深层密实法(强夯)

1、Henan Polytechnic University深层密实法Dynamic Compaction地基处理与加固地基处理与加固Technical of Soil Improvement （强夯技术）Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术深层密实法深层密实法 深层密实(Deep Compaction)是指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法对松软地基土进行振密和挤密。它与浅层加固(如机械碾压和重锤夯实等)方法的不同点，不但施工机具不同，重要的是它可使地基土在较大深度范围内得以密实。包括动力压密法和深层挤密桩法。Henan Polytechnic Univ

2、ersity 地基处理技术：强夯技术第第4 4章强夯法及强夯置换法章强夯法及强夯置换法4.1 概述4.2 加固机理4.3 设计4.4 施工4.5 质量检查4.6 施工实例Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术4.1 4.1 概概 述述 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1040t的重锤和1040m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。

3、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。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 强夯法适用于处理碎石土，砂土，低饱和度粉土与粘性土，湿陷性黄土，素填土和杂填土等。 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。 用于工业与民用建筑，仓库，储仓，公路，铁路，飞机跑道及码头等工程。 噪音和振动较大，不宜在人口密集的城市使用。Henan Polytechnic University

4、地基处理技术：强夯技术强夯机的挂扣Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术强夯机的起吊Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术强夯机起吊到计算高度Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术夯锤Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术夯锤的下落Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术4.2 强夯的加固机理 强夯法是利用强大

5、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，强夯法加固地基的加固机理主要有动力密实、动力固结,震动波压密和动力置换，具体取决于地基土的类别和施工工艺。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的概念，即用冲击型动力荷载使土体中的孔隙体积减小、土体变得密实，从而提高地基土的强度。 非饱和土的夯实过程，就是土中空气被挤出的过程，夯实变形主要是由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

6、沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23 倍。非饱和土在中等夯击能量10002000kNm 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%。1. 1. 动力密实动力密实Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Abu Dhabi Corniche (United Arab Emirates)Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术夯坑夯坑Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力

7、密实的应用范围动力密实的应用范围Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力密实的应用范围Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力密实的应用Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 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 2.动力固结Henan

8、Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术1、饱和土体的压缩性 强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大产生超孔隙水压力。随后气体有所膨胀，孔隙水排出，孔隙水压力减少，固相体积始终不变。这样，每夯击一遍，液相体积就有所减少，气相体积也有所减少。 但在冲击力作用下，含有空气的孔隙水不能立即排出而具有滞后现象，同时土颗粒周围的吸着水，由于振动或温度上升而变作自由水，其结果使土颗粒间的内聚力削弱，土体强度降低。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术2、土体液化 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，土体沉降与夯

9、击能成正比，当夯击能达到一定程度，即当气体的体积百分比接近于零时，土体具有不可压缩性，此夯击能界限值称为“饱和能”。夯击能达到饱和能时，土体产生液化，吸着水变成自由水，土的强度下降到最小值。 须注意的是，一旦达到饱和能量，就不能再多夯，否则对土体固结不利。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术3、渗透性变化 Menard认为，在强大夯击能作用下，土中出现很大的应力和冲击波，致使地基内部出现裂隙形成树枝状排水网路，从而增加土体渗透性。 强夯时土体局部液化，即这一瞬间的孔隙水压等于总压力所产生的超孔隙水压力，使土颗粒之间出现裂隙，形成排水通道，土的渗透系数

10、陡增。当孔隙水压力消散，达到小于土颗粒之间的横向压力时，裂隙闭合，土中水的运动又恢复常态。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术4、触变恢复 夯实时，土的抗剪强度明显降低，当土体液化或接近液化时，抗剪强度降为零或最小，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增长，土体颗粒间的接触更加紧密，新的吸附水层逐渐固定，自由水重新被土颗粒所吸附变成吸着水。这就是土的触变特性。 触变性与土质种类有很大关系，有的恢复得快，有的恢复得非常缓慢。含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为。土的触变性是土结

11、构中联结形态发生变化引起的，是土微观结构随时间变化的宏观表现。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术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）动力固结理论的模型 创始人Menard（1974）根据饱和粘土经强夯后瞬时产生数十厘米沉降这一事实，认为饱和土是可以压缩的，并提出了一个新的不同于传统太沙基静力固结理论模型的动力固结模型，如下图表所示。 Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术静力固结理论和动力固结理论对比n不可压缩的液体。n固结时液体排出所通过的小孔，孔径不变n弹簧刚度是常数。n活塞无

12、摩阻力n含有少量气体的可压缩的气体n固结时液体排出，所通过的小孔孔径变化n弹簧刚度为变数n活塞有摩阻力Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 有的学者用震动波理论对强夯加固饱和软粘土地基的机理进行了分析。3.震动波压密Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术整式置换： 采用强夯将碎石整体挤入淤泥，其作用类似换土填层。桩式置换： 通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩间隔地夯入软土中，形成桩式的碎石敦。 其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠内摩擦角和桩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与桩间土起复合地基的作用

13、。4.动力置换Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术桩式置换桩式置换Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力置换 (Railway track, Malaysia)整式置换Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力置换的应用范围Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术动力置换的应用范围Henan Polytechnic University 地基处理

14、技术：强夯技术 对于强夯设计没有公认和成熟的设计计算方法。常规的做法具体分以下几步：（1）首先查明场地地质情况和周围环境，以及工程规模的大小及重要性；（2）根据已查明的资料、加固用途及承载力与变形要求，初步计算夯击能量，确定加固深度，然后选择施工参数如锤重、落距、夯间距、夯击数等；（3）根据己确定的施工参数，制订施工计划，进行强夯布点设计及施工要求说明；（4）施工前进行试夯，并进行加固效果的检验测试，通过对加固效果测试资料的分析，确定是否需要修改原强夯设计方案。4.3 设计Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术一. 强夯法的设计计算 H ：有效加固深度

15、(m) M ：夯锤重(10kN) h ：落距(m) MhH 1） 有效加固深度 Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 实际上影响有效加固深度的因素很多，除了锤重和落距以外，夯击次数、锤底单位压力、地基土性质、不同土层的厚度、地下水位等都与加固深度有着密切的关系。 有人建议对Menard公式进行修正如下：: 小于1的修正系数，范围为0.350.7，对粘性土可取0.5 对砂性土取0.7，对黄土可取0.350.5。 我国建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）中规定：强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。 MhHHenan Polytech

16、nic University 地基处理技术：强夯技术单击夯击能（kNm）碎石土、砂土等粗颗粒土粉土、粘性土、湿陷性黄土等细颗粒土10005.06.04.05.020006.07.05.06.030007.08.06.07.040008.09.07.08.050009.09.58.08.560009.510.08.59.0800010.010.59.09.5强夯的有效加固深度(m) Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术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

17、果和技术经济就好。 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。 在一般情况下，对粗颗粒土可取10003000kNm/m2， 对细颗粒土可取15004000kNm/m2。 Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术3.夯击能量的确定 夯击能过小，则难以达到预期的加固效果；若夯击能过大，不仅浪费能源，对饱和粘性土来说，有可能反而会降低强度。 （1）单击

18、夯击能 单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。即： 式中 E：单击夯击能（kNm）； M：锤重（t）； g：重力加速度； h：落距（m）。 MghE Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 某工程采用强夯法加固，加固面积为5000m2，锤重为10t，落距为10m，单点击数为8击，夯点数为200，夯击5遍，则：1、单击夯击能为：(A)100 kNm (B)1000 kNm (C)800 kNm (D)8000 kNm2、单点夯击能为：(A)800 kNm (B)8000 kNm (C)6400 kNm (D)64000 kNm3、总夯击能为：(A)8000

19、00 kNm (B)8000000 kNm (C)6400000 kNm (D)64000000 kNm4、该场地的单位夯击能为： (A)160 kNm/m2 (B)1600 kNm/m2 (C)1280 kNm/m2 (D)12800 kNm/m2 Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术1.单击夯击能：为单击夯击的能量。 单击夯击能=锤重落距 =100kN10m=1000kNm；2.单点夯击能：为每一夯点的夯击能。 单点夯击能=单击夯击能单点击数 =1000kNm8击=8000 kNm；3.总夯击能：为整个场地的总夯击能。 总夯击能=单点夯击能总夯点

20、数遍数 =8000 kNm2005遍 =8000000 kNm4.单位夯击能：为总夯击能与加固面积之比。 单位夯击能=总夯击能/加固面积 =8000000 kNm/5000m2=1600 kNm/m2Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术2.最佳夯击能 强夯时，使地基中出现的孔隙水压力达到土的上覆压力时的夯击能称为最佳夯击能。当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数为最佳夯击次数。最佳夯击能的确定方法： 对于粘性土，孔隙水压力消散慢，可进行叠加，用有效加固深度确定。对于砂性土，绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线来确定最佳夯击能。当

21、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，这时所对应的能量（夯击次数）为最佳夯击能（夯击次数）。夯击次数N 孔隙水压力增量Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术（4）夯击点布置及间距 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2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点问距可适当减小。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。 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

22、设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。 一般根据地基土性质和要求加固深度而定。对于细颗粒土，为便于超静孔隙水压力的消散，夯点间距不宜过小。 我国目前工程中常用夯距312m。实践证明，间隔夯击比连夯好。间夯对深层加固有利。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术（5） 夯击击数和遍数 夯击击数与地基加固要求有关。国内外一般每夯击点夯520击，根据土的性质和土层的厚薄不同，夯击击数也不同。目前夯击次数一般通过现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为确定的原则。 根据我国工程实践，大多数工程可采用夯击遍数23遍，最后再以低能量满夯一遍，

23、一般均能取得较好的夯击效果。对于渗透性弱的细颗粒土地基，必要时夯击遍数可适当增加。最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：1.当单击夯击能小于400kNm时为50mm；当单击夯击能为40006000kNm时为l00mm；当单击夯击能大于6000kNm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。 Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术（6） 两遍夯击间歇时间 两遍夯击之间应有一定的间歇时间，以利于土中超静孔隙水压力的消散，所以间歇时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。 国内有的工程在粘性土地基中埋设了袋装砂井或

24、者打设塑料排水板，以便加速孔隙水压力的消散，缩短时间间隔，起到了较好加固效果。（7）现场试夯 根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行试夯。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术试夯例 在正式进行强夯前，先进行试夯，以便确定最佳夯击能量及最大夯击数。 当单击夯击能(W=Mh=100KN11m=1100KN.m)与最佳夯能对应的夯击数称为最佳夯击数。最佳夯击能(最佳夯击数)的确定可采用单点夯沉量与夯击次数关系曲线确定,且满足以下三个条件： A、最后平均夯沉量不大于5cm。 B、夯坑周围不发生过大隆起 C、夯机不因夯击下沉过深而发生起锤困难. 现场选

25、三个试夯区,每试区5个试夯点,详细记录每击的地基下沉量及地面变异,每连击两次后,进行静力触探,记录各层地基承载力提高情况.各试点夯击完成后进行静力触探,取得夯击后的有关数据.并绘成曲线图。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术夯击数夯击数- -沉降量曲线图沉降量曲线图1 02 03 04 05 06 07 08 09 0024681 0 1 2 1 4 1 6 1 82 0 2 22 11 91 71 51 31 197531夯击数夯击数N N夯沉量（夯沉量（cmcm）累计夯沉量累计夯沉量每击夯沉量每击夯沉量(夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小)Hen

26、an Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 一般的夯击最初的56击，夯击数、夯沉量曲线陡增，各夯击沉量增加幅度较大，此时地基受到冲击挤压，土的密实度增加，承载力提高，压缩性降低，主要表现为塑性变形。其后，随着夯击数的增加，每击的夯沉量逐渐减少，此时地基土的变形包括塑性变形和弹性变形。当达到10击以后，每击夯沉量、夯击数、夯沉量曲线趋于平缓(如上图)，夯击能主要消耗于地基土的弹性变形，因而确定单点夯击同时满足下列A、B两项时可以止夯。 A.同一夯点最后两击的平均夯沉量小于5cm（设计要求）B.单点夯击数大于10(第一遍),10(第二遍),6次(第三遍)从曲线图上也

27、可得出第一遍、第二遍最佳夯击数为10击，第三遍为6击Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术（8） 强夯地基承载力特征值 通过现场荷载试验确定。（9）沉降计算 强夯地基变形计算建筑地基基础设计规范的有关规定。夯后的有效加固深度内土层内的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术夯点的布置Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术T h e r m a l K - 1 2 Educational Park, Coachella Valley C

28、alifornia (US)美国加州某工程夯点布置（正方形）Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术NICE AIRPORT (France)Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates)Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术二. 强夯置换法的设计 1）处理深度:不超过7m2）单位夯击能:根据现场试验确定3）墩体材料：块石，碎石，矿渣，建筑垃圾等4）夯击次数：通过现场试验确定5）墩位布置及间距：三角形

29、，正方形6）垫层铺设：墩顶铺设一层不小于500mm的压实垫层7）现场试夯：8）强夯置换地基承载力的特征值：通过载荷试验确定9）沉降计算：Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术百分表堆 载荷载板主梁平台千斤顶堆载平台系统的设备布置堆载平台系统的设备布置Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术锚桩反力梁系统的设备布置锚桩反力梁系统的设备布置钢绞线锚桩基准梁千斤顶承压板支墩钢板工字钢锚具反力梁Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic Univer

30、sity 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术4.4 4.4 施工施工1、施工机具与设备： 夯锤、起重设备和脱钩装置等。 国内常用的脱钩装置： Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术n强夯法施工的主要设备包括起重机、夯锤脱钩、计数器。n夯锤结构为钢板外壳，内部焊接骨架后浇筑混凝土制成，顶面均布着4个垂直贯通的直径为7cm的通气孔，夯锤底面直径为2.4米，高0.9米，锤重10t。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术强夯机的挂扣Henan Poly

31、technic University 地基处理技术：强夯技术强夯机起吊到计算高度Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术25t强夯机Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术25t强夯机Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术2、施工步骤强夯施工可按下列步骤进行：n清理并平整施工场地；n铺设垫层；n标出第一遍夯击点位置并测量场地高程；n起重机就位，使夯锤对准夯击点位置，测量夯前锤顶标高；n将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；n重复步骤5，按设计规定

32、的夯击次数和控制标准完成一点的夯击；n重复步骤26，完成第一遍全部夯击点的夯击；n用推土机填平夯坑，测量场地高程，停歇规定的间歇时间；1.按上述步骤逐遍完成夯击遍数，再用低能量满夯一遍，将场地表层土夯实，测量夯后场地高程。Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设1-2m 的砂石施工垫层。标出夯点位置，并测量场地高程。起重机就位，夯锤置于夯击点位置。测量夯前锤顶高程。夯击并逐步记录坑深度。按有内而外，隔打跳打的原则完成全部夯点的施工。退平场地，用低能量满夯，将场地表层土夯实。铺设垫层，并分层碾压密实。强夯置换法施工方

33、法：Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术u由于强夯法的许多设计参数还具有经验性，影响因素又较多，因而在正式施工前应进行试夯，以校正各设计、施工参数，编制正式施工方案并指导施工。u强夯前应查明场地范围内地下构筑物、管线和其他设施的位置及标高等参数，并采取必要的措施，以免因施工而引起破坏。u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影响时，应设监测点，并采取挖隔振沟等隔振或者防振措施等等3、施工要点：Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术强夯的施工工艺流程施工放样施工放样夯区清表夯区清表试夯试夯第一遍夯击

34、定位第一遍夯击定位, ,标高测量标高测量第一遍夯击第一遍夯击平整夯坑平整夯坑测量标高测量标高, ,计算夯沉量计算夯沉量, ,第二遍夯击定位第二遍夯击定位, ,标高测量标高测量第二遍夯击第二遍夯击平整夯坑平整夯坑满夯满夯测量标高测量标高, ,计算夯沉量计算夯沉量试验试验, ,检测检测测量记录测量记录测量记录测量记录监理检验监理检验强夯机械进场组装强夯机械进场组装间间隔隔天天间隔天Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 为了保证强夯效果，施工过程中的监测尤为重要。因此强夯施工除了严格遵照施工步骤进行外，还应有专人负责施工过程中的监测工作。1）检查夯锤质量及

35、落距确保单击夯击能量能满足设计要求。2）在每一边夯击前，对夯点进行复核。3）按设计要求检查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。4）对施工过程对各项参数进行详细记录。4、施工监测Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术 强夯施工完成后，必须对施工效果检验和评价，了解强夯后的地基土是否达到上部结构设计所需的地基承载力和压缩模量等性能指标。 强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l-2周：对粉土和粘性土地基可取3-4周。4.5 质量检验Henan Polytechnic University

36、地基处理技术：强夯技术室内试验 十字板试验 动力触探试验 静力触探试验 旁压试验 载荷试验 波速试验 旁压试验 效果检验Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术1. 工程地质条件Henan Polytechnic University 地基处理技术：强夯技术2. 强夯置换砂桩加固试验设计Henan Po