强夯法加固机理及其在工程中的应用

强夯法加固机理及其在工程中的应用

强夯法起源于法国, 1969 年首先用于法国嘎纳附近芒德利厄海边20多栋八层楼居住建筑的地基加固工程。法国人梅纳首次提出采用强夯法加固填土地基, 该项技术已在世界各地广泛应用于碎石土、砂土、黄土、填土和非饱和黏性土等的地基加固中。强夯法就是用施工设备将10-40t 的重锤从6-40m 落距处自由落下, 给地基以冲击和振动, 从而提高地基土的强度并降低其压缩性。强夯法多年来广泛应用在建筑、水利、交通、港口和石化工程等多种工程的地基加固上。

强夯法加固机理

强夯法加固非饱和土机理

强夯加固非饱和粗粒土主要基于动力压实的概念, 土体是由固相、液相和气相三部分组成, 在压缩波能量的作用下, 土颗粒相互靠拢, 气体部分首先被排出, 颗粒进行重新排列, 由天然的紊乱状态进入稳定状态, 孔隙大为减小。就是这种体积变化和塑性变化使土体在外荷作用下达到新的稳定状态。在波能作用下土颗粒和液体受力, 可能变形, 但这些变形相对土颗粒间的移动、孔隙减少来说是较小的, 可以认为, 非饱和土的夯实过程, 就是土中的气相被挤出的过程, 其对应的外观现象则是土体产生冲切变形。

强夯法加固饱和土机理

强夯法加固饱和土细粒土时,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, 使孔隙水顺利溢出, 超孔隙水压力消散后, 土体固结, 由于软土的触变性, 强度会逐渐提高, 强夯阶段土的强度增长如图 2 所示。

其具体包括以下几个过程: 夯击能量转化, 同时伴有强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏( 表现为土体强度降低或抗剪强度降低)；排水固结压密( 表现为渗透性能的改变, 土体裂隙发展, 土体强度提高)；触变恢复并伴随固结压密( 包括部分自由水变成薄膜水, 土的强度继续提高) 。其中第一阶段是瞬时发生的, 第四阶段是在强夯终止后很长时间才能达到, 可长达几个月以上, 中间两个阶段则介于前述两个阶段之间。

工程应用

2.1 工程概况

某工程需处理地基为一140m×55m( 长×宽) 平地，位于河流二级阶地上，原为旱地，后经回填素填土形成，平均回填深度为7m 左右，局部回填土深达9m，回填时未采取任何压实措施。回填土为中湿，黏性，无杂质。回填后一年，一直处于自然堆放状态，地基承载力较低，小于100kPa，压缩性也较大，不能满足设计要求。为了确保施工质量，减少工程造价，缩短施工工期，实现节点目标，经研究对地基进行强夯加固处理。

2.2 施工工艺

施工工艺过程如下图所示：

图3 施工工艺流程图

2.3 强夯效果检测

为了进一步确认场地强夯的效果，随机选取了12个试验点进行静力触探岩土试验，静力触探测试结果如表1所示。

从以上静力触探结果可以看出，随机抽取的12 个静力触探孔，强夯填土层厚度为4. 9-8. 4m，各个探孔位置填土强夯后，承载力都大于200kPa，压缩模量都大于15MPa。但是第JT12 号探孔，强夯土层厚4. 9m，相对其他探孔填土厚度较小，但是强夯后的承载力及压缩模量相对较小，可能是由于JT12 号孔位置位于场地边缘，强夯相对其他位置不够引起。从整个测试结果来看，地基承载力标准值达到216kPa，地基土压缩模量标准值达到17MPa，强夯效果明显，已完全满足工程对地基的要求，达到了预期效果。

结语

强夯法具有施工设备、工艺简单，施工管理及质量容易控制，同时施工速度快、施工费用低等特点，工程运营两年来的监测结果表明，通过强夯法加固处理，场地土达到或超过了设计要求，特别是在改善挖土填方场地土的力学性能方面效果明显，取得了良好的社会和经济效益，值得推广使用。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看