強(qiáng)夯法及強(qiáng)夯置換法

第八章強(qiáng)夯法及強(qiáng)夯置換法第一節(jié)概述強(qiáng)夯法是法國(guó)梅那（Menard）技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，亦稱(chēng)動(dòng)力固結(jié)法，迄今已為國(guó)內(nèi)外廣泛采用。該法一般是以8～40t重錘（最重為200t） 起吊到一定高度（一般為8～30m），令錘自由落下，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，以提高其強(qiáng)度、降低其壓縮性的一種地基加固方法。它是重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但又與重錘夯實(shí)法迥然不同的一項(xiàng)新技術(shù)。 此法當(dāng)初僅用于加固砂土、碎石類(lèi)土地基。強(qiáng)夯法的第一個(gè)工程用于處理濱海填土地基，該場(chǎng)地表層為新近填筑的厚度約為9m的碎石填土，其下是12m厚的疏松砂質(zhì)粉土，場(chǎng)地上要建20棟8層住宅樓，由于碎石是新近堆積，如采用樁基，負(fù)摩擦阻力很大，將占單樁承載力的60%～70%，不經(jīng)濟(jì)。采用堆載預(yù)壓法處理地基，堆載歷時(shí)3個(gè)月，堆載高度為5m，只沉降200mm。用強(qiáng)夯法錘重80kN，落距10m，單擊夯擊能為800kN.m，單位夯擊能1200kN.m/m2，僅夯擊一遍，整個(gè)場(chǎng)地的平均沉降量為500mm。8層建筑采用基底應(yīng)力300kpa，建造的樓房竣工后，其平沉降量?jī)H為13mm，如圖8·1·1所示。圖8·1·1堆載預(yù)壓與強(qiáng)夯效果對(duì)比強(qiáng)夯法經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，它已適用于加固從礫石到粘性土的各類(lèi)地基土。在我國(guó)常用來(lái)處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、雜填土、素填土、濕陷性黃土等各類(lèi)地基。這主要是由于施工方法的改進(jìn)和排水條件的改善。它不僅能提高地基的承載力，同時(shí)，還能改善地基抵抗振動(dòng)液化的能力，消除濕陷性黃土的濕陷性。為處理軟土地基，還發(fā)展了預(yù)設(shè)的袋裝砂井，或塑料板排水的強(qiáng)夯法、夯擴(kuò)樁加填渣強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯填渣擠淤法，碎石樁強(qiáng)夯法等。強(qiáng)夯法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、原理直觀、施工速度快、不添加特殊材料、造價(jià)低、適用范圍廣泛，可用于加固各種填土、濕陷性黃土、碎石土、砂土、一般粘性土、軟土以及工業(yè)、生活垃圾等地基，特別是非飽和土加固效果顯著。對(duì)飽和土加固地基的效果好壞，關(guān)鍵在于排水，如飽和砂土地基、滲透性好，超孔隙水壓力容易消散，夯后就固結(jié)快。對(duì)于飽和的粘性土或淤泥質(zhì)土，由于滲透性差，土體內(nèi)的水排出困難，加固效果就比較差，必須慎重對(duì)待。目前，對(duì)這類(lèi)地基用砂井排水與強(qiáng)夯結(jié)合使用，加固效果就比較好。強(qiáng)夯法可適合于房建、橋涵、道路、油罐、港口、碼頭、鐵路地基、飛機(jī)場(chǎng)跑道和大型設(shè)備基礎(chǔ)等工程。而且加固速度快、效果好、投資省、最適當(dāng)最經(jīng)濟(jì)而簡(jiǎn)便的地基加固方法之一。強(qiáng)夯法加固后的地基壓縮性可降低200%～1000%，而強(qiáng)度可提高200%～500%（有的文獻(xiàn)介紹，粘土可提高100%～300%，粉質(zhì)粘土可提高400%，砂和泥炭土可提高200%～400%）。用強(qiáng)夯法處理垃圾土，尚可使有害氣體迅速排出，有利于環(huán)境保護(hù)，為廢渣利用開(kāi)辟了新途徑。強(qiáng)夯法與以往的機(jī)械夯實(shí)、爆炸夯實(shí)等比較有以下特點(diǎn)：平均每一次夯擊能量比普通夯法能量大的多。以往的夯實(shí)方法，能量不大，僅使地表夯實(shí)緊密，但能量不能向深處傳遞，其結(jié)果僅限于表層加固，而強(qiáng)夯法能按照我們的預(yù)計(jì)效果進(jìn)行控制施工，可根據(jù)地基的加固要求來(lái)確定夯擊點(diǎn)間距擊夯擊方式，依次按需要加固的深度進(jìn)行改良，使地基深層得到加固。在施工中，必要的夯擊能量可以分幾遍進(jìn)行夯擊。地基經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯加固后，能消除不均勻沉降現(xiàn)象，這是任何天然地基所不能達(dá)到的。強(qiáng)夯法最適宜的施工條件：1、處理深度最好不超過(guò)15m，（特殊情況出外）。2、對(duì)飽和軟土、地表面應(yīng)鋪一層較厚的砂石、砂土等優(yōu)質(zhì)填料。3、地下水位離地表面下2～3m為宜，也可采用降水強(qiáng)夯。4、施工現(xiàn)場(chǎng)離既有建筑物有足夠的安全距離（一般大于10米），否則不宜施工。5、夯擊對(duì)象最好為粗顆粒土組成。在遇到低洼地填土區(qū)高飽和度的粘性填土和沿海地帶在海積淤泥層上用開(kāi)山的山石料填海造地的情況，顯然，普通的強(qiáng)夯處理方法已不實(shí)用。應(yīng)用強(qiáng)夯置換的原理，在夯坑中回填砂石或爐渣等材料，夯后形成一個(gè)砂石墩，用作建筑物的持力基墩。碎石墩與墩間形成復(fù)合地基以提高地基承載力，減小沉降。強(qiáng)夯置換法適用范圍廣泛。通過(guò)在多種工程中的實(shí)踐證明，夯實(shí)后的土體力學(xué)性能得到了很好的改善，這也是采用強(qiáng)夯法加固地基的主要功效。盡管強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法已得到普遍推廣與應(yīng)用，但對(duì)其機(jī)理仍在研究之中。根據(jù)多項(xiàng)工程的分析，強(qiáng)夯法與其他加固方法相比較，在經(jīng)濟(jì)上具有較大的優(yōu)越性，見(jiàn)表8-1-1。常用軟土地基加固方法經(jīng)濟(jì)比較表8·1·1加固方法強(qiáng)夯法砂井預(yù)壓擠密砂樁鋼筋混凝土樁化學(xué)拌合造價(jià)比0.31.02.04.04.0第二節(jié)加固機(jī)理目前，強(qiáng)夯法加固地基有三種不同的加固機(jī)理：動(dòng)力密實(shí)（DynamicCompaction）、動(dòng)力固結(jié)（DynamicConsolidation）和動(dòng)力置換（DynamicReplacement），它取決于地基土的類(lèi)別和強(qiáng)夯施工工藝。一、動(dòng)力密實(shí)采用強(qiáng)夯法加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動(dòng)力密實(shí)的機(jī)理，即用沖擊型動(dòng)力荷載，在土中形成很大的沖擊波（主要是縱波和橫波），土體因受到很大的沖擊力，此力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了土體的強(qiáng)度。在此沖擊力的作用下，土體被破壞，土顆粒相互靠攏，排出孔隙中的氣體、顆粒重新排列，土在動(dòng)荷載作用下被擠密壓實(shí)，強(qiáng)度提高，壓縮性降低。非飽和土的夯實(shí)過(guò)程，就是土中的空氣被擠出的進(jìn)行，其夯實(shí)變形主要是由于土顆粒的相對(duì)位移引起。在沖擊動(dòng)能作用下，地面會(huì)立即產(chǎn)生沉陷，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達(dá)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。非飽和土在中等夯擊能量為1000～2000kN·m的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度范圍內(nèi)氣相體積大大減小，最大可減小60%。二、動(dòng)力固結(jié)用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土?xí)r，則是借助于動(dòng)力固結(jié)的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度得到提高。梅納根據(jù)強(qiáng)夯法的實(shí)踐，首次對(duì)傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出了不同看法，認(rèn)為飽和土是可以壓縮的新機(jī)理，如圖8·2·1（b）所示。主要表現(xiàn)有四個(gè)方面的特性見(jiàn)表8·2·1。圖8·2·1新、舊固結(jié)理論（a）靜力固結(jié)理論模型.（b）動(dòng)力固結(jié)理論模型靜力固結(jié)和動(dòng)力固結(jié)理論對(duì)比表8·2·1靜力固結(jié)理論動(dòng)力固結(jié)理論①可壓縮的液體②固結(jié)時(shí)液體排出，所通過(guò)的小孔，其孔徑是不變的③彈簧剛度是常數(shù)④活塞無(wú)摩阻力①含有少量氣體的可壓縮的液體②固結(jié)時(shí)液體排出，所通過(guò)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1、飽和土的壓縮性由于土中有機(jī)物的分解，土中總存在一些微小氣泡，土顆粒之間的孔隙水也有孔隙可壓縮，其體積占整個(gè)體積的1%～3%，最多可達(dá)4%。實(shí)行強(qiáng)夯時(shí)，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增大（產(chǎn)生超孔隙水壓力）。隨后氣體有所膨脹；孔隙水排出，孔隙水壓力減少，固相體積始終不變。這夯擊一遍，液相體積就有所減少，氣相體積也有減少，這是與以往的固結(jié)理論不同之處。在沖擊力作用下，含有空氣的孔隙水不能立即消散而具有滯后現(xiàn)象。氣相的體積也不可能立即膨脹，這可用圖8·2·1模型中活塞與筒體之間存在摩擦力來(lái)加以說(shuō)明。土顆粒周?chē)奈?，由于振?dòng)或溫度上升而變作自由水。其結(jié)果是土顆粒之間的內(nèi)聚力削弱，土的強(qiáng)度降低，這可用圖8·2·1模型中，彈簧強(qiáng)度是可變來(lái)加以說(shuō)明。2、土體液化土體沉降與夯擊能成正比，當(dāng)夯擊能達(dá)到一定程度時(shí)，即當(dāng)氣體的體積百分比接近于零時(shí)，土質(zhì)具有不可壓縮性，此界限值稱(chēng)為飽和能，飽和能的大小與土的種類(lèi)有關(guān)。一般為500～2000kN.m/m3。夯即能達(dá)到飽和能時(shí)，土體產(chǎn)生液化，吸著水變成了自由水，土的強(qiáng)度下降到最小值。必須注意，一旦達(dá)到飽和能量的瞬間，就不能在夯擊，否則對(duì)土體固結(jié)不利。因?yàn)楹粨裟苓^(guò)大，土體固結(jié)條件遭到破壞，孔隙水反而不易排出，土體強(qiáng)度降低后難以恢復(fù)。3、滲透性變化當(dāng)夯擊能增大到飽和能時(shí)，孔隙水壓力上升到與豎向應(yīng)力相等〔即U=σ,而τ0=(σ-u),tgφ=0〕，夯擊停止后，孔隙水壓力迅速消散。如果仍使用夯擊前土的滲透系數(shù)，就無(wú)法解釋孔隙水壓力何以能如此迅速消散。所以梅納認(rèn)為，在很大的夯擊能作用下，土中出現(xiàn)很大的應(yīng)力和沖擊波，致使地基內(nèi)部出現(xiàn)裂縫形成樹(shù)枝狀排水網(wǎng)路入圖8·2·2所示。圖8·2·2樹(shù)枝狀排水網(wǎng)路圖強(qiáng)夯時(shí)土體局部液化，即這一瞬間的孔隙水壓力等于總壓力所產(chǎn)生的超孔隙水壓力，使土顆粒之間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道，土的滲透系數(shù)陡增。當(dāng)孔隙水壓力消散，達(dá)到小于土顆粒之間的橫向壓力時(shí)，裂隙閉合，土中水的運(yùn)動(dòng)又恢復(fù)常態(tài)，如圖8·2·3中表現(xiàn)為二段不同斜率的直線(xiàn)，這可用圖8·2·1模型中孔徑是變化的來(lái)加以說(shuō)明，圖8·2·4表示滲透系數(shù)隨孔隙水壓力U與全應(yīng)力σv之比的變化情況。圖8·2·3強(qiáng)夯后孔隙水壓力的消散圖8·2·4滲透系數(shù)隨孔隙水壓利與全應(yīng)力之比的變化4、觸變的恢復(fù)從實(shí)驗(yàn)中可知，在夯實(shí)進(jìn)行中土的抗剪強(qiáng)度明顯的降低，當(dāng)土體液化或接近液化時(shí)，抗剪強(qiáng)度為零或最小，吸附水變成自由水。當(dāng)孔隙水壓力消散，土的抗剪強(qiáng)度和變形模量大幅度的增長(zhǎng)，土體顆粒間的接觸更加緊密，新的吸附水層逐漸固定，這是由于自由水重新被土顆粒吸附變成了吸著水的緣故。這就是具有觸變性的土的特性，觸變性與土質(zhì)種類(lèi)有很大關(guān)系，有的恢復(fù)的快，有的恢復(fù)的非常慢。所以強(qiáng)夯效果的檢驗(yàn)工作宜在夯后4～5周進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)指出，土在觸變恢復(fù)過(guò)程中，對(duì)振動(dòng)是十分敏感的，所以在這期間進(jìn)行測(cè)試工作時(shí)一定要十分注意。通過(guò)大量的試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料，證實(shí)了梅納提出的新的動(dòng)力固結(jié)理論是正確的，強(qiáng)夯對(duì)飽和粘性土地基加固是有一定效果的，如果夯擊參數(shù)選擇得合理，效果更為顯著一些。三、動(dòng)力置換動(dòng)力置換可分為整式置換和樁式置換，如圖8·2·5所示。整式置換是采用強(qiáng)夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機(jī)理類(lèi)似于換土墊層。樁式置換是通過(guò)強(qiáng)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(jī)理類(lèi)似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是靠石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來(lái)維持樁體的平衡，并與墩間土起復(fù)合地基的作用，目前強(qiáng)夯置換中常用的有以下三種情況：圖8·2·5動(dòng)力置換類(lèi)型(a)整式置換(b)樁式置換1、當(dāng)?shù)鼗韺訛榫哂羞m當(dāng)厚度的砂墊層、下臥層為壓縮性的淤泥質(zhì)軟土?xí)r，采用低能量夯，通過(guò)強(qiáng)夯將表層砂擠入軟土層中，形成一根治砂樁，這種砂樁的承載力很高，同時(shí)，下臥的軟土也可通過(guò)置換砂樁加速固結(jié)，強(qiáng)度得以提高。2、同上，軟地基的表面也常堆填一層一定厚度的碎石料，利用夯錘沖擊成孔，再次回填碎石料，夯實(shí)成碎石樁。3、在厚3～5米的淤泥質(zhì)軟土層上面拋填石塊，利于拋石自重和夯錘沖擊力使石塊座到硬土層上，淤泥大部分被擠走，少量留在石縫中，形成強(qiáng)夯置換的塊石層。利用石塊之間的相互接觸，提高地基承載力。亦類(lèi)似于墊層中的“拋石擠淤”法，同時(shí)下臥層的軟土也得以快速固結(jié)，提高了下臥層的強(qiáng)度。四、震動(dòng)波壓密理論法國(guó)梅納指出，由于強(qiáng)夯是巨大的沖擊能量，使土體產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和應(yīng)力，而導(dǎo)致土體中孔隙壓縮，土體局部液化，夯擊點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水順利溢出，土體迅速固結(jié)以達(dá)到減少沉降提高承載能力的目的。目前，除了梅納理論對(duì)強(qiáng)夯機(jī)理作了解釋外，還有用震動(dòng)波理論的原理來(lái)分析強(qiáng)夯法機(jī)理的。震動(dòng)波壓密理論強(qiáng)夯的特點(diǎn)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，再變?yōu)閯?dòng)能作用于土體。在重錘作用于地面一瞬間，在重錘作用于地面一瞬間，使土產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，類(lèi)似于地震的震源（但與地震有許多不同之處），在地基土中產(chǎn)生震動(dòng)波，從震源向四周傳播。又因地基為一彈塑性材料，在巨大的沖擊作用下，質(zhì)點(diǎn)在連續(xù)介質(zhì)內(nèi)震動(dòng)，其震動(dòng)的能量可以傳遞給周?chē)橘|(zhì)，而引起周?chē)橘|(zhì)的震動(dòng)，震動(dòng)在介質(zhì)內(nèi)的傳布過(guò)程形成波，根據(jù)其作用、性質(zhì)和特點(diǎn)的不同波，可分為體波和面波兩種。強(qiáng)夯主要是體波起加固做用，體波又分為縱波和橫波，縱波是由震源向外傳遞的壓縮波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向是一致的，同時(shí)伴隨著產(chǎn)生體積的變化，一般表現(xiàn)為周期短，振幅小。橫波是由震源向外傳遞的剪切波，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的前進(jìn)方向垂直，不產(chǎn)生體積的變化，如圖8·2·6所示。一般表現(xiàn)為周期較長(zhǎng)，振幅較大。橫波只能在固體里傳播，而縱波在固體、液體里都能傳播。圖8·2·6各種波的傳播示意圖縱波與橫波的傳播速度理論上可分別按下列公式計(jì)算：VP=(8·2·1)VS==(8·2·2)式中：VP——縱波速度()；VS——橫波速度()；E——介質(zhì)楊氏彈性模量(kpa)；G——剪切模量(kPa)；ρ——介質(zhì)密度kN/m3；μ——介質(zhì)泊松比（見(jiàn)表8·2·2）。土的泊松比μ表8·2·2土的種類(lèi)和狀態(tài)μ碎石土0.15～0.2砂土0.2～0.25輕亞粘土0.25亞粘土、堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)軟塑或流塑狀態(tài)0.250.300.35粘土：堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)軟塑或流塑狀態(tài)0.250.350.42當(dāng)μ=0.22（相當(dāng)砂土），則縱波速度按下式計(jì)算，即VP=1.67VS(8·2·3)由此可知，縱波比橫波的傳播速度要快，在儀器觀測(cè)到記錄圖上見(jiàn)圖8·2·7縱波要先于橫波到達(dá)。因此，通常也把縱波叫“p波”（即初波），把橫波叫“s波”（即次波）。表8·2·3為“S波”在一些介質(zhì)中的傳播速度。圖8·2·7波的傳播S波的傳播速度（m/s）表8·2·3土的種類(lèi)波速砂60人工填土100砂質(zhì)粘土100～200粘土250含砂礫石300～400飽和砂土340從上述波速表達(dá)式可知，波速和介質(zhì)密度、彈性模量及波松比有關(guān)。波在不同的介質(zhì)中傳播具有不同的傳播速度，在傳播當(dāng)中遇到不同的介質(zhì)時(shí)，并產(chǎn)生波的折射和反射現(xiàn)象。若波的射線(xiàn)由震源出發(fā)時(shí)，與垂直方向的夾角是θ1，波速是V1，折射后的夾角是θ2，波速是V2，則有如下關(guān)系：=（8·2·4）當(dāng)P波入射到一個(gè)界面體，不但產(chǎn)生折射和反射的P波，而且還發(fā)生折射和反射的S波（轉(zhuǎn)換波PS）。當(dāng)S波入射到一個(gè)邊界時(shí)也是如此。面波只限于地基表面?zhèn)鞑?，它包含瑞利波和?lè)甫波兩種。銳利波傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在波的傳播方向與自由面（地面）的法線(xiàn)組成的平面內(nèi)，如圖8·2·8（a）XZ平面，做橢圓形運(yùn)動(dòng)，而在與該平面垂直的水平方向（y方向）沒(méi)有振動(dòng)地面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)呈滾動(dòng)形勢(shì)，見(jiàn)圖8·2·6。圖8·2·8面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)(a)瑞利波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)(b)樂(lè)甫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)樂(lè)甫波只是在與傳播方向相垂直的水平方向圖8·2·8（b）xy方向運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)夯時(shí)巨大的沖擊能，作用于地基上，在地基中產(chǎn)生體波（含縱波和橫波）和面波兩種。對(duì)地基起加固作用的主要是縱波和橫波。而面波不但起不到加密的作用，反而對(duì)地基表面產(chǎn)生松動(dòng)，故為無(wú)用波或有害波。在施行強(qiáng)夯時(shí)，重錘由很高處自由落下，產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)能（振動(dòng)源）作用于地基土中，由動(dòng)能變成波能，從震源向深層擴(kuò)散，能量釋放于一定范圍內(nèi)的地基中，使土體得到不同程度的壓密加固。由于強(qiáng)大的夯擊能，使土體表層產(chǎn)生剪切壓縮和側(cè)向擠壓等，而橫波的存在，使土體表層松動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定深度范圍時(shí)，只有壓縮波（縱波）的存在，才對(duì)土體起壓密加固作用。隨加固深度的增加，縱波強(qiáng)度在衰減，而壓密作用也逐漸減少。南同蒲鐵路介休通信站工程，強(qiáng)夯法加固Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土地基，其加固效果見(jiàn)圖8·2·9。地表面至地下0.5m范圍內(nèi)土體為擾動(dòng)的松弛區(qū)，0.5～5.0m范圍內(nèi)為壓密加固區(qū)5～7.8m范圍內(nèi)作用逐漸減少，可見(jiàn)與上述解釋還是吻合的。地基在強(qiáng)夯作用下，表層土體松動(dòng)使部分能量損失，大部分能量使下層土體得到加固。圖8·2·9靜力觸探曲線(xiàn)地基土壓密狀態(tài)的模式如圖8·2·10所示。第一層是地基土因沖擊力而受擾動(dòng)，主要是橫波和面波的干擾。因橫波傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直，瑞利波、樂(lè)甫波分別按橢圓形運(yùn)動(dòng)和按地面水平向運(yùn)動(dòng)，所以都是在地表層傳播使土體產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，土體松動(dòng)而形成的松弛區(qū)域。第二層是壓縮波的反復(fù)作用，使地下應(yīng)力超過(guò)了地基的破壞強(qiáng)度σL的區(qū)域，因土中吸收縱波放出的能量最多，所以這一層的固結(jié)效果最好。第三層是壓縮波漸減，也就是地下應(yīng)力在σL與屈服值σy之間，是固結(jié)效果迅速下降的區(qū)域。第四層是地下應(yīng)力處于地基的彈性界限內(nèi)，能量消耗已無(wú)法克服土體的塑性變形，此層基本上沒(méi)有固結(jié)作用，如圖8·2·10中的By、ZY是一個(gè)夯擊點(diǎn)的加固范圍，也就是縱波傳播的有效距離。圖8·2·10地基壓密固結(jié)模式圖在施行強(qiáng)夯時(shí)，隨地基的壓密加固過(guò)程，能量會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)初夯時(shí)，土體產(chǎn)生壓縮塑變，因波速和介質(zhì)密度、彈性模量、剪切模量有關(guān)，初夯時(shí)縱波很快被土體吸收產(chǎn)生塑變，當(dāng)?shù)揭欢芰繒r(shí)，塑變完成，漸變?yōu)閺椥詨嚎s變形，隨著土體密度的增加，而壓縮模量和剪切模量增大，波的傳播速度相應(yīng)加快，這是橫波增加，縱波在削弱，并且波的折射和反射要消耗能量，不利于對(duì)土體的加固，如果再增加夯擊能（夯次），其效果不會(huì)明顯。對(duì)非飽和土地基，其加固機(jī)理可以歸結(jié)為壓縮波的反復(fù)作用消耗能量做功，而對(duì)土體產(chǎn)生壓密固結(jié)。一部分能量使土體產(chǎn)生塑變轉(zhuǎn)換為土的位能，使土體產(chǎn)生彈性變形并將另一部分能量向深層傳播而加固深層地基。最終使能量轉(zhuǎn)換為土的塑變位能。對(duì)含水量較高的飽和土地基，其加固機(jī)理也是壓縮波的反復(fù)作用和波的折射、反射重復(fù)做功而獲得加固效果的。具體說(shuō)，由于壓縮波的反復(fù)做功和孔隙水壓力的共同作用，在土中形成網(wǎng)狀貫通排水通道，使土體的滲透條件得到明顯改善，夯擊之后，土體將在良好的滲透條件和較高的孔隙水壓力作用下完成其動(dòng)力固結(jié)過(guò)程，使土中孔隙水迅速排出，孔隙水壓力迅速消散，土體進(jìn)一步增密。對(duì)飽和粘性土，因其滲透性較小，土體大量在夯后固結(jié)，因此，夯擊后的土體應(yīng)有足夠的間隔時(shí)間，否則即使較小能量的過(guò)早夯擊也是有害無(wú)益的，使土體無(wú)法恢復(fù)。這一動(dòng)力固結(jié)過(guò)程，成為強(qiáng)夯法處理淤泥質(zhì)土的顯著特點(diǎn)，隨著這一固結(jié)過(guò)程的完成，土的性質(zhì)將得到明顯改善，獲得強(qiáng)夯加固的預(yù)期效果。在水位下的介質(zhì)中主要是傳播縱波（壓縮波），相對(duì)而言在液相介質(zhì)中能量損失較少，是比較有利的，所以，強(qiáng)夯法可用于水下工程的地基加固，如圖8·2·11所示。前面已經(jīng)講到，在不同介質(zhì)中振動(dòng)所引起的頻率、速度、能量不同，就是不同的動(dòng)力效應(yīng)，因而在同一振動(dòng)作用下，水和土兩種介質(zhì)將引起不同的振動(dòng)效應(yīng)，當(dāng)兩者的動(dòng)力差大于土粒對(duì)水吸附能力時(shí)，自由水、毛細(xì)水將從顆粒間隙析出，從而土粒間孔隙減小，密度提高。在實(shí)踐中我們看到用手連續(xù)擊飽和土，就產(chǎn)生水分析出現(xiàn)象，由于水、土兩相混合的介質(zhì)振動(dòng)效用不同，存在動(dòng)力差而產(chǎn)生間隙水的聚結(jié)，形成動(dòng)力水的聚結(jié)面，造成網(wǎng)狀排水通道，在動(dòng)力沖擊作用下，自由水向低壓區(qū)排泄，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間相觸變恢復(fù)，土的抗剪強(qiáng)度與變形模量都有大幅度的增長(zhǎng)，這就是是加固作用。圖8·2·11水下地基加固下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明振動(dòng)對(duì)地基土的加固作用。取飽和的砂土及飽和狀的輕亞粘土，用透水的紗布包扎好，在自重力作用下，水分很難或不產(chǎn)生析出，而在振動(dòng)力作用下，砂土試樣水分極易析出，在較短時(shí)間內(nèi)砂土就密實(shí)固結(jié)。對(duì)輕亞粘土試樣，需要較強(qiáng)烈的振動(dòng)和振擊時(shí)間，水分才能析出，停放一段時(shí)間后土體就密實(shí)固結(jié)。這說(shuō)明在動(dòng)力作用下土體排水固結(jié)效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)排水固效應(yīng)。要是水土離析，首先要突破二者靜止平衡，因此，要輸入一定的激發(fā)能量和適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)次數(shù)，激發(fā)能量的大小和土粒組成有關(guān)，粘粒及粉粒較多的土體，對(duì)水的吸附力較強(qiáng)，水不易排出。當(dāng)對(duì)土體逐漸輸入超級(jí)能量和多次振動(dòng)時(shí)，水分也能析出，使土體密實(shí)增加，強(qiáng)度提高。上述分析，是用波動(dòng)理論來(lái)解釋強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理的。第三節(jié)強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)強(qiáng)夯法加固的設(shè)計(jì)主要參數(shù)有：加固深度及范圍，單位面積夯擊能力，夯擊次數(shù)，夯點(diǎn)間距，布置以及夯擊遍數(shù)和間隙時(shí)間等。下面分別加以介紹：一、有效加固深度及范圍的確定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)，有效加固深度按下式進(jìn)行計(jì)算：H=(8·3·1)式中：H——有效加固深度(m)M——垂重(kN)H——落距(m)——為小于1的修正系數(shù)，其變動(dòng)范圍為0.35～0.7。一般對(duì)粘土取0.5，對(duì)砂性土取0.7，對(duì)黃土取0.35～0.5。實(shí)際上影響有效加固深度的因素很多，除了錘重和落距外，還有地基土的性質(zhì)，不同土層的厚度和埋藏順序，地下水位以及其他強(qiáng)夯的設(shè)計(jì)參數(shù)等都與有效加固深度有著密切的關(guān)系。因此，強(qiáng)夯的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在缺少經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料時(shí)，可按表8.3.1預(yù)估。強(qiáng)夯有效加固深度（m）表8·3·1單擊夯擊能（kN.m）碎石土、砂土等粉土、粘性土、濕陷性黃土10005.0～6.04.0～5.020006.0～7.05.0～6.030007.0～8.06.0～7.040008.0～9.07.0～8.050009.0～9.58.0～8.560009.5～10.08.5～9.5注：強(qiáng)夯的有效加固深度應(yīng)從起夯面算起本書(shū)作者經(jīng)多年的研究，根據(jù)波在地基中傳播速度和土對(duì)能量的吸收能力，可以計(jì)算出波的有效傳播范圍，即強(qiáng)夯震動(dòng)波的能量對(duì)地基加固的半徑Rs.經(jīng)過(guò)多項(xiàng)工程實(shí)踐，作者提出了一種新的強(qiáng)夯的加固有效深度計(jì)算方法：RS=(8·3·2)式中：RS——有效加固半徑（加固深度）(m)h——落距（落垂高度）(m)M——錘重(kN)Vp——縱波速度(m/s)——土的能量吸收系數(shù)，見(jiàn)表8·3·2k——大于1的系數(shù)，一般為3～5土的能量吸收系數(shù)值表8·3·2土質(zhì)情況值（s/m）土質(zhì)情況值（s/m）松散飽和粉細(xì)砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土0.01～0.03硬塑的粘土和中密的塊石、碎石0.087～0.115很濕的亞粘土、粘土0.04～0.06可塑的粘土和中密的粗砂、礫石0.1～0.125稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土0.07～0.10二、夯擊能量的確定夯擊能量可分單擊夯擊能、最佳夯擊能、平均夯擊能。1、單擊夯擊能單擊夯擊能為夯錘重M與落距h的乘積。單擊夯擊能一般應(yīng)根據(jù)加固土層的厚度、地基狀況和土質(zhì)成分由下式確定：E=Mgh(8·3·3)E=()2g(8·3·4)式中：E——單擊夯擊能(kj)M——錘重(kN)G——重力加速度(g=9.8m/s2)H——落距(m)h——加固深度(m)——小于1的修正系數(shù)，其變化范圍為0.35～0.7，（一般粘性土、粉土取0.5，砂土取0.7，黃土取0.35～0.50，或參考表8·3·3）。修正系數(shù)值統(tǒng)計(jì)表表8·3·3采用單位土層錘重Q(t)落距h(m) 值秦皇島某船廠(chǎng)砂性土10130.65上海某水廠(chǎng)砂性土10100.7～0.8北京化纖廠(chǎng)粉土、灰粉質(zhì)粘土1190.55天津塘沽新港淤泥質(zhì)粘土、灰粉砂透鏡體10130.44秦皇島煤碼頭堆場(chǎng)細(xì)砂10130.44北京某工程填土地基8.5120.61北京321線(xiàn)寨口車(chē)站棄渣填土10120.61山西太嵐線(xiàn)古交車(chē)站土灰石填土880.88廊坊機(jī)械化所粉質(zhì)粘土與粉土119.30.60西安三民村倉(cāng)庫(kù)Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土10100.55咸陽(yáng)渭河電廠(chǎng)涼水塔Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土10110.48太原面粉二廠(chǎng)工程濕陷性黃土11.5140.50瑞典烏德瓦拉造船廠(chǎng)海中填破碎花崗巖40400.67美國(guó)洛山磯某海洋工程粉砂層40350.45聯(lián)合王國(guó)拉爾雷丘車(chē)站城市垃圾1510～150.40～0.49日本某油罐基地上為石塊填土、下為沖填土12200.52新加坡某倉(cāng)庫(kù)砂粘質(zhì)泥炭15.530.50.54山西紡織設(shè)計(jì)院軟土及液化地基8.9120.78錘重和落距越大，加固效果越好。整個(gè)加固場(chǎng)地的總夯擊能量(即垂重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積為單位夯擊能。強(qiáng)夯的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)基土類(lèi)別，結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過(guò)試驗(yàn)確定。在一般情況下，對(duì)粗顆粒土可取1000～3000kN·m/m2,對(duì)細(xì)顆粒土可取1500～4000kN·m/m2。國(guó)內(nèi)夯錘一般為10～25t,最大為40t，夯錘的平面形狀一般有圓形和方形等，其中有氣孔式和封閉式兩種。實(shí)踐證明，圓形和帶有氣孔的錘較好，它可克服方形由于上下兩次夯擊著地并不完全重合，并造成夯擊能量損失和著地時(shí)傾斜的缺點(diǎn)。夯錘中宜設(shè)置若干個(gè)上下貫通的氣孔，孔徑可取250～300㎜，它可減小起吊夯錘時(shí)的吸力。又可減少能量的損失。錘底面積對(duì)加固效果有直接的影響，對(duì)同樣的錘重，當(dāng)錘底面積較小時(shí)，夯錘著地壓力過(guò)大，會(huì)形成很深的夯坑，即增加了繼續(xù)起錘阻力，又不能提高夯擊的效果，錘底面積宜按土的性質(zhì)確定，錘底面積靜壓力值可取25～40kpa,對(duì)細(xì)顆粒土錘底靜壓力宜取較小值。國(guó)外資料報(bào)道，對(duì)砂性土一般錘底面積為3～4m2,對(duì)粘性土不宜小于6㎡。有的文獻(xiàn)也提出，夯坑深度不超過(guò)錘寬度的一半，否則將有一部分能量損失在土中。由此可見(jiàn)，對(duì)細(xì)顆粒土在強(qiáng)夯時(shí)預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較深的夯坑，因而事先要求加大錘底面積。國(guó)內(nèi)外夯錘材料，大多數(shù)采用以鋼板為殼和內(nèi)灌混凝土的錘。還有鑄鋼（鐵）錘。為運(yùn)輸方便還有組織合錘。夯錘確定后，根據(jù)要求的單擊夯擊能量，就能確定夯錘的落距。國(guó)內(nèi)通常采用的落距為8～25m.對(duì)相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案。這是因?yàn)樵龃舐渚嗫色@得較大的接地速度，能將大部分能量有效地傳到地下深度，增加深層夯實(shí)效果，減小消耗在地表土層塑性變形的能量。2、最佳夯擊能最佳夯擊能，從理論將能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的覆蓋壓力時(shí)的夯擊能為最佳夯擊能。對(duì)于粘性土地基，由于孔隙水壓力消散慢，隨著夯擊能的增加，孔隙水壓力可以疊加，因而可根據(jù)有效加固深度孔隙對(duì)壓力的疊加值來(lái)選定最佳夯擊能。對(duì)于砂性土地基，由于孔隙水壓力的增加和消散過(guò)程很快，孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，當(dāng)孔隙水壓力增量隨夯擊次數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定時(shí)，可認(rèn)為砂土能夠接受的能量已達(dá)到飽和狀態(tài)。為此，可用最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)或有效壓縮率與夯擊能的關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)確定最佳夯擊能。見(jiàn)圖8·3·1和圖8·3·2。圖8·3·1砂性土的孔隙水壓力增量△u圖8·3·2有效壓縮率與夯擊能的關(guān)系曲線(xiàn)與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)曲線(xiàn)1、2、3、4分別為不同錘重和落距組合時(shí)所測(cè)得的有效壓縮率與夯擊能關(guān)系曲線(xiàn)。顯然，曲線(xiàn)1最好，曲線(xiàn)最低處的有效壓縮率最高，此時(shí)的夯擊能即為最佳夯擊能，超過(guò)最低點(diǎn)，曲線(xiàn)回升，說(shuō)明地基土側(cè)向變形增大，土體開(kāi)始破壞。最佳夯擊能和單擊夯擊能的比值即可作為控制夯擊次數(shù)。3、平均夯擊能平均夯擊能也稱(chēng)單位面積夯擊能，單位面積夯擊能的大小與基地土的類(lèi)別有關(guān)，單位面積夯擊能過(guò)小，難以達(dá)到預(yù)期的加固效果，單位面積夯擊能過(guò)大，不僅浪費(fèi)能源，而且對(duì)飽和粘性土來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度反而會(huì)降低?？倖挝幻娣e夯擊能與諸多因素有關(guān)，我國(guó)目前在工程實(shí)踐中所采用單位夯擊能見(jiàn)表8·3·4。單位面積夯擊能參考值表8·3·4單位面積夯擊能（kN·m/m2）粗顆粒土細(xì)顆粒土1000～30001500～4000強(qiáng)夯加固地基有一個(gè)加固深度和密實(shí)度的極限值，Leonards認(rèn)為其值相當(dāng)于靜力觸探比貫入阻力=15Mpa或標(biāo)貫值N63.5=30～40。達(dá)到這一極限再增多夯擊能只能使場(chǎng)地隆起，而無(wú)加固效果。這一極限對(duì)細(xì)顆粒土可定為加固至土壤含強(qiáng)結(jié)合水（或稍高）時(shí)土的飽和含水量及其相應(yīng)的密實(shí)度。因?yàn)榇藭r(shí)孔隙水已不能排除，無(wú)法再加密。在黃土中，其值約為干密度18kN/m3或孔隙水比e=0.5，對(duì)粗顆粒土可認(rèn)為此極限值是相對(duì)密實(shí)度達(dá)到0.8～0.9。每遍單位面積夯擊能，對(duì)飽和土需要分遍夯擊，這樣對(duì)每一遍也存在一極限夯擊能，根據(jù)Menard飽和土夯擊時(shí)液化，孔隙水壓力升高的觀點(diǎn)，從理論上講，每遍極限夯擊能為地基中孔隙水壓力達(dá)到土的自重應(yīng)力時(shí)的夯擊能，此時(shí)土已液化，稱(chēng)之為每遍最佳夯擊能。但在實(shí)際工程中，實(shí)測(cè)的孔隙水壓力值多數(shù)達(dá)不到上覆土的自重應(yīng)力。其最大值與被測(cè)土的類(lèi)型孔壓測(cè)量?jī)x表位置（深度、距夯點(diǎn)之距）、夯點(diǎn)數(shù)量及夯擊順序等有關(guān)，因此在工程實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)以下三原則之一通過(guò)試夯確定。（1）坑底土不隆起，包括不向夯坑內(nèi)擠出，或每擊隆起量小于每擊夯沉量，這說(shuō)明土仍可被擠密。（2）夯坑不得過(guò)深，以免造成提錘困難。為增大加固深度，必要時(shí)可在夯擊坑內(nèi)填加粗顆粒料，形成土塞，以增加錘擊數(shù)。（3）每擊夯沉量不宜過(guò)小，過(guò)小無(wú)加固作用。三、夯擊點(diǎn)布置及間距1夯擊點(diǎn)布置夯擊點(diǎn)平面布置應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行布置。夯點(diǎn)平面布置的合理與否與夯實(shí)效果和施工費(fèi)用有直接關(guān)系。對(duì)某些基礎(chǔ)面積較大的建筑物或構(gòu)筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點(diǎn)；對(duì)辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點(diǎn)。對(duì)砂性土或填石地基和土夾石填石地基，可用連夯法布點(diǎn)，對(duì)加固深度較大的工程，可按土層厚度不同，分二遍以上進(jìn)行夯擊，最后普夯一遍（即錘印互相搭接地夯一遍）。由于基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散作用或消除液化，強(qiáng)夯加固范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)外邊緣的寬度宜為設(shè)計(jì)處理深度的1/2～2/3，并不宜小于3.0m。2、夯擊點(diǎn)間距夯點(diǎn)間距的選擇宜根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)類(lèi)型、加固土層厚度及土質(zhì)條件通過(guò)試夯確定，對(duì)細(xì)顆粒土來(lái)說(shuō)，為便于超靜孔隙水壓力的消散，夯擊點(diǎn)間距不宜過(guò)小。當(dāng)加固深度要求較大時(shí)，第一遍的夯擊點(diǎn)間距更不宜過(guò)小，以免在夯擊時(shí)在淺層形成密實(shí)層而影響夯擊能往下傳遞。若夯擊點(diǎn)間距太小，在夯擊時(shí)上部土體易向側(cè)向已夯成的夯坑內(nèi)擠出，從而造成坑壁坍塌，夯錘歪斜或傾倒，而影響夯實(shí)效果。反之，如間距過(guò)大，也會(huì)影響夯實(shí)效果。我國(guó)目前工程上常用的夯間距是3～9m，實(shí)踐證明，間隔夯擊比連夯好。間夯對(duì)深層加固有利，原因是間夯便于能量在土中被吸收，使夯擊能有利于向深層傳遞，孔隙水容易向低壓區(qū)排出，可先固結(jié)一部分地基土。再夯第二遍時(shí)，可使充滿(mǎn)孔隙水的另一部分土體得到能量，克服土顆粒對(duì)水吸附力，將土體孔隙水?dāng)D出而得到加固，提高了強(qiáng)度。連夯則全面產(chǎn)生超孔隙水壓，而沒(méi)有低壓區(qū)，孔隙水處于相對(duì)平衡，反而使水不容易排出。夯擊點(diǎn)過(guò)密，相鄰夯點(diǎn)的加固效果將在淺層處，疊加形成硬層，影響波的傳播和造成能量損失。又因淺層受面波的運(yùn)動(dòng)做功而松動(dòng)，為了使地基表層受到加固，必須滿(mǎn)夯一遍。四、夯擊次數(shù)和遍數(shù)夯擊次數(shù)的確定夯擊次數(shù)的確定是強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)。夯擊數(shù)與地基加固要求有關(guān)，而夯擊能量的大小是根據(jù)地基加固后應(yīng)達(dá)到的規(guī)定指標(biāo)來(lái)確定的。夯擊要求土體豎向壓縮最大，側(cè)向移動(dòng)最小。國(guó)內(nèi)外目前一般每夯擊點(diǎn)夯5～20擊，根據(jù)土的性質(zhì)和土層的厚薄不同，夯擊擊數(shù)也不同。對(duì)于非飽和土或填土，常以最后兩擊的下沉量平均值不大于40mm，來(lái)控制每點(diǎn)的夯擊擊數(shù)。而對(duì)于飽和粘性土，應(yīng)以孔隙水壓力上升到最大值等于土體自重（即ut=，ut為孔隙水壓力，為土的容積，h為土層厚度）或出現(xiàn)液化現(xiàn)象來(lái)控制夯擊擊數(shù)。２．夯擊遍數(shù)由于夯點(diǎn)間距大，夯點(diǎn)間需增設(shè)夯點(diǎn)以加固末擠密土，故需增加夯擊遍數(shù)，這種分遍夯擊實(shí)際上就是夯點(diǎn)分批夯擊。對(duì)飽和細(xì)砂土，由于存在單遍飽和夯擊能，每遍夯擊后需孔壓消散，氣泡回彈，方可二次壓密擠實(shí)，因此，對(duì)夯點(diǎn)也需分遍夯擊。對(duì)飽和粗顆粒土，當(dāng)需夯坑深度大時(shí)，或積水或涌水需填料，為便于操作也要采用分遍夯擊。在工程實(shí)踐中，常采用高大能量、大間距加固深層，此時(shí)應(yīng)根據(jù)需要對(duì)同一批夯點(diǎn)分遍夯擊，然后，再逐步分批夯擊另一批夯點(diǎn)。當(dāng)需要逐遍加密飽和土和高含水量土以加大土的密實(shí)度，或夯坑要求較深起錘困難需加填料時(shí)，對(duì)每一夯擊點(diǎn)需分遍夯擊，以使孔隙水壓力消散，各批夯點(diǎn)的遍數(shù)累計(jì)加上滿(mǎn)夯組成總的夯擊遍數(shù)。一般情況下，對(duì)碎石、礫砂、砂質(zhì)土或垃圾土，夯擊遍數(shù)為3遍左右。粘性土為3～8遍，泥炭為3～5遍。在我國(guó)大多數(shù)工程中為2～5遍。一般認(rèn)為，在夯擊期間的沉降量達(dá)到計(jì)算最終沉降量的80%～90%時(shí)夯擊完畢，或根據(jù)設(shè)計(jì)要求以夯到預(yù)定標(biāo)高來(lái)控制夯擊遍數(shù)。試驗(yàn)證明，二、三批夯點(diǎn)，特別是花點(diǎn)夯擊遍數(shù)可比第一批夯點(diǎn)減小遍數(shù)，這時(shí)可增大或不增大其每遍的擊數(shù)。對(duì)軟弱土、每批夯點(diǎn)需分遍時(shí)的第一遍擊數(shù)，常以控制場(chǎng)地隆起，起錘困難設(shè)定擊數(shù)，一般選用5～10擊，無(wú)須控制夯沉量，對(duì)每一批夯點(diǎn)的最后一遍，為使場(chǎng)地均勻有效加固，可以用控制最后兩擊的平均貫入度來(lái)確定夯擊次數(shù)。其控制貫入度值可經(jīng)試夯根據(jù)檢驗(yàn)的加固效果，確定適當(dāng)值，以控制大面積施工。最后以低能量滿(mǎn)夯一遍。滿(mǎn)夯的作用是加固表層土，點(diǎn)夯深層加固時(shí)的坑側(cè)松動(dòng)土及整平夯坑填土。滿(mǎn)夯就是錘印互相搭接。五、兩邊夯擊間歇時(shí)間兩邊夯擊之間應(yīng)有一定的間歇時(shí)間，以利于強(qiáng)夯時(shí)土中超靜孔隙水壓力消散。所以間歇時(shí)間取決于超靜孔隙水壓力消散時(shí)間。土中超靜孔隙水壓力的消散速率與土的類(lèi)別、夯點(diǎn)間距等因素有關(guān)。對(duì)砂性土其滲透系數(shù)大，一般在數(shù)分鐘和2～3h即可消散完。但對(duì)滲透性差的粘性土地基，一般需要數(shù)周才能消散完。夯點(diǎn)間距對(duì)孔壓消散速率也有很大的影響，夯點(diǎn)間距小，孔壓消散得慢，反之，夯點(diǎn)間距大，孔壓消散很快。所以間隔時(shí)間應(yīng)以孔隙水壓力消散時(shí)間的長(zhǎng)短而定。另外，孔隙水壓的消散還與周?chē)潘畻l件有關(guān)?？筛鶕?jù)地基水的滲透性確定間歇時(shí)間，對(duì)于滲透性較差的粘性土地基的間隔時(shí)間，一般不少于3～4周，一般滲透性較好的粘性土1～2周，對(duì)滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。六、墊層鋪設(shè)強(qiáng)夯加固場(chǎng)地必須具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設(shè)備，并便于對(duì)所施工的夯擊能得到擴(kuò)散，同時(shí)也可加大地下水位與地表面的距離，因此有必要鋪設(shè)墊層。墊層厚度隨場(chǎng)地的土質(zhì)條件、夯錘重量及形狀等條件而定。一般為50～150cm。預(yù)鋪墊層可形成一覆蓋壓力，減小坑側(cè)土隆起，使坑側(cè)土得到加固。預(yù)鋪墊層的又一作用就是在夯擊后能形成夯坑底易透水土塞，從而加大加固深度，并可作為坑底土孔隙水壓力的消散通道，加快孔底土孔隙水壓力的消散。另外，這一墊層還可防止夯坑底涌土，并利于施工機(jī)械的行走。墊層材料宜采用粗顆粒的碎石、礦渣、砂礫石、粗顆粒粒徑宜小于10cm。對(duì)處理土層為飽和砂、軟土?xí)r，坑底易涌土涌砂，故墊層材料不宜用砂。第四節(jié)強(qiáng)夯法施工強(qiáng)夯施工的主要機(jī)具及設(shè)備有：夯錘、起重設(shè)備、脫鉤裝置等。一、夯錘夯錘的設(shè)計(jì)或選用需要考慮下列因素：1、夯錘質(zhì)量夯錘質(zhì)量與需要加固的土層厚度、土質(zhì)條件及落距等因素有關(guān)，根據(jù)自由落體沖量公式：E=m(8·4·1)式中E——夯錘落地的沖量(tm/s)；m——夯錘質(zhì)量(t)g——重力加速度(m/s2)h——落距(m)在沖量一定的條件下，由于與沖量錘重的一次方以及落距的1/2次方成正比。從形式上看，增加錘質(zhì)量比增大落距好，另一方面增加落距h可增大夯錘落地時(shí)的速度，能減小能量損耗，更有效地將夯擊能傳到土層的深度，使加固效果更好，因此，這兩個(gè)因素應(yīng)綜合考慮。國(guó)內(nèi)常用的錘質(zhì)量有8、10、12、16、20、25、30、40t等多檔，國(guó)外大都應(yīng)用大噸位起重機(jī)，夯錘質(zhì)量一般大于15t，最大的達(dá)到200t。2、夯錘材料夯錘的材料可用鑄鋼（鐵），也可用鋼板為殼內(nèi)填砂或澆灌混凝土的，我國(guó)使用鋼筋混凝土錘較多?；炷铃N重心高，沖擊后晃動(dòng)大，夯坑易塌土，夯坑開(kāi)口較大，易起錘、易損壞?；炷N的優(yōu)點(diǎn)是可就地制作，成本較低。而鑄鋼（鐵）錘則相反，它的穩(wěn)定性好，且按需要拼裝成不同質(zhì)量的夯錘，故它的效果優(yōu)于混凝土錘。但在夯坑較深時(shí)，塌土覆蓋錘頂易造成起重錘困難。有將錘底制成稍帶凸弧，增加了側(cè)擠使坑壁穩(wěn)定，減小了起錘力和坑壁塌土。3、夯錘形狀夯錘形狀可做成圓形、方形。方錘落地方位改變，與夯坑形狀不一致，影響夯擊效果，圓錘無(wú)此缺點(diǎn)，現(xiàn)在工程中多用圓錘。目前，我國(guó)大多以12～20mm厚鋼板為底，以8～14mm厚鋼板為周，內(nèi)加有3～4層φ16@300方格鋼筋網(wǎng)，并與四周鋼板焊牢，內(nèi)澆C30混凝土制作而成，如圖8·4·1和圖8·4·2所示。圖8·4·1圓形夯錘圖8·4·2方形夯錘為了克服錘提升時(shí)土與錘之間的強(qiáng)夯吸附力，避免增加起重機(jī)的負(fù)荷能力，一般在錘底均設(shè)有4個(gè)以上的排氣孔?？讖揭话銥?0～25cm。錘底面積對(duì)加固深度有一定影響，加固土層小于5m時(shí)，錘底面積要求在4.5m2以上。（二）起重設(shè)備起重機(jī)是強(qiáng)夯施工的主要設(shè)備，國(guó)內(nèi)外強(qiáng)夯用的起重設(shè)備大多是自行式、全回轉(zhuǎn)履帶式起重機(jī)。目前國(guó)內(nèi)采用的起重機(jī)的起重能力為15～50t，由于起重能力較小，一般采用滑輪組和脫鉤裝置來(lái)起落夯錘。近年來(lái)各施工單位普遍采用在起重機(jī)臂桿端部設(shè)置輔門(mén)架的措施，不僅可防止落錘時(shí)機(jī)架傾斜，而且能提高起重能力。國(guó)外所用大都是大噸位吊車(chē)，通常在100t以上，國(guó)外使用大噸位吊車(chē)因?yàn)樗麄兪遣捎脝卫|繩打擊法施工的緣故。根據(jù)我國(guó)具體情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在采用強(qiáng)夯加固地基時(shí)，最低限度必須具備有15t以上履帶式或16t以上輪胎式起重機(jī)。（三）自動(dòng)脫鉤裝置脫鉤裝置見(jiàn)圖8·4·3所示，是強(qiáng)夯施工的重要設(shè)備，我國(guó)缺少大噸位起重機(jī)，另外也考慮大噸位的起重機(jī)用于強(qiáng)夯施工，會(huì)大大增加施工臺(tái)班費(fèi)用。因此常采用通過(guò)動(dòng)滑輪組以脫鉤裝置來(lái)起落夯錘。這樣就可用小噸位吊車(chē)達(dá)到實(shí)行強(qiáng)夯的目的。施工時(shí)將夯錘掛在脫鉤裝置上，為便于夯錘脫鉤將系在脫鉤裝置手柄上的鋼絲繩的另一端，直接固定在起重機(jī)臂桿根部的橫軸上，當(dāng)夯錘起吊到預(yù)定高度時(shí)，鋼絲繩隨即拉緊而使脫鉤裝置開(kāi)啟。這樣既保證了每次夯擊的落距相同，又做到了自動(dòng)脫鉤，提高了工效。自動(dòng)脫鉤原理見(jiàn)圖8·4·4所示。圖8·4·3脫鉤裝置1、吊鉤2、鎖卡伸臂3、螺栓4、開(kāi)口鎖5、架板6、螺栓7、墊圈8、止動(dòng)扳9、銷(xiāo)軸10、螺母11、鼓形輪12、護(hù)板圖8·4·4自動(dòng)脫鉤原理示意圖自動(dòng)脫鉤鋼絲繩的長(zhǎng)度，大多在現(xiàn)場(chǎng)待夯錘吊起量測(cè)固定后確定，但此種確定方法，對(duì)操作人員存在不安全因素，因此最好按圖8.4.5事先對(duì)鋼絲繩長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算后確定：圖中hmax—要求落距(m)；a—吊鉤底支座到地面的距離(m)；e—滑輪上緣到鎖柄的長(zhǎng)度(m)；b—吊桿外張半徑(m)；d—錘底到滑輪的距離(m);設(shè)鋼絲長(zhǎng)為L(zhǎng)(m)得：L=X+eX=L=（8·4·2）圖8·4·5控制鋼絲繩長(zhǎng)度示意圖二、夯前試夯由于強(qiáng)夯法的許多設(shè)計(jì)參數(shù)還是經(jīng)驗(yàn)性，影響因素又很復(fù)雜繁多，到目前為止還不能做精確的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)常采用工程類(lèi)比法和經(jīng)驗(yàn)法，為驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)并符合預(yù)定目標(biāo)，常在正式施工前作強(qiáng)夯的試驗(yàn)即試夯，以校正各設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，考核施工機(jī)具能力，為正式施工提供依據(jù)。試夯的目的根據(jù)工程需要確定加固后的地基承載力，變形模量，有效加固深度，特別是消除黃土的濕陷性或地基的地震液化深度，以此根據(jù)土的類(lèi)型、特征，選定單點(diǎn)夯擊能，單位面積夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)間距、間歇時(shí)間等，確定是否需要加設(shè)墊層及填料并確定其厚度。試夯的目的就是根據(jù)這些選定的施工參數(shù)，進(jìn)行試夯，并根據(jù)試夯后的檢驗(yàn)結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)、施工參數(shù)，使其達(dá)到預(yù)想的處理效果。（一）試夯的步驟和程序1、根據(jù)地質(zhì)資料，建筑場(chǎng)地的復(fù)雜程度，建筑規(guī)模和建筑類(lèi)型，在擬建場(chǎng)地選取一個(gè)或幾個(gè)有代表性的區(qū)段作為試夯區(qū)。2、在試夯區(qū)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的原位測(cè)試，采用原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，有條件時(shí)，可做室內(nèi)動(dòng)力固結(jié)分析，測(cè)定土的動(dòng)力性能指標(biāo)。3、試夯應(yīng)有單點(diǎn)及小片試區(qū)，必要時(shí)應(yīng)有不同單擊夯擊能的對(duì)比，以提供合理的選擇。單點(diǎn)夯擊應(yīng)布置測(cè)試地表位移（包括豎直、水平位移），記錄每擊夯沉量，測(cè)定夯坑深度及口徑、體積，測(cè)定孔隙水壓力增長(zhǎng)消散值與時(shí)間的關(guān)系，振動(dòng)影響值及范圍，測(cè)定夯坑填料厚度。小片試區(qū)，小區(qū)試夯面積應(yīng)根據(jù)布點(diǎn)要求確定包括各批各遍夯擊的作用，以使試夯區(qū)內(nèi)部的檢驗(yàn)有代表性，測(cè)試內(nèi)容除單點(diǎn)夯內(nèi)容外，應(yīng)記錄計(jì)算各遍的填料量及各遍的場(chǎng)地下沉量，以便正式施工時(shí)，預(yù)留下沉量及校核加固效果。測(cè)試應(yīng)包括夯點(diǎn)及夯間，最好能每遍夯后均勻進(jìn)行，以便調(diào)整夯擊遍數(shù)。4、夯擊結(jié)束一至數(shù)周后（即孔隙水壓力消散后），對(duì)試夯場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目與夯前應(yīng)相同。如取土試驗(yàn)（抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ，壓縮模量ES，密度r，含水量，孔隙比e，滲透系數(shù)k等）、十字板剪切試驗(yàn)，動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、波速試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)等。試驗(yàn)孔布置應(yīng)包括坑心、坑側(cè)，坑側(cè)一般應(yīng)在距坑心2.5～3D內(nèi)布3～4個(gè)點(diǎn)，以測(cè)定加固范圍，確定合理的夯點(diǎn)間距。5、根據(jù)夯前、夯后的測(cè)試資料，經(jīng)對(duì)比分析，若試夯效果復(fù)合要求，則可確定強(qiáng)夯施工參數(shù)、否則應(yīng)修改試夯方案進(jìn)行補(bǔ)夯或調(diào)整夯擊參數(shù)后重新試驗(yàn)。6、根據(jù)試夯結(jié)果，在初步施工方案的基礎(chǔ)上，編制正式施工方案，并以此指導(dǎo)施工。三、強(qiáng)夯法施工要點(diǎn)（一）施工前場(chǎng)地準(zhǔn)備工作1、強(qiáng)夯前應(yīng)查明場(chǎng)地范圍內(nèi)地下構(gòu)筑物、管線(xiàn)和其他設(shè)施的位置及標(biāo)高等參數(shù)，并采取必要措施加以妥善處理，以勉強(qiáng)夯施工時(shí)造成損壞。2、當(dāng)強(qiáng)夯施工所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)臨近建筑物或其他設(shè)施會(huì)產(chǎn)生有害影響時(shí)，應(yīng)采取防震、隔振或其他必要措施。3、當(dāng)場(chǎng)地地下水位高或夯坑內(nèi)積水影響施工時(shí)，宜采用人工降低地下水位或鋪填一定厚度的松散材料，場(chǎng)地或夯坑內(nèi)積水應(yīng)及時(shí)排出。（二）施工步驟1、在以平整好的場(chǎng)地上標(biāo)出第一遍夯擊點(diǎn)位置并測(cè)量場(chǎng)地高程；2、起重機(jī)就位，使夯錘對(duì)中夯點(diǎn)位置；3、測(cè)量夯前錘頂高程；4、將夯錘起吊到一定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程；5、重復(fù)步驟4，按設(shè)計(jì)和試夯的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)完成1個(gè)點(diǎn)的夯擊；6、重復(fù)步驟2～5，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊；7、用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程，停歇規(guī)定的間歇時(shí)間，待土中超靜孔隙水壓力的消散；8、按上述步驟逐遍完成全部夯擊遍數(shù)，再用低能量“滿(mǎn)夯”一遍，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。（三）施工記錄及數(shù)據(jù)整理1、每個(gè)夯點(diǎn)的每擊夯沉量、夯坑深度、開(kāi)口大小、夯坑體積、填料量都需記錄；2、場(chǎng)地隆起、下沉記錄，特別鄰近的建、構(gòu)筑物等；3、每遍夯擊后場(chǎng)地的夯沉量，填料記錄；4、附近建筑物的變形監(jiān)測(cè)；5、孔隙水壓力增長(zhǎng)、消散監(jiān)測(cè)，每遍或每批夯點(diǎn)的加固效果檢測(cè)，