地基处理之强夯法

强夯和强夯置换概述强夯法是法国梅那（Menard）技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，亦称动力固结法，迄今已为国内外广泛采用。该法一般是以8～40t重锤（最重为200t）起吊到一定高度（一般为8～30m），令锤自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度、降低其压缩性的一种地基加固方法。它是重锤夯实法的基础上发展起来的，但又与重锤夯实法迥然不同的一项新技术。此法当初仅用于加固砂土、碎石类土地基。强夯法经过几十年的发展，它已适用于加固从砾石到粘性土的各类地基土。在我国常用来处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土、粘性土、杂填土、素填土、湿陷性黄土等各类地基。它不仅能提高地基的承载力，同时，还能改善地基抵抗振动液化的能力，消除湿陷性黄土的湿陷性。为处理软土地基，还发展了预设的袋装砂井，或塑料板排水的强夯法、夯扩桩加填渣强夯法，强夯填渣挤淤法，碎石桩强夯法等。强夯法具有设备简单、原理直观、施工速度快、不添加特殊材料、造价低、适用范围广泛，特别是非饱和土加固效果显著。对饱和土加固地基的效果好坏，关键在于排水，如饱和砂土地基、渗透性好，超孔隙水压力容易消散，夯后固结快。对于饱和的粘性土或淤泥质土，由于渗透性差，土体内的水排出困难，加固效果就比较差，必须慎重对待。用砂井排水与强夯结合使用，加固效果就比较好。强夯法可适合于房建、桥涵、道路、油罐、港口、码头、铁路地基、飞机场跑道和大型设备基础等工程。而且加固速度快、效果好、投资省、最常用、最经济而简便的地基加固方法之一。

根据国外资料，经强夯处理的砂性土地基，其承载能力可提高200％～500％，压缩性可降低200％～1000％。它的适用范十分广泛，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。三支点式强夯机具强夯法一、加固机理二、强夯法设计计算三、强夯法施工四、施工步骤五、质量检验加固机理目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实（DynamicCompaction）、动力固结（DynamicConsolidation）和动力置换（DynamicReplacement），它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。(一)、动力密实采用强夯法加固多孔隙、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，在土中形成很大的冲击波（主要是纵波和横波），土体因受到很大的冲击力，此力远远超过了土体的强度。在此冲击力的作用下，土体被破坏，土颗粒相互靠拢，排出孔隙中的气体、颗粒重新排列，土在动荷载作用下被挤密压实，强度提高，压缩性降低。非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。在冲击动能作用下，地面会立即产生沉陷，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为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小，最大可减小60%。(二)、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，强度得到提高。梅纳根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可以压缩的新机理，主要表现有四个方面的特性见下表静力固结理论动力固结理论①可压缩的液体②固结时液体排出，所通过的小孔，其孔径是不变的③弹簧刚度是常数④活塞无摩阻力①含有少量气体的可压缩的液体②固结时液体排出，所通过的小孔，其孔径是变化的③弹簧刚度为变数④活塞有摩阻力1、饱和土的压缩性由于土中有机物的分解，土中总存在一些微小气泡，土颗粒之间的孔隙水也有孔隙可压缩，其体积占整个体积的1%～3%。实行强夯时，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。夯击一遍，液相体积就有所减少，气相体积也有减少，这是与以往的固结理论不同之处。2、土体液化土体沉降与夯击能成正比，当夯击能达到一定程度时，即当气体的体积百分比接近于零时，土质具有不可压缩性，此界限值称为饱和能，饱和能的大小与土的种类有关。一般为500～2000kN.m/m3。夯击能达到饱和能时，土体产生液化，吸着水变成了自由水，土的强度下降到最小值。必须注意，一旦达到饱和能量的瞬间，就不能在夯击，否则对土体固结不利。因为夯击能过大，土体固结条件遭到破坏，孔隙水反而不易排出，土体强度降低后难以恢复。3、渗透性变化梅纳认为，在很大的夯击能作用下，土中出现很大的应力和冲击波，致使地基内部出现裂缝形成树枝状排水网路。强夯时土体局部液化，即这一瞬间的孔隙水压力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，4、触变称的恢复在重嫩复夯关击作夹用下席，土团体的狡强度泼逐渐涂减低鲁，当哈土体庄出现手液化涂或接秆近液彼化时顷，使彼土的你强度韵达到铅最低挎值。辉此时内土体昂产生零裂隙第，而画土中客吸附搁水部匆分变绿成自猾由水自，随魂着孔逝隙水依压力赵的消踪蝶散，突土的播抗剪煌强度往和变冻形模豆量都辈有了笛大幅乐度地莲增长续。这社时自尺由水彩重新找被土稳颗粒待所吸介附而铸变成蒙了吸券附水旺，这掌也是规具有轧触变示性土汤的特扛性。由于土暖体产生匪裂隙或株趋于液滨化，引匠起渗透欠性增大呢。(三)、动力绿置换动力置票换可分设为整式纸置换和活桩式置择换。整湿式置换绢是采用模强夯将旱碎石整运体挤入马淤泥中鱼，其作甜用机理减类似于素换土垫碌层。桩忽式置换破是通过鸭强夯将偏碎石填类筑土体企中，部距分碎石袋桩（或四墩）间殊隔地夯炉入软土辜中，形轨成桩式(或墩左式)的碎剧石墩(或桩)。其作用垃机理类崖似于振潜冲法等始形成的困碎石桩扁，它主跃要是靠被碎石内肝摩擦角脊和墩间灭土的侧差限来维纺持桩体震的平衡诞，并与究墩间土咏起复合托地基的扯作用。(四)、震转动波孔压密丝式理论强夯棕的特桌点是辫将机瓶械能赖转换疑为势只能，提再变阳为动穴能作躲用于弱土体畅。在洒重锤袋作用膜于地冻面一符瞬间跨，在液重锤春作用脱于地夫面一刷瞬间嫌，使抬土产瞎生强避烈震稼动，帖类似何于地回震的瞎震源缺（但独与地长震有暖许多吵不同沾之处凶），陈在地旋基土服中产饶生震鞠动波遗，从糊震源且向四捉周传鬼播。扫又因虑地基小为一东弹塑醋性材哈料，蒜在巨晃大的有冲击置作用压下，对质点黄在连徐续介恩质内款震动卡，其叔震动柄的能替量可挥以传视递给台周围淹介质感，而陈引起租周围苗介质景的震妙动，绝震动置在介皱质内逃的传致播过剩程形馅成波愉，根概据其旅作用康、性你质和蔑特点铁的不粗同波粒，可勤分为体波和面波两种。强夯吧主要呜是体波起加固锁做用，条体波又龟分为纵波和横波，纵波螺是由震猛源向外衣传递的刚压缩波蛋，质点获的振动瞧方向与腐波的前爽进方向勉是一致衬的，同该时伴随零着产生肤体积的环变化，伴一般表疯现为周夏期短，匆振幅小流。横波商是由震薯源向外状传递的次剪切波渐，质点设的振动蠢方向与巾波的前铲进方向秋垂直，勺不产生惊体积的搅变化。砖一般表聚现为周旨期较长嘴，振幅沉较大。手横波只姑能在固晒体里传级播，而垃纵波在尚固体、潜液体里两都能传络播。强夯丘时巨包大的喝冲击躁能，莲作用领于地亦基上拥，在蹈地基龄中产汪生体阁波（消含纵蚕波和要横波辅）和呀面波躬两种滔。对迫地基小起加冶固作轰用的擦主要猾是纵波济（压现缩波斧）和横波膜（剪时切波揉）。而换面波寒不但逆起不嚼到加扮密的捧作用辅，反盒而对割地基移表面荣产生倒松动返，故闪为无窃用波裙或有匹害波喷。强夯法睁设计计验算(一)、有银效加顾固深意度及桶范围息的确昌定强夯她法加绩固的取设计裁主要贞参数奶有：加固键深度及范围挥，单位价面积淋夯击迎能力，夯击孙次数，夯点间须距，布置以弟及夯击肌遍数和间隙油时间等。有效加挽固深度污既是选胁择地基随处理方团法的重射要依据保，又是肿反映处此理效果量的重要蛇参数，同有效加张固深度养按下式回进行计死算式中：H——有效加恐固深度(m)W——垂重(k您N)h——落距(m熔)k——强夯齐有效夸加固筹深度钉影响趴系数星，其林变动胀范围克为0.3咐7～0.贫8。一焰般对攻粘土偷、砂尿土取0.4辨5~0尤.6，对湿陷粗性黄土南取0.3题4～0.顽5。K值影响踏因素：单位面显积上施芝加的总致夯击能弊及遍数揪，土本景身结构龄强度影唱响；锤幕底面积宗；混凝土陆锤与铸兵铁锤对丑比；土河层分布独影响。目前，腾国内外森尚无关生于有效芒加固深饮度的确晓切定义毙，但一淡般可理满解为：经强黎夯加狂固后静，该枯土层蒸强度滋和变新形等富指标更能满起足设贩计要宾求的凡土层禁范围。实际上煤影响有具效加固弄深度的牲因素很厘多，除犯了锤重卷和落距拴外，还饿有地基叮土的性岩质、不倒同土层否的厚度渡和埋藏删顺序、迫地下水铅位以及密其它强葱夯的设挥计参数固等都与要有效加京固深度你有着密婶切的关睡系。因樱此，强芝夯的有腔效加固商深度应骨根据现女场试夯臂或当地纷经验确骡定。在拴缺少经盗验或试争验资料旺时，可誓按下表腊预估。单击夯击能（kN.m）碎石土、砂土等粉土、粘性土、湿陷性黄土10005.0～6.04.0～5.020006.0～7.05.0～6.030007.0～8.06.0～7.040008.0～9.07.0～8.050009.0～9.58.0～8.560009.5～10.08.5～9.5注：照强夯那的有范效加填固深锤度应南从起焰夯面球算起根据轰波在压地基掀中传徐播速厌度和葱土对仍能量阻的吸成收能那力，锻可以认计算稳出波工的有旋效传趁播范藏围，鼻即强艘夯震假动波演的能虹量对貌地基截加固良的半妻径Rs.经过遍多项附工程响实践缩慧，提赚出了垫一种埋新的抚强夯湿的加尾固有戒效深倚度计至算方望法：式中：RS——有效加指固半径绑（加固杀深度）(m教)h——落距刺（落煤垂高按度）(m)M——锤重(kN匠)Vp——纵波速矛度(m蛇/s辣)——土的能祸量吸收界系数，令见下表k——大于1的系数准，一般铃为3～5土质情况值（s/m）土质情况值（s/m）松散饱和粉细砂、亚粘土、轻亚粘土、粘土0.01～0.03硬塑的粘土和中密的块石、碎石0.087～0.115很湿的亚粘土、粘土0.04～0.06可塑的粘土和中密的粗砂、砾石0.1～0.125稍湿的和干的轻亚粘土、亚粘土0.07～0.10土的能弹量吸收止系数(二)、夯示击能印量的酸确定1单击夯漏击能为夯锤重W与落在距h的乘雾积。磨一般角说夯器击时钩锤重太和落迈距大猴，则区单击盖能量喇大，六夯击轮击数承少，蛋夯击烈遍数薪也相桌应减抽少。蜂加固蠢效果师和技切术经展济较嗓好。2整个占加固次场地企的总溪夯击典能量(即锤重×落距×总夯黄击数)除以加转固面积资称为单位焰夯击府能。强夯述的单捕位夯笼击能丸应根吐据地忆基土量类别角、结互构类诸型、再荷载惭大小榨和要趴求处接理的赛深度详等综讲合考思虑，穷并可衰通过档试验纠确定将。在我一般欲情况滨下盈：1对粗帽颗粒俩土可煤取10排00～300攻0KN·m/㎡2对细颗鞠粒土可垮取15稼00～40万00鼻K贵N·m/㎡但对饱续和粘性随土所需邻的能量府不能一拉次施加盘，否则勉土体会返产生侧巡寿向挤出石，强度怜反而有桶所降低音，且难雕于恢复到。根据洁需要可柿分几遍菊施加，捡两遍间遥可间歇伞一段时迟间，这偷样可逐妈步增加肌土的强银度，改筋善土的盘压缩性持。有的文疗献也提指出，夯俘坑深度传不超过散夯锤宽秒度的一运半，否煤则将有救一部分款能量损竹失在土堆中。由母此可见超，对细甜颗粒土弊在强夯彩时预计址会产生害较深的撒夯坑，撕因而事按先要求俗加大锤拖底的面韵积。国内外氏夯锤材雾料，特错别是大蔬吨位的论夯锤，局多数采嫁用以钢羊板为外迎壳和内豆灌混凝绳土的锤同。目前两也有为新了运输左的方便睬和根据搬工程需直要，浇蛇筑成在密混凝土羞的锤上恰能临时拢装配钢从板的组宽合锤。腐由于锤障重的日队益增加政，锤的叹材料已隶趋向于壁由钢材株铸成。夯锤确边定后，播根据要役求的单顽点夯击青能量，衣就能确会定夯锤缓的落距锁。围内醋通常采张用的落苦距是8～25屋m。对哨相同种的夯硬击能中量，已常选迹用大插落距衬的施桂工方响案，蔬这是剂因为穷增大模落距匀可获垄得较煮大的葬接地这速度伪，能烦将大旦部分兔能量佳有效储地传往到地庄下深税处，宴增加抛深层滋夯实筝效果坐，减记少消樱耗在骗地表胸土层蚕塑性壮变形兼的能氧量。(三)最佳夯垦击能从理辈论上宴讲，竿在这抛样的巷夯击绘能作极用下教，地酷基中蔽出现店的孔株隙水再压力氧达到蜻土的遍自重菌压力似这样兼的夯垫击能讨称为间最佳呆夯击土能。粘性质土最鱼佳夯喇击能支的确贸定方饥法：妨在粘图性土扬中，扰由于地孔隙柏水压负力消老散慢陈，当杏夯击活能逐今渐加袜大时涉孔隙诱水压迈力亦盖相应伏的叠互加，跟因而搬在粘栋性土捆中，苹可根雨据孔兵隙水械压力亚的叠枕加值巡寿来确胸定最项佳夯廉击能孤。砂性衔土最板佳夯嫁击能承的确神定方激法：缠在砂统性土罩中，临由于详孔隙费水压眨力增反长及声消散为过程陡仅为套几分勇钟，翅因此钳，孔榨隙水坟压力掠不能馒随夯寻击能双增加惑而叠歌加，准为此肝可绘碗制孔角隙水样压力钞增量箩与夯唯击击创数（碗夯击慰能）孤的关蓝系曲蠢线来椒确定传最佳震夯击缘瑞能。唤当孔姐隙水览压力宗增量将随着韵夯击回击数(夯击能)增加手而逐印渐趋鞭于恒蓬定时责，可恒认为对该种别砂土浪所能倘接受畜的能养量已储达到岭饱和厅状态脑，此农能量易即为糠最佳顿夯击外能。弊（在施羽工前篇试夯隙时确笑定）(四)夯击宜点布社置及损间距对某些呜基础面如积较大茂的建筑每物或构费筑物，个可按等边三嫩角形或正方悬形布置夯伴击点；对办饱公楼患和住特宅建盐筑等昆，可钻根据疮承重肾墙位傻置布茅置夯员点，范一般觉可采筛用等腰三仿角形布点镇；对工断业厂饥房可苍根据肝柱网谱来布忍置夯齐击点弹。布置席夯击吊点时细应考谈虑施张工时益吊机砌的行使走通牛道。夯距通常为5—15m夯击点驰间距绵夯击捆点间距(夯距)的确吼定，惰一般宏根据番地基纤土的身性质联和要稳求处熟理的宇深度下而定葛。夯企距通代常为5～15m，以凝保证们夯击众能量凤传递骡到深由处和甘保护显夯坑辞周围戒所产咱生的决辐射聚裂隙热为基乘本原裕则。夯击龟击数歼应按匙现场盗试夯吩得到拿的夯鞋击击符数和宇夯沉村量关震系曲骨线确周定，困且同溉时满巧足下专列条镜件1)最后两懂击的夯屈沉量不徐大于50络mm，当倍单击源夯击塔能量济较大御时不南大于10脑0㎜2)夯坑周靠围地面涨不应发敏生过大梯隆起；3)不因闷夯坑仔过深宴而发团生起停锤困孩难。国内确谁定夯击古击数的煎方法有叶所不同葵：有的以臂孔隙水霸压力达段到液化椒压力为旧准则；有的以斯最后一规击的夯佳沉量达用某一数舰值为限蜓值；也有捕的以忍上、生下两陷击所鞋产生耀的沉彼降差指小于案某一肾数值乞为标帅准。总之，澡各夯击目点的夯伶击数，狂应使土叼体竖向茄压缩最炭大，而身侧向位前移最小革为原则调，一般锯为4～10击。夯击株遍数继夯击键遍数物应根责据地犹基土抚的性苏质和透平均风夯击辟能确历定。绢一般伐情况驴下可楼采用1～8遍，似对于液粗颗逐粒土裂夯击树遍数骨可少叙些，嘴而对鼓于细功颗粒小土则铃夯击复遍数蹈要求恩多些击。最后一彻遍是以题低能量吴“搭夯萌”即锤钢印彼此眉错接（六）贩垫层铺映设强夯加无固场地助必须具朗有一层握稍硬的演表层，涌使其能歼支承起唇重设备铅，并便宝于对所菜施工的铅夯击能感得到扩瓦散，同缴时也可瞧加大地理下水位苦与地表席面的距死离，因帜此有必写要铺设捞垫层。它垫层厚驰度一般约为50～20存0c农m。预谈铺垫仪层可滩形成衫一覆豪盖压达力，染减小辅坑侧励土隆迫起，思使坑无侧土风得到翠加固歉。预衔铺垫鬼层的歇又一耀作用营就是狮在夯轨击后歼能形水成夯缴坑底抱易透们水层典，从堆而加咳大加遍固深杜度，膝并可谱作为盛坑底叨土孔肆隙水柴压力胳的消纽奉散通奴道，朋加快裕坑底汉土孔厦隙水奸压力溜的消花散。主另外遥，这嚷一垫贴层还约可防慨止夯寇坑底怠涌土常，并允利于环施工吓机械精的行留走。垫层廉材料休宜采枣用粗岭颗粒啊的碎惕石、疏矿渣乔、砂毛砾石格、粗文颗粒遗粒径叙宜小正于10滔cm。对抢处理械土层好为饱狐和砂街、软身土时概，坑返底易捉涌土凡涌砂供，故久垫层鹿材料兼不宜介用砂桑。（七）硬间歇然时间对于层需要姐分两炕遍或特多遍罚夯击歪的工绵程，与两遍跑夯击袜间应忠有一爱定的籍时间合间隔委。各厉遍间档的间茄歇时牛间取绕决于赤加固戚土层达中孔旨隙水母压力臣消散味所需腰要的译时间级。对铅砂性麦土，珍孔隙金水压颈力的罗峰值寻出现脱在夯拉完后劫的瞬挤间，叼消散煎时间炸只有2～4m押in，故对号渗透性独较大的盛砂性土枕，两遍冈夯击间偶的间歇友时间很化短，亦骑即可连怖续夯击贺。对粘桶性土陪，由咸于孔取隙水腰压力谎消散禽较慢杠，故辅当夯皮击能竹逐渐父增加躺时，漂孔隙贺水压笑力亦殖相应勤地增框加，酬其间土歇时幸间取姻决于杀孔隙糊水压昌力的流消散凭情况乐，一伪般为2～4周。父目前水国内秘有的柿工程独对粘忌性土留地基熄的现帖场埋衬设了散袋装止砂井(或塑料院排水带)，以痕便加语速孔妨隙水访压力丙的消圣散，耳缩短冈间歇.有时蜓根据惠施工管流水尿顺序起先后反，两沾遍间械也能青达到框连续乔夯击施的目顽的强夯法施施工主要银机具剧及设德备漂：履带式破起重机兽，稳定抄性好，爱行走方贼便。轮胎侮式起慈重机三足架嘱和轮胎橡式强夯清机夯锤专、起葬重设腊备、言脱钩电装置兵等（局国内掠）施工挡步骤试夯根据工旋程需要赢确定加血固后的栋地基承锣载力，刺变形模眯量，有欣效加固杆深度，帜特别是逆消除黄兔土的湿着陷性或申地基的柴地震液哨化深度唇，以此雄根据土纵的类型饭、特征馋，选定槽单点夯瓶击能，说单位面歪积夯击梁能、夯萝击次数亮、夯击抗遍数、仗夯点间象距、间掌歇时间访等，确青定是否扭需要加誉设垫层领及填料等并确定镰其厚度械。试夯的吩目的就疫是根据渗这些选还定的施狗工参数编，进行斗试夯，值并根据晒试夯后床的检验倚结果，烂适当调资整设计怕、施工坛参数，坦使其达群到预想次的处理愤效果。步骤秃：1）清悲理并别平整谋施工菌场地音；2)铺设垫歇层，在嫂地表形泽成硬层顺，用以立支承起咸重设备缴，同时回可加大领地下水省和表层暂面的距蜻离，防摘止夯击嫂的效率引降低；3)标出第赤一遍夯财击点的白位置，造并测量申场地高志程；4)起重机搁就