強(qiáng)夯法解析講義（50頁內(nèi)容豐富）

1、第九章 強(qiáng)夯法（ 強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法） 強(qiáng)夯法又稱為動力固結(jié)法或動力壓密法。這種方法是將100400kN的重錘（最重達(dá)2000kN），以640m的落距落下給地基以沖擊和振動,從而達(dá)到提高土的強(qiáng)度,降低其壓縮性，改善土的振動液化條件,消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。 強(qiáng)夯法由法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)，當(dāng)時，僅用于加固砂土和碎石土地基，但隨著施工方法的改進(jìn)，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到細(xì)粒土地基。1 由大量工程實(shí)踐證明，強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基；強(qiáng)夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟塑 流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程。強(qiáng)夯

2、置換法在設(shè)計前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果。對高飽和度的粉土與粘性土地基，尤其是淤泥與淤泥質(zhì)土，處理效果較差，使用要慎重。若在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其它粗粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定其適用性。 2強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場有代表性的場地上選取一個或幾個試驗區(qū)，進(jìn)行試夯或試驗性施工。試驗區(qū)數(shù)量應(yīng)根據(jù)建筑場地復(fù)雜程度、建筑規(guī)模及建筑類型確定。由于強(qiáng)夯法施工方法簡單、快速經(jīng)濟(jì)、目前被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、貯倉、公路和鐵路路基、飛機(jī)場跑道及碼頭等工程。39.1 強(qiáng)夯加固機(jī)理 強(qiáng)夯法雖然在工程中得到廣泛應(yīng)用，但由于其加固機(jī)理比較復(fù)雜，至今還沒有一套成熟的理

3、論和設(shè)計計算方法。根據(jù)工程實(shí)際實(shí)踐和試驗研究成果，對不同的土質(zhì)條件和施工工藝，其加固機(jī)理有所不同。目前，強(qiáng)夯法加固機(jī)理概括起來有三個方面，即動力固結(jié)、動力夯實(shí)和動力置換。 一、動力固結(jié) Menard根據(jù)飽和土經(jīng)強(qiáng)夯后瞬時沉降數(shù)十厘米這一事實(shí)，對傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出不同看法，認(rèn)為飽和土是可壓縮的，并提出了一個新的動力固結(jié)模型。圖9.1-1為靜力固結(jié)理論與動力固結(jié)理論的模型對比圖，表9.1-1為兩種模型對比表。 456 動力固結(jié)理論可概括為以下幾方面： （一）飽和土的壓縮性 傳統(tǒng)的固結(jié)理論以孔隙水的排出是飽和細(xì)顆粒土出現(xiàn)沉降的前提為條件。但在進(jìn)行強(qiáng)夯施工時，在瞬時荷載作用下，孔隙水不能迅速排出，顯然

4、這就無法解釋強(qiáng)夯時立即發(fā)生沉降這一現(xiàn)象。 Menard以為，由于土中有機(jī)物的分解，第四紀(jì)土中大多數(shù)都含有微氣泡形式出現(xiàn)的氣體，其含氣量大約在1%4%，強(qiáng)夯時，氣體壓縮，孔隙水壓力增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出，液相、氣相體積減少，即飽和土具有可壓縮性。根據(jù)試驗，每夯擊一遍，氣體體積可減少40%。 強(qiáng)夯時，含氣孔隙水不能消散而具有滯后現(xiàn)象，氣相體積不能立即膨脹，這一現(xiàn)象由動力固結(jié)模型中活塞與筒體間存在摩擦來模擬。7（二）局部液化 強(qiáng)夯時，土體被壓縮，夯擊能越大，沉降越大，孔隙水壓力也不斷增加，當(dāng)孔隙水壓力達(dá)到上覆土壓力時，土體產(chǎn)生液化，這時土中吸著水變?yōu)樽杂伤?，土的?qiáng)度下降到最小值（見圖9.

5、1-2），即土體的壓縮模量是可變的，在動力固結(jié)模型中以可變彈簧剛度來模擬。 在圖9.1-2中，與液化壓力相對應(yīng)的能量為“飽和能”，一旦達(dá)到“飽和能”，再繼續(xù)施加能量，不僅毫無效果，還起重塑破壞作用。 89 （三）滲透性變化 在強(qiáng)夯的沖擊能量作用下，當(dāng)土中的超孔隙水壓力大于土顆粒間的側(cè)向壓力時，土顆粒間會出現(xiàn)裂隙并形成樹枝狀排水通路，使土的滲透性變好，孔隙水能順利排出。圖9.1-3為土的滲透系數(shù)與液化度關(guān)系曲線。 當(dāng)液化度小于臨界液化度ai時，滲透系數(shù)成比例增長，當(dāng)液化度超過ai時，滲透系數(shù)驟增，夯坑周圍出現(xiàn)冒氣冒水現(xiàn)象。隨著孔隙水壓力消散，土顆粒重新組合，此時土中液體又恢復(fù)到正常狀態(tài)。 夯擊前

6、后土的滲透性的變化，可用一個孔徑可變的排水孔進(jìn)行模擬。1011（四）觸變恢復(fù) 土體在夯擊能量作用下，結(jié)構(gòu)被破壞，當(dāng)出現(xiàn)液化時，抗剪強(qiáng)度幾乎為零，但隨著時間的推移，土的結(jié)構(gòu)逐漸增長，這一過程稱為觸變恢復(fù)，也稱為時效。 飽和土隨強(qiáng)度的變化見圖9.1-4。 地基土強(qiáng)度增長規(guī)律與土體中孔隙水壓力有關(guān)。由圖9.1-4，液化度為100%時，土的強(qiáng)度降到零；但隨著孔隙水的消散，土的強(qiáng)度逐漸增長，存在一個觸變恢復(fù)階段，這一階段能持續(xù)幾個月，據(jù)實(shí)測資料，夯擊6個月后所測得的強(qiáng)度比一個月所測得的強(qiáng)度增長20%30%，而變形模量增長30%80%。 1213二、動力夯實(shí) 強(qiáng)夯加固多孔隙顆粒、非飽和土是基于動力夯實(shí)的機(jī)

7、理。夯錘夯擊地面的沖擊能量是以振動波的形式在地基中傳播，其中對地基加固起作用的主要是縱波和橫波?？v波使土體受拉、壓作用，使孔隙水壓力增加，導(dǎo)致土骨架解體；橫波使解體的土顆粒處于更密實(shí)的狀態(tài)。因此，土體在沖擊能量作用下，被擠密壓實(shí)，強(qiáng)度提高，壓縮性降低。 根據(jù)工程實(shí)踐，非飽和土夯擊一遍后，夯坑可達(dá)0.61.0m深，坑底形成一層厚度為夯坑直徑1.01.5倍的硬殼層，承載力可提高23倍。14三、動力置換 動力置換是指在沖擊能量作用下，強(qiáng)行將砂、碎石等擠填到飽和軟土層中，置換飽和軟土，形成密實(shí)的砂、石層或樁柱。 目前，動力置換有3種形式： （1）動力置換砂柱：當(dāng)?shù)鼗韺訛檫m當(dāng)厚度的砂覆蓋層，其下臥層為

8、高壓縮性淤泥質(zhì)軟土?xí)r，采用較低的夯擊能將表層砂夯擠入軟土層中，形成一根根砂柱。（2）動力置換碎石樁：先在軟土表面堆鋪一層碎石料，利用夯錘夯擊成孔，向夯坑中填料后再夯擊，直至夯實(shí)成樁。（3）動力置換擠淤：在厚度不是很大的淤泥質(zhì)軟土層上拋填石塊，利用拋石自重和夯錘沖擊力使塊石沉到持力硬土層，將大部分淤泥擠走，少量留在石縫中，利用塊石之間的相互接觸，提高地基的承載能力。159.2 強(qiáng)夯法設(shè)計計算 一、強(qiáng)夯參數(shù)選擇 （一）有效加固深度 強(qiáng)夯法的有效加固深度是指起夯面以下，經(jīng)強(qiáng)夯加固后，土的物理力學(xué)指標(biāo)已達(dá)到或超過設(shè)計值的深度。其判別標(biāo)準(zhǔn)可參考表9.2-1。 強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗

9、確定，在缺少資料或經(jīng)驗時可按表9.2-2預(yù)估。 16171819（二）每次夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時滿足下列條件：1 最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能小于 4000kNm時為50mm；當(dāng)單擊夯擊能為 4000 6000kNm時為 100mm；當(dāng)單擊夯擊能大于 6000kNm時為200mm；2 夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；3 不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。20（三）夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點(diǎn)夯 2 3遍，對于滲透性較差的細(xì)顆粒土，必要時夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。最后再以低能量滿夯 2遍，滿夯可采用輕錘

10、或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。21（四）兩遍夯擊之間的時間間隔兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。當(dāng)缺少實(shí)測資料時，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對于滲透性較差的粘性土地基，間隔時間不應(yīng)少于 3 4周；對于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。22（五）夯擊點(diǎn)位置夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的 2. 5 3. 5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間。以后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減小。對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點(diǎn)間距宜適當(dāng)增大。23(六）強(qiáng)夯處理范圍強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，每

11、邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下設(shè)計處理深度的 1/2至 2/3，并不宜小于 3m。24（七）現(xiàn)場試夯根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，提出強(qiáng)夯試驗方案，進(jìn)行現(xiàn)場試夯。應(yīng)根據(jù)不同土質(zhì)條件待試夯結(jié)束一至數(shù)周后，對試夯場地進(jìn)行檢測，并與夯前測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢驗強(qiáng)夯效果，確定工程采用的各項強(qiáng)夯參數(shù)。25（八）強(qiáng)夯地基承載力特征值強(qiáng)夯地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗確定，初步設(shè)計時也可根據(jù)夯后原位測試和土工試驗指標(biāo)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007有關(guān)規(guī)定確定。（九）強(qiáng)夯變形計算強(qiáng)夯地基變形計算應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007有關(guān)規(guī)定。夯后有效加固深度內(nèi)土層的壓縮模量應(yīng)通

12、過原位測試或土工試驗確定。26272829二、施工方案的制定（一）應(yīng)取得的資料 (1) 場地地層分布、土層的均勻性及承載能力； (2) 土的物理力學(xué)性質(zhì)、地下水類型及埋藏條件； 場地周圍建筑物的情況，離場地的距離以及場地內(nèi)各種地下管線的位置和標(biāo)高。 (3) 場地周圍建筑物的情況，離場地的距離以及場地內(nèi)各種地下管線的位置和標(biāo)高。303132 但錘重越大，對起吊設(shè)備要求越高，一般國內(nèi)常用的夯錘有8t、10t、12 t、16 t、20 t、25 t幾種，落距為820m。因此，在起吊設(shè)備能力范圍內(nèi)可選質(zhì)量大的錘。 2）夯錘的選擇 夯錘的材料可采用鑄鋼，也可采用鋼板殼內(nèi)填混凝土。 夯錘的形狀有方柱體和圓

13、臺狀等，常用的錘體結(jié)構(gòu)見圖9.2-4。根據(jù)實(shí)踐，一般錐底錘、球底錘的加固效果較好，適用于加固較深層土體，而平底錘適用于淺層及表層地基加固。 33夯錘的底面積對加固效果也有直接的影響，對同樣的錘重，當(dāng)錘底面積太小時，靜壓力就大，夯錘對地基土的作用以沖切力為主；若錘底面積過大，靜壓力就太小，達(dá)不到加固效果。錘底面積應(yīng)按土的性質(zhì)確定，一般錘底靜壓力可取2540kPa，對飽和細(xì)顆粒土宜取較小值。對砂土，錘底面積一般為24M2，對粘性土一般為34m2，淤泥質(zhì)土可取46m2。3435（3）初步確定夯擊點(diǎn)間距、布置方式及夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)等。（4）根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯參數(shù)，提出一組或幾組試驗方案，并根據(jù)實(shí)際情

14、況，確定機(jī)具類型和數(shù)量。（三）試夯（1）在施工場地選取一個或幾個地質(zhì)條件有代表性的試驗區(qū)，平面尺寸不小于2020m。（2）在試驗區(qū)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的原位測試，采取原狀土樣測定有關(guān)數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)擬定的一組或幾組試驗方案進(jìn)行現(xiàn)場試夯施工。36（4）施工中應(yīng)做好現(xiàn)場測試和記錄。測試內(nèi)容包括：夯點(diǎn)沉降觀測（以測出每個夯點(diǎn)的每一擊夯沉量及總夯沉量）、夯坑周圍隆起、振動影響范圍、飽和軟粘土孔隙水壓力的增長和消散情況等。（5）夯擊結(jié)束后14周進(jìn)行試夯效果檢驗，并與試夯前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。（6）檢驗試夯前后的測試資料，分析試夯效果是否符合要求。如果不符合要求，應(yīng)補(bǔ)夯或調(diào)整強(qiáng)夯參數(shù)后再進(jìn)行試驗。如果符合要求，則由夯沉

15、量與夯擊數(shù)關(guān)系曲線確定最佳夯擊數(shù)，并正式確定強(qiáng)夯施工所采用的其它技術(shù)參數(shù)。379.3 強(qiáng)夯置換法設(shè)計（一）強(qiáng)夯置換墩的深度強(qiáng)夯置換墩的深度由土質(zhì)條件決定，除厚層飽和粉土外，應(yīng)穿透軟土層，到達(dá)較硬土層上。深度不宜超過 7m。（二）強(qiáng)夯置換法的單擊夯擊能強(qiáng)夯置換法的單擊夯擊能應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。38（3）墩體材料墩體材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，粒徑大于 300mm的顆粒含量不宜超過全重的 30%。39（四）夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試夯確定，且應(yīng)同時滿足下列條件：1 、墩底穿透軟弱土層，且達(dá)到設(shè)計墩長；2、累計夯沉量為設(shè)計墩長的 1 .5 2. 0倍

16、；3、最后兩擊的平均夯沉量不大于本規(guī)范的規(guī)定值。即：40最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能小于 4000kNm時為50mm；當(dāng)單擊夯擊能為 40006000kNm時為 100mm；當(dāng)單擊夯擊能大于 6000kNm時為200mm；（同強(qiáng)夯法）41（五）墩位布置墩位布置宜采用等邊三角形或正方形。對獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可根據(jù)基礎(chǔ)形狀與寬度相應(yīng)布置。（六） 墩間距墩間距應(yīng)根據(jù)荷載大小和原土的承載力選定，當(dāng)滿堂布置時可取夯錘直徑的 2!3倍。對獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可取夯錘直徑的 1 .5 2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1 1.2倍。42當(dāng)墩間凈距較大時，應(yīng)適當(dāng)提高上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛

17、度。(七） 強(qiáng)夯置換處理范圍同強(qiáng)夯法；（八） 墩頂應(yīng)鋪設(shè)一層厚度不小于500mm的壓實(shí)墊層，墊層材料可與墩體相同，粒徑不宜大于 100mm。（九） 強(qiáng)夯置換設(shè)計時，應(yīng)預(yù)估地面抬高值，并在試夯時校正。43（十） 強(qiáng)夯置換法試驗方案的確定，同強(qiáng)夯法；（十一）檢測項目除進(jìn)行現(xiàn)場載荷試驗檢測承載力和變形模量外，尚應(yīng)采用超重型或重型動力觸探等方法，檢查置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化。44（十二）地基承載力特征值確定軟粘性土中強(qiáng)夯置換墩地基承載力特征值時，可只考慮墩體，不考慮墩間土的作用，其承載力應(yīng)通過現(xiàn)場單墩載荷試驗確定，對飽和粉土地基可按復(fù)合地基考慮，其承載力可通過現(xiàn)場單墩復(fù)合地基載荷試驗確

18、定。（十三） 強(qiáng)夯置換地基的變形計算同前。45重點(diǎn)復(fù)習(xí)思考題1、什么是強(qiáng)夯法？它的加固機(jī)理是什么？強(qiáng)夯法又稱為動力固結(jié)法或動力壓密法。這種方法是將100400kN的重錘（最重達(dá)2000kN），以640m的落距落下給地基以沖擊和振動,從而達(dá)到提高土的強(qiáng)度,降低其壓縮性，改善土的振動液化條件,消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯法加固機(jī)理概括起來有三個方面，即動力固結(jié)、動力夯實(shí)和動力置換。462、強(qiáng)夯的設(shè)計參數(shù)有哪些？錘重和落距、最佳夯擊能、夯擊遍數(shù)、每次夯擊點(diǎn)的擊數(shù)和每遍間隔時間、加固范圍和夯擊點(diǎn)的布置。473、強(qiáng)夯法兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，應(yīng)如何確定不同地基土的間隔時間？兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。當(dāng)缺少實(shí)測資料時，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對于滲透性較差的粘性土地基，間隔時間不應(yīng)少于 3 4周；對于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。484、強(qiáng)夯置換法的墩體可采用哪些材料？如何進(jìn)行質(zhì)量檢驗？（1）墩體材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑