強夯和強夯置換概述強夯法是法國梅那（Menard）技術公司于1969年首創的一種地基加固方法，亦稱動力固結法，迄今已為國內外廣泛采用。該法一般是以8～40t重錘（最重為200t）起吊到一定高度（一般為8～30m），令錘自由落下，對土體進行強力夯實，以提高其強度、降低其壓縮性的一種地基加固方法。它是重錘夯實法的基礎上發展起來的，但又與重錘夯實法迥然不同的一項新技術。此法當初僅用于加固砂土、碎石類土地基。強夯法經過幾十年的發展，它已適用于加固從礫石到粘性土的各類地基土。在我國常用來處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土、粘性土、雜填土、素填土、濕陷性黃土等各類地基。它不僅能提高地基的承載力，同時，還能改善地基抵抗振動液化的能力，消除濕陷性黃土的濕陷性。為處理軟土地基，還發展了預設的袋裝砂井，或塑料板排水的強夯法、夯擴樁加填渣強夯法，強夯填渣擠淤法，碎石樁強夯法等。強夯法具有設備簡單、原理直觀、施工速度快、不添加特殊材料、造價低、適用范圍廣泛，特別是非飽和土加固效果顯著。對飽和土加固地基的效果好壞，關鍵在于排水，如飽和砂土地基、滲透性好，超孔隙水壓力容易消散，夯后固結快。對于飽和的粘性土或淤泥質土，由于滲透性差，土體內的水排出困難，加固效果就比較差，必須慎重對待。用砂井排水與強夯結合使用，加固效果就比較好。強夯法可適合于房建、橋涵、道路、油罐、港口、碼頭、鐵路地基、飛機場跑道和大型設備基礎等工程。而且加固速度快、效果好、投資省、最常用、最經濟而簡便的地基加固方法之一。

根據國外資料，經強夯處理的砂性土地基，其承載能力可提高200％～500％，壓縮性可降低200％～1000％。它的適用范十分廣泛，不但能在陸地上施工，而且也可在水下夯實。其缺點是施工時噪聲和振動較大，因而不宜在人口密集的城市內使用。三支點式強夯機具強夯法一、加固機理二、強夯法設計計算三、強夯法施工四、施工步驟五、質量檢驗加固機機理目前，，強夯夯法加加固地地基有有三種種不同同的加加固機機理：：動力力密實實（DynamicCompaction）、動動力固固結（（DynamicConsolidation）和動動力置置換（（DynamicReplacement），它它取決決于地地基土土的類類別和和強夯夯施工工工藝藝。(一)、動力力密實實采用強強夯法法加固固多孔孔隙、、粗顆顆粒、、非飽飽和土土是基基于動動力密密實的的機理理，即即用沖沖擊型型動力力荷載載，在在土中中形成成很大大的沖沖擊波波（主主要是是縱波波和橫橫波）），土土體因因受到到很大大的沖沖擊力力，此此力遠遠遠超超過了了土體體的強強度。。在此此沖擊擊力的的作用用下，，土體體被破破壞，，土顆顆粒相相互靠靠攏，，排出出孔隙隙中的的氣體體、顆顆粒重重新排排列，，土在在動荷荷載作作用下下被擠擠密壓壓實，，強度度提高高，壓壓縮性性降低低。非飽和和土的夯實實過程程，就就是土土中的的空氣氣被擠擠出的的過程程，其其夯實實變形形主要要是由由于土土顆粒粒的相相對位位移引引起。。在沖沖擊動動能作作用下下，地地面會會立即即產生生沉陷陷，一一般夯夯擊一一遍后后，其其夯坑坑深度度可達達0.6～1.0m，夯坑坑底部部形成成一層層超壓壓密硬硬殼層層，承承載力力可比比夯前前提高高2～3倍。非非飽和和土在在中等等夯擊擊能量量為1000～2000kN·m的作用用下，，主要要是產產生沖沖切變變形，，在加加固深深度范范圍內內氣相相體積積大大大減小小，最最大可可減小小60%。(二)、動力力固結結用強夯夯法處處理細細顆粒粒飽和土土時，則則是借借助于于動力力固結結的理理論，，即巨巨大的的沖擊擊能量量在土土中產產生很很大的的應力力波，，破壞壞了土土體原原有的的結構構，使使土體體局部發生液化并產生生許多多裂隙隙，增增加了了排水水通道道，使使孔隙隙水順順利逸逸出，，待超超孔隙隙水壓壓力消消散后后，土土體固固結，，強度度得到到提高高。梅納根根據強強夯法法的實實踐，，首次次對傳傳統的的固結結理論論提出出了不不同看看法，，認為為飽和和土是是可以以壓縮縮的新新機理理，主主要表表現有有四個個方面面的特特性見見下表表靜力固結理論動力固結理論①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④活塞無摩阻力①含有少量氣體的可壓縮的液體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④活塞有摩阻力1、飽和和土的的壓縮縮性由于土土中有有機物物的分分解，，土中中總存存在一一些微微小氣氣泡，，土顆顆粒之之間的的孔隙隙水也也有孔孔隙可可壓縮縮，其其體積積占整整個體體積的的1%～3%。實行強強夯時時，氣氣體體體積壓壓縮，，孔隙隙水壓壓力增增大（（產生生超孔孔隙水水壓力力）。。隨后后氣體體有所所膨脹脹；孔孔隙水水排出出，孔孔隙水水壓力力減少少，固固相體體積始始終不不變。。夯擊擊一遍遍，液液相體體積就就有所所減少少，氣氣相體體積也也有減減少，，這是是與以以往的的固結結理論論不同同之處處。2、土體體液化化土體沉沉降與與夯擊擊能成成正比比，當當夯擊擊能達達到一一定程程度時時，即即當氣氣體的的體積積百分分比接接近于于零時時，土土質具具有不不可壓壓縮性性，此此界限限值稱稱為飽飽和能能，飽飽和能能的大大小與與土的的種類類有關關。一一般為為500～2000kN.m/m3。夯擊能能達到到飽和和能時時，土土體產產生液液化，，吸著著水變變成了了自由由水，，土的的強度度下降降到最最小值值。必必須注注意，，一旦旦達到到飽和和能量量的瞬瞬間，，就不不能在在夯擊擊，否否則對對土體體固結結不利利。因因為為夯擊擊能過過大，，土體體固結結條件件遭到到破壞壞，孔孔隙水水反而而不易易排出出，土土體強強度降降低后后難以以恢復復。3、滲透透性變變化梅納認認為，，在很很大的的夯擊擊能作作用下下，土土中出出現很很大的的應力力和沖沖擊波波，致致使地地基內內部出出現裂裂縫形形成樹樹枝狀狀排水水網路路。強夯時時土體體局部部液化化，即即這一一瞬間間的孔孔隙水水壓力力等于于總壓壓力所所產生生的超超孔隙隙水壓壓力，，使土土顆粒粒之間間出現現裂隙隙，形形成排排水通通道，，土的的滲透透系數數陡增增。當當孔隙隙水壓壓力消消散，，達到到小于于土顆顆粒之之間的的橫向向壓力力時，，裂隙隙閉合合，土土中水水的運運動又又恢復復常態態，4、觸變變的恢恢復在重復復夯擊擊作用用下，，土體體的強強度逐逐漸減減低，，當土土體出出現液液化或或接近近液化化時，，使土土的強強度達達到最最低值值。此此時土土體產產生裂裂隙，，而土土中吸吸附水水部分分變成成自由由水，，隨著著孔隙隙水壓壓力的的消散散，土土的抗抗剪強強度和和變形形模量量都有有了大大幅度度地增增長。。這時時自由由水重重新被被土顆顆粒所所吸附附而變變成了了吸附附水，，這也也是具具有觸觸變性性土的的特性性。由于土土體產產生裂裂隙或或趨于于液化化，引引起滲滲透性性增大大。(三)、動力力置換換動力置置換可可分為為整式式置換換和樁樁式置置換。。整式式置換換是采采用強強夯將將碎石石整體體擠入入淤泥泥中，，其作作用機機理類類似于于換土土墊層層。樁樁式置置換是是通過過強夯夯將碎碎石填填筑土土體中中，部部分碎碎石樁樁（或或墩））間隔隔地夯夯入軟軟土中中，形形成樁樁式(或墩式式)的碎石石墩(或樁)。其作用用機理理類似似于振振沖法法等形形成的的碎石石樁，，它主主要是是靠碎碎石內內摩擦擦角和和墩間間土的的側限限來維維持樁樁體的的平衡衡，并并與墩墩間土土起復復合地地基的的作用用。(四)、震動波壓密理論論強夯的特點是將機機械能轉換為勢能能，再變為動能作作用于土體。在重重錘作用于地面一一瞬間，在重錘作作用于地面一瞬間間，使土產生強烈烈震動，類似于地地震的震源（但與與地震有許多不同同之處），在地基基土中產生震動波波，從震源向四周周傳播。又因地基基為一彈塑性材料料，在巨大的沖擊擊作用下，質點在在連續介質內震動動，其震動的能量量可以傳遞給周圍圍介質，而引起周周圍介質的震動，，震動在介質內的的傳播過程形成波波，根據其作用、、性質和特點的不不同波，可分為體波和面波兩種。強夯主要是體波起加固做用，體波波又分為縱波和橫波，縱波是由震源向向外傳遞的壓縮波波，質點的振動方方向與波的前進方方向是一致的，同同時伴隨著產生體體積的變化，一般般表現為周期短，，振幅小。橫波是是由震源向外傳遞遞的剪切波，質點點的振動方向與波波的前進方向垂直直，不產生體積的的變化。一般表現現為周期較長，振振幅較大。橫波只只能在固體里傳播播，而縱波在固體體、液體里都能傳傳播。強夯時巨大的沖擊擊能，作用于地基基上，在地基中產產生體波（含縱波波和橫波）和面波波兩種。對地基起起加固作用的主要要是縱波（壓縮波）和橫波（剪切波）。而面波不但起不不到加密的作用，，反而對地基表面面產生松動，故為為無用波或有害波波。強夯法設計計算(一)、有效加固深度及及范圍的確定強夯法加固的設計計主要參數有：加固深度及范圍，單位面積夯擊能力力，夯擊次數，夯點間距，布置以及夯擊遍數數和間隙時間等。有效加固深度既是是選擇地基處理方方法的重要依據，，又是反映處理效效果的重要參數，，有效加固深度按按下式進行計算式中：H——有效加固深度(m)W——垂重(kN)h——落距(m)k——強夯有效加固深度度影響系數，其變變動范圍為0.37～0.8。一般對粘土、砂砂土取0.45~0.6，對濕陷性黃土取0.34～0.5。K值影響因素：單位面積上施加的的總夯擊能及遍數數，土本身結構強強度影響；錘底面面積；混凝土錘與鑄鐵錘錘對比；土層分布布影響。目前，國內外尚無無關于有效加固深深度的確切定義，，但一般可理解為為：經強夯加固后，該該土層強度和變形形等指標能滿足設設計要求的土層范范圍。實際上影響有效加加固深度的因素很很多，除了錘重和和落距外，還有地地基土的性質、不不同土層的厚度和和埋藏順序、地下下水位以及其它強強夯的設計參數等等都與有效加固深深度有著密切的關關系。因此，強夯夯的有效加固深度度應根據現場試夯夯或當地經驗確定定。在缺少經驗或或試驗資料時，可可按下表預估。單擊夯擊能（kN.m）碎石土、砂土等粉土、粘性土、濕陷性黃土10005.0～6.04.0～5.020006.0～7.05.0～6.030007.0～8.06.0～7.040008.0～9.07.0～8.050009.0～9.58.0～8.560009.5～10.08.5～9.5注：強夯的有效加加固深度應從起夯夯面算起根據波在地基中傳傳播速度和土對能能量的吸收能力，，可以計算出波的的有效傳播范圍，，即強夯震動波的的能量對地基加固固的半徑Rs.經過多項工程實踐踐，提出了一種新新的強夯的加固有有效深度計算方法法：式中：RS——有效加固半徑（加加固深度）(m)h——落距（落垂高度））(m)M——錘重(kN)Vp——縱波速度(m/s)——土的能量吸收系數數，見下表k——大于1的系數，一般為3～5土質情況值（s/m）土質情況值（s/m）松散飽和粉細砂、亞粘土、輕亞粘土、粘土0.01～0.03硬塑的粘土和中密的塊石、碎石0.087～0.115很濕的亞粘土、粘土0.04～0.06可塑的粘土和中密的粗砂、礫石0.1～0.125稍濕的和干的輕亞粘土、亞粘土0.07～0.10土的能量吸收系數數(二)、夯擊能量的確定定1單擊夯擊能為夯錘重W與落距h的乘積。一般說夯夯擊時錘重和落距距大，則單擊能量量大，夯擊擊數少少，夯擊遍數也相相應減少。加固效效果和技術經濟較較好。2整個加固場地的總總夯擊能量(即錘重×落距×總夯擊數)除以加固面積稱為為單位夯擊能。強夯的單位夯擊能能應根據地基土類類別、結構類型、、荷載大小和要求求處理的深度等綜綜合考慮，并可通通過試驗確定。在在一般情況下：：1對粗顆粒土可取1000～3000KN·m/㎡2對細顆粒土可取1500～4000KN·m/㎡但對飽和粘性土所所需的能量不能一一次施加，否則土土體會產生側向擠擠出，強度反而有有所降低，且難于于恢復。根據需要要可分幾遍施加，，兩遍間可間歇一一段時間，這樣可可逐步增加土的強強度，改善土的壓壓縮性。有的文獻也提出，，夯坑深度不超過過夯錘寬度的一半半，否則將有一部部分能量損失在土土中。由此可見，，對細顆粒土在強強夯時預計會產生生較深的夯坑，因因而事先要求加大大錘底的面積。國內外夯錘材料，，特別是大噸位的的夯錘，多數采用用以鋼板為外殼和和內灌混凝土的錘錘。目前也有為了了運輸的方便和根根據工程需要，澆澆筑成在混凝土的的錘上能臨時裝配配鋼板的組合錘。。由于錘重的日益益增加，錘的材料料已趨向于由鋼材材鑄成。夯錘確定后，根據據要求的單點夯擊擊能量，就能確定定夯錘的落距。圍圍內通常采用的落落距是8～25m。對相同的夯擊能能量，常選用大落落距的施工方案，，這是因為增大落落距可獲得較大的的接地速度，能將將大部分能量有效效地傳到地下深處處，增加深層夯實實效果，減少消耗耗在地表土層塑性性變形的能量。(三)最佳夯擊能從理論上講，在這這樣的夯擊能作用用下，地基中出現現的孔隙水壓力達達到土的自重壓力力這樣的夯擊能稱稱為最佳夯擊能。。粘性土最佳夯擊能能的確定方法：在在粘性土中，由于于孔隙水壓力消散散慢，當夯擊能逐逐漸加大時孔隙水水壓力亦相應的疊疊加，因而在粘性性土中，可根據孔孔隙水壓力的疊加加值來確定最佳夯夯擊能。砂性土最佳夯擊能能的確定方法：在在砂性土中，由于于孔隙水壓力增長長及消散過程僅為為幾分鐘，因此，，孔隙水壓力不能能隨夯擊能增加而而疊加，為此可繪繪制孔隙水壓力增增量與夯擊擊數（（夯擊能）的關系系曲線來確定最佳佳夯擊能。當孔隙隙水壓力增量隨著著夯擊擊數(夯擊能)增加而逐漸趨于恒恒定時，可認為該該種砂土所能接受受的能量已達到飽飽和狀態，此能量量即為最佳夯擊能能。（在施工前試夯時確確定）(四)夯擊點布置及間距距對某些基礎面積較較大的建筑物或構構筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點；對辦公樓和住宅建建筑等，可根據承承重墻位置布置夯夯點，一般可采用用等腰三角形布點；對工業廠房可根據據柱網來布置夯擊擊點。布置夯擊點時應考考慮施工時吊機的的行走通道。夯距通常為5—15m夯擊點間距夯夯擊點間距(夯距)的確定，一般根據據地基土的性質和和要求處理的深度度而定。夯距通常常為5～15m，以保證夯擊能量量傳遞到深處和保保護夯坑周圍所產產生的輻射裂隙為為基本原則。夯擊擊數應按現場場試夯得到的夯擊擊擊數和夯沉量關關系曲線確定，且且同時滿足下列條條件1)最后兩擊的夯沉量量不大于50mm，當單擊夯擊能量量較大時不大于100㎜2)夯坑周圍地面不應應發生過大隆起；；3)不因夯坑過深而發發生起錘困難。國內確定夯擊擊數數的方法有所不同同：有的以孔隙水壓力力達到液化壓力為為準則；有的以最后一擊的的夯沉量達某一數數值為限值；也有的以上、下兩兩擊所產生的沉降降差小于某一數值值為標準。總之，各夯擊點的的夯擊數，應使土土體豎向壓縮最大大，而側向位移最最小為原則，一般般為4～10擊。夯擊遍數夯擊擊遍數應根據地基基土的性質和平均均夯擊能確定。一一般情況下可采用用1～8遍，對于粗顆粒土土夯擊遍數可少些些，而對于細顆粒粒土則夯擊遍數要要求多些。最后一遍是以低能能量“搭夯”即錘錘印彼此錯接（六）墊層鋪設強夯加固固場地必必須具有有一層稍稍硬的表表層，使使其能支支承起重重設備，，并便于于對所施施工的夯夯擊能得得到擴散散，同時時也可加加大地下下水位與與地表面面的距離離，因此此有必要要鋪設墊墊層。墊墊層厚度度一般為為50～200cm。預鋪墊墊層可形形成一覆覆蓋壓力力，減小小坑側土土隆起，，使坑側側土得到到加固。。預鋪墊墊層的又又一作用用就是在在夯擊后后能形成成夯坑底底易透水水層，從從而加大大加固深深度，并并可作為為坑底土土孔隙水水壓力的的消散通通道，加加快坑底底土孔隙隙水壓力力的消散散。另外外，這一一墊層還還可防止止夯坑底底涌土，，并利于于施工機機械的行行走。墊層材料料宜采用用粗顆粒粒的碎石石、礦渣渣、砂礫礫石、粗粗顆粒粒粒徑宜小小于10cm。對處理理土層為為飽和砂砂、軟土土時，坑坑底易涌涌土涌砂砂，故墊墊層材料料不宜用用砂。（七）間間歇時時間對于需要要分兩遍遍或多遍遍夯擊的的工程，，兩遍夯夯擊間應應有一定定的時間間間隔。。各遍間間的間歇歇時間取取決于加加固土層層中孔隙隙水壓力力消散所所需要的的時間。。對砂性性土，孔孔隙水壓壓力的峰峰值出現現在夯完完后的瞬瞬間，消消散時間間只有2～4min，故對滲滲透性較較大的砂砂性土，，兩遍夯夯擊間的的間歇時時間很短短，亦即即可連續續夯擊。。對粘性土土，由于于孔隙水水壓力消消散較慢慢，故當當夯擊能能逐漸增增加時，，孔隙水水壓力亦亦相應地地增加，，其間歇歇時間取取決于孔孔隙水壓壓力的消消散情況況，一般般為2～4周。目前前國內有有的工程程對粘性性土地基基的現場場埋設了了袋裝砂砂井(或塑料排排水帶)，以便加加速孔隙隙水壓力力的消散散，縮短短間歇.有時根據據施工流流水順序序先后，，兩遍間間也能達達到連續續夯擊的的目的強夯法施施工主要機具具及設備備：履帶式起起重機，，穩定性性好，行行走方便便。輪胎式起起重機三足架和和輪胎式式強夯機機夯錘、起起重設備備、脫鉤鉤裝置等等（國內內）施工步驟驟試夯根據工程程需要確確定加固固后的地地基承載載力，變變形模量量，有效效加固深深度，特特別是消消除黃土土的濕陷陷性或地地基的地地震液化化深度，，以此根根據土的的類型、、特征，，選定單單點夯擊擊能，單單位面積積夯擊能能、夯擊擊次數、、夯擊遍遍數、夯夯點間距距、間歇歇時間等等，確定定是否需需要加設設墊層及及填料并并確定其其厚度。。試夯的目目的就是是根據這這些選定定的施工工參數，，進行試試夯，并并根據試試夯后的的檢驗結結果，適適當調整整設計、、施工參參數，使使其達到到預想的的處理效效果。步驟：1）清理并并平整施施工場地地；2)鋪設墊層層，在地地表形成成硬層，，用以支支承起重重設備，，