强夯法

(3)试夯
3.2 强夯法
(九)现场测试设计
（1）地面沉降观测
3.2.2 强夯法设计计算
每夯击一次应及时测量夯击坑及夯坑周围地面的沉降、隆起； 用以控制夯击击数，估计夯击效果。 （2）孔隙水压力 测量在夯击作用下，孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布。从而 确定两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。 （3）强夯振动影响范围 测试地面振动加速度了解强夯振动的影响范围。 为了减小强夯振动对周围建筑物的影响，可在夯区周围设置隔振沟。 （4）深层沉降和侧向位移测试 在地基中设置深层沉降标测量不同深度土体的竖向位移和侧向位移沿深度变化。 有效了解强夯处理的有效加固深度和影响范围。
3.2 强夯法
(五） 夯击击数与遍数 （1）夯击击数
3.2.2 强夯法设计计算
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应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线 确定，且应同时满足下列条件： ①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击 夯击能量较大时不大于100mm； 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。
（2）夯击遍数
***到目前为止，国内外还没有一套成熟和完善的理论和设计计算方法。
3.2 强夯法
（二）机理分类
3.2.1 加固机理
目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实(Dynamic Compaction) 、动力 固结(Dynamic Consolidation)和动力置换(Dynamic Replacement)，它取决于地基土的类 别和强夯施工工艺。
3.2 强夯法
(一)施工设备 (二)施工工艺
3.2 强夯法
加固机理
3.2.0 概述
《地基处理技术规范》(JGJ79-2002)
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。
适用土质条件
起初仅用于加固砂土和碎石土地基，目前已适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土 与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基的处理。
3.2 强夯法
（一） 总体认识
3.2.1 加固机理
关于强夯加固机理，首先应该分为宏观机理和微观机理。 其次，对饱和土与非饱和土应该加以区分，而在饱和土中，粘性土与 非粘性土还应该再加以区分。另外对特殊土，如湿陷性黄土等，应该考虑 特殊土的特征。 再次，在研究强夯机理时应该首先确定夯击能量中真正用于加固地基 的那一部分，而后再分析此部分能量对地基土的加固作用。
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
3.2 强夯法
（二）机理分类 3 动力置换
3.2.1 加固机理
动力置换是指在冲击能量作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中， 置换饱和软土，形成密实的砂、石层或柱。
动力置换可分为整式置换和桩式置换。 整式置换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，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或桩),并 与墩间土起复合地基的作用。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。
此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
3.2 强夯法
3.2.2 强夯法设计计算
对于不同土类强夯法的作用不同：
1. 软土地基，提高地基承载力和减少沉降量； 2. 饱和砂土和粉土，消除液化趋势； 3. 黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。
强夯法设计内容：
(1)有效加固深度 (2)夯锤和落距（夯击能） (3)最佳夯击能 (4)夯击点布置及间距 (5)夯击击数与遍数 (6)间歇时间 (7)垫层铺设 (8)施工方案的制定 (9)现场测试设计
W ·h 10
式中，W——锤重，kN；h——落距，m；K——修正系数 强夯法有效加固深度（m）
3.2 强夯法
3.2.2 强夯法设计计算
（二）夯锤和落距（夯击能）
单击夯击能：为夯锤重与落距的乘积。 选择原则：重锤、大落距。以减少夯击击数和夯击遍数，加固效果和技术经济较好。 效果：单击夯击能越大，加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。
3.2 强夯法
3.2.2 强夯法设计计算
（一）有效加固深度 (估算或查表)
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。 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。 有效固结深度可按修正的Menard公式估算： H
K
(七) 垫层铺设
对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土,都需要铺设砂、砂砾或 碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。 垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。
3.2 强夯法
夯点布置图
3.2.2 强夯法设计计算
3.2 强夯法
(八)施工方案制定
3.2.2 强夯法设计计算
(1)施工前应取得的资料
①场地地层分布、土层的均匀性及承载力； ②土的物理力学性质、地下水类型及埋藏条件； ③场地周边环境以及各种地下管线情况。
(2)拟定初步施工方案
①确定处理深度和单击夯击能； ②选择夯锤与落距；
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。
③初步确定夯击点间距，布置方式及夯击次数、夯击遍数等； ④确定强夯参数，并提出试验方案。
（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。夯击点间距(夯距)的确定，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为基本原则。 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。
3.2 强夯法
（三）最佳夯击能 （1）最佳夯击能：
3.2.2 强夯法设计计算
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。
对粘性土：
由于孔隙水压力消散慢，可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。
对砂性土：
当孔隙水压力增量随着夯击击数(夯击能)增加而逐渐趋于恒定时，可认为该种砂土所能接 受的能量已达到饱和状态，此能量即为最佳夯击能。
3.2 强夯法
3.2.0 概述
强夯法（Dynamic Compation Method）： 利用重锤（一般为100-600kN）, 在高处（一般为6-40m）自由落体落下强力 夯击地基土体，进行地基加固的处理方法。 起源 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法。
第一个工程是用于处理滨海填土地基，该场地表层为新近填筑的约9m厚的碎石 填土，其下是12m厚疏松的砂质粉土，场地上要求建造20栋8层居住建筑。由于碎石 填土是新近填筑的，如采用桩基，负摩擦力将占单桩承载力的60%~70%，十分不经 济。 经研究采用堆载预压法处理地基，堆土高度5m，历时3个月，只沉降200mm。 最后改用强夯法处理，单位夯击能为1200kN·m/m2，只夯击一遍，整个场地平 均夯击沉降量达500mm。建造的8层居住建筑竣工后，其平均沉降仅为13mm。强夯 法由于具有加固效显著。
（2）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。
3.2 强夯法
（1） 夯击点布置
3.2.2 强夯法设计计算
(四）夯击点布置及间距
夯击点平面位置可根据建筑结构类型进行布置。 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。（办公楼、住宅
楼，可按承重墙位置布置夯点，取等腰三角形布置。工业厂房可按柱网布置夯击点。）
要求的夯击能和施工设备条件→夯锤重量和落距！
↓
夯锤材料、尺寸 + 起重设备 + 强夯自动脱钩装置
↓
夯锤底平面形状 + 大小
↓ ↓
圆形有气孔
砂性土2~4m2 黏性土3~6m2
夯锤材料可采用铸钢，或钢板壳内填混凝土。 一般锥底锤、球底锤的加固效果较好，适用于加固较深层土体；平底锤适用于浅层及表层地基 加固。 夯锤的底面积对加固效果的影响：当锤底面积过小时，静压力就大，夯锤对地基土的作用以冲 切力为主；过大时，静压力太小，达不到加固效果。
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，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%。从而加固区内承载力和抗变形能力 得到提高。
强夯置换法
采用在夯坑内回填块石、碎石或其它粗颗粒材料，强行夯入并排开软土，最终形 成砂石桩与软土的复合地基，并称之为强夯置换(或动力置换、强夯挤淤)。
效果和经济性
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。 我国在70年代末首次在天津新港三号公路进行强夯试验研究。继后，在全国各地对各类土 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。
夯击遍数应根据地基土的性质确定，可点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒 土，夯击遍数可适当增加。 砂性土：1～3遍；粘性土：2～4遍 最后再以低能量满夯2遍。
3.2 强夯法
(六) 间歇时间
3.2.2 强夯法设计计算
间歇时间是指两遍夯击之间的时间间隔。 间歇时间取决于土中孔隙水压力的消散时间，对砂性土，孔隙水压力的消散时 间为3～4分钟，可连续作业；对于饱和粉土和粘性土，一般不少于3～4周。 改进措施:埋设袋装砂井(或塑料排水带)，以便加速孔隙水压力的消散，缩短 间歇时间。
3.2 强夯法
（二）机理分类
3.2.1 加固机理
2.动力固结
(4) 触变恢复 在重复夯击作用下，重复以下过程: 强度逐渐减低(孔压上升) →土体产生裂隙→孔压消散→ 自由水重新变成吸附水→强度和模量 大幅增长 。 每夯一遍，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长。 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。 (5) 固结模型 静力固结与动力固结模型对比
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可以认为：
应力波
破坏土体结构
排水条件改善 软土的触变性
快速固结 强度提高
3.2 强夯法
（二）机理分类 2.动力固结
3.2.1 加固机理
(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) 产生液化 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，土的结构逐渐恢复，强度逐渐增长，这一过程称为触变恢复，也称为时效。 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 在夯击能作用下，当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。 现象: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。