强夯

•主•要•内•容1概述2加固机理3设计计算4施工方法6工程实例5现场检验概述通过一般8—40t的重锤(最重可达200t)和8—20m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500—8000kN·m(最高可达16000kN·m)。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。概述技术发展•基本思想源于古老的夯击方法•公元前6世纪西安半坡遗址上，即发现原始公社母系氏族社会时期，建筑的柱基垫土经过夯实，中国夯（木夯、抬夯），硪（石硪、铁硪）•在20世纪30年代已用于道路建设工程，时称重锤夯实法，•锤重2-3吨，落距2-3m，锤径0.7-1.5m，加固深度1-2.5m概述技术发展60年代末由法国Menard技术公司处理的法国戛纳芒德利海边滨海填土地基。该场地场地上要求建造20栋8层居住建筑。概述技术发展强夯法应用初期，仅应用于加固砂土、碎石土地基。首个应用工程：新近填筑碎石填土砂质粉土泥灰岩4-9m15-20m1）采用桩基。由于碎石填土——新近填筑，桩基负摩擦力将占单桩承载力的60％-70％，十分不经济。2）经研究采用堆载预压法处理，历时3个月，堆土高度5m，只沉降200mm。3）用强夯法，单位夯击能1200kN.m,只夯击一遍，整个场地平均夯沉量500mm，地基强度提高2-3倍。建筑物基底压力300kPa，建筑竣工后，其平均沉降仅为13mm。概述技术发展概述技术发展•首次应用于法国Rivieza海边的海滨新近填土地基加固处理，并获得成功。•这一技术经济上有显著优势，技术上相对简单，效果显著。•很快，传入美国，欧洲和日本等国家。•其应用范围也扩展到饱和粘性土与冲积土地基。1973年12个国家150多项工程应用加固面积140万m2.1975年末1978年1979年末20个国家300多项工程应用200多项工程应用加固面积300万m2.加固面积600万m2.英国一家杂志将其誉为：当前最好的几项新技术之一概述机械发展国外小型履带式起重机大能量专用强夯机械法国开发了液压驱动的专用三角架，可将40t重锤提升到40m。法国尼斯机场为了起降播音747客机而延长跑道3000m，要求加固深度达40m.为此，特别研制了一台可将200t重锤提升到25m的具有186个轮胎的超级起重台车，这是迄今世界上最大的强夯施工机械。NICEAIRPORT(France)概述机械发展国内•我国1975年开始介绍和引进，•1978年底交通部一航局科研所在天津新港三号公路首先开展强夯试验。•八五期间，强夯技术加固地基达300万m2以上。80年代单击夯击能为1000kJ以处理浅层人工填土为主90年代初—2002年成功开发单击夯击能为8000kJ的强夯技术消除黄土湿陷性深度可达到15m2002年至今强夯工程最大应用能级为16000kJ80年代初—90年代初成功开发单击夯击能为6250kJ的强夯技术黄土湿陷性有效处理深度提高到了10m左右著名工程实例：（1）北京乙烯工程——消除液化，提高承载力处理面积23万m2，深度8m。比挤密碎石桩加固方案和直接采用灌注桩方案节省工程投资3800万元，缩短施工周期约3个月。（2）茂名乙烯工程——加固砾质粘性土回填地基处理面积60万m2，深度5.7m。比直接采用灌注桩方案或挤密碎石桩方案节约数千万元投资，大大缩短了施工周期。（3）贵阳龙洞堡国际机场——回填地基处理面积12万m2，深度54m。概述适用的地基土：碎石土、砂土、粉土、粘性土、素填土、黄土、建筑生活垃圾或工业废料组成的杂填土地基。还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基。概述适用范围等等强夯法适用土层碎石土砂土低饱和度的粉土与粘性土湿陷性黄土杂、素填土概述适用范围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。对于高饱和度粉土和粘性土的可采用强夯置换法强夯法加袋装砂井软粘土地基的综合治理概述适用范围适用的工程范围：工业与民用建筑、重型构筑物、机场、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、飞机场跑道及码头、核电站、油库、油罐、人工岛等。在环境保护方面已应用于垃圾填埋场、沙漠地基、核废料场等概述特点优点：•适用各类土层；•应用范围广泛；•加固效果显著：明显提高地基承载力、压缩模量，消除湿陷性、膨胀性，防治振动液化。•有效加固深度大，多层可达24—54m；•施工机具简单；•节省材料；•节省工程造价；•施工快捷。只要环境允许、土层条件适合，强夯法在某种程度上比其它机械的、化学的或力学的加固方法使用得更为广泛和有效。概述特点缺点：强夯施工中产生振动、噪声对环境造成一定影响对振动有特殊要求的建筑物或精密仪器设备。城镇、市区或建筑物密集地区应采取隔振、防振措施目前强夯法着重于应用技术研究;工作机理认识和研究进展不大;强夯法设计和效果检验，几乎全部依赖于施工前试夯的数据和前人经验;试夯确定设计参数和强夯工艺是十分重要的。概述现状及发展方向特点两大挑战对粗粒土和低饱和度细粒土，夯击能量和能量传递方式是影响加固深度和底部挤淤效果的重要因素对饱和软土，水位高，粘性强，常规强夯不适用，橡皮土两大发展方向高能级强夯与强夯置换预处理强夯法概述现状及发展方向特点方向1：高能级强夯与强夯置换•大型基础设施，“西部大开发”、“长三角”和“珠三角”等经济区域工程建设中的山区回填地基、开山块石回填、炸山填海、吹砂填海地基，振兴东北老工业基地等•高能级强夯，16000kN.m，承载力特征值达到500—800kPa•强夯置换，有效加固深度达到15m概述现状及发展方向特点大连新港南海罐区地基处理工程16000kNm能级强夯渤船重工大型船舶建造联合工场地基处理工程（葫芦岛市）方向2:预处理强夯法•地下水的排出和超孔隙水压力消散•挤密碎石桩、砂桩、塑料排水板、振冲砂桩、袋装砂井等•有机结合两种或多种方法的优点，规避各自的缺点，其处理深度深，加固效果好，应用范围广，相对于目前在软土地基处理中采用的其它方法，其性价比具有很大优势概述现状及发展方向特点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加固机理夯锤某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况加固机理夯击能传递加固机理势能动能2、重锤与土体摩擦变为热能1、以声波的形式向四周传播3、其余大部分使土体产生自由振动，在地基中产生波场加固机理半无限空间体上竖向夯击能传递给地基是通过体波（压缩波和剪切波）和面波（瑞利波—RayleighWave）联合传播的。加固机理1、压缩波：是最快到达指定加固区域，其振动能量为输入总能量7%，导致质点平行于波振面方向作推拉运动，并使土中孔隙水压力增加，土粒错位。2、剪切波：其次到达，振动能量为27%，该波引起质点运动与波阵面方向正交的横向位移，并导致土体原位结构的破坏。对于饱和粘性土，剪切波是使得土体加密波。3、瑞利波：（面波）随距离增加衰减比体波慢，占总能量2/3，瑞利波的竖向分量对地基表面土起到松动作用，能在夯点附近造成地表面的隆起。体波沿着一个半球波振面径向、向外传播，其中：加固机理在相同夯击能的情况下，单一均质土层的加固效果比多层均质土加固效果好。多次反射波会使地面某一深度内已经夯实的土层重新破坏而变松。两层土的交界面动力密实加固机理采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理。冲击型动力荷载，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。非饱和土在中等夯击能量1000—2000kN·m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%。加固机理e1=0.9e2=0.35土颗粒两种不同排列方式所产生的单位厚度沉降量：293.091.0135.091.01121eee即：厚度可减少近30%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。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0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。加固机理动力密实的应用范围水下地基加固动力固结加固机理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。根据强夯实践：无论土性质如何，夯击时都能引起地基土较明显的沉降。对粗颗粒土：这种现象很容易理解。（由于渗透性好，水、气很快被排出）对饱和细颗粒土：这种现象用传统固结理论解释不了。饱和土体的孔隙中充满水，地基产生沉降必然是因为孔隙水排出而引起的。传统固结理论中：瞬时荷载下，t=0时，土中Δu=Δσ。此时，水的压缩性可忽略，由于土的渗透性很小，无法在很短的时间内排出，所以不可能产生明显的沉降。加固机理(1)饱和土的压缩性这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。Menard教授认为：饱和细粒土孔隙中除水外还有以微气泡形式出现的气体由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有，其含气量大约在1%～4%范围内1、毛细水影响，在土颗粒某些部位形成的密闭气体。2、水中常存在一些溶解气体：co2、o2、沼气等。当温度或压力升高时可从水中释放出来。进行强夯时，Va压缩，u增大，随后Va有所膨胀，孔隙水排出的同时，u就减少。饱和细粒土夯击时立刻出现明显的夯坑。原因是少量以微气泡形式存在的少量气体在夯击能量下被压缩，体积变小而产生的。加固机理(2)产生液化土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近0时，土体便变成不可压缩的。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体在强夯能作用下即产生液化。当液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。此时，吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。夯击一遍的情况夯击三遍的情况加固机理从上图可以看出，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的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。(3)渗透性变化加固机理由于垂直向总应力保持不变，超孔隙水压力逐渐增长且不能迅速消散，则有效应力减小。水平拉应力使土体产生一系列的竖向裂缝，使孔隙水从裂缝中排出，从而加速土体的固结。饱和细颗粒土经强夯后，在夯坑周围会出现径向或环向裂缝，孔隙水从这些裂缝中冒出。当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。(4)触变恢复加固机理重复夯击作用下，土体强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，土的强度达到最小值。此时土体产生裂隙，而土中的吸附水部分变成了自由水。随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。土颗粒间紧密接触和新吸附水层逐渐固定是土体强度增大的原因，而吸附水逐渐固定的过程可能会延续至几个月。在触变恢复期间，土体的变形是很小的，有资料介绍在1‰以下。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。加固机理饱和细粒土受夯一次夯击Va↓，Δu↑土体产生瞬时沉降反复夯击Δu↑≈σcz时，地基出现局部液化土体结构破坏结合水变为自由水，强度极低Δu↑土体抗拉强度出现裂缝k↑夯击后Δu↓土体固结自由水重新变为结合水强度↑触变恢复Δu↓土体抗拉强度裂缝闭合k↓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)动力固结理论模型静力固结理论(图a)动力固结理论(图b)①不可压缩的液体②固结时液体排出所通过的小