强夯法解析讲义（50内容丰富）

第九章强强夯夯法（强夯法和和强夯置置换法））强夯法又称为动力固结结法或动力压密密法。这种方方法是将将100~400kN的重锤（（最重达达2000kN），以6~40m的落距落落下给地地基以冲冲击和振振动,从而达到到提高土土的强度度,降低其压压缩性，，改善土土的振动动液化条条件,消除湿陷陷性黄土土的湿陷陷性等目目的。强夯法由由法国Menard技术公司司于1969年首创，，当时，，仅用于于加固砂砂土和碎碎石土地地基，但但随着施施工方法法的改进进，其应应用范围围已扩展展到细粒粒土地基基。1由大量工工程实践践证明，，强夯法适适用于处处理碎石石土、砂砂土、低低饱和度度的粉土土与粘性性土、湿湿陷性黄黄土、杂杂填土和和素填土土等地基基；强夯置换换法适用用于高饱饱和度的的粉土与与软塑~流塑的粘粘性土等等地基上上对变形形控制要要求不严严的工程程。强夯置换换法在设设计前必必须通过过现场试试验确定定其适用用性和处处理效果果。对高饱和和度的粉粉土与粘粘性土地地基，尤尤其是淤淤泥与淤淤泥质土土，处理理效果较较差，使使用要慎慎重。若若在夯坑坑内回填填块石、、碎石或或其它粗粗粒材料料进行强强夯置换换时，应应根据现现场试验验确定其其适用性性。2强夯和强强夯置换换施工前前，应在在施工现现场有代代表性的的场地上上选取一一个或几几个试验验区，进进行试夯夯或试验验性施工工。试验验区数量量应根据据建筑场场地复杂杂程度、、建筑规规模及建建筑类型型确定。。由于强夯夯法施工工方法简简单、快快速经济济、目前前被广泛泛地应用用于工业业与民用用建筑、、仓库、、油罐、、贮仓、、公路和和铁路路路基、飞飞机场跑跑道及码码头等工工程。39.1强夯加固固机理强夯法虽虽然在工工程中得得到广泛泛应用，，但由于于其加固固机理比比较复杂杂，至今今还没有有一套成成熟的理理论和设设计计算算方法。。根据工工程实际际实践和和试验研研究成果果，对不不同的土土质条件件和施工工工艺，，其加固固机理有有所不同同。目前前，强夯夯法加固固机理概概括起来来有三个个方面，，即动力力固结、、动力夯夯实和动动力置换换。一、动力力固结Menard根据饱和和土经强强夯后瞬瞬时沉降降数十厘厘米这一一事实，，对传统统的固结结理论提提出不同同看法，，认为饱饱和土是是可压缩缩的，并并提出了了一个新新的动力力固结模模型。图图9.1-1为静力固固结理论论与动力力固结理理论的模模型对比比图，表表9.1-1为两种模模型对比比表。456动力固结结理论可可概括为为以下几几方面：（一）饱饱和土的的压缩性性传统的固固结理论论以孔隙隙水的排排出是饱饱和细颗颗粒土出出现沉降降的前提提为条件件。但在在进行强强夯施工工时，在在瞬时荷荷载作用用下，孔孔隙水不不能迅速速排出，，显然这这就无法法解释强强夯时立立即发生生沉降这这一现象象。Menard以为，由由于土中中有机物物的分解解，第四四纪土中中大多数数都含有有微气泡泡形式出出现的气气体，其其含气量量大约在在1%~4%，强夯时时，气体体压缩，，孔隙水水压力增增大，随随后气体体有所膨膨胀，孔孔隙水排排出，液液相、气气相体积积减少，，即饱和和土具有有可压缩缩性。根根据试验验，每夯夯击一遍遍，气体体体积可可减少40%。强夯时，，含气孔孔隙水不不能消散散而具有有滞后现现象，气气相体积积不能立立即膨胀胀，这一一现象由由动力固结结模型中中活塞与与筒体间间存在摩摩擦来模模拟。7（二）局局部液化化强夯时，，土体被被压缩，，夯击能能越大，，沉降越越大，孔孔隙水压压力也不不断增加加，当孔孔隙水压压力达到到上覆土土压力时时，土体体产生液液化，这这时土中中吸着水水变为自自由水，，土的强强度下降降到最小小值（见见图9.1-2），即土土体的压压缩模量量是可变变的，在在动力固固结模型型中以可可变弹簧簧刚度来来模拟。。在图9.1-2中，与液液化压力力相对应应的能量量为“饱饱和能””，一旦旦达到““饱和能能”，再再继续施施加能量量，不仅仅毫无效效果，还还起重塑塑破坏作作用。89（三）渗渗透性变变化在强夯的的冲击能能量作用用下，当当土中的的超孔隙隙水压力力大于土土颗粒间间的侧向向压力时时，土颗颗粒间会会出现裂裂隙并形形成树枝枝状排水水通路，，使土的的渗透性性变好，，孔隙水水能顺利利排出。。图9.1-3为土的渗渗透系数数与液化化度关系系曲线。。当液化度度小于临临界液化化度ai时，渗透透系数成成比例增增长，当当液化度度超过ai时，渗透透系数骤骤增，夯夯坑周围围出现冒冒气冒水水现象。。随着孔孔隙水压压力消散散，土颗颗粒重新新组合，，此时土土中液体体又恢复复到正常常状态。。夯击前后后土的渗渗透性的的变化，，可用一一个孔径可变变的排水水孔进行行模拟。。1011（四）触触变恢复复土体在夯夯击能量量作用下下，结构构被破坏坏，当出出现液化化时，抗剪强度几几乎为零零，但随随着时间间的推移移，土的的结构逐逐渐增长长，这一一过程称称为触变恢复复，也称为为时效。。饱和土随随强度的的变化见见图9.1-4。地基土强强度增长长规律与与土体中中孔隙水水压力有有关。由由图9.1-4，液化度度为100%时，土的的强度降降到零；；但随着着孔隙水水的消散散，土的的强度逐逐渐增长长，存在在一个触触变恢复复阶段，，这一阶阶段能持持续几个个月，据据实测资资料，夯夯击6个月后所所测得的的强度比比一个月月所测得得的强度度增长20%~30%，而变形形模量增增长30%~80%。1213二、动力力夯实强夯加固固多孔隙隙颗粒、、非饱和和土是基基于动力力夯实的的机理。。夯锤夯夯击地面面的冲击击能量是是以振动动波的形形式在地地基中传传播，其其中对地地基加固固起作用用的主要要是纵波波和横波波。纵波波使土体体受拉、、压作用用，使孔孔隙水压压力增加加，导致致土骨架架解体；；横波使使解体的的土颗粒粒处于更更密实的的状态。。因此，，土体在在冲击能能量作用用下，被被挤密压压实，强强度提高高，压缩缩性降低低。根据工程程实践，，非饱和和土夯击击一遍后后，夯坑坑可达0.6~1.0m深，坑底底形成一一层厚度度为夯坑坑直径1.0~1.5倍的硬壳壳层，承承载力可可提高2~3倍。14三、动力置换换动力置换是指指在冲击能量量作用下，强强行将砂、碎碎石等挤填到到饱和软土层层中，置换饱饱和软土，形形成密实的砂砂、石层或桩桩柱。目前，动力置置换有3种形式：（1）动力置换砂砂柱：当地基基表层为适当当厚度的砂覆覆盖层，其下下卧层为高压压缩性淤泥质质软土时，采采用较低的夯夯击能将表层层砂夯挤入软软土层中，形形成一根根砂砂柱。（2）动力置换碎碎石桩：先在在软土表面堆堆铺一层碎石石料，利用夯夯锤夯击成孔孔，向夯坑中中填料后再夯夯击，直至夯夯实成桩。（3）动力置换挤挤淤：在厚度度不是很大的的淤泥质软土土层上抛填石石块，利用抛抛石自重和夯夯锤冲击力使使块石沉到持持力硬土层，，将大部分淤淤泥挤走，少少量留在石缝缝中，利用块块石之间的相相互接触，提提高地基的承承载能力。159.2强夯法设计计计算一、强夯参数数选择（一）有效加加固深度强夯法的有效效加固深度是是指起夯面以以下，经强夯夯加固后，土土的物理力学学指标已达到到或超过设计计值的深度。。其判别标准准可参考表9.2-1。强夯法的有效效加固深度应应根据现场试试夯或当地经经验确定，在在缺少资料或或经验时可按按表9.2-2预估。16171819（二）每次夯夯点的夯击次次数夯点的夯击次次数，应按现现场试夯得到到的夯击次数数和夯沉量关关系曲线确定定，并应同时时满足下列条条件：1最后两击的平平均夯沉量不不宜大于下列列数值：当单单击夯击能小小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击击能为4000~6000kN·m时为100mm；当单击夯击击能大于6000kN·m时为200mm；2夯坑周围地面面不应发生过过大的隆起；；3不因夯坑过深深而发生提锤锤困难。20（三）夯击遍遍数夯击遍数应根根据地基土的的性质确定，，可采用点夯夯2~3遍，对于渗透透性较差的细细颗粒土，必必要时夯击遍遍数可适当增增加。最后再再以低能量满满夯2遍，满夯可采采用轻锤或低低落距锤多次次夯击，锤印印搭接。21（四）两遍夯夯击之间的时时间间隔两遍夯击之间间应有一定的的时间间隔，，间隔时间取取决于土中超超静孔隙水压压力的消散时时间。当缺少少实测资料时时，可根据地地基土的渗透透性确定，对对于渗透性较较差的粘性土土地基，间隔隔时间不应少少于3~4周；对于渗透透性好的地基基可连续夯击击。22（五）夯击点点位置夯击点位置可可根据基底平平面形状，采采用等边三角角形、等腰三三角形或正方方形布置。第第一遍夯击点点间距可取夯夯锤直径的2.5~3.5倍，第二遍夯夯击点位于第第一遍夯击点点之间。以后各遍夯击击点间距可适适当减小。对对处理深度较较深或单击夯夯击能较大的的工程，第一一遍夯击点间间距宜适当增增大。23(六）强夯处理理范围强夯处理范围围应大于建筑筑物基础范围围，每边超出出基础外缘的的宽度宜为基基底下设计处处理深度的1/2至2/3，并不宜小于于3m。24（七）现场试试夯根据初步确定定的强夯参数数，提出强夯夯试验方案，，进行现场试试夯。应根据据不同土质条条件待试夯结结束一至数周周后，对试夯夯场地进行检检测，并与夯夯前测试数据据进行对比，，检验强夯效效果，确定工工程采用的各各项强夯参数数。25（八）强夯地地基承载力特特征值强夯地基承载载力特征值应应通过现场载载荷试验确定定，初步设计计时也可根据据夯后原位测测试和土工试试验指标按现现行国家标准准《建筑地基基础础设计规范》GB50007有关规定确定定。（九）强夯变变形计算强夯地基变形形计算应符合合现行国家标标准《建筑地基基础础设计规范》GB50007有关规定。夯夯后有效加固固深度内土层层的压缩模量量应通过原位位测试或土工工试验确定。。26272829二、施工方案案的制定（一）应取得得的资料(1)场地地层分布布、土层的均均匀性及承载载能力；(2)土的物理力学学性质、地下下水类型及埋埋藏条件；场地周围建筑筑物的情况，，离场地的距距离以及场地地内各种地下下管线的位置置和标高。(3)场地周围建筑筑物的情况，，离场地的距距离以及场地地内各种地下下管线的位置置和标高。303132但锤重越大，，对起吊设备备要求越高，，一般国内常常用的夯锤有有8t、10t、12t、16t、20t、25t几种，落距为为8~20m。因此，在起吊吊设备能力范范围内可选质质量大的锤。。2）夯锤的选择择夯锤的材料可可采用铸钢，，也可采用钢钢板壳内填混混凝土。夯锤的形状有有方柱体和圆圆台状等，常常用的锤体结结构见图9.2-4。根据实践，，一般锥底锤锤、球底锤的的加固效果较较好，适用于于加固较深层层土体，而平平底锤适用于于浅层及表层层地基加固。。33夯锤的底面积积对加固效果果也有直接的的影响，对同同样的锤重，，当锤底面积积太小时，静静压力就大，，夯锤对地基基土的作用以以冲切力为主主；若锤底面面积过大，静静压力就太小小，达不到加加固效果。锤锤底面积应按按土的性质确确定，一般锤锤底静压力可可取25~40kPa，对饱和细颗颗粒土宜取较较小值。对砂砂土，锤底面面积一般为2~4M2，对粘性土一一般为3~4m2，淤泥质土可可取4~6m2。3435（3）初步确定夯夯击点间距、、布置方式及及夯击次数、、夯击遍数等等。（4）根据初步确确定的强夯参参数，提出一一组或几组试试验方案，并并根据实际情情况，确定机机具类型和数数量。（三）试夯（1）在施工场地地选取一个或或几个地质条条件有代表性性的试验区，，平面尺寸不不小于20×20m。（2）在试验区内进进行详细的原原位测试，采采取原状土样样测定有关数数据。（3）根据拟定的的一组或几组组试验方案进进行现场试夯夯施工。36（4）施工中应做做好现场测试试和记录。测测试内容包括括：夯点沉降降观测（以测测出每个夯点点的每一击夯夯沉量及总夯夯沉量）、夯夯坑周围隆起起、振动影响响范围、饱和和软粘土孔隙隙水压力的增增长和消散情情况等。（5）夯击结束后后1~4周进行试夯效效果检验，并并与试夯前的的数据进行对对比。（6）检验试夯前前后的测试资资料，分析试试夯效果是否否符合要求。。如果不符合合要求，应补补夯或调整强强夯参数后再再进行试验。。如果符合要要求，则由夯夯沉量与夯击击数关系曲线线确定最佳夯夯击数，并正正式确定强夯夯施工所采用用的其它技术术参数。379.3强夯置换法设设计（一）强夯置置换墩的深度度强夯置换墩的的深度由土质质条件决定，，除厚层饱和和粉土外，应应穿透软土层层，到达较硬硬土层上。深深度不宜超过过7m。（二）强夯置置换法的单击击夯击能强夯置换法的的单击夯击能能应根据现场场试验确定。。38（3）墩体材料墩体材料可采采用级配良好好的块石、碎碎石、矿渣、、建筑垃圾等等坚硬粗颗粒粒材料，粒径径大于300mm的颗粒含量不不宜超过全重重的30%。39（四）夯点的的夯击次数夯点的夯击次次数应通过现现场试夯确定定，且应同时时满足下列条条件：1、墩底穿透软软弱土层，且且达到设计墩墩长；2、累计夯沉量量为设计墩长长的1.5~2.0倍；3、最后两击的的平均夯沉量量不大于本规规范的规定值值。即：40最后两击的平平均夯沉量不不宜大于下列列数值：当单单击夯击能小小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击击能为4000~6000kN·m时为100mm；当单击夯击击能大于6000kN·m时为200mm；（同强夯法））41（五）墩位布布置墩位布置宜采采用等边三角角形或正方形形。对独立基基础或条形基基础可根据基基础形状与宽宽度相应布置置。（六）墩间距墩间距应根据据荷载大小和和原土的承载载力选定，当当满堂布置时时可取夯锤直直径的2!3倍。对独立基基础或条形基基础可取夯锤锤直径的1.5~2.0倍。墩的计算算直径可取夯夯锤直径的1.1~1.2倍。42当墩间净距较较大时，应适适当提高上部部结构和基础础的刚度。(七）强夯置换处理理范围同强夯夯法；（八）墩顶应铺设一一层厚度不小小于500mm的压实垫层，，垫层材料可可与墩体相同同，粒径不宜宜大于100mm。（九）强夯夯置换设计时时，应预估地地面抬高值，，并在试夯时时校正。43（十）强夯置换法试试验方案的确确定，同强夯夯法；（十一）检测项项目除进行现场载荷试验验检测承载力和和变形模量外，尚应采用超重型或或重型动力触触探等方法，检查查置换墩着底底情况及承载载力与密度随随深度的变化化。44（十二）地基基承载力特征征值确定软粘性土中强夯置换墩墩地基承载力力特征值时，，可只考虑墩体，不考虑墩间间土的作用，，其承载力应应通过现场单单墩载荷试验验确定，对饱和粉土地基基可按复合地地基考虑，其承载力可可通过现场单单墩复合地基基载荷试验确确定。（十三）强夯置换地基基的变形计算算同前。45重点复习思考考题1、什么是强夯夯法？它的加加固机理是什什么？强夯法又称为动力固结法或动力压密法。这种方法是是将100~400kN的重锤（最重重达2000kN），以6~40m的落距落下给给地基以冲击击和振动,从而达到提高高土的强度,降低其压缩性性，改善土的的振动液化条条件,消除湿陷性黄黄土的湿陷性性等目的。强夯夯法法加加固固机机理理概概括括起起来来有有三三个个方方面面，，即即动动力力固固结结、、动动力力夯夯实实和和动动力力置置换换。。462、强强夯夯的的设设计计参参数数有有哪哪些些？？锤重重和和落落距距、、最最佳佳夯夯击击能能、、夯夯击击遍遍数数、、每每次次夯夯击击点点的的击击数数和和每每遍遍间间隔隔时时间间、、加加固固范范围围和和夯夯击击点点的的布布置置。。473、强强夯夯法法两两遍遍夯夯击击之之间间应应有有一一定定的的时时间间间间隔隔，，应应如如何何确确定定不不同同地地基基土土的的间间隔隔时时间间？？两遍遍夯夯击击之之间间应应有有一一定定的的时时间间间间隔隔，，间间隔隔时时间间取取决决于于土土中中超超静静孔孔隙隙水水压压力力的的消消散散时时间间。。当当缺缺少少实实测测资资料料时时，，可可根根据据地地基基土土的的渗渗透透性性确确定定，，对对于于渗渗透透性性较较差差的的粘粘性性土土地地基基，，间间隔隔时时间间不不应应少少于于3~4周；；对对于于渗渗透透性性好好的的地地基基可可连连续续夯夯击击。。484、强强夯夯置置换换法法的的墩墩体体可可采采用用哪哪些些材材料料？？如如何何进进行行质质量量检检验验？？（1）墩墩体体材材料料可可采采用用