第4讲-强夯和强夯置换

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1、强夯与强夯置换New Technical of Soil Improvement 3.1 概 述3.2 加固机理3.3 设计计算3.4 施工方法3.5 现场观测与质量检验目 录3.1 概 述 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830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为5008000kN.m。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。建筑地基处建筑地基处理

2、技术规范理技术规范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)规定规定 强夯法强夯法适用于处理碎石适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。填土和杂填土等地基。强夯强夯置换法置换法适用于高饱和度的粉适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。适用性和处理效果。强夯法、强夯法、强夯置换法强夯置换法的优点的优点加固效果好加固效果好

3、使用经济使用经济施工简单施工简单强夯法加强夯法加袋装砂井袋装砂井软粘土地基的综合治理软粘土地基的综合治理夯夯锤锤地面地面挤压挤压土体土体隆起隆起夯击能夯击能冲击力冲击力冲击波冲击波冲切上部冲切上部土体土体结构破坏结构破坏形成夯坑形成夯坑挤压周围挤压周围土体土体3.2 加固机理某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况周围地表隆起情况 对非饱和土地基压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。 对饱和无粘性土地基土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。对饱和粘性土地基产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。 目

4、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。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。三三种种加加固固机机理理 动力动力密实密实加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土动力荷载减小土孔隙，提高强度 超孔隙水压力消散，土体固结 分为整式置换和桩式置换 加密、碎石墩置换、排水的组合 处理细颗粒饱和土 局部产生裂缝，增加排水通道 动力动力固结固结动力动力置换置换3.2.1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。 Flash 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

5、是由于土颗粒的相对位移引起。 3.2.1动力密实 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0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。 Abu Dhabi Corniche (United Arab Emirates)夯夯坑坑3.2.1动力密实肇庆花都博罗输变电工程花都站土石方强夯施工3.2.1动力密实水下地基加固3.2.1动力密实巨大的冲击能量在土中产生很大的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，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

6、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，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，强土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。度得到提高。3.2.2 动力固结 1. 饱和土的压缩性：进行强夯时，气体体积压缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压就减少。 2. 产生液化：土体中气体体积百分比为零时，就变成不可压缩的。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。继 续施加能量，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：超孔压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，

7、孔隙水得以顺利排 出。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合。 4. 触变恢复：在重复夯击作用下，土体的强度逐渐降低，当出现液化或接近液化时，强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着孔压的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。3.2.2 动力固结 夯击一遍的情况 夯击三遍的情况 从右图可以看出，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。 青岛港8号码头强夯工程桩式置换：形成桩式或墩形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成机理类似于振冲法等形

8、成的碎石桩。的碎石桩。 整式置换：将碎石整体将碎石整体挤入淤泥中，作用机理挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。类似于换土垫层。动动力力置置换换3.2.3动力置换 整式置换整式置换桩式置换桩式置换3.3 设计计算n 有效加固深度有效加固深度是反映地基处理效果的重要参数。其确切定义国内尚无，但一般可以理解为：经强夯加固后，该土层强度提高，压缩模量增大，加固效果显著的土层范围（或者能够满足设计要求的范围）（或者能够满足设计要求的范围）。n可以用下列公式估算估算有效加固深度：n H=(Mh)1/2 n式中H有效加固深度（m）nM夯锤重 （t）nh落距 （m）n 修正系数。国内则提出：对软土可取0.5作

9、修正系数，对黄土修正系数取0.340.5。3.3.1 强夯法设计要点（一）有效加固深度（一）有效加固深度影响H的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度如果没有则根据建筑地基处理技术规范的建议取值 3.3.1 强夯法设计要点3.3.1 强夯法设计要点单击夯击能（单击夯击能（kNm）碎石土、砂土等碎石土、砂土等粉士、粘性土、湿陷性黄土等粉士、粘性土、湿陷性黄土等10005.06.04.05.020006.07.05.06.030007.08.06.07.040008.09.07.08.050009.

10、09.58.08.560009.510.08.59.5表3-2强夯的有效加固深度（m）注：强夯的有效加固深度应从起夯面算起。3.3.1 强夯法设计要点（二）（二）夯锤和落距夯锤和落距n夯锤重夯锤重M与落距与落距h的乘积称为的乘积称为单击夯击能单击夯击能。n整个加固场地的总夯击能量（即锤重整个加固场地的总夯击能量（即锤重落距落距总夯击数总夯击数）除以加固面积称为）除以加固面积称为单位夯击能单位夯击能。n 强夯的单击夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可以通过试验确定。一般情况下，粗粒土可取l000kNm6000kNm，细粒土可取l000kNm3000kNm。n

11、国内夯锤重量一般为10t25t,最大40T，底面为圆形，并对称设置若干个贯通顶底面的排气孔，孔径250mm300mm，这样可以降低能量损失，减小起吊吸力等。夯夯锤锤落距落距n理论上讲，地基中出现理论上讲，地基中出现孔隙水压力与土的自重应力相等孔隙水压力与土的自重应力相等时的时的夯击能成为夯击能成为“最佳夯击能最佳夯击能”。n1、粘性土中最佳夯击能的确定方法、粘性土中最佳夯击能的确定方法n可根据孔隙水压力的叠加值来确定n2、砂性土最佳夯击能的确定方法、砂性土最佳夯击能的确定方法n可以根据孔隙水压力增量与夯击击数（夯击能）的关系曲线来确定，当孔隙水压力增量随夯击击数（夯击能）增加而逐渐趋于稳定时，