地基处理强夯法

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另 外 ， 也 可 按 修 正 后 的 M enard 公 式 进 行 预 估 ：
M h H = a · 10
(9.2-1)
式 中 ： H — — 加 固 深 度 （ m ）； M — — 锤 重 （ k N ）； h — — 落 距 （ m ）； a — — 小 于 1 的 修 正 系 数 ， 变 动 范 围 为 0.35~0.8， 饱 和 软 土 取 0.45~0.5， 一 般 粘 性 土 取 0.5， 砂 性 土 取 0.7， 填 土 取 0.6~0.8， 黄 土 取 0.35~0.5。
(9.2-2)
（ 2） 夯 锤 与 落 距 的 选 择 ：
①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。
自由落体冲量公式为：
F = m · 2 gh
(9.2-3)
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式中：F——夯锤着地时的冲量； g——重力加速度； m——夯
Menard根据饱和土经强夯后瞬时沉降数十厘米这一
事实，对传统的固结理论提出不同看法，认为饱和
土是可压缩的，并提出了一个新的动力固结模型。
图9.1-1为静力固结理论与动力固结理论的模型对比
图，表9.1-1为两种模型对比表。
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表 9.1-1 静力固结与动力固结两种模型对比表
各种地下管线的位置和标高。
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（二）拟定初步施工方案
（ 1） 根 据 加 固 目 的 ， 土 质 情 况 及 建 筑 物 的 变 形 要 求 ， 确 定 处 理 深 度 。 由 处 理 深 度 根 据 表 9.2-2 或 下 式 估 算 单 击 夯 击 能 E：
E = m · h= ( H ) 2 10 a
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（五）夯击点位置
• 夯击点位置可根据基底平面形状，采用等 边三角形、等腰三角形或正方形布置。第 一遍夯击点间距可取夯锤直径的 2. 5~ 3. 5 倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。
• 以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理 深度较深或单击夯击能较大的工程，第一 遍夯击点间距宜适当增大。
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（二）每次夯点的夯击次数
• 夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击 次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足 下列条件：1 最后两击的平均夯沉量不宜大于 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；2 夯坑周围地面不应发生过大的 隆起；3 不因夯坑过深而发生提锤困难。
饱和土随强度的变化见图9.1-4。
地基土强度增长规律与土体中孔隙水压力有关。由 图9.1-4，液化度为100%时，土的强度降到零；但随着 孔隙水的消散，土的强度逐渐增长，存在一个触变恢 复阶段，这一阶段能持续几个月，据实测资料，夯击6 个月后所测得的强度比一个月所测得的强度增长 20%~30%，而变形模量增长30%~80%。
c——粘 粒 含 量 百 分 率 。当 c≤ 3 时 ，取 c=3，c≥ 12 时 ，取 c=12。 ② fk=150kPa; ③ N =10~15; ④ ps=5000~10000kPa
s≤ 0.015 c≥ 0.87 d≥ 15kN /m 3; 垫 层 时 c =0.93
表 中 ： c——静 力 触 探 试 验 比 贯 入 阻 力 （ kPa） ; s——湿 陷 系 数 ； c——压 实 系 数 ；
锤 质 量 ； h——落 距 。 将 h＝ E/m 代 入 上 式 得 ：
F= 2EM /g
(9.2-4)
即 ：夯 锤 越 重 ，冲 量 越 大 ，加 固 效 果 越 好 。根 据 有 关 单 位 在 湿
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(六）强夯处理范围
• 强夯处理范围应大于建筑物基础范围， 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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（七）现场试夯
• 根据初步确定的强夯参数，提出强夯试 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，检验强夯效果，确定工程采用的 各项强夯参数。
当液化度小于临界液化度ai时，渗透系数成 比例增长，当液化度超过ai时，渗透系数骤增， 夯பைடு நூலகம்周围出现冒气冒水现象。随着孔隙水压力 消散，土颗粒重新组合，此时土中液体又恢复 到正常状态。
夯击前后土的渗透性的变化，可用一个孔
径可变的排水孔进行模拟。
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（四）触变恢复
土体在夯击能量作用下，结构被破坏，当出现液 化时，抗剪强度几乎为零，但随着时间的推移，土的 结构逐渐增长，这一过程称为触变恢复，也称为时效。
目前，动力置换有3种形式：
（1）动力置换砂柱：当地基表层为适当厚度的砂覆盖层， 其下卧层为高压缩性淤泥质软土时，采用较低的夯击能将表 层砂夯挤入软土层中，形成一根根砂柱。
（2）动力置换碎石桩：先在软土表面堆铺一层碎石料，利用 夯锤夯击成孔，向夯坑中填料后再夯击，直至夯实成桩。
（3）动力置换挤淤：在厚度不是很大的淤泥质软土层上抛填 石块，利用抛石自重和夯锤冲击力使块石沉到持力硬土层， 将大部分淤泥挤走，少量留在石缝中，利用块石之间的相互 接触，提高地基的承载能力。
Menard以为，由于土中有机物的分解，第四纪土中 大多数都含有微气泡形式出现的气体，其含气量大约在 1%~4%，强夯时，气体压缩，孔隙水压力增大，随后气 体有所膨胀，孔隙水排出，液相、气相体积减少，即饱和 土具有可压缩性。根据试验，每夯击一遍，气体体积可减 少40%。
强夯时，含气孔隙水不能消散而具有滞后现象，气相
静力固结模型
动力固结模型
①不可压缩的液体；
①含有少量气泡的可压缩
液体；
②固结时液体排出的孔径不 ②固结时液体排出的孔径
变；
是变化的；
③弹簧刚度为常数；
③弹簧刚度为常数；
④无摩擦活塞。
④有摩擦活塞。
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动力固结理论可概括为以下几方面：
（一）饱和土的压缩性
传统的固结理论以孔隙水的排出是饱和细颗粒土出现 沉降的前提为条件。但在进行强夯施工时，在瞬时荷载作 用下，孔隙水不能迅速排出，显然这就无法解释强夯时立 即发生沉降这一现象。
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二、动力夯实
强夯加固多孔隙颗粒、非饱和土是基于动力夯 实的机理。夯锤夯击地面的冲击能量是以振动波的 形式在地基中传播，其中对地基加固起作用的主要 是纵波和横波。纵波使土体受拉、压作用，使孔隙 水压力增加，导致土骨架解体；横波使解体的土颗 粒处于更密实的状态。因此，土体在冲击能量作用 下，被挤密压实，强度提高，压缩性降低。
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二、施工方案的制定
（一）应取得的资料 (1) 场地地层分布、土层的均匀性及承载能力； (2) 土的物理力学性质、地下水类型及埋藏条件； 场地周围建筑物的情况，离场地的距离以及场地内各种地
下管线的位置和标高。 (3) 场地周围建筑物的情况，离场地的距离以及场地内
• 由大量工程实践证明，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、 杂填土和素填土等地基；
• 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控制要求不严的工程。
• 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。
• 对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其是淤泥与淤 泥质土，处理效果较差，使用要慎重。若在夯坑内 回填块石、碎石或其它粗粒材料进行强夯置换时， 应根据现场试验确定其适用性。
•
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• 强夯和强夯置换施工前，应在施工现场 有代表性的场地上选取一个或几个试验 区，进行试夯或试验性施工。试验区数 量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模 及建筑类型确定。
• 由于强夯法施工方法简单、快速经济、 目前被广泛地应用于工业与民用建筑、 仓库、油罐、贮仓、公路和铁路路基、 飞机场跑道及码头等工程。
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9.2 强夯法设计计算
一、强夯参数选择
（一）有效加固深度
强夯法的有效加固深度是指起夯面以 下，经强夯加固后，土的物理力学指标已 达到或超过设计值的深度。其判别标准可 参考表9.2-1。
强夯法的有效加固深度应根据现场试 夯或当地经验确定，在缺少资料或经验时 可按表9.2-2预估。
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9.1 强夯加固机理
强夯法虽然在工程中得到广泛应用，但由于其 加固机理比较复杂，至今还没有一套成熟的理论和 设计计算方法。根据工程实际实践和试验研究成果， 对不同的土质条件和施工工艺，其加固机理有所不 同。目前，强夯法加固机理概括起来有三个方面， 即动力固结、动力夯实和动力置换。
一、动力固结
N
c
r=
N
0
[
0
.
9
+
0
.1
（
d
s
-
d
w
）
]
3 c
式 中 ： N——实 测 标 贯 值 ；
d s— — 饱 和 砂 土 或 粉 土 标 贯 点 所 处 深 度 （ m ）； d w — — 地 下 水 位 埋 深 （ m ）； N cr——液 化 判 别 标 准 入 锤 击 数 临 界 值 ； N0——液 化 判 别 标 准 贯 入 锤 击 数 基 准 值 ，对 粉 砂 和 粉 土 ，设 计 烈 度 为 7 0 时 分 别 为 7 和 6 ； 8 0 时 分 别 为 8 和 7 ，； 9 0 时 分 别 为 9 和 8 。
在图9.1-2中，与液化压力相对应的能量为“饱 和能”，一旦达到“饱和能”，再继续施加能量， 不仅毫无效果，还起重塑破坏作用。
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（三）渗透性变化
在强夯的冲击能量作用下，当土中的超孔 隙水压力大于土颗粒间的侧向压力时，土颗粒 间会出现裂隙并形成树枝状排水通路，使土的 渗透性变好，孔隙水能顺利排出。图9.1-3为土 的渗透系数与液化度关系曲线。
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（三）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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（四）两遍夯击之间的时间间隔
• 两遍夯击之间应有一定的时间间隔，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。
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土层 软土 一般粘性土
饱 和 砂 土 和 粉 土
黄土及新近堆 积黄土
表 9.2-1 加 固 深 度 判 别 标 准
加固深度判别标准
一 般 要 求 fk≥ 150kPa ps≥ 500kPa
fk≥ 160kPa ps≥ 500kPa
① 《 建 筑 抗 震 设 计 规 范 》 G BJ11-89 标 准 N>Ncr
体积不能立即膨胀，这一现象由动力固结模型中活塞与筒
体间存在摩擦来模拟。
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（二）局部液化
强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大， 孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土 压力时，土体产生液化，这时土中吸着水变为自由 水，土的强度下降到最小值（见图9.1-2），即土体 的压缩模量是可变的，在动力固结模型中以可变弹 簧刚度来模拟。
根据工程实践，非饱和土夯击一遍后，夯坑可 达 0.6~1.0m 深 ， 坑 底 形 成 一 层 厚 度 为 夯 坑 直 径 1.0~1.5倍的硬壳层，承载力可提高2~3倍。
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三、动力置换
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 桩柱。
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（八）强夯地基承载力特征值
• 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有关规定确定。
• （九）强夯变形计算
• 强夯地基变形计算应符合现行国家标准 《建 筑地基基础设计规范》GB50007有关规定。 夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过 原位测试或土工试验确定。