强夯法的原理及适用范围.

地基处理
1. 强夯法的加固原理
夯锤自由下落产生巨大的强夯冲击能量，在土 中产生很大的应力和冲击波，使土中孔隙压缩、 土体局部液化，夯击点周围一定深度内的土体产 生裂隙形成良好的排水通道，使土中的孔隙水 （气）溢出，土体得到固结，从而降低土的压缩 性，提高地基承载力。
据资料显示，经过强夯的粘性土，其承载力可 增加100~300%，粉砂可增加400%，砂土可增 加200~400%。
整式臵换：采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，作用机 理类似于换土垫层。 桩式臵换：通过强夯将碎石填筑到土体中，部分碎石 桩（或墩）间隔地夯入软土，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。
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强夯法的原理及适用范围
夯锤 夯锤自由下落
夯击能 冲击力 冲击波
隆起
加固原理图
地基处理
强夯法的原理及适用范围
主讲人：张力霆（教授）
石家庄铁道大学
强夯与强夯臵换法
概念 强夯是法国梅那（ Menard ） 技术公司于 1969 年首创的一种 地基加固方法，国际上称动力 压实法或动力固结法。它通过 一 般 8-30t 的 重 锤 ( 最 重 可 达 200t)和8-20m的落距(最高可达 40m) ，反复对地基土施加很大 的冲击能，一般能量为 1000— 8000kN.m。在地基土中所产生 的冲击波和动应力，可提高地 基土的强度、降低土的压缩性 、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。
强夯国内发展四个阶段
1）自引进到80年代初，约8年。 强夯能级比较小，一般仅为1000kN*m，处理深度5m 左右，以处理浅层人工填土为主。 2）80年代初到90年代初。 本阶段兴建国家重点工程山西化肥厂，为了消除黄土 地基的湿陷性，化工部组织开发了6250kN*m能级强夯， 使有效处理深度提高到了10m左右。 3）90年代初到2002年。 本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机， 成功开发了8000kN*m能级强夯，使强夯消除黄土湿陷 性的深度达到15m。 4）2002年底至今。 强夯工程最高应用能级已经达到10000kN*m。为了 更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上， 还形成了强夯臵换和柱锤冲扩等新技术
（3） 固结作用
强夯时在地基中产生的超孔隙水压力大于土粒间 的侧向压力时，土粒间会出现裂隙，形成排水通道， 增大土的渗透性，孔隙水得以顺利排出，加速了土 的固结。
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渗透性变化
超孔压u大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出 现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔 隙水得以顺利排出。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力 时，裂隙即自行闭合。
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。
（ 1）
（ 2）
（ 3）
土体中的孔隙减小，土体变得密实。
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（2） 局部பைடு நூலகம்化作用
在夯锤反复作用下，饱和土中将引起很大的超孔 隙水压力，随着夯击次数的增加，超孔隙水压力也 不断提高，致使土中有效应力减少。当土中某点的 超孔隙水压力等于上覆的土压力时，土中的有效应 力完全消失，土的抗剪强度降为零，土体达到局部 液化。
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（1） 密实作用
强夯产生的冲击波作用破坏了土体的原有 结构，改变了土体中各类孔隙的分布状态以 及相对含量，使土体得到密实。但是，由于 强夯作用，土体中也出现了以微气泡形式存 在的封闭气体，其含量约为1%~4%。 实测资料表明：夯击使孔隙水和气体的体 积减少，土体得到密实。
裂隙
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（4） 触变恢复作用
经过一定时间后，由于土颗粒重新紧密接触，自 由水又重新被土颗粒吸附而变成结合水，土体又恢 复并达到更高的强度，即饱和软土的触变恢复作用。
触变恢复
饱和粘性土在夯击作用下，土体的强度逐渐降低，当 出现液化或接近液化时，强度达到最低值。此时土体产生 裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着时间孔压的消散， 土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。
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（5） 臵换作用
利用强夯的冲击力，强行将砂、碎石、石块等挤 填到饱和软土层中，臵换原饱和软土，形成桩柱或 密实砂、石层，与此同时，该密实砂石层还可作为 下卧软弱土的良好排水通道，加速下卧层土的排水 固结，从而使地基承载力提高，沉降减小。 整式臵换 桩式臵换
强夯臵换类型
h
地面
冲切上部土体
夯 坑
挤压 土体
结构破坏 形成夯坑 挤压周围 土体
夯点附近 地面隆起
2. 适用范围
强夯法适用土层 碎石 土 杂填 土、 素填 土 等 等
砂土
低饱和 度的粉 土与黏 性土
湿陷 性 黄土
强夯置换法适用于高饱和度 的粉土与软-流塑性的黏性土 等地基上对变形控制要求不 严的工程