4强夯法与强夯置换法

4强夯法与强夯置换法

强夯法又名动力固结法，是一种快速加固的地基处理方法。强夯法是指用起重机将重锤提到一定高度，利用自动脱钩法使重锤自由下落，冲击能夯实地基，从而提高地基土的强度、降低土的压缩性的方法。

1969年，法国的路易斯梅那德（Louis Menard）技术公司首次提出强夯法（Dynamic consolidation method）。强夯法开始适用于砂土和碎石地基，随着技术的发展，逐渐推广到细粒土地基。20世纪70年代初，我国引进强夯法，经过几十年的发展，在路桥、水利、建筑方面得到广泛的应用，是目前最经济、最常用的深层地基处理办法之一。强夯法在处理湿陷性黄土方面取得了显著的效果，但是对粘性土、淤泥、淤质泥土等饱和性较高的地基处理效果不是很理想。1991年深圳建筑科学中心首创强夯碎石挤淤

法，打开了我国利用强夯法处理饱和性粘

土地基的新篇章。

4.1加固机理

强夯法在工程实践中受到广泛应用，

但目前仍然没有一套完善的指导理论和设

计方法，对于不同的土基有不同的加固机

理。综合归纳，强夯法主要有三个加固机

理方式：

1)动力密实（Dynamic Compaction）

对于多孔隙、粗颗粒、非饱和土，是

基于动力密实的机理。利用冲击型动力荷载，减小土体的孔隙体积，从而使土体密实。工程实践表明，经夯击一遍后，夯坑深度可达0.6~1.0m，夯击后的地基承载力可提高2～3倍。

2)动力固结（Dynamic Consolidation）

为解释饱和黏性土的强夯效应，Louis Menard提出了动力固结模型。

地基土的强度的变化规律与孔隙水压力的状态有关。进行夯击时，孔隙水压力增大，土体冲击变形而强度减小，在液化阶段，强度降低为零；孔隙水排出时孔隙水压力减小，此时为土的强度增长阶段；孔隙水压力涨幅为零，此时为土的触变恢复阶段。

3)动力置换（Dynamic Replacement）

对于软黏土，往强夯形成的夯坑中填充碎石、砂等粗颗粒材料，强行夯击，填料挤入软土中并排开土体，形成砂、碎石桩与软土的复合地基，这种方法称为强夯置换法。动力置换分为桩式置换和整体置换，桩式置换的机理类似于振冲法形式的碎石桩，利用碎石的内摩擦角和桩间土的侧限维持桩体平衡，并与软土形成复合地基；整体置换的机理类似于换土垫层。

4.2 设计计算

4.2.1 强夯法设计

强夯法施工参数一般包括：有效加固深度、强夯机具、夯锤质量与落距、单点总夯击能（或夯击次数）与夯入度、夯击点间距、夯击遍数与间歇时间、加固范围。

1)有效加固深度

在实际工程中，地基土的性质、土层深度、地下水位及强夯的其他设计参数均对实测深度有影响，因此应根据现场试夯结果或当地经验来确定。在无经验或试验资料时，可按下式预估：

D=α√Qh

式中：Q——夯锤重量（kN）；

h——落距（m）；

α——修正系数，可按表4-2选用。

单击夯击能指E= Q×h。

表4-2 有效加固深度影响系数α

2)夯锤与落距的选择

国内一般夯锤的重量为10~40t。夯锤的平面分为圆形和方形，锤底的静压力值可取25~40kPa。强夯细粒土时可能造成深坑，有关文献提出，夯坑深度不宜

小于夯锤宽度的一半，否则将会损失部分能量。因此对细粒土可取较小锤底静压力值或加大锤底底面积。国内外资料表示，锤底面积对砂性土一般取3~4m2，对黏性土不宜小于6 m2。

夯锤的落距可根据夯锤的重量和要加固地基的深度来确定，国内取8~20m。

3)夯击次数

单点夯击次数一般按最后两击的沉降量之和或之差来确定。原冶金工业部做了明确规定。

表4-3 单点夯击次数的确定

夯击次数可按下列公式计算：

N=(EL2)/(Qh)

式中：E——单位面积平均夯击能；

L——加固范围（m）。

实际施工时还应根据试夯得出的夯击次数与夯沉量的关系曲线来确定，要求：最后3击的夯沉量平均值不大于50mm；夯坑周围不产生过大的隆起。

4)夯击点间距

夯距一般根据地基土性质和加固深度来确定。通常取5~9m。第一遍的夯击点间距要大，避免相邻夯击点在浅层加固成硬壳层，影响夯击能向深处的传递；下一遍的夯击点取上一遍夯击点的中间；后一遍以较低的夯击能进行满夯。对单击能E较大或加固深度较深的地基，第一遍的夯点间距要适当加大。

5)夯击遍数和间歇时间

夯击遍数一般根据地基土性质和平均夯击能来确定，以不出现“翻浆”或“橡皮土”为宜。对跳打夯击，取3~5遍；对连续夯击，取2~3遍。满夯时用较低的夯击能多次夯击，锤印彼此重叠搭接。

各遍的间歇时间要根据孔隙水压力的消散情况来确定。对黏性土，孔隙水压力的消散较慢，一般为2~4周，

6)加固范围

加固范围确定的原则是：加固范围需比加固地基的长度和宽度每边扩出一个

加固深度。

4.2.2 强夯置换法设计

强夯置换法的设计参数与强夯法大部分一致，另外还包括：置换材料、桩体参数、夯击次数。

1)置换材料：对于整体置换法，宜采用级配良好、最大粒径不超过1m、结构密实、不透淤泥、抗剪强度高的块石或石渣。对于桩式置换法，桩体材料宜采用级配良好、粒径大于0.3m的颗粒含量不超过30%、抗剪强度高的块石、碎石、石渣、建筑垃圾等粗颗粒材料。

2)桩体参数：对桩式置换法，桩的深度由土质条件确定。除厚层饱和粉土外，桩底穿透软弱土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。桩的直径可取1.1~1.2倍的夯锤直径。桩间距由荷载大小和地基土承载力确定，一般取3倍的桩直径。桩顶应铺设不小于500mm厚的压实垫层，垫层材料可与桩体相同，粒径不大于100mm。

3)夯击次数：通过现场试夯确定夯点的夯击次数，同时还应满足：桩底透过软土层且达到设计桩长；累计夯沉量总和为设计桩长的1.5~2.0倍；最后两击的夯沉量应满足原冶金工业部提出的规定。

4.2.3 其他设计要求

对于地下水位较高的饱和黏土地基，土体会发生流动，因此须铺设垫层，起到支撑起重机、扩散“夯击能”的作用。垫层的材料可以选用砂、砂砾、碎石、卵石等，但不能含有黏土。垫层的厚度根据地基土质、夯锤重量及形状结构等条件而确定，一般为0.5~2.0m。

强夯引起的振动与爆破的振动相似，但不同于地震。在一定范围内要考虑强夯引起的振动，即安全距离。当单点夯击能为1000~2000kN·m时，安全距离取12~15m；当夯击能大于2000kN·m时，安全距离宜大于15m；对于沟槽、管线等地下建筑，可取8~12m。强夯地点在距离建筑物较近时，应采取必要的防震措施，比如设防震沟，具体的设计尺寸由现场试验决定。

可以采用砂垫层、袋装砂井、塑料板排水法等排水措施，降低孔隙水压力。

4.3 强夯法施工工艺

4.3.1 施工准备

（1）平整场地。清除障碍物，施工现场要保证场地平整。测量人员放出加固地基的中线，根据加固深度放出强夯范围边线。强夯范围内铺设一定厚度的垫