第三讲 强夯法

展起来的一种用来处理软土地基的新的地基处理方法，不仅使工
业固体废料--粉煤灰得到有效利用，而且处理效果也不错。 4)、爆破挤密法：
将炸药埋放在地面深处，引爆后产生的高速压力波使得土的
疏松结构液化，形成密实结构，达到地加固基土的目的。
CFG桩施工完成后桩头
CFG桩
CFG桩施工
北海堤爆破挤淤
阳江核电南防波 堤爆破挤淤填石 完成
二、加固机理
(一) 影响加固的因素和一些相关问题
关于强夯法加固地基的机理，国内外学者虽然做了大量研究，
看法很不一致。主要原因是：土的类型多，且不同类型土的性能
不同、加固效果的影响因素很多。体现在两个方面：
1) 土的自身因素。土类型(饱和土、非饱和土、砂性土、黏性
土 )、结构(颗粒大小、形状、级配) 、构造 (层理 )、密实度、内 聚力、渗透性等均影响加固效果； 2) 土的外部因素。单击夯击能 ( 锤重、落距 ) 、单位面积夯击 能、锤底面积、夯点分布、夯击遍数、特殊措施 ( 预打砂井夯坑
① 应力从基底开始扩散，桩体与桩周土共同组成复合地基；
② 桩底下卧层的持力很小，绝大部分应力被上部土层吸收、扩 散； ③ 排水条件较好，故初期沉降快，后期小； ④ 对桩周土也具有良好的挤密作用。
该过程桩径在增大
3)、水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)： 在碎石桩的基础上，掺入适量的粉煤灰及少量的水泥，加水 拌和制成的一种具有一定胶结强度的桩体 -称为。水泥粉煤灰碎 石桩 ( Cement Fly-ash Gravel Pile, 简称 CFG 桩 ) 。是近年来发
基本没有固结。
从强夯过程中，相应区域土体状态这些现象，可以对其加固
机理有所认识。
到目前为止，关于强夯法的加固机理，从物理力学角度，
有三种比较有影响的认识观点：
动力密实 动力固结 动力置换 但是，最终的加固效果还要取决于地基土类别与施工工艺。
二、加固机理
动力密实机理
(三) 动力密实
是对非饱和土的加固机理的一种解释。
(二) 强夯过程中土体的变形状态
试验表明，强夯过程中土体变形状态可以用图3-2-1表示：
夯实过程中的地基土分为四层：
第一层，夯坑底以上受扰动的松弛
隆胀区； 第二层，土中应力超过地基土的极
限强度，密实性好，固结程度最高
区； 第三层，土中应力在土的极限强度
压密区
和屈服值之间，是固结效果迅速下
降的区域； 第四层，土中应力在屈服界限内， 3--1 强夯过程中土体状态
缩，故土体积也可压缩，且气体体积按波义耳 —马略特定 律(即一定质量的气体的压强跟它的体积成反比)变化。
因此，冲击使土结构破坏、体积缩小 , 液体中气泡被 压缩,孔隙水压力增加,孔隙水渗流排出,水压减少,气泡膨 胀,土体又可以再次夯击压缩。
表(3-1)
两种固结机理主要有四个方面的特性差异
表3--1 两种固结机理的比较
垫层法回顾； 1、概念
2、适用范围：0.5～3 md的软弱土层。
3、设计内容 ： 1）垫层厚度应满足：
p z pcz f az
pz—垫层底附加应力设计值； pcz—垫层底面处土自重应力标准值； faz—垫层底面处下卧层土经深度修正 后的地基承载力的特征值（设计值）。
垫层底附加应力pz
条形 基础
在冲击荷载作用下，饱和土中的水不能及时排除， 土 体积不会变，亦即土体密实度不会提高，只发生侧向变形。 因此，夯击时饱和土造成侧面隆起，重夯时形成“橡皮土”， 达不到密实效果。这显然与实际结果相矛盾。
3、Menard的强夯理论
Menard根据强夯施工实践结果认为，饱和土并非二相
土，其液体中存在一些封闭气泡。夯击时，这些气体可压
强夯
2)、挤密法： 通过冲击、振动或带套管等方法成孔后，再向孔内填入砂、石、
灰土等材料并振实，形成密实度大，强度高的桩体的一种处理方法。
按填入材料的不同，可分为砂桩、土桩、石灰桩等。由挤密法 形成的桩称为挤密桩，属于柔性桩类。与刚性桩 ( 木桩、钢筋混凝 土桩、钢桩) 相比，有如下四个特点：
力低的砂土、粉土及非黏性土，振动波作用下土粒受剪而错动，
落入新的平衡位置，松砂类土可振密，而密砂可能变松。对有内 聚力的黏性土，振动影响不足以改变土的结构而产生振密作用；
由强夯所产生的冲击型动力荷载(压缩波，剪切波等) 使土
体中孔隙减小，土体密实度变大， 从而提高地基土强度。
非饱和土的夯实过程，是土体中气相(空气) 被挤出的过程，由 于土颗粒的相对位移引起土体变形和密实化。
1) 因巨大的冲击力使土体遭受冲击破坏，并产生较大的瞬 时沉降，夯锤底部土形成土塞向下运动。因锤底面下土中压力
超过土强度使得土结构破坏 土软化、侧压力系数、侧压力
，从而使土不仅被竖向压密而且被侧向挤密。该主压实区就 是图中的A区，即土的破坏压实区。 A 区的土应力 σ( 动应力加自重 应力)超过土的极限强度σf，
土体内水排出困难，加固效果就差。
2、优点： 施工简单、加固速度快、加固深度达(最大可达30m)、效 果好、投资省，并适合于房建、桥涵、道路、港口、码头、 机场和大型设备基础等工程。 3、加固效果： 经强夯加固后的地基，其压缩性可降低200%～1000%；强 度提高200%～500%(粘土可提高100%～300%；粉质粘土可提高 400% ；砂和泥炭土可提高 200% ～ 400%) ；对土的抗液化能力 的改善明显；排气快，对于处理圾圾类等地基，有利于有害 气体，迅速排出。
二、加固机理 1、力学模型
(四) 动力固结机理
从动力固结理论角度分析： 强夯产生巨大冲击能量在土体中产生很大的应力波 ( 压缩 波与剪切波)：破坏土体原有结构；使土体局部发生液化并产 生许多裂隙；增加排水通道；使孔隙水顺利逸出；孔隙水压
力消散后，土体固结， 强度提高。 梅纳根据强夯实践，首次对传统的太沙基固结理论提出了 不同看法：
认为饱和土是可以压缩的这一新的动力固结机理。
(b) Menard
基 力予 固太 结沙 模基 型理 论 的 静
(a)
图3-2-3 静力固结理论与动力固结理论模型比较
① 活塞；②液体；③弹簧；④排液孔径；
动 力 固 结液 理体 论可 压 缩
的
2、传统固结理论 传统的饱和土 ( 仅由土颗粒和液体组成的二相土 ) 固结理 论为太沙基 (Terzaghi) 的静力固结理论：假定水和土粒本身 不可压缩，固结只是孔隙体积缩小及孔隙水排除。
地
基
第三讲
处
理
深层密实法
强夯法 强夯置换法
第三章
深层密实法
第一节
基本概念
1、深层密实法定义 是指用夯击，振动和爆破方法，对松软地基土进行密实化处 理，与浅层加固处理相比，对地基土的密实化处理深度大，所用 施工机具及施工方法不同。 2、主要处理方法
强夯法；挤密法；CFG桩密实处理法；爆破挤密法
1)、强夯法(Heavy Tamping)： 将数吨至数十吨(乃至上百吨) 的重锤，提升至数米至数十 米的高度后自由落下，对土进行夯击加固(大吨位锤的夯击处理).
①为加固区形成 时主加固区位置
根据土动应力场分布特征，夯击过程中的加 固地基模式可归纳为如图3-1所示的过程图。
夯击的前数次 加固区在扩大
伴随夯击遍数的 增加加固区形成 图3-2-2 强夯地基加固模式图
加固区形成,等速 下沉,加固区下移
A为主夯实区σ＞σf ；B为次夯实区σ＜σf ，σ＞σ1；C为压密、挤密、松动区；D为振动影响区。σ 土主应力(动应力加自重应力)； σf 土极限强度； σ1为土弹性极限；ZA为土主压实区深度范围； ZB为次压实区深度范围；pd为锤底动应力。
爆破挤淤
第三章 深层密实法
一、概述
第二节
强夯法
用强夯法处理软土地基最早由法国的L.梅纳所首创(1969年)。 ① 夯击锤重一般为8～30t(最重大200t) ；
② 自由落距8～20m(最高40m) 。
③ 夯击能量一般为500～8000KN.M
1、适用范围：可加固填土、湿陷性黄土、碎石土、砂土、低饱 和度的粉土与粘土、软土以及工业、生活圾圾等地基，尤其是 对非饱和土加固效果显著。对于饱和土地基加固效果的好坏， 关键在于排水；对于饱和的粘性土或淤泥质土，由于渗透性差，
填料)等均影响加固效果，并可对其机理上做出不同解释。
二、加固机理
(一) 影响加固的因素和一些相关问题
多数专家认为强夯机理应从以下四方面，分别对待解释：
① 宏--微观机理。宏观机理主要是从加固区土体所受冲击力、应力波
的传播、土体强度对土加密的影响做出解释；微观机理主要是研究 冲击力作用下土的微观结构变化，如土颗粒的重新排列、连接做出
垫层施工按压密采用的不同机械和工艺，一般可分为： 机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法。
按垫层材料分类
一、砂（或砂石）垫层 二、素土（或灰土、二灰）垫层 三、粉煤灰垫层
质量检验
a.对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用 环刀法以、标准贯入法以、静力触探、轻型触探试验检验。 b.对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验， c.垫层的施工质量检验必须分层进行，应在每层的压实系数符 合设计要求后铺填上层土。
3) 由于动应力远大于土的原自重应力，坑底土侧向挤出 时，导致坑侧土的上隆，形成被动破坏区，这就是图 3-2-2
中的
C
区。
①为加固区形成 时主加固区位置
夯击的前数次 加固区在扩大
伴随夯击遍数的 增加加固区形成
加固区形成,等速 下沉,加固区下移
4) B区外的D区由于土动应力影响小，不能破坏土结构，故不 再压实或挤密，但强夯引起的振动可使这一区产生效应。对内聚
σ＞ σf
土被破坏后压实。
2) 由于土被破坏，侧向挤压作用加大，因此水平加固区宽 度也大，故加固区不同于静载土中应力椭圆形分布而变为水平 宽度大的苹果形。A区外为次压实区B，其应力值小于土的极限 强度σf，但大于土的弹性极限σ1， σ＜σf 故B区土可能被破 坏或仅被破坏但未被充分压实， 而未压实，表现为与夯前相比 干密度有小量增长或不增长。