软土地基处理强夯置换法施工技术

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、笔动力阿夯实强夯踢加固我多孔别隙颗毒粒、行非饱胃和土梦是基留于动纯力夯败实的壶机理介。夯淘锤夯将击地湾面的盆冲击滋能量您是以磁振动落波的曾形式波在地议基中窗传播恩，其勒中对晶地基其加固约起作辣用的续主要吐是纵壤波和淹横波腹。纵葬波使乎土体晒受拉斤、压撞作用限，使内孔隙纯水压漫力增许加，劳导致吴土骨吊架解福体；孝横波体使解浇体的摄土颗老粒处违于更祝密实吊的状注态。港因此畏，土球体在垂冲击艰能量版作用蚊下，贯被挤月密压土实，躬强度孔提高怪，压连缩性绢降低薄。根据邮工程届实践灭，非祝饱和淹土夯刘击一省遍后抛，夯系坑可吗达0蓄.6余~1牌.0源m深供，坑作底形水成一爆层厚凑度为末夯坑卧直径凭1.搜0~喝1.会5倍捕的硬砖壳层闯，承尤载力稳可提楼高2冶~3汗倍。14三、谣动力托置换动力相置换迹是指肾在冲敏击能序量作把用下钟，强稻行将雨砂、抱碎石养等挤谋填到闷饱和贿软土乳层中阀，置才换饱芝和软肢土，浓形成秃密实苹的砂顿、石絮层或扔桩柱拿。目前努，动动力置镇换有规3种铸形式括：（1后）动亚力置受换砂扬柱：哨当地广基表崖层为辜适当办厚度栽的砂击覆盖稀层，形其下谱卧层分为高语压缩响性淤尼泥质舞软土垄时，唇采用笔较低役的夯崭击能块将表援层砂广夯挤服入软迟土层耳中，赶形成飘一根牵根砂鹿柱。（2受）动钩力置侨换碎高石桩袍：先奔在软刃土表锐面堆淘铺一闭层碎健石料芬，利础用夯在锤夯辟击成宏孔，凭向夯练坑中队填料玻后再沿夯击矮，直召至夯鬼实成袍桩。（3地）动尚力置虚换挤森淤：痛在厚群度不断是很兔大的责淤泥涉质软斜土层绸上抛决填石匆块，且利用颠抛石闷自重狸和夯并锤冲期击力屈使块直石沉世到持每力硬不土层肺，将违大部默分淤晓泥挤泽走，糖少量锅留在浴石缝花中，技利用翁块石绪之间卖的相孟互接扎触，缴提高搏地基数的承免载能板力。159.斗2站强悔夯法日设计妖计算一、背强夯礼参数新选择（一冶）有忙效加柄固深框度强夯哲法的地有效倾加固免深度延是指汽起夯织面以她下，猎经强显夯加模固后忧，土扎的物附理力惹学指纳标已裤达到色或超舅过设兰计值悠的深尾度。捐其判沾别标呜准可讨参考率表9悄.2遵-1融。强夯妥法的握有效卖加固六深度霜应根归据现构场试散夯或奇当地住经验捷确定丧，在妹缺少碑资料治或经攻验时厘可按钩表9赤.2戴-2等预估镇。16171819（二贤）每弊次夯抹点的寄夯击使次数夯点放的夯宜击次毛数，跪应按骨现场奖试夯毒得到他的夯很击次雅数和耕夯沉讲量关添系曲冈线确背定，珠并应麻同时叹满足姻下列田条件第：1脏最庙后两哗击的搏平均裂夯沉丢量不娱宜大猪于下盖列数脑值：芒当单改击夯呆击能掩小于厅4表00从0k羡N·还m时瘦为5六0m嫂m；挑当单葵击夯劣击能思为很40使00橡~商60敌00宰kN串·m惰时为趋1开00盈mm云；当梢单击岭夯击续能大岩于绿60份00持kN傻·m皇时为贤20挺0m吧m；基2秃夯坑拔周围吃地面读不应辜发生横过大爽的隆圈起；纽奉3烧不因阻夯坑散过深才而发乡丰生提厚锤困火难。20（三茫）夯椅击遍锡数夯击脑遍数虑应根将据地案基土勉的性活质确也定，观可采臂用点候夯限2~碌3徐遍，雹对于范渗透榴性较暖差的将细颗锐粒土虑，必驼要时买夯击拳遍数辰可适文当增兼加。劝最后渣再以歇低能摩量满讽夯册2遍读，满松夯可爹采用免轻锤蒜或低楚落距蚁锤多脉次夯帮击，桂锤印腰搭接园。21（四累）两疲遍夯家击之烦间的属时间惭间隔两遍凶夯击断之间品应有婶一定隶的时彻间间缠隔，轿间隔挑时间索取决删于土至中超婶静孔放隙水竿压力段的消悟散时厚间。诉当缺笑少实伙测资电料时博，可狐根据页地基筛土的恳渗透纪性确叹定，则对于梢渗透派性较唱差的滑粘性朗土地塑基，闭间隔催时间陕不应骨少于冈3甘~陷4周箱；对榴于渗雕透性币好的摩地基姨可连娘续夯队击。22（五计）夯鸟击点羽位置夯击厅点位竟置可评根据钱基底涨平面盼形状萍，采丹用等喉边三视角形刮、等更腰三披角形尘或正续方形昨布置殖。第鞠一遍下夯击饭点间研距可充取夯折锤直瞧径的跑2悉.防5~泛3迈.落5倍郑，第佣二遍导夯击剧点位测于第姐一遍抱夯击赖点之庄间。以后折各遍监夯击控点间谨距可也适当队减小呀。对吓处理瞒深度邪较深依或单详击夯笨击能贵较大沸的工汪程，哲第一致遍夯赏击点妹间距若宜适功当增宾大。23(六浑）强蹄夯处争理范赚围强夯股处理浸范围念应大梳于建甜筑物王基础蔬范围苍，每悉边超菜出基召础外淘缘的陷宽度老宜为即基底妥下设伴计处若理深配度的妥1瓦/2烫至覆2/雅3，复并不传宜小塑于浪3m涌。24（七盆）现桨场试介夯根据脉初步僵确定焦的强阿夯参汤数，蹄提出彻强夯曾试验魄方案臣，进信行现供场试抗夯。辱应根妻据不害同土痒质条鱼件待皮试夯乎结束疲一至热数周兽后，德对试底夯场私地进蔽行检采测，查并与匙夯前雁测试估数据乘进行留对比永，检谈验强宿夯效友果，陆确定奶工程助采用喝的各对项强巡寿夯参返数。25（八市）强肉夯地陈基承井载力遇特征朽值强夯巾地基格承载移力特聪征值选应通泽过现捉场载展荷试预验确鸣定，铅初步寸设计府时也齿可根梅据夯册后原攻位测行试和宪土工啦试验替指标渠按现崇行国获家标找准尤《建泉筑地狱基基锻础设弓计规卖范》秤GB璃50鼻00甩7有蚕关规逗定确丙定。（九患）强两夯变玩形计背算强夯抽地基姥变形枪计算烘应符援合现眉行国雁家标距准爆《建坏筑地竟基基贩础设供计规擦范》求GB朗50政00纯7有绪关规葡定。霸夯后承有效玻加固订深度稍内土己层的开压缩颠模量钥应通草过原脏位测扰试或颂土工躬试验钳确定饮。26272829二、勉施工具方案软的制唯定（一轿）应袜取得蜓的资标料(1素)场地何地层约分布惩、土克层的革均匀休性及压承载联能力窗；(2谈)土的盛物理标力学控性质燃、地键下水薪类型江及埋狗藏条义件；场地蹲周围腐建筑招物的碑情况止，离恢场地究的距丛离以管及场崭地内夏各种惰地下伪管线偿的位猪置和完标高柜。(3搏)场地仔周围慰建筑删物的虽情况民，离峰场地凝的距挨离以恢及场须地内贱各种场地下糠管线钢的位总置和岛标高哨。303132但锤县重越惰大，散对起垫吊设阿备要听求越溜高，驱一般代国内京常用紧的夯乔锤有劣8t、1年0t、1氏2t、1系6t、2泽0t、2检5t几种廉，落烘距为命8~摄20脊m。蚊因此罩，在湖起吊技设备独能力医范围喉内可闹选质烈量大喊的锤锐。2）闯夯锤墙的选江择夯锤默的材企料可叼采用谦铸钢丹，也目可采炭用钢度板壳呆内填蕉混凝斥土。夯锤肚的形丹状有简方柱唇体和见圆台堡状等舟，常户用的都锤体票结构店见图察9.叮2-危4。晴根据桂实践领，一茧般锥柔底锤戏、球姑底锤贤的加坝固效台果较看好，霜适用耽于加奔固较否深层豆土体字，而予平底异锤适胁用于舒浅层挤及表龟层地剖基加振固。33夯锤晶的底泥面积藏对加忠固效榜果也少有直篇接的买影响俘，对横同样叮的锤耗重，梳当锤乒底面舟积太瓣小时兴，静剩压力志就大舟，夯各锤对闸地基挠土的挑作用率以冲筑切力客为主帜；若旧锤底坦面积绪过大家，静慌压力季就太屿小，昨达不伸到加况固效仙果。叫锤底爸面积蝴应按隔土的张性质腔确定乏，一喂般锤肢底静果压力舱可取遍25秤~4震0k含Pa洗，对废饱和懂细颗突粒土俱宜取宁较小看值。晃对砂芒土，问锤底军面积详一般鸽为2择~4川M2，对触粘性皂土一字般为件3~靠4m2，淤怒泥质怒土可陡取4男~6辽m2。3435（3最）初沈步确雷定夯立击点及间距趋、布膝置方凉式及华夯击纵次数翻、夯袜击遍笨数等见。（4头）根窃据初腾步确滨定的为强夯聋参数量，提徐出一寨组或楼几组缝试验犬方案腿，并鲁根据构实际艇情况泰，确狼定机秒具类秤型和宰数量凉。（三队）试辫夯（1摄）在昆施工壶场地路选取脾一个仪或几肝个地舅质条馆件有号代表扩性的代试验楚区，崭平面足尺寸尿不小席于2堵0×钟20霸m。（2档）在昌试验庭区内宵进行垃详细痕的原竟位测铸试，雄采取奋原状固土样迅测定厚有关舟数据裤。（3绩）根扎据拟他定的则一组趟或几统组试云验方鹅案进桃行现咳场试技夯施哥工。36（4盲）施收工中男应做暮好现腐场测忍试和终记录墓。测添试内促容包发括：染夯点摔沉降阀观测必（以拐测出汪每个神夯点北的每管一击锁夯沉迟量及大总夯鹊沉量裙）、绑夯坑旬周围往隆起神、振樱动影菠响范辫围、晨饱和刃软粘租土孔骆隙水团压力描的增冶长和剖消散馆情况炭等。（5塞）夯胞击结绣束后创1~加4周估进行锻试夯晕效果赤检验遣，并产与试退夯前皮的数晶据进询行对匠比。（6稍）检材验试叙夯前冒后的系测试圾资料滑，分做析试呈夯效宫果是稀否符刑合要交求。蕉如果赠不符逮合要况求，继应补贺夯或另调整熄强夯团参数旗后再咬进行寸试验百。如动果符封合要秋求，笋则由裳夯沉话量与班夯击桶数关隔系曲戚线确邮定最箩佳夯折击数贯，并构正式龟确定折强夯商施工株所采办用的来其它父技术贫参数爷。379.吩3膜强奋夯置滤换法呜设计（一唱）强型夯置成换墩存的深撒度强夯雨置换撒墩的罚深度酷由土友质条开件决医定，例除厚嚷层饱健和粉截土外斤，应流穿透放软土己层，怜到达仔较硬召土层喇上。盲深度两不宜堪超过竟7俯m。（二榆）强垫夯置揉换法语的单陵击夯江击能强夯荐置换法法的经单击组夯击岔能应俗根据亚现场鼓试验牲确定叉。38（3宗）墩什体材卖料墩体展材料动可采涛用级港配良就好的会块石籍、碎伪石、辈矿渣棍、建摆筑垃亏圾等蒙坚硬屿粗颗映粒材狭料，紧粒径权大于唐3撕00中mm翼的颗南粒含逢量不届宜超扁过全怠重的壳3绍0%牙。39（四炮）夯伏点的赵夯击耳次数夯点慨的夯盒击次羊数应勉通过资现场因试夯厦确定拒，且先应同易时满撞足下演列条决件：1族、墩品底穿之透软鼠弱土及层，浩且达境到设膜计墩所长；2、碧累计煌夯沉集量为帆设计并墩长慌的游1筐.5跃~董2.耐0尿倍；3、牺最后大两击比的平给均夯单沉量爸不大某于本烘规范涉的规磁定值捉。即蹄：40最后湖两击伐的平换均夯厚沉量颂不宜惕大于英下列共数值扬：当奶单击壶夯击个能小腐于愿40渐00呜kN王·m疏时为斑50水mm窝；当扑单击慨夯击秀能为袋4逆00社0~炊60甘00嫂kN姻·m挥时为嗽1乡丰00其mm悬；当馅单击邀夯击灰能大钢于读60殊00批kN组·m笔时为愿20军0m睁m；（同散强夯定法）41（五少）墩浙位布训置墩位角布置财宜采丸用等及边三怪角形咳或正拳方形咽。对馆独立沃基础角或条行形基棚础可催根据萄基础清形状翠与宽毫度相钩应布叶置。（六敞）批墩间克距墩间改距应盐根据葛荷载始大小急和原戚土的徐承载怜力选父定，并当满菜堂布耗置时涨可取挣夯锤范直径吼的付2!议3倍握。对挨独立驴基础逮或条朽形基瞧础可泉取夯死锤直累径的谣1摄.坏5~宿2着.0幻玉倍。合墩的块计算渴直径陈可取建夯锤纺直径姜的1创.1践~州1.备2倍跃。42当墩咽间净假距较益大时射，应扬适当念提高颠上部略结构蚀和基偿础的番刚度吉。(七栋）缩慧强夯鸟置换案处理围范围泪同强毁夯法悬；（八障）必墩顶司应铺惕设一竭层厚翼度不陈小于岭50感0m建m的讲压实蔽垫层枯，垫割层材班料可直与墩慌体相居同，持粒径郑不宜渗大于尾1追00危mm。（九联）掏强夯劲置换沉设计图时，挨应预律估地希面抬姨高值锯，并陪在试织夯时貌校正蠢。43（十辫）些强夯邮置换壮法试均验方长案的摊确定防，同捧强夯炊法；（十一忆）检致测项趣目除进淘行现场平载荷院试验检测薯承载恭力和变形会模量外，司尚应采用露超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