强夯法与强夯置换法 (NXPowerLite)

第 5章

强夯法和强夯置换法

Chapter 5 Dynamic Consolidation and Dynamic Consolidation with Replacement

强夯法和强夯置换法 Chapter 5 Dynamic Consolidation and Dynamic Consolidation with Replacement

概述 Introduction
强夯法是法国人L.梅纳（Menard，1969）首创的一种地基加固方法，即用100～400kN的重锤从 8～40m的高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。 ? 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

5.1 概述 5.1 Introduction
强夯法是法国人L.梅纳（Menard，1969）首创的一种地基加固方法，即用100～400kN 的重锤从8～40m的高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。 ? 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

夯锤起吊

15 吨夯锤

25 吨夯锤

夯锤起吊

40 吨夯锤

? 夯锤下落

对于饱和粘性土地基，近年来发展了强夯置换法，这是利用夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基，在地基中形成碎石墩，并与墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。 ? 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。
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5.2 加固机理 5.2 Mechanism
经强夯处理后地基的承载力可提高 2~5倍，压缩性可降低200％～500％，影响深度达到10m以上。 ? 强夯法加固地基的机理，目前尚不完全清楚。一般认为强夯加固地基主要是由于强大的夯击能在地基中产生强烈的冲击波和动应力对土体作用的结果。
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一般认为，强夯的结果导致在地基中沿深度通常形成性质不同的三个作用区。在地基表层受到界面波和剪切波的干扰形成松动区；在松动区下面某一深度，受到压缩波的的作用，使土层产生沉降和土体的压密，形成加固区；在加固区下面，冲击波逐渐衰减，不足以使土产生塑性变形，对地基不起加固作用，称为弹性区。

5.3 饱和粘性土及非饱和土的强夯加固微观机理 5.3 Mechanism in Micro-Scale of Saturated Clay and Unsaturated Soil
5.3.1 饱和粘性土 ? 5.3.2 非饱和土 ? 5.3.3 强夯置换法机理
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一、强夯法
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5.4 设计 5.4 Design

有效加固深度 Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度
H ? Mh / 10

式中 H－－有效加固深度（m）； ? M－－夯锤质量（kN）； ? h－－落距（m）； ? 由上式估算的有效加固深度较实测值大,可采用 0.34～0.8的修正系数进行修正。
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影响有效加固深度的因素除夯锤重和落距外，还有单击夯击

能、夯击次数、锤底单位压力、地基土的性质、不同土层的厚度、埋藏顺序和地下水位等。
对于同一类土，采用不同能量夯击时，其修正系数并不相同，采用确定的修正系数，并不能得到满意的结果。因此《建筑地基处理技术规范》JGJ 79－2002不采用修正后的梅纳公式，而是采用了表格形式，建议了有效加固深度的取值范围。

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单击夯击能

夯锤的平面一般有圆形和方形，又分气孔式和封闭式。锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般为3～4m2，对粘性土不宜小于6m2。锤底静接地压力可取25～40kPa。 ? 锤重一般为100～400kN，落距为8～25m。对相同的夯击能量，常选用大落距方案，这样能获得较大的接地速度，将能量的大部分有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减小消耗在地表土层塑性变形的能量。

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最佳夯击能

可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。夯点的夯击次数，可按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：（1）最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kN m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN m时为100mm；当单击夯击能大于6000kNm时为200mm。

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（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起；（3）不因夯坑过深而发生提锤困难。

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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两遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。

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5 间歇时间
两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于3～4周；对于渗透性好的地基可连续夯击。

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夯击点布置

夯击点一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。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。

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处理范围

强夯处理范围应大于建（构）筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。

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承载力确定

强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定,初步设计时也可根据夯后原位测试和土工试验指标按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定确定。

? 二、强夯置换法
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处理深度

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。深度不宜超过7m。
强夯置换锤底静接地压力可取100～200kPa。

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墩体材料

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的颗粒含量不宜超过全重的30％。

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3 夯击次数
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不大于5.4.1节强夯法第3条最佳夯击能中的规定。

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4 墩位布置

宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。 ? 墩间距应根据荷载大小和原土的承载力确定，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。

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处理范围

处理范围应大于基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。

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6 承载力确定
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。

5.5 施工 5.5 Construction
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强夯施工可按下列步骤进行：

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（1）清理并平整施工场地；（2）标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置；（4）测量夯前锤顶高程；（5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，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，应即使将坑底整平。

（6）重复步骤5，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击； ? （7）换夯点，重复步骤3至6，完成第一遍全部夯点的夯击； ? （8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程； ? （9）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，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
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5.6 质量检验 5.6 Quality Verification Test
（1）强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。 ? （2）强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7～14d；粉土和粘性土地基可取 14～28d。强夯置换地基间隔时间可取28d。
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（3）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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（4）对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。