第5章__强夯法与强夯置换法_

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3 夯击次数
夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且 应同时满足下列条件：
（1）墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长； （2）累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0倍； （3）最后两击的平均夯沉量不大于5.3节强夯法 第1条最佳夯击能中的规定。

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4 墩位布置
宜采用等边三角形或正方形。对独立基础 或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。 墩间距应根据荷载大小和原土的承载力确 定，当满堂布置时可取夯锤直径的2～3倍。 对独立基础或条形基础可取夯锤直径的 1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的 1.1～1.2倍。

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锤重一般为100～400kN，落距为8～25m。对相 同的夯击能量，常选用大落距方案，这样能获得较 大的接地速度，将能量的大部分有效地传到地下深 处，增加深层夯实效果，减小消耗在地表土层塑性 变形的能量。

夯锤确定后，根据要求的单击夯击能量， 就能确定夯锤的落距。对相同的夯击能量，常 选用大落距的施工方案。

六、夯击点布置及间距
七、处理范围 八、承载力确定 九、现场测试

5.3 设 计 5.3 Design
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1、有效加固深度
强夯法的有效加固深度是指起夯面算起 的强夯有效影响地基深度，该深度范围内， 土的物理力学指标已达到或超过设计值。该 土层强度和变形等指标能满足设计要求的土 层范围。 它是选择地基处理方法的重要依据，反映处 理效果的重要参数 。

5.2 加固机理 5.2 Mechanism  2.动力固结

用强夯法处理细颗粒饱和土时，是借助于 动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中 产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构， 使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加 了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙 水压力消散后，土体固结。由于软土的触变 性，强度得到提高。

5.2 加固机理 5.2 Mechanism
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经强夯处理后地基的承载力可提高2~5倍， 压缩性可降低200％～500％，影响深度达到 10m以上。
强夯法加固地基的机理，目前尚不完全清 楚。一般认为强夯加固地基主要是利用强大的 夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击 波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲 切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进 行动力挤压。

5.3 设 计 5.3 Design
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强夯设计任务
对于不同土类强夯法的作用不同：

1. 软土地基，提高地基承载力和减少沉降量； 2. 饱和砂土和粉土，消除液化趋势； 3. 黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承

载力。

5.3 设 计 5.3 Design
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强夯参数选择

一、有效加固深度
二、单击夯击能 三、最佳夯击能 四、夯击遍数 五、间歇时间

5.2 加固机理 5.2 Mechanism  4.震动波压密理论

强夯时，重锤由高处自由落下，产生强大的 动能（振动源）作用于地基土中，动能变成波能， 从震源向深层扩散，能量释放于一定范围的地基 中，使土体得到不同程度的压密加固。强大的夯 击能，使土体表层产生剪切压缩和侧向挤压等， 而横波的存在，使土体表层松动，当达到一定深 度范围时，只有压缩波（纵波）才对土体起压密 加固作用。随加固深度的增加，纵波强度衰减， 而压密作用逐渐减少。

5.3 设 计 5.3 Design
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Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度

H  Mh / 10
式中 H－－有效加固深度（m）； M－－夯锤质量（kN）； h－－落距（m）； 由上式估算的有效加固深度较实测值大,可采用 0.34～0.8的修正系数进行修正。

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影响有效加固深度的因素除夯锤重和落 距外，还有单击夯击能、夯击次数、锤 底单位压力、地基土的性质、不同土层 的厚度、埋藏顺序和地下水位等。

5.2 加固机理 5.2 Mechanism  目前强夯置换中常用的三种情况：
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1）当地基表层为具有适当厚度的砂垫层、 下卧层为压缩性的淤泥质软土时，采用低能 量夯，通过强夯将表层砂挤入软土层中，形 成一根砂桩，这种砂桩的承载力很高，同时， 下卧的软土也可通过置换砂桩加速固结，强 度得以提高。动力置换砂桩 2）同上，软地基的表面也常堆填一层一定厚 度的碎石料，利用夯锤冲击成孔，再次回填 碎石料，夯实成碎石桩。动力置换碎石桩

5.2 加固机理 5.2 Mechanism

5.2 加固机理 5.2 Mechanism  3.动力置换
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动力置换是指在冲击能量作用下，强行 将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换 饱和软土，形成密实的砂、石层或桩。

5.2 加固机理 5.2 Mechanism  3.动力置换
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整式置换：采用强夯将碎石整体挤入淤泥中， 其作用机理类似于换土垫层。 桩式置换：通过强夯将碎石填筑土体中，部 分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式 (或墩式)的碎石墩(或桩)。 其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩， 主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维 持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作 用

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7 处理范围
强夯处理范围应大于建（构）筑物基础范围， 每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理 深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。

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8 承载力确定
强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验 确定,初步设计时也可根据夯后原位测试和土工 试验指标按现行国家标准《建筑地基基础设计 规范》GB50007的有关规定确定。

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6 夯击点布置
夯击点平面布置应根据建筑物的结构类型 进行布置。夯点平面布置的合理与否与夯实效 果和施工费用有直接关系。

a.基础面积较大的建筑物或构筑物，可按等 边三角形或正方形布置夯击点； b.办公楼和住宅建筑等，可根据承重墙位置 布置夯点。 c.砂性土或填石地基和土夹石填石地基，可 用连夯法布点 .
地基处理
Ground Treatment
重庆交通大学 河海学院 吴文雪

第5章

强夯法和强夯置换法

Chapter 5 Dynamic Consolidation and Dynamic Consolidation with Replacement

5.1 概 述 5.1 Introduction
强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种 地基加固方法，通过 10 ～ 40t 的重锤和 10 ～ 40m 的 落距，对地基土施加很大的冲击能。我国1978年在 天津新港进行了试验。 在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基 土的强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、 消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提 高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降 。 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土 与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。
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锤重与落距 对于某一单击夯击能，夯锤在接触土体瞬 间冲量的大小是影响土体压缩变形的关键因素 ，冲量越大，加固效果越好。 夯锤着地时的冲量

F  2· E· M/g

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夯锤越重，冲量越大，加固效果越好。

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单位夯击能

整个加固场地的总夯击能量 (即垂重×落距×总夯击 数)除以加固面积为单位夯击能，也称平均夯击能。 单位夯击能应根据基土类别，结构类型、荷载大小和 要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。 单位面积夯击能过小，难以达到预期的加固效果，单 位面积夯击能过大，不仅浪费能源，而且对饱和粘 性土来说，强度反而会降低。

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二、强夯置换法
1 处理深度
强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱 和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深 度不宜超过7m。 强夯置换锤底静接地压力可取100～200kPa。

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2 墩体材料
墩体材料可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％。
强夯置换法在设计前必须通过现场试验 确定其适用性和处理效果。

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应用情况

应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为
广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路

和铁路路基、飞机场跑道及码头等。
强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它 力学的加固方法更为广泛和有效。

它是重锤夯实法的基础上发展起来的，但又与重 锤夯实法迥然不同的一项新技术。 强夯法与以往的机械夯实、爆炸夯实等比较有以 下特点： 1. 平均每次夯击能量比普通夯法能量大的多。 2. 以往的夯实方法，能量不大，仅限于表层加固，而强 夯法能根据地基的加固要求来确定夯击点间距及夯击 方式，依次按需要加固的深度进行改良，使地基深层 得到加固。 3.施工中，夯击能量可以分几遍进行夯击。 4. 地基经过强夯加固后，能消除不均匀沉降现象，这是 任何天然地基所不能达到的。
对于同一类土，采用不同能量夯击时，其修正 系数并不相同，采用确定的修正系数，并不能 得到满意的结果。因此《建筑地基处理技术规 范》JGJ 79－2002不采用修正后的梅纳公式， 而是采用了表格形式，建议了有效加固深度的 取值范围。

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2、 单击夯击能
夯锤的平面一般有圆形和方形，又分气孔式和封 闭式。锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般 为3～4m2，对粘性土不宜小于6m2。锤底静接地压 力可取25～40kPa。

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4 夯击遍数
夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用 点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必 要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满 夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击， 锤印搭接。

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5 间歇时间
两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔 隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可 根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的 粘性土地基，间隔时间不应少于3～4周；对于 渗透性好的地基可连续夯击。

夯击次数由夯沉量与夯击次数关系曲 线确定
a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆 起最小时的夯击数。 b.确定方法：当△S－N趋向趋于稳定，接近常 数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击 次数为最佳夯击次数。

第三节 强夯法加固设计
Ⅰ.最后两击的平均 夯沉量不大于 50mm，当单击夯 击能量较大时不大 于100mm； Ⅱ.夯坑周围底面不 应发生过大的隆起 ； Ⅲ.不因夯坑过深而 发生起锤困难。

夯锤起吊

15 吨 夯 锤

25 吨 夯 锤

夯锤起吊

40 吨 夯 锤

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夯 锤 下落

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对于饱和粘性土地基，近年来发展了强 夯置换法，这是利用夯击能将碎石、矿渣 等材料强力挤入地基，在地基中形成碎石 墩，并与墩间土形成碎石墩复合地基，提 高地基承载力和减小沉降。 强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软 塑～流塑的粘性土等地基上对变形要求不 严的工程。

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3、最佳夯击能（最佳夯击次数）
能使地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖 压力时的夯击能为最佳夯击能。 最佳夯击次数： 当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应 的夯击次数称为最佳夯击数。

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粘性土地基 :由于孔隙水压力消散慢，随着夯击能
的增加，孔隙水压力可以叠加，可根据有效加固深 度孔隙水压力的叠加值来选定最佳夯击能。

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5.2 加固机理 5.2 Mechanism  加固机理： 1.动力密实 2.动力固结 3.动力置换 4.震动波压密理论
取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

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1.动力密实

5.2 加固机理 5.2 Mechanism

多孔隙、粗颗粒、非饱和土 :用冲击型动力荷 载，土体被破坏，土颗粒相互靠拢，排出孔隙 中的气体、颗粒重新排列，土在动荷载作用下 被挤密压实，强度提高，压缩性降低。非饱和 土的夯实过程，就是土中的气相 ( 空气 ) 被挤出 的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对 位移引起。

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3）在厚3～5米的淤泥质软土层上面抛填石块， 利用抛石自重和夯锤冲击力使石块坐到硬土 层上，淤泥大部分被挤走，少量留在石缝中， 形成强夯置换的块石层。利用石块之间的相 互接触，提高地基承载力。亦类似于垫层中 的“抛石挤淤”法，同时下卧层的软土也得 以快速固结，提高了下卧层的强度。动力置 换挤淤

5.2 加固机理 5.2 Mechanism

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砂性土地基 :由于孔隙水压力的增加和消散过程很
快，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，当孔隙 水压力增量随夯击次数的增加而趋于稳定时，可认 为砂土能够接受的能量已达到饱和状态。可用最大 孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线或有效压缩 率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。

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最佳夯击能和单击夯击能的比值即可作为控Байду номын сангаас夯击 次数。