强夯法加固机理及其在工程中的应用
强夯法加固地基在建筑施工中的应用
强夯法加固不良地基的机理与应用
１２ ・ １
第３ ６卷 第 ２ ５期 ２ ０ １ ０年 ９月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ ｎ 瓜 Ｅ
Ｖｌ ． ６Ｎｏ． ０ ３ １ ２５ Ｓｅ ２ ０ ｐ． ０１
文 章 编号 ：０ ９６ ２ 【０ ０ ２ ．１ ２０ １０ —８ ５２ １ ） ５０ １ —２
强 夯 法 加 固 不 良 地 基 的 机 理 与 应 用
王金凤
摘
曹振华
要： 简要介绍 了强夯 法的优 点和适用 范 围， 具体 阐述 了强夯法加 固地基 的机理 ， 导 了强夯的加 固深度 计算公 式， 推 分
析 了强夯法在具体工程实例 中的应用 ， 出强夯法处 理不 良地 基效果 良好 ， 指 具有很好 的推广前景。 关键 词 ： 强夯法 ， 良地 基 ， 固机理 ， 固深度 不 加 加 中图分类号 ： Ｕ４ ２ ３ Ｔ ７ ．１ 强夯法处理地基是 ２ 世 纪 ６ ０ ０年代 末 由法 国 Ｍｅａｄ技术公 ｎｒ 文献标识码 ： Ａ １饱 和土的压缩 性 。饱和 土土颗 粒之 间的孔 隙 内除孔 隙水 ）
湿陷性黄土等各类地基 。它不仅能提高地基的强度并 降低其 压缩 时 ， 土体局部液化 ， 出现 的孔 隙水压力 大于颗粒问的横 向压力 ， 所
性， 而且还能提高其抵抗振动液化的能力 和消除土的湿 陷性［ 。 ，
致使 土颗粒 之 间 出现裂 隙 ， 成排 水通 道 ， 的渗 透 系数 陡增 。 形 土
孔进行施工。除少数孔桩地下水丰 富外 ， 其余 孔桩 只需 在孔 内安 左右时 ， 只需在降水 井 内放 置水 泵 ， 基坑 内渗水 量很小 。７ 整个 ）
装一台 ２ｋ 水泵便可保证 挖孔作 业正 常施 工 。３ 在施工期 间 ， 承台施工 中， Ｗ ） 只要保 持降水 井 内抽水不 问断 ， 闭水 桩 以内的渗 水
地基工程 强夯法施工
地基工程强夯法施工1.1加固原理及适用范围强夯法是反复将夯锤提到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法，属于夯实地基。
强大的夯击能给地基一个冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏,形成夯坑，并对周围士进行动力挤压。
根据地基土的类别和强夯施工工艺的不同，强夯法加固地基有两种不同的加固机理动力密实和动力固结。
1.2动力密实机理强夯加固多孔隙、粗颗粒，非饱和土是基于动力密实机理，即强大的冲击能强制压密地基,使土中气相体积大幅度减小。
13动力固结机理强夯加固细粒饱和土是基于动力固结机理，即强大的冲击能，在土中产生很大的应力波，破坏土的结构，使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙的排水通道，加速土体固结土体发生触变,强度逐步恢复。
强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。
2.阿强夯法的设计应符合下列规定：⑴有效加固深度有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据,又是反映处理效果的重要参数。
影响有效加固深度的因素很多，除了和锤重和落距有关外，还与地基土的性质、不同土层的厚度和埋置JII页序、地下水位以及其他强夯的设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。
因此，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。
在缺少试验资料或经验时可按表1预估。
强夯的有效加固深度(m)表1单击夯击能碎石土、砂土粉土、黏性土、湿陷(kN∙m)等粗颗粒土性黄土等细颗粒土IOOO 4.0-5.0 3.0〜4.02000 5.0-6.0 4.β~5.03000 6.φ-7.05∙0~6.040007.β~8.06,0s7.050008.0-8.57.0-'7.560008.5-9.07.5~8.080009.0-9.58.0~9.0100009.5-10.510.071O1200011,5S12.511.0-12.01400012.5S13.512.0SI3.01500013.5〜14.013QS13.51600014.074,513.574.01800014.575.5—注：强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起。
强夯法在市政道路工程中的应用
强夯法在市政道路工程中的应用摘要：本文通过论述了强夯法处理软土地基的机理、设计参数及施工方法，介绍了采用强夯法加固道路软土地基的施工实践，论证了在市政道路施工中强夯法的重要作用。
关键词：强夯加固；设计参数；施工方法1. 前言强夯法处理地基是20世纪60年代由法国menard技术公司首先创用的，这种方法是利用大型履带式起重机将8-40吨的重锤从6-40米高度自由落下给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。
此法最初仅用于加固砂土和碎石土地基。
经过十几年的应用与发展，它已适用于加固从砾石到黏性土的各类地基土，在我国强夯法主要应用素填土、碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土地基的处理。
2. 强夯加固机理强夯加固作用应与土层在被处理过程中的三种不同机理有关。
其一是加密作用，以空气和气体的排出为特征；其二是固结作用，以孔隙水的排出为特征；其三是预加变形作用，以各种颗粒成分在结构上的重新排列和颗粒结构和形态的改变为特征。
饱和土存在孔隙水排出并被压实固结这一问题，应区分粘性土和无粘性土，他们的渗透不同，粘性土存在固化内聚力，砂土则不然；另外对一些特殊土，如湿显性黄土、填土、淤泥等，由于它们具有各自的特殊性能，其加固机理也存在特殊性。
3. 强夯参数的确定3.1强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定；在初步设计时，可按下面公式估算：h = α wh式中：h——有效加固深度，m；w ——锤的质量，t；h ——落距，m；α——有效加固深度修正系数，与土质、含水率、锤型、锤底面积、工艺和设计标准等多种因素有关；按经验取值时：1）可液化砂土地基α取0.45（应给一个幅度）；2）粘性土地基，当r s <60%时，取0.4；3）湿陷性黄土地基α取值见下表；3.2 最佳夯击能从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称最佳夯击能。
在黏性土中，由于孔隙水压力消散较慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力相应叠加，因此可根据孔隙水压力增加值来确定最佳夯击能。
强夯法的机理探讨与工程应用
ＦＡ ３ Ｌ Ｃ Ｄ模 型的 自动生成 ［］ 岩 石 力学与 工程 学报 ，０ ５ ［］ 丁秀美 ， Ｊ． ２ ０ ， ４ 黄润秋 ， 光士 ． Ｌ Ｃ Ｄ前 处理 程序 开发 及其 工 刘 ＦＡ３
Ｔｈｅ ｎｕ ｅ ｉ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｌ ｐｅ ｓ ａ ｌｔ ｆ ｍ ｒ ｃ ｌａ ａ ｙ ｉ ｆ ｓｄｅ ｓ ｏ ｔ ｂｉｉｙ ｏ
第３ ６卷 第 １期 ２ ０１０年 １月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ １ ＴＥＣ ＴＵＲＥ
Ｖｏ ３ １ ６ Ｎｏ． １
Ｊｎ ２ １ ａ ． ００
・１９ ・ ３
文 章 编 号 ：Ｏ ９６ ２ １０ ０ ０ ．１ ９０ ｌ Ｏ ．８ ５ ２ １ ） １０ ３ —３
１ 加 固机 理 １ １ 强夯加 固非饱 和 土机理 ．
太沙基 固结 理论
动力固结理论
１ 不可压缩的液体 ； ） ） ２ 固结 时液体排 出所通过的ｄ ， ｑＬ 其孔径 是不 变的 ； ３ 弹簧的刚度是常数 ； ） ） ４ 活塞无摩阻 力
夯
１ 含有 少量气泡的可压缩 液体 ； ） ） ２ 固结 时 液体排 出所通 过的ｄ ， ｑＬ 其孔径是变 化 的； ） ３ 弹簧的 刚度是变 数 ； ） 塞有 ４活 摩 阻力
文献标识码 ： Ａ
强 夯 法 是 通 过一 般 ８ｔ ３ 的 重锤 （ 重 可 达 ２０ｔ和 ８ｍ～ － ０ｔ 最 ０ ） 化使土 体在外荷作用 下达 到新 的稳 定状 态 。在波能 作用 下土颗
２ ０ｍ的落距 （ 最高可达 ４ ， ０ｍ）对地基 土施加很 大的 冲击 能 ， 般 粒和液体受力 ， 一 可能变 形 ， 这些变形 相对 土颗粒 间的移动 、 隙 但 孔 能量为 ５０ｋ ｍ～８０ ０ｋ ｍ。在 地基土中所 出现 的冲击 波和 减少来说是较小 的， 以认 为 ， ０ Ｎ・ ０ Ｎ・ 可 非饱 和土 的夯实过程 。 就是 土 中的 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 气 相 被 挤 出 的过 程 ， 对 应 的 外 观现 象 则 是 土 体 产生 冲切 变 形 。 其 化 条件 ， 消除 湿陷性黄 土 的湿 陷性 等。同时 ， 夯击 能还 能提高 土 １ ２ 强 夯 法加 固 饱 和 土 的 机 理 ． 层 的均 匀 程 度 ， 少 将 来 可 能 出 现 的 差 异 沉 降 。强 夯 法 加 固地 基 １ ２ １ 动 力 固结 模 型 减 ．． 具 有施工快 速 、 设备简 单 、 经济 、 节约 三材 和加 固效 果好 等优点 ， 图 １ 为太沙基 固结模 型和动力 固结模 型问 的区别 ， 主要表现 强夯 法 的大 量 应 用 ， 进 了 强 夯 技 术 的 发 展 ， 宽 了 强 夯 的 适 用 为 以 下 四 个 特 征 ， 表 １ 促 拓 见 。 范围 ， 改进 了强夯机械设备 。 表 １ 太 沙基固结模型 和动力固结模 型理论对 比
浅谈强夯法地基处理设计及在工程中的应用
３ 强 夯 法设 计
强夯法设 计主要 参数包括 ： 有效加 固深度 、 单击 夯 击能 、 单位 夯击能 、 最佳夯击 能 、 夯击 次数 、 击遍 夯 数、 时间间 隔 、 夯击点 布置和处理 范 围等。
和动应力 ， 可提 高地 基土 的 强度 ， 低 土 的压缩 性 ， 降
改善砂 土 的抗 液 化性 能 消 除黄 土 湿 陷性 条 件 。 同 时， 还可 以提高土 的均匀性 ， 减少将来 可能 出现的差
高饱 和度 的粉 土与粘性 土等地基 若对变形 控制不 严
的在夯坑 内回填块石 、 碎石或其 它粗粒材 料 ， 并应 通 过现场 试验确定 其适用 性 。 强夯法适 用于城市广 场 、 堆场 、 公路 、 机场 、 工业 与 民用建筑 、 油罐等地 基处理 面积大 的工 程 ， 济技 经
深度： Ｈ＝ａ （ ｈ ・Ｍ・ ）
对细 颗粒 饱和 土 ， 巨大 的 冲击 能 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 ， 孔隙水 使
收 稿 日期 ：０ ８— ８ ７ 修 订 日期 ：０ ８—１ ２０ ０ —１ ； ２０ ０—１ ； 辑 ： 亚 蜂 ５编 高 作 者 简 介 ： 文 喁 （ ９ ８一） ． 理 ｔ 程 师 ， 李 乌 １７ ， 助 主要 从 Ｉ 地 基 艇 础 』 施 ． 地质 勘 察 ［ ： 作
２０ ０ ８年 第 ４期
李文 鹏等 ：浅谈 强夯 法地 基 处理 设计及在 工程 中的应用 弱的 细粒土 ， 必要 时夯击遍 数可适 当增加 。
强夯地基处理技术在公路工程中的应用
，
以期 在 把 握 强 夯 地
中 图 分 类 号 ：Ｕ １ ． ４５号 ：１ ０ — ７ ６ ２ １ ）６ ０ ４ — ３ ０ ２ ４ ８ （０ ２ １— ０ ７ ０
Ｄｙ ａ ｉ ｍ ｐ ｃ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｔｏ ｎ ｍ ｃ Ｃｏ ａ ｔｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ Ｆｏ ｎ ａ ｉ ｅ ｔ ｎ ｆ ｏ
ｔｅ ｔ ｎ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｒ ａｍｅ ｔｔ ｃ ｏｏ ｙ． Ｋｅ ｒ ：ｄ ｎ ｍｉ ｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｙ ａ ｃ ｃ ｍｐａ ｔｏ ｃ ｉｎ；ｈ ｇ ｗａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ；ｒ ｉ ｆ ｒ ｅ ｎ ｃ ａ ｓ ｉ ｈ ｙ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｅ ｎ ｏ ｃ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｎｉｍ
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ｉ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｉ ｒ ｃ ｉａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｔ ｎ ｏ ｅ ａｅ ａ ａ ｔｒ ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｍａ ｎ ｏ ｎ ｅ ｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｉ ｔ ｎ ｐ ａ ｔ ｌｅ ｇｎ ｅ ｉ ， ｈ ｏ ｒ ｉ ｆｒ ｌｔ ｄ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｈ ｒ ｂ ｅ ｙ ｅ ｃ ｕ ｔｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｏ ｃ ｎ ｆ ｍａ ｏ ｐ ａ ｔ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｋ ｙ ｐ ｉ ｔ ｆｆ ｒ ｅ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔａ ｅ ｅ ｐ ｔ ｔｄ ｏ ｎ ｘ ｌ ｉ ｅ ，ｉ ｒ ｅ ｏ ｈ ｖ ｅ ｐ ｒ ｕ — ｒ ｃ ｉ ｎ ｈ ｅ ｏ ｎ ｓ ｏ ｔ ｒ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒ ｘ ａ ｉ ｅ ｎ ａ ｄ ｅ ｐ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ａ ｅ ｄ ｅ ｅ ｎ ｃ ｕ ｈ ａ ｄ ｒｔ ｎ ｉ ｇ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｒ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｇ ａ ｐ ｎ ｈ ｙ ａ ｃ ｃ ｍｐ ｃ ｉｎ ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ｅ ｓａ ｄ ｎ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ｏ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｒ ｓ ｉ ｇ ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉ ｏ ａ ｔ ｏ ｎ ａｉ ｈ ｉ ｏ ｏ
强夯法加固地基的原理和设计
强夯法加固地基的原理和设计、施工以及质量控制山西一建集团有限公司张江涛邮政编号043000关键词：强夯法、布点形式、加固深度、机械设备、最佳夯击能、强夯施工、质量摘要：本文简要介绍了强夯法加固地基的原理和设计、施工方法以及质量控制。
一、强夯法的施工优点强夯法地基处理是以重锤从高处自由落下，给地基土施以冲击力，使土体得以夯实，从而达到提高地基地的强度，降低压缩性，消除湿陷性，并改善其抗振液化的能力。
机具简单，施工方便，加固地基效果显著。
适用范围广：碎石土、砂土、低饱和度的粉土、湿陷性黄土、杂填土、素土。
缩短工期，降低工程造价（与达到同样处理要求的施工方法相比较）。
二、强夯加固机理关于强夯法加固地基的机理，目前有关专家学者意见还不很一致，但对于地基处理中经常遇到的几种类型的土，一般的观点认为：强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一巨大的冲击能量（一般而言此冲击能量不小于1000kN-m），加荷历时约几十毫秒，对含水量较大的土层，加荷时间约100毫秒左右。
这种突然释放的巨大能量，将转化为各种波型传到地下。
首先到达某指定范围的波是压缩波，它使土体受压或受拉，能引起瞬时的孔隙水汇集，因而使地基土的抗剪强度大为降低，据理论计算这种波以振动能量的7%传播出去，紧随压缩波之后的是剪切波，以振动能量26%传播出去，剪切波会导致土体结构的破坏。
此外的瑞利波（面波）以振动能量的67%传出，在夯点附近造成地面隆起。
土体在这些波的综合作用下，土体颗粒重新排列相互靠拢，排出孔隙中的气体，使土体挤密压实，强度提高。
根据上述观点，地基土经强夯法加固后，其强度提高过程大致可分为四个阶段：1.夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（表现为土体中水及气体排出，孔隙水压力上升）；2.土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；3.排水固结压密（表现为渗透性能改变，土体裂隙发展，土体强度提高）；4.触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。
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强夯法加固机理及其在工程中的应用
强夯法起源于法国, 1969 年首先用于法国嘎纳附近芒德利厄海边20多栋八层楼居住建筑的地基加固工程。
法国人梅纳首次提出采用强夯法加固填土地基, 该项技术已在世界各地广泛应用于碎石土、砂土、黄土、填土和非饱和黏性土等的地基加固中。
强夯法就是用施工设备将10-40t 的重锤从6-40m 落距处自由落下, 给地基以冲击和振动, 从而提高地基土的强度并降低其压缩性。
强夯法多年来广泛应用在建筑、水利、交通、港口和石化工程等多种工程的地基加固上。
强夯法加固机理
强夯法加固非饱和土机理
强夯加固非饱和粗粒土主要基于动力压实的概念, 土体是由固相、液相和气相三部分组成, 在压缩波能量的作用下, 土颗粒相互靠拢, 气体部分首先被排出, 颗粒进行重新排列, 由天然的紊乱状态进入稳定状态, 孔隙大为减小。
就是这种体积变化和塑性变化使土体在外荷作用下达到新的稳定状态。
在波能作用下土颗粒和液体受力, 可能变形, 但这些变形相对土颗粒间的移动、孔隙减少来说是较小的, 可以认为, 非饱和土的夯实过程, 就是土中的气相被挤出的过程, 其对应的外观现象则是土体产生冲切变形。
强夯法加固饱和土机理
强夯法加固饱和土细粒土时,是借助于动力固结的理论,即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, 使孔隙水顺利溢出, 超孔隙水压力消散后, 土体固结, 由于软土的触变性, 强度会逐渐提高, 强夯阶段土的强度增长如图 2 所示。
其具体包括以下几个过程: 夯击能量转化, 同时伴有强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏( 表现为土体强度降低或抗剪强度降低)；排水固结压密( 表现为渗透性能的改变, 土体裂隙发展, 土体强度提高)；触变恢复并伴随固结压密( 包括部分自由水变成薄膜水, 土的强度继续提高) 。
其中第一阶段是瞬时发生的, 第四阶段是在强夯终止后很长时间才能达到, 可长达几个月以上, 中间两个阶段则介于前述两个阶段之间。
工程应用
2.1 工程概况
某工程需处理地基为一140m×55m( 长×宽) 平地，位于河流二级阶地上，原为旱地，后经回填素填土形成，平均回填深度为7m 左右，局部回填土深达9m，回填时未采取任何压实措施。
回填土为中湿，黏性，无杂质。
回填后一年，一直处于自然堆放状态，地基承载力较低，小于100kPa，压缩性也较大，不能满足设计要求。
为了确保施工质量，减少工程造价，缩短施工工期，实现节点目标，经研究对地基进行强夯加固处理。
2.2 施工工艺
施工工艺过程如下图所示：
图3 施工工艺流程图
2.3 强夯效果检测
为了进一步确认场地强夯的效果，随机选取了12个试验点进行静力触探岩土试验，静力触探测试结果如表1所示。
从以上静力触探结果可以看出，随机抽取的12 个静力触探孔，强夯填土层厚度为4. 9-8. 4m，各个探孔位置填土强夯后，承载力都大于200kPa，压缩模量都大于15MPa。
但是第JT12 号探孔，强夯土层厚4. 9m，相对其他探孔填土厚度较小，但是强夯后的承载力及压缩模量相对较小，可能是由于JT12 号孔位置位于场地边缘，强夯相对其他位置不够引起。
从整个测试结果来看，地基承载力标准值达到216kPa，地基土压缩模量标准值达到17MPa，强夯效果明显，已完全满足工程对地基的要求，达到了预期效果。
结语
强夯法具有施工设备、工艺简单，施工管理及质量容易控制，同时施工速度快、施工费用低等特点，工程运营两年来的监测结果表明，通过强夯法加固处理，场地土达到或超过了设计要求，特别是在改善挖土填方场地土的力学性能方面效果明显，取得了良好的社会和经济效益，值得推广使用。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看。