程形成波，根據(jù)其作用、性質(zhì)和特點的不同波，可分為體波和面波兩種。強夯主要是體波起加固做用，體波又分為縱波和橫波，縱波是由震源向外傳遞的壓縮波，質(zhì)點的振動方向與

10、波的前進方向是一致的，同時伴隨著產(chǎn)生體積的變化，一般表現(xiàn)為周期短，振幅小。橫波是由震源向外傳遞的剪切波，質(zhì)點的振動方向與波的前進方向垂直，不產(chǎn)生體積的變化。一般表現(xiàn)為周期較長，振幅較大。橫波只能在固體里傳播，而縱波在固體、液體里都能傳播。強夯時巨大的沖擊能，作用于地基上，在地基中產(chǎn)生體波（含縱波和橫波）和面波兩種。對地基起加固作用的主要是縱波（壓縮波）和橫波（剪切波）。而面波不但起不到加密的作用，反而對地基表面產(chǎn)生松動，故為無用波或有害波。 強夯法設(shè)計計算 (一)、有效加固深度及范圍的確定強夯法加固的設(shè)計主要參數(shù)有：加固深度及范圍，單位面積夯擊能力，夯擊次數(shù)，夯點間距，布置以及夯擊遍數(shù)和間隙時

11、間等。 有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)，有效加固深度按下式進行計算 式中：H有效加固深度(m)W垂重(kN)h落距(m)k強夯有效加固深度影響系數(shù)，其變動范圍為0.370.8。一般對粘土、砂土取0.450.6， 對濕陷性黃土取0.340.5。 K值影響因素：單位面積上施加的總夯擊能及遍數(shù)，土本身結(jié)構(gòu)強度影響；錘底面積；混凝土錘與鑄鐵錘對比；土層分布影響。目前，國內(nèi)外尚無關(guān)于有效加固深度的確切定義，但一般可理解為：經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設(shè)計要求的土層范圍。 實際上影響有效加固深度的因素很多，除了錘重和落距外，還有地基土的性質(zhì)、不同土層的

12、厚度和埋藏順序、地下水位以及其它強夯的設(shè)計參數(shù)等都與有效加固深度有著密切的關(guān)系。因此，強夯的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定。在缺少經(jīng)驗或試驗資料時，可按下表預(yù)估。 單擊夯擊能（kN.m）碎石土、砂土等粉土、粘性土、濕陷性黃土10005.06.04.05.020006.07.05.06.030007.08.06.07.040008.09.07.08.050009.09.58.08.560009.510.08.59.5注：強夯的有效加固深度應(yīng)從起夯面算起根據(jù)波在地基中傳播速度和土對能量的吸收能力，可以計算出波的有效傳播范圍，即強夯震動波的能量對地基加固的半徑Rs. 經(jīng)過多項工程實踐，提出

13、了一種新的強夯的加固有效深度計算方法： 式中：RS有效加固半徑（加固深度）(m) h落距（落垂高度）(m) M錘重(kN) Vp縱波速度(m/s)土的能量吸收系數(shù)，見下表k大于1的系數(shù)，一般為35土質(zhì)情況值（s/m）土質(zhì)情況值（s/m）松散飽和粉細砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土0.010.03硬塑的粘土和中密的塊石、碎石0.0870.115很濕的亞粘土、粘土0.040.06可塑的粘土和中密的粗砂、礫石0.10.125稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土0.070.10土的能量吸收系數(shù) (二)、夯擊能量的確定1 單擊夯擊能為夯錘重W與落距h的乘積。一般說夯擊時錘重和落距大，則單擊能量大，夯擊擊數(shù)少，夯擊遍數(shù)

14、也相應(yīng)減少。加固效果和技術(shù)經(jīng)濟較好。 2 整個加固場地的總夯擊能量(即錘重落距總夯擊數(shù))除以加固面積稱為單位夯擊能。 強夯的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗確定。在一般情況下 ：1 對粗顆粒土可取10003000KNm/2 對細顆粒土可取15004000 KNm/但對飽和粘性土所需的能量不能一次施加，否則土體會產(chǎn)生側(cè)向擠出，強度反而有所降低，且難于恢復。根據(jù)需要可分幾遍施加，兩遍間可間歇一段時間，這樣可逐步增加土的強度，改善土的壓縮性。有的文獻也提出，夯坑深度不超過夯錘寬度的一半，否則將有一部分能量損失在土中。由此可見，對細顆粒土在強夯時預(yù)

15、計會產(chǎn)生較深的夯坑，因而事先要求加大錘底的面積。 國內(nèi)外夯錘材料，特別是大噸位的夯錘，多數(shù)采用以鋼板為外殼和內(nèi)灌混凝土的錘。目前也有為了運輸?shù)姆奖愫透鶕?jù)工程需要，澆筑成在混凝土的錘上能臨時裝配鋼板的組合錘。由于錘重的日益增加，錘的材料已趨向于由鋼材鑄成。 夯錘確定后，根據(jù)要求的單點夯擊能量，就能確定夯錘的落距。圍內(nèi)通常采用的落距是825m。對相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案，這是因為增大落距可獲得較大的接地速度，能將大部分能量有效地傳到地下深處，增加深層夯實效果，減少消耗在地表土層塑性變形的能量。(三) 最佳夯擊能 從理論上講，在這樣的夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力

16、這樣的夯擊能稱為最佳夯擊能。粘性土最佳夯擊能的確定方法：在粘性土中，由于孔隙水壓力消散慢，當夯擊能逐漸加大時孔隙水壓力亦相應(yīng)的疊加，因而在粘性土中，可根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。砂性土最佳夯擊能的確定方法：在砂性土中，由于孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，因此，孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，為此可繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)（夯擊能）的關(guān)系曲線來確定最佳夯擊能。當孔隙水壓力增量隨著夯擊擊數(shù)(夯擊能)增加而逐漸趨于恒定時，可認為該種砂土所能接受的能量已達到飽和狀態(tài)，此能量即為最佳夯擊能。（在施工前試夯時確定）(四)夯擊點布置及間距 對某些基礎(chǔ)面積較大的建筑物或構(gòu)筑物，可按等邊三

17、角形或正方形布置夯擊點；對辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點，一般可采用等腰三角形布點；對工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。布置夯擊點時應(yīng)考慮施工時吊機的行走通道。 夯距通常為515m 夯擊點間距 夯擊點間距(夯距)的確定，一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定。夯距通常為515m，以保證夯擊能量傳遞到深處和保護夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射裂隙為基本原則。夯擊擊數(shù)應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，且同時滿足下列條件1)最后兩擊的夯沉量不大于50mm，當單擊夯擊能量較大時不大于1002)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起；3)不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。國內(nèi)確定夯擊擊數(shù)的方法有所不同：

18、有的以孔隙水壓力達到液化壓力為準則； 有的以最后一擊的夯沉量達某一數(shù)值為限值；也有的以上、下兩擊所產(chǎn)生的沉降差小于某一數(shù)值為標準?？傊骱粨酎c的夯擊數(shù)，應(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則，一般為410擊。 夯擊遍數(shù) 夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)和平均夯擊能確定。一般情況下可采用18遍，對于粗顆粒土夯擊遍數(shù)可少些，而對于細顆粒土則夯擊遍數(shù)要求多些。 最后一遍是以低能量“搭夯”即錘印彼此錯接 （六）墊層鋪設(shè) 強夯加固場地必須具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設(shè)備，并便于對所施工的夯擊能得到擴散，同時也可加大地下水位與地表面的距離，因此有必要鋪設(shè)墊層。墊層厚度一般為50200cm。預(yù)鋪墊層可

19、形成一覆蓋壓力，減小坑側(cè)土隆起，使坑側(cè)土得到加固。預(yù)鋪墊層的又一作用就是在夯擊后能形成夯坑底易透水層，從而加大加固深度，并可作為坑底土孔隙水壓力的消散通道，加快坑底土孔隙水壓力的消散。另外，這一墊層還可防止夯坑底涌土，并利于施工機械的行走。墊層材料宜采用粗顆粒的碎石、礦渣、砂礫石、粗顆粒粒徑宜小于10cm。對處理土層為飽和砂、軟土時，坑底易涌土涌砂，故墊層材料不宜用砂。（七） 間歇時間 對于需要分兩遍或多遍夯擊的工程，兩遍夯擊間應(yīng)有一定的時間間隔。各遍間的間歇時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間。對砂性土，孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有24min，故對滲透性較大的砂

20、性土，兩遍夯擊間的間歇時間很短，亦即可連續(xù)夯擊。 對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔隙水壓力亦相應(yīng)地增加，其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況，一般為24周。目前國內(nèi)有的工程對粘性土地基的現(xiàn)場埋設(shè)了袋裝砂井(或塑料排水帶)，以便加速孔隙水壓力的消散，縮短間歇.有時根據(jù)施工流水順序先后，兩遍間也能達到連續(xù)夯擊的目的 強夯法施工 主要機具及設(shè)備 ：履帶式起重機，穩(wěn)定性好，行走方便。輪胎式起重機三足架和輪胎式強夯機 夯錘、起重設(shè)備、脫鉤裝置等（國內(nèi)） 施工步驟試夯根據(jù)工程需要確定加固后的地基承載力，變形模量，有效加固深度，特別是消除黃土的濕陷性或地基的地震液化深度，以此根據(jù)土的類型、特征，選定單點夯擊能，單位面積夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、夯點間距、間歇時間等，確定是否需要加設(shè)墊層及填料并確定其厚度。試夯的目的就是根據(jù)這些選定的施工參數(shù)，進行試夯，并根據(jù)試夯后的檢驗結(jié)果，適當調(diào)整設(shè)計、施工參數(shù)，使其達到預(yù)