巖土工程 地基處理 強夯和強夯置換課件

3強夯和強夯置換3強夯和強夯置換1深層密實是指采用爆破、夯擊、擠壓和振動等方法，對松軟地基土進行振密和擠密。與淺層加固方法的不同點在于：施工機具不同，深度范圍不同。深層密實是指采用爆破、夯擊、擠壓和振動等方法，對松軟地基土進2強夯技術DynamicCompaction強夯技術DynamicCompaction33.1概述

●強夯法在國際上稱動力壓實法或動力固結法?！駨姾皇欠▏鳰enard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。在地基土中所出現(xiàn)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(xiàn)的差異沉降。●強夯置換（或動力置換、強夯擠淤）3.1概述●強夯法在國際上稱動力壓實法或動4強夯法具有以下特點：●1）適用各類土層

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-流塑的黏性土等地基土對變形控制不嚴的工程。

●2）應用范圍廣泛工程范圍極為廣泛，有工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、儲倉、公路和鐵路路基、飛機場跑道及碼頭等。●3）經(jīng)濟效果明顯●4）有效加固深度大●5）施工機具簡單，且施工快捷●6）工程造價低強夯法具有以下特點：53.2加固機理●

國內(nèi)外還沒有一套成熟和完善的理論和設計計算方法?！窈暧^機理和微觀機理●波的傳播●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。3.2加固機理●國內(nèi)外還沒有一套成熟和完善的理論和設計6加固機理加固機理7一、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。Dynamiccompaction

●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。一、動力密實●采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土8

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。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被9a前數(shù)擊加固區(qū)正擴大b加固區(qū)形成c加固區(qū)形成后，等速下沉，加固區(qū)下移

在夯擊動應力的作用下，不同位置的土體處于不同的狀態(tài)，大致可分為四個區(qū)域：A區(qū)為主壓實區(qū)；B區(qū)為次壓實區(qū)；C區(qū)為隆起區(qū)；D區(qū)為未加固區(qū)a前數(shù)擊加固區(qū)正擴大在夯擊動應力的作用下，不同位置10夯坑

在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)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。夯坑在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯11AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)AbuDhabiCorniche(UnitedAra12動力密實的應用范圍動力密實的應用范圍13動力密實的應用范圍動力密實的應用范圍14肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工15動力密實的應用動力密實的應用16動力密實的應用動力密實的應用17水下地基加固水下地基加固18動應力等值線干密度等值線●強夯擠密過程中地基土中動應力及干密度隨著深度和水平距離的增加而減小，且具有明顯的向水平向擴展的趨勢，側向擠密作用非常明顯。動應力等值線干密度等值線●19夯坑沉降和周圍地面隆起強夯過程中，隨著夯擊次數(shù)的增加，夯坑深度加大，夯坑周圍底面產(chǎn)生不同程度的隆起。當平均隆起量小于沉降量時，存在動力擠密作用。●最佳夯擊能：沉降量與隆起量相當時，動力擠密作用不明顯，此時對應的夯擊能量。夯坑沉降和周圍地面隆起強夯過程中，隨著夯擊次數(shù)20二、動力固結

用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)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(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。由于軟土的觸變性，強度得到提高。Dynamicconsolidation二、動力固結用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借211）飽和土的壓縮性；2）產(chǎn)生液化；3）滲透性變化；4）觸變恢復Menard認為：飽和土是可壓縮的新機理。強夯時動力固結主要表現(xiàn)四點：1）飽和土的壓縮性；2）產(chǎn)生液化；3）滲透性變化；4）觸變恢22●1)飽和土的壓縮性Menard教授認為，由于土中有機物的分解，第四紀土中大多數(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)，進行強夯時，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，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)實驗，每夯擊一遍，氣體體積可減少40%。●2)局部產(chǎn)生液化在重復夯擊作用下，施加在土體的夯擊能量，使氣體逐漸受到壓縮。因此，土體的沉降量與夯擊能成正比。當氣體按體積百分比接近零時，土體便變成不可壓縮的。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(chǎn)生液化。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。當液化度為100%時，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，吸附水變成自由水，土的強度下降到最小值。一旦達到“飽和能”而繼續(xù)施加能量時，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費?！?)飽和土的壓縮性Menard教授認為，由于土中有機物的23●3)滲透性變化在很大夯擊能作用下，地基土體中出現(xiàn)沖擊波和動應力。當所出現(xiàn)的超孔隙水壓力大于顆粒間的側向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以順利排出。在有規(guī)則網(wǎng)格布置夯點的現(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。當孔隙水壓力消散到小于顆粒間的側向壓力時，裂隙即自行閉合，土中水的運動重新又恢復常態(tài)。國外資料報道，夯擊時出現(xiàn)的沖擊波，將土顆粒間吸附水轉化成為自由水，因而促進了毛細管通道橫斷面的增大?！?)觸變恢復在重復夯擊作用下，土體的強度逐漸減低，當土體出現(xiàn)液化或接近液化時，使土的強度達到最低值。此時土體產(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，土的抗剪強度和變形模量都有了大幅度的增長。這時自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是具有觸變性土的特性?！?)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24產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況

●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。當液化度為100%時，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，吸附水變成自由水，土的強度下降到最小值。一旦達到“飽和能”而繼續(xù)施加能量時，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費。產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況●孔隙水壓力與液化壓力之比稱為液化度25產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況

夯擊三遍的情況

●夯擊三遍的情況。每夯擊一遍，體積變化有所減少，而地基承載力有所增長，但體積變化和承載力的提高，并不是遵照夯擊能的線性增加的。產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況夯擊三遍的情況●夯擊三遍的情況。每26由于土體產(chǎn)生裂隙或趨于液化，引起滲透性增大。滲透性變化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)象由于土體產(chǎn)生裂隙或趨于液化，引起滲透性增大。滲透性變化在夯坑27靜力固結理論與動力固結理論的模型比較a）靜力固結理論模型；b）動力固結理論的模型

●Menard根據(jù)強夯法的實踐，首次對傳統(tǒng)的固結理論提出了不同看法，認為飽和土是可壓縮的新機理。彈簧活塞模型靜力固結理論與動力固結理論的模型比較彈簧活塞模型28靜力固結和動力固結理論對比表靜力固結理論動力固結理論①不可壓縮的液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是不變的③彈簧剛度是常數(shù)④活塞無摩阻力①含有少量氣泡的可壓縮液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的③彈簧剛度為變數(shù)④活塞有摩阻力靜力固結和動力固結理論對比表靜力固結理論29青島港8號碼頭強夯工程青島港8號碼頭強夯工程30青島港8號碼頭強夯工程青島港8號碼頭強夯工程31動力置換類型

整式置換樁式置換三、動力置換

Dynamicreplacement動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁(或墩)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限來維持樁體的平衡，并與樁間土起復合地基的作用。動力置換類型整式置換32樁式置換樁式置換33巖土工程地基處理強夯和強夯置換34動力置換(Railwaytrack,Malaysia)整式置換動力置換(Railwaytrack,Malaysi35動力置換ALEXANDRIACITYCENTER(Shoppingcenter-Egypt)樁式置換動力置換ALEXANDRIACITYCENTER36動力置換的應用范圍動力置換的應用范圍37動力置換的應用范圍動力置換的應用范圍383.3設計計算3.3.1強化法設計要點一、有效加固深度

H——有效加固深度(m)M——夯錘重(t)h——落距(m)α——系數(shù)

有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表預估：一般可理解為：經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。3.3設計計算3.3.1強化法設計要點H——有效加39●《建筑地基處理技術規(guī)范》中規(guī)定：強夯法的有效加固深度應根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定?！袢鄙僭囼炠Y料或經(jīng)驗是可按下表確定?！瘛督ㄖ鼗幚砑夹g規(guī)范》中規(guī)定：強夯法的有效加固深度應根據(jù)40二、夯擊能量的確定---夯錘和落距

●單擊夯擊能為夯錘重M與落距h的乘積。一般說夯擊時最好錘重和落距大，則單擊能量大，夯擊擊數(shù)少，夯擊遍數(shù)也相應減少，加固效果和技術經(jīng)濟較好。整個加固場地的總夯擊能量(即錘重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積稱為單位夯擊能。

錘重應根據(jù)有效加固深度選用。二、夯擊能量的確定---夯錘和落距●單擊夯擊能為夯錘重M41●夯錘重量●夯錘平面：圓形和帶有氣孔的錘較好●錘底面積：宜按土的性質確定●夯錘的高寬比：控制高寬比以防產(chǎn)生偏錘現(xiàn)象●夯錘材料●夯錘的落距：8-25m●夯錘重量42三、夯擊點布置及間距

●1)夯擊點布置：夯擊點布置一般為三角形或正方形。工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。

強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍，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。對一般建筑物，每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m?！?)夯擊點間距夯擊點間距(夯距)的確定，一般根據(jù)地基土的性質和要求處理的深度而定。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。以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙為基本原則。夯距通常為3—12m

三、夯擊點布置及間距●1)夯擊點布置：夯擊點布置一般為三43加固寬度計算圖加固寬度計算圖44間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利

夯擊點布置及夯擊次序

間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利夯擊點布置及夯擊次序45ThermalK-12EducationalPark,CoachellaValleyCalifornia(US)美國加州某工程夯點布置（正方形）ThermalK-12EducationalPark,46NICEAIRPORT(France)NICEAIRPORT(France)47AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)AbuDhabiCorniche48四、夯擊擊數(shù)與遍數(shù)

●1.夯擊擊數(shù)每遍每夯點的夯擊擊數(shù)應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足下列條件：a.最后兩擊的夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當單擊夯擊能小于4000kN·m時為50mm；當單擊夯擊能為4000～6000kN·m時為100mm；當單擊夯擊能大于6000kN·m時為200mm；b.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起；c.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難?？傊骱粨酎c的夯擊數(shù)，應使土體豎向壓縮最大，而側向位移最小為原則，一般為4～10擊?！裾麄€加固場地的總夯擊能量(即錘重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積稱為單位夯擊能?！耖g歇時間四、夯擊擊數(shù)與遍數(shù)●1.夯擊擊數(shù)每遍每夯點的夯擊擊數(shù)49最佳夯擊能

在夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力這樣的夯擊能稱為最佳夯擊能?！?）粘性土最佳夯擊能的確定方法：孔壓疊加，用有效加固深度?！?）砂性土最佳夯擊能的確定方法：繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)(夯擊能)的關系曲線來確定最佳夯擊能。當孔隙水壓力增量隨著夯擊擊數(shù)(夯擊能)增加而逐漸趨于恒定時，可認為該種砂土所能接受的能量已達到飽和狀態(tài)，此能量即為最佳夯擊能。最佳夯擊能在夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓50夯擊擊數(shù)與遍數(shù)

●2.夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質和平均夯擊能確定?？刹捎命c夯2～3遍，對于滲透性較差的細顆粒土，必要時夯擊遍數(shù)可適當增加。最后再以低能量滿夯一遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印彼此搭接。

分遍夯的好處：a.大的間距可避免強夯過程中淺層硬殼層的形成。b.對飽和細粒土c.對飽和粗粒土夯擊擊數(shù)與遍數(shù)●2.夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質51滿夯

滿夯52五、墊層鋪設

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，因此有時必需鋪設墊層。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，都需要鋪設砂、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0.5～1.5m。鋪設的墊層不能含有粘土。處理飽和砂土和軟土，坑底易涌土涌砂，故墊層材料不宜用砂。五、墊層鋪設強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬53六、兩遍夯擊間歇時間

●各遍間的間歇時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間?！駥ι靶酝粒紫端畨毫Φ姆逯党霈F(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有2～4min，故對滲透性較大的砂性土，兩遍夯間的間歇時間很短，亦即可連續(xù)夯擊。砂性土孔隙水壓力消散曲線六、兩遍夯擊間歇時間●各遍間的間歇時間取決于加固土層中孔隙54黏性土孔隙水壓力消散曲線●對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔隙水壓力亦相應地疊加，其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況，一般為3～4周。目前，國內(nèi)有的工程對粘性土地基的現(xiàn)場埋設了袋裝砂井(或塑料排水帶)，以便加速孔隙水壓力的消散，縮短間歇時間。有時根據(jù)施工流水順序先后，兩遍間也能達到連續(xù)夯擊的目的。黏性土孔隙水壓力消散曲線●對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，55巖土工程地基處理強夯和強夯置換563.3.2強夯置換法設計要點一、強夯置換墩材料二、強夯置換墩的深度三、墩位布置四、置換墩地基承載力3.3.2強夯置換法設計要點一、強夯置換墩材料573.3.3降水聯(lián)合低能級強化法設計要點一、降排水體系二、夯擊能量三、間歇時間四、夯擊擊數(shù)3.3.3降水聯(lián)合低能級強化法設計要點一、降排水體系583.4施工方法1.施工機具和設備2.施工步驟3.施工要點3.4施工方法1.施工機具和設備59強夯施工中應注意以下幾點：①由于強夯法的許多設計參數(shù)還具有經(jīng)驗性，影響因素又較多，因而在正式施工前應進行試夯，以校正各設計施工參數(shù)，編制正式施工方案并指導施工。②強夯前應查明場地范圍內(nèi)地下構筑物、管線和其他設施的位置及標高等參數(shù)。③強夯施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建筑物或設備會產(chǎn)生有害影響時，應設監(jiān)測點，并采取隔振溝等隔振或者防振措施。④當?shù)叵滤桓呋蛘吆豢觾?nèi)積水影響施工時，宜采用人工降低地下水或者鋪設一定厚度松散材料，使地下水位低于坑底面以下2m。⑤施工設備關鍵部位檢查。⑥施工順序是先深后淺，即先加固深層土，后加固淺層土。⑦夯錘起落過程中注意安全。強夯施工中應注意以下幾點：603.5現(xiàn)場觀測與質量檢驗1.現(xiàn)場觀測：地面及深層變形；孔隙水壓力；側向擠壓力；振動加速度。2.質量檢驗3.5現(xiàn)場觀測與質量檢驗1.現(xiàn)場觀測：地面及深層變形；孔61圖中陰影部分面積越大說明夯實效果越好。圖中陰影部分面積越大說明夯實效果越好。62●將地表的最大振動加速度為0.98m/s2處作為設計時振動影響安全距離。●強夯施工對附近建筑物和施工的建筑物的影響肯定要比地震的影響小?！癯２捎迷诤粎^(qū)周圍設置隔振溝?！駥⒌乇淼淖畲笳駝蛹铀俣葹?.98m/s2處作為設計時振動影63質量檢驗

強夯施工結束后應間隔—定時間方能對地基加固質量進行檢驗。其間隔時間對碎石土和砂土地基可取l～2周：對粉土和粘性土地基可取3～4周。室內(nèi)試驗十字板試驗動力觸探試驗靜力觸探試驗旁壓試驗載荷試驗波速試驗旁壓試驗

質量檢驗強夯施工結束后應間隔—定時間方能對地基加固質64巖土工程地基處理強夯和強夯置換65巖土工程地基處理強夯和強夯置換66強夯法強夯法67強夯法強夯法68強夯法強夯法69強夯法強夯法70強夯法強夯法71王曲電廠8000KN.M強夯2王曲電廠8000KN.M強夯272榆次大乘寺2000KN.M強夯榆次大乘寺2000KN.M強夯73內(nèi)蒙古準格爾旗沙圪堵工業(yè)園20萬聚氯乙烯項目地基強夯處理工程主要能擊為6000KN.m，總面積為330000平方米。工程從2009年8月開工，于2009年10月完工。內(nèi)蒙古準格爾旗沙圪堵工業(yè)園20萬聚氯乙烯項目地基強夯74太鋼鋼建集團無縫鋼管廠項目廠區(qū)地基強夯處理。本工程總面積400000萬m2，采用單位夯擊能4000kn.m，工程施工從2008年4月開始到2008年8月完工太鋼鋼建集團無縫鋼管廠項目廠區(qū)地基強夯處理。本工程總面積4075晉城煤業(yè)集團10萬噸/年合成油示范工程項目晉城煤業(yè)集團10萬噸/年合成油示范工程項目，位于晉城市礦務局。由山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司投資建設，該項目總投資為1350萬美元。其中企業(yè)自籌385萬美元，擬引資965萬美元。項目建成后，可實現(xiàn)年銷售收入130萬美元。晉城煤業(yè)集團10萬噸/年合成油示范工76陜西神木富油能源有限公司生產(chǎn)區(qū)地基強夯處理工程

中低溫煤焦油及煤制氫廠區(qū)地基處理，單位夯擊能點夯為8000KN.M，滿夯為4000kn.m。陜西神木富油能源有限公司生產(chǎn)區(qū)地基強夯處理工程773強夯和強夯置換3強夯和強夯置換78深層密實是指采用爆破、夯擊、擠壓和振動等方法，對松軟地基土進行振密和擠密。與淺層加固方法的不同點在于：施工機具不同，深度范圍不同。深層密實是指采用爆破、夯擊、擠壓和振動等方法，對松軟地基土進79強夯技術DynamicCompaction強夯技術DynamicCompaction803.1概述

●強夯法在國際上稱動力壓實法或動力固結法?！駨姾皇欠▏鳰enard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。在地基土中所出現(xiàn)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(xiàn)的差異沉降?！駨姾恢脫Q（或動力置換、強夯擠淤）3.1概述●強夯法在國際上稱動力壓實法或動81強夯法具有以下特點：●1）適用各類土層

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-流塑的黏性土等地基土對變形控制不嚴的工程。

●2）應用范圍廣泛工程范圍極為廣泛，有工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、儲倉、公路和鐵路路基、飛機場跑道及碼頭等。●3）經(jīng)濟效果明顯●4）有效加固深度大●5）施工機具簡單，且施工快捷●6）工程造價低強夯法具有以下特點：823.2加固機理●

國內(nèi)外還沒有一套成熟和完善的理論和設計計算方法?！窈暧^機理和微觀機理●波的傳播●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。3.2加固機理●國內(nèi)外還沒有一套成熟和完善的理論和設計83加固機理加固機理84一、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。Dynamiccompaction

●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。一、動力密實●采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土85

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。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被86a前數(shù)擊加固區(qū)正擴大b加固區(qū)形成c加固區(qū)形成后，等速下沉，加固區(qū)下移

在夯擊動應力的作用下，不同位置的土體處于不同的狀態(tài)，大致可分為四個區(qū)域：A區(qū)為主壓實區(qū)；B區(qū)為次壓實區(qū)；C區(qū)為隆起區(qū)；D區(qū)為未加固區(qū)a前數(shù)擊加固區(qū)正擴大在夯擊動應力的作用下，不同位置87夯坑

在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)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。夯坑在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯88AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)AbuDhabiCorniche(UnitedAra89動力密實的應用范圍動力密實的應用范圍90動力密實的應用范圍動力密實的應用范圍91肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工92動力密實的應用動力密實的應用93動力密實的應用動力密實的應用94水下地基加固水下地基加固95動應力等值線干密度等值線●強夯擠密過程中地基土中動應力及干密度隨著深度和水平距離的增加而減小，且具有明顯的向水平向擴展的趨勢，側向擠密作用非常明顯。動應力等值線干密度等值線●96夯坑沉降和周圍地面隆起強夯過程中，隨著夯擊次數(shù)的增加，夯坑深度加大，夯坑周圍底面產(chǎn)生不同程度的隆起。當平均隆起量小于沉降量時，存在動力擠密作用。●最佳夯擊能：沉降量與隆起量相當時，動力擠密作用不明顯，此時對應的夯擊能量。夯坑沉降和周圍地面隆起強夯過程中，隨著夯擊次數(shù)97二、動力固結

用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)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(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。由于軟土的觸變性，強度得到提高。Dynamicconsolidation二、動力固結用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借981）飽和土的壓縮性；2）產(chǎn)生液化；3）滲透性變化；4）觸變恢復Menard認為：飽和土是可壓縮的新機理。強夯時動力固結主要表現(xiàn)四點：1）飽和土的壓縮性；2）產(chǎn)生液化；3）滲透性變化；4）觸變恢99●1)飽和土的壓縮性Menard教授認為，由于土中有機物的分解，第四紀土中大多數(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)，進行強夯時，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，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)實驗，每夯擊一遍，氣體體積可減少40%?！?)局部產(chǎn)生液化在重復夯擊作用下，施加在土體的夯擊能量，使氣體逐漸受到壓縮。因此，土體的沉降量與夯擊能成正比。當氣體按體積百分比接近零時，土體便變成不可壓縮的。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(chǎn)生液化?？紫端畨毫εc液化壓力之比稱為液化度，而液化壓力即為覆蓋壓力。當液化度為100%時，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，吸附水變成自由水，土的強度下降到最小值。一旦達到“飽和能”而繼續(xù)施加能量時，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費?！?)飽和土的壓縮性Menard教授認為，由于土中有機物的100●3)滲透性變化在很大夯擊能作用下，地基土體中出現(xiàn)沖擊波和動應力。當所出現(xiàn)的超孔隙水壓力大于顆粒間的側向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以順利排出。在有規(guī)則網(wǎng)格布置夯點的現(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。當孔隙水壓力消散到小于顆粒間的側向壓力時，裂隙即自行閉合，土中水的運動重新又恢復常態(tài)。國外資料報道，夯擊時出現(xiàn)的沖擊波，將土顆粒間吸附水轉化成為自由水，因而促進了毛細管通道橫斷面的增大。●4)觸變恢復在重復夯擊作用下，土體的強度逐漸減低，當土體出現(xiàn)液化或接近液化時，使土的強度達到最低值。此時土體產(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，土的抗剪強度和變形模量都有了大幅度的增長。這時自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是具有觸變性土的特性?！?)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101產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況

●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。當液化度為100%時，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，吸附水變成自由水，土的強度下降到最小值。一旦達到“飽和能”而繼續(xù)施加能量時，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費。產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況●孔隙水壓力與液化壓力之比稱為液化度102產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況

夯擊三遍的情況

●夯擊三遍的情況。每夯擊一遍，體積變化有所減少，而地基承載力有所增長，但體積變化和承載力的提高，并不是遵照夯擊能的線性增加的。產(chǎn)生液化夯擊一遍的情況夯擊三遍的情況●夯擊三遍的情況。每103由于土體產(chǎn)生裂隙或趨于液化，引起滲透性增大。滲透性變化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)象由于土體產(chǎn)生裂隙或趨于液化，引起滲透性增大。滲透性變化在夯坑104靜力固結理論與動力固結理論的模型比較a）靜力固結理論模型；b）動力固結理論的模型

●Menard根據(jù)強夯法的實踐，首次對傳統(tǒng)的固結理論提出了不同看法，認為飽和土是可壓縮的新機理。彈簧活塞模型靜力固結理論與動力固結理論的模型比較彈簧活塞模型105靜力固結和動力固結理論對比表靜力固結理論動力固結理論①不可壓縮的液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是不變的③彈簧剛度是常數(shù)④活塞無摩阻力①含有少量氣泡的可壓縮液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的③彈簧剛度為變數(shù)④活塞有摩阻力靜力固結和動力固結理論對比表靜力固結理論106青島港8號碼頭強夯工程青島港8號碼頭強夯工程107青島港8號碼頭強夯工程青島港8號碼頭強夯工程108動力置換類型

整式置換樁式置換三、動力置換

Dynamicreplacement動力置換可分為整式置換和樁式置換。整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁(或墩)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限來維持樁體的平衡，并與樁間土起復合地基的作用。動力置換類型整式置換109樁式置換樁式置換110巖土工程地基處理強夯和強夯置換111動力置換(Railwaytrack,Malaysia)整式置換動力置換(Railwaytrack,Malaysi112動力置換ALEXANDRIACITYCENTER(Shoppingcenter-Egypt)樁式置換動力置換ALEXANDRIACITYCENTER113動力置換的應用范圍動力置換的應用范圍114動力置換的應用范圍動力置換的應用范圍1153.3設計計算3.3.1強化法設計要點一、有效加固深度

H——有效加固深度(m)M——夯錘重(t)h——落距(m)α——系數(shù)

有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表預估：一般可理解為：經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。3.3設計計算3.3.1強化法設計要點H——有效加116●《建筑地基處理技術規(guī)范》中規(guī)定：強夯法的有效加固深度應根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定。●缺少試驗資料或經(jīng)驗是可按下表確定?！瘛督ㄖ鼗幚砑夹g規(guī)范》中規(guī)定：強夯法的有效加固深度應根據(jù)117二、夯擊能量的確定---夯錘和落距

●單擊夯擊能為夯錘重M與落距h的乘積。一般說夯擊時最好錘重和落距大，則單擊能量大，夯擊擊數(shù)少，夯擊遍數(shù)也相應減少，加固效果和技術經(jīng)濟較好。整個加固場地的總夯擊能量(即錘重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積稱為單位夯擊能。

錘重應根據(jù)有效加固深度選用。二、夯擊能量的確定---夯錘和落距●單擊夯擊能為夯錘重M118●夯錘重量●夯錘平面：圓形和帶有氣孔的錘較好●錘底面積：宜按土的性質確定●夯錘的高寬比：控制高寬比以防產(chǎn)生偏錘現(xiàn)象●夯錘材料●夯錘的落距：8-25m●夯錘重量119三、夯擊點布置及間距

●1)夯擊點布置：夯擊點布置一般為三角形或正方形。工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。

強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍，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。對一般建筑物，每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m?！?)夯擊點間距夯擊點間距(夯距)的確定，一般根據(jù)地基土的性質和要求處理的深度而定。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。以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙為基本原則。夯距通常為3—12m

三、夯擊點布置及間距●1)夯擊點布置：夯擊點布置一般為三120加固寬度計算圖加固寬度計算圖121間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利

夯擊點布置及夯擊次序

間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利夯擊點布置及夯擊次序122ThermalK-12EducationalPark,CoachellaValleyCalifornia(US)美國加州某工程夯點布置（正方形）ThermalK-12EducationalPark,123NICEAIRPORT(France)NICEAIRPORT(France)124AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)AbuDhabiCorniche125四、夯擊擊數(shù)與遍數(shù)

●1.夯擊擊數(shù)每遍每夯點的夯擊擊數(shù)應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足下列條件：a.最后兩擊的夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當單擊夯擊能小于4000kN·m時為50mm；當單擊夯擊能為4000～6000kN·m時為100mm；當單擊夯擊能大于6000kN·m時為200mm；b.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起；c.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難?？傊?，各夯擊點的夯擊數(shù)，應使土體豎向壓縮最大，而側向位移最小為原則，一般為4～10擊。●整個加固場地的總夯擊能量(即錘重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積稱為單位夯擊能?！耖g歇時間四、夯擊擊數(shù)與遍數(shù)●1.夯擊擊數(shù)每遍每夯點的夯擊擊數(shù)126最佳夯擊能

在夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力這樣的夯擊能稱為最佳夯擊能?！?）粘性土最佳夯擊能的確定方法：孔壓疊加，用有效加固深度。●1）砂性土最佳夯擊能的確定方法：繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)(夯擊能)的關系曲線來確定最佳夯擊能。當孔隙水壓力增量隨著夯擊擊數(shù)(夯擊能)增加而逐漸趨于恒定時，可認為該種砂土所能接受的能量已達到飽和狀態(tài)，此能量即為最佳夯擊能。最佳夯擊能在夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓127夯擊擊數(shù)與遍數(shù)

●2.夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質和平均夯擊能確定。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(shù)可適當增加。最后再以低能量滿夯一遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印彼此搭接。

分遍夯的好處：a.大的間距可避免強夯過程中淺層硬殼層的形成。b.對飽和細粒土c.對飽和粗粒土夯擊擊數(shù)與遍數(shù)●2.夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質128滿夯

滿夯129五、墊層鋪設

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，因此有時必需鋪設墊層。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，都需要鋪設砂、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0.5～1.5m。鋪設的墊層不能含有粘土。處理飽和砂土和軟土，坑底易涌土涌砂，故墊層材料不宜用砂。五、墊層鋪設強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬130六、兩遍夯擊間歇時間

●各遍間的間歇時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間。●對砂性土，孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有2～4min，故對滲透性較大的砂性土，兩遍夯間的間歇時間很短，亦即可連續(xù)夯擊。砂性土孔隙水壓力消散曲線六、兩遍夯擊間歇時間●各遍間的間歇時間取決于加固土層中孔隙131黏性土孔隙水壓力消散曲線●對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔隙水壓力亦相應地疊加，其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況，一般為3～4周。目前，國內(nèi)有的工程對粘性土地基的現(xiàn)場埋設