3.強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法

1、中國(guó)地基處理技術(shù) Ground Improvement Technology in China強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法 概述 強(qiáng)夯是法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過一般830t的重錘(最重可達(dá)200t)和820m的落距(最高可達(dá)40m)，對(duì)地基土施加很大的沖擊能，一般能量為5008000kNm。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，可提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時(shí)，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來(lái)可能出現(xiàn)的差異沉降。 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、素填土和雜填土等地基。 強(qiáng)夯置換法適用

2、于高飽和度的粉土與軟塑一流塑的粘性土等地基上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程。 優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、加固效果好、使用經(jīng)濟(jì)。概述 加固機(jī)理 強(qiáng)夯法是利用強(qiáng)大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對(duì)上部土體進(jìn)行沖切，土體結(jié)構(gòu)破壞，形成夯坑，并對(duì)周圍土進(jìn)行動(dòng)力擠壓。 動(dòng)力密實(shí) 動(dòng)力固結(jié) 動(dòng)力置換 動(dòng)力密實(shí) 采用強(qiáng)夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動(dòng)力密實(shí)的機(jī)理，即用沖擊型動(dòng)力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實(shí)，從而提高地基土強(qiáng)度。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(duì)位移引起。 加固機(jī)理 動(dòng)力固結(jié) 巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的

3、應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(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。加固機(jī)理 飽和土的壓縮性 產(chǎn)生液化 滲透性變化 觸變恢復(fù)Menard根據(jù)強(qiáng)夯法的實(shí)踐，首次對(duì)傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出了不同的看法，認(rèn)為飽和土是可壓縮的新機(jī)理。歸納成四點(diǎn)：夯擊一遍的情況 夯擊三遍的情況 加固機(jī)理 加固機(jī)理 Menard對(duì)強(qiáng)夯中出現(xiàn)的現(xiàn)象，又提出了一個(gè)新的彈簧活塞模型，對(duì)動(dòng)力固結(jié)的機(jī)理作了解釋。 靜力固結(jié)理論模型 動(dòng)力固結(jié)理論模型 加固機(jī)理 靜力固結(jié)和動(dòng)力固結(jié)理論對(duì)比 靜力固結(jié)理論 動(dòng)力固結(jié)理論 不可壓縮的液體固結(jié)時(shí)液體排出所

4、通過的小孔，其孔徑是不變的彈簧剛度是常數(shù)活塞無(wú)摩阻力 含有少量氣泡的可壓縮液體固結(jié)時(shí)液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的彈簧剛度為變數(shù)活塞有摩阻力 動(dòng)力置換加固機(jī)理 整式置換樁式置換采用強(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 通過強(qiáng)夯將碎石填筑土體中 ，其作用機(jī)理類似于振沖法等形成的碎石樁 設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 有效加固深度一般可按下列公式估算有效加固深度： 有效加固深度(m)； 夯錘重(t)；落距(m)； 系數(shù)，須根據(jù)所處理地基土的性質(zhì)而定， 對(duì)軟土可取0.5，對(duì)黃土可取0.340.5。設(shè)計(jì)計(jì)算 強(qiáng)夯的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在缺少經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)資料時(shí)，建筑地基處理技術(shù)規(guī)

5、范(JGJ79-2002)建議可按下表預(yù)估。 單擊夯擊能(kNm) 碎石土、砂土等粗顆粒土 粉土、粘性土、濕陷性黃土等細(xì)顆粒土1000200030004000500060008000 5.06.06.07.07.08.08.09.09.09.59.510.010.010.5 4.05.05.06.06.07.07.08.08.08.58.59.09.09.5 注：強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)從最初起夯面算起 2. 夯錘和落距設(shè)計(jì)計(jì)算 單擊夯擊能=M*h總夯擊能=N*M*h單位夯擊能=N*M*h/A 強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗(yàn)

6、確定。 強(qiáng)夯置換單擊夯擊能在可行性研究或初步設(shè)計(jì)時(shí)可按圖中的實(shí)線(平均值)與虛線(下限)所代表的公式估計(jì)： 設(shè)計(jì)計(jì)算 較適宜的夯擊能 夯擊能最低值 置換墩深度(m) 設(shè)計(jì)計(jì)算 3. 最佳夯擊能在最佳夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的自重壓力。 粘性土根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來(lái)確定 砂性土可繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù) (夯擊能)的關(guān)系曲線來(lái)確定 設(shè)計(jì)計(jì)算 4. 夯擊點(diǎn)布置與間距夯擊點(diǎn)布置 強(qiáng)夯夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。 夯擊點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)考慮施工時(shí)吊機(jī)的行走通道。 強(qiáng)夯置換墩位布置宜采用等邊三角形或正方形。 對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可根據(jù)基礎(chǔ)形狀 與

7、寬度相應(yīng)布置。 強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，具體的放大范圍，可根據(jù)建筑物類型和重要性等因素考慮決定。對(duì)一般建筑物，每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為設(shè)計(jì)處理深度的1/22/3，并不宜小于3m。 設(shè)計(jì)計(jì)算 夯擊點(diǎn)間距強(qiáng)夯第一遍夯擊點(diǎn)間距可取夯錘直徑的2.53.5倍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，以后各遍夯擊點(diǎn)間距可適當(dāng)減小。對(duì)處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點(diǎn)間距宜適當(dāng)增大。一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定，以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護(hù)鄰近夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙為基本原則。設(shè)計(jì)計(jì)算 5. 夯擊擊數(shù)與遍數(shù) 強(qiáng)夯夯點(diǎn)的夯擊擊數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯

8、沉量關(guān)系曲線確定，且應(yīng)同時(shí)滿足下列條件： (1) 最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能量小于4000 kNm時(shí)為50mm；當(dāng)夯擊能為40006000 kNm時(shí)為100mm；當(dāng)夯擊能大于6000 kNm時(shí)為200mm；(2) 夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起； (3) 不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。 設(shè)計(jì)計(jì)算 強(qiáng)夯置換夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試夯確定，且應(yīng)同時(shí)滿足下列條件： (1) 墩底穿透軟弱土層，且達(dá)到設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)； (2) 累計(jì)夯沉量為設(shè)計(jì)墩長(zhǎng)的1.52.0倍； (3) 最后兩擊的平均夯沉量不大于強(qiáng)夯的規(guī)定值。 夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點(diǎn)夯23遍，對(duì)于滲透性較差的細(xì)顆粒土

9、，必要時(shí)夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。最后再以低能量滿夯2遍，滿夯還可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。設(shè)計(jì)計(jì)算 強(qiáng)夯夯點(diǎn)的夯擊擊數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，且應(yīng)同時(shí)滿足下列條件： (1) 最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能量小于4000 kNm時(shí)為50mm；當(dāng)夯擊能為40006000 kNm時(shí)為100mm；當(dāng)夯擊能大于6000 kNm時(shí)為200mm；(2) 夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起； (3) 不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。 5. 夯擊擊數(shù)與遍數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)場(chǎng)地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層，可直接施行強(qiáng)夯，無(wú)需鋪設(shè)墊層；對(duì)地下水位較高的飽和粘性土與易

10、液化流動(dòng)的飽和砂土，都需要鋪設(shè)砂、砂礫或碎石墊層才能進(jìn)行強(qiáng)夯，否則土體會(huì)發(fā)生流動(dòng)。墊層厚度隨場(chǎng)地的土質(zhì)條件、夯錘重量及其形狀等條件而定。 6. 墊層鋪設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算 7. 間歇時(shí)間各遍間的間歇時(shí)間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時(shí)間 砂性土 消散快 間歇時(shí)間短 連續(xù)夯粘性土 消散慢 間歇時(shí)間長(zhǎng) 設(shè)置袋 裝砂井 加速消散 設(shè)計(jì)計(jì)算 8. 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)計(jì)測(cè)試工作一般有以下幾個(gè)方面內(nèi)容： 地面及深層變形 孔隙水壓力 側(cè)向擠壓力 振動(dòng)加速度施工機(jī)械 我國(guó)絕大多數(shù)強(qiáng)夯工程只具備小噸位起重機(jī)的施工條件，所以只能使用滑輪組起吊夯錘，利用自動(dòng)脫鉤的裝置，如下圖，使錘形成自由落體。 1-吊鉤 2-鎖卡焊合件 3、6-螺栓 4-開口銷 5-架板 7-墊圈 8-止動(dòng)板 9-銷軸 10-螺母 11-鼓形輪 12-護(hù)板質(zhì)量檢驗(yàn) 強(qiáng)夯施工結(jié)束后應(yīng)間隔一定時(shí)間方能對(duì)地基加固質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)碎石土和砂土地基，其間隔時(shí)間可取714d；對(duì)粉土和粘性土地基可取1428d。強(qiáng)夯置換地基的間隔時(shí)間可取28d。 強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)；強(qiáng)夯置換后的地基，承載力檢驗(yàn)除應(yīng)采用單墩載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)外，尚應(yīng)采用動(dòng)力觸探等有效手段查明置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化，對(duì)飽和粉土地基允許采用單墩復(fù)合地基載荷試驗(yàn)代替單墩載荷試驗(yàn)。質(zhì)量檢驗(yàn) 竣工