會計學1講義總結地基處理方法強夯法1概述強夯是法國Menard技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過一般8—30t的重錘(最重可達200t)和8—20m的落距(最高可達40m)，對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500—8000kN.m。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應力，可提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。第1頁/共80頁

等等強夯法適用土層碎石土砂土低飽和度的粉土與粘性土濕陷性黃土雜、素填土對于高飽和度的可采用強夯置換法第2頁/共80頁《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2002)規(guī)定

強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟～塑流塑的粘性土等地基上對變形控制要求不嚴的工程。強夯置換法在設計前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果。

第3頁/共80頁強夯法、強夯置換法的優(yōu)點加固效果好使用經(jīng)濟施工簡單強夯法加袋裝砂井軟粘土地基的綜合治理第4頁/共80頁國內(nèi)發(fā)展階段自引進到80年代初，約8年。本階段工程應用強夯能級比較小，一般僅為1000kN*m，處理深度5m左右，以處理淺層人工填土為主。80年代初到90年代初。本階段興建國家重點工程山西化肥廠，為了消除黃土地基的濕陷性，國家化工部組織開發(fā)了6250kN*m能級強夯，使有效處理深度提高到了10m左右。90年代初到2002年，本階段以興建國家重點工程三門峽火力發(fā)電廠為契機，成功開發(fā)了8000kN*m能級強夯，使強夯消除黃土濕陷性的深度達到15m。2002年底至今，強夯工程最高應用能級已經(jīng)達到10000kN*m。為了更進一步擴大強夯的應用范圍，在強夯技術的基礎上，還形成了強夯置換和柱錘沖擴等新技術

。第5頁/共80頁概述

以處理飽和軟土為目的低能級強夯技術；

三個研究方向

強夯與其他地基處理技術優(yōu)勢互補，發(fā)展成為組合式地基處理技術。

以處理高填土和深厚濕陷性黃土，以及消除濕陷為目的的高能級強夯技術；

第6頁/共80頁夯錘地面擠壓土體隆起夯擊能沖擊力沖擊波沖切上部土體結構破壞形成夯坑擠壓周圍土體2加固機理第7頁/共80頁某工程測得的單點夯夯坑夯沉量及周圍地表隆起情況

2加固機理第8頁/共80頁對非飽和土地基壓密過程基本上同實驗室中的擊實實驗相同，擠密振密效果明顯。

對飽和無粘性土地基土體可能會產(chǎn)生液化，其壓密過程同爆破和振動密實的過程相同。對飽和粘性土地基產(chǎn)生超孔壓，并且逐漸消散，地基土固結，孔隙比減小，強度提高。

第9頁/共80頁

目前，強夯法加固地基有三種不同的加固機理：動力密實、動力固結和動力置換。取決于地基土的類別和強夯施工工藝。2加固機理第10頁/共80頁三種加固機理動力密實加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土動力荷載減小土孔隙，提高強度超孔隙水壓力消散，土體固結

分為整式置換和樁式置換

加密、碎石墩置換、排水的組合

處理細顆粒飽和土

局部產(chǎn)生裂縫，增加排水通道

動力固結動力置換2加固機理第11頁/共80頁2.1動力密實

采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。FlashDynamiccompaction第12頁/共80頁

非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起。第13頁/共80頁

在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.6—1.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯前提高2—3倍。AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)第14頁/共80頁夯坑第15頁/共80頁肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工第16頁/共80頁第17頁/共80頁第18頁/共80頁水下地基加固第19頁/共80頁2.2動力固結

Menard根據(jù)強夯法的實踐，首次對傳統(tǒng)的固結理論提出了不同看法，認為飽和土是可壓縮的新機理。Dynamicconsolidation彈簧活塞模型靜力固結理論(圖a)動力固結理論(圖b)①不可壓縮的液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是不變的③彈簧剛度是常數(shù)④活塞無摩阻力①含有少量氣泡的可壓縮液體②固結時液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的③彈簧剛度為變數(shù)④活塞有摩阻力第20頁/共80頁巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結。由于軟土的觸變性，強度得到提高。第21頁/共80頁夯擊一遍的情況夯擊三遍的情況

從右圖可以看出，每夯擊一遍時，體積變化有所減少，而地基承載力有所增長，但體積的變化和承載力的提高，并不是遵照夯擊能的算術級數(shù)規(guī)律增加的。第22頁/共80頁飽和土的壓縮性：進行強夯時，氣體體積壓縮，孔壓增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，孔壓就減少。

產(chǎn)生液化：土體中氣體體積百分比為零時，就變成不可壓縮的。相應于孔隙水壓力上升到覆蓋壓力相等的能量級，土體即產(chǎn)生液化。繼續(xù)施加能量，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費。滲透性變化：超孔壓大于顆粒間的側向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以順利排出?？讐合⒌叫∮陬w粒間的側向壓力時，裂隙即自行閉合。

4.觸變恢復：土體的強度逐漸減低，當出現(xiàn)液化或接近液化時，強度達到最低值。此時土體產(chǎn)生裂隙，而吸附水部分變成自由水，隨著孔壓的消散，土的抗剪強度和變形模量都有大幅度的增長。動力固結第23頁/共80頁青島港8號碼頭強夯工程第24頁/共80頁青島港8號碼頭強夯工程第25頁/共80頁2.3動力置換DynamicreplacementFlash第26頁/共80頁動力置換類型樁式置換：形成樁式或墩式的碎石墩或樁。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁。

整式置換：將碎石整體擠入淤泥中，作用機理類似于換土墊層。動力置換第27頁/共80頁樁式置換第28頁/共80頁第29頁/共80頁動力置換(Railwaytrack,Malaysia)整式置換第30頁/共80頁動力置換ALEXANDRIACITYCENTER(Shoppingcenter-Egypt)樁式置換第31頁/共80頁3機具設備強夯法的主要設備為夯錘、吊鉤和起重機械等。(1)夯錘裝配式鋼夯錘混凝土夯錘第32頁/共80頁40T夯錘15T夯錘排氣孔排氣孔第33頁/共80頁錘底面積的選擇：砂土：一般取3~4m2;粘性土：6m2較適宜排氣孔的作用：減少起吊夯錘時的吸力和夯錘落地前瞬時的氣墊上托力第34頁/共80頁西歐國家大噸位的履帶式起重機穩(wěn)定性好，行走方便日本輪胎式起重機國外還制造了三足架和輪胎式強夯機，用于起吊40t夯錘，落距可達40m國外所用履帶吊都是大噸位的吊機，通常在100t以上(2)起重機械第35頁/共80頁西德UB-162強夯機波蘭1206強夯機第36頁/共80頁我國只具備小噸位起重機的施工條件，只能使用滑輪組起吊夯錘，利用自動脫鉤裝置強夯脫鉤裝置圖

1-吊鉤2-鎖卡焊合件3、6-螺栓4-開口銷5-架板7-墊圈8-止動板9-銷軸10-螺母11-鼓形輪12-護板

第37頁/共80頁4施工技術參數(shù)的確定強夯施工參數(shù)包括：有效加固深度、錘重和落距、單位夯擊能、夯擊點布置及間距、夯點的夯擊數(shù)與夯擊遍數(shù)、兩遍夯擊的間歇時間、加固處理范圍等。1）有效加固深度：H——有效加固深度(m)M——夯錘重(t)h——落距(m)α——系數(shù)，根據(jù)地基土性質決定經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。第38頁/共80頁影響H的因素除了錘重和落距外，還有地基土的性質、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位以及其它強夯的設計參數(shù)。應根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定有效加固深度如果沒有則根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》的建議取值

強夯置換墩的深度土質條件決定對淤泥、泥炭等粘性軟弱土層，置換墩應穿透軟土層，著底在較好土層上

對深厚飽和粉土、粉砂，墩身可不穿透該層

第39頁/共80頁夯錘落距2）錘重和落距錘重一般不小于8t，落距不宜小于6m。第40頁/共80頁3）單位夯擊能

夯擊能＝錘重落距×單位夯擊能＝總夯擊能÷加固范圍面積粗顆粒土：1000～3000(kN.m)/m2細顆粒土：1500～4000(kN.m)/m2對飽和粘性土所需的能量不能一次施加，否則土體會產(chǎn)生側向擠出，強度反而有所降低，且難于恢復。根據(jù)需要可分幾遍施加，兩遍間可間歇一段時間。

第41頁/共80頁4）最佳夯擊能在這樣的夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力。粘性土中的確定

根據(jù)孔隙水壓力的疊加值

砂性土中的確定

繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)(夯擊能)的關系曲線

第42頁/共80頁5)夯擊點布置及間距

等邊三角形或正方形布置夯擊點。條形基礎，夯點可成行布置；工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。夯距通常為5—15m第43頁/共80頁夯擊點的間距確定原則：一般根據(jù)地基土的性質和要求處理的深度而定，以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護鄰近夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙。1.強夯第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。以后各遍夯擊點間距可適當減小。2.對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。3.強夯置換墩間距應根據(jù)荷載大小和原土的承載力選定，當滿堂布置時可取夯錘直徑的2～3倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。

第44頁/共80頁

某倉庫夯擊點布置（三角形）第45頁/共80頁ThermalK-12EducationalPark,CoachellaValleyCalifornia(US)美國加州某工程夯點布置（正方形）第46頁/共80頁NICEAIRPORT(France)第47頁/共80頁AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)第48頁/共80頁夯擊擊數(shù)強夯夯點的夯擊擊數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定

還要滿足

1.最后兩擊平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：單擊夯擊能量小于4000kN*m時為50mm；夯擊能為4000～6000kN*m時為100mm；夯擊能大于6000kN·m時為200mm;

2.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起;

3.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

5)夯擊擊數(shù)與遍數(shù)第49頁/共80頁夯擊擊數(shù)強夯置換點的夯擊擊數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定

還要滿足

1.墩底穿透軟弱土層，且達到設計墩長

;

2.累計夯沉量為設計墩長的1.5～2.0倍

;

3.最后兩擊的平均夯沉量不大于強夯的規(guī)定值。

第50頁/共80頁夯擊遍數(shù)

夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質確定，可采用點夯2～3遍，對于滲透性較差的細顆粒土，必要時夯擊遍數(shù)可適當增加。最后再以低能量滿夯2遍，滿夯還可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。搭夯第51頁/共80頁第52頁/共80頁6）墊層鋪設

強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設備；并便于對所施工的“夯擊能”得到擴散；同時也可加大地下水位與地表面的距離。對場地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層，可直接施行強夯，無需鋪設墊層；對地下水位較高的飽和粘性土與易液化流動的飽和砂土，需要鋪設砂、砂礫或碎石墊層才能進行強夯，否則土體會發(fā)生流動。墊層厚度隨場地的土質條件、夯錘重量及其形狀等條件而定。當場地土質條件好，夯錘小或形狀構造合理，起吊時吸力小者，也可減少墊層厚度。墊層厚度一般為0.5～2.0m，保證地下水位低于坑底面以下2m。鋪設的墊層不能含有粘土。

第53頁/共80頁砂性土消散快間歇時間很短連續(xù)夯粘性土消散慢孔壓疊加間歇時間長設置袋裝砂井加速消散縮短間歇時間7）兩遍夯擊的間隔時間

取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間

砂土可連續(xù)，粘性土3~4周。第54頁/共80頁8）加固處理范圍

處理范圍應大于建筑物基礎范圍，具體的放大范圍，可根據(jù)建筑物類型和重要性等因素決定。對一般建筑物，每邊超出基礎外緣寬度宜為設計深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。第55頁/共80頁5施工要點①強夯法施工的步驟：

1)清理并平整施工場地；

2)鋪設墊層，使在地表形成硬層，用以支承起重設備，確保機械通行和施工。同時可加大地下水和表層面的距離，防止夯擊的效率降低;

3)標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；

4)起重機就位，使夯錘對準夯點位置；

5)測量夯前錘頂標高；

第56頁/共80頁6)將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后放下吊鉤，測量錘頂高程；若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平；7)重復步驟6)，按設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；8)換夯點，重復步驟4)～7)，完成第一遍全部夯點的夯擊；9)用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；10)在規(guī)定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場地表層土夯實，并測量夯后場地高程。第57頁/共80頁

1）.清理并平整施工場地，當表土松軟時可鋪設一層厚度為1.0～2.0m的砂石施工墊層；

2）.標出夯點位置，并測量場地高程；

3）.起重機就位，夯錘置于夯點位置；

4）.測量夯前錘頂高程；

5）.夯擊并逐擊記錄夯坑深度。當夯坑過深而發(fā)生起錘困難時停夯，向坑內(nèi)填料直至與坑頂平，記錄填料數(shù)量，如此重復直至滿足規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準完成一個墩體的夯擊；②強夯置換法施工的步驟第58頁/共80頁6）.按由內(nèi)向外，隔行跳打原則完成全部夯點的施工；

7）.推平場地，用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程；

8）.鋪設墊層，并分層碾壓密實。第59頁/共80頁6效果檢驗

強夯施工結束后應間隔一定時間方能對地基加固質量進行檢驗。其間隔時間對碎石土和砂土地基可取l~2周；對粉土和粘性土地基可取3~4周。強夯置換地基的間隔時間可取4周。強夯處理后的地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用原位測試和室內(nèi)土工試驗；強夯置換后的地基，承載力檢驗除應采用單墩載荷試驗檢驗外，尚應采用動力觸探等有效手段查明置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化，對飽和粉土地基允許采用單墩復合地基載荷試驗代替單墩載荷試驗。第60頁/共80頁室內(nèi)試驗十字板試驗動力觸探試驗靜力觸探試驗旁壓試驗載荷試驗波速試驗旁壓試驗現(xiàn)場十字板試驗第61頁/共80頁7.現(xiàn)場測試1）地面及深層變形2）孔隙水壓力3）側向擠壓力4）振動加速度土壓力盒孔隙水壓力傳感器土壓力盒第62頁/共80頁孔隙水壓力傳感器孔隙水壓力傳感器主要用于量測軟基處理和病害水壩整治等工程中巖石和土壤地下水的流動狀態(tài)及孔隙水壓力的大小。在土壓力觀測中便于把水壓力從量測的總壓力中摘除出來。第63頁/共80頁

動力排水固結法

動靜結合排水固結法

強夯法的兩種新工法

8.發(fā)展趨勢第64頁/共80頁8.發(fā)展趨勢

動力排水固結法

動靜結合排水固結法

動力排水固結法1.Smoltczyk認為動力固結法只適于塑性指數(shù)Ip≤10的土，Gambin也給出類似的結論。軟粘土地基動力固結法失敗的原因主要是對軟粘土的特性了解不夠，所采用的動力固結法工藝不適合軟粘土地基的加固；2.馮遺興等人采取了適應軟粘土動力固結加固的有效排水系統(tǒng)，采用了適應軟粘土地基的“先輕后重、逐級加能、少擊多遍、逐層加固”的夯擊方式，確立了一整套動力固結法新工藝。第65頁/共80頁加固機理

在砂墊層(或吹填砂層)上往下插設塑料排水板至軟土層中，然后以嚴格控制的強夯動力產(chǎn)生附加應力，作用到軟土中，產(chǎn)生相應的超孔隙水壓力；借助于插設塑料排水板所形成的“水柱”作為傳遞工具，將強夯產(chǎn)生的附加應力迅即傳到“水柱”的底部，從而使排水板所達到的深度范圍內(nèi)的軟土都受到強夯的影響；同時，動載壓縮波傳到地表臨空面時反射則成為拉伸波再傳入土中，土愈是軟，抗拉強度愈低，則愈容易產(chǎn)生拉伸微裂紋，在很高的孔隙壓力梯度作用下，軟土中的拉伸微裂紋貫通成排水通道，與排水板構成橫豎交叉的網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，使軟土中高壓孔隙水經(jīng)網(wǎng)狀排水系統(tǒng)很快排到地表夯坑或排水砂層中，立即排出或流散。第66頁/共80頁加固機理

隨著土中孔隙壓力消散，軟土含水量和孔隙比明顯降低，軟土固結后變成較密實的可塑狀土，強度大幅度增長，壓縮性大大減低；因強夯時附加動應力很高，往往比后續(xù)使用荷載高2~3個數(shù)量級，用動力排水固結工法加固后，淺層地基土成為超固結土，即使深層土有一些差異沉降，由于地表12m已成為硬殼層，能調整地基差異沉降，從而使表層僅呈現(xiàn)小量的較均勻沉降，而不會出現(xiàn)明顯的不均勻沉降。

動力排水固結法第67頁/共80頁主要優(yōu)點

(1)傳統(tǒng)強夯法為一種大能量和能量積聚的動力固結方法，采用重錘多擊，適用砂性土加固。而動力排水固結工法采用嚴格控制強夯動力和夯擊能，使軟粘土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力不過快上升，以確保軟土不變成“橡皮土”，成功地克服了傳統(tǒng)強夯法用于軟土的致命弱點；

(2)利用塑料排水板所形成的“水柱”將強夯產(chǎn)生的附加應力快速向土體深部傳遞，從而大大擴展了強夯的影響深度，使動力排水固結工法用于加固深厚軟土成為可能，已有的工程實例表明，動力排水固結工法的加固深度已超過25m，大大突破了傳統(tǒng)強夯法有限的加固深度(6m)；

動力排水固結法第68頁/共80頁動力排水固結法主要優(yōu)點

(3)巧妙利用動載壓縮波在層狀土中傳播與反射而使軟土產(chǎn)生的拉伸微裂紋，以及在較高孔壓梯度作用下，拉伸微裂紋又貫通成水平排水通道，并與排水板構成橫豎交叉的網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，從而使軟土中高壓孔隙水經(jīng)網(wǎng)狀排水系統(tǒng)很快排出，大大加速了軟土的固結過程；

(4)將受到嚴格控制的強夯動力反復、逐步增強地作用于軟土，使軟土中的超孔隙水壓力維持在較高的、必要的、合理的水平上，既不破壞軟土的結構，又能加速軟土中孔隙水的快速排出，達到快速、穩(wěn)步加固軟土的目的，這是傳統(tǒng)強夯法無法做到的。

第69頁/共80頁動力排水固結工法與傳統(tǒng)強夯法對比表第70頁/共80頁

自1989年以來，新強夯法在我國已成功地完成了50余項工程，如上海某機場，深圳世界之窗填海區(qū)，深圳多座立交橋，深圳春風路高架橋，深圳機場達利花園，海南大學圖書館，海南邊防局三亞海警基地，深圳保安中心區(qū)羅田路、興華西路等，所有工程均取得上佳的工程效果。三項加固前后部分測點地基土物理力學指標比較

第71頁/共80頁動靜結合排水固結法

動靜結合排水固結法的基本思想是，通過改善地基土的排水條件，將強夯法和填土預壓法相結合，利用動荷載較大的沖擊能激發(fā)較高的孔隙水壓力，在靜荷載作用下孔壓消散固結，土體強度得以提高。第72頁/共80頁特點(1)夯擊前應鋪設足夠厚度的墊層(如砂墊層和預壓填土)，避免夯錘直接接觸軟土而導致橡皮土現(xiàn)象，同時填土亦作為靜荷載。

(2)必須有較好的排水條件，保證動荷載作用下產(chǎn)生的孔隙水壓力能迅速消散，土體固結。這是軟土強度得以提高的根本原因，也是該法與一般強夯法的區(qū)別所在。

(3)強調動靜荷載的聯(lián)合使用。靜荷載作用下的固結排水份額是基本的，動荷載作用下的固結量是附加的，但其作用不是兩者簡單的疊加，而是相輔相承、相互作用的。動靜結合排水固結法第73頁/共80頁特點

(4)沖擊荷載的作用不對淺層淤泥加以徹底擾動，可保持軟土內(nèi)某些可靠的微結構，土體再固結后強度可以迅速提高。

(5)它使經(jīng)典意義上的動力固結作用得到充分發(fā)揮，即動力八面體壓縮應力作用下孔壓增長明顯，而動力八面體偏應力幅值相對較