3 强夯和强夯置换

80年代初～90年代初。本阶段兴建国家重点 工程山西化肥厂，为了消除黄土地基的湿陷 性，国家化工部组织开发了6,250kNm级强 夯，使有效处理深度提高到了10m左右。 90年代初～2002年，本阶段以兴建国家重 点工程三门峡火力发电厂为契机，成功开发 了8,000kNm能级强夯，使强夯消除黄土湿 陷性的深度达到15m。 2002年底～至今，强夯工程最高应用能级已 经达到10,000kNm。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 。
二、夯锤和落距
夯 锤 落距h
单击夯击能=M*h 总夯击能=N*M*h
单位夯击能=N*M*h/A
如何确定单击夯击能？
综合考虑地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等； 并通过试验确定。
华北科技学院 NCUST 二、夯锤和落距
圆形克服方形着地的不重合； 地基处理 Ground Treatment 气孔减小着地前的瞬时气垫上托 力可以减小起吊时吸力。
《建筑地基处理技术规范》的建议强夯有效加固深度
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
一、有效加固深度
强夯 置换 墩深 度
土质条 件决定
置换墩应穿透淤泥、泥炭等粘性软弱
土层，着底在较好土层上 墩身可不穿透深厚饱和粉土、粉砂
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
Menard首次对传统的固结理论提出了不同的看法，认为由 于微气泡的存在，饱和土是可压缩的新机理。
1.饱和土的压缩性
进行强夯时，由于微气泡的存在，气体体积压 缩，孔压增大，孔隙水排出的同时，孔压就减少。
土体中无气体体积时，就变成不可压缩。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
加 固 机 理
动力 固结
动力 置换
局部产生裂缝，增加排水通道 处理细颗粒饱和土
分为整式置换和桩式置换
加密、碎石墩置换、排水的组合
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
3.2.1 动力密实
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。
动 力 密 实
非饱和土在中等夯击能量1000～ 2000kN·m作用下，主要产生冲切变 形，在加固深度范围内，气相体积最 大可减少60%。 实际工程表明，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，承载力比夯 前提高2～3倍。
2.强夯置换墩间距 应根据基础荷载大小和原土的承载力选定。 当满堂布置时，可取2～3d（d为夯锤直径）； 独立基础或条形基础，可取1.5～2.0d（d为夯锤直径） 。
四、夯击击数和遍数 华北科技学院 NCUST
1. 夯击击数
地基处理 Ground Treatment
国内确定夯击击数的方法有：
夯 击 击 数
三、夯击点的布置及间距 强夯点布置范围： 根据建筑物类型和重要性等因素决定，应大于建筑物基础范 围。 处理范围： 对一般建筑物， 超出基础外缘宽度 1/2～2/3H(H为处理设计深度）且≥3m。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
三、夯击点的布置及间距 夯击点的布置
以孔隙水压力达到液化压力为准则； 以最后一击的夯沉量达某一数值为准则；
以最后二击所产生的沉降差小于某一数值为准则。 总之，各点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而 侧向位移最小，一般为4～10击。
四、夯击击数和遍数 华北科技学院 NCUST
1. 夯击击数
地基处理 Ground Treatment
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
3.2.3 动力置换
整式置换：
桩式置换
形成墩式或桩式的碎石 墩或碎石墩桩。其作用 机理类似于振冲法等形 成的碎石桩。
将碎石整体挤入淤泥 中，作用机理类似于 换土垫层。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
强夯法适用土层
碎石土 低饱和 度的粉 湿陷性 土与粘 黄土 性土 杂、素 填土
等等
砂土
对于高饱和度的可采 用强夯置换法
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
《建筑地基处 理技术规范》 (JGJ79-2002) 规定
发展趋势
质量检验
工程实例 施工方法
设计计算 加固机理
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
3.3 设计计算 3.3.1 强夯法设计要点 3.3.2 强夯置换法设计要点(自学内容)
3.3.3 降水联合低能级强夯法设计要点(自学内容)
3.3.1 华北科技学院 强夯法设计要点 NCUST
2.产生液化 重复夯击使孔隙水压 力上升至与覆盖压力相等 时，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。
液化压力：即为土层覆盖 压力。 液化度：孔隙水压力与 液化压力之比。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
从左图可以看出， 每夯击一次时，体 积变化量有所减少， 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。
3.2.2 动力固结
巨大的冲击能量
→很大的应力波， →破坏了土体原结构
动 力 固 结
→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。 →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。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
夯击三遍的情况
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
3.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k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。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
一、有效加固深度
地基处理 Ground Treatment
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。
估算
H M h
落距（m） 夯锤重 （ t）
系数，根据地基土性 质决定，软土取0.5， 黄土取0.34～0.5
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
强夯法+ 袋装砂井 软粘土地基的综合治理
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
发展趋势
质量检验
工程实例 施工方法
设计计算 加固机理
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
3.2 加固机理 强夯法现状 实践证明强夯法是一种较好的地基处理方法。 但是，国内外还没有一套成熟和完善的理论和设计 计算方法。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground 动力密实
次 压 实 区B 主压实区A：动应力 >土的强度σ
主压 实区 A
次压实区B：动应力 <土的强度σf
f
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
华北科技学院 NCUST
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。
Menard 提出强夯加固模型 华北科技学院 NCUST 动力弹簧活塞模型
地基处理 Ground Treatment
图3-5 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
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
夯 锤
突然释 放巨大 夯击能
冲击力
冲击波
冲切上部土体 地面 土结构破坏 形成夯坑 挤压周围 土体
隆起
挤压 土体
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
不同土层中强夯的作用
挤密、振密效果明显。 基本上与实验室中的击 实实验相同。
华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
静力固结理论 ①不可压缩的液体 ②固结时液体排出 所通过的小孔， 其孔径是不变的 ③弹簧刚度是常数 ④活塞无摩阻力
动力固结理论 ①含有少量气泡的可压缩液体，由于微气泡的存在， 孔隙水是可压缩的。 ②由于夯击前后的渗透性变化，因此固结时液体排出 所通过的小孔，其孔径是变化的 ③在触变恢复过程中，土的刚度有较大变化，因此弹 簧刚度为变数 ④活塞有摩阻力。在实际工程中，常可观测到孔隙压 力的减小，而没有相应的沉降发生。
强夯布置 等边三角形
等腰三角形
正方形
大面积夯击
等边三角形 强夯置换墩位布置 正方形
独立基础或条形基础
根据基础形状和宽度布置
确定强夯点间距原则 华北科技学院 NCUST
地基处理 Ground Treatment
一般根据地基土性质和处理深度确定。 保证使夯击能量传递到深处； 保护邻近夯坑四周的辐射向裂隙。 1.强夯间距 第一遍，间距可取2.5～3.5d（d为夯锤直径）； 对处理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。 第二遍，夯击点位于第一遍夯击点之间； 以后各遍，间距可适当减小。