强夯工艺流程及处理效果

强夯法简介主要内容：一、强夯发展史二、适用情况三、加固机理四、设计计算方法五、施工步骤六、质量检验一、强夯发展史强夯法即强力夯实法，又称动力固结法。是利用大型履带式起重机将8-40吨的重锤从6-40米高度自由落下，对土进行强力夯实。强夯法起源于法国，1969年首先用于法国戛纳附近芒德利厄海边20来装八层楼居住建筑的地基加固工程。现场地质条件为表层4~8m为采石场废石废土填海造地，以下的15~20米为夹有高压缩性淤泥透镜体的砂质粉土，再下为石灰岩。处理措施：强夯，只一遍（锤重80KN，落距10m，夯击能1200KN.m）就沉降50cm。竣工后，基地压应力300kPa，绝对沉降仅1cm，差异沉降可忽略不计。强夯法是法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法，之后在国外迅速得到推广应用。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塘沽新港三号公路进行了强夯法试验研究。他通过一般8~30t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，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。二、适用情况砂土低饱和度的粉土与粘性土杂、素填土湿陷性黄土碎石土强夯法三、加固机理夯锤地面挤压土体隆起夯击能挤压周围土体结构破坏形成夯坑冲切上部土体冲击波冲击力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。三种加固机理动力密实加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土动力荷载减小土孔隙，提高强度超孔隙水压力消散，土体固结分为整式置换和桩式置换加密、碎石墩置换、排水的组合处理细颗粒饱和土局部产生裂缝，增加排水通道动力固结动力置换动力密实冲击型动力荷载，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。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。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%。动力固结巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。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的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。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。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。1、有效加固深度HMh系数，根据地基土性质决定夯锤重（t）落距（m）四、设计计算方法影响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，墩身可不穿透该层夯锤落距单击夯击能=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、夯锤和落距选择合适的夯锤和落距圆形和方形气孔式和封闭式选择夯锤锤重确定落距根据单点夯击能量较适合的夯击能夯击能最低值介于底面积按土的性质确定3、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)的关系曲线夯击点的布置根据基底平面形状等边三角形等腰三角形正方形应考虑施工时吊机的行走通道强夯置换墩位布置等边三角形正方形独立基础或条形基础根据基础形式布置处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，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1/2～2/3，并不宜小于3m。4、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2.5～3.5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。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4～10击。5、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4000～6000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kN·m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。夯击击数强夯置换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.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不大于强夯的规定值。夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯2～3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。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，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0.5～2.0m，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。6、垫层铺设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7、间歇时间地面及深层变形目的：1.了解地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。8、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。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、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。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。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。五、施工步骤1)清理并平整施工场地；2)铺设垫层，使在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。同时可加大地下水和表层面的距离，防止夯击的效率降低;3)标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程；4)起重机就位，使夯锤对准夯点位置；5)测量夯前锤顶标高；6)将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；7)重复步骤6)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；8)换夯点，重复步骤4)～7)，完成第一遍全部夯点的夯击；9)用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；10)在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。六、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7～14d；对粉土和粘性土地基可取14～28d。强夯置换地基的间隔时间可取28d。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，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。竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。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。检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。检验深度应不小于设计处理的深度。5工程实例上海浦东国际机场软土地基强夯处理工程概况上海浦东国际机场位于长江入海口南岸的濒海地带，是我国和上海市九五期间重大的基础设施建设项目。其中机坪，滑行道为“围海促淤”造成，本次地基处理大部份位于稻田内，地表水系发育，沟浜纵横。在地基处理强夯影响深度范围内地层有粉质粘土、淤泥质粉质粘土，含水量为36％～47％，孔隙比大于1，粘粒含量高，粘性较强，且呈流塑状，基本承载力是很低的，经强夯加固后，需要触变固结的时间较长。设计要求经强夯法加固后其静力触探比贯入阻力当量值大于2MPa，标贯击数当量值大于6击，地基反应模量大于30MN／m，垫层干密度大于1.9g/cm3，并按相应频率检测各项考核指标，评价强夯施工质量。5工程实例上海浦东国际机场软土地基强夯处理强夯试验(一)试夯目的1、通过试夯试验，确定适合本地质条件的强夯施工措施。2、总结强夯垫层一次摊铺，进行强夯后表层地基反应模量检测指标难以达标的主要原因，旨在强调强夯垫层分二次摊铺的技术效果。3、预测技术、经济效果。5工程实例上海浦东国际机场软土地基强夯处理强夯试验(二)试夯区试验设计1、试夯区位置选择在地基条件具有代表性的滑行道上，面积约10000m2，分4个区试夯。2、试夯机具为强夯机W1001-25型履带式吊车，自动脱钩，夯锤质量15t，直径2.52m，锤底静压力25kPa～30kPa，圆柱形铸铜锤，带有四个排气孔。3、强夯垫层材料及其摊铺，采用山皮土(碎石土)作为强夯垫层，最大粒径小于10cm，山皮石(碎石)，粒径2～10cm