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岩土研究院

图文+视频,带你了解“强夯”这种地基处理方法

390 2020-10-27 11:42:03


强夯

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,通过8~40t的重锤和10~40m的落距,对地基土施加很大的冲击能。又称为动力固结法。



强夯的加固深度



通常由著名的Menard公司计算,公式为:

式中H为加固深度(m),Qh为单击夯击能(kN-m),a为系数,由公式可知a是有因次的。加固深度与夯击能和土质条件二者有关,应反映土质条件。

在地基土中所出现的冲击波和动应力,可迅速提高地基土的强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等,可提高土层的均匀程度,在地基一定深度内改变了地基土的孔隙分布,减少将来可能出现的差异沉降。


设计参考数据

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。在缺少试验资料或经验时可按下表预估。

单击夯击能(KN·m) 碎石土、砂土等 粉土、黏性土、湿陷性黄土等

-------------------------------------------------------------------

1000 5.0~6.0 4.0~5.0

2000 6.0~7.0 5.0~6.0

3000 7.0~8.0 6.0~7.0

4000 8.0~9.0 7.0~8.0

5000 9.0~9.5 8.0~8.5

6000 9.5~10.0 >8.5~9.0

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注:强夯法的有效加固深度应从起夯面算起。

2、 强夯的单位夯击能量,应根据地基土类别、结构类型荷载大小和要求处理的深度等综合考虑,并通过现场试夯确定。在一般情况下,对于粗颗粒土可取1000~3000KN·m/m2;细颗粒土可取1500~4000KN·m/m2。

3、 夯点的夯击次数,应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定,且应同时满足下列条件:

A.最后两击的平均夯沉量不大于50mm,当单击夯击能量较大时不 大于100mm。

B. 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。

C. 不因夯坑过深而发生起锤困难。

4、 夯击遍数应根据地基土的性质确定,一般情况下,可采用2~3遍,最后再以低能量夯击一遍。对于渗透性弱的细粒土,必要时夯击遍数可适当增加。

5、 两遍夯击之间应有一定的时间间隔。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,对于渗透性较差的黏性土地基的间隔时间,应不少于3~4周;对于渗透性好的地基土可连续夯击。

6、 夯击点位置可根据建筑结构类型,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5~9m,以后各遍夯击点间距可与第一遍相同,也可适当减小。对于处理深度较大或单击夯击能较大的工程,第一遍夯击点间距宜适当增大。

7、 强夯处理范围应大于建筑物基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3。并不宜小于3m。

8、 根据初步确定的强夯参数,提出强夯试验方案,进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一置数周后,对试夯场地进行测试,并与夯前测试数据进行对比,检验强夯效果,确定工程采用的各项强夯参数。

强夯法不仅能提高地基土的强度,降低其压缩性,还能改善抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,因此它不仅适用于处理碎石土、砂土、粉土、黏性土、杂填土和素填土地基,还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基。

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。同时需要设置塑料排水板预压,用插板机插入软土地基,软土地基中空隙水由塑料排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中,由其他地方排出,加速软基固结。


加固机理

强夯动画图


2018.04.02

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。

强夯加固机理首先应从宏观和微观机理上加以分析。

1 宏观机理是从加固区土所受冲击力、应力波的传播、土的强度对土加密的影响作出解释,是强夯加固的外部表现;

2 而微观机理是对冲击力作用下,土微观结构的变化,如土颗粒的重新排列、连接作出解释,是强夯加固的内部依据。

非饱和土在中等夯击能量1000~2000kN·m的作用下,主要是产生冲切变形,在加固深度范围内气相体积大大减少,最大可减少60%。

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,使孔隙水顺利逸出,待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。

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

强夯时的动力固结主要表现在以下四点:

1、饱和土的压缩性:进行强夯时,气体体积压缩,孔压增大,随后气体有所膨胀,孔隙水排出的同时,孔压就减少。

2、产生液化:土体中气体体积百分比为零时,就变成不可压缩的。相 应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级,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。

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。

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。

夯击三遍的情况

从左图可以看出,每夯击一遍时,体积变化有所减少,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。

地基土强度增长与孔隙水压力有关。增加排水板

液化度为100%时,土的强度为零;随着孔隙水的消散,土的强度逐渐增长,即存在一个触变恢复阶段。

整体置换:将碎石整体挤入淤泥中,作用机理类似于换土垫层。

桩式置换:形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。


强夯法不仅能提高地基土的强度,降低其压缩性,还能改善抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,因此它不仅适用于处理碎石土、砂土、粉土、黏性土、杂填土和素填土地基,还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基。强夯是用于大面积的地基处理一个非常好的方法。



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