深層密實的地基處理方法深層密實？爆破擠密強夯碎石樁

CFG樁深層振密（振動桿）爆破法原理:爆破產生壓縮波和剪切波，該波會破壞土體結構（如液化），導致土體結構重排和壓密。2.適合土類：無粘性土（砂，軟石和黃土等）3.霍普金森系數：

Nh=W1/3/RW=TNT炸藥重量(kg)

R=徑向影響范圍(m)BarendsenandKok(1983):(sandysoilinNetherlands)

超靜孔壓預測

Δu/б’=1.65+0.65lnNh

地表沉降預測

Δs/H=2.73+0.9lnNh

深層振密儀器:

振動翼，Y型振動桿，Foster振動管Principle:vibratorcreatesverticalorhorizontalforce,compactionisgreatlypromotedbythesevibrationswiththeprobeisslowlywithdraw.Suitablesoils:cohesionlesssoils

強夯法，法國人LouisMenard于1969年首創。

首次應用于法國Rivieza海邊的海濱新近填土地基加固處理，并獲得成功。

這一技術經濟上有顯著優勢，技術上相對簡單，效果顯著。

很快，傳入美國，歐洲和日本等國家。

在水利工程、建筑工程、道路工程、鐵道和機場工程等諸多領域中得到廣泛應用。

我國于1978年，交通部一航局科研所在天津首先開展強夯試驗。強夯法是采用80

300kN重錘，以8

20m落距自由落下，對軟弱地基瞬時施加巨大沖擊能。

單擊能量一般500

8000kN

m。

加固影響深度達到10~20m，甚至更深一些。

目前

強夯法著重于應用技術研究;

工作機理認識和研究進展不大;

強夯法設計和效果檢驗，幾乎全部依賴于施工前試夯的數據和前人經驗;

試夯確定設計參數和強夯工藝是十分重要的。

強夯法示意圖

1.

可以提高砂/粉土地基強度、降低壓縮性；

2.

改善特殊土性能，如提高砂土抗液化能力、降低黃土濕陷性；

3.

顯著提高地基土層均勻性，降低基礎差異沉降。落錘夯擊時，沖擊能產生的沖擊波和動應力

一、強夯的加固機理

強夯技術加固地基的三種作用機理，即

動力密實

動力固結

動力置換

它們的發揮取決于地基土的性質和強夯的施工工藝。強夯法的試夯工作動力置換

強夯最初應用時，加固的機理是動力密實，即在沖擊型動力荷載作用下，土顆粒相對位移，孔隙中氣體被擠出，孔隙減小而致密的過程。

強夯技術應用于多孔隙、粗顆粒、非飽和土時，主要是基于動力密實的機理。

實踐中，單錘夯擊能量一般為1000

2000kN

m，所產生沖切變形在加固深度范圍內，土中氣體減少可達到60%。

飽和粘性土地基強夯加固機理，則是飽和土“動力固結”。

理論上，Menard根據飽和土經受強夯后產生數十厘米瞬間變形的現象，曾在機制上提出了一個與Terzaghi的靜力固結模型不同的水

彈簧動力固結模型。

飽和粘性土，伴隨強制壓縮和振密，更主要的是夯擊能量轉化導致：

地基土體的結構的破壞

地基土的滲透性提高與固結致密

結構強度的觸變恢復。動力固結機理飽和土

太沙基固結理論假設:a.各向同性.b.完全飽和.c.孔隙水不可壓縮.d.土顆粒不可壓縮.e.一維滲流.f.Darcy定律適用.

動力固結理論假設:a.有摩擦的活塞.b.液體可壓縮.（氣泡）c.不定比彈簧.d.變孔徑排水活塞（拉應力，裂隙）..夯擊能傳遞

半無限空間體上豎向夯擊能傳遞給地基是通過體波（壓縮波和剪切波）和面波（瑞利波-RayleighWave）聯合傳播的。動力固結能量傳送

體波沿著一個半球波振面徑向、向外傳播，其中

壓縮波是最快到達指定加固區域，其振動能量為輸入總能量7%，導致質點平行于波振面方向作推拉運動，并使土中孔隙水壓力增加，土粒錯位。

其次到達的是剪切波，振動能量為27%，該波引起質點運動與波陣面方向正交的橫向位移，并導致土體原位結構的破壞。對于飽和粘性土，剪切波是使得土體加密波。

面波主要為瑞利波，占總能量2/3，隨距離增加衰減比體波慢，瑞利波的豎向分量對地基表面土起到松動作用，能在夯點附近造成地表面的隆起。強度增長孔隙水壓力

二者區別荷載與沉降滯后孔隙水壓縮骨架和滲透系數變化非飽和土微觀機理非飽和土二、試夯工作

選擇在施工現場附近，以具備良好代表性;

根據加固深度和施工條件，初擬夯錘重量落距;

根據Menard的經驗公式修正后，單錘夯擊能與強夯加固影響深度D

式中H－落錘的高度（m）；

W－夯錘的重量（t）；

n－影響深度折減系數，一般n=0.3

0.7；對于填土和粘性土，n

0.4。

強夯法的有效加固深度D（m）表6-3

我國《建筑地基處理技術規范》（JGJ79－91）中的規定，強夯法的有效加固深度應根據現場試夯加固效果或當地經驗確定。在缺少試驗資料時，可按表6-3預估。單錘夯擊能（kN?m）碎石土或砂土等粉土粘性土或濕陷性黃土等單錘夯擊能（kN?m）碎石土或砂土等粉土粘性土或濕陷性黃土等10005.0

6.04.0

5.040008.0

9.07.0

8.020006.0

7.05.0

6.050009.0

9.58.0

8.530007.0

8.06.0

7.060009.5

10.08.5

9.0夯錘底面積

對砂土和碎石填土一般為4m2；

對軟弱粘性土則至少為6m2。

夯錘平面形狀有方形和圓形。

夯錘中宜設置若干個上、下貫通孔徑250~300mm氣孔。

圓形并設置貫通孔夯錘進行夯擊時，既可提高夯擊的效果，又方便施工。（一）夯擊次數與夯沉量

夯點的夯擊次數，應根據現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定。

累計夯沉量隨夯擊次數增加而增加；

單擊夯沉量則隨累計次數增加而減少，即夯擊效果漸趨飽和。

施工合理夯擊次數，即單擊夯沉量開始趨于穩定時對應累計夯擊次數，且可用作施工時收錘的控制夯沉量。必須同時滿足。

（1）最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當

單擊夯擊能量較大時，應不大于100mm；

（2）夯坑周圍地基不應發生過大的隆起；

（3）不因夯坑過深而發生起錘困難。

各試夯點的夯擊數，應使土體豎向壓縮最大，而側向位移最小為原則，一般為5~15擊。

（二）夯擊遍數與間歇時間

對于飽和粘性土，孔隙水壓力消散較慢，故隨著夯擊次數增加，超靜孔隙水壓力相應地發生積聚并達到最大值。在這種情況下，如再連續施加夯擊能，對土的加固無效，應停止夯打。這種使孔隙水壓力上升至最大值的夯擊次數就是第一遍的夯擊數。

需要分遍夯擊的遍數，根據地基性質確定，一般為2~3遍。

各遍夯擊的間歇時間，根據孔隙水壓力消散情況確定，一般為2~4周。

為了提高每遍的夯擊能量，降低孔隙水壓積聚水平，加快孔隙水壓力消散速度，縮短各遍間間歇時間，類似排水預壓法，可在低滲透性粘性土中設置排水系統，如采用袋裝砂井或塑料排水板進行綜合處理。

但是粘性土地基強夯時，采用這一綜合處理方法，效果并不穩定。

針對這一情況，更有效是采用塊石、碎石等粗顆粒材料進行強夯置換。

對于砂性土，滲透較快，孔隙水壓力消散快，一般時間僅2~4min，故可連續夯擊。（三）夯擊點布置與間距

平面布置形式

夯擊點平面布置應考慮基礎的結構類型與要求

平面布置形式可采用三角形和正方形布置夯擊點。

根據上部承重墻位置、柱網分布，布置夯擊點，以提高夯擊能的效率。平面布置范圍

考慮應力擴散作用，強夯范圍應大于結構基礎范圍，可按影響深度1/2~2/3D，且大于3m，由各邊向外擴展。

當處理液化、濕陷等病害地基時，加固擴展的范圍尚應根據結構的重要性適當增加。夯點間距

根據土性質和夯擊單擊能量綜合確定，一般按5~9m布置點距

機理上，單擊能量愈高、且為加固性夯擊時，應取較大的夯點距離

有學者根據經驗提出，夯點間距一般與夯擊加固的影響深度大致相當

強夯施工的工藝流程，首先

第一階段，應進行高能量、大間距的加固性夯擊（HighEnergyPhase），目的是加固強夯影響范圍內的地基。

第二階段，實施低能量，夯擊點間重疊搭接的普夯或稱為滿夯（IroningPhase），目的是加固由高能量夯擊所產生的表層松散土。

強夯法施工與檢測

目前，大面積強夯施工之前，應選擇不小于400m2的場地進行現場試夯。測試地表、深層位移，夯沉量，夯坑特征，孔隙水壓力，振動影響范圍，加速度，填料厚度。

通過對試夯效果的現場測試，取得設計數據，判定強夯效果。

對強夯效果的檢測與分析在強夯中顯得尤為重要。

目前，國內強夯施工后，加固效果檢測規定了一定的工后休止時間，

對于碎石土和砂土地基，施工結束后的間隔時間為1

2周；

對于低飽和粉土和粘性土地基，這一間隔時間為3

4周。

加固效果檢測方法有：常規原位觸探法、室內土工試驗法和原位荷載板試驗等。

Stevensetal.(1993)根據美國研究成果，提出系列的行之有效的強夯效果檢測技術。

強夯質量檢測是動態的、且貫穿于強夯施工的全過程。

當強夯出現異常，例如按設計單擊能量，每擊夯沉量非但未減少，反而有所遞增。這時采用上述動態監測和測試，對評定強夯設計參數的合理性將起關鍵作用。

實際時，應采用至少兩種以上測試方法，以保證測試結果的可靠性。強夯效果測試技術一覽表表6-4中文名稱英文名稱英文縮寫杯式貫入試驗BeakerPenetrationTestBPT鉆孔剪切試驗BoreholeShearTestBST麥納旁壓儀試驗MenardPressuremeterTestMPT巖石徑向膨脹法Rockdilatometers

臺階式葉片試驗SteppedBladeTestSBT自進式旁壓試驗SelfBoringPressuremeterTestSBPT平板式膨脹測法FlatPlateDilatometerDMT面波譜分析SpectralAnalysisofSurfaceWavesSASW地球物理核子測試Nuclearboreholegeophysics

地震X線斷層攝影法Seismictomography

鉆孔聲側試驗Boreholesoniclogging

應力監測Stresscaptors

強夯施工過程中，在夯錘落地的瞬間，一部分動能將轉化為沖擊波，從夯點以波的形式向外傳播，并引起地表震蕩。

當夯點附近一定范圍內的地表振動強度達到一定數值時，會引起地表和建筑物、構筑物不同程度的損傷和破壞。這個問題對在城市內施工尤為重要。強夯振動對鄰近建筑的影響

建筑物的破壞標準與振源特性有關。強夯振動時間約0.1s，可用地震或爆破破壞標準。

美國以防爆標準大于3Hz最大加速度0.1g控制，或地面速度2英寸/s控制，并考慮數值統計離散性。

法國Mernad公司采用地面速度2英寸/s作為臨界控制標準。

根據上述臨界標準，得到強夯的最小安全距離為14

17m。

太原工學院根據上述破壞標準和十余項強夯工程（單擊夯擊能分布