地基处理之强夯法和强夯置换法

时间：2022-01-25作者：江西中釜强夯工程有限公司浏览：282

强夯是法国的Menard技术性企业于1969年创新的一种路基加固方式，它根据一般10～40t的重锤式和10～40m的落距，对路基土增加非常大的冲击性能，在路基土中所产生的震波和动内应力，可提升路基土的抗压强度、减少土的膨胀性、改进碎石土的抗汽化标准、清除湿陷性的湿陷性等。与此同时，夯击能还可提升土壤层的匀称水平，降低未来很有可能产生的不同地基沉降。

强夯换置法是选用在夯坑内回填土料石、砂砾石等粗颗粒物原材料，用夯锤夯击产生持续的强夯换置墩。具备加固成效显著、工程施工工期紧和工程施工花费劣等优势。

　　当今，运用强夯法和强夯换置法解决的项目范畴较其普遍，有工业生产与工业建筑、库房、储油罐、储仓、道路和公路地基、机场运动场及港口等。总而言之，强夯法在某种意义上比机械设备的、**化学的和其他结构力学的加固方式更加普遍和合理。

强夯法适用解决砂土、碎石土、低对比度的砂土与粘性土、湿陷性、素填土和湿陷性黄土等路基。强夯换置法适用高对比度的砂土与软塑～粉细砂的粘性土等基础上对形变操纵规定不紧的工程项目，与此同时应在设计前根据实地实验明确其实用性和解决实际效果。

工程项目实践活动表明，强夯法具备工程施工简易、加固效果非常的好、应用经济发展等优势，因此被世界各地建筑界所高度重视。对各种土强夯解决都获得了十分优良的工程经济实际效果。但对饱和状态软基处理的加固实际效果，务必给与排水管道的发展方向。因此，强夯法加袋装砂井(或塑胶排水管道带)是一个在软黏土路基上开展综合性解决的加固方式。

1、加固原理

强夯法是运用强悍的夯击能给路基一撞击力，并在路基中产生震波，在撞击力功效下，夯锤对上方土体开展冲切，土体构造毁坏，产生夯坑，并对周边土开展驱动力压挤

现阶段，强夯法加固路基有三种不一样的加固原理：驱动力密实度、驱动力土体驱动力换置，它在于路基土的类型和强夯施工技术。

(1)驱动力密实度

　　选用强夯加固多孔隙度、粗颗粒物、非饱和土是根据驱动力密实度的原理，即用冲击性型驱动力承载力，使土体中的孔隙度减少，土体越来越密实度，进而提升路基土抗压强度。非饱和土的压实全过程，便是土中的气相色谱(气体)被挤压的全过程，其压实形变主要是因为土颗粒物的相对位移造成。具体工程项目表明，在冲击性机械能功效下，路面会马上造成地基沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深层可达0.6～1.0m，夯坑底端产生一层过压密壳子层，承载能力相比夯前提升2～3倍。非饱和土在适中夯击动能1000～2000kN·m的效果下，主要是造成冲切形变，在加固深层范畴内气相色谱容积大大减少，较大可降低60%。

(2)驱动力土体

　　用强夯法解决细颗粒物饱和状态土时，则是凭借驱动力土体的基础理论，即较大的冲击性动能在土中造成较大的内应力波，毁坏了土体原来的构造，使土体部分产生汽化并造成很多裂缝，提升了排水管道安全通道，使孔隙度水成功逸出，待**孔隙水压力消退后，土体土体。因为软基处理的可压缩性，抗压强度获得提升。驱动力土体基础理论可简述为：

　　1)饱和状态土的膨胀性　Menard*教授觉得，因为土中少量的溶解，*四纪土中绝大多数都带有以微汽泡方式发生的汽体，其含供气量大概在1%～4%范畴内，开展强夯时，气体体积缩小， 孔隙水压力扩大，接着汽体有一定的胀大，孔隙度水排出来的与此同时，孔隙水压力就降低。那样每夯击一遍，高效液相汽体和气相色谱汽体都有一定的降低。依据试验，每夯击一遍，气体体积可降低40%。

　　2)部分造成汽化　在反复夯击功效下，增加在土体的夯击动能，使汽体慢慢遭受缩小。因而，土体的下沉量与夯击能正相关。当汽体按容积百分数贴近零时，土体便变为不能缩减的。相对应于孔隙水压力升高到遮盖工作压力相同的动能级，土体即造成汽化。孔隙水压力与液化工作压力之比称之为汽化度，而液化工作压力即是遮盖工作压力。当汽化为**时，亦即是土体造成汽化的临界阻尼，而该动能级称之为“饱和状态能”。这时， 吸附变为自由水，土的硬度降低到较小值。一旦做到“饱和状态能”而再次增加动能时，除开使土起重构的影响功效外，动能实属是消耗。

　　3)透水性转变　在非常大夯击能功效下，路基土体中发生震波和动内应力。当所产生的**孔隙水压力**过颗粒物间的侧面工作压力时，导致土颗粒物间发生裂缝，产生泄水安全通道。这时，土的透水率剧增，孔隙度水得到成功排出来。在有标准网格图布局夯点的当场，根据堆积的夯击动能，在夯坑四周会产生有标准的竖直缝隙，夯坑周边发生涌水状况。

　　当孔隙水压力消退到低于颗粒物间的侧面工作压力时，裂缝即自主合闭，土原水的健身运动再次又修复常态化。海外材料报导，夯击时经常出现的震波，将土颗粒物间吸附转换变成自由水，因此推动了毛细血管安全通道横剖面的扩大。

　　4)触变修复　在反复夯击功效下，土体的硬度慢慢降低，当土体发生汽化或贴近汽化时，使土的抗压强度做到较低限。这时土体造成裂缝，而土中吸附一部分变为自由水，伴随着孔隙水压力的消退，土的抗剪强度和变形模量都是有了大幅的提高。这时自由水再次被土颗粒物所吸咐而变成了吸附，这也是具备可压缩性土的特点。

　　由于以上强夯法加固的原理，Menard对强夯中产生的状况，又明确提出了一个新的扭簧活塞杆实体模型，对驱动力土体的原理作了表述。

　基桩土体基础理论与驱动力土体基础理论的实体模型间差别具体表现为下列四个关键特点，见表4.2.3-1。

表-1 基桩土体驱动力土体基础理论比照

基桩土体基础理论(图4.2.3-1a)

驱动力土体基础理论(图4.2.3-1b)

①不能缩减的液态

②土体时液态排出来所经过的小圆孔，其直径是不会改变的

③刚度系数是参量

④活塞杆无摩摩擦阻力

①带有小量汽泡的可压缩性液态

②土体时液态排出来所经过的小圆孔，其直径是转变的

③刚度系数为变化

④活塞杆有摩摩擦阻力

(3)驱动力换置

　　驱动力换置可分成整式换置和桩式置换。整式换置是选用强夯将砂砾石总体挤进污泥中，其作用机理类似分株基础垫层。桩式换置是根据强夯将砂砾石回填土体中，一部分碎石桩(或墩)间距地夯入软基处理中，产生桩式(或墩式)的砂砾石墩(或桩)。其作用机理相近于振冲法等产生的碎石桩，它主要是靠砂砾石内摩擦角和墩间土的侧限来保持土桩的均衡，并与墩间土起复合地基的功效。

2、强夯法的设计方案

(1)合理加固深层

合理加固深层既是挑选地基处理方法的重要凭证，也是体现解决实际效果的主要主要参数。一般可按以下公式计算估计合理加固深层，或按表4.2.3-2预计：

　　 　　　　　 　(4.2.3-1)

式中 ——合理加固深层(m)；——夯锤重(t)；　——落距(m)；

——指数，须依据所解决路基土的特性而定，对软基处理可用0.5，对黄土层可用0.34～ 0.5。

表4.2.3-2 强夯的合理加固深层(m)

点击夯击能/kN·m

砂土、碎石土

等粗颗粒物土

砂土、粘性土、湿陷性

等细颗粒物土

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

8000

10.0～10.5

9.0～9.5

注：强夯的合理加固深层需从较开始起夯面起算。

(2)夯锤和落距

　　点击夯击能为夯锤重与落距的相乘。一般说夯击时较好是锤重和落距大，则点击动能大, 夯击击数小, 夯击次数也相对降低, 加固实际效果和工程经济不错。全部加固场所的总夯击动能(即锤重×落距×总夯击数)除于加固总面积称之为企业夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类型、结构特征、承载力尺寸和规定解决的深层等充分考虑，并可根据实验明确。在一般情形下，对粗颗粒物土可用1000～3000kN·m/m2， 对细颗粒物土可用1500～4000kN·m/m2。

　　但对饱和状态粘性土需要的动能不可以一次增加，不然土体会造成侧面挤压，抗压强度反倒有一定的减少，且难以修复。依据必须可分几次增加，二遍间可间歇性一段时间，那样可逐渐提升土的抗压强度，改进土的膨胀性。

在制定中，依据必须加固的深层基本明确选用的点击夯击能，随后再依据机器标准因时制宜地明确锤重和落距。

　　一般中国夯锤可用10～25t。夯锤材料较好用铸钢件，也能够用厚钢板为机壳内灌混泥土的锤。夯锤的平面图一般为环形，夯锤中设定多个左右全线贯通的出气孔，直径可用250～300mm，它可减少吊装夯锤时的吸附力(在上海金山石油化工厂的实验工程项目中测到，夯锤的吸附力达三倍锤重)；又可降低夯锤碰地前的瞬间气垫cc的上托力。锤底面积宜按土的类型明确，锤底静工作压力值可用25～40kPa，对砂类土和砂砾石回填土，一般锤底面积为2～4m2；对一般*四纪粘性土提议用3～4m2；针对污泥质土提议选用4～6m2；针对黄土层提议选用4.5～5.5m2。与此同时应操纵夯锤的高度，以预防造成偏锤状况，如黄土层，高度可选用1:2.5～1:2.8。

　　夯锤明确后，依据规定的点射夯击动能，就能明确夯锤的落距。中国通常选用的落距是8～25m。对同样的夯击动能，常采用大落距的工程施工方案，这是由于扩大落距可得到很大的接地装置速率，能将绝大多数动能合理地传入地底较深处，提升深层次压实实际效果，降低耗费在地土壤层塑性形变的动能。

(3)夯击点布局及间隔

　 1)夯击点布局　夯击点布置一般为三角形或方形。强夯解决范畴应**过房屋建筑基本范畴，实际的变大范畴，可利用房屋建筑种类和必要性等方面考虑到决策。对一般房屋建筑，每边**过基本边缘的总宽宜为设计方案解决深层的1/2～2/3，并不适合低于3m。

　　2)夯击点间隔　夯击点间距(夯距)的明确，一般根据地耕植土的特性和规定解决的深层而定。**遍夯击点间隔可用夯锤直徑的2.5～3.5倍，*二遍夯击点坐落于**遍夯击点中间，之后各遍夯击点间隔可适度减少。以确保使夯击动能传送到较深处和维护夯坑周边所形成的辐射源向裂缝为基本准则。

(4)夯击击数与次数

　　1)夯击击数　每遍每夯点的夯击击数应按当场试夯获得的夯击击数和夯沉量关联曲线图明确，且应并且达到以下标准：

　　a. 较终两击的夯沉量不适合**过以下标值：当点击夯击能低于4000kN·m时为50mm；当点击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm；当单击夯击能**过6000kN·m时为200mm；

　　b.夯坑周边路面不可产生过大突起；

　　c.不因夯坑过深而产生起锤艰难。

　　 总而言之，各夯击点的夯击数，应以土体纵向缩小较大，而侧面偏移较少为标准，一般为4～10击。

　　2)夯击次数　夯击遍数应根据地耕植土的特性和平均夯击能明确。可选用点夯2～3遍，针对透水性较弱的细颗粒物土，必需时夯击次数可适度提升。较终再用低动能满夯2遍，满夯可选用轻锤或消沉距锤多次夯击，锤印彼此之间钢筋搭接。

　　(5)基础垫层铺装

　　强夯前规定拟加固的场所必不可少具备一层稍硬的表面，使其能支撑起重机械；并有利于对所工程施工的“夯击能”获得蔓延；与此同时也可增加地下水与地表层的间距，因而有时候必不可少铺装基础垫层。对场所地下水在-2m深层下列的砂砾石土壤层，可立即实施强夯，不用铺装基础垫层；对地下水较高的饱和状态粘性土与易汽化流动性的饱和状态碎石土，都要铺装砂、沙砾或碎石垫层才可以开展强夯，不然土体会形成流动性。基础垫层薄厚随场所的土质条件、夯锤净重以及样子等标准而定。现场地土质条件好，夯锤小或样子结构有效，吊装时吸附力小者，也可降低基础垫层薄厚。基础垫层薄厚一般为0.5～2.0m。铺装的基础垫层不可以带有黏土。

(6)间歇性時间

　　各遍间的间歇性時间在于加固土壤层中孔隙水压力消退所须要的時间。对砂类土，孔隙水压力的较高值发生在夯完后的一瞬间，消退時间仅有2～4min，故对透水性比较大的砂类土， 二遍夯间的间歇性時间很短，亦就可以持续夯击。对粘性土，因为孔隙水压力消退比较慢，故当夯击能慢慢提升时，孔隙水压力亦相对应地累加，其间歇性時间在于孔隙水压力的消退状况，一般为3～4周。现阶段中国有的工程项目对粘性土路基的当场铺设了袋装砂井(或塑胶排水管道带)，便于加快孔隙水压力的消退，减少间歇性時间。有时候依据工程施工水流次序依次，二遍间也可以做到持续夯击的目地。

(7)当场检测

　　1.路面及深层次形变 路面形变科学研究的效果是：

　　1) 掌握地表突起的危害范畴及基础垫层的压实度转变；

　　2) 科学研究夯击能与夯沉量的关联，用于明确点射较好夯击动能；

　　3) 明确场所均值地基沉降和搭夯的下沉量，用于科学研究强夯的加固实际效果。

　　形变科学研究的技术手段是：地面塌陷观察、深层次沉降观测和水平位移观察。

　　路面形变的检测是对夯击后土体形变的科学研究。每每夯击一次应立即精确测量夯击坑以及周边的下沉量、突起量和挤压量。

　　2.孔隙水压力　一般可在实验当场沿夯击点等间距的不一样深层及其等深层的不一样间距铺设多管密闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击功效下，开展对孔隙水压力沿深层和水平距离的增加和消退的划分规律性科学研究。进而明确2个夯击点间的夯距、夯击的危害范畴、间歇性時间及其饱和夯击能等参数。

　　3.侧向挤压力 　将带有钢弦式土压力盒的钢板桩埋入土中后，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。

4.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。通常将地表的较大振动加速度为0.98m/s2处(即认为是相当于七度地震设计烈度)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。

3、强夯置换法的设计

强夯置换法的设计内容与强夯法基本相同，也包括：起重设备和夯锤的确定、夯击范围和夯击点布置、夯击击数和夯击遍数、间歇时间和现场测试等。

强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜**过7m。墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜**过全重的30％。

强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。

夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：

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1.5～2.0倍；

3最后两击的平均夯沉量应满足强夯法的规定。

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2～3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。

墩**应铺设一层厚度不小于500mm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm。

确定软粘性土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。

4、施工方法

　　西欧国家所用的起重设备大多为大吨位的履带式起重机，稳定性好，行走方便；较近日本采用轮胎式起重机进行强夯作业，亦取得了满意结果；国外除使用现成的履带吊外，还制造了常用的三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m，国外所用履带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上。由于100t吊机，其卷扬机能力只有20t左右，如果夯击工艺采用单缆锤击法，则100t的吊机较大只能起吊20t的夯锤。我国绝大多数强夯工程只具备小吨位起重机的施工条件，所以只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩的装置，使锤形成自由落体。拉动脱钩器的钢丝绳，其一端拴在桩架的盘上，以钢丝绳的长短控制夯锤的落距，夯锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩提升到要求的高度时，张紧的钢丝绳将脱钩器的伸臂拉转一个角度，致使夯锤突然下落。有时为防止起重臂在较大的仰角下突然释重而有可能发生后倾，可在履带起重机的臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。自动脱钩装置应具有足够的强度，且施工时要求灵活。

5、质量检验

　　强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取1～2周；对粉土和粘性土地基可取2～4周。强夯置换地基间隔时间可取4周。

　　质量检验方法可采用：1) 室内试验；2) 十字板试验；3) 动力触探试验(包括标准贯入试验)；4) 静力触探试验；5) 旁压仪试验；6) 载荷试验；7) 波速试验。

　　强夯法检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。其数量应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定。对简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处；对复杂场地或重要建筑物地基应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。强夯置换施工中可采用**重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1％，且不应少于3点。

强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。


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