强夯置换法

《地基处理》期末论文

文献综述

题目强夯置换法

姓名朱佳定

学号30903354

专业班级土木0904

所在学院工程

强夯置换法

1. 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过8~30t的重锤（最重可达200t）和8~20m的落距（最高可达40m），对地基施加很大的冲击能，一般能量为500~8000kN·m。这种方法通过将重锤从一定高度自由落下，给地基以冲击力和振动，从而达到提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性土的湿陷性等作用。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

强夯法经过几十年的发展，从原先的仅用于加固砂土和碎石土地基，到现在已适用于碎石土、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。对饱和度较高的粘性土，由于超孔隙水压力的存在，处理效果一般不显著，其中尤其是用以加固淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差。针对这类地基土，国内外县级采用了在夯坑内回填块石，碎石，砂或其它粗颗粒材料，通过夯击排开软土，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）。由于块石和周围软土构成复合地基，其承载力和变形模量都有较大提高，而块石中的孔隙可为土中孔隙水的排出提供良好的通道，从而缩短了软土的排水固结时间，强夯置换法的应用和推广，将进一步扩大强夯法的适应范围。按强夯置换方式的不同，强夯置换法又可分为桩式置换和整式置换两种不同的方式[1]。

国外强夯机械主要有三大类，分别为三角形固定桁架臂架式、三角井字架式和大吨位安装用起重机。1975年，法国Menard公司为完成法国尼斯机场一条经填海形成的跑道（填土厚8~18m，援海地为松软的粉土，厚50~80m，要求加固深度达40m），研究开发了起重重量为2000kN、提升高度为25m、自重5500kN、具有186个轮胎的三角形固定桁架臂强夯机械[2]。

三角井字架式强夯机械从受力分析上来说是强夯机械开发与制造的理想形式，该结构不但具有良好的结构受力特性，而且可大幅度减轻设备自重；降低制造成本。因此国外有不少这一类型的强夯机械。但是，这一机型也存在不足，这就是它会导致强夯施工的复杂化（这种复杂化在点距较密的中、低能级中表现更加突出）；对边坡和台阶边缘的处理将受到限制；在没有设置车身或井字架调平的这一类型强夯机械，对场地纵、横平整度要求会相应提高。

在英国和美国，目前的强夯工程中，绝大部分夯锤的重量在60~200kN，落距在20m以内，施工也由履带起重机来实施[3]。在国外，如采用履带起重机来进行强夯时一般起重机的最大额定起重量为夯锤重量的3~5倍。

1.2 国内研究现状

我国于上世纪八十年代首次在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。随后，在初步掌握了这种方法的基础上，又进行了一系列的野外试验研究，均取得了较好的加固效果。之后，强夯法正式用于工程施工。通过试验研究及实际工程的应用，我国总结出了一套适合我国情况的强夯工艺，在我国地基加固领域里填补了一项空白。继后，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。

国内强夯施工从1975年开始介绍和引进至今，虽经历了三十多年发展，能级也已达到1000kN·m但施工设备仍大多以中小吨位（150~500kN）安装用履带起重机作为改造对象，增加辅助装置来实现8000kN·m以下能级的强夯作业。这种改造的口的是增加作业时的抗倾覆稳定性，减轻重量或改善桁架臂杆的抗弯能力。应该说，这种改装后的“代用强夯机械”，虽然在8000kN·m能级以下的夯实作业中具有机具使用一次性投入成本低的特点，但同时存在安全性差、使用效率低、消耗和维护成本高的缺陷。

目前，国内强夯机械主要形式有二种，一种是以W200A起重机为代表的，在强夯臂杆中后部加装防后倾装置而成的强夯机械，它能满足夯锤重量不大于180kN，能级低于3000kN·m的强夯施工。另一种以W1001、QU25、W200A起重机等为代表，加装辅助门架形成的“代用强夯机械”。但所有这些“代用强夯机械”都存在着起重能力小（150~500kN）、自重大（W200A进行3000kN·m强夯

时的作业自重达760kN，包括夯锤的工作重量达94kN）、接地比压高（W200A自重下接地比压0.123MPa）、工作级别低、稳定性差的缺陷，而且这些机型大部分都产生于70~80年代，设计思想落后、传动与控制简单（全部属机械传动、液压或气动控制或机械控制）、传动效率低、可靠性差，外形尺寸庞大，给远距离运输带来不便的同时也增加了运输成本。更大的隐患来自作业安全，国内大多数“代用强夯机械”机龄普遍在10~20年，最长的超过30年。从施工实践来看，由于这些机型在设计中未考虑强夯机械的使用特性，工作级别又偏低，所以结构件和零部件的损坏十分频繁，强夯作业的机械可靠性根本无法保证，强夯作业中的维修时间大大增加，使施工成本增加，生产效率降低[4]。

2．研究方向

（1）强夯机械技术发展方向的研究

经过数十年的强夯技术、施工工法研究和工程实践，国内外强夯的适用范围与施工领域不断扩大，强夯设计和施工正向高能级、工艺多样性与复合技术发展。面对国内工艺不断成熟和设备相对落后的现实，强夯施工界与一些熟悉强夯施工工艺的工程机械技术人员正在密切关注行业动态，有的已进入高能级强夯机的设计和开发阶段。

（2）双层强夯置换法的研究

通过以上国内外发展现状分析和研究发现，强夯置换法多用于承载力要求不太高，且软土位于近地表的工程中。该法用于处理距地表，米以下的厚层淤泥的不多见，在相关论文资料中也很少提及。而且挤淤泥置换由于需要将淤泥挤向四周而将填筑材料挤至淤泥底层，因而其单击能量应大于普通的强夯加固能量。单击夯击能可采用梅纳公式估算。根据杨光煦建议，当要求挤淤深度超过6m时，应考虑0.3的深度折减系数，当要求挤淤深度小于5m时，应考虑0.4的深度折减系数[5]。这样，在相同的加固深度下，淤泥地层所需要的强夯能级要比碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、填土等其它地层大得多，导致安全性降低，工程造价提高。为了更好的解决淤泥地质条件下地基承载力的问题，并达到质量可靠、经济高效的效果，开始进行深层淤泥双层强夯置换法的研究工作[6]。

（3）强夯置换法加固松软土地基若干问题的研究