地基处理技术第三章

第三章强夯法

一、概述

强夯施工法（又称强夯法、动力固结法）是使用起重设备，将具有一定重量（80～300kN）和一定外形夯锤起吊至某一高度（一般为6～30m），然后让夯锤自由下落，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使地基土产生强烈的振动和很高的动应力，从而在一定范围内使土体强度提高，压缩性降低。

2/7/20231地基处理技术第三章强夯法+水=密实的方法之一2/7/20232地基处理技术第三章强夯法

强夯法由法国Menard技术公司于1969年试验成功，经过30多年的发展和应用，它已适用于碎石土、黄土、砂土、黏性土等类地基的处理。对饱和度较高的黏性土，强夯效果不太显著，使用时应慎重。我国于1973年开始使用，已在数百项工程中应用，效果显著。强夯法是建设部“八五”期间科技进步推广项目。此外，有些单位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，称之为强夯置换（或动力置换、强夯挤淤）。2/7/20233地基处理技术

强夯法加固地基特点：施工设备简单；施工工艺、操作简单；适用土质范围广；加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高2～5倍；变形沉降量小，压缩性可降低2～10倍，加固影响深度可达6～10m；土粒结合紧密，有较高的结构强度；工效高、施工速度快（一套设备每月可加固5000～10000m2地基）、较换土回填和桩基缩短工期一半；节省加固原材料；施工费用低，节省投资，比换土回填节省60%费用，与预制桩加固地基相比节省50～70%，与砂桩相比节省40～50%；适用范围十分广泛，不但能在陆地上施工，而且也可在水下夯实。其缺点是施工时噪声和振动较大，因而不宜在人口密集的城市内使用。

第三章强夯法2/7/20234地基处理技术第三章强夯法二、强夯法加固地基的原理

根据检测，夯锤在极短时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量（震源），这一突然释放的巨大的能量使地基产生强烈振动，并以波的形式从震源向四周传播。波主要由剪切波P、压缩波S和瑞利波R（质点运动由竖向和水平分量组成）联合传播的。剪切波、压缩波沿半球波阵面径向向外传播，而瑞利波沿圆柱波阵面径向向外传播。2/7/20235地基处理技术第三章强夯法

弹性介质中，由于介质内各部分间有弹性联系，一个质点受冲击作用发生振动位移，必波及相邻质点，相邻质点振动后，又引起下一个质点振动，循此下去，振动往前传播，这个振动传播的过程就是波动。2/7/20236地基处理技术第三章强夯法

1.土体受到以毫秒计的夯锤冲击，锤侧土受到挤压和冲切发生剪切破坏，形成圆柱形坑（b）；2.在夯锤底面土体受到巨大冲击压力，形成压密体（a）；3.夯锤冲压和冲切土体形成夯坑同时，还产生强烈震动以三种震波的形式（P、S、R波）向土体深部传播，基于多种机理（振动液化、排水固结和振动挤密）的联合作用，加固土体。2/7/20237地基处理技术第三章强夯法P、S统称为体波，有两种类型的体波，一是纵波，又称压缩波、P波、初波、无转动波。另一种是横波，又称剪切波、S波、次波、等体积波。P波质点振动方向与波动方向平行。这种波系沿波动方向的一种推拉运动，沿此方向有压缩和扩张，综合效果有利于颗粒质点的靠拢（压密）；S波质点振动方向与波动方向垂直，这两种波波速不同，Vp最快，最先到达远处某点故称初波（初至波），Vs要慢，后到达故称次波。R波是表面波（瑞丽波），半无限介质体表面有一振动源就可能出现R波，它沿表面呈柱面辐射。2/7/20238地基处理技术第三章强夯法

对于位于均质各向同性半径间表面上竖向振动均布的圆形振源，其P波、S波、R波所占的相对能量为：P波占7%，S波占26%，R波占67%。P波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土粒错位，土体骨架解体，随后到的S波使土颗粒处于更密实的状态。R波其竖直分量起到松动土的作用，水平分量可使土得到密实。2/7/20239地基处理技术第三章强夯法

在强夯过程中，地基强度的变化和增加可分为四个阶段：①夯击能转换，使土体中气体排出，孔隙水压力上升并伴随土体被强制压密和振密；②土体产生液化或结构破坏，土体渗透性能改变，土体裂缝发展；③排水固结压密，土体强度提高；④触变恢复，土体继续固结压密，强度进一步提高。土体旧的平衡体系被打破后，新的平衡体系建立了起来。2/7/202310地基处理技术第三章强夯法三、设计计算——确定强夯参数1.有效加固深度

2.单位夯击能3.最佳夯击能

4.夯击击数与遍数5.间歇时间6.夯击点布置及间距2/7/202311地基处理技术第三章强夯法1.有效加固深度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。一般可按下列公式估算有效加固深度

式中：H—有效加固深度，m；M—锤重，kN；h—落距（锤底至起夯面距离），m；α—修正系数，须根据所处理地基土的性质而定，变动范围0.4～0.8。在缺试验资料或经验时也可按表3.2来确定。

（3-1）2/7/202312地基处理技术第三章强夯法

2.单位面积夯击能锤重M与落距h的乘积称为单击夯击能。强夯的单位夯击能（指单位面积上所施加的总夯击能=锤重×落距×总夯击数÷加固面积），应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。按表选用或按经验公式计算后确定。一般粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2；细颗粒土为1500～4000kN·m/m2。3.最佳夯击能对饱和土需要分遍进行夯击，以使每一遍夯击时，理论上能使地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力时的夯击能称为最佳夯击能（土液化）。黏性土地基，孔隙水压力消散慢，孔隙水压力可以叠加，可根据孔隙水压力叠加值来确定最佳夯击能；砂性土地基，孔隙水压力消散快（仅为几分钟），因此孔隙水压力不能随夯击能增加而增加。2/7/202313地基处理技术第三章强夯法4.夯击击数与遍数夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，一般为4～10击。夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。一般情况下可采用1～8遍，粗颗粒土夯击遍数少；细颗粒土夯击遍数多。最后一遍是以低能量满夯（搭夯），即夯锤的锤印彼此搭接。5.间歇时间相邻两遍的间隙时间取决于前一遍夯击后，土体中孔隙水压力的消散时间。一旦孔隙水压力消散，即可施行。排水性差的黏性土地基，需3～4周时间，也可在地基土中埋设排水系统，加速孔隙水压力的消散；排水性好的砂性土地基，消散时间只有2～4min，可连续施工。2/7/202314地基处理技术第三章强夯法6.夯击点布置及间距强夯处理范围一般自基础外缘起增加拟加固深度的1/3～1/2，并不小于3m。夯击点可根据建筑物结构类型进行布置。可以按正方形、等边三边形、等腰三角形等布点。夯击点间距一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。一般为夯锤直径的1.3～2.0倍（约5～15m）。2/7/202315地基处理技术第三章强夯法四、施工设备和机具

主要包括：起重机、夯锤、脱钩装置及推土机、压实机等。(一)起重机：多使用自行式、全回转履带式起重机。如W1～50、W1～100、W1～200、W2～25等，起重量5～50t，起重臂长度为10～40m。1.选择起重机时按下列标准①

起重量QQ≥KQ1+q（3-2）式中：Q—起重机起重量；Q1—夯锤重量；q—索具重量；K—夯坑阻力系数，一般为1.3～3.0。2/7/202316地基处理技术第三章强夯法②

起重高度HH=h+h1+h2（3-3）式中：H—起重高度；h—落距，m；h1—夯锤高度，m；h2—夯锤吊梁高度，m。

③幅度（回转半径）RR大较好，减少起重机移动进度。但尚需验算臂杆与夯锤上缘安全间距及臂杆顶滑轮至吊钩钩口安全距离。

2/7/202317地基处理技术第三章强夯法

式中各参数含义见图，要求：S≥0.6～1.2m；h3≥2.5～4.5m。起重机验算高度示意图2/7/202318地基处理技术第三章强夯法(二)夯锤1.夯锤材料：可采用铸钢或铸铁，钢性好、重心低、可拼装、便于运输；也可采用钢板壳内灌砼，就地灌注、成本低。2.夯锤底面积和形状：锤底面积宜按土的性质和锤重确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对于粗颗粒土选用大值，锤底面积为3～4m2；对于细颗粒土取小值，锤底面积3～6m2。同时应控制夯锤的高宽比（1:2.5～1:2.8），以防止产生偏锤现象。2/7/202319地基处理技术第三章强夯法夯锤的底面有圆形和方形两种，圆形定位方便，稳定性和重合性较好，采用较广。实际采用的形状见图。加固深部地基用b、d；加固浅部地基用a、c。a.平底正方形b.锥底圆柱c.平底圆柱d.球体台锥形2/7/202320地基处理技术

3.减阻气孔结构：为了减少夯锤着地前瞬时气垫的上托力，从而减少能量损失（气垫作用，消耗功约为夯击能的30%。）；以及减少起吊夯锤时的真空吸附作用（大于锤的自重），可在夯锤中设置4～6个对称分布、上下贯通的排气孔，孔径可取250～300mm。（三）挂脱钩装置：以转动式脱钩装置为例，见图。工作时将吊钩挂在夯锤提梁上，合上锁柄，将夯锤吊起，至预定高度后，拉起锁柄（副卷扬），在夯锤重力作用下吊钩绕轴转动，夯锤提梁滑出吊钩，自由下落。（四）辅助机械包括推土机、静力光面压路机、蛙式打夯机等。其作用是夯前、夯后平整及压实施工场地、填土、推平等作业。第三章强夯法2/7/202321地基处理技术图3-4强夯自动脱钩器1-吊环;2-耳板;3-销环轴辊-;4-锁柄;5-拉绳第三章强夯法2/7/202322地基处理技术第三章强夯法五、强夯法施工

（一）准备阶段1.拟定初步施工方案

了解施工场地土质概况、确定强夯参数；②

确定夯后土的物理力学指标；③

选定强夯机具；④

施工组织及计划安排；⑤

保证质量及安全措施；⑥

工程预算。2/7/202323地基处理技术第三章强夯法2.平整场地场地高差要求小于±10cm。可铺设垫层，在地表形成硬层，用以支承起重设备。同时可加大地下水和表层距离，防止夯击效率的降低。3.试夯确定正式施工方案。并防止振动向远处传播，一般挖隔震沟，防震效果主要取决于隔震沟的深度而不是宽度，在振动速度为0.5g的时候，隔震沟有2m深即可。（二）施工阶段1.起重机就位，对一个夯实点完成夯击作业，移至下一个夯实点夯击，完成第一遍全部夯点夯击。2.用推土机将夯坑填平，间隔规定天数，待孔隙水压力消散。3.重复1.2.步骤。4.“满夯”--最后一遍夯击，调整落距或减少夯锤重量的方法减少夯击能，以便加固地基表层。5.