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1、强夯法和强夯置换法,主要 内 容,1 加固机理,设计计算,3 施工方法,4 质量检验,6 发展趋势,5 工程实例,强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。,概述,等等,对于高饱和度的可采用强夯置换法,概述,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)规定,概述,强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿
2、陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。,概述,强夯法、强夯置换法的优点,加固效果好,使用经济,施工简单,强夯法加袋装砂井,概述,国内发展阶段,2002年底至今，强夯工程最高应用能级已经达到10000kN*m。为了更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上，还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术 。,概述,以处理饱和软土为目的低能级强夯技术；,三个研究方向,强夯与其他地基处理技术优势互补，发展成为组合式地基处理技术。,以处理高填土和深厚湿陷性黄土，以及消除湿陷为目
3、的的高能级强夯技术；,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,夯锤,地面,挤压土体,隆起,夯击能,冲击力,冲击波,冲切上部土体,结构破坏形成夯坑,挤压周围土体,1 加固机理,1 加固机理,某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况,1 加固机理,对非饱和土地基,压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。,对饱和无粘性土地基,土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。,对饱和粘性土地基,产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。,动力密实,动力荷载减小土孔隙，提高强度,处理细颗粒饱和土,1 加固机理,动力固结,动力置换,冲
4、击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,1 加固机理,实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。,非饱和土在中等夯击能量10002000kNm的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。,非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,1 加固机理,在冲击动能作用下，地面会立即产生
5、沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。,Abu Dhabi Corniche (United Arab Emirates),夯坑,动力密实的应用范围,动力密实的应用范围,肇庆花都博罗输变电工程花都站土石方强夯施工,动力密实的应用,动力密实的应用,水下地基加固,1 加固机理,1 加固机理,Menard首次对传统的固结理论提出了不同的看法，认为饱和土是可压缩的新机理。,饱和土的压缩性：进行强夯时，气体体积压 缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压就减少。,产生液化：土体中气体体积百分比为零时，就变成不可压缩的。相
6、 应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。继 续施加能量，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。,渗透性变化：超孔压大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂 隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排 出。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合。,4. 触变恢复：土体的强度逐渐减低，当出现液化或接近液化时，强度达 到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着孔压 的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。,1 加固机理,夯击三遍的情况,从左图可以看出，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力
7、的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。,1 加固机理,弹簧活塞模型,静力固结理论与动力固结理论的模型比较a)静力固结理论模型 b)动力固结理论模型,青岛港8号码头强夯工程,动力置换,整式置换：将碎石整体 挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。,桩式置换：形成桩式 或墩式的碎石墩或桩。 其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。,1 加固机理,桩式置换,动力置换 (Railway track, Malaysia),整式置换,动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER (Shopping center - Egypt),桩式置换,动力置换的应用范围,动力置换的应用范围,设计计算,施工
8、方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,2 设计计算,有效加固深度,有效加固深度,？,经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。,系数，根据地基土性质决定,夯锤重（t）,落距（m）,2 设计计算,有效加固深度,影响H的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。,应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度,如果没有则根据建筑地基处理技术规范的建议取值,强夯置换墩的深度,土质条件决定,对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软土层，着底在较好土层上,对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层,2 设计计算,夯锤和落距,夯锤
9、,落距,单击夯击能=M*h,总夯击能=N*M*h,单位夯击能=N*M*h/A,应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。,对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。,2 设计计算,夯锤和落距,2 设计计算,最佳夯击能,最佳夯击能,？,在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。,粘性土中的确定,根据孔隙水压力的叠加值,砂性土中的确定,绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线,2 设计计算,夯击点的布置,处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大
10、范围，可根据建筑物类型和重要性等因素决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的1/22/3，并不宜小于3m。,2 设计计算,夯击点的布置,夯击点的间距,确定原则：一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定，以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙。,1.强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。,2.对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。,3.强夯置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5
11、2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。,3.4 夯击点布置及间距,等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。,夯距通常为515m,2 设计计算,夯击点的布置,Thermal K-12 Educational Park, Coachella Valley California (US),美国加州某工程夯点布置（正方形）,NICE AIRPORT (France),Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates),2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,国内确定夯击击数的方法有所不同：有的以孔隙水压力达到液化压力为准则；有的以最后一
12、击的夯沉量达某一数值为限值；也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为410击。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,强夯夯点的夯击击数,按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,还要满足,1.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击能量小于4000kN*m时为50mm；夯击能为40006000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kNm时为200mm;,2.夯坑周围地面不应发生过大隆起;,3.不因夯坑过深而发生起锤困难。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,强夯置换点的夯击击数,按现场试夯
13、得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,还要满足,1.墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长 ;,2.累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍 ;,3.最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击遍数,夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,2 设计计算,垫层铺设,强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，
14、可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。 垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m，保证地下水位低于坑底面以下2m。铺设的垫层不能含有粘土。,2 设计计算,间歇时间,取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间,砂性土,消散快,间歇时间很短,连续夯,粘性土,消散慢,孔压叠加,间歇时间长,设置袋装砂井,加速消散,缩短间歇时间,2 设计计算,现场测试设计,地面及深层变形,目的：1.了解地
15、表隆起的影响范围及垫层的密实度变化；2.研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；3.确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。,手段： 地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。,2 设计计算,现场测试设计,地面及深层变形,夯击次数(或夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线,阴影面积为有效压实体积，越大表示效果越好。,2 设计计算,现场测试设计,孔隙水压力,一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定两个夯击点间的夯距、夯击的
16、影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。,2 设计计算,现场测试设计,侧向挤压力,将土压力盒事先埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相近似。在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。,2 设计计算,现场测试设计,振动加速度,通过测试地面振动加速度可以了解强夯振动的影响范围。通常将地表的最大振动加速度为0.98m/s2处作为设计时振动影响安全距离。但由于强夯振动的周期比地震短得多，强夯产生振动作用的范围也远小于地震的作用范围，所以强夯施工时，对附近已有建筑物和正在施工的建筑物的影响肯定要比地震的影响为小。为了减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟。,
