強夯施工技術

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強夯法和強夯置換2基本概念

強夯法在國際上稱動力壓實法(DynamlccompactionMethod)或動力固結(jié)法(Dynamicconsolidati0nMethod。它通過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、消除濕陷性黃士的濕陷性等。同時，夯擊能還能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:對于高飽和度的粉土和黏性土地基,采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料．強行夯入并排開軟土,最終形成砂石樁(墩)與軟土的復合地基，此法稱之為強夯置換(或動力置換、強夯擠)(DynamicReplacementMethod)。3適用范圍：

對于強夯法和強夯置換法的適用范圍．中華人民共和圍行業(yè)標準《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)規(guī)定，“強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、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上對變形控制要求不嚴的工程”。

4加固機理

對于土的不同的物理力學特性(顆粒大小、形狀、級配，密實度．內(nèi)聚力，內(nèi)摩擦角．滲透系數(shù))．土的不同類型(飽和士．非飽和土．砂性土，黏性土)和不同的施工工藝(夯擊能，夯點布囂，特殊排水措施)，強夯法的加固機理和效果也是不相同的。

目前．強夯法加固地基有三種不同的加固機理：

動力密實(Dynamiccompaction)

動力固結(jié)(Dynamicconsolidation)

動力置換(DynamicReplacement)5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，使土體內(nèi)的孔隙減小．土體變得密實，從而提高地基土強度。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。

概念：最佳夯擊能6動力固結(jié)

用強夯法處理細顆粒飽和土時．則是借助于動力固結(jié)的理論．即巨大的沖擊能量在土體

中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有的結(jié)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(jié)。由于軟土的觸變

性．強度會逐漸得到提高。7動力固結(jié)

Menard認為飽和土是可壓縮的新機理。歸納成以下四點：

1.飽和土的壓縮性；

2.產(chǎn)生液化；

3.滲透性的變化；

4.觸變恢復。8動力置換

動力置換可分為整式置換和樁式置換，如圖36所示。9動力置換

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)間隔地夯人軟土中，形成樁式(或墩式)的碎石樁(或墩)。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)摩擦角和樁(或墩)間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與樁(或墩)間土起復合地基的作用。

10強夯法設計要點

1.有效加固深度

2.夯錘和落距

3.夯擊點布置和間距

4.夯擊擊數(shù)和遍數(shù)

5.墊層鋪設

6.間歇時間

11強夯法設計要點

1.有效加固深度

目前，國內(nèi)外尚無關于有效加固深度的確切定義，但一般可理解為：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。12強夯法的有效加固深度單擊夯擊能（KN·m）

碎石土、砂土等

粉土、黏性土、濕陷性黃土等-------------------------------------------------------------------

1000

5.0～6.0

4.0～5.0

2000

6.0～7.0

5.0～6.0

3000

7.0～8.0

6.0～7.0

4000

8.0～9.0

7.0～8.0

5000

9.0～9.5

8.0～8.5

6000

9.5～10.0

>8.5～9.0

------------------------------------------------------------------

注：強夯法的有效加固深度應從起夯面算起。

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強夯的單擊夯擊能：為錘重與落距的乘積。應根據(jù)地基土類別、結(jié)構類型荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場試夯確定。在一般情況下，對于粗顆粒土可取1000～6000KN·m/m2；細顆粒土可取1000～3000KN·m/m2。

夯錘重：一般國內(nèi)可取10～25t，最大夯錘為40t。夯錘的平面：一般有園形和方形等形狀．其中又分為有氣孔式和封閉式兩種。錘底面積：按土的性質(zhì)確定，強夯錘底靜壓力值可取25～40kPa，對細顆粒土錘底靜壓力宜取較小值；據(jù)國內(nèi)外資料報道：對砂性土和碎石填土，一般錘底面積為2～4m2；對一般第四紀黏性土建議用3～m2；對于淤泥質(zhì)土建議采用4～6m2；對于黃土建議采用4．5～5．5m2。14

同時應控制夯錘的高寬比，以防止產(chǎn)生偏錘現(xiàn)象．如黃土．高寬比可采用1：2.5～l：2.8。有的文獻也提出，夯坑深度不超過夯錘寬度的一半，否則將有一部分能量損失在土中。

夯錘材料，特別是大噸位的夯錘，多數(shù)采用以鋼板為外殼和內(nèi)灌混凝土的錘。也有混凝土的錘上能臨時裝配鋼板的組合錘。由于錘重的日益增加．錘的材料已趨向于由鋼材鑄成。

落距：夯錘確定后，根據(jù)要求的單點夯擊能量，就能確定夯錘的落距。國內(nèi)通常采用的落距是8～25m。對相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案，這是因為增大落距可獲得較大的接地速度．能將大部分能量有效地傳到地下深處。增加深層夯實效果，減少消耗在地表土層塑性變形的能量。15

3.夯擊點布置

強夯夯擊點位置可根據(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。同時夯擊點布置時應考慮施工時吊機的行走通道。

強夯置換墩位布置宜采用等邊三角形或正方形。對獨立基礎或條形基礎可根據(jù)基礎形狀與寬度相應布置。強夯和強夯置換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。到一般建筑物．每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的l／2～2／3，并不宜小于3m。

夯擊點間距(夯距)：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鄰近夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙為基本原則。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適當減小。最后一遍以較低的能量進行夯擊．彼此重疊搭接，用以確保地表土的均勻性和較高的密實度，俗稱“普夯”(或稱滿夯)。16

4.夯擊擊數(shù)和遍數(shù)

概念：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。強夯夯點的夯擊擊數(shù)和最佳夯擊能一般可通過現(xiàn)場試夯確定．根據(jù)試夯得到的強夯擊數(shù)和夯沉量、隆起量的監(jiān)測曲線來確定。對于飽和度較高的黏性土地基，根據(jù)夯擊擊數(shù)和地基有效壓縮量的關系曲線來確定。對于碎石土、砂土、低飽和度的濕陷性黃土和填土等地基，夯擊次數(shù)可根據(jù)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：

(1)最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當單擊夯擊能量小于4000kN·m時為50mm；當夯擊能為4000～6000kN·m時為l00mm；當夯擊能大于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。17

4.夯擊擊數(shù)和遍數(shù)

強夯夯點的夯擊擊數(shù)和最佳夯擊能也可通過試夯過程中地基中孔隙水壓力的變化來確定。在黏性土中，可根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。在砂性土中，孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，但孔壓增量會隨著夯擊次數(shù)的增加而有所減小。為此可繪制孔隙水壓力增量與夯擊能的關系曲線，當孔隙水壓力增量隨著夯擊擊數(shù)(夯擊能)減小而逐漸趨于恒定時，此能量即為最佳夯擊能。

夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質(zhì)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2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。

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5.墊層鋪設作用：施工前要求擬加固的場地必須具有一層稍硬的表層：（1）使其能支承起重沒備；（2）便于對所施工的“夯擊能”的擴散；（3）加大地下水位與地表面的距離．要求：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黏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(zhì)條件、夯錘重量及其形狀等條件而定。當場地土質(zhì)條件好，夯錘小或形狀構造合理，起吊時吸力小時．也可減少墊層厚度。一般為0.5～2.0m。鋪設的墊層不能含有黏土。

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6.時間間隔夯擊之間時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。當缺少實測資料時，可根據(jù)低級土的滲透性確定，對于滲透性較差的黏性土地基的間隔時間，應不少于3～4周；對于滲透性好的地基土可連續(xù)夯擊。

20強夯置換的設計要點：1.

強夯置換墩材料宜采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等質(zhì)地堅硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的粗顆粒材料．粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30％。2.強夯置換墩的深度由土質(zhì)條件和錘的形狀決定，一般不宜大于7m，采用柱錘時不宜大于10m。當軟弱土層較薄時，強夯置換墩應穿透軟弱層：當軟弱土層深厚時，應按地基的允許變形值或地基的穩(wěn)定性要求確定。3.墩位布置墩位布置宜采用等腰三角形、正方形布置．或按基礎形式布置。強夯置換墩間距應根據(jù)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。

21強夯置換的設計要點：

4.置換墩地基承載力軟黏性土，可只考慮置換墩，不考慮樁間土的作用，其承載力應通過現(xiàn)場單墩載荷試驗來確定。對飽和粉性土可按復合地基考慮，其承載力可通過現(xiàn)場單墩復合地基載荷試驗確定。

22降水聯(lián)合低能級強夯法設計要點：降水聯(lián)合低能級強夯法是在強夯過程中．同時結(jié)合降排水體系降低地下水位，以提高地基處理效果。降水聯(lián)合低能級強夯法適用了“夾砂飽和黏性土地基。其設計要點如下：

1.降排水系統(tǒng)

2.夯擊能

3.間歇時間

4.夯擊擊數(shù)

5.其它23

強夯施工步驟：

(1)清理并平整施工場地；

(2)鋪設墊層，在地表形成硬層，用以支承起重設備，確保機械通行和施工，同時可加大地下水和表層面的距離，防止夯擊的效率降低；

(3)標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；

(4)起重機就位，使夯錘對準夯點位置：

(5)測量夯前錘頂標高；

(6)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；若發(fā)現(xiàn)坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平；

(7)重復步驟6．按設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準．完成一個夯點的夯擊；

(8)重復步驟4～7，完成第一遍全部夯點的夯擊；

(9)用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；

(10)在規(guī)定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場地表層土夯實，并測量夯后場地高程。24

根據(jù)初步確定的強夯參數(shù)，提出強夯試驗方案，進行現(xiàn)場試夯。應根據(jù)不同土質(zhì)條件待試夯結(jié)束一至數(shù)周后，對試夯場地進行測試，并與夯前測試數(shù)據(jù)進行對比，檢驗強夯效果，確定工程采用的各項強夯參數(shù)。強夯置換施工步驟：

1)

清理并平整施工場地；

2)

標出第一遍夯點位置，并測量場地高程；

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)

夯擊并逐級記錄夯坑深度；注意填碎石料；

6)

由內(nèi)而外，隔行跳打原則，完成全部夯點的夯擊；

7)

推平場地，用低能滿夯，將表層松土夯實，并測量場地高程；

8)

鋪設墊層，并分層碾壓密實。25強夯施工過程中現(xiàn)場監(jiān)測工作：

1)開夯前應檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設計要求；

2)在每遍夯擊前，應對夯點放線進行復核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應及時糾正；

3)按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和夯沉量。

對強夯置換還應檢查置換深度。國內(nèi)強夯機現(xiàn)狀

國內(nèi)強夯施工從1975年開始介紹和引進至今，雖經(jīng)歷了二十多年發(fā)展，能級也已達到10000kN·m，但施工設備仍大多以中小噸位(150~500kN)安裝用履帶起重機作為改造對象，增加輔助裝置來實現(xiàn)8000kN·m以下能級的強夯作業(yè)。這種改造的目的是增加作業(yè)時的抗傾覆穩(wěn)定性，減輕重量或改善桁架臂桿的抗彎能力。應該說，這種改裝后的“代用強夯機”，雖然在8000kN·m能級以下的夯實作業(yè)中具有機具使用一次性投入成本低的特點，但同時存在安全性差、使用效率低、消耗和維護成本高的缺陷。26

目前，國內(nèi)強夯機主要形式有二種，一種是以W200A起重機為代表的，在強夯臂桿中后部加裝防后傾裝置而成的強夯機(圖4)；它能滿足夯錘重量不大于180kN，能級低于3000kN·m的強夯施工。另一種以W1001、QU25、W200A起重機等為代表；加裝輔助門架形成的“代用強夯機”(圖5)。但所有這些“代用強夯機”都存在著起重能力小（150~500kN）、自重大(W200A進行3000kN·m強夯時的作業(yè)自重達760kN；包括夯錘的工作重量達94kN)、接地比壓高(W200A自重下接地比壓0.123MPa)、工作級別低、穩(wěn)定性差的缺陷；而且，這些機型大部分都產(chǎn)生于70~80年代，設計思想落后、傳動與控制簡單(全部屬機械傳動、液壓或氣動控制或機械控制)、傳動效率低、可靠性差；外形尺寸龐大，給遠距離運輸帶來不便的同時也增加了運輸成本[8]。更大的隱患來自作業(yè)安全，所以，沒有技術支持和技術改進的設備，淘汰是必然的。從施工實踐來看，由于這些機型在設計中末考慮強夯機的使用特性，工作級別又偏低，所以結(jié)構件和零部件的損壞十分頻繁，強夯作業(yè)的機械可靠性根本無法保證，強夯作業(yè)中的維修時間大大增加，使施工成本增加；生產(chǎn)效率降低。27序號主機型號最高能級(kN.m)適用工藝輔助機具1強夯機CGE1800A強夯18000

置換8000強夯、強夯置換、柱錘置換

2強夯機CGE1800B強夯18000

置換10000強夯、強夯置換、柱錘置換

強夯施工機具---------強夯機(履帶吊,夯錘,輔助機:推土機,裝載機,挖掘機)28

強夯機械設備

強夯機---------16000kN.m(1600噸.米)工程施工29CGE-1800B型強夯機進行16000kN.m型式試驗30CGE-1800A型與CGE-1800B型強夯31

大型原油罐區(qū)地基處理8000kN.m強夯32

大連港礦石專用碼頭8000kN.m強夯333435363738

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強夯的問題:1．影響強夯有效加固深度的因素很多，除了夯擊能量外，還同土的阻尼性質(zhì)、夯錘的形狀、錘底的單位壓力、土層孔隙中存在的氣體和空氣，不同土層的埋藏條件，地下水位狀況、夯擊次數(shù)等不同有關，因此，目前還沒有任何一種計算方法可精確地計算出各種不同地質(zhì)條件下的強夯影響深度。強夯法的有效加固深度應根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗并經(jīng)現(xiàn)場試夯確定，試夯及試夯檢驗是強夯施工中確定夯擊能量、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)及間歇時間的關鍵工序。402．由于在相同的夯擊能下，底面較小的夯錘其有效影響深度較深。針對我國施工機械起吊能力一般較小的現(xiàn)狀，采用鑄鐵夯錘可在不加大起吊重量與起吊高度的條件下，提高夯擊效果與增大加固深