地基處理技術(shù)第三章

第三章強(qiáng)夯法

一、概述

強(qiáng)夯施工法（又稱強(qiáng)夯法、動(dòng)力固結(jié)法）是使用起重設(shè)備，將具有一定重量（80～300kN）和一定外形夯錘起吊至某一高度（一般為6～30m），然后讓夯錘自由下落，給地基土以強(qiáng)大的沖擊能量的夯擊，使地基土產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和很高的動(dòng)應(yīng)力，從而在一定范圍內(nèi)使土體強(qiáng)度提高，壓縮性降低。

2/7/20231地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法+水=密實(shí)的方法之一2/7/20232地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法由法國(guó)Menard技術(shù)公司于1969年試驗(yàn)成功，經(jīng)過30多年的發(fā)展和應(yīng)用，它已適用于碎石土、黃土、砂土、黏性土等類地基的處理。對(duì)飽和度較高的黏性土，強(qiáng)夯效果不太顯著，使用時(shí)應(yīng)慎重。我國(guó)于1973年開始使用，已在數(shù)百項(xiàng)工程中應(yīng)用，效果顯著。強(qiáng)夯法是建設(shè)部“八五”期間科技進(jìn)步推廣項(xiàng)目。此外，有些單位采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其它粗顆粒材料，強(qiáng)行夯入并排開軟土，最終形成砂石樁與軟土的復(fù)合地基，稱之為強(qiáng)夯置換（或動(dòng)力置換、強(qiáng)夯擠淤）。2/7/20233地基處理技術(shù)

強(qiáng)夯法加固地基特點(diǎn)：施工設(shè)備簡(jiǎn)單；施工工藝、操作簡(jiǎn)單；適用土質(zhì)范圍廣；加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強(qiáng)度可提高2～5倍；變形沉降量小，壓縮性可降低2～10倍，加固影響深度可達(dá)6～10m；土粒結(jié)合緊密，有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；工效高、施工速度快（一套設(shè)備每月可加固5000～10000m2地基）、較換土回填和樁基縮短工期一半；節(jié)省加固原材料；施工費(fèi)用低，節(jié)省投資，比換土回填節(jié)省60%費(fèi)用，與預(yù)制樁加固地基相比節(jié)省50～70%，與砂樁相比節(jié)省40～50%；適用范圍十分廣泛，不但能在陸地上施工，而且也可在水下夯實(shí)。其缺點(diǎn)是施工時(shí)噪聲和振動(dòng)較大，因而不宜在人口密集的城市內(nèi)使用。

第三章強(qiáng)夯法2/7/20234地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法二、強(qiáng)夯法加固地基的原理

根據(jù)檢測(cè)，夯錘在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量（震源），這一突然釋放的巨大的能量使地基產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，并以波的形式從震源向四周傳播。波主要由剪切波P、壓縮波S和瑞利波R（質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)由豎向和水平分量組成）聯(lián)合傳播的。剪切波、壓縮波沿半球波陣面徑向向外傳播，而瑞利波沿圓柱波陣面徑向向外傳播。2/7/20235地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

彈性介質(zhì)中，由于介質(zhì)內(nèi)各部分間有彈性聯(lián)系，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)受沖擊作用發(fā)生振動(dòng)位移，必波及相鄰質(zhì)點(diǎn)，相鄰質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)后，又引起下一個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，循此下去，振動(dòng)往前傳播，這個(gè)振動(dòng)傳播的過程就是波動(dòng)。2/7/20236地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

1.土體受到以毫秒計(jì)的夯錘沖擊，錘側(cè)土受到擠壓和沖切發(fā)生剪切破壞，形成圓柱形坑（b）；2.在夯錘底面土體受到巨大沖擊壓力，形成壓密體（a）；3.夯錘沖壓和沖切土體形成夯坑同時(shí)，還產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)以三種震波的形式（P、S、R波）向土體深部傳播，基于多種機(jī)理（振動(dòng)液化、排水固結(jié)和振動(dòng)擠密）的聯(lián)合作用，加固土體。2/7/20237地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法P、S統(tǒng)稱為體波，有兩種類型的體波，一是縱波，又稱壓縮波、P波、初波、無轉(zhuǎn)動(dòng)波。另一種是橫波，又稱剪切波、S波、次波、等體積波。P波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波動(dòng)方向平行。這種波系沿波動(dòng)方向的一種推拉運(yùn)動(dòng)，沿此方向有壓縮和擴(kuò)張，綜合效果有利于顆粒質(zhì)點(diǎn)的靠攏（壓密）；S波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波動(dòng)方向垂直，這兩種波波速不同，Vp最快，最先到達(dá)遠(yuǎn)處某點(diǎn)故稱初波（初至波），Vs要慢，后到達(dá)故稱次波。R波是表面波（瑞麗波），半無限介質(zhì)體表面有一振動(dòng)源就可能出現(xiàn)R波，它沿表面呈柱面輻射。2/7/20238地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

對(duì)于位于均質(zhì)各向同性半徑間表面上豎向振動(dòng)均布的圓形振源，其P波、S波、R波所占的相對(duì)能量為：P波占7%，S波占26%，R波占67%。P波大部分通過液相運(yùn)動(dòng)，使孔隙水壓力增大，同時(shí)使土粒錯(cuò)位，土體骨架解體，隨后到的S波使土顆粒處于更密實(shí)的狀態(tài)。R波其豎直分量起到松動(dòng)土的作用，水平分量可使土得到密實(shí)。2/7/20239地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

在強(qiáng)夯過程中，地基強(qiáng)度的變化和增加可分為四個(gè)階段：①夯擊能轉(zhuǎn)換，使土體中氣體排出，孔隙水壓力上升并伴隨土體被強(qiáng)制壓密和振密；②土體產(chǎn)生液化或結(jié)構(gòu)破壞，土體滲透性能改變，土體裂縫發(fā)展；③排水固結(jié)壓密，土體強(qiáng)度提高；④觸變恢復(fù)，土體繼續(xù)固結(jié)壓密，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。土體舊的平衡體系被打破后，新的平衡體系建立了起來。2/7/202310地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法三、設(shè)計(jì)計(jì)算——確定強(qiáng)夯參數(shù)1.有效加固深度

2.單位夯擊能3.最佳夯擊能

4.夯擊擊數(shù)與遍數(shù)5.間歇時(shí)間6.夯擊點(diǎn)布置及間距2/7/202311地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法1.有效加固深度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

式中：H—有效加固深度，m；M—錘重，kN；h—落距（錘底至起夯面距離），m；α—修正系數(shù)，須根據(jù)所處理地基土的性質(zhì)而定，變動(dòng)范圍0.4～0.8。在缺試驗(yàn)資料或經(jīng)驗(yàn)時(shí)也可按表3.2來確定。

（3-1）2/7/202312地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

2.單位面積夯擊能錘重M與落距h的乘積稱為單擊夯擊能。強(qiáng)夯的單位夯擊能（指單位面積上所施加的總夯擊能=錘重×落距×總夯擊數(shù)÷加固面積），應(yīng)根據(jù)地基土的類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。按表選用或按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算后確定。一般粗顆粒土可取1000～3000kN·m/m2；細(xì)顆粒土為1500～4000kN·m/m2。3.最佳夯擊能對(duì)飽和土需要分遍進(jìn)行夯擊，以使每一遍夯擊時(shí)，理論上能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的自重壓力時(shí)的夯擊能稱為最佳夯擊能（土液化）。黏性土地基，孔隙水壓力消散慢，孔隙水壓力可以疊加，可根據(jù)孔隙水壓力疊加值來確定最佳夯擊能；砂性土地基，孔隙水壓力消散快（僅為幾分鐘），因此孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而增加。2/7/202313地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法4.夯擊擊數(shù)與遍數(shù)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，一般為4～10擊。夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)和平均夯擊能確定。一般情況下可采用1～8遍，粗顆粒土夯擊遍數(shù)少；細(xì)顆粒土夯擊遍數(shù)多。最后一遍是以低能量滿夯（搭夯），即夯錘的錘印彼此搭接。5.間歇時(shí)間相鄰兩遍的間隙時(shí)間取決于前一遍夯擊后，土體中孔隙水壓力的消散時(shí)間。一旦孔隙水壓力消散，即可施行。排水性差的黏性土地基，需3～4周時(shí)間，也可在地基土中埋設(shè)排水系統(tǒng)，加速孔隙水壓力的消散；排水性好的砂性土地基，消散時(shí)間只有2～4min，可連續(xù)施工。2/7/202314地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法6.夯擊點(diǎn)布置及間距強(qiáng)夯處理范圍一般自基礎(chǔ)外緣起增加擬加固深度的1/3～1/2，并不小于3m。夯擊點(diǎn)可根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行布置?？梢园凑叫?、等邊三邊形、等腰三角形等布點(diǎn)。夯擊點(diǎn)間距一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定。一般為夯錘直徑的1.3～2.0倍（約5～15m）。2/7/202315地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法四、施工設(shè)備和機(jī)具

主要包括：起重機(jī)、夯錘、脫鉤裝置及推土機(jī)、壓實(shí)機(jī)等。(一)起重機(jī)：多使用自行式、全回轉(zhuǎn)履帶式起重機(jī)。如W1～50、W1～100、W1～200、W2～25等，起重量5～50t，起重臂長(zhǎng)度為10～40m。1.選擇起重機(jī)時(shí)按下列標(biāo)準(zhǔn)①

起重量QQ≥KQ1+q（3-2）式中：Q—起重機(jī)起重量；Q1—夯錘重量；q—索具重量；K—夯坑阻力系數(shù)，一般為1.3～3.0。2/7/202316地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法②

起重高度HH=h+h1+h2（3-3）式中：H—起重高度；h—落距，m；h1—夯錘高度，m；h2—夯錘吊梁高度，m。

③幅度（回轉(zhuǎn)半徑）RR大較好，減少起重機(jī)移動(dòng)進(jìn)度。但尚需驗(yàn)算臂桿與夯錘上緣安全間距及臂桿頂滑輪至吊鉤鉤口安全距離。

2/7/202317地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法

式中各參數(shù)含義見圖，要求：S≥0.6～1.2m；h3≥2.5～4.5m。起重機(jī)驗(yàn)算高度示意圖2/7/202318地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法(二)夯錘1.夯錘材料：可采用鑄鋼或鑄鐵，鋼性好、重心低、可拼裝、便于運(yùn)輸；也可采用鋼板殼內(nèi)灌砼，就地灌注、成本低。2.夯錘底面積和形狀：錘底面積宜按土的性質(zhì)和錘重確定，錘底靜壓力值可取25～40kPa，對(duì)于粗顆粒土選用大值，錘底面積為3～4m2；對(duì)于細(xì)顆粒土取小值，錘底面積3～6m2。同時(shí)應(yīng)控制夯錘的高寬比（1:2.5～1:2.8），以防止產(chǎn)生偏錘現(xiàn)象。2/7/202319地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法夯錘的底面有圓形和方形兩種，圓形定位方便，穩(wěn)定性和重合性較好，采用較廣。實(shí)際采用的形狀見圖。加固深部地基用b、d；加固淺部地基用a、c。a.平底正方形b.錐底圓柱c.平底圓柱d.球體臺(tái)錐形2/7/202320地基處理技術(shù)

3.減阻氣孔結(jié)構(gòu)：為了減少夯錘著地前瞬時(shí)氣墊的上托力，從而減少能量損失（氣墊作用，消耗功約為夯擊能的30%。）；以及減少起吊夯錘時(shí)的真空吸附作用（大于錘的自重），可在夯錘中設(shè)置4～6個(gè)對(duì)稱分布、上下貫通的排氣孔，孔徑可取250～300mm。（三）掛脫鉤裝置：以轉(zhuǎn)動(dòng)式脫鉤裝置為例，見圖。工作時(shí)將吊鉤掛在夯錘提梁上，合上鎖柄，將夯錘吊起，至預(yù)定高度后，拉起鎖柄（副卷揚(yáng)），在夯錘重力作用下吊鉤繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，夯錘提梁滑出吊鉤，自由下落。（四）輔助機(jī)械包括推土機(jī)、靜力光面壓路機(jī)、蛙式打夯機(jī)等。其作用是夯前、夯后平整及壓實(shí)施工場(chǎng)地、填土、推平等作業(yè)。第三章強(qiáng)夯法2/7/202321地基處理技術(shù)圖3-4強(qiáng)夯自動(dòng)脫鉤器1-吊環(huán);2-耳板;3-銷環(huán)軸輥-;4-鎖柄;5-拉繩第三章強(qiáng)夯法2/7/202322地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法五、強(qiáng)夯法施工

（一）準(zhǔn)備階段1.擬定初步施工方案

了解施工場(chǎng)地土質(zhì)概況、確定強(qiáng)夯參數(shù)；②

確定夯后土的物理力學(xué)指標(biāo)；③

選定強(qiáng)夯機(jī)具；④

施工組織及計(jì)劃安排；⑤

保證質(zhì)量及安全措施；⑥

工程預(yù)算。2/7/202323地基處理技術(shù)第三章強(qiáng)夯法2.平整場(chǎng)地場(chǎng)地高差要求小于±10cm。可鋪設(shè)墊層，在地表形成硬層，用以支承起重設(shè)備。同時(shí)可加大地下水和表層距離，防止夯擊效率的降低。3.試夯確定正式施工方案。并防止振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播，一般挖隔震溝，防震效果主要取決于隔震溝的深度而不是寬度，在振動(dòng)速度為0.5g的時(shí)候，隔震溝有2m深即可。（二）施工階段1.起重機(jī)就位，對(duì)一個(gè)夯實(shí)點(diǎn)完成夯擊作業(yè)，移至下一個(gè)夯實(shí)點(diǎn)夯擊，完成第一遍全部夯點(diǎn)夯擊。2.用推土機(jī)將夯坑填平，間隔規(guī)定天數(shù)，待孔隙水壓力消散。3.重復(fù)1.2.步驟。4.“滿夯”--最后一遍夯擊，調(diào)整落距或減少夯錘重量的方法減少夯擊能，以便加固地基表層。5.