(完整版)地基处理-第四章强夯法和强夯置换法
4 强夯法和强夯置换法
地基处理 湖南科技大学
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地基处理 晋城煤业集团10万吨/年合成油示范工程项目，位于晋城市矿务
局。由山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司投资建设，该项目总 投资为1350万美元。其中企业自筹385万美元，拟引资965万美 元。项目建成后，可实现年销售收入130万美元。
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地基处理
夯击击数与遍数
国内确定夯击击数的方法有所不同： ①有的以孔隙水压力达到液化压力为准则； ②有的以最后一击的夯沉量达某一数值为限值； ③也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。
总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧 向位移最小为原则，一般为4～10击。
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地基处理
夯 击 击 数
夯 击 遍 数
强夯夯点的 夯击击数
按现场试夯得到的夯击击 数和夯沉量关系曲线确定
还要满足
a.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击 能量小于4000kN*m时为50mm；夯击能为4000～ 6000kN*m
时b.夯为坑10周0m围m地；面夯不击应能发大生于过6大0隆00起kN; ·m时为200mm;
地基处理
(3) 渗透性变化 当所出现的超孔隙水压力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，土的渗透性骤增， 孔隙水得以顺利排出。当孔隙水压力的消散到小于土颗粒 之间的横向压力时，裂隙自行闭合，土中水的运动又恢复 常态。 (4) 触变恢复
当土体液化或接近液化时，抗剪强度为零或最小，吸附 水变成自由水。随着孔隙水压力的消散，土颗粒间接触将 较夯击前更为紧密，土的抗剪强度和变形模量会有较大幅 度增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水， 这也是具有触变性土的特性。
强夯置换法
4.强夯置换法施工工艺一、强夯置换法原理及适用地基强夯置换法按置换方式的不同，有墩柱式置换和整体式置换法两种形式。
强夯置换碎石墩复合地基属于墩柱式置换的形式，它是利用夯能作为置换软土的手段，即利用强夯将地基土挤密或排开，把块石、碎石、砂砾或其他质地坚硬的散体材料，采用多次填入和夯击，最终形成密实的柱状砂石墩，这种砂石墩与周围混有砂石的墩间土所形成的复合地基。
对于饱和粘性土，强夯置换法主要作用是置换作用，其次是排水和动力固结作用。
主要适于高压缩性软粘土地基的加固。
整体式置换法又称强夯置换挤淤沉堤，它以密集的点形成线置换或面置换，通过强夯的冲击能将含水量高、抗剪强度低、具有触变性的淤泥挤开，置换以抗剪强度高、级配良好、透水性好的块石、碎石或石渣，形成密实度高、压缩性低、应力扩散性能良好、承载力高的垫层。
主要适用于处理淤泥、淤泥质软土地基。
二、强夯置换法施工强夯置换法施工工艺参见强夯法施工工艺，机具设备、操作步骤基本相同，只是增加了在夯击过程中不断加入散体材料并进行夯实的施工。
1、墩柱式强夯置换法（强夯置换碎石墩复合地基）1）施工工艺在施夯的场地上先铺设0.5~1.0米的砂石垫层，再进行施工。
夯孔的施打宜采用隔孔分序跳打的方式，以圆柱形夯锤按夯点布置和顺序夯击，夯坑深度控制在1.5~2.0米，第一遍夯至控制深度后，在夯坑内填充石料，石料最大粒径小于30㎝；将夯坑填满后再进行第二遍夯击，在夯坑深度又达到1.5~2.0米时，再填充石料至地面，然后进行第三遍夯击；将夯坑夯击1米左右深度后，再用石料填平至地面高度后振动碾压三遍。
夯击时，第一、二遍每夯点夯击次数根据试夯资料确定，每遍夯3~6击左右，第三遍夯击3击，并按最后一击夯沉量不超过5㎝为控制值。
2）施工参数施工参数的确定主要依据现场试夯，并应考虑以下各方面因素：（1）夯击能越大，置换深度越深，即要获得较深的置换深度，应加大第一遍夯击的总能量。
（2）置换深度与置换次数成正比，一般采用3~5遍的置换次数。
强夯法和强夯置换法
等边三角形 正方形Biblioteka .3设计计算3 强夯和强夯置换
夯击点间距
确定原则：一般根据地基土的 性质和要求处理的深度而定， 以保证使夯击能量传递到深处 和保护邻近夯坑周围所产生的 辐射向裂隙。
1.强夯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。
3 强夯和强夯置换
压密过程基本上同实验 室中的击实实验相同， 挤密振密效果明显。
对饱和无粘性土地基
土体可能会产生液化， 其压密过程同爆破和振 动密实的过程相同。
对饱和粘性土地基
产生超孔压，并且逐渐 消散，地基土固结，孔 隙比减小，强度提高。
强夯法和强夯置换法
3.2加固机理
夯锤
隆起 地面
挤压 土体
3 强夯和强夯置换
动力固结理论(图b)
①不可压缩的液体 ②固结时液体排出所通过的小
孔，其孔径是不变的 ③弹簧刚度是常数 ④活塞无摩阻力
①含有少量气泡的可压缩液体 ②固结时液体排出所通过的小
孔，其孔径是变化的 ③弹簧刚度为变数 ④活塞有摩阻力
强夯法和强夯置换法
3.2加固机理
动力置换
3 强夯和强夯置换
整式置换：将碎石整体
2.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。
3.强夯置换墩间距应根据荷载大 小和原土的承载力选定，当满堂 布置时可取夯锤直径的2～3倍。 对独立基础或条形基础可取夯锤 直径的1.5～2.0倍。墩的计算直 径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。
强夯法和强夯置换法
三种加固机理
3 强夯和强夯置换
动力密实
加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土 动力荷载减小土孔隙，提高强度
土木工程施工第4章 强夯法与强夯置换法
（3）动力置换
对透水性极低的饱和软土，强夯使土的结构破坏， 但难以使孔隙水压力迅速消散，夯坑周会形成橡皮土。 可在土中设置袋装沙井等来改善土的透水性，然后 进行强夯。此时加固机理类似于动力固结，也可以采 用动力置换。
为500～2000 kN.m/m3。
夯击能达到饱和能时，土体产生液化，吸着水变成了自 由水，土的强度下降到最小值。必须注意，一旦达到饱和能
量的瞬间，就不能在夯击，否则对土体固结不利。 因为夯
击能过大，土体固结条件遭到破坏，孔隙水反而不易排出， 土体强度降低后难以恢复。
3）渗透性变化
当夯击能增大到饱和能时，孔隙水压力上升到与竖向应
法，同时下卧层的软土也得以快速固结，提高了下卧层的强
度。
1、强夯块石墩及块石垫层复合地基法
此方法系采用巨大夯击能量将块石夯穿淤泥层并使其沉 底形成墩体以加固淤泥层，再在墩顶铺设块石垫层形成复合 地基。 （1）其主要优点是：
1）施工速度快造价低。
2）不受填土层中块石的限制，全场地都适用。 3）因地制宜，就地取材，其所用的材料块石可在机场 附近的山上开采。开山采石后平整的场地又可作为良好的建 筑用地。
复常态。
4）触变的恢复
从实验中可知，在夯实进行中土的抗剪强度明显的降低， 当土体液化或接近液化时，抗剪强度为零或最小，吸附水变 成自由水。当孔隙水压力消散，土的抗剪强度和变形模量大 幅度的增长，土体颗粒间的接触更加紧密，新的吸附水层逐 渐固定，这是由于自由水重新被土颗粒吸附变成了吸着水的 缘故。这就是具有触变性的土的特性，触变性与土质种类有 很大关系，有的恢复的快，有的恢复的非常慢。所以强夯效 果的检验工作宜在夯后4～5周进行。
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。
3.强夯法
三、施工要点
⑴为减少对周边环境和建筑物的影响，应采取 防振措施； ⑵按规定起锤高度、锤击数的控制指标施工， 或按试夯后的沉降量控制； ⑶注意含水量对强夯效果的影响； ⑷注意夯锤上部排气孔的畅通 ； ⑸注意施工安全，防止石块伤人； ⑹雨季施工注意排水。
作业题2
1.重锤夯实法和强夯法有什么不同？
2.夯击点间距
夯击点间距一般根据地基土的性质和加固深度 确定。 第一遍一般可取5～9m，对于处理深度较深 或单击夯击能较大的工程，夯击点间距应适当增大。 3.夯击点布置范围 由于基础应力扩散作用，夯击点范围应大于建 筑物基础范围。对于一般建筑物，每边超出基础外 缘的宽度宜为设计加固深度的1/2～1/3，并不小于 3m。
应根据地基土类别结构类型、荷载大小和要求处理的深度
等综合考虑并通过试夯确定。
3.最佳夯击能（最佳夯击次数）
⑴最佳夯击能： 由动力固结理论，使地基中产生的孔隙水压力达 到土的覆盖压力时的夯击能称为最佳夯击能。 ⑵最佳夯击次数： 当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯 击次数称为最佳夯击数。
⑶最佳夯击能(最佳夯击次数)的确定
①由孔隙水压力确定 a.对于粘性土地基，可根 据有效影响深度孔隙水压力的 叠加值来确定最佳夯击能。 b.对砂性土地基，可根据 最大孔隙水压力增量与夯击次 数的关系曲线来确定最佳夯击 次数。
②由夯沉量与夯击次数关系曲线确 定
a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆 起最小。 b.确定方法：当△S－N趋向趋于稳定，接近常 数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击次数为 最佳夯击次数。
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。 夯锤着地时的冲量
强夯法和强夯置换法
质量控制要点
1)开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合 设计要求。 2)在每一遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯 坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。 3)按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。对 强夯置换法尚应检查置换深度。
成品保护措施
1)做好现场测量控制桩、控制网以及现场夯击位置布点的保 护工作。 2)做好现场排水设施的保护工作。 3) 强夯后，基坑应及时修整，浇筑混凝土垫层封闭，防止雨 水浸泡强夯后的地基。
工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩荷 载试验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载 力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷 试验代替单墩载荷试验。
4)竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确 定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点 不应少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置 换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的 l%，且不应少于3点。
适用范围
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、素填土和杂填土等地基。 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。
强条
当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生 有害的影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等 隔振或防振措施。
强夯法和强夯置换法
概念
强夯法是反复将夯锤提到高处使其自由落下，给 地基以冲击和振动能量，将地基土夯实形成地基 的处理方法。 强夯置换法是将重锤提到高处使其自由落下形成 夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒 料，形成地基的处理方法。
(完整)强夯地基处理
1.1 强夯地基处理1.1.1基本规定1、强夯地基处理可根据加固原理、适用条件和施工工艺划分为强夯法和强夯置换法两种类型。
2、确定强夯地基处理方案应具备下列条件：（1）详细的岩土工程勘察资料，上部结构及基础设计资料；（2）对于人工填土地基,应详细了解填土场地原地表的地形地貌、地表植被、地表水分布及填土前的地表处理、排水、清淤等情况；了解填土的岩土成分、土石比及颗粒级配等;（3）根据工程的要求和地基存在的主要问题，确定强夯地基处理的目的,处理范围和处理后要求达到的各项技术经济指标；（4）结合工程情况,了解当地强夯地基处理施工经验和施工情况，对于有特殊要求的工程，尚应了解其它地区相似场地上同类工程的处理经验和使用情况等;（5）搜集临近建筑、地下工程和有关管线等情况;（6）掌握工程场地周围的环境情况.3、在选择强夯地基处理方案时，应考虑上部结构、基础和地基的相互作用，并经过技术经济比较,选用强夯地基处理地基或加强上部结构和强夯地基处理地基相结合的方案。
4、对已确定的强夯地基处理方案,宜按工程地基基础设计等级和场地复杂程度，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工,并进行必要的测试,以检验设计参数和处理效果，如达不到设计要求时,应查明原因,修改设计参数或调整地基处理方案.5、强夯地基处理可与其它地基处理方法组合形成联合地基处理方案。
6、经强夯地基处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深,而需对本规程确定的地基承载力特征值进行修正时，应符合下列规定：（1）基础宽度的地基承载力修正系数应取零；（2）基础埋深的地基承载力修正系数应取1。
0.经处理后的地基，当受力层范围内仍存在软弱下卧层时,尚应验算下卧层的地基承载力。
7、按地基变形设计或应作变形验算且需进行地基处理的工程，应对处理后的地基进行变形验算。
8、受较大水平荷载或位于斜坡上的工程，当建造在处理后的地基上时，应进行地基稳定性验算.9、施工过程中应有专人或专门机构负责工程监理，施工结束后必须按本规程规定或国家有关规定进行施工质量检验和验收.10、复合地基载荷试验应符合国家现行标准的有关规定。
建筑工程强夯地基及强夯置换地基-完整版
建筑工程强夯地基及强夯置换地基完整版强夯地基是为了提高地基的强度和承载力，增强建筑物的稳固性，而对地基进行强力夯实。
简单来说，强夯施工是一种施工便捷、效果显著的地基加固技术。
强夯施工有其适合处理的土地类型，一般包括：砂土、碎石土、低饱和度粉土、湿陷性黄土等等。
其他土质类型需要经过试验后方可进行施工，或结合其他地基加固手段处理。
强夯地基包含强夯和强夯置换。
一、强夯地基（1）强夯地基的设计应符合下列规定1强夯的有效加固深度，应根据现场试夯或地区经验确定。
在缺少试验资料或经验时，可按表6.3.3-1进行预估。
2夯点的夯击次数，应根据现场试夯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，宜满足表6.3.3-2的要求，当单击夯击能E大于12000kN·m时，应通过试验确定；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。
3夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯（2～4）遍，对于渗透性较差的细颗粒土，应适当增加夯击遍数；最后以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。
4两遍夯击之间，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，对于渗透性较差的黏性土地基，间隔时间不应少于（2～3）周；对于渗透性好的地基可连续夯击。
5夯击点位置可根据基础底面形状，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，第二遍夯击点应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。
6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1/2～2/3，且不应小于3m；对可液化地基，基础边缘的处理宽度，不应小于5m；对湿陷性黄土地基，应符合现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025的有关规定。
4强夯法与强夯置换法详解
2）夯锤和落距 （1）单击夯击能 夯锤重M与落距h的乘积。最好锤重和落距都大，单击能量大, 夯击击数少, 夯击遍数也相应减少, 加固效果和技术经济较好。 （2）单位夯击能 场地总夯击能量（即锤重×落距×总夯击数）除加固面积称为单位夯击能。 应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑， 并可通过试验确定。 粗颗粒土1000～3000kN· m/m2，细颗粒土1500～4000kN· m/m2。 最佳夯击能： 地基中出现孔隙水压力等于土的自重应力时的夯击能量。 1、粘性土最佳夯击能的确定办法：根据孔隙水压力 的叠加值进行确定 2、砂性土最佳夯击能的确定方法：孔隙水压力不能叠加，绘制孔隙水压力 增量与夯击数的关系曲线确定最佳夯击能。孔隙水压力增量趋于稳定时，即可 获得最佳夯击能。
堆载预压与强夯的对比
山东科技大学 王清标 2
4.1.2 强夯法在我国的发展
在地基土中所产生的的冲击被和动应力，可提高土的强度、降低土
的压缩性、改善砂土的振动液化条件和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。 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。 对于砂土地基承载力提高2～5倍，压缩性降低2～10倍。
山东科技大学 王清标
20
1 3 2 3 1 3m
2 3 1 3 2 3m
1
3m
1
3
1
3m
2
3m
3
2
3
3m
1
1 3m
3 3m
1
a）13个击点夯一遍分三次完成 b）9个击点夯一遍分三次完成 夯点布置及夯击次序
山东科技大学 王清标
21
4）夯击击数与遍数 （1）夯击击数确定 按现场试夯夯击击数和夯沉量关系曲线确定，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： 单击夯击能小于4000kN· m时为50mm； 单击夯击能为4000～6000kN· m时为100mm； 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隆起。 ③不因夯坑过深而发生起锤困难。 夯击点的夯击击数3～10击比较合适。 （2）夯击遍数确定 一般1～8遍，粗颗粒土可少些，细颗粘土（淤泥质土）要求多些。 视满夯的夯实效果，除了采用2遍满夯外，还可采用轻锤或低落距锤多 次夯击，以及锤印搭接等措施。
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肯定高度，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〕。
强夯法开头适用于砂土和碎石地基，随着技术的进展，渐渐推广到细粒土地基。
20 世纪70 年月初，我国引进强夯法，经过几十年的进展，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方法之一。
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抱负。
1991 年深圳建筑科学中心首创强夯碎石挤淤法，翻开了我国利用强夯法处理饱和性粘土地基的篇章。
4.1加固机理强夯法在工程实践中受到广泛应用，但目前仍旧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。
工程实践说明，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。
表4-1 动力固结理论与静力固结理论的区分动力固结理论静力固结理论含有少量气泡的可压缩液体不行压缩的气体固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变的弹簧刚度为变数弹簧刚度为常数地基土的强度的变化规律与孔隙水压力的状态有关。
进展夯击时，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。
中国地基处理技术 强夯法和强夯置换法
设计计算
4. 夯击点布置与间距 夯 击 点 布 置
强夯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。 夯击点布置时应考虑施工时吊机的行走通道。 强夯置换墩位布置宜采用等边三角形或正方形。 对独立基础或条形基础可根据基础形状 度相应布置。 与宽
强夯和强夯置换处理范围应大于建筑物基础范围，具体 的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决 定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计 处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。
加固机理
Байду номын сангаас
夯击一遍的情况 †
夯击三遍的情况
加固机理
Menard对强夯中出现的现象，又提出了一个新的弹 簧活塞模型，对动力固结的机理作了解释。
静力固结理论模型
动力固结理论模型
加固机理
静力固结和动力固结理论对比
静力固结理论 ①不可压缩的液体 ②固结时液体排出所通过的小 孔，其孔径是不变的 ③弹簧刚度是常数 ④活塞无摩阻力 动力固结理论 ①含有少量气泡的可压缩液体 ②固结时液体排出所通过的小 孔，其孔径是变化的 ③弹簧刚度为变数 ④活塞有摩阻力
E 940( H1 2.1)
夯击能最低值
Ew 940( H1 3.3)
H1 ——置换墩深度(m)
设计计算
3. 最佳夯击能
在最佳夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达 到土的自重压力。 粘性土——根据孔隙水压力的叠加值来确定 砂性土——可绘制孔隙水压力增量与夯击击数 (夯击能)的关系曲线来确定
概述
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、素填土和杂填土等地基。
强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑一流塑
强夯法及强夯置换法
第四节 强夯法施工
施工注意事项
强夯的施工顺序是先深后浅，即先加固深土层再加固中土 层，最后加固 浅土层 在饱和软黏土 场地上施工，为保证吊车的稳定，要一定厚度的砂砾石、 碎石、矿渣等粗颗粒垫层，不宜用粗砂 施工中应经常性对夯锤、脱钩装置、吊车臂杆和起重索具等的关键部位 进行检查，发现问题必须及时采取有效措施 强夯施工必须实行统一指挥，各岗位分工明确，各司其职 夯锤起落过程中，除起重机司机外，所有人员均应退到安全线以外（一 般为10米），以防止夯击时飞石伤人，现场工作人员均应戴安全帽 六级以上大风、雪天或视线不清时，不准进行强夯施工
施工 夯击对象最好为粗颗粒土组成
第二 节 强夯法设计
强夯法的主要参数
有效加固深度及范围 单位面积夯击能力 夯击次数 夯点间距 布置 夯击遍数 间隙时间
第二 节 强夯法设计
有效加固深度及范围的确具和设备
夯锤、起重设备、脱钩装置
夯锤质量——夯锤质量与需要加固的土层厚度、土质条件及落距等因素
强夯法与以往夯实方法相比有以下特点：
平均一次夯击能量比普通夯法能量大得多 以往的夯法，能量不大，且能量不能向深处传播
在施工中，必要的夯击能量可以分几遍进行夯击
地基经过强夯后能消除不均匀沉降
第一节 概述
强夯法最适宜的施工条件
处理深度最好不超过15米（特殊情况除外） 对饱和软土地、地表面应铺一层较厚的砂石、砂土等 优质填料 地下水位离地表面以下2～3米为宜，也可采用降水强夯 施工现场离既有建筑物有足够的安全距离（一般大于10米），否则不宜
超静孔隙水压力的消散 按上述步骤逐遍完成全部夯击遍数，再用低能量满夯一遍，将场地表层 松土 夯实并测量夯后高程
第四节 强夯法施工
2019年《地基处理技术》换填垫层法、排水固结法、强夯法和强夯置换法
2 控制压实效果的主要因素
（1）最优含水量 在一定的压实机械的功能条件下，土最易于被 压实、并能达到最大密实度时的含水量，称为最优 含水量，相应的干密度称为最大干密度。最优含水 量大致为塑限＋2％。土中黏土矿物含量大，则最优 含水量越大。 （2）压实功能 当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较 小，对应的最优含水量则较大。所以，在压实工程 中，若土的含水量较小，则需选用夯实功能较大的 机具，才能把土压实至最大干密度。
3.5 粉煤灰垫层(Flyash Cushion)
粉煤灰垫层适用于厂房、机场、公路和堆场等
工程大面积填筑。 粉煤灰的工程特性 （1）自重轻。松散重度6～7kN/m3，击实 后干重度9.2～13.5 7kN/m3。 （2）击实性能好。粉煤灰的最优含水量变 动幅度是4％，大于土的2％的变动幅度。 （3）抗剪强度。粉煤灰的抗剪强度指标与 粉煤灰的灰种、剪切方法、压实系数大小和龄 期长短有关。当压实系数为0.9~0.95时,黏聚力 5~30kPa,内摩擦角23~30度。
b( p k pc ) b 2 z tg
压力扩散角
换填 材料 z/b
中砂、粗砂、 砾砂、圆砾、 角砾、石屑、 卵石、碎石、 矿渣
粉质黏土、 粉煤灰灰土0.25源自20628
≥ 0.50
30
23
28
2 垫层宽度的确定
垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散 的要求，可按下式确定：
b b 2 z tg
垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算：
对条形基础 p z bl ( p k pc ) pz 对矩形基础 (b 2 z tg )(l 2 z tg ) 式中 b－－矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； l －－矩形基础底面的长度（m）； pk －－相应于荷载效应标准组合时，基础底面 处的平均压力值（kPa）； pc－－基础底面处土的自重压力值（kPa）； z －－基础底面下垫层的厚度（m）； θ－－垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当 无试验资料时，可按下表采用。
强夯法与强夯置换法资料课件
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要点二
考虑地质条件和气象条件
在确定夯击次数和夯击间隔时间时，需考虑地质条件和气 象条件，如土壤类型、含水量、气候条件等，以优化施工 方案。
夯击顺序与夯击遍数的确定
根据设计要求和施工组织规划确定夯 击顺序和夯击遍数
根据工程需要和设计要求，以及施工组织规划，确定 合适的夯击顺序和夯击遍数，以保证施工质量和进度 。
夯锤的选择与操作要求
根据施工方案和地质条件，选择合适 的夯锤形状和重量。通常情况下，圆 形夯锤的加固效果较好。
操作要求：在夯击过程中，应保持夯 锤的稳定性，避免倾斜或滑移；同时 应控制夯锤的落高和落距，确保夯击 能的有效传递。
夯击次数与夯击间隔时间的确定
根据设计要求和地质条件，确定合理的夯击次数和夯 击间隔时间。通常情况下，夯击次数越多，加固效果 越好；而夯击间隔时间则应根据土体的渗透性、排水 条件等Βιβλιοθήκη 素来确定。工程适用范围的比较
要点一
总结词
适用土壤类型、适用工程要求、适用场地条件
要点二
详细描述
强夯法和强夯置换法在工程适用范围方面也存在差异。强 夯法适用于各种土壤类型，特别适用于加固饱和的软土地 基，可提高土体的承载能力。而强夯置换法则主要用于加 固饱和的软土地基，对于提高承载能力的同时，还具有较 好的水稳定性。但需要注意的是，强夯置换法不适用于加 固淤泥和淤泥质土等软弱地基。
强夯置换法的特点与适用范围
强夯置换法的特点包括：施工简单、 处理效果好、适用范围广、加固深度 大等。
VS
强夯置换法适用于处理各种软弱土层 和不良土层的地基，如杂填土、饱和 粉土、砂土、淤泥质土等。对于一些 地下水位较高、软土厚度较大的情况 ，强夯置换法也能取得较好的效果。
4强夯法与强夯置换法详解
山东科技大学 王清标
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b）产生液化 孔隙水压力上升到与覆盖压力相等时，土体产生液化。不同于
地震时液化，是土体的局部液化。当液化度达到100％，土体产生液化 的临界状态，此时的能量称为“饱和能”，再继续夯击，能量造成浪费。
c）渗透性变化 在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出
对于这类土需要破坏土的结构、产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排 水通道。而强夯法对杂填土特别有效。
目前，强夯法加固机理有3种不同的加固机理：动力密实、动力固结 和动力置换。加固机理取决于地基土的类别和强夯施工工艺。
山东科技大学 王清标
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4.2.1 动力密实
• 强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土体，是动力密实。 • 夯击能使土的骨架变形，土体孔隙减小变得密实。提高了土的密实
堆载预压与强夯的对比
山东科技大学 王清标
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4.1.2 强夯法在我国的发展
在地基土中所产生的的冲击被和动应力，可提高土的强度、降低土的 压缩性、改善砂土的振动液化条件和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。 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。 对于砂土地基承载力提高2～5倍，压缩性降低2～10倍。
第4章 强夯法和强夯置换法
4.1 概述
4.1.1 强夯法的概念
强夯又称为动力固结法或动力压实 法。它是反复将夯锤（质量10～40t） 提到一定高度自由落下（落距10～ 40m），给地基以冲击和振动能量，提 高地基承载力并降低其压缩性，改善地 基性能。
如改善砂土抗液化条件、消除湿陷 性黄土湿陷性。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。如右图所示施工现场。
锤底静压力值25～40kPa。 锤底面积为2～6m2。 防止偏锤现象，黄土高宽 比1:2.5～1:2.8。
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第四章强夯法和强夯置换法4.1概述强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t 的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，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。
强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。
具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。
当前，应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。
总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。
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、素填土和杂填土等地基。
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，同时应在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果。
工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。
对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。
但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。
为此，强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。
4.2加固机理强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。
(1)动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。
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。
实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。
非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。
(2)动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，则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，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。
由于软土的触变性，强度得到提高。
动力固结理论可概述为：1)饱和土的压缩性Menard教授认为，由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，其含气量大约在1%～4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。
这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。
根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。
2)局部产生液化在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。
因此，土体的沉降量与夯击能成正比。
当气体按体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的。
相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。
孔隙水压力与液化压力之比称为液化度，而液化压力即为覆盖压力。
当液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。
此时，吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。
一旦达到“饱和能”而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。
3)渗透性变化在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。
当所出现的超孔隙水压力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。
在有规则网格布置夯点的现场，通过积聚的夯击能量，在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。
当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。
国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。
4)触变恢复在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，使土的强度达到最低值。
此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。
这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。
鉴于以上强夯法加固的机理，Menard对强夯中出现的现象，又提出了一个新的弹簧活塞模型，对动力固结的机理作了解释。
图4-1表示静力固结理论与动力固结理论的模型间区别，主要表现为以下四个主要特性，见表4-1。
a) b)图4-1 静力固结理论与动力固结理论的模型比较a)静力固结理论模型 b)动力固结理论模型表4-1 静力固结和动力固结理论对比(3)动力置换动力置换可分为整式置换和桩式置换。
整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。
桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，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，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。
【例题4-1】对饱和土强夯时, 夯坑形成的主要原因为:(A)土的触变性 (B)土中含有少量气泡的水 (C)土中产生裂缝 (D)局部液化【正确答案】B【解】强夯法加固机理强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。
用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论。
饱和土由于土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。
这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。
【例题4-2】强夯法加固粘性土的机理为:加固非粘性土的机理为:(A)动力密实 (B)动力固结 (C)动力置换 (D)静力固结【正确答案】(B C) (A)【解】强夯法加固机理在粘性土中的加固机理为动力固结或动力置换；在非粘性土中的加固机理为动力密实。
【例题4-3】强夯法加固哪些土是基于动力密实机理? 加固哪些土是基于动力固结理论?(A)多孔隙非饱和土（B）粗颗粒非饱和土(C)细颗粒非饱和土（D）细颗粒饱和土【正确答案】（A B）（D）【解】采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实。
用强夯法处理细颗粒饱和土时，则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，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。
【例题4-4】国外关于强夯法的适用范围，有比较一致的看法，强夯法适用于塑性指数不大于多少的土?(A)8 (B)9 (C)10 (D)11【正确答案】C【解】国内外关于强夯法的使用范围，有比较一致的看法。
Smoltczyk在第8届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固总报告中指出，强夯法只强夯法适用于塑性指数I的土。
10p【例题4-5】强夯法适用的土类较多，但对哪些土类处理效果比较差?（A）饱和软粘性土（B）湿陷性黄土（C）砂土（D）碎石土【正确答案】A【解】工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。
对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。
但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。
为此，强夯法加袋装砂井是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。
4.3 设计计算(1) 有效加固深度有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。
一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表4-2预估：H⋅=α(4-1)Mh式中H——有效加固深度(m)；M——夯锤重(t)；h——落距(m)；α——系数，须根据所处理地基土的性质而定，对软土可取0.5，对黄土可取0.34～ 0.5。
表4-2 强夯的有效加固深度(m)强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。
深度不宜超过7m。
(2)夯锤和落距单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。
一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大, 夯击击数少, 夯击遍数也相应减少, 加固效果和技术经济较好。
整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。
强夯和强夯置换的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。
但对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。
根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间，这样可逐步增加土的强度，改善土的压缩性。
在设计中，根据需要加固的深度初步确定采用的单击夯击能，然后再根据机具条件因地制宜地确定锤重和落距。
一般国内夯锤可取10～25t。
夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。
夯锤的平面一般为圆形，夯锤中设置若干个上下贯通的气孔，孔径可取250～300mm，它可减小起吊夯锤时的吸力(在上海金山石油化工厂的试验工程中测出，夯锤的吸力达三倍锤重)；又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。
锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对砂性土和碎石填土，一般锤底面积为2～4m2；对一般第四纪粘性土建议用3～4m2；对于淤泥质土建议采用4～6m2；对于黄土建议采用4.5～5.5m2。
同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土，高宽比可采用1:2.5～1:2.8。
强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。
夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锤的落距。
国内通常采用的落距是8～25m。
对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案，这是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。
(3)夯击点布置及间距1)夯击点布置强夯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。
同时夯击点布置时应考虑施工时吊机的行走通道。
强夯置换墩位布置宜采用等边三角形或正方形。
对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。
强夯和强夯置换处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。