第4講-強夯和強夯置換

第4講-強夯和強夯置換第一頁，共51頁。3.1概述3.2加固機理3.3設計計算3.4施工方法3.5現場觀測與質量檢驗目錄第二頁，共51頁。3.1概述強夯是法國Menard技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過一般8—30t的重錘(最重可達200t)和8—20m的落距(最高可達40m)，對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500—8000kN.m。地基土中所出現的沖擊波和動應力，可提高地基土的強度、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，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現的差異沉降。第三頁，共51頁。

等等強夯法適用土層碎石土砂土低飽和度的粉土與粘性土濕陷性黃土雜、素填土對于高飽和度的可采用強夯置換法第四頁，共51頁?！督ㄖ鼗幚砑夹g規(guī)范》(JGJ79-2002)規(guī)定

強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的工程。強夯置換法在設計前必須通過現場試驗確定其適用性和處理效果。

第五頁，共51頁。強夯法、強夯置換法的優(yōu)點加固效果好使用經濟施工簡單強夯法加袋裝砂井軟粘土地基的綜合治理第六頁，共51頁。夯錘地面擠壓土體隆起夯擊能沖擊力沖擊波沖切上部土體結構破壞形成夯坑擠壓周圍土體3.2加固機理第七頁，共51頁。某工程測得的單點夯夯坑夯沉量及周圍地表隆起情況

第八頁，共51頁。對非飽和土地基壓密過程基本上同實驗室中的擊實實驗相同，擠密振密效果明顯。

對飽和無粘性土地基土體可能會產生液化，其壓密過程同爆破和振動密實的過程相同。對飽和粘性土地基產生超孔壓，并且逐漸消散，地基土固結，孔隙比減小，強度提高。

第九頁，共51頁。

目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理：動力密實、動力固結和動力置換。取決于地基土的類別和強夯施工工藝。第十頁，共51頁。三種加固機理動力密實加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土動力荷載減小土孔隙，提高強度超孔隙水壓力消散，土體固結

分為整式置換和樁式置換

加密、碎石墩置換、排水的組合

處理細顆粒飽和土

局部產生裂縫，增加排水通道

動力固結動力置換第十一頁，共51頁。3.2.1動力密實

采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。Flash第十二頁，共51頁。

非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起。3.2.1動力密實第十三頁，共51頁。

在沖擊動能作用下，地面會立即產生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.6—1.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯前提高2—3倍。AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)第十四頁，共51頁。夯坑3.2.1動力密實第十五頁，共51頁。肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工第十六頁，共51頁。3.2.1動力密實第十七頁，共51頁。水下地基加固3.2.1動力密實第十八頁，共51頁。巨大的沖擊能量在土中產生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發(fā)生液化并產生許多裂隙，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。由于軟土的觸變性，強度得到提高。3.2.2動力固結第十九頁，共51頁。飽和土的壓縮性：進行強夯時，氣體體積壓縮，孔壓增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，孔壓就減少。

產生液化：土體中氣體體積百分比為零時，就變成不可壓縮的。相應于孔隙水壓力上升到覆蓋壓力相等的能量級，土體即產生液化。繼續(xù)施加能量，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費。滲透性變化：超孔壓大于顆粒間的側向壓力時，致使土顆粒間出現裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數驟增，孔隙水得以順利排出?？讐合⒌叫∮陬w粒間的側向壓力時，裂隙即自行閉合。

4.觸變恢復：在重復夯擊作用下，土體的強度逐漸降低，當出現液化或接近液化時，強度達到最低值。此時土體產生裂隙，而吸附水部分變成自由水，隨著孔壓的消散，土的抗剪強度和變形模量都有大幅度的增長。3.2.2動力固結第二十頁，共51頁。夯擊一遍的情況夯擊三遍的情況

從右圖可以看出，每夯擊一遍時，體積變化有所減少，而地基承載力有所增長，但體積的變化和承載力的提高，并不是遵照夯擊能的算術級數規(guī)律增加的。第二十一頁，共51頁。青島港8號碼頭強夯工程第二十二頁，共51頁。樁式置換：形成樁式或墩式的碎石墩或樁。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁。

整式置換：將碎石整體擠入淤泥中，作用機理類似于換土墊層。動力置換3.2.3動力置換

第二十三頁，共51頁。整式置換第二十四頁，共51頁。樁式置換第二十五頁，共51頁。3.3設計計算有效加固深度是反映地基處理效果的重要參數。其確切定義國內尚無，但一般可以理解為：經強夯加固后，該土層強度提高，壓縮模量增大，加固效果顯著的土層范圍（或者能夠滿足設計要求的范圍）。

可以用下列公式估算有效加固深度：

H=α(M?h)1/2

式中H——有效加固深度（m）M——夯錘重（t）h——落距（m）

α——修正系數。國內則提出：對軟土可取0.5作修正系數，對黃土修正系數取0.34～0.5。3.3.1強夯法設計要點（一）有效加固深度第二十六頁，共51頁。影響H的因素除了錘重和落距外，還有地基土的性質、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位以及其它強夯的設計參數。應根據現場試夯或當地經驗確定有效加固深度如果沒有則根據《建筑地基處理技術規(guī)范》的建議取值

3.3.1強夯法設計要點第二十七頁，共51頁。3.3.1強夯法設計要點單擊夯擊能（kNm）碎石土、砂土等粉士、粘性土、濕陷性黃土等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表3-2強夯的有效加固深度（m）注：強夯的有效加固深度應從起夯面算起。第二十八頁，共51頁。3.3.1強夯法設計要點（二）夯錘和落距夯錘重M與落距h的乘積稱為單擊夯擊能。整個加固場地的總夯擊能量（即錘重×落距×總夯擊數）除以加固面積稱為單位夯擊能。強夯的單擊夯擊能應根據地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可以通過試驗確定。一般情況下，粗粒土可取l000kN·m～6000kN·m，細粒土可取l000kN·m～3000kN·m。國內夯錘重量一般為10t～25t,最大40T，底面為圓形，并對稱設置若干個貫通頂底面的排氣孔，孔徑250mm～300mm，這樣可以降低能量損失，減小起吊吸力等。夯錘落距第二十九頁，共51頁。理論上講，地基中出現孔隙水壓力與土的自重應力相等時的夯擊能成為“最佳夯擊能”。1、粘性土中最佳夯擊能的確定方法可根據孔隙水壓力的疊加值來確定2、砂性土最佳夯擊能的確定方法可以根據孔隙水壓力增量與夯擊擊數（夯擊能）的關系曲線來確定，當孔隙水壓力增量隨夯擊擊數（夯擊能）增加而逐漸趨于穩(wěn)定時，可以認為砂土所能接受的能量已達到飽和狀態(tài)，此能量極為最佳夯擊能。3.3.1強夯法設計要點（三）最佳夯擊能第三十頁，共51頁。3.3.1強夯法設計要點夯擊點位置可以根據建筑物結構類型布置。對基礎面積較大的建（構）筑物，可以按等邊三角形布置，對辦公樓和住宅，可在承重墻位置按等腰三角形布點；對工業(yè)廠房，可根據柱網來布置夯點。強夯的處理范圍應大于基礎范圍。對一般建筑物而言，每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～2/3，并且不宜小于3m。（四）夯擊點布置和間距1.夯擊點布置第三十一頁，共51頁。確定原則：一般根據地基土的性質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鄰近夯坑周圍所產生的輻射向裂隙。1.強夯第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。以后各遍夯擊點間距可適當減小。2.對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。3.強夯置換墩間距應根據荷載大小和原土的承載力選定，當滿堂布置時可取夯錘直徑的2～3倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。

3.3.1強夯法設計要點2.夯擊點間距第三十二頁，共51頁。

某倉庫夯擊點布置（三角形）第三十三頁，共51頁。NICEAIRPORT(France)第三十四頁，共51頁。夯擊擊數強夯夯點的夯擊擊數按現場試夯得到的夯擊擊數和夯沉量關系曲線確定

還要滿足

1.最后兩擊平均夯沉量不宜大于下列數值：單擊夯擊能量小于4000kN*m時為50mm；夯擊能為4000～6000kN*m時為100mm；夯擊能大于6000kN·m時為200mm;

2.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起;

3.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

3.3.1強夯法設計要點第三十五頁，共51頁。夯擊擊數強夯置換點的夯擊擊數按現場試夯得到的夯擊擊數和夯沉量關系曲線確定

還要滿足

1.墩底穿透軟弱土層，且達到設計墩長

;

2.累計夯沉量為設計墩長的1.5～2.0倍

;

3.最后兩擊的平均夯沉量不大于強夯的規(guī)定值。

3.3.1強夯法設計要點（五）夯擊擊數與遍數第三十六頁，共51頁。夯擊遍數

夯擊遍數應根據地基土的性質確定，可采用點夯2～3遍，對于滲透性較差的細顆粒土，必要時夯擊遍數可適當增加。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。搭夯3.3.1強夯法設計要點第三十七頁，共51頁。

強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設備；并便于對所施工的“夯擊能”得到擴散；同時也可加大地下水位與地表面的距離。對場地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層，可直接施行強夯，無需鋪設墊層；對地下水位較高的飽和粘性土與易液化流動的飽和砂土，需要鋪設砂、砂礫或碎石墊層才能進行強夯，否則土體會發(fā)生流動。墊層厚度隨場地的土質條件、夯錘重量及其形狀等條件而定。當場地土質條件好，夯錘小或形狀構造合理，起吊時吸力小者，也可減少墊層厚度。墊層厚度一般為0.5～2.0m，保證地下水位低于坑底面以下2m。鋪設的墊層不能含有粘土。

3.3.1強夯法設計要點（六）墊層鋪設第三十八頁，共51頁。3.3.1強夯法設計要點砂性土消散快間歇時間很短連續(xù)夯粘性土消散慢孔壓疊加間歇時間長設置袋裝砂井加速消散縮短間歇時間砂土可連續(xù)，粘性土3~4周。

需要分兩遍或多遍夯擊的工程，兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔。各遍間的間隔時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間。（七）間歇時間第三十九頁，共51頁。3.4施工方法3.4.1施工機械強夯法的主要設備為夯錘、吊鉤和起重機械等。第四十頁，共51頁。3.4.1施工機械排氣孔排氣孔的作用：減少起吊夯錘時的吸力和夯錘落地前瞬時的氣墊上托力第四十一頁，共51頁。3.4.1施工機械西歐國家大多采用大噸位的履帶式起重機起吊夯錘，其穩(wěn)定性好，行走方便；日本則采用輪胎式起重機進行強夯，效果令人滿意。另外，國外除使用現成的履帶起吊機外，還制造了常用的三足架和輪胎式強夯機，可以起吊重達40t的夯錘，落距可達40m。我國絕大多數強夯工程只具備小噸位起重機的施工條件，只能使用滑輪組起吊夯錘，利用自動脫鉤裝置（圖3-9（p50）），使夯錘自由下落。拉動自動脫鉤器的鋼絲繩，其一端拴在樁架的架盤上，以鋼絲繩的長短控制夯錘的落距。夯錘掛在脫鉤器的鉤上，當吊鉤提升到要求的高度時，張緊的鋼絲繩將脫鉤器的伸臂拉轉一個角度，致使夯錘突然落下。自動脫鉤裝置應具有足夠的強度，而且施工時要求靈活。為了防止落錘時起重機架傾覆，應采用相應的安全保護措施。第四十二頁，共51頁。3.4.1施工機械強夯脫鉤裝置圖

1-吊鉤2-鎖卡焊合件3、6-螺栓4-開口銷5-架板7-墊圈8-止動板9-銷軸10-螺母11-鼓形輪12-護板

第四十三頁，共51頁。3.4.2施工步驟強夯法施工可以按下列步驟進行：1．清理并平整施工場地；當表土松軟時可鋪設一層厚度為1.0～2.0m的砂石施工墊層；2．標出第一遍夯擊點位置，并測量場地標高；3．起重機就位，使夯錘對準夯點位置；4．測量夯前錘頂高程；5．將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后放下吊鉤，測量錘頂高程；若出現坑底不平而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平；6．重復步驟5，按設計規(guī)定的夯擊次數和控制標準，完成一個夯點的夯擊；7．重復步驟3～6，完成第一遍全部夯點的夯擊；8．用推土機填平夯坑，并測量場地高程；9．在規(guī)定的間歇時間后，重復以上步驟逐次完成全部夯擊遍數，最后用低能量滿夯，使場地表層松土密實，并測量夯后場地高程。

第四十四頁，共51頁。3.4.2施工步驟強夯法施工可以按下列步驟進行：注意：當地下水位較高，夯坑底積水而影響施工時，宜采用人工降低地下水位的方法或鋪設一定厚度的松散材料。夯坑內或場地積水應及時排除。當強夯施工所產生的振動對鄰近建筑物或設備產生有害影響時，應采取防振或隔振措施。第四十五頁，共51頁。3.5現場觀測與質量檢驗3.5.1現場觀測現場測試工作是強夯施工中的一個重要組成部分。因此，在大面積施工之前應選擇面積不小于400m2的場地，進行現場試驗以取得強夯設計數據。測試工作一般有以下幾個方面的內容：（1）地面及深層變形

地面變形研究的目的是：

1．了解地表隆起的影響范圍及墊層的密實度變化；2．研究夯擊能與夯沉量的關系，用以確定單點最佳夯擊能；3．確定場地平均沉降量和搭夯的沉降量，以便用來研究強夯的加固效果。

變形研究手段有：地面沉降觀測、深層沉降觀測和水平位移觀測。第四十六頁，共51頁。3.5.1現場觀測（2）孔隙水壓力

一般可在試驗現場沿夯擊點等距離的不同深度和等深度的不同距離埋設鋼弦式孔隙水壓力儀，在夯擊作用下