地基处理 第9章强夯法

（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。 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 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。
20
ห้องสมุดไป่ตู้ （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。
21
（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。
15
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。
16
表 9.2-1
2
• 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。
26
27
28
29
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 各种地下管线的位置和标高。
(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。
24
（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。
22
（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。
23
F=m· 2 gh
(9.2-3)
31
式中：F——夯锤着地时的冲量；g——重力加速度；m——夯 锤质量；h——落距。将 h＝E/m 代入上式得： F= 2 E M / 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 陷性黄土地基上进行的对比试验表明，20t 锤 5m 落距比 10t 锤 10m 落距加固效果要好，见表 9.2-3。 表 9.2-3 重锤低落距与轻锤高落距加固效果对比 干密度平 孔隙比 锤重 （t） × 压缩量 Es1-2 湿陷系数 均值 平均值 落距（m） 平均值 （MPa） 3 （g/cm ） （%） 20×5 1.657 66.8 13.38 0.0032 10×10 1.584 72.0 12.3 0.0041 改善幅度 4.6% 7.2% 8.8% 22%
第九章 强夯法（ 强夯法和强夯置换法）
强夯法又称为动力固结法或动力压密法。这种方 法 是 将 100~400kN 的 重 锤 （ 最 重 达 2000kN ） ， 以 6~40m的落距落下给地基以冲击和振动,从而达到提高 土的强度,降低其压缩性，改善土的振动液化条件,消除 湿陷性黄土的湿陷性等目的。 强夯法由法国Menard技术公司于1969年首创，当 时，仅用于加固砂土和碎石土地基，但随着施工方法 的改进，其应用范围已扩展到细粒土地基。
土层 软土 一般粘性土
加固深度判别标准
饱 和 砂 土 和 粉 土
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》GBJ11-89 标准 N>Ncr Ncr=N0[0.9+0.1（ds-dw）]3
c
式中：N——实测标贯值； ds——饱和砂土或粉土标贯点所处深度（m） ； dw——地下水位埋深（m） ； Ncr——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 70 时分别为 7 和 6；80 时分别为 8 和 7， ；90 时分别为 9 和 8。 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
12
13
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。 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。
25
（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。
8
9
（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。 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， 夯坑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。
3
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 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。
10
11
（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。 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%。
—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
19
（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。
4
5
表 9.1-1 静力固结与动力固结两种模型对比表
静力固结模型 ①不可压缩的液体； 动力固结模型 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。
6
动力固结理论可概括为以下几方面：
黄土及新近堆 s≤0.015 积黄土
c≥0.87
d≥15kN/m3; 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；
17
18
另外，也可按修正后的 Menard 公式进行预估：
H=a·
M h 10
(9.2-1)
式中：H——加固深度（m） ；M——锤重（kN） ；h——落距（m） ；a— 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。