强夯法解析讲义内容丰富

第九章强夯法（强夯法和强夯置换法）

强夯法又称为动力固结法或动力压密法。这种方法是将100~400kN的重锤（最重达2000kN），以6~40m的落距落下给地基以冲击和振动,从而达到提高土的强度,降低其压缩性，改善土的振动液化条件,消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯法由法国Menard技术公司于1969年首创，当时，仅用于加固砂土和碎石土地基，但随着施工方法的改进，其应用范围已扩展到细粒土地基。1

由大量工程实践证明，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、杂填土和素填土等地基；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。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其是淤泥与淤泥质土，处理效果较差，使用要慎重。若在夯坑内回填块石、碎石或其它粗粒材料进行强夯置换时，应根据现场试验确定其适用性。

2强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。由于强夯法施工方法简单、快速经济、目前被广泛地应用于工业与民用建筑、仓库、油罐、贮仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等工程。39.1强夯加固机理

强夯法虽然在工程中得到广泛应用，但由于其加固机理比较复杂，至今还没有一套成熟的理论和设计计算方法。根据工程实际实践和试验研究成果，对不同的土质条件和施工工艺，其加固机理有所不同。目前，强夯法加固机理概括起来有三个方面，即动力固结、动力夯实和动力置换。一、动力固结

Menard根据饱和土经强夯后瞬时沉降数十厘米这一事实，对传统的固结理论提出不同看法，认为饱和土是可压缩的，并提出了一个新的动力固结模型。图9.1-1为静力固结理论与动力固结理论的模型对比图，表9.1-1为两种模型对比表。456

动力固结理论可概括为以下几方面：

（一）饱和土的压缩性

传统的固结理论以孔隙水的排出是饱和细颗粒土出现沉降的前提为条件。但在进行强夯施工时，在瞬时荷载作用下，孔隙水不能迅速排出，显然这就无法解释强夯时立即发生沉降这一现象。Menard以为，由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有微气泡形式出现的气体，其含气量大约在1%~4%，强夯时，气体压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出，液相、气相体积减少，即饱和土具有可压缩性。根据试验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。强夯时，含气孔隙水不能消散而具有滞后现象，气相体积不能立即膨胀，这一现象由动力固结模型中活塞与筒体间存在摩擦来模拟。7（二）局部液化强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大，孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土压力时，土体产生液化，这时土中吸着水变为自由水，土的强度下降到最小值（见图9.1-2），即土体的压缩模量是可变的，在动力固结模型中以可变弹簧刚度来模拟。在图9.1-2中，与液化压力相对应的能量为“饱和能”，一旦达到“饱和能”，再继续施加能量，不仅毫无效果，还起重塑破坏作用。89

（三）渗透性变化

在强夯的冲击能量作用下，当土中的超孔隙水压力大于土颗粒间的侧向压力时，土颗粒间会出现裂隙并形成树枝状排水通路，使土的渗透性变好，孔隙水能顺利排出。图9.1-3为土的渗透系数与液化度关系曲线。

当液化度小于临界液化度ai时，渗透系数成比例增长，当液化度超过ai时，渗透系数骤增，夯坑周围出现冒气冒水现象。随着孔隙水压力消散，土颗粒重新组合，此时土中液体又恢复到正常状态。夯击前后土的渗透性的变化，可用一个孔径可变的排水孔进行模拟。1011（四）触变恢复土体在夯击能量作用下，结构被破坏，当出现液化时，抗剪强度几乎为零，但随着时间的推移，土的结构逐渐增长，这一过程称为触变恢复，也称为时效。饱和土随强度的变化见图9.1-4。地基土强度增长规律与土体中孔隙水压力有关。由图9.1-4，液化度为100%时，土的强度降到零；但随着孔隙水的消散，土的强度逐渐增长，存在一个触变恢复阶段，这一阶段能持续几个月，据实测资料，夯击6个月后所测得的强度比一个月所测得的强度增长20%~30%，而变形模量增长30%~80%。1213二、动力夯实强夯加固多孔隙颗粒、非饱和土是基于动力夯实的机理。夯锤夯击地面的冲击能量是以振动波的形式在地基中传播，其中对地基加固起作用的主要是纵波和横波。纵波使土体受拉、压作用，使孔隙水压力增加，导致土骨架解体；横波使解体的土颗粒处于更密实的状态。因此，土体在冲击能量作用下，被挤密压实，强度提高，压缩性降低。根据工程实践，非饱和土夯击一遍后，夯坑可达0.6~1.0m深，坑底形成一层厚度为夯坑直径1.0~1.5倍的硬壳层，承载力可提高2~3倍。14三、动力置换动力置换是指在冲击能量作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换饱和软土，形成密实的砂、石层或桩柱。目前，动力置换有3种形式：（1）动力置换砂柱：当地基表层为适当厚度的砂覆盖层，其下卧层为高压缩性淤泥质软土时，采用较低的夯击能将表层砂夯挤入软土层中，形成一根根砂柱。（2）动力置换碎石桩：先在软土表面堆铺一层碎石料，利用夯锤夯击成孔，向夯坑中填料后再夯击，直至夯实成桩。（3）动力置换挤淤：在厚度不是很大的淤泥质软土层上抛填石块，利用抛石自重和夯锤冲击力使块石沉到持力硬土层，将大部分淤泥挤走，少量留在石缝中，利用块石之间的相互接触，提高地基的承载能力。159.2强夯法设计计算一、强夯参数选择（一）有效加固深度强夯法的有效加固深度是指起夯面以下，经强夯加固后，土的物理力学指标已达到或超过设计值的深度。其判别标准可参考表9.2-1。强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，在缺少资料或经验时可按表9.2-2预估。16171819（二）每次夯点的夯击次数夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：1最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000~6000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000kN·m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。20（三讨）夯猴击遍义数夯击烈遍数何应根息据地歪基土名的性怎质确陪定，妄可采径用点已夯2~岸3遍，对祖于渗透赠性较差航的细颗桐粒土，遮必要时匪夯击遍斗数可适尊当增加驶。最后瓶再以低恋能量满课夯2遍，摩满夯颗可采陵用轻蠢锤或朽低落牙距锤剧多次下夯击稠，锤夕印搭拖接。21（四链）两负遍夯巨击之飘间的抽时间员间隔两遍组夯击捞之间煌应有翅一定扬的时守间间搁隔，茫间隔禽时间欲取决欲于土等中超惠静孔祖隙水严压力晓的消丑散时课间。定当缺材少实浮测资绘料时租，可马根据乡丰地基贼土的烦渗透膏性确千定，府对于华渗透衫性较戚差的呀粘性的土地罢基，厌间隔凯时间导不应允少于3~当4周；对赏于渗透难性好的亲地基可融连续夯窄击。22（五）毯夯击点重位置夯击属点位踪蝶置可宫根据里基底刮平面寸形状斧，采虑用等遮边三靠角形览、等事腰三扶角形刚或正浪方形黎布置矿。第眨一遍缸夯击突点间出距可巩取夯凝锤直喂径的2.凑5~睛3.盘5倍，第渐二遍夯剪击点位甚于第一惨遍夯击新点之间贵。以后各助遍夯击若点间距件可适当桥减小。浇对处理戏深度较帮深或单因击夯击绩能较大孝的工程念，第一默遍夯击展点间距硬宜适当吵增大。23(六）强概夯处理刚范围强夯化处理堂范围沙应大温于建核筑物谦基础锅范围香，每梯边超猴出基计础外膨缘的仍宽度饮宜为粱基底照下设岩计处郑理深需度的1/2至2/他3，并不难宜小于3m。24（七）霞现场试辩夯根据初幼步确定泛的强夯哀参数，咐提出强则夯试验漆方案，押进行现节场试夯狐。应根风据不同棒土质条昂件待试材夯结束枕一至数本周后，伤对试夯依场地进愉行检测制，并与圈夯前测悬试数据分进行对姜比，检都验强夯惩效果，肆确定工益程采用材的各项栗强夯参芬数。25（八即）强肝夯地股基承虽载力练特征珍值强夯还地基裤承载靠力特睛征值伶应通危过现愤场载键荷试辰验确膛定，津初步俯设计企时也旅可根岔据夯墙后原程位测烫试和父土工阔试验解指标龙按现市行国雅家标拉准《建筑地限基基础栽设计规墨范》GB纪500钥07有关规冰定确定丢。（九推）强愤夯变管形计姐算强夯焦地基灶变形院计算都应符纵合现条行国策家标敲准《建筑早地基田基础秩设计葱规范》G班B5边00重07有关规刮定。夯鸭后有效燃加固深槐度内土泛层的压雕缩模量区应通过陆原位测到试或土狐工试验臣确定。26272829二、施祸工方案待的制定（一轨）应赢取得汉的资惩料(1)场地地宋层分布盟、土层早的均匀慨性及承垦载能力轮；(2和)土的心物理瘦力学溪性质灵、地愿下水跟类型吃及埋涨藏条泼件；场地管周围急建筑望物的赤情况爆，离柴场地秤的距夺离以泪及场危地内俊各种触地下等管线懒的位适置和脖标高村。(3)场地周头围建筑颗物的情均况，离蔑场地的荐距离以馋及场地央内各种湖地下管荐线的位扫置和标弃高。303132但锤狐重越佣大，躲对起伪吊设享备要贵求越努高，忍一般股国内它常用写的夯票锤有8t、10t、12t、16t、20t、25t几种，字落距为8~2捡0m。因此有，在兔起吊葱设备件能力摆范围打内可想选质俱量大腹的锤芽。2）夯泛锤的抖选择夯锤的勤材料可伯采用铸抹钢，也重可采用结钢板壳窗内填混别凝土。夯锤遗的形业状有著方柱阶体和追圆台雁状等胁，常雪用的亮锤体忍结构拒见图9.2汗-4。根据哀实践，视一般锥零底锤、瓶球底锤渗的加固型效果较惹好，适丈用于加蜻固较深侵层土体赞，而平释底锤适炕用于浅宵层及表答层地基势加固。33夯锤的雀底面积焦对加固偿效果也哲有直接盘的影响衡，对同唐样的锤嗓重，当伟锤底面汪积太小越时，静敲压力就亩大，夯北锤对地种基土的晴作用以暂冲切力即为主；贵若锤底袜面积过况大，静狱压力就颈太小，忍达不到渣加固效米果。锤兵底面积担应按土缎的性质防确定，翻一般锤姨底静压叨力可取25~专40k狡Pa，对饱败和细颗畜粒土宜谷取较小盲值。对疤砂土，杀锤底面萌积一般震为2~梨4M2，对码粘性冲土一业般为3~4例m2，淤泥寸质土可扣取4~非6m2。3435（3）初纪步确践定夯劫击点随间距躲、布暮置方荒式及陵夯击肉次数祝、夯骗击遍蠢数等疑。（4）根据始初步确差定的强悉夯参数徒，提出咏一组或死几组试盲验方案蜜，并根套据实际桑情况，塌确定机旗具类型梳和数量趋。（三）栋试夯（1）在施慎工场地出选取一吉个或几娇个地质浙条件有波代表性发的试验宰区，平做面尺寸曲不小于20×弓20m。（2）在试罪验区补内进寺行详席细的参原位悬测试滤，采涨取原供状土读样测堵定有夺关数贩据。（3）根狱据拟酷定的哲一组辅或几秧组试搬验方厨案进棚行现落场试咏夯施叛工。36（4）施阔工中两应做倒好现根场测冶试和饼记录贫。测罚试内完容包锡括：属夯点场沉降典观测舌（以价测出屑每个遮夯点糖的每泥一击蕉夯沉哑量及仇总夯剩沉量乱）、配夯坑柏周围疲隆起扒、振握动影瓣响范班围、摆饱和更软粘鸣土孔喇隙水德压力求的增膏长和结消散厕情况庙等。（5）夯击帜结束后1~4周进行姐试夯效脸果检验挎，并与结试夯前壶的数据葵进行对旗比。（6）检镜验试勉夯前千后的历测试庭资料盈，分崭析试燃夯效摘果是警否符协合要信求。相如果浆不符视合要且求，且应补挥夯或削调整期强夯守参数抢后再鞠进行攀试验骗。如境果符烦合要悼求，者则由拼夯沉陈量与绍夯击睡数关箭系曲逐线确娇定最验佳夯捎击数嘱，并熔正式公确定绢强夯骑施工甚所采啊用的付其它安技术启参数秩。379.3强夯置荡换法设见计（一）际强夯置友换墩的头深度强夯置虾换墩的你深度由迈土质条慕件决定穗，除厚表层饱和亿粉土外悔，应穿反透软土榨层，到沫达较硬盗土层上续。深度初不宜超幸过7m。（二僵）强朋夯置渴换法溜的单碗击夯健击能强夯团置换慈法的视单击颠夯击集能应哈根据兔现场慰试验攀确定留。38（3）墩轧体材庄料墩体梳材料逢可采鸦用级凑配良披好的剃块石姐、碎雅石、喉矿渣洋、建幕筑垃抄圾等满坚硬明粗颗啦粒材恼料，顶粒径量大于30掠0m狂m的颗粒民含量不厉宜超过柳全重的30睬%。39（四）席夯点的钳夯击次误数夯点纤的夯须击次论数应双通过欢现场堂试夯纱确定镰，且卵应同猪时满鞋足下者列条率件：1、墩底择穿透软称弱土层卵，且达夺到设计跑墩长；2、累计障夯沉量另为设计轧墩长的1.杠5~毕2.学0倍；3、最池后两亲击的或平均各夯沉厦量不怨大于谅本规视范的帖规定晒值。涝即：40最后姓两击即的平悠均夯茂沉量沉不宜祝大于银下列予数值富：当镜单击子夯击售能小盒于400禽0kN确·m时为50m禽m；当征单击点夯击坛能为40吉00症~6设00疑0k徐N·中m时为10耳0m拼m；当烦单击撞夯击孩能大辞于60驼00过kN姜·m时为200乱mm；（同强对夯法）41（五伟）墩朽位布吉置墩位扭布置毫宜采询用等乖边三作角形童或正书方形滚。对录独立私基础挑或条巴形基舱础可齐根据雨基础尺形状案与宽垂度相雅应布旷置。（六涛）墩间贷距墩间且距应曲根据顿荷载则大小绸和原盼土的爆承载任力选站定，需当满外堂布梢置时化可取胡夯锤筹直径委的2!描3倍。对育独立基奥础或条创形基础降可取夯白锤直径纹的1.斥5~误2.0倍。埋墩的贴计算冤直径逃可取京夯锤他直径政的1.1地~1找.2倍。42当墩间应净距较围大时，螺应适当屈提高上浴部结构姓和基础限的刚度拐。(七）强夯拐置换件处理容范围友同强古夯法牙；（八罗）墩顶应源铺设一暴层厚度菜不小于500莲mm的压盐实垫直层，斧垫层那材料臂可与踢墩体掠相同夫，粒械径不晨宜大趣于100解mm。（九）殖强夯爆置换设趟计时，毅应预估汽地面抬五高值，绝并在试此夯时校展正。43（十缘瑞）强夯码置换额法试纽奉验方煎案的比确定俯，同巴强夯辽法；（十一页）检掏测项洽目除进行现场漏载荷撇试验检测承桌载力和变形模笔量外，准尚应采用沟超重喝型或穿重型坚动力暑触探等方医法，农检查乌置换储墩着存底情苍况及字承载弊力与渣密度拦随深夏度的球变化升。44（十二约）地基茄承载力杀特征值确定软粘拥性土中强夯芝置换墩夫地基承泼载力特找征值时斗，可只考虑墩冒体，不谜考虑尺墩间触土的姥作用六，其逐承载慨力应屠通过云现场仙单墩裂载荷胀试验咐确定校，对饱和粉愁土地基役可按复味合地基押考虑，其林承载智力可厌通过继现场林单墩号复合遵地基喷载荷要试验闹确定档。（十死三）强夯置限换地基楼的变形插计算同刮前。45重点柱复习昼思考军题1、什么湾是强夯博法？它爱的加固笋机理是坟什么？强夯雁法又称为动力固打结法或动力压意密法。这种膨方法是棚将100淡~40厨0kN的重锤咏（最重杜达200模0kN），以6~4罢0m的落距近落下给装地基以箱冲击和赵振动,从而达附到提高贫土的强寸度,降低皱其压踢缩性霉，改壮善土屑的振袖动液玩化条守件,消除失湿陷析性黄壤土的押湿陷受性等泳目的厉。强夯锈法加投固机息理概休括起假来有迫三个爬方面牌，即竿动力温固结滩、动莲力夯邀实和讽动力狐置换它。462、强红夯的谅设计侧参数运有哪凯些？锤重推和落体距、尸最佳框夯击危能、躲夯击彻遍数临、每仅次夯裕击点置的击卫数和鞭每遍茅间隔适时间擦、加线固范肢围和介夯击霜点的斜布置商。473、强怪夯法耕两遍史夯击最之