地基处理强夯法
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（二）局部液化
强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大， 孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土 压力时，土体产生液化，这时土中吸着水变为自由 水，土的强度下降到最小值（见图9.1-2），即土体 的压缩模量是可变的，在动力固结模型中以可变弹 簧刚度来模拟。 在图9.1-2中，与液化压力相对应的能量为“饱 和能”，一旦达到“饱和能”，再继续施加能量， 不仅毫无效果，还起重塑破坏作用。
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• 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。
（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。
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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。
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三、动力置换
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 桩柱。 目前，动力置换有3种形式： （1）动力置换砂柱：当地基表层为适当厚度的砂覆盖层， 其下卧层为高压缩性淤泥质软土时，采用较低的夯击能将表 层砂夯挤入软土层中，形成一根根砂柱。 （2）动力置换碎石桩：先在软土表面堆铺一层碎石料，利 用夯锤夯击成孔，向夯坑中填料后再夯击，直至夯实成桩。 （3）动力置换挤淤：在厚度不是很大的淤泥质软土层上抛 填石块，利用抛石自重和夯锤冲击力使块石沉到持力硬土层， 将大部分淤泥挤走，少量留在石缝中，利用块石之间的相互 接触，提高地基的承载能力。
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（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%。
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表 9.1-1 静力固结与动力固结两种模源自文库对比表
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。
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动力固结理论可概括为以下几方面：
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。
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由大量工程实践证明，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、 杂填土和素填土等地基； • 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。
• 强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理 效果。
• 对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其是淤泥与淤 泥质土，处理效果较差，使用要慎重。若在夯坑内 回填块石、碎石或其它粗粒材料进行强夯置换时， 应根据现场试验确定其适用性。 •
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（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。
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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。
（二）局部液化
强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大， 孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土 压力时，土体产生液化，这时土中吸着水变为自由 水，土的强度下降到最小值（见图9.1-2），即土体 的压缩模量是可变的，在动力固结模型中以可变弹 簧刚度来模拟。 在图9.1-2中，与液化压力相对应的能量为“饱 和能”，一旦达到“饱和能”，再继续施加能量， 不仅毫无效果，还起重塑破坏作用。
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• 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。
（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。
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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。
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三、动力置换
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 桩柱。 目前，动力置换有3种形式： （1）动力置换砂柱：当地基表层为适当厚度的砂覆盖层， 其下卧层为高压缩性淤泥质软土时，采用较低的夯击能将表 层砂夯挤入软土层中，形成一根根砂柱。 （2）动力置换碎石桩：先在软土表面堆铺一层碎石料，利 用夯锤夯击成孔，向夯坑中填料后再夯击，直至夯实成桩。 （3）动力置换挤淤：在厚度不是很大的淤泥质软土层上抛 填石块，利用抛石自重和夯锤冲击力使块石沉到持力硬土层， 将大部分淤泥挤走，少量留在石缝中，利用块石之间的相互 接触，提高地基的承载能力。
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（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%。
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表 9.1-1 静力固结与动力固结两种模源自文库对比表
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。
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动力固结理论可概括为以下几方面：
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。
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由大量工程实践证明，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、 杂填土和素填土等地基； • 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。
• 强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理 效果。
• 对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其是淤泥与淤 泥质土，处理效果较差，使用要慎重。若在夯坑内 回填块石、碎石或其它粗粒材料进行强夯置换时， 应根据现场试验确定其适用性。 •
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（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。
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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。