地基处理强夯法和强夯置换法

4.2.3强夯法和强夯置换法强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t的重锤和10～40m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。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。当前，应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。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、素填土和杂填土等地基。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，同时应在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果。工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。1、加固机理强夯法是利用强大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，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。(1)动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m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%。(2)动力固结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：1)饱和土的压缩性Menard教授认为，由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，其含气量大约在1%～4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。2)局部产生液化在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。孔隙水压力与液化压力之比称为液化度，而液化压力即为覆盖压力。当液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。此时，吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。3)渗透性变化在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。在有规则网格布置夯点的现场，通过积聚的夯击能量，在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。4)触变恢复在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，使土的强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。匹鉴于帆以上强夯重法加固的烤机理，浮Mena胜rd虾对强夯中傍出现的现峡象，又提树出了一个担新的弹簧扛活塞模型逆，对动力荡固结的机循理作了解葵释。得静力固珠结理论与厘动力固结怕理论的模开型间区别疑主要表现星为以下四假个主要特心性，见表拼4.2.煤3-1报。话表解4.2.锐3-1酱会旁静力固结吗和动力固交结理论对晶比兆静力固结渠理论婶(聋图淋4.2.惯3-线1玩a)急动力固结摸理论眼(垮图鹊4.2.皇3-巡1太b)戚①饱不可压缩稀的液体上②础固结时液心体排出所册通过的小沫孔，其孔冈径是不变荐的饰③至弹簧刚度竞是常数翼④效活塞无摩第阻力忠①杨含有少量渐气泡的可振压缩液体办②载固结时液以体排出所旁通过的小装孔，其孔肃径是变化丑的相③拥弹簧刚度赴为变数脸④挂活塞有摩闷阻力促(丰3败)性动力置换鬼动力唯置换可分举为整式置福换和桩式款置换。整灯式置换是燕采用强夯勿将碎石整四体挤入淤颠泥中，其风作用机理终类似于换尼土垫层。芽桩式置换埋是通过强柔夯将碎石陕填筑土体测中，部分税碎石桩造(秀或墩培)谋间隔地夯钟入软土中赖，形成桩取式疲(职或墩式旋)宿的碎石墩烫(皮或桩组)腰。其作用妨机理类似闯于振冲法爱等形成的旋碎石桩，受它主要是蹲靠碎石内猾摩擦角和陵墩间土的虹侧限来维看持桩体的帜平衡，并逗与墩间土街起复合地吵基的作用帆。即2螺、强夯法土的设计威(1绩)希有效加固啄深度袖有效加固授深度既是示选择地基籍处理方法落的重要依目据，又是牺反映处理世效果的重纺要参数。骗一般可按闭下列公式扯估算有效定加固深度悲，或按鹿表跳4.2.斜3-看2缺预估：故(敏4.2.基3-1)弹式中皱—补—医有效加固负深度累(俯m)借；民—景—优夯锤重然(贸t)躬；钉—关—爪落距播(靠m)耗；菌—膜—琴系数，须稳根据所处竹理地基土淹的性质而丙定，对软晌土可取无0.5束，对黄土赢可取壳0.34隶～务省逐暮0.5土。优表砖4.2.俭3-2免年云强夯的有谈效加固深唇度份(钻m)外单击夯击烧能酿/kN复·补m缠碎石土、拿砂土梢等粗颗粒直土纠粉土、粘菠性土、湿则陷性黄土欺等细颗粒唤土驳1000沈5.0勉～蚕6.0香4.0削～梢5.0南2000订6.0素～昏7.0奋5.0耍～周6.0润3000假7.0存～痕8.0犯6.0怖～纤7.0抖4000尝8.0雨～售9.0厅7.0拉～母8.0罗5000送9.0百～肝9.5惭8.0掌～栋8.5照6000逗9.5兆～等10.0宁8.5寒～求9.毅0烈8肾000稿10.绢0耕～价10.略5验9安.境0薯～女9.5稻注：强夯计的有效加委固深度应按从最初起遥夯面算起沉。缩(趴2制)烧夯锤和落茧距违单击卧夯击能为窝夯锤重跌与落距紫的乘积。诱一般说夯衬击时最好隆锤重和落株距大，则患单击能量招大芬,敲夯击击数腐少遵,喂夯击遍数奇也相应减状少管,蛋加固效果丝和技术经晴济较好。桥整个加固掉场地的总滨夯击能量瓶(奔即锤面重于×厌落袄距顿×坑总夯击数备)踩除以加固臣面积称为粥单位夯击淡能。强夯茫的单位夯剂击能应根冻据地基土匙类别、结椅构类型、已荷载大小苏和要求处逝理的深度奋等综合考盛虑，并可刊通过试验靠确定。在晓一般情况奸下，对粗垮颗粒土可腹取直1000行～削3000据kN袄·园m/m慧2梦，对细颗研粒土可取知1500彩～怠4000帽kN状·饿m/m屯2骑。警但对树饱和粘性元土所需的华能量不能介一次施加卷，否则土争体会产生竖侧向挤出疮，强度反桃而有所降赢低，且难组于恢复。诱根据需要陵可分几遍袭施加，两昆遍间可间党歇一段时镇间，这样鸦可逐步增海加土的强谦度，改善谈土的压缩寨性。失在设计中庆，根据需桃要加固的里深度初步窗确定采用汁的单击夯填击能，然喇后再根据分机具条件呈因地制宜诵地确定锤渡重和落距妥。绸一般牵国内夯锤学可取胡10裤～限25t默。夯锤材归质最好用顽铸钢，也液可用钢板错为外壳内叉灌混凝土累的锤。夯万锤的平面托一般为圆宵形，夯锤想中设置若特干个上下寒贯通的气炎孔，孔径烛可取膛250伶～四300m医m别，它可减粗小起吊夯肺锤时的吸殊力鉴(未在上海金黄山石油化皆工厂的试越验工程中安测出，夯仪锤的吸力布达三倍锤擦重肤)刃；又可减堡少夯锤着扩地前的瞬蝶时气垫的链上托力。逃锤底面积波宜按土的救性质确定盲，锤底静击压力值可介取晚25丽～偿40kP吃a扔，对砂性震土和碎石盈填土，一钩般锤底面持积为苍2垫～敞4m欢2美；对一般孩第四纪粘朋性土建议练用沾3炉～汤4m野2载；对于淤疏泥质土建绒议采用孩4做～酸6m焦2换；对于黄难土建议采品用汗4.5刘～喇5.5m府2债。同时应业控制夯锤漠的高宽比负，以防止轿产生偏锤床现象，如葱黄土，高姨宽比可采材用挨1:2.刮5遍～路1:2.息8田。观夯锤最确定后，剧根据要求森的单点夯注击能量，奉就能确定泻夯锤的落弯距。国内阻通常采用拣的落距是智8挪～尺25m灯。对相同潮的夯击能治量，常选考用大落距斯的施工方刘案，这是怖因为增大冒落距可获蹦得较大的语接地速度话，能将大各部分能量指有效地传悄到地下深理处，增加草深层夯实湾效果，减杂少消耗在尤地表土层捧塑性变形局的能量。太(挂3程)盒夯击点布斩置及间距垂1)职夯击点布耳置夯击雄点布置一惭般为三角婆形或正方忽形。强夯内处理范围奇应大于建岔筑物基础精范围，具洁体的放大塌范围，可投根据建筑杠物类型和里重要性等耻因素考虑贷决定。对土一般建筑范物，每边功超出基础吵外缘的宽绝度宜为设啊计处理深都度的戏1/2歪～属2/3皂，并不宜轰小于挡3m运。翁2)带夯击点间粗距夯击燕点间距遗(否夯距猛)锡的确定，盟一般根据虹地基土的棍性质和要荒求处理的梨深度而定荣。第一遍苍夯击点间土距可取夯旬锤直径条的俩2.桥5础～秒3.汉5徐倍，第二译遍夯击点谅位于第一荐遍夯击点刺之间，以击后各遍夯隔击点间距嘉可适当减猫小。以保台证使夯击顷能量传递恩到深处和赏保护夯坑慌周围所产送生的辐射欢向裂隙为令基本原则松。隶(艺4蛛)商夯击击数睡与遍数泰1湾)贤夯击击数膜每遍每监夯点的夯寇击击数应欺按现场试异夯得到的井夯击击数后和夯沉量草关系曲线旧确定，且蜜应同时满梦足下列条疗件：破摆布a歼.虾最后两击签的夯沉量福不宜大于倚下列数值输：当单击唐夯击能小膨于宁4000绣kN·栋m倒时为干50mm准；当单击狱夯击能洗为盘400惧0串～梳6000隔kN·偿m概时为涂100m矮m招；当单击雹夯击能大坏于牺6000关kN·融m终时撒为请20皱0mm帆；垂冶扩b形.猎夯坑周围只地面不应甩发生过大革隆起；屯奶哭c堵.溜不因夯坑群过深而发心生起锤困苹难。肺总之，各提夯击点的膨夯击数，累应使土体霸竖向压缩捎最大，而逢侧向位移且最小为原补则，一般镜为坡4容～躁10症击。阿2学)进夯击遍数伏夯击遍茧数应根据子地基土的舌性质和平笑均夯击能首确定。可沸采用点时夯富2塌～敞3尸遍，对于字渗透性较率差的细颗右粒土，必仓要时夯击妻遍数可适付当增加。板最后再以路低能量满姓夯棋2革遍，满夯爱可采用轻迟锤或低落烫距锤多次窗夯击，锤搂印彼此搭虽接。元办厌(恐5撕)晒垫层铺设竟强夯统前要求拟绘加固的场剖地必需具路有一层稍澡硬的表层部，使其能朱支承起重倘设备；并绕便于对所误施工底的蝶“拘夯击转能村”桐得到扩散暖；同时也乔可加大地澡下水位与淘地表面的揭距离，因丧此有时必育需铺设垫授层。对场幼地地下水您位在盲-2m拌深度以下腿的砂砾石鞠土层，可巡直接施行够强夯，无浑需铺设垫般层；对地陷下水位较擦高的饱和狂粘性土与驱易液化流铜动的饱和舟砂土，都继需要铺设寨砂、砂砾省或碎石垫郑层才能进看行强夯，切否则土体歪会发生流投动。垫层息厚度随场籍地的土质造条件、夯团锤重量及仆其形状等环条件而定岩。当场地辰土质条件袄好，夯锤蔽小或形状州构造合理梦，起吊时毯吸力小者港，也可减结少垫层厚牙度。垫层撤厚度一般舅为燥0.5棕～捞2.0m摇。铺设的恶垫层不能峡含有粘土张。航(寨6驴)葬间歇时间跌各遍傅间的间歇抚时间取决江于加固土刺层中孔隙将水压力消德散所需要死的时间。味对砂性土价，孔隙水绸压力的峰陶值出现在寸夯完后的击瞬间，消地散时间只渣有她2辛～糖4min阴，故对渗奏透性较大励的砂性土短，两遍夯霉间的间歇挡时间很短孟，亦即可柏连续夯击坟。对粘性挪土，由于驾孔隙水压神力消散较础慢，故当仅夯击能逐真渐增加时前，孔隙水端压力亦相界应地叠加男，其间歇抄时间取决冤于孔隙水潜压力的消瓦散情况，欺一般慨为币3旱～旋4逮周。目前危国内有的角工程对粘承性土地基悔的现场埋苗设了袋装耽砂井改(拦或塑料排惯水带职)经，以便加盈速孔隙水米压力的消遮散，缩短伞间歇时间协。有时根干据施工流链水顺序先蔽后，两遍剪间也能达循到连续夯诊击的目的讨。奶(粗7济)偷现场测试践1.纽地面及深译层变形地橡面变形研鲁究的目的爆是：瘦1)掘了解地表喜隆起的影监响范围及恒垫层的密巨实度变化禾；念2)痛研究夯击秆能与夯沉耻量的关系歪，用以确剩定单点最阅佳夯击能分量；覆3)淋确定场地秃平均沉降史和搭夯的谱沉降量，利用以研究纵强夯的加布固效果。旬变形乞研究的手约段是：地兆面沉降观步测、深层容沉降观测笼和水平位持移观测。板地面上变形的测素试是对夯划击后土体油变形的研就究。每当那夯击一次恨应及时测牌量夯击坑协及其周围娱的沉降量照、隆起量萌和挤出量越。都2.闪孔隙水压霞力一般冰可在试验台现场沿夯能击点等距发离的不同劝深度以及揪等深度的秀不同距离针埋设双管年封闭式孔科隙水压力催仪或钢弦梢式孔隙水症压力仪，席在夯击作窗用下，进替行对孔隙挥水压力沿礼深度和水锦平距离的鸟增长和消毛散的分布奋规律研究宪。从而确芦定两个夯昆击点间的梳夯距、夯饶击的影响嗽范围、间脱歇时间以誓及饱和夯行击能等参此数。哑3.婚侧向挤压剧力将带针有钢弦式站土压力盒牧的钢板桩鲜埋入土中词后，在强部夯加固前爬，各土压叹力盒沿深涌度分布的做土压力的斥规律，应取与静止土直压力相近威似。在夯波击作用下趴，可测试科每夯击一闲次的压力挠增量沿深披度的分布便规律。就4.昂振动加速寿度通过确测试地面率振动加速坦度可以了体解强夯振星动的影响到范围。通售常将地表片的最大振价动加速度嫌为叠0.98伞m/s窗2惨处倚(毅即认为是捞相当于七腔度地震设拖计烈度树)倾作为设计足时振动影傍响安全距切离。但由鹿于强夯振蹄动的周期加比地震短恰得多，强伤夯产生振腊动作用的伤范围也远降小于地震闷的作用范伤围，所以贞强夯施工绑时，对附拘近已有建寺筑物和施乘工的建筑鸡物的影响躁肯定要比凤地震的影杀响为小。陕为了减少娃强夯振动坚的影响，浆常在夯区添周围设置扇隔振沟。耳3纽、强夯置精换法的设独计迹强夯置换加法的设计坦内容与强鱼夯法基本察相同，也昌包括：起除重设备和厨夯锤的确蹈定、夯击洲范围和夯驼击点布置裳、夯击击钻数和夯击姿遍数、间须歇时间和宽现场测试胸等。秀强夯置换纱墩的深度园由土质条催件决定，净除厚层饱景和粉土外篇，应穿透啦软土层，掘到达较硬岩土层上。并深度不宜钱超步过层7朋m扇。墩体材妄料可采用考级配良好牲的块石、涂碎石、矿狼渣、建筑奉垃圾等坚香硬粗颗粒闪材料，粒波径大柏于旦300m甜m胃的颗粒含侮量不宜超绿过全重焦的寺3宾0钉％。秋强夯置换经锤底静接夫地压力值厘可逆取锅10区0任～碍200k鸡P农a岛。挥夯点的夯死击次数应妥通过现场革试夯确定雀，且应同愿时满足下哑列条件：程郑1恋墩底穿透急软弱土层肃，且达到题设计墩长协；利羊2威累计夯沉易量为设计认墩长关的蒜1.差5办～弃2.惕0插倍；惭桃3惹最后两击搜的平均夯莫沉量应满脊足强夯法王的规定。愁墩间距应貌根据荷载阅大小和原羊土的承载费力选定，稍当满堂布台置时可取广夯锤直径役的坚2绝～房3纲倍。对独恐立基础或保条形基础炊可取夯锤吨直径户的每1.软5面～陷2.球0摸倍。墩的改计算直径庆可取夯锤喇直径悼的过1.斩1作～惠1.扯2碌倍。彼墩顶应铺展设一层厚辈度不小勉于植500m须m谎的压实垫口层，垫层允材料可与握墩体相同鲜，粒径不腐宜大矩于擦100m虑m测。哄确定软粘纽性土中强珠夯置换墩角地基承载惯力特征值馒时，可只雁考虑墩体惕，不考虑进墩间土的丝作用，其拿承载力应藏通过现场皱单墩载荷纠试验确定号，对饱和马粉土地基扭可按复合喇地基考虑垒，其承载危力可通过叨现场单墩侄复合地基姜载荷试验差确定。陆4奖、施工方斜法陆西欧闹国家所用骗的起重设当备大多为愿大吨位的胶履带式起清重机，稳熔定性好，米行走方便榨；最近日弟本采用轮辰胎式起重丰机进行强始夯作业，顽亦取得了之满意结果洒；国外除克使用现成宰的履带吊活外，还制宋造了常用页的三足架泄和轮胎式议强夯机，苗用于起吊抄40t敬夯锤，落坚距可达惧40m楼，国外所较用履带吊遵都是大吨慎位的吊机畜，通常在巩100t咐以上。由色于葱100t姿吊机，其飘卷扬机能榨力只有美20t璃左右，如轿果夯击工袖艺采用单偶缆锤击法户，则蚂100t和的吊机最挣大只能起去吊势20t姜的夯锤。呢我国绝大冈多数强夯降工程只具绩备小吨位五起重机的蝇施工条件挠，所以只档能使用滑宽轮组起吊歪夯锤，利令用自动脱狱钩的装置樱，使锤形踏成自由落北体。拉动缝脱钩器的熔钢丝绳，要其一端拴晓在桩架的姨盘上，以兴钢丝绳的粮长短控制幸夯锤的落绘距，夯锤行挂在脱钩