地基處理-第三章-深層密實(shí)法-強(qiáng)夯法

深層密實(shí)的地基處理方法深層密實(shí)？爆破擠密強(qiáng)夯碎石樁

CFG樁深層振密（振動(dòng)桿）爆破法原理:爆破產(chǎn)生壓縮波和剪切波，該波會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)（如液化），導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)重排和壓密。2.適合土類：無粘性土（砂，軟石和黃土等）3.霍普金森系數(shù)：

Nh=W1/3/RW=TNT炸藥重量(kg)

R=徑向影響范圍(m)BarendsenandKok(1983):(sandysoilinNetherlands)

超靜孔壓預(yù)測

Δu/б’=1.65+0.65lnNh

地表沉降預(yù)測

Δs/H=2.73+0.9lnNh

深層振密儀器:

振動(dòng)翼，Y型振動(dòng)桿，F(xiàn)oster振動(dòng)管Principle:vibratorcreatesverticalorhorizontalforce,compactionisgreatlypromotedbythesevibrationswiththeprobeisslowlywithdraw.Suitablesoils:cohesionlesssoils

強(qiáng)夯法，法國人LouisMenard于1969年首創(chuàng)。

首次應(yīng)用于法國Rivieza海邊的海濱新近填土地基加固處理，并獲得成功。

這一技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有顯著優(yōu)勢，技術(shù)上相對(duì)簡單，效果顯著。

很快，傳入美國，歐洲和日本等國家。

在水利工程、建筑工程、道路工程、鐵道和機(jī)場工程等諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

我國于1978年，交通部一航局科研所在天津首先開展強(qiáng)夯試驗(yàn)。強(qiáng)夯法是采用80

300kN重錘，以8

20m落距自由落下，對(duì)軟弱地基瞬時(shí)施加巨大沖擊能。

單擊能量一般500

8000kN

m。

加固影響深度達(dá)到10~20m，甚至更深一些。

目前

強(qiáng)夯法著重于應(yīng)用技術(shù)研究;

工作機(jī)理認(rèn)識(shí)和研究進(jìn)展不大;

強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)和效果檢驗(yàn)，幾乎全部依賴于施工前試夯的數(shù)據(jù)和前人經(jīng)驗(yàn);

試夯確定設(shè)計(jì)參數(shù)和強(qiáng)夯工藝是十分重要的。

強(qiáng)夯法示意圖

1.

可以提高砂/粉土地基強(qiáng)度、降低壓縮性；

2.

改善特殊土性能，如提高砂土抗液化能力、降低黃土濕陷性；

3.

顯著提高地基土層均勻性，降低基礎(chǔ)差異沉降。落錘夯擊時(shí)，沖擊能產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力

一、強(qiáng)夯的加固機(jī)理

強(qiáng)夯技術(shù)加固地基的三種作用機(jī)理，即

動(dòng)力密實(shí)

動(dòng)力固結(jié)

動(dòng)力置換

它們的發(fā)揮取決于地基土的性質(zhì)和強(qiáng)夯的施工工藝。強(qiáng)夯法的試夯工作動(dòng)力置換

強(qiáng)夯最初應(yīng)用時(shí)，加固的機(jī)理是動(dòng)力密實(shí)，即在沖擊型動(dòng)力荷載作用下，土顆粒相對(duì)位移，孔隙中氣體被擠出，孔隙減小而致密的過程。

強(qiáng)夯技術(shù)應(yīng)用于多孔隙、粗顆粒、非飽和土?xí)r，主要是基于動(dòng)力密實(shí)的機(jī)理。

實(shí)踐中，單錘夯擊能量一般為1000

2000kN

m，所產(chǎn)生沖切變形在加固深度范圍內(nèi)，土中氣體減少可達(dá)到60%。

飽和粘性土地基強(qiáng)夯加固機(jī)理，則是飽和土“動(dòng)力固結(jié)”。

理論上，Menard根據(jù)飽和土經(jīng)受強(qiáng)夯后產(chǎn)生數(shù)十厘米瞬間變形的現(xiàn)象，曾在機(jī)制上提出了一個(gè)與Terzaghi的靜力固結(jié)模型不同的水

彈簧動(dòng)力固結(jié)模型。

飽和粘性土，伴隨強(qiáng)制壓縮和振密，更主要的是夯擊能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)致：

地基土體的結(jié)構(gòu)的破壞

地基土的滲透性提高與固結(jié)致密

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的觸變恢復(fù)。動(dòng)力固結(jié)機(jī)理飽和土

太沙基固結(jié)理論假設(shè):a.各向同性.b.完全飽和.c.孔隙水不可壓縮.d.土顆粒不可壓縮.e.一維滲流.f.Darcy定律適用.

動(dòng)力固結(jié)理論假設(shè):a.有摩擦的活塞.b.液體可壓縮.（氣泡）c.不定比彈簧.d.變孔徑排水活塞（拉應(yīng)力，裂隙）..夯擊能傳遞

半無限空間體上豎向夯擊能傳遞給地基是通過體波（壓縮波和剪切波）和面波（瑞利波-RayleighWave）聯(lián)合傳播的。動(dòng)力固結(jié)能量傳送

體波沿著一個(gè)半球波振面徑向、向外傳播，其中

壓縮波是最快到達(dá)指定加固區(qū)域，其振動(dòng)能量為輸入總能量7%，導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)平行于波振面方向作推拉運(yùn)動(dòng)，并使土中孔隙水壓力增加，土粒錯(cuò)位。

其次到達(dá)的是剪切波，振動(dòng)能量為27%，該波引起質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與波陣面方向正交的橫向位移，并導(dǎo)致土體原位結(jié)構(gòu)的破壞。對(duì)于飽和粘性土，剪切波是使得土體加密波。

面波主要為瑞利波，占總能量2/3，隨距離增加衰減比體波慢，瑞利波的豎向分量對(duì)地基表面土起到松動(dòng)作用，能在夯點(diǎn)附近造成地表面的隆起。強(qiáng)度增長孔隙水壓力

二者區(qū)別荷載與沉降滯后孔隙水壓縮骨架和滲透系數(shù)變化非飽和土微觀機(jī)理非飽和土二、試夯工作

選擇在施工現(xiàn)場附近，以具備良好代表性;

根據(jù)加固深度和施工條件，初擬夯錘重量落距;

根據(jù)Menard的經(jīng)驗(yàn)公式修正后，單錘夯擊能與強(qiáng)夯加固影響深度D

式中H－落錘的高度（m）；

W－夯錘的重量（t）；

n－影響深度折減系數(shù)，一般n=0.3

0.7；對(duì)于填土和粘性土，n

0.4。

強(qiáng)夯法的有效加固深度D（m）表6-3

我國《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－91）中的規(guī)定，強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯加固效果或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在缺少試驗(yàn)資料時(shí)，可按表6-3預(yù)估。單錘夯擊能（kN?m）碎石土或砂土等粉土粘性土或濕陷性黃土等單錘夯擊能（kN?m）碎石土或砂土等粉土粘性土或濕陷性黃土等10005.0

6.04.0

5.040008.0

9.07.0

8.020006.0

7.05.0

6.050009.0

9.58.0

8.530007.0

8.06.0

7.060009.5

10.08.5

9.0夯錘底面積

對(duì)砂土和碎石填土一般為4m2；

對(duì)軟弱粘性土則至少為6m2。

夯錘平面形狀有方形和圓形。

夯錘中宜設(shè)置若干個(gè)上、下貫通孔徑250~300mm氣孔。

圓形并設(shè)置貫通孔夯錘進(jìn)行夯擊時(shí)，既可提高夯擊的效果，又方便施工。（一）夯擊次數(shù)與夯沉量

夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。

累計(jì)夯沉量隨夯擊次數(shù)增加而增加；

單擊夯沉量則隨累計(jì)次數(shù)增加而減少，即夯擊效果漸趨飽和。

施工合理夯擊次數(shù)，即單擊夯沉量開始趨于穩(wěn)定時(shí)對(duì)應(yīng)累計(jì)夯擊次數(shù)，且可用作施工時(shí)收錘的控制夯沉量。必須同時(shí)滿足。

（1）最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當(dāng)

單擊夯擊能量較大時(shí)，應(yīng)不大于100mm；

（2）夯坑周圍地基不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；

（3）不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

各試夯點(diǎn)的夯擊數(shù)，應(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則，一般為5~15擊。

（二）夯擊遍數(shù)與間歇時(shí)間

對(duì)于飽和粘性土，孔隙水壓力消散較慢，故隨著夯擊次數(shù)增加，超靜孔隙水壓力相應(yīng)地發(fā)生積聚并達(dá)到最大值。在這種情況下，如再連續(xù)施加夯擊能，對(duì)土的加固無效，應(yīng)停止夯打。這種使孔隙水壓力上升至最大值的夯擊次數(shù)就是第一遍的夯擊數(shù)。

需要分遍夯擊的遍數(shù)，根據(jù)地基性質(zhì)確定，一般為2~3遍。

各遍夯擊的間歇時(shí)間，根據(jù)孔隙水壓力消散情況確定，一般為2~4周。

為了提高每遍的夯擊能量，降低孔隙水壓積聚水平，加快孔隙水壓力消散速度，縮短各遍間間歇時(shí)間，類似排水預(yù)壓法，可在低滲透性粘性土中設(shè)置排水系統(tǒng)，如采用袋裝砂井或塑料排水板進(jìn)行綜合處理。

但是粘性土地基強(qiáng)夯時(shí)，采用這一綜合處理方法，效果并不穩(wěn)定。

針對(duì)這一情況，更有效是采用塊石、碎石等粗顆粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換。

對(duì)于砂性土，滲透較快，孔隙水壓力消散快，一般時(shí)間僅2~4min，故可連續(xù)夯擊。（三）夯擊點(diǎn)布置與間距

平面布置形式

夯擊點(diǎn)平面布置應(yīng)考慮基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類型與要求

平面布置形式可采用三角形和正方形布置夯擊點(diǎn)。

根據(jù)上部承重墻位置、柱網(wǎng)分布，布置夯擊點(diǎn)，以提高夯擊能的效率。平面布置范圍

考慮應(yīng)力擴(kuò)散作用，強(qiáng)夯范圍應(yīng)大于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)范圍，可按影響深度1/2~2/3D，且大于3m，由各邊向外擴(kuò)展。

當(dāng)處理液化、濕陷等病害地基時(shí)，加固擴(kuò)展的范圍尚應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性適當(dāng)增加。夯點(diǎn)間距

根據(jù)土性質(zhì)和夯擊單擊能量綜合確定，一般按5~9m布置點(diǎn)距

機(jī)理上，單擊能量愈高、且為加固性夯擊時(shí)，應(yīng)取較大的夯點(diǎn)距離

有學(xué)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出，夯點(diǎn)間距一般與夯擊加固的影響深度大致相當(dāng)

強(qiáng)夯施工的工藝流程，首先

第一階段，應(yīng)進(jìn)行高能量、大間距的加固性夯擊（HighEnergyPhase），目的是加固強(qiáng)夯影響范圍內(nèi)的地基。

第二階段，實(shí)施低能量，夯擊點(diǎn)間重疊搭接的普夯或稱為滿夯（IroningPhase），目的是加固由高能量夯擊所產(chǎn)生的表層松散土。

強(qiáng)夯法施工與檢測

目前，大面積強(qiáng)夯施工之前，應(yīng)選擇不小于400m2的場地進(jìn)行現(xiàn)場試夯。測試地表、深層位移，夯沉量，夯坑特征，孔隙水壓力，振動(dòng)影響范圍，加速度，填料厚度。

通過對(duì)試夯效果的現(xiàn)場測試，取得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，判定強(qiáng)夯效果。

對(duì)強(qiáng)夯效果的檢測與分析在強(qiáng)夯中顯得尤為重要。

目前，國內(nèi)強(qiáng)夯施工后，加固效果檢測規(guī)定了一定的工后休止時(shí)間，

對(duì)于碎石土和砂土地基，施工結(jié)束后的間隔時(shí)間為1

2周；

對(duì)于低飽和粉土和粘性土地基，這一間隔時(shí)間為3

4周。

加固效果檢測方法有：常規(guī)原位觸探法、室內(nèi)土工試驗(yàn)法和原位荷載板試驗(yàn)等。

Stevensetal.(1993)根據(jù)美國研究成果，提出系列的行之有效的強(qiáng)夯效果檢測技術(shù)。

強(qiáng)夯質(zhì)量檢測是動(dòng)態(tài)的、且貫穿于強(qiáng)夯施工的全過程。

當(dāng)強(qiáng)夯出現(xiàn)異常，例如按設(shè)計(jì)單擊能量，每擊夯沉量非但未減少，反而有所遞增。這時(shí)采用上述動(dòng)態(tài)監(jiān)測和測試，對(duì)評(píng)定強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性將起關(guān)鍵作用。

實(shí)際時(shí)，應(yīng)采用至少兩種以上測試方法，以保證測試結(jié)果的可靠性。強(qiáng)夯效果測試技術(shù)一覽表表6-4中文名稱英文名稱英文縮寫杯式貫入試驗(yàn)BeakerPenetrationTestBPT鉆孔剪切試驗(yàn)BoreholeShearTestBST麥納旁壓儀試驗(yàn)MenardPressuremeterTestMPT巖石徑向膨脹法Rockdilatometers

臺(tái)階式葉片試驗(yàn)SteppedBladeTestSBT自進(jìn)式旁壓試驗(yàn)SelfBoringPressuremeterTestSBPT平板式膨脹測法FlatPlateDilatometerDMT面波譜分析SpectralAnalysisofSurfaceWavesSASW地球物理核子測試Nuclearboreholegeophysics

地震X線斷層攝影法Seismictomography

鉆孔聲側(cè)試驗(yàn)Boreholesoniclogging

應(yīng)力監(jiān)測Stresscaptors

強(qiáng)夯施工過程中，在夯錘落地的瞬間，一部分動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為沖擊波，從夯點(diǎn)以波的形式向外傳播，并引起地表震蕩。

當(dāng)夯點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)的地表振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)引起地表和建筑物、構(gòu)筑物不同程度的損傷和破壞。這個(gè)問題對(duì)在城市內(nèi)施工尤為重要。強(qiáng)夯振動(dòng)對(duì)鄰近建筑的影響

建筑物的破壞標(biāo)準(zhǔn)與振源特性有關(guān)。強(qiáng)夯振動(dòng)時(shí)間約0.1s，可用地震或爆破破壞標(biāo)準(zhǔn)。

美國以防爆標(biāo)準(zhǔn)大于3Hz最大加速度0.1g控制，或地面速度2英寸/s控制，并考慮數(shù)值統(tǒng)計(jì)離散性。

法國Mernad公司采用地面速度2英寸/s作為臨界控制標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)上述臨界標(biāo)準(zhǔn)，得到強(qiáng)夯的最小安全距離為14

17m。

太原工學(xué)院根據(jù)上述破壞標(biāo)準(zhǔn)和十余項(xiàng)強(qiáng)夯工程（單擊夯擊能分布