软土地基处理强夯法及强夯置换法施工技术
7页1、4.2.3强夯法和强夯置换法强夯是法国 Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,它通过一般1040t的重锤和1040m的落距,对地基土施加很大的冲击能,在地基土中所出现的冲击波和动 应力,可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土 的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料,用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。当前,应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛,有工业与民用建筑、仓库、 油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之,强夯法在某种程度上比机械 的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和 杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形 控制要求不严的工程,同时应在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果。工程实践表明,强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点,因而被世界各 国工程界所
2、重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的 加固效果,必须给予排水的出路。为此,强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。1、加固机理强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力,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,并对周围土进行动力挤压目前,强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力置换,它 取决于地基土的类别和强夯施工工艺。(1)动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理,即用冲击型动力荷 载,使土体中的孔隙减小,土体变得密实,从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程, 就是土中的气相(空气)被挤出的过程,其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实 际工程表明,在冲击动能作用下,地面会立即产生沉降,一般夯击一遍后,其夯坑深度可 达0.61.0m,夯坑底部形成一层超压密硬壳层,承载力可比夯前提高23倍。非饱和土在中等夯击能量 10002000kN-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%(2)动力
3、固结用强夯法处理细颗粒饱和土时,则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。动力固结理论可概述为:1)饱和土的压缩性Menard教授认为,由于土中有机物的分解,第四纪土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体,其含气量大约在1%-4%g围内,进行强夯时,气体体积压缩,孔隙水压力增大,随后气体有所膨胀,孔隙水排出的同时,孔隙水压力就减少。这样 每夯击一遍,液相气体和气相气体都有所减少。根据实验,每夯击一遍,气体体积可减少 40%2)局部产生液化 在重复夯击作用下,施加在土体的夯击能量,使气体逐渐受到压缩。 因此,土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时,土体便变成不可压 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。孔隙水压力与 液化压力之比称为液化度,而液化压力即为覆盖压力。当液化度为100%寸,亦即为土体产生液化的临界状态,而该能量级称为“饱和能”。此时,吸附水变成自由水,土
4、的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量时,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 在很大夯击能作用下,地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的 超孔隙水压力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。在有规则网格布置夯点的现场,通过积聚的夯 击能量,在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝,夯坑附近出现涌水现象。当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时,裂隙即自行闭合,土中水的运动重新 又恢复常态。国外资料报道,夯击时出现的冲击波,将土颗粒间吸附水转化成为自由水, 因而促进了毛细管通道横断面的增大。4)触变恢复 在重复夯击作用下,土体的强度逐渐减低,当土体出现液化或接近液化 时,使土的强度达到最低值。此时土体产生裂隙,而土中吸附水部分变成自由水,随着孔 隙水压力的消散,土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗 粒所吸附而变成了吸附水,这也是具有触变性土的特性。鉴于以上强夯法加固的机理,Menard对强夯中出现的现象,又提出了一个新的弹簧活塞模型,对动力固结的机理作了解释。静力
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