強(qiáng)夯法的加固機(jī)理及適用范圍

1、夯法的加固機(jī)理及適用范圍前，應(yīng)用強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法處理的工程范圍極為廣泛，大量工程實(shí) 例證明，強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、 濕陷性黃土、素填土和朵填土等地基。強(qiáng)夯置換法適用于高飽和度的 粉土與軟塑流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程。于強(qiáng)夯法的加固機(jī)理，由于加固土質(zhì)復(fù)朵，至今尚未形成一套成熟完 善的理論。目前普遍認(rèn)為，強(qiáng)夯法加固地基有三種加固機(jī)理，即動力 密實(shí)、動力固結(jié)和動力置換，它取決于地基土的類別和強(qiáng)夯施工工藝。動力密實(shí)用強(qiáng)夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實(shí)的機(jī)理，即用 沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體顆粒重新排列，在動荷 載作用下被擠密

2、壓實(shí)，從而提高地基土強(qiáng)度、減少壓縮性。非飽和土 的夯實(shí)過程，就是土中的氣相（空氣）被擠出的過程，其夯實(shí)變形主要 是由于土顆粒的相對位移引起。實(shí)際工程表明，在沖擊動能作用下， 地而會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達(dá) 0.6-1.0m, 夯坑底部形成一層超壓密硬殼層（厚度約為夯坑直徑的 1 01.5倍）， 承載力特征值可比夯實(shí)前提高 23 倍。非飽和土在中等夯擊能量（一般為 10002000kN.m）的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度 范圍內(nèi)氣相體積大大減少，最大可減少 60%。動力固結(jié)強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土?xí)r，則是借助于動力固結(jié)理論，即巨大的沖 擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破

3、壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局 部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出， 待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于軟土的觸變性，強(qiáng)度得到提 高。動力固結(jié)理論可概述為：）飽和土的壓縮性。Menard 教授認(rèn)為，由于土中有機(jī)物的分解，第四 紀(jì)土中大多數(shù)都含有以微氣泡形式出現(xiàn)的氣體， 其含氣量大約在 1%4%范圍內(nèi)，進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大，隨后氣 體有所膨脹，孔隙水排岀的同時(shí)，孔隙水壓力就減少。這樣每夯擊一 遍，液相氣體和氣相氣體都有所減少。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)， 每夯擊一遍， 氣體 體積可減少 40%。）局部產(chǎn)生液化。強(qiáng)夯時(shí)，土體被壓縮，在重復(fù)夯擊作用下，施加在 土體中的夯擊

4、能量，使氣體逐漸受到壓縮。因此，土體的沉降量與夯 擊能成正比。當(dāng)氣體按體積百分比接近零時(shí)，土體便變成不可壓縮的。 孔隙水壓力上升，當(dāng)達(dá)到與覆蓋壓力相等的能量級，土體即產(chǎn)生液化。當(dāng)液化度（孔隙水壓力與液化壓力之比稱為液化度，而液化壓力即為 覆蓋壓力）為 100%時(shí)，亦即為土體產(chǎn)生液化的臨界狀態(tài)，而該能量級 稱為“飽和能”。此時(shí)，吸附水變成自由水，土的強(qiáng)度下降到最小值。 一旦達(dá)到“飽和能”而繼續(xù)施加能量時(shí)，除了對土的重塑起破壞作用 外，別無他用。）滲透性變化。在很大夯擊能作用下，地基土體中出現(xiàn)沖擊波和動應(yīng) 力。當(dāng)所出現(xiàn)的超孔隙水壓力大于顆粒間的側(cè)向壓力時(shí)，致使土顆粒 間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時(shí)

5、，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以 順利排岀。在有規(guī)則網(wǎng)格布置夯點(diǎn)的現(xiàn)場，通過積聚的夯擊能量，在 夯坑四周會形成有規(guī)則的垂直裂縫，夯坑附近出現(xiàn)涌水現(xiàn)象?？紫端畨毫ο⒌叫∮陬w粒間的側(cè)向壓力時(shí)，裂隙即自行閉合，土中 水的運(yùn)動重新又恢復(fù)常態(tài)。國外資料報(bào)道，夯擊時(shí)出現(xiàn)的沖擊波，將 土顆粒間吸附水轉(zhuǎn)化成為自由水，因而促進(jìn)了毛細(xì)管通道橫斷面的增 大，加速排水。）觸變恢復(fù)。土體經(jīng)強(qiáng)夯后結(jié)構(gòu)遭到破壞，抗剪強(qiáng)度幾乎為零，隨著 時(shí)間的推移，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)。在重復(fù)夯擊作用下，土體的強(qiáng)度逐漸減 低，當(dāng)土體出現(xiàn)液化或接近液化時(shí)，土的強(qiáng)度達(dá)到最低值。此時(shí)土體 產(chǎn)生裂隙，而土中吸附水部分變成自由水，隨著孔隙水壓力的消散， 土的

6、抗剪強(qiáng)度和變形模量都有了大幅度的增長。這時(shí)自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是其具有了觸變性土的特性。夯法在工程中雖己得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果， 但時(shí)至今 日，人們對其加固機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算理論的認(rèn)識還有待于進(jìn)一步深化。動力置換強(qiáng)夯的同時(shí)，夯坑中可置人碎石，強(qiáng)行擠走軟土，即強(qiáng)夯置換。動力 置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強(qiáng)夯將碎石整體擠 入淤泥中，其作用機(jī)理類似于換土墊層。樁式置換是通過強(qiáng)夯將碎石 等填筑到土體中，部分碎石間隔地夯入軟土中，形成樁式（或墩式）的 碎石墩（或樁）。其作用機(jī)理類似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是 靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土形成夯置換法加固機(jī)理相當(dāng)于下列三者之和，即由強(qiáng)夯加密、碎石墩和特 大直徑排水井組成。 因此， 墩間的和墩下的粉土或黏性土通過排水與 加密，其密度和狀態(tài)可以改善。從而提高地基的承載能力，減少沉降。 目前，強(qiáng)夯置換有三種形式：）當(dāng)?shù)鼗韺訛榫哂羞m當(dāng)厚度的砂覆蓋層，下臥層為高壓縮性淤泥質(zhì) 軟土?xí)r，采用低能夯，即將表層砂夯擠填人軟土層中，形成一根根動 力置換砂樁。軟土層受動力固結(jié)作用而趨于密實(shí)，從而提高軟土層的 承載能力。）當(dāng)?shù)鼗鶠楦邏嚎s性軟土?xí)r，在其表面堆鋪一層適當(dāng)厚度的碎石料， 利用