强夯法在软弱地基处理中的应用

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同济大学硕士学位论文强夯法在软弱地基处理中的应用姓名：朱益宏申请学位级别：硕士专业：土木工程指导教师：胡克旭20031201 呻琦土，●讳z矗革士蕾幢格土强夯法在软弱地摹处理中的应用朱益宏摘要随着我国经济建设的迅速发展，大量的工程需要在软弱及超软弱地区实施，这对地基处理技术提出了更高的要求。地基处理方法很多，其中强夯法就是较理想的一种。实践证明，强夯法相对其它地基处理方法具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节约材料的优点，尤其在节省加固时间和节约工程成本方面具有独特的优势。这种方法不仅适合于房建工程。也适合于桥梁、道路、港口码头、机场跑道、大型设备基础等工程。由于强夯法本身的复杂性，目前还缺乏系统而有效的现场试验和必要的室内模拟试验及理论分析工作。国内外对强夯法加固杌理的认识还不一致。也没有形成一套较为成熟的理论和设计计算方法，迄今仍停留在经验和现场试验为主的设计阶段。为保证强夯法加固地基的有效性和经济性，强夯前，一般要通过试夯确定强夯参数，但试夯往往要花费较长的时间和大量的资金，故而对强夯法进行深入研究，并建立起科学合理的设计计算方法是非常有实际意义的。目前，对强夯法加固机理、加固效果评价、动力特性的研究方法很多，作者将试图对多种研究方法进行分析比较，并首次建立了强夯瞬间土层三维固结模型。强夯法施工过程中会对环境会造成污染，本文作者将建立一种评价体系，对强夯所引起的振动、噪音污染进行评价。随着强夯法的发展，强夯法施工信息化管理的重要性逐渐凸现出来，计算机的发腱也为信息化管理的实施提供了技术支持，本文将在这方面进行探讨。当然，本文的研究成果还需要得到其它工程的验证，只有这样才能更迸一步推进强夯法的发展。【关键词】软弱地基强夯强夯置换动力固结有效加固深度夯击能振动信息化施工动力特性太沙基三维固结福州长乐国际机场 舟琦太幸●礴工程硪t4t任话t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏AbstractWiththerapiddeveIopmentofeconomy．rAoreand11K)FeprojectswiIbeperformedinsoftandsuper-softareas．whichrequireshigheroffoundationtreatment．Therearevarietiesoftreatmentmethods．amongwhichdynamicconsoIidatlonmethodisagoodchoice．Practiceprovesthat，incontrast，thismethodworksmoreefficientIY，andtheconstructionprocessisreIativelysimpIer．Furthermore，whatmakesapcintisthattheprojecttimeIimitwiIbeIargeIYshortenedandthecostwminimized．ThemethoddoesnotonlYapplytobuiIdingprojects．buttoprojects，airportprojectsandfoundationsforimpactmachinesetc．I|bebridgeBecauseofthecolgpIexityofdynamicconsoIidationtreatmentitseIf，thereissofarnosystemicexperimentsonsiteornecessaryindoorsimuIationexperiments-AndagreementiSstiInotroachedaboutthemechanismofdynamicconsIidationtreatmenteithorabroadorathome．Atpresent．theappIicationofthemethodisstiIbasedonexperienceandunsystematicexperimentsonsire．withoutasetofperfecttheoryanddesignmethod．Toensuretheelfioiencyandeconorffyofthemethod．experimentswiIalwaysbeperformedpriortodynamicconsoIidationtreatment．justtogetafewparameters．whichcostsalotoftimeandmoney．Therefore，itmakessensetocarryoutafurtherstudyondynamicconsoIidationmethod．Therearenowmanywaysinwhichthemechanism．evaJuationoftreatmentanddynamicpropertiosofdynamicconsoIidationtreatmentarestudied．ThewriterwiItrymekingacomparisonofaways．andgiyesofltconciusions．Duringtheconstructionofdynamicconsolidationtreatment，environmentenVlronment．observationatwiImakenoisesandvibrations．whiohwilIinfIuencetheThewriterwiItryconstructingasystemtoevaIuateitspcIIutiontoAnd．withthedeveIopmentofdynamicconsol；dationtreatmentcontroIoperstionsismoreandmereimportant．andthedeveIopmentofCOmputerspreyidestechnicaIsupportforit，thewriterwiIaIsomakesomestudyonit．Ofcourse．theconeIusionsofthepaperneedtobevafidatedbyotherprojects，only 苎苎查!!苎三壁!!!堡竺兰堡查鲨垄竺塑些苎竺堡主塑壁旦鲞堇室nthiswaycanthestudyofdynamicconsoI；dationtreatmentbeadvanced[Keywords]softfoundations，dynamicconsoIidationmethod．dynamicrepLacementelficientdepth，energyofimpaction，vibration．observatioRaIcontrooperatiors．dynamicpropertie8．Terzaghiconcretioninthreedimensiors．ChanglenternationaIairportofFuzhou 一曲土簟’．靖zn每士簟幢话t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第一章序论§1．1地基处理技术概论软弱地基处理的目的，是为了提高地基土的强度，提高地基的稳定性，降低压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。我国东南沿海和内陆广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软弱地基。由于软弱地基的压缩性高，渗透性低，同结变形时间长，这对地基处理技术提出了很高的要求。近年来，软基的加固理论及其施工技术获得了很大的发展，取得了丰硕的成果。据统计，已有的处理方法不下20种，如换土垫层法、强夯法、强夯置换法、石灰桩法、振冲密实法、深层搅拌法、加筋法等。具体加固原理和适用范围见表卜1。选用地基处理方法要力求安全适用、确保质量、经济合理、技术先进。我国地域辽阔。工程地质和水文条件千变万化，各地施工机械条件、技术水平、经验积累以及建筑材料品种、价格差异很大，在选用地基处理方法时一定要因地制宣。地基处理方法很多，每种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。可以说，没有一种方法是万能的。对每一具体工程都要进行具体细致的分析，应从地基条件、处理要求(包括经处理后地基应达到的各项指标，处理的范围。工程进度等)、工程费用以及材料、机具来源等各方面综合考虑，因地制宜选择合适的处理方法。在确定地基处理方法时，还要注意节约能源和保护环境。需要加强环境保护意识，避免因为地基处理对地面水和地下水产生污染，地基处理施工产生地振动和噪音对周围环境产生不良影响。软弱地基的几种处理方法可能产生的环境影响问题如表卜2所示。在诸种软弱地基处理方法中，各种方法均有其优势所在，同时又存在不足之处。比如，排水固结法是一个使用多年的方法，主要特点是理论成熟，但需要预压荷载而且预压时间较长，对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以应用的：深层搅拌法适宜于加固饱和软粘土，但对水质要求较高，而且会不同程度上造成环境污染：水泥土搅拌法不仅可以较大提高地基承载力，而且可以减少原地基沉降量的1／3～a／3，沉降较快趋于稳定，但是这种方法造价高，水泥用量很大：石灰桩法在生产石灰的地区是首选的方法，具有较强的区域性，这种方法目前的施工工具和施工工艺也还不能满足要求，同时存在着环境污染的问题；振冲碎石桩法具有排水固结和置换挤密双重作用，但软士测向约束作用较差，透水性差，高灵敏的软土被挤密后破坏了原来的结构，达不到预期的加固目的：强夯法(包括强夯置换法、动静结合排水固结法)作为一种4 一琦土簟●诗工程毒t母性静立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏表卜1备类软土地基常用的处理方法方法简单原理适用范围采用重量为lO～40t的夯锤从高处自由落碎石士、砂土、低F，地基土在强夯的冲击力和振动力作用下密饱和度的粉土、粘强夯法实，提高承载力，减少沉降性土、杂填土地基采用边填碎石墩边强夯的强夯置换法在地人工填土、砂土、粘强夯置换法基种形成碎石墩体．由碎石墩、墩间七以及碎性土和黄土、淤泥和淤泥质土地基石垫层形成复合地基，提高承载力减小沉降～方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列孔隙减小，另一方粘粒含量小于10％的振冲密实法面依靠振冲器的水平振动力，加回填料使砂层疏松砂性土地基挤密利用深层搅拌机将水泥和地基土原位搅拌淤泥、淤泥质土和台形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥土增强体，水量较高地基承载力深层搅拌法形成水泥土桩复合地基以提高地基承载力，减标准值不大于120kpa少沉降。的粘性土粉土等软土地基采用沈管法在地基中成孔，在孔内填入碎不排水抗剪强度不沉管碎石桩法石、卵石等糨粒料形成碎石桩。碎石桩与桩间小于20kpa的粘性土、粉土、饱和土形成复合地基，以提高承载力，减少沉降黄土和人工填土通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入石灰和其它掺和料，通过石灰的吸水、膨胀放石灰桩法杂填土软粘土地基热改善桩周围土的物理力学性质，形成复合地基，可提高承载力低强度混在地基中设置低强度混凝土桩，与桩间土形各类深厚软弱地基凝土桩法成复合地基发泡聚苯乙烯(EPS)重度只有土的EPS超轻质料1／50～1／100，并具有较好的强度和压缩性能，由于填土料，可有效地减少作用在地基上地荷软弱地基填土法载，需要时也可置换部分地基土，以达到更好地效果在土体中埋置士工合成材料(土工织加筋土法物、土工格栅等)金属板条等形成加筋土各种软弱地基垫层，增大压力扩散角，提高地基承载力通过加载预压、超载预压或真空预压等方排水固结法软粘土地基击使地基土排水固结5 砷琦土节十计zn焉士簟植怡立强夯法在软弱地基处理中的虎用朱益宏表1-2软土地基处理方法可能对环境产生的影响‘＼可能的环＼境影响噪声水质污染振动大气污染地面泥浆地面位移地基＼污染处理方法＼＼强夯法oO口强夯景换法0o口振冲密实法口深层搅拌法灌浆法口石灰桩法口加筋土法}O--影响较大：口一影响较小：空格表示没有影响。新型的地基处理技术，广泛用于处理各种地基土，强夯法是一种施工简单、经济有效的地基处理方法，但这种方法施工中产生噪音、振动会造成一定的环境污染。在诸多地基处理方法中，强夯法是一种较理想的地基加固方法。该方法所用设备简单，原理直观，适用范围广泛，可用于加固各种填土、湿陷性黄土、碎石土、砂土、一般粘性土、软土以及工业、生活垃圾等地基，特别是对于非饱和土加固效果显著，强夯发展到今天已可成功应用于饱和粘土。表卜3几种主要软基处理方法单位面积造价时间比处理方法堆载预压桩基化学法强夯真空预压搅拌桩振冲法造价比l3O．3O．710．5时间比10．2O．80．1O．20．20．3当今，强夯法广泛应用于房建、桥涵、道路、港口、码头、机场、大型设备基础等工程，显示出其蓬勃的生命力，投资节省和加固速度快是其主要优势所在(见表卜3)，是当前最经济而筒便的地基加固方法之一。§1．2强夯法简介强夯法也称动力固结法(DynamicConsoIidationMethod)或动力压实法(DynamicCompactionMethod)。这种方法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下，夯锤重一般为lO～40t(最重为200r)，提升高度大约为lO～40m，对地基土旋加很大的冲击能。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基的强度、降低土的压缩性、提高地基土的均匀性。它是在重锤夯实法的基础发展起来的，但又与重锤夯实法迎然不同的一项新技术。而且随着强夯法的发展，它已经不是单独应用，而是联合其它地基处理方法一起应用-6 一琦土簟●什工枉每t幸值铪立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§1．2．1国内外强夯法的发展强夯法处理地基是20世纪60年代末由法国Menard技术公司首先创用的．用来处理填土、饱和砂土、冲击土以及大量的软基。第一个工程是用于处理滨海填土地基，该场地表层为新近填筑的约9m厚的碎石填土，其下是12m厚疏松的砂质粉土，场地上要求建造20栋8层居住建筑，如图卜1所示。由予碎石填士是新近填筑豹，如采用桩基，负摩擦力将占单桩承载力的60％～70％，十分不经济。经研究采用堆载预压法处理地基，堆载历时3个月，堆士高度5m，只沉降20cm。最终改用强夯法处理，单位夯击能为1200kJ／m2，只夯击一遍强崭一氇坑精CcIld图卜1强夯法的第一次应用整个场地平均夯沉量达到50cm。建造的8层居住建筑竣工后，其平均沉降仅为13m。强夯法在法国应用成功毗后相继在英、美、日本、德国、加拿大、荷兰等二十几个国家三百多项工程中获得了广泛应用，现在全世界许多国家都推广使用。我国于1978年11月至1979年初首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。在初步掌握了这种方法的基础上，于1979年8月至9月又在河北秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验，其效果显著。因此，该码头堆煤场的地基就正式采用了强夯法加固，节省了150余万元。中国建筑科学研究院及其协作单位于1979年4月在河北廊坊该院机械化研究所宿舍工程中进行强夯法处理可液化砂土和粉质粘土地基的野外试验研究，取得了较好的加固效果，于同年6月正式用于工程施工。通过上述试验研究及实际工程的应用，总结出一套适合我国情况的强夯工艺，在我国地基加固领城里填补了～项空白。由于我国各类软弱地基分布广泛，作为一种适用性广、经济有效的地基处理方法，强夯技术在我国工程界引起了很大的反响，很快被推广到北京、天津、上海、秦皇岛、太原、西安、兰州、长沙、南宁、福州、广州、南京、深圳等地，其传播速度之快是空前的。现在，在建筑铁路、交通、水利、冶金等部门广泛采用强夯法处理地基，己达几百项工程，都取得了良好的技术经济效果。由于强夯法简单、经济、施工快，所以国内外应用十分普遍，各国学者专家都进行了深入的研究，内容包括工程实践、室内研究，以及理论分析等各方面。在国外Menard、Scott、Skipp、Jessberger、Kotlyarevskii、Gambin、Bodecke，Keonards、Lukas、Fangs、Smoltczyk、Leon、阪口旭、鸣海通信、福称纪无等人做了大量深入的工作。在我国，钱家欢、龚晓南、白冰，张平仓、左名麟、王钟琦等众多学者对强夯法理论和实践也做了大量的研究工作，并且成7 呻琦太簟●请工靠硪士●任话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏果丰硕。§I．2．2强夯法的应用范围强夯法在开始应用时，仅用于加固砂土和碎石土地基，经过30多年的发展和应用，它已适用于碎石土、砂十、低饱和度的粉土与粘性士、湿陷性黄土、杂填土和素填上等地基的处理。国外关于强夯法的适用范围，有比较～致的看法。过去的研究表明，强夯法不太适用于加周透水性差的饱和软粘土地基。Smoltczyk在第8届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固总报告中认为强夯法只适于塑性指数厶≤10的土，Gambin也给出类似的结论。对饱和度较高的粘性土，如用一般强夯方法处理效果不太显著，其中尤其是用以加固淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差，使用时应慎重对待。随着强夯法的发展，在饱和度较高的粘性土地基处理中相继出现了强夯置换法(强夯法+置换法)和动静结合排水固结法(强夯法+排水固结法+预压法)。实践证明，这两种方法在高水位的粘性土地基处理中效果是显著的。在夯坑内回填块石、碎石或其它粗颗粒材料，强行夯入并排开软土，最终形成砂石块与软土的复合地基，并称之为强夯置换(或动力置换、强夯挤淤)。近年来通过改善地基的排水条件(如打设垂直向塑料排水板和铺设水平向排水砂垫层)。并将填土预压法和强夯法相结合加固软土地基已取得了良好的效果。为了与传统的强夯法进行区别，白冰等(1998)将该法称为动静结合排水固结法。另外，我国冶金、化学、电力等工业排放大量废渣，堆积如山，不仅占用大量土地，而且造成环境污染。工程实践证明，将质地坚硬、性能稳定的工业废渣作为地基或填料，采用强夯法处理，取得了较好的效果，解决了长期存在的废渣占地和环境污染问题，同时还为废渣利用开辟了新途径。总之，强夯发展到今天，己可以用来加固各类软弱地基，包括饱和粘土、工业废渣、生活垃圾。§1_2．3目前强夯法的研究方法1．数值分析方法在理论研究方面，主要是在室内试验基础上进行数值分析。钱学德(1983)、赵维炳(1984)、钱家欢(1985～1987)依据室内试验结果建立了冲击荷载作用下土的应力一应变孔隙水压力和渗流的经验方程，修正了Scott接触面应力公式，分别用集中质量法、有限差分法、边界元法对砂土和设置砂井的软粘十井进行了轴对称和三维强夯数值分析，由此可以得到士体的动力反应并按照某种标准来确定加固深度和相应的土性变化程度。钱学德还以波的传8 一琦土簟●讳工n哥t簟值怡立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏播理论为基础，提出了强夯法理论计算的数学模式，并阐述了理论计算方法和步骤。赵维炳继钱学德之后对软粘土在设置砂井的条件下推导了强夯理论计算数学模式。帅方生(1985)用加权余量法推导出瞬时弹性振动问题的边界方程，并将其应用于边界元求解强夯问题，求得了强夯时夯锤与地表的接触应力。吴铭炳(1989)则利用Dracker--Prager本构方程，采用三角形脉冲荷载进行了轴对称三维强夯数值分析，分析了土中应力、屈服过程、孔隙压力、士体变形和运动加速度。C．J．Poran(1992)利用双屈服和多屈服面本构模型，考虑大应变对于砂土强夯进行了有限元分析，并将计算成果与室内模型试验成果进行了比较分析。Chow(1994)等人根据所谓“波动方程”模式对动力压密松散颗粒土、夯点间距对加固效果的影响进行了研究，给出了相应的设计方法和图式，并对工程实例进行了分析。2．简化理论分析简化理论分析法试图从基于解析的理论分析来建立强夯效果的预测性评价公式，主要用来评价加固深度。这类分析主要有两类：一类是由动力学原理、功能原理等理论试验确定锤一土接触面上的应力，用弹性静力学公式来求解动应力的扩散，用附加应力达到某一l临界值的深度来定义加固深度，可称之为应力法；另一类是从冲击波及能量的传播和消耗规律来推导加固深度的计算公式，可称之为能量法。(1)应力法Scott等(1975)利用集总参数法和一维模型探讨了弹性、弹塑性土的冲击反应和接触面处的动应力：P．w．Mayne等(1983)根据动量守恒定理推出了接触面处的最大应力并没动应力沿深度吴梯形分布推出了夯点中心下任一深度下处的峰值应力计算式，但他们并未将成果应用于加固效果分析。H。L．Jessberger等(1981)根据夯锤运动的牛顿运动定律和DYNO一3型动力固结仪中实测的峰值加速度与夯锤落地冲击速度的关系，得出夯锤的峰值应力，并用Frohlich(1934)或Fogler／scheidig(1948)公式求计算点处的附加应力，再根据具体的土质条件规定达到加醐目的所需的附加应力值，即可由此求得加固深度。王盛源(1955)假设附加应力的计算方法，并令附加应力与自重应力比值为0．2处的深度为压缩层f限，由此可求加固深度的数值。王成华(1991)基于土的压密变形实质上是土中一定范围内产生不可恢复的塑性变形，总能量中真正使土体加固的能量为主体产生塑性不可恢复变形所需之能量的概念出发，利用弹性静力学公式计算附加应力沿深度变化，并取附加应力与自重应力之比为0．2处的深度为加固深度。(2)能最法9 呻_}幸土晕中柑z冉巧士簟值栳t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏左名麟(1986)根据强夯冲击波在地基中传播和土对能量的吸收能力，给出强夯法的加固深度。王钟琦等(1983)假设强夯引起地面F的相关球体作简谐振动，根据有效加固深度内振动土体的能量消耗等于冲击能，推出加固深度公式。这一方法考虑了土体振动特性对加固深度的影响，但认为弹性变形能对加固地基有效不符合实际，以简谐振动代替土中的冲击波也缺乏依据，公式中某些参数难以确定。此外．Smits等(1989)提出的计算塑性带(影响深度)的一维模型，该模型是基于冲击速度、锤的质量、接触面积、土的弹性极限、最大密度和密度比推出坑底下塑性带的深度表达式。此法中涉及一些不易确定的土参数，特别是夯坑深度不易获得，因此应用比较困难。§1．2．4有待进一步研究的问题强夯法在我国的研究和应用也有二十多年了，许多学者进行了大量工作，并取得了很多的成果。实践证明强夯法(或者强夯置换法)是处理软土地基的一种经济有效的途径，但是理论和试验研究还远不能满足工程实践要求，十分不成熟。比如，强夯法有效加固深度公式是一个受多因素影响、十分复杂的问题，国内外每一个公式都存在各自的缺陷和局限性。如何建立一套简单、实用的强夯加固深度计算公式，还需做大量深入的研究工作；强夯和强夯置换的加固效果如何有效地估算和确定，有的研究成果过于复杂繁琐，而未能很好地指导强夯设计：强夯施工中产生的振动对建(构)筑物，尤其是对人的影响如何评价，研究成果更是少见；冲击荷载作用下土体特性．尤其是饱和软土的特性究竟如何，理论和试验研究甚少；在强夯法施工中也存在加固后的地基不满足设计要求或者施加过多的夯击能而造成浪费的现象，强夯信息化施工研究成果更是少则又少；对于新的测试技术(比如GPR测试技术和R波测试技术)如何应用于地基监测中，国内的探讨亦比较少。根据以上分析，可以看出强夯法应用有待进一步解决的问题有：(1)发展强夯法的设计理论与方法，改变目前以经验和现场试验为主的状态。(2)深入研究在强夯时的冲击荷载作用下，土的动力性质及其影响因素。(3)建立一套针对不同地基土的有效加固深度评价标准。(4)研究强夯时地基表面的硬壳层或人工垫层的合理厚度。(5)研究强夯法加固效果的预测性评价方法，特别需要研究夯点布置与间距、夯击遍数与间隙时间等对夯击效果的作用。(6)发展可供信息化施工的方法用的强夯效果检测方法，使试验和施1二参数更快地得以调整。10 呻琦太学中缔工彳王龋t事值栳土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏(7)GPR和R波测试技术在强夯法地基处理测试中应州。(8)发展超高能量强夯法，重点是研究起吊机具。(9)发展水下强夯法。§1．3本文的主要研究任务本课题的学术构思是在时人研究成果的基础上对各种研究方法和成果进行比较和分析，并在理论上和实践j二作进‘步研究和探讨。§1．3．1本文的学术思路1．分析目前强夯法设汁和施工中存在的问题，并对各种方法进行定性的评估．针对性地总结出影响设计和施工的几个关键环节和冈素。2．运用数学物理知识对已有成果进行理论推导和分析评价，咀推进强夯法的研究。3．时间许可的话，将研究成果应用于实践，根据反馈的信息进一步完善。§1．3．2本文的主要研究内容1．强夯法在地基处理中跟其它方法相比较有哪些优缺点。2．对强夯法的加固机理进一步研究，并在此基础上针对目前的成果得出一些结论。3．强夯法中的有效加固深度研究。4对目前已有的有效加㈣深度公式进行比较研究，指出它们的优缺点，进一步得出结论。5．强夯法的最大缺点是噪音和振动影响大，建立一种体系对其给周围建筑物(构筑物)和人造成的影响进行评价，并研究防振措施。6．针对目前强夯法中存在的问题，初步探讨施工过程中信息化管理的概念。7．冲击荷载作用下土动力特性及影响因素(主要是孔隙水压力和同结变形研究)。 呻聃太簟中请z俺幸士，佳佟止强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第二章强夯法加固软弱地基机理研究在技术发展史上，往往经验先于理论，强夯法地发展也是符合这种规律。在实践中，强夯法已被证实是一种较好的地基处理方法，但目前关于强夯法加固机理，国内外学者虽然从不同的角度进行了大量的研究，至今尚未形成成熟和完善的理论。由于地基加周对象不同和土质的复杂性，不可能建立对各类地基具有普遍意义的加固机理理论。目前普遍～致的看法认为：经强夯后，土强度的提高可以分为四个阶段：①夯击能量转化，同时伴随强制性压缩和振密(包括气体的排出，空隙水压力上升)；②土体液化和土体结构破坏(表现为土体强度或抗剪强度丧失)：③排水固结压密(表现为渗透性能的改变，土体裂隙开展，土体强度提高)：④触变恢复并伴随固结压密(包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高)。其中，①阶段是瞬时发生的，第④阶段是强夯终止后很长时间才能达到的(可长达几个月以上)，中间两个阶段则介于上述两者之间。对强夯法加固机理的认识，首先应分宏观机理和微观机理。宏观机理从加固对象所受冲击力、应力波的传播对地基加密的影响作出解释；微观机理，则对冲击力作用下土的微观结构的变化，如土颗粒的重新排列、联结作出解释。宏观机理是外部表现，微观机理是内部依据。其次，应对饱和土和非饱和土加以区别。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要实由于土颓粒的相对位移引起的。饱和土存在空隙永排出并被压实固结这一问题，而且饱和土应区分为粘性土和非粘性土，它们的渗透性不同，粘性土存在固化内聚力，非粘合土则不然。另外对一砦特殊士，如湿陷性黄土、填土、淤泥等，由于它们具有各自特殊性，其加固机理也存在特殊性。§2．1夯击能的传递§2．1．1弹性半空闻中的波体系如果将地基视为弹性半空间体，则夯锤自由下落过程，也就是势能转换成动能的过程，即随着重锤下落，势能逐渐转化成动能，在落地一瞬间，势能的极大部分都转化成动能。夯锤夯击地面时，这部分动能除一部分以声波的形式向四周传播，一部分由于夯锤和七体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击能量使土体产生自由振动，并以压缩波(P波)、剪切波(S波)和 冉琦太●●荫z程车t覃任佟盘强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏圆形基础圈2-1夯锤夯击在地基中产生的波场lI压缔浚压缩波矾p0匕一剪切波图2—2振动波对地基土的加固效果瑞利波(R波)在土中传播，形成一个波场，如图3～l所示。体波(P波和s波)沿着～个半球波径向外传播，而瑞利波则沿着一个圆柱波阵面径向外传播。瑞利波传播速度最慢，携带振动能量的67％。以夯坑为中心沿地表向四周传播，使周围土体产生振动，对地基压密没有效果。压缩波速度最快，但仅携带振动能量的7％左右，这种波大部分通过液相运动，使空隙水压力增大，同时还使土粒错位，而随后到达的剪切波使解体的土颗粒处于更密实的状态。剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪，可使土得到密实，如图3—2所示。瑞利波的竖向分量起到松动作用，但最近的研究表明，瑞利波的传播也有利于深层地基土的压实。13Q替1．■o．，¨}9．． 坤琦土簟●砖工程硪士簟住佬土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§2．1．2振动波的传播用强夯法加固的地基土，通常是由数层性质不同的土层组成的，，十层中的孔隙又为空气、水或其它液体所充填。地下水的存在更使地基士具有成层性。当波在成层地基的一个弹性介质中传播而又遇到另一个弹性介质的分界面时，入射波能量的一部分将反射回第一个介质，另一部分能量则传递到第二个介质。当P波入射到一个界面时，不但产生折射和反射的P波，而且还产生折射和反射的S波(转换波Ps)。当S波入射到一个边界时也是如此。若波从振源出发时，与垂直方向的夹角为B，波速为K，折射后的夹角为岛，速度为％，则有如下关系：上sin01=旦sin02(2—1)当反射波回到地表面，又被夯锤挡住再次被反射进土体，遇到分层面时有一次反射回地面，因此在一个很短的时间内，波被多次上下反射，这就意味着夯击能的损失，因此在相同夯击能下，单一均质土层的加固效果耍比多层非均匀土的加固效果好。另外多次反射波会使地表面某一深度内已被夯实的土层熏新破坏而变松动。这就是在强夯过程中，地表会有一层土反而变松的原因。另外，地基土实际上是一种粘弹塑性体，在夯锤夯击下，地面发生大量瞬时沉降，其中包括塑性变形和弹性变形。塑性变形是一种永久变形，不可恢复；丽弹性变形当冲击能量消散或夯锤提起后迅速恢复，使地面发生回弹。如此反复不断的夯实一回弹也会使地表形成一层松动层。§2．2非饱和土的加固原理采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力压密的概念，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙体积减小，土体变得密实，从而提高强度。在第十届国际土力学和基础工程会议上，美国教授Mitchell在“地基处理”的科技发展水平报告中指出“当强夯法应用于非饱和土时，压密过程基本上同实验室中的击实法(普氏击实法)相同．在饱和无粘性土的情况下，可能会产生液化，压密过程同爆破和振动压密的过程相似”。非饱和土的围相是由大小不等的颗粒组成，按其粒径大小可分为砂粒、粉粒和粘粒。砂粒(粒径为0．074～2咖)的形状可能是圆的(河砂)，也可能是棱角状的(山砂)；粉粒(粒径为0．005～0．074ram)则大部分是由石英和结晶硅酸盐细屑组成，他们的性状也接近球性；非饱和士类中的粘粒(粒径小于0．005mm)含量不大于20％。在土体形成的漫长年代中，由于各种非常复杂的风化过程，各种土颗粒表面通常包裹着一层矿物和有机物的多种新化合物或胶体物质14 冉琦土，●谙工靠覃士簟佳话立强夯法在软弱地基处理中的庶用朱益宏的凝胶，使土颗粒形成一定大小的团粒，这种团粒具有相对的水稳定性和一定的强度。而土颗粒周围的孔隙被空气和液体所充满，即十体是由固相液相和气相三部分组成，在压缩波能的作用下，土颗粒相互靠拢，因为气相的压缩性比固相和液相的压缩性大得多，所以气体部分首先被排出，颗粒进行重新排列，由天然的紊乱状态进入稳定状态，孔隙大大减小。就是这种体积变化和塑性变化使土体在外荷载作用下达到新的稳定状态。当然，在波能作用下，土颗粒和其间的液体也受力而可能变形，但这些变形相对于土颗粒的移动、孔隙减少来说是较小的。对于非饱和土的夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的，也可以说，非饱和±的夯实过程，就是=!!卜中的气相被挤出的过程。当土体达到最密实时，据测定孔隙体积可减少60％左右，土体接近二相状态，即饱和状态。而这些变化又直接和强夯参数，如单击夯击能、夯击次数、夯点间距等密切相关。§2．3饱和土的加固原理对强夯法加固软粘土原理的研究目前还很粗浅，有些理论尚建立在假设的基础上，还没有被试验和观察所证明，有待进一步深入研究。§2．3．1饱和土的组成理论上可以认为其土颗粒的周围为液体所充填，但不能看成是土颗粒与水的机械混合体。饱和土的性质取决于固相和液相的特性、他们的含量以及相互作用的结果。1．土颗粒组成吸颗粒饱和土的粘土矿物大体上分为三组，即高岭土、伊犁土、蒙脱土。这三组矿物在化学结构上都是由基本的结晶单元构成，这些结晶叠在一起形成土颗粒的晶格。土中的矿物成分对土的物理力学性质影响很大，如盐类可使土粒的胶结增强，压缩性减小；有机物会使土的力学性质变坏，压缩性增加。2．土中水土中水可以有不同的存在形态，如故态的冰，气态的水蒸气，液态的水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水。饱和土中的液态水有机地渗透到土的结构中去，对土的性能影响很大，它是决定土的物理和力学性质的基本因素。而且土的性质不仅取决于水的绝对含量，还和水的形态和结构密切相关。而水的性质又随着它与士颗粒表厦的距离而急剧发生变化。3．饱和土中的气体按照饱和度的定义，饱和士应该是仅有水和土颗粒的两项物质，但深入研究表明，由于毛细水的影响．在土颗粒的某些部位能形成密闭气体，由于密闭气体的存在大大降低了饱和土体15 一琦走节●诺工枉牵士母住静t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏的渗透性，使自由水的移动受到很大的阻力。另外在土的液相中常存在一些溶解气体，如氧气、二氧化碳等：对于含有有机质的饱和土，有机质分解也会产生氢气、甲烷等气体溶解在水中，其溶解度取决于温度、压力等因素。当温度压力增高时，他们可以从水中释放出来，形成小气泡，具有相当大的比表面积和活性，能集结成大气泡丽从地表逸出。当饱和土中的气体体积不断增加时，将导致土中形成裂隙。§2．3．2饱和土的强夯机理目前对于饱和粘性土主要是Menard提出的动力固结模型分析土强度的增长过程、夯基能罱的传递机理、在夯基能量作用下空隙水的变化机理以及强夯的时间效应等。§2．3．2．1动力固结模型Menard提出的动力固结模型(如图2—3所示)主要有以下几方面的特点：(1)有摩擦的活塞：夯击土被压缩后含有空气的空隙具有滞后的现象，气相体积不能立即膨胀，也就是夯坑较深的压密土被外围土的约束而不能膨胀，这一特征用有摩擦的活塞表示。(2)液体的可压缩性：由于土体中有机物的分解，土中总有微小气泡，其体积约为土体积的1％～4％，这是强夯时土体产生瞬间压密变形的条件。a．太沙基梗型1．羌磨豁舌塞；2．苓零露鹱的液体，i定比弹簧；4．液体摊出的孔径不变Ib．动力圃结模型1有摩擦活塞；2．舍有少重气泡，液体可压缩；3．不定比弹簧4．变孔径；图2-3Menard动力固结模型(3)不定比弹簧：夯击时土体结构破坏，土颗粒周围弱结合水由于振动和温度影响变成自由水，孔压上升，土的强度降低，随着空隙水压力降低，结构恢复，强度增加，因此弹簧强度是可变的。(4)变孔径排水活塞：夯击能转换成波的形式向土中传递，使土中的应力场重新分布，当土中某点拉应力大于土体的抗拉能力时，改点出现裂隙，形成树枝状排水网络，空隙水得以顺利逸出，这是变孔径排水的理论基础，强夯时夯坑及临近夯坑的涌水冒砂现象说明了这一点。§2．3．2．2饱和软土加固过程1．动应力加速饱和土的排水强夯时，夯锤反复作用于地基，在地基中产生很大的应力。根据有关测试资料可知，在每16 日晴太f●幡工档孽士晕幢侍立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏击能量相同的’隋况卜，垂直总应力是不变的，水平方向上的总应力则是逐渐增大。在夯击能的作用下，士中产生了一个逐渐增大的水平拉应力，一般夯击20次以后，这种水平拉应力达到最充满水的孔隙中的应力状态是各向同性的，在同一时刻的垂直孔隙水压力和水平孔隙水压力是一样大的，因此土体中的有效应力盯+的变化为：口’=盯一似+Au)(2—2)根据测试结果，在强夯的过程中，有效应力的变化十分显著，而且主要是垂直应力的变化。因为垂直向的总应力保持不变，而超孔隙水压力逐渐增大，使垂直应力减小，因此这种应力变化的结果在地基中产生很大的水平拉应力。这种应力梯度使土体在垂直方向上产生大量微小裂缝，大大增加了孔隙水压力排出的通道，使饱和细粒土的渗透系数增大，于是使具有很高压力的孔隙水能沿这些通道顺利逸出，加速饱和土体的固结。当土中的超孔隙水压力很快消散，水平拉应力又小于土颗粒周围的压力时。这些微裂缝又复闭合，土体的渗透性又恢复如前。由于饱和士中仍含有1％～4％的封闭气体和溶解在液相中的气体，当夯锤反复夯击±层表面时，在地基中产生极大的冲击能，形成很大的动应力，同时夯锤下落过程中会和夯坑土壁发生摩擦，土颗粒在移动过程中也会摩擦生热，即部分冲击能转化为热能，这些热能传入饱和土中后，就会使封闭气泡移动，加速可溶性气体从水中释放出来。由于饱和土体中的气相体积增加，并吸收夯击动能后具有较大的活性，这些气体就能从土面逸出，使土体积进一步减小，并且可以减少孔隙水移动时的阻力。增大了土体的渗透性能，加速土体固结。对于理论上的二相饱和土，由于水的压缩系数卢=5×10。硎2／堙，土颗粒本身的压缩性更小，约为6×lO．6伽2／姆。因此当土中水未排出时，可以认为饱和土是不可压缩的。但对于含有微量气体的水则不然，如无气水的压缩系数为鼠，水在压力P时的含气量为口，此时的压缩系数为口，则二者的关系为：口：垂盈(2-3)亡一成假定P2l以及口=1％，则此时含气水的压缩系数∥=(；一风扭+岛20·0100495。也就是说含气17 西琦太簟●讳工靠毒t，性佬土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏最为1％的水的压缩系数比无气情况下要增大200多倍，即水的压缩性增大200多倍。因此，含有少量气体的饱和十是具有一定的可压缩性的。在夯击能的作用下，气体体积先压缩，部分封闭气泡被排出，孔隙水压力增人，随后气体有所膨胀，孔隙水排出，超孔隙水压力减小。在此过程中，土中的固相体积是不变的，这样每夯击一遍液相体积就减小，气相体积也减小。也就是说，在夯锤作用下，会瞬时发生压缩沉降。另外，当重锤反复夯击土层表面时，在地基中会产生极大的冲击能，使土颗粒或土团粒相互移动、靠拢。土颗粒相互靠拢时，首先是紧紧包裹在它们表面的薄膜水(强结合水)相互接触，随着冲击能量的不断增加，薄膜水受到很大的挤压应力，就向积压力小的地方移动，并发生变形．即其厚度发生变化。当夯击能量足够大时，薄膜水能减到这样一个程度，即薄膜水仍可由物理一化学吸附作用使土颗粒相互联系，而由此产生多余的水则变成自由水流向颗粒中间，最后从上面或四周逸出。由于薄膜水的减薄，土颗粒就发生相对移动，得以进一步靠拢，由紊乱状态进入稳定状态，孔隙大小也达到比较均匀的状态，超孔隙水压力消散，土体从而达到新的稳定状态。4．饱和土的局部液化在夯锤反复作用下，饱和土中将产生很大的超孔隙水压力，随着夯击次数的增加，超孔隙水压力也不断提高，致使土中有效应力减小。当土中某点的超孔隙水压力等于上覆的土压力(对于饱和粉细砂土)或等于上覆土加上土的内聚力(对于轻姬粘土和亚粘土)时，士中的有效应力完全消失，土的抗剪强度降为零，土颗粒将处于悬浮状态，达到局部液化。此时由于土颗粒骨架联结完全被破坏，土体强度降到最低，使饱和土体中水流阻力也大大降低，即土体的渗透系数大大增加。而处于很大的水力梯度作用下的孔隙水，就能沿着土中已经由夯击而产生的裂缝面或击穿土体中的薄弱面迅速排出，超孔隙水压力比较快地消散，加速了饱和土体地固结遂使土体的抗剪强度和变形模量均有明显的增加。5．饱和土的触变恢复饱和细粒土在在强夯巨大冲击能作用下，土中原来处于静平衡状态的颗粒、阳离子、定向水分子受到破坏，水分子的定向排列被打乱，颗粒结构从原来的絮凝结构变成某种程度的分散结构，粒问联结削弱，因此强度降低。但在夯后经过一定时间的休置后，由于组成土骨架中最小颗粒一胶体颗粒(粒径约为0．0001mm)的分子水膜重新逐渐联结，恢复其原有的稠度和结构，和自由水又粘结在一起形成一种新的空间结构，于是土体又恢复并到达更高的强度，这就是饱和软土的触变恢复特性。只要土中含有少量的胶体颗粒，就能使这种土具有触变性。例如粉土，它主要是由粒径为1R 而竹土簟+诺工靠硪士掌幢格t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏0．Olmm的士颗粒组成的，因此这种士就不具有触变性。因为土颗粒太火，发生液化时在水中不能处于悬浮状态，也就不产生“布朗运动”。发生液化时，土的结构发生破坏，全部十颗粒处于悬浮状态，而粉土颗粒开始从水面下沉，其沉降速度极慢，胶体颗粒浮在水上产生布朗运动而彼此碰撞，由于分子水膜的引力重新构成空间网状结构，于是重新将粉土颗粒粘聚成原有性质的结构，使土的强度得以提高。但土中大于0．Olmm的砂土颗粒所占的比例不能太大，否则砂土颗粒下沉较快，以致土结构扰动后就不能恢复到原有的结构状态。但需要注意的是．细粒饱和土在触变恢复期中对振动极其敏感．稍加振动则易使刚逐步恢复联结的土颗粒重新分散，导致强度又大幅度降低。饱和土的加固机理可总结为：首先在重复夯击作用下，施加于土体的夯击能迫使土结构破坏，孔隙水压上升，使孔隙水中气体逐渐受到压缩，因此土体不断沉降。当气体按土体积百分比接近零时，土体变成不可压缩的。当施加到相应于使超孔隙水压力等于覆盖压力的能量，土体出现液化或接近液化时，土体中将产生裂隙，土的渗透性剧增，孔隙水得以顺利排出，这是因为当出现的孔隙水压力大于颗粒侧向压力时，土颗粒间出现裂隙，形成良好的排水通道，在夯坑周围会形成有规则的垂直裂隙，夯坑附近出现涌水现象。随着孔隙水压的消散，士中裂隙将闭合，土颗粒间接触将较夯击前紧密。土的抗剪强度和变形模量会有较大幅度的增长。空隙水压完全消散后，土的抗剪强度与变形模量仍会缓慢增加。§2．4其它一些特殊土的加固机理l_黄土加固机理陈东佐通过x光衍射和扫描电子显微镜试验，分析研究了山西路城湿陷性黄土的全矿物成分及强夯前后主要物理力学指标的变化规律后，提出黄土湿陷时包括架空孔隙的存在和胶结程度差等在内的各种内因和外因共同作用的结果。通过微观结构的研究发现：强夯所产生的冲击能打破了土颗粒间的联结，因而也就破坏了原来的土体结构，改变了士中各类孔隙的分布状态以及它们之间的相对含量，土颗粒由夯前的任意排列变成明显的定向排列。进一步观察，可以看到垂直剖面上的一些粉粒和砂粒等较大的颗粒由于刚性大，在强大的夯击能下，切入刚性较小的细小颗粒中，使得这些细小颗粒在侧围土体的挤压下沿着这些大颗粒形成环向排列，从而形成一个个漩涡状结构。几个漩涡状结构通过外层土粒联结起来。形成马鞍状图形。19 一一土簟中计z靠焉士簟位佟t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏夯锤下落方向图2-4湿陷性黄土加捌机理微观观察土颗粒定向排列后，较夯实前更为密实。随着土强度的恢复，处于更密实状态中的粘性、胶粒和细结晶盐等胶结物由于粒间距离的缩小，更好的发挥了它们的胶结作用，其结果是提高了土体的抗变形能力下的剪切强度。2．泥炭土用强夯拌和加固机理一般认为泥或泥炭土结构破坏后，士体强度恢复较慢。由于土体的渗透系数小，超孔隙水压力极难消散，故不易采用强夯法。但是泥炭土经过能量冲击后上面粉质土或垫层与下面泥炭粘土会发生机械混合，强度也会有较大的提高。Menard技术公司认为如果下层为高孔隙的士，厚度不大于6cm，上层含砂量大于50％，厚度小于5cm，发生混合是可能的，这说明强夯拌和的方法，也会提高地基强度。其原理就是在较软弱的土层内通过强夯拌和掺入颗粒较粗的土料，使土体刚度加大，强度提高。3．冻土的强夯加固机理强夯法消除地基土冻胀性的作用，就在于有效地降低了地基土的含水率，从而减少了地基土冻害作用。具体地讲，强夯后天然地基地含水率，孔隙比明显降低，地基土中形成了一层不透水层，使原有地地下滞水变成承压水，因而消除了冻胀土中水地外给条件，改变了土的冻胀性。4．含水量较低的回填土的加固机理可以用冲击波的理论解释这种土的加固效果，土体在夯击时，受到很大的冲击波作用，在这种冲击波作用下，锤底瞬间产生一个巨大的压应力使土体沉降且随深度略有扩散加密。土体夯击时侧向变形较小，即夯击时，锤底土瞬间由静态突然下沉，和周围土体产生相对剪切变形，此时周围土体还没来得及变形，冲击过程已经完毕。5．强夯置换法加固机理强夯置换法(DynamicReplacement)是用重锤高落差产生的冲击能将碎石、石块、矿渣等物理力学性能较好的材料挤入地基，在地基中形成一个碎石墩。在强夯置换过程中，土体结构20 竹舛太簟●缯工程壕t事悝伦盘强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏破坏，地基土体中产生超孔隙水压力，随时间的发展，土体强度的到恢复，碎石墩一般具有较好的透水性，利于七体中超孔隙水压力消散，固结较为容易完成。夯锤及碎石(块石)柱体周围土发生垂直剪切破坏，而夯坑周围土似乎并不怎么受扰动，这样形成的碎石墩体与周围土体共同构成性能良好的复合地基或层状地基。而强夯置换法主要是利用这种在地基中的碎石墩与墩与墩间土形成碎石墩复台地基，提高地基承载力和降低沉降的。6．动静结合排水固结法加固机理动静结合排水固结法的基本思想是，通过改善地基土的排水条件，将强夯法和填士预压法相结合，利用动荷载较大的冲击能激发较大的孔隙水压力，在静荷载作用下孔压消散固结，土体强度得以提高。§2．5从振动波理论的角度对强夯加固软土机理迸一步研究如前所述，按振动波理论，强夯夯击能所产生的巨大冲击能将以波的形式向周围土介质传播。按照波的特点可以分成三种，P波、S波和R波。Miller和Pursey曾研究了均质和各向同性的弹性半空间表面上作用有垂直振荡的图形能源情形三种弹性波的比例分配为：P波占7％，S波占26％，R波占67％。一般认为，P波是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向与波的前进方向一致，它表现为一系列的推一拉运动，这种波周期短，振幅小，能在固体与液体中传播，速度快。P波能使土颗粒趋于密实，孔压上升，但破坏了较小。S波是由震源向外传递的剪切波，质点振动的方向与波的前进方向垂赢，周期较长，振幅较大，只能在固体中传播，速度仅为P波的1／2～1／3。这种波的作用是使土颗粒重新排列成更加密实的状态，破坏力较大。R波是一种面波，一般认为，这种波对地基加固起不到加固作用，反而使地基表面产生松动，是一种无用波或有害波。对于非饱和土，加固机理可解释为P波反复作用消耗能量做功，对土体产生压密固结。一部分能量使十体产生塑变转化为土的未能，使土体产生弹性变形并将另一部分能量向深层传播而加固深层地基，最终使能量转换为土的塑变位能。对于饱和软粘土而言，由于土的渗透性较差，故在P波传递过程中会产生较大的孔隙水压力，之后拉力作用导致孔压F降到某一残余孔压，从而表现出明显的脉动特性。值得注意的是，残余孔压的产生是由于土体的塑性变形所致。根据谢定义对周期荷载作用下饱和砂土孔隙水压力变化的研究，孔隙水压力可以分成三种基本类型，应力孔压(Au。)、结构孔压(Au。)和传递孔压(A叶)，而且有Au=△“。+△“。+Aur。按照这一观点，P波在压缩过程中表现为应力2】 田琦土节●一工程焉t，惶话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏孔压，而之后的残余孔压则为结构孔压。如果地基土排水条件较好(特别是砂性土)，则这一推拉运动中还表现为较强的传递孔压，它使土体在夯击瞬间有较多的iL隙水排出，从两较好地解释了砂性土在冲击瞬间产生较大沉降的现象，而对渗透性差的饱和软粘土，这一过程中的传递孔压则占较小韵份额，横波不能在水中传播，但它的作用可使土颗粒之间得以调整和重新排列，产生～定剪切变形。同样产生孔隙水压力，此为结构孔压。以上分析表明，不排水条件下，无论P波还是s波，它对残余孔压的贡献表现为土体结构的变化，即表现为结构孔压的形式。对于饱和土体，无论是何种形式的荷载作用，只要能引起土体结构的变化或土颗粒之间剪切位移的产生即可能产生一定的结构孔压。P波和s波的作用使土体的结构发生变化，同时形成大量张开性裂纹，伴随孔压上升，士颗粒对水分的吸附作用减弱，薄膜水向自由水转化，为后续孔隙水的蹶荦j排出截造了条件。显然，在夯击的初期土体抗剪强度有减小的趋势，之后，随着孔隙水压力的消散，土颗粒之间的相互作用力增强，抗剪强度进而提高。另外，在施行强夯过程中，会出现增加夯击能或次数，地基加固效果并不明显。这种现象也可以通过振动波理论得到解释。在强夯中，随着地基压密加固，能量的传递会发生变化。初夯时．土体产生压缩塑变，因为波速跟介质密度、弹性模量、剪切模量有关，初夯时P波很快被土体吸收产生塑变，当达到一定能量时，塑变完成，渐变为弹性压缩变形。随着土体密度的增加，压缩模量和剪切模量的增大，波的传播速度相应加快，这时S波在增强。P波在削弱，并且波的折射和反射也要消耗能量，不利于土体的加固，于是在这种情况下再增加夯击能效果并不显著。22 固两太擘中秸z辱呈顽尘孝任伦支强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第三章强夯法设计研究强夯法虽然在工程中得到了广泛的应用，但至今尚无一套成熟的设计计算方法。目前通常是针对具体工程根据经验初步选定设计参数，再通过现场试验的验证和必要修改后，最终确定适合于现场土质条件的设计参数。强夯法的主要设计参数包括：有效加固深度、夯击能、夯击次数、夯击遍数、间隔时间、夯击点布置和处理范围等。§3．1有效加固深度的研究§3．1．1有效加固深度的概念关于“有效加固深度”，目前说法不一，有的文献称“加固深度”，“影响深度”，“加固范围”，“有效加固范围”，或“加固土层厚度”。经分析可知道强夯法的加固深度问题可分为“有效加固深度”，“影响深度”两个概念，它们的定义如下：“有效加固深度”是指在正常施工条件下，地基土的控制指标满足设计要求的深度；“影响深度”是指在强夯法处理后的地基中，土性指标有所变化的深度。在这两个概念中，控制指标对于不同的土类有不同的含义。控制指标是检测结果应满足的最低要求，与设计者施工经验有关，具有一定的主观性，其大小直接影响有效加固深度和影响深度的大小。控制指标可以有一个，也可以有多个。在处理机场、高速公路等有特殊要求的工程是，可根据需要适当增加某些检测方法，如载荷试验，旁压试验，面波、剪切波速测试等。“正常施工条件”包含两层含义：一是根据不同的土质条件和加固目的，选择合适的强夯施工参数和合理的检测手段，这是强夯施工得以顺利进行的保证：二是强夯信息化施工(0bservationalControlOperations)，对软土地基，这一点尤为重要，由于现有的工作属半理论半经验阶段，在实际操作中必定会遇到各种各样的问题，应及时搜集强夯施工信息，进行各种测试，确保理想的加固效果。按照上述定义，由于影响深度只要求要求土性指标有所改变，影响深度一般要大于有效加固深度，但并不是绝对的。比如，当地基持力层的控制指标均满足设计要求时，还要继续验算下卧层，而此时下卧层的土性指标满足设计要求，但强夯加固前后土性指标并无明显的变化，此时有效加固深度就大于影响深度。23 一拜太擘中砖工程确士簟幢佟立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§3．1．2强夯法有效加固深度的确定方法§3．1．2．1Menard系数修正法有效加固深度是地基处理方法首先要考虑的问题之一。在强夯法中，有效加固深度不仅是上部结构基础设计的主要依据，而且对强夯夯击能量的确定、夯点布设、加固的均匀性等参数起着决定作用。强夯法创始人Menard曾提出一个著名的公式来估算影响深度H：H=√％(3-1)强夯法引入我国后，在大量的试验研究和工程实测中发现，采用(3-1)公式估算有效加固深度得出的值均偏火。从Menard公式可以看出，有效加固深度仅与夯锤重和落距有关。而实际上，影响有效加固深度的因素很多，如上所述。由于Menard公式计算结果偏大，在应用该公式时必须对其进行修正，即加一个修正系数a。a跟土层性质、含水量、地下水位高度、夯坑深度、夯坑直径以及夯击次数有关，也就是说，强夯有效加固深度是多变量的函数，其中任何一种因素的不同，都会引起后地层有效影响深度的变化，另外，即使是同一地层．在使用不同夯击能进行强夯处理时，修正系数d值也不相同，它随着土中粘粒含量的增大或含水量的增大而减小。从1980年开始，国内外相继发表了一些文章，对Menard公式的修正提出了建议。如Leonards建议对砂土乘以0．5的修正系数，Gambin则认为修正系数为O．5～1．0，我国的范维恒等建议对不同的土类采用不同的修正系数，范围为0．34～O．80。笔者根据刘海冲将地基土划分为三种不同的类型：I类为块石、碎石、煤矿石、冶金废渣；II类为填土、杂填土、吹填土；lII类为粘性土、砂类土、黄土。笔者搜集了众多国内外强夯法工程实例有效加固深度的实测资料，并通过数理统计的方法对修正系数口进行了分析，以期望提高强夯法设计的准确性。数理统计分析结果为：I类地基土(共6项工程)：理。=O．67，口。=0，40·虿=0．54，s2=0，0076，g的一个95％置信区间为(0．47，0．61)；II类地基土(共12项工程)：口一=o．88，口Tl血=O，48，可=0．62，SZ=0．0159，口的一个95％置信区间为(0．55，0．67)；III类地基i(共50项工程)：a。。=1．12，口m=O．48，瓦=o．65，s2=O．0269，口的一个95％置信区间为(o．60，070)。24 一砖土簟●幡工枉覃t，佳佬立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏其中，III类地基土中，黄土的有效加固深度修正系数较小，砂类土修正系数居中，粉粘土的口较大。口的影响因素众多，地基土又具有很强的个性和复杂性，即使是同一类士在不同的工程中d值变化也较大。囡此不可能建立起具有普遍意义的修正系数，在具体工程中需要具体分析。§3．1．2．2经验公式法i．山西一些工程单位提出的经验公式如下所示8=ho+(1．67D～2．5D)(3-2)式中110一夯坑深度(111)，D-夯坑直径(m)山西省在这个公式中，仅考虑了夯坑深度和夯坑直径两个因素，由于软土地基的含水量较大，颗粒较细，易出现橡皮上等现象，夯坑深度会随着夯击数的增加不断增大，很难准确地获取这两个参数的确切值，且经验系数的变化范围较大，因此，该公式难以推广应用。2．刘海冲将地基土划分为三种不同的类型，即I类为块石、碎石、煤矿石、冶金渣；II类为填土、杂填土、吹填土；ⅡI类为粘性土、砂类土、黄土，并根据38项工程的强夯有效加固深度的实测资料总结出三条直线，得到下经验公式：I类地基土：H=13．5lg朋A一38．5(3-3—1)II类地基士：H=16．9|gMh一47．4(3-3—2)ⅡI类地基土：H=19．8lgMfi一53．0(3-3—3)公式(3-3一1)～(3—3—3)的共同缺点就是仅考虑了夯击能这一因素，忽略了土体特征等影响有效加固深度的重要因素，其计算结果普遍偏大。这些公式都是在有限实测资料的基础上得出的，其适用范围较窄。例如，用公式(3-3—3)估算值比实测值大者占75％，平均偏大4．4m。而且该公式仅对夯击能在1500～2500kN·m范围内计算值与实测值吻合的较好，对于夯击能在1000kN·m以下和3000kN·m以上者则相去甚远，甚至可能得到负值。因此该公式在使用中受到了一定的限制。§3．1．2．3力学定理的方法i．能量守恒法。铁三院左名麟从振动波及波能的角度，考虑七体对能量的吸收能力给出了有效加固深度公式：^厥／H：』!Q口匕式中口一土体吸收能量系数，吃一纵波波速，七为大于I．0的系数，一般为3～5a(3-4) 一fl}太簟●什z程孽士掌佳话土强夯法在软弱地摹处理中的应用朱益宏这一公式可考虑土质的影响，但仍有一些重要因素未能反映，某些参数的取值也具有主观性。实际T程中很难给出其准确的参数值，系数是的物理意义也不明确，波动范围较大，用该式估计的有效加固深度的精度较低，实用价值不大。但从能量守衡的角度去探讨有效加固深度问题，对于强夯理论的发展是有促进作用，不失为一个较理想的研究途径。2．动量定理法。郭见扬(1996)利用动量定理推出了接触面应力的均值芦和峰值只。：‰坜=孙禺]cs-s，式中，W为锤重；4为锤底面积；^为夯锤落距；△f接触时间。刘惠珊(1997)从动量定理和重力做功推出接触面应力值公式：p一=2芦一2AW、"I+刍)(3．6)式中，△^为单击夯坑夯沉量。3．功能原理法。日本的坂口旭由能量守恒求出冲击力：#一。2／IWk石△Il(3—7)式中，Ⅳ为冲击效率系数，爿为夯锤面积；Ah为夯锤在土中陷入深度。通常的做法是由求得的P眦作为静荷载，然后再求得有效加固深度H。§3．1_2．4拟静力法王成华“31提出了等效拟静力法来计算不同土层地基中强夯有效影响深度，该方法将夯击力视为等效拟静载。从引起等效塑性沉降的角度看，该等效拟静力应达到或超过地基的极限荷载。其基本假定为强夯拟静压力引起的拟静附加应力达到土自重应力o．2倍处深度以内，土体才产生塑性变形，此深度即为强夯地基的加固深度。由此导出强夯加固有效影响深度为H：％芸翌上堕旧，¨(3_8)0．2，+切。／D”Pc2r]KEoWH—Yc(1一)D’-,u2K=局／(Eo—Ed)(3—9)p。为等效拟静压力；，7为考虑机具摩擦、空气阻力、弹性变形等能量损耗效率系数，一般可取0．67：d。为地下水位埋深：y，，为水上土的天然容重和水下士的有效容重：Ⅱ，b为常数，对圆锤口=O．135，b=O．024，对方锤a=0．167，b=O．029；C为锤形常数，对圆形锤C=O．62 柙琦土事●精工靠覃士荦牲黄立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏对方锤C=0．89；D锤径，Eo为地基变形模量，Ed等效弹性模量；K为模量系数，对淤泥及淤泥质粘土取0．33～1，对一般粘性土及松散的细砂取0．25～O5，对冲填土及人工填土取0．17～0．33，对较软的土取大值，较硬的土取小值。∥为士的泊松比，成层土地基的eo，∥，K可按土层厚度取加权平均值。§3．1．2．5半模试验法费香泽等利用读数显微镜位移跟踪法，对黄土进行了半模试验，分析了各参数如夯击能、锤重、落距、击数、夯锤直径、夯点间距对强夯加固范围的影响，得出了有效加固深度的计算公式：Ⅳ：厩(3—10)该公式同时考虑了强夯效应的内因和外因，而且考虑了在夯击中提高落距比提高锤重对加固深度影响更大，夯击次数的因素亦考虑在内，该公式应该是考虑比较全面的公式之一，根据作者实践证明该公式计算结果跟实测结果能较好的吻合。但是该公式是基于强夯法加固公路中提出的，有一定的限制，但在其它工程中也可咀作为参考。§3．1．2．6量纲分析法武汉岩土所张平仓等根据量纲统一的原则建立的有效加固深度公式肌(1-m)-P摆(3_11)式中,4-夯锤面积，n一加固土体的干容重，国一含水，∥一系数。该法考虑了单击夯击能、锤底面积以及土体特征等因素，更全面地反映了软土地基的内因和外因的相互作用关系，对非均质土体和成层地基亦可适用。孔位学等””收集了强夯加固软土地基的各参数值较齐全的资料，并分别取∥=0．5，0．75，1．0，1．25，该公式进行了试算，结果表明：当声=1．25时，计算结果普通偏大；当∥=1．0时，有3个数据偏大，占总数的50％；当卢=o．75时，只有1个数据偏大；而当卢=o．5时，计算结果偏小。考虑到软土地基工程的安全和施I：1_=的效率，建议卢在0．75～1．0之问取值，饱和度越高，卢值越大。用该公式预估软土地基有效加固深度，是目前较为理想的一种方法。 西许土tt中谛工枉覃士擘值话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§3．1．2．7神经网络分析法汤磊、陈正汉提出了一种基于人工神经网络的强夯有效加固深度预估方法，采用有指导训练的BP(BackPropagation)网络模型来模拟人脑的某些智能行为，如知觉、学习、形象思维等。这种方法给岩土工程的研究提供了一个方向，大大减小了由解析表达式带来的误差。该法可以表达一种高度非线性的映射关系，可以同时考虑较多的影响因素，避免了一般理论的简化、假设、经验系数和复杂的计算过程，最后的计算结果也较准确。在应用的过程中，通过改变某些样本的设计参数用网络进行预估，可实现强夯方案的优化设计。用人工神经网络对强夯的有效加固深度进行预估的方法．由于刚刚提出不久，还没进入实用阶段，但它开辟了研究此类问题的一个新途径、新思维。其它有效加固深度公式如下所示：1．太原工业大学H55．1022+0·00859Wh(3一12)+0．00936E式中，E一单位夯击能，其他符号同前。2．城乡建设部综合勘察研究院肚扩’6％。：(3_13)式中，P一土体密度，小土体振幅co一振动圆频率，其他同前。3．西安公路学院徐志飞等H：一Ngqt!：!!(3—14)SU1一Uo式中，N一夯击次数，s一每个夯点加固面积，U0、Ui-夯击前后加固深度内平均干密度对应室内击实能。4．蒋向明等肌；倚净㈣式中符号同前。§3．1．3有效加固深度公式建立的基本原则通过以上分析可知，不同研究者分别从不同的角度，考虑以上一种或几种影响因素，提出了强夯加固深度公式，并经过部分工程验证。但强夯加固公式是一个受多因素影响、十分复杂的问题，每一个公式都存在各自的缺陷和局限性。如何建立一套简单、实用的强夯加固深度计算公式，还需做大量深入的研究工作。在建立强夯有效加固深度公式时，应考虑以F原则：1，简单、方便 一舛土●中讳工靠研士簟幢倍土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏强夯加固公式中强夯施工参数选取，公式中的变量应是施T之前地质勘察中容易确定的指标，在满足强夯加固机理的基础上，公式尽可能简化，避免使用复杂的计算公式，以便设计、施工人员容易掌握。2．以经验为基础Menard公式是强夯加固地基的经典之作，虽说仅考虑了能量一个因素，但仍不失为评估加固深度的基础。上述公式也都在特定的条件下能满足不同的工程需要，各有优缺点。3．量纲统一原则任何物理现象建立的物理方程，都必须满足量纲的均匀性和齐次性，这是量纲分析的基础。均匀性指各项量纲应该相同，同名物理量应采用统一度量单位；齐次性指当变更基本单位时，物理方程的形式不变。在多数情况下，量纲分析不失为一种行之有效的方法，它不仅使一些模糊的问题清晰化，而且可使复杂的问题简单化。§3．2夯击能§3．2．1单击夯击能单击夯击能(胁)一般根据工程所要求的加固深度确定，但也决定于现有的起重机的起重能力和臂杆的长度。国际上曾采用过最大单击夯击能为50000kN·m，设计加固深度达40m，目前国内采用的最大单击夯击能为8000kN·m。§3．2．2单位夯击能单位夯击能为施工场地单位面积上所旅加的总夯击能，单位夯击能的大小与地基土的类别有关，在相同条件下，细颗粒土的单位夯击能要比粗颗粒土适当大些。此外，结构类型荷载大小和有效加固深度的设计要求也是选择夯击能的重要因素。单位夯击能过小，难于达到预期加固效果，单位夯击能过大，不仅浪费能源，对饱和粘性土来说，强度反而会降低。日本土谷尚根据日本先有丁程实例，提出了单位夯击能为：碎石和砂砾2000～4000kN∞／m2，砂质土1000～3000kNⅦ／m2，粘性土为5000kNⅦ／m2，泥炭3000～5000kN．IⅡ／m2，垃圾土2000～4000kNⅧ／m2。根据我国目前的工程实践，在一般情况下，对于粗颗粒土单位夯击能可取1000～3000kNⅫ／m2，细颗粒土1500～4000kN·m／m2。§3．2．3最佳夯击能从理论上，在这样的夯击能下，地基中出现的孔隙水压力达到自重压力，这样的夯击能为虽佳夯击能。1．粘性土最佳夯击能的确定方法29 一琦土量’．谙z枉磺古簟任侍立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏在粘性土中，由于孔隙水压力的消散比较慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力也相应的增加，因而在粘性土中，可根据孔隙水压力的叠加来确定虽佳夯击能。2．砂性士最佳夯击能的确定在砂性土中，由于孔隙水压力增长和消散均很快，因此孔隙水压力不能随夯击能的增加而增加，为此，可绘制孔隙水压力增量与夯击能的关系曲线。当孔隙水压力随夯击次数(夯击能)增加而趋于稳定时，可认为这种砂土所接受的能力达到饱和状态，此能量即为晟佳夯击能。可用有效压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。§3。3夯击次数在强夯中，夯击次数是强夯设计中的～个重要参数。对于碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土和填土等地基，夯击时夯坑周围往往没有隆起或虽有隆起但其量很小，这种情况下，应尽量增多夯击次数，以减少夯击遍数。但对于饱和度较高的粘性土地基，随着夯击次数的增加，土的孔隙体积因压缩而逐渐减小，但因这类土的渗透性较差，孔隙水压力将逐渐增长，并促使夯坑下的地基土产生较大的测向挤出，引起夯坑周围地面的明显隆起，此时如继续夯击，并不能使地基土得到有效的夯实，而造成浪费。张永钧等曾于1980年提出有效夯实系数的概念，并以此来确定夯击次数。若以g表示有效夯实系数，则有：a：!，二E：堡(3一16)y，式中，卜一—夯坑体积(m3)；，⋯一夯坑周围地面隆起的体积(Ⅲ3)；肛⋯一压缩体积(m3)；有效夯实系数表示地基土在某种夯击能作用下的夯实效率，有效夯实系数高，说明夯实效果好，反之，有效夯实系数低，说明夯实效果差。实践证明砂性土的有效夯实系数很高，可以采用增加夯击次数的方法来提高夯击效率，但对于粘性士，夯实系数并不高，根据某工程对沈阳粘土的测试，夯击次数超过7次后，有效夯击系数基本保持不变，此时如果继续增加夯击次数，夯实效果就不再增加。目前，在工程实践中，除了按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量确定夯击次数外，同时要满足晟后两击的平均夯沉量不大于50mm，当夯击能较大时不大TlOOmm的规定，此时还要考虑 一琦太擘中砖工枉碡t葶但静止强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏施工方便，不能因夯坑过深而发生起锤困难的情况。控制夯击次数总的原则是，要以较少的夯击次数产生较大的孔隙水压力和较小的剪切变变形。室内试验表明，孔隙水压力的增长速率与残余变形增长速率是相互对应的，当夯击次数大于某一值时孔压增长已经十分缓慢而残余变形却有不休止的趋势。这是由于孔压升高，有效力降低，土体强度有一定衰减的缘故。现场施工实践表明，当夯击次数超过一定值时。土体不但不能压密．反而产生过大的测向挤出，同时孔隙水压力增量变小。由每击夯沉量的变化也可以看出，当超过这一值时，夯沉量增量不但没有减小反而变大。作为初遍夯击，夯击击数可能较少填土较薄时，可取N--1，对于较厚填士可取N=2～3击，以后各遍逐渐增加次数。对于非饱和土或填土，地基处理规范中常以最后两击的下沉量之和的平均值小于4cm来控制每点的夯击击数，而对于饱和软粘土采用上述标准可能无法收锤或导致橡皮泥现象。根据室内试验结果及现场施工试验，现给出下面的控制原则：(1)夯沉量控制即以击与击之间夯沉量的发展速率来控制。当o“一s一少$。一s。)大R，即当夯沉量的发展速率比大于某一值时，即停夯。如果取R=I，则表明第n+l遍的夯击增量大于第n遍夯击增量，可取i'1为夯击次数．一般的，根据实际情况，当R较大时(如R=O．9)即可停夯。(2)孔隙水压力控制以前后两击孔压增量幅值大小作为控制标准。即当“。-u。O．15另外，还有学者经过研究得到了人对振动开始感觉到不舒服的曲线，如图4-1所示。40 一舛土季_．丹z靠覃士簟,nt话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏o200150∞o．ol1020频率嘶)图4—1人对振动开始感到不舒服曲线从图中可以看出，即便是比较小的阻尼对容许加速度值都有显著的影响。当阻尼增大时，人们可以忍受比较大的加速度。频率增大时，人们可以忍受的加速度值也相应增大，但振动的持续时间越长，或者说存在定常性的振动时较瞬时性的振动会叫人更难以忍受，其容许加速度值也最小。§4．3减小振动影响的措旌强夯的冲击能量是通过应力波的形式由夯点向土体深层和地面四周传播的。三种波中R波占能量的2／3，并局限于半空间的表面附近，对附近地面建筑物的破坏力较大，随水平距离的增大，其振幅衰减速率比体波慢。因此，减小强夯对建筑物的影响主要是靠减小R波来实现的。R波并非新的波，而是同一纵波和同一横波中振动的组合，在速度相同条件下，这些波的迭加就产生了R波。R波是沿着一个圆柱波阵面径向向外传播，其能量密度随着离开波源距离的增加而减小。当地下水位较高时，适当增加夯击颗粒垫层，既可以排水，减小孔隙水压的产生增量，又可以相对降低地下水位，从而减少破坏。在强夯施工中一般采用设置屏障的方法减少振动的影响。屏障的类型一般有明沟、充填沟相，一绕射波图4—2屏障防振原理示意图和排桩三种。由振源产生的表面波传播到隔振屏障时发生反射和透射，并在屏障两端和底部41 一舛太，中椭z靠确古事佳话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏还会出现波型转换和波绕射，如图4—2所示。屏障背后的地面振动由透射波和绕射波组成，能量一般要低于入射的能量。由于在屏障两端的绕射波较强，其附近振动降低的程度比中间差；其次，屏障前方的局部区域发生反射波作用而会出现地面振动放大的现象，从屏障类型看，充填沟的隔振效果一般不如明沟。根据R波的传播特性，一般采用主动隔振和被动隔振两种方法减少振动影响。主动隔振是在靠近或围绕振源处挖隔振沟咀减少振源向外辐射之能量，而被动隔振是靠近减振对象挖隔振沟以减少振动影响．如图4-3所示。对实际强夯工程，一般采用被动隔振。主动隔振被动隔振图4—3主动隔振与被动隔撮地基振幅衰减系数4经常被用来作为评价隔振效果的指标。其中，4=砉，』。，^：分别为隔振前后某点的位移振幅。虽然4c1隔振才有效果，但美国学者认为只有爿，≤0．25才能达到满意的效果，国内一些技术刊物也常采用这一标准。这～准则不算完备，正确的做法是根据防振体的容许振动标准确定4的临界值，该临界值可能小于o．25，也可能大于o．25。影响隔振效果的因素很多，振源至隔振沟中心的距离R、沟长L、沟宽w、沟深H都是直接影响隔振效果的因素。1．明沟隔振Woods针对明沟隔振多了大量的现场试验，包括主动隔振和被动隔振。通过试验结果可以看出：(1)主动隔振砉-o222~0舢气H：0-222~l·82。“1)结果表明，要使一，so．25，须善≥o．6。 坤琦土簟中诺z住壕士，任话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏(2)被动隔振善=2～7(4—2)^口为获得有效的隔振效果即爿，so．25，须善≥1．33，沟宽w没有实质性的影响。^^用边界原法对均匀地基明沟的理论分析也表明，沟深是影响其被动隔振效果的关键因素，沟宽的影响要区别对待：当沟深较大时。沟宽时隔振效果影响较小；沟较浅时，隔振效果会随沟宽增大而提高。若沟后地面振幅平均衰减数_，=A，凼，则它与沟深波长关系近似为互=0．167(筹)-I”，工为沟后地面点到沟的距离；”九是沟后须隔振区域宽度。同时，针对被动隔振，woods给出了用隔振沟竖向剖面图的面积(L·H)来控制隔振沟参数的具体要求：当R_2如时，L·H=2．5Ai2：R=7Ai时，L·弘6．0k2。以此确定隔振沟的长度。2．充填沟要想用明沟有效地隔离地基传来地低频振动，沟深必须是很大，当然挖很深地明沟无论是施工还是长期维护都是不现实的。这种情况下宜采用充填沟。充填沟的隔振效果与充填材料有关。现在常用Liao提出的波阻抗比厶来定量描述充填材料的动力特性：，R=p，c尉／p，(k(4—3)n，P，分别为充填材料和地基土的密度；C量r，C☆分别为两者的表面波速度，对于明沟如=0，O<‘1时材料为硬性。软性材料有：粉煤灰、泡沫、塑料、充气膜等；硬性材料有：混凝土、钢板、砾石等。隔振效果与主要影响因素的关系定性写成：一，=，s，c，p，n，，，c，P，。(4—4)式中，，，一隔振沟形状因子；7。一充填材料；，，一充填材料质量密度因子：，。一隔振沟横截面积因子。与明沟相比，除沟的深度外，沟的宽度也是充填沟隔振效果的一个重要因素。尽管隔振沟越深隔振效果越好，但当I『II大于一定值后，隔振效果的增长速率将变锝不明显。对硬性材料充填沟来说，当WH>123．2月后，不宜再用增加wH的途径提高地基隔振效果43 坐孽中世‘曼，尘!档话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏了。ArI．00-80．60-40．2图4—4隔振效果跟充填材料的关系曲线影响充填沟隔振效果的另一重要因素是充填材料的阻抗比，R或它与地基士剪切波速比异。=c。／C∥定性地说，硬性材料随着凡增加，隔振效果就提高，软性材料则恰恰相反。研究初步表明，软性材料对隔离地基高频振动要优于硬性材料，而后者用来隔离低频振动更有效。由于硬性材料费用高于软性材料，可能达到地最佳隔振效果不相上下，因此研究软性材料的充填性能更实用。目前也有一些用充填沟隔离地基水平振动的研究成果。下面列出几点仅供参考：(1)充填淘隔离水平振动较竖向差，要使沟后水平振幅衰减系数达到0．3，一般相当困难。(2)影响隔振沟水平隔振效果的因素与竖向的基本相同。但由于增大沟深来提高隔振效果是有限的，临界值为H=I．o～1．5‰。(3)要求达到良好的隔振效果(沟后水平振幅衰减40％)隔振沟宽度至少应达到O．4‰。3．排桩隔振排桩隔振就是在强夯旌工现场周围打设桩体来减小振动的影响。排桩设计有单排桩和双排桩，目前还处于试验阶段。在相同的桩净距的情况下，双排桩要优于单排桩；在桩净距较小时，二者相差无几。排桩无疑会大大增加工程费用。 而琦太簟●一工靠覃t簟但格t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第五章强夯的信息化施工研究由于强夯法的设计理论尚不成熟，夯击时地基土的动力性质又不十分明确．以及地基士性状变化多端，在采用强夯法时必须进行现场试夯。另外由于按照目前勘察布孔的要求对建筑场地进行勘察时，只能大致了解场地的不均匀程度，整个场地的最弱部位不一定能查明。而设计人员进行强夯设计时，往往根据勘察资料提供的参数进行设计，这样虽经强夯处理，有的仍不能满足设计要求，有的又因施工过多的夯击能而造成浪费。信息化施工的主要优点是能保证施工后场地的均匀性，同时由于质量检验是在施工过程中进行，起到指导施工的作用，从而达到保证工程质量，降低工程造价的目的。信息化施工是一项先进的施工方法，尽管根据我国强夯施工现状，要做到在施工过程中对夯击效果进行检测。并利用计算机进行处理，目前推广尚有一定的难度。随着科学技术的发展．加强施工管理，提高效率，节约成本的重要性越来越明显了。所以．加强这方面的研究非常有必要。目前，国内外关于强夯信息化管理的研究成果还很少。最初由日本的鸣海直信等人于1982年提出了信息化施工方法。国内主要有张永钧、李定文等人做了这方面的工作。目前的研究思路主要有两种，一种是通过事先确定各夯点的夯数来提高效率的，一种是通过最后两击夯沉量之和作为停夯指标来进行信息化管理的。两者的思路有一定的相似之处，那就是共同把提高地基的均匀性作为信息化管理的主要目标。但这两种做法都存在不足之处，与实际情况不向符合。笔者将先介绍这两种思路。然后再作进一步的研究。§5．1预测夯击次数的信息化施工方法这种方法的在强夯施工中的具体做法是：当按相同夯击次数夯完第一遍全部夯点后，对整个场地按地质勘探中“标贯”等一系列方法进行测试，然后将实测结果利用计算机进行信息处理，对地基处理效果作出定量评价，然后反馈回来修改原强夯设计参数，提出第二遍夯击时各夯点的夯击次数，并按此设计进行第二遍的强夯施工．如此进行，直至达到预定目标。为此根据我国实际情况，提出控制变形的信息化施工方法，其主要内容如下。控制变形信息化施工方法的基本假定是：(1)不均匀沉降是引起建筑物裂缝或损坏的主要原因，因此信息化施工的主要目的是，保证强夯施工结束后场地变形的均匀性。(2)当夯击次数相同时，夯点夯沉量S是地基变形模量E的函数，两者呈线性关系。 西缔土f中竹工枉硪t簟佳话t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏(3)夯击后地基变形模量是随着夯击时夯沉量的增加而提高的。其具体步骤是：(1)假设设计提出的每个夯点的夯击次数为N次(2)经第一遍夯击各夯点的夯沉量分别为S。一-，s。_2．⋯一s一：各夯击点处地基土的变形模量分别为点。6一。⋯⋯后“若S。一．为各夯点中夯沉量的最小值，则根据基本假定2相应的E-一。为各夯点处的变形模量的最大值。(3)为了满足设计要求，并保证场地变形的均匀性，则要求强夯施工全部结束后，场地各夯点处的变形模量E均相同，并取决于点-¨即B=丘一】若第二遍各点的变形模量分别为：丘。压一：⋯⋯最一“则要满足(5-1)的条件有：由式(5-2)得：压一t=2E,一l一占一l=最一最一：=2丘一，一点一z￡2一f+三l—l=乒厶(5-1)(5—2)(5-3)最一t=2曷一-一点一；根据基本假定(3)，为使各夯点得变形模量达到(5—3)的值，必须使第二遍夯点的夯沉量达到下列数值。_=E_2-2．jl—s2—2=占}-1_Ez-i．sl—S2-1。￡l-I(5—4)根据(5—4)结果．由强夯施工前试夯的夯击次数与夯沉量关系曲线(即AL—s曲线)，即可以得到第二遍夯备夯点所需的夯击次数：小m旭_2．⋯一雎，。按此夯击次数对各夯击点进行夯 辟琦土簟●丹z租焉t掌幢符t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏击，即可保证夯后地基变形的均匀性。§5．2以最后两击夯沉量作为停夯指标1．推导信息化停夯指标值的理论基础(1)假设与控制变形方法中的假定相同。(2)最后两击沉降量和最后两击沉降量之差小于试夯确定的值。(3)当夯击到每夯一击沉降量很小时，即认为土体己被压缩，再夯已无效。此时夯击数为最佳夯击数，一般控制瞬间沉降量在5～8cm。2．信息化停夯指标的推导过程假定第2夯点经过N；击后，各夯点变形量己相等：置=E：一一E。根据假定(3)可知，N。击前后对应的变形模量分别为Ef—aEi及E。+AEi’。如果忽略△乓及A日。影响(事实上如果N，为最佳夯击数时，AEi和AFf’确实很小)，则依据假定(2)，各夯点前后两击沉降量之和应相等。有两种情况：(1)场地内各夯点地质相同且均匀性好，各夯点达到最佳夯击后-其最后变形模量局=岛一一￡。(2)场地各夯点地质存在差异，不同夯点达到各自最佳夯击后，其最佳变形模量并不相同，这种情况比较常见。假定第1点达到最佳夯击后其变形模量日最小，达到最佳夯击数Ⅳl后，其最后两击夯沉量之和为asI；就第f夯点而言，达到最佳夯击数时对应的最佳变形模量层>E。，在未达到最佳夯击数时经过M击后，其对应变形模量￡f=E。，根据前文结论，仍会出现M击前后两击夯沉量之和等于或接近于血，的经历。血。即为信息化停夯指标。严格讲，场地均匀性是指各夯点正下方范围内，离夯点越远这种均匀性越差。要保证整个场地的均匀性，则要从夯点间距、布置及夯击能等方面下功夫。3．具体实施步骤。(1)施工前试夯确定最佳夯击数及最后两击夯沉量之和As。测试各点试夯最佳夯击数和最佳夯击平均数(即为知道施工的最佳夯击数)和最后两击夯沉量之和的平均值，即为知道施工的信息化停夯指标血。(2)强夯时测定每击夯沉量，并汇总前后两击夯沉量之和，当接近试夯确定的最佳夯击次数时，要留心当出现前后两击夯沉量之和接近试夯确定的Z蛆即停夯。每击夯沉量不得用回填夯坑后第一次夯沉景。47 两琦土●●砖zn每t簟佳话土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§5．3两种研究方法的缺陷以及修正§5．3．1预测夯击次数的信息化施工方法的不足之处通过预测夯击次数来进行信息化施工，这是最初提出信息化施工概念时的研究思路。尽管这种方法计算简单，便于推广应用，但是该方法在应用过程中，假设过于理想化，计算过程存在不合理之处，在应用上存在与实际不符合的地方，这在某种程度上限制了这种方法的推广使用。首先，该方法以保证强夯后地基的均匀性为信息化管理的目标，这是合理的。通过强夯设计，一般都可以达到设计有效加固深度，也就说地基承载力不存在问题。那么地基均匀性理所当然成为预期目标。但是，强夯信息化管理的意义并不是这么简单，比如，在施工过程中通过信息化管理提供停夯标准、击与击之间时间控制、遍与遍之间实践控制、夯后地基承载力评价等等。这种方法只是在夯击遍与遍之间进行预测，并没有反应击与击之间的情况。其次，这种方法在基本假定(2)中假设当夯击次数相同时，夯点夯沉量S是地基变形模量E的函数，两者呈线性关系。笔者认为这个假定存在问题。大部分情况下，要处理的地基土初始状态是不均匀的(如果是均匀的，进行信息化施工的意义将被消弱)，因此夯点与夯点之间通过夯沉量与变形模量的线性关系进行计算是不合理的。另外，地基土的变形模量是随着夯击次数的增加(或夯沉量的增加)而增大的，该中方法在计算预测第二遍夯点所要达到的夯沉量时，第一点(假设的第一遍夯沉量最小的夯点)的夯沉量增加一倍，变形模量却假设不变，这与事实不符。最后，这种方法最终通过确定下一遍的夯击数来进行施工管理，而计算结果只能表明下一遍所要达到的夯沉量。这就需要在夯前通过试夯确定夯沉量与夯击次数的关系曲线。但是，这是不现实的。从不同的初始状态(也就是先前夯沉量或夯击次数不同)进行夯击，达到相同的夯沉量所需要的夯击次数是不同的。而且，试夯也并不能完全反应真实情况。§5．3．2以最后两击夯沉量作为停夯指标方法的不合理之处针对通过预测下一遍夯击次数来进行信息化管理这种方法的不足之处，有学者提出了以最后两击夯沉量之和或之差作为停夯指标的思路。这种方法仍然是建立在地基均匀性的基础上的。这种方法较前一种方法取得了进步，更与实际相符合，在实际操作上更简便，但这种方法不利于信息化施工的系统管理，而且。不同性质的地基土的停夯标准是不同的，不可一概而论。根据该理论，首先要找到某点达到最佳夯击能时变形模量最小的夯击点，用这一点的最后两击夯沉量之和作为参考标准控制其它夯击点的夯击。但是实际操作中，如何找到这一点48 田砰土，●一工程覃士母幢话盘强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏是存在困难的。另外，某点的最佳夯击次数是根据最后两击沉降之差来控制，停夯标准是根据某连续两击沉降之和等于参考点最后两击沉降之和来控制的，两种控制标准存在差别，具体如何协调这两种差别，作者并没有说明清楚，笔者认为有点进一步研究。不同的地基土性质不同，最佳夯击次数的确定标准也不同，如果最后两击沉降之差作为饱和度较高软土的标准是不合理的。这种方法只能在施工过程中具体控制，并不能形成一种系统的理论，而且不能利用计算机这一有力的工具。§5．3．3笔者的进一步研究在前人工作的基础上，本文作者提出以下观点：(1)信息化施工的目的既要保证夯后地基的承载力，亦要保证地基的均匀性。(2)信息化施工既要反应在遍与遍之间，又要反应在击与击之间。(3)建立的施工信息化管理系统应该具有普遍性，即对各种地基土均有指导意义，包括饱和度比较高的软土。考虑到已有的工程旌工经验，强夯后地基的承载力基本上都能满足要求，因此，信息化施工的目的主要是保证地基的均匀性，对于饱和度较高的软土还要防Ik“橡皮土现象”的发生。目前强夯的遍数一般是2～3遍，最后满夯一遍，因此，作者认为在遍与遍之间的停夯标准上，第一遍以保证承载力为目标，以后的遍数主要控制地基变形模量的均匀性。具体步骤如下：(1)首先进行试夯，根据试夯结果确定最佳夯击次数和达到最佳夯击次数时最后两击的夯沉量之差血。(2)对于非饱和土，首先按照试夯确定的最佳夯击次数(不论实际情况是否达到了该点的晟佳夯击次数)进行第一遍夯击。对于饱和度较高的软土而言，击与击之间的还要考虑到孔隙水压力的消散，当出现橡皮土现象时就应该停夯。(3)第一遍夯击完后，选择夯沉量最大的点作为最弱点。然后对该点进行第二遍夯击，当夯击次数快要达到最佳夯击次数时注意观测，当最后两击夯沉量之差达到试夯标准血时即停夯。(4)然后对其余各点进行强夯，当其余各点强夯的过程中出现最后两音千夯沉量之和等于最弱点最后两击夯沉量之和时，便停止夯击，即认为该点和最弱点的变形模量基本相同。49 柙砖土萱中升工枉焉吉簟幢静t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏(5)最后满夯，使各点的均匀性进一步增强。本思路是在前面两种思路的基础上得出的，其主要优点是既使晟弱点达到试夯标准，满足承载力要求。又使其余各点的变形模量与该点大致相等，保证了均匀性。这种方法在计算机上也比较容易实现。 一砖太簟●砖工枉壕t，性话土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第六章强夯的动力特性研究§6．1夯锤冲击力的研究强夯设计时一般是以夯击能的大小作为其控制参数的，然而不同条件下同一冲击能所产生的冲击力是不同的，而且冲击力并不与夯击能成线形增加。冲击力的大小直接影响到强夯加固的效果，特别市夯能向深层的传播比例及影响深度。因此对夯锤冲击力大小的研究是十分必要的。§6．1．1夯锤与地基接触皮力的特点关于强夯冲击荷载作用下土层表面的接触应力及士层内部的动应力分布，已有一些学者进行了研究。Scott等采用结构动力学理论，提出夯锤与地表接触动应力的解析计算公式。P．w．Mayne等也提出了确定最大接触动应力的经验公式。针对Scott公式没有考虑士的性质在强夯冲击荷载作用过程中加荷阶段和卸荷阶段的不同，以及不能满足在初始时刻动应力为零的条件，钱家欢教授作了改进，也建立了一个表面接触动应力的计算公式。最近，Thilakasiri等利用自行设计的一套动力固结设备对土体表面的接触动应力及内部动应力进行了量测。孔令伟等基于成层弹性地基空间轴对称动力问题，提出了强夯作用下边界接触应力计算方法。目前，关于强夯冲击荷载作用下土层表面的接触动应力的实测结果还十分有限。裘以惠根据现场实测的夯锤下表面接触动应力时程曲线如图6—1a所示。Thilakasiri等根据室内模拟试验铡得的表面接触动应力，如图6-1b所示，钱家欢等根据室内动力固结试验仪测定的动应力形态如图6—1c所示。结合一些学者的模拟计算结果(图6—1d所示)可以看出，尽管在冲击荷载作用期间，表面接触动应力会出现一定的波动和起伏，但总的变化趋势表现出脉冲荷载形状，即大致可分为加荷和卸荷两个阶段。b圈5-1夯锤与地表边界接触动应力§6．1．2夯锤与地基接触作用时间研究d对强夯时地基的动力反映分析，接触面应力确定时必需的边界条件在理论计算中一般5l 一琦土簟●确工枉覃士●住侍立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏假设接触面应力沿锤底均匀分布、随时间呈三角形或正弦分布。因此，接触面应力确定需计算接触面应力峰值和接触时间。讨论接触时闻和计算问题，笔者首先总结了接触时间的现有的计算公式。许多学者进行了接触时间的计算研究，R．Scott等、赵维炳等、孔令伟等、P．w．Mayne等、刘惠珊等分别依据不同的原理、从不同的途径提出了可用于估算接触时间的计算公式．R．Scott等用集总参数法．将锤一土视为一维质点一弹簧一粘壶，得出接触时间为：三+cos-l丝f=2苎(6—1)∞式中，斤为阻尼常数，∞为角频率。赵维炳等对scott公式修正为：万fM1一】业i、『了+了协n1(6-2)R’、∞。与月。∞表达式相同，但用卸荷模量E，代替加荷模量丘P．W．Mayne等视锤一土为弹一质体系、相互作用时间用自振周期之半来考虑，故有：扯辱睁。，刘惠珊分别从重力做功和动量定理导出接触时间与夯坑深度有如下关系：△f=另外，龚晓南等在高度简化的基础上，从小球的弹性碰撞出发，提出一个计算接触时间的公式At=1,47f詈1_{(6_s)L4”tJVo；式中M为夯锤质量，n．=磊茬冬南，，=，2为夯锤半径，％为夯锤落地速度。该公式跟Hertz计算公式存在着同样的问题，夯锤冲击地基时，夯锤不～定是球体，地基土也并非弹性体，所以这种方法只能作某种程度上的定性分析。从R．Scott、刘惠珊以及本文所推导的公式来看，接触时间与夯锤的质量成正比，与士的弹模和锤径成反比。接触时间一般在0．01～O．1s之间，而且无粘性土较粘性土接触时间短．接触时间随击数的增加而缩短，尤其在无粘性土中表现更为明显。根据有关计算结果表明：R．Scott、赵维炳、孔令伟、帅方生和龚晓南计算结果较为接近， 一曲太●●讳-r矗覃t蕾他静止强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏并且更接近于实测结果，PW．Mayne和刘惠珊公式计算结果偏小。§6．1-3夯锤冲击力大小的研究1．郭见扬通过砝码冲击土样的室内试验研究了表面接触动应力问题，同时还给出了按照冲击力实际作用时间，根据冲量定理得出的冲击力计算结果。冲量定理计算公式为：F⋯÷+岳寺睁s，按照该公式计算的冲击力为平均值，而冲击力实测值为峰值，根据郭见扬的研究结果表明，砂土的计算值为实测值的0．5倍左右，粘性土计算值为实测值的I．2～1．6倍左右。在相同的条件下，对砂土地基的冲击力均大于对粘性土地基的冲击力，对砂土地基的作用时间明显小于粘性土地基的作用时间。试验还表明，随着冲击次数的增加。作用时间一般变小。2．Hertz研究了质量为ID，，m2的两个弹性球体以速度V碰撞时的最大冲击力，并表达为：‘。：1．767p一去Mj2冉)2，5(∥)”(6-7)‰=1’767p”M3(-寿’“5(∥)”5式中，M为夯锤重量；E。为地基土的变形模量；P为夯锤密度；H为夯锤落距。Hertz是在极端简化的情况下得出的这个研究结果的，与实际情况并不符合，因此该公式只可以对冲击力大小作定性分析。3．Scott根据结构动力学的相关理论，建立了接触动应力的计算公式。这一理论假定锤底接触面动应力盯与夯锤下沉位移w之间存在如下的函数关系式：∞2口=Rfv+Sw(6—8)式中，a为夯锤半径；R为阻尼系数；S为弹性常数。夯锤的运动方程为：朋∞=一∞2口(6-9)将式(6-9)带入式(6-8)，得到基本方程为：gw+胄谛+Sw=0(6-10)式中，M为夯锤重量；t为时间。初始条件为：叫f_0=0；(6—11)利用这一初始条件即可得到接触动应力的表达式为 一琦太●●砖zn覃士●幢怡立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏a：罴e旦2Mcos(coO-cos-I争m’mo式中，∞为角频率；m：，IMS；RM2；。利用式(6—12)即可得到夯锤最大动应力及其所需时间的表达式为。一：芸毛。一器c。s洄0一COS-1等，m‘mo(6一12)(6—13)to=上(cos～了Ro)一tan。去(6-14)co／t4JZ甜ScotT．的计算公式没有考虑土豹性质在加荷阶段和卸荷阶段的不同，所以它不满足叫。≠0和盯l。=0的应力边界条件，因此在应用中受到了限制·4．针对Scott的计算公式的不足之处，钱家欢等作了较大的改进。事实上，在冲击加荷阶段，冲击荷载作用下的粘滞力对动应力的影响可以忽略不计，故加荷阶段满足如下基本方程朋w+Sw=0(6-15)根据初始条件(6一11)，可得接触动应力和接触沉降分别为：a；．Y4MSin，／羔f(6—16)sin一焉r1『万‘怕一w：r厚s访序同时还可得到加荷历时为tO=z／2(”，这里m=，厢i万，为加荷焦频率。当t>f。时，夯锤作阻尼运动，基本方程为蜥+月订+S(w一订，)=0(6-17)(6-18)式中，R1=0．6mz2√面i，为阻尼常数；S12aE“(1-V”，为卸荷弹性常数：W／为残余沉降量。利用初始条件，求解上述方程可得w；三卜+≯卜’r’，+赢告矛s叫，]}睁螂 西琦土幸●什z靠覃t事往静土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏a=墨e等卜’r’卜丽告孬s叫)]妒z。，式中，m’：1f吾二雾，为卸荷角频率。卸荷历时为强夯作用总历时为f’：三恤一lr1：三+上劬一20)∞’(6—21)(6-22)根据上述改进的计算式，钱家欢对天津新港软粘土的室内固结试验进行了验证，认为计算值与实测值较为吻合。通过3和4可以看出，结构动力学计算公式原理简单、概念明确、计算方便，经过钱家欢的改进也考虑了在加荷阶段和协和阶段的不同，但他们假定夯锤表面的接触应力为均匀分布。与实际情况不相符合。5．Chow等建议了一种计算方法。该法借助于修正打桩动力分析的一维波动方程来实现，即将夯点下方的土柱看成桩基础，其长度可视为预估的加固深度，土柱周围的土体用线性弹簧和线性粘壶来表征。最后用动力有限元法求解。这一方法目前还只适用于无粘性土地基中。由于该法是一维问题，只能考虑夯锤下部的土体，而没有考虑周围的土体，因而是一种非常简化的计算方法。而且这种方法最后实现仍然归结为有限元数值计算方法。在此基础上，Thilakasiri等对上述方法作了较大的改进，通过考虑士柱和周围土体的非线性来计算表面应力和表面位移。6．孔令伟等基于成层弹性地基空间轴对称动力问题，在作了一定简化假定的基础上，提出了强夯作用下边界接触应力的计算方法。该法假定夯锤底部应力为均匀分布，夯锤为刚体，夯锤与地面为光滑接触，并假定切相分量为零。则接触时夯锤的刚体运动方程为：mg玎(f)一每盟(6_23)式中，m为夯锤重量，F(t)为夯锤底面所受到的反力；“：(r)为夯锤的位移：F(t)与夯锤和地表接触应力盯：(f)的关系为：55 一舛土雪中请工狂聋士事佳静立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏，(f)=一m2a：(f)(6—24)将式(6-24)带入(6-23)，即有鸺耐删=m每盟睁25)利用初始条件：“f一=0，詈I一=面=V。，g为中立加速度，H为夯锤落距。对式(6—25)进行Laplace变换可得：mz子：(q)+警：mb2d：(q)一v0】(6-26)d’‘上式即为在频率内边界接触应力与表面位移的关系。孔令伟等将±层模型看作是均质各向同性的永平弹性层，而各土层的屋里参数有所不同，结合夯锤刚体运动方程和成层弹性地基空间轴对称问题的传递矩阵法，导出了强夯的边界接触应力与沉降解，以接触应力为零时的时间为接触应力时间，其对应的沉降为强夯的夯沉量。从几个工程算例来看，计算与实测夯沉量相符合度较好。7．强夯作用于成层地基时，考虑边界接触应力非均匀分布特性的接触应力计算，孔令伟等人有进一步做了研究探讨。将半径为a的夯锤的圆形底面划分为n个圆环，在每个圆环内接触应力d：均匀分布(盯：以拉应力为正，压应力为负)．同时设夯锤与地表面光滑接触，即切向分力为零，则接触时夯锤的刚体运动方程为孵嘻杷h驴m彳a2u(0睁z，，式中4是第f个圆环的面积，其值4=z(rj2一‘一t2)，I为第f个圆环的半径，其它符号意义同上。经过Hankel反变换后，再借助Laplace数值逆变换，以获得边界接触应力与沉降时域解，采用的是Durbin法。§6．2强夯荷载作用瞬间孔隙水压力和固结变形特征§6．2．1强夯荷载作用期阃孔骧水压力分布求解§6．2．1．1强夯冲击荷载作用下的三维渗透固结基本方程在以往研究中，还很少考虑冲击荷裁作用瞬间土层内部的动孔隙水压力及其消散所引起的固结变形。事实上，当强夯法加固饱平Ⅱ土层时，夯击过程及夯后士体内部孔隙水压力的发生56 一琦土簟中话工n硪士簟住铪盘强夯法在软弱地基处理中的鹿用朱益宏消散及孔隙水的排出直接影响到地基土加固效果的好坏。白冰等人曾利用室内动力崮结试验研究了冲击荷载作用完毕饱和软粘土孔隙水压力的消散过程及其变化规律，但未考虑强夯荷载作用瞬间孔隙水压力的消散对土层固结变形的影响。时间表明，对于透水性好的砂性土，在夯击瞬间会产生较大的体积压缩；而对于透水性差的饱和软粘土虽会产生较大的孔隙水压力，却有较小的固结变形。因而，对夯击瞬间孔压的产生和消散及其对土体固结变形的影响进行深入研究，对于揭示强夯加固机理有着十分重要的意义。白冰等人曾根据太沙基一维固结理论，对强夯荷载作用瞬间饱和±层内的孔压和吲结变形进行了研究。结果表明，在冲击荷载作用期间，不同透水性质的土类产生的孔隙水压力和固结变形量的大小是不同的。对透水性大的砂性土，其固结变形量较大：而对于透水性差的软粘土，虽会产生较大的孔压，但由于此时孔隙水压力来不及排出，其固结变形量相当小。冲击脉冲荷载作用完毕，土层内仍保留一定的孔隙水压力，是残余孔隙水压力。与强夯实践观测到的现象是一致的。土层最大固结变形量发生在最大表面接触动应力之后～段时闻内，即存在着滞后现象，其后地基土可能会发生少量的回弹，这与卸荷固结比r等土性参数的大小直接有关。一般，r愈小，回弹变形量愈大，而总固结变形量愈小。不同冲击荷载形态只对前期固结变形计算结果有一定影响，而总固结变形量则相差不大。太沙基等人早在数十年前就建立了国结微分方程，然而对二维、三维的情况，通常只能用差分法或有限元法来求数值解，这在一定程度上限制了在工程上的利用。笔者根据三维固结理论，分析了饱和土层在强夯冲击荷载作用下动应力和动孔隙水压力的分布特点，建立了相应的三维渗透固结方程，并给出了一个简化的求解方法；讨论了固结系数等土性的变化对强夯冲击荷载作用瞬间孔隙水压力增长和消散的影响，解释了强夯法加固饱和土层的一些机理。类似予一维固结问题，可以推导出三维固结的基本微分方程。三向渗流时有拿：婴+挈+粤(6-28)钟苏西玉式中，s，为体积应变；q：，口，，q：分别为x，Y，z方向上单位面积流量。由达西定律得：吼：一生喜，g。：一生喜，乳一Kz宴(6-29)ywo'x。，wvy，wdz其中K，，K，，K：分别为x，y，z方向上的渗透系数；凡为水容重：u为孔隙水压力。57 _苎型蔓!!塑_兰!!苎．塑丝兰一塑查婆垄竺塑垫堇些望!塑生旦查苎查将(6--29)代入(6—28)式得：坠：一生堕一生生一生塑西，。缸2，。母2，w曲2又设总应力不随时间变化，有堡L：af加百”V其中聊。为体积压缩系数，Ⅲ，=惫e：钆为土的压缩系数；e为孔隙比。l+伦杜立克假设只在竖向发生压缩变形。则可得太沙基一伦杜立克基本方程：(6一-30)(6-31)害-一亡c鲁窘+等窘+等等，cs瑚，研珊v、h缸2y。咖2’，。出2’⋯叫实际上，多维固结问题不仅渗流是多向的，变形也是多向的，对于三维固结，(6—31)式应改成：鲁=一坠鲁型=一竿害睁。。，西Eaf⋯”式中E为弹性模量，￡=—0-2v)—(1+v)。【I—V)埘。于是得到三维固结基本微分方程的合理形式为：=％窘+％争+％窘式中，c。，c0，c。分别为x，y，z方向上的固结系数。(6—34)在强夯过程中，孔隙水压力消散过程中荷载会发生变化(动荷载)，土中水也具有压缩性，这对固结会产生影响a根据有关文献．微小气泡体积占整个体积的l％～3％，一般可以忽略其影响。假设三个方向的围结系数相等即q；c。=c。=c。。则式(6—34)可以写成詈咆謦等等，㈣s，根据强夯的排水边界情况，地表可假设为完全透水层，地面下一定深度B不透水。故而其边界条件满足：塑舻B—h堕驴。一h塑舻以一九特 呻砖土学中计工饪硪t量位侍立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏Ⅳl：；o=0百aub=o(6-36)“k。=o“lyl一=O§6．2．1．2强夯冲击荷载作用下的三维渗透固结基本方程的求解黄传志。21根据数学物理方程知识求出了上述三维固结微分方程的精确解，如下所示：“=南噩№劫e一蛙铲A(zm,t)d删叩睁。，，⋯(；-zkH+2H-r／)z—(z—+2M／-2—H+r／)211二!型!!!：—(z—+2k,2／—+r／)zA(zⅢr／)=∑(一旷1p4印一P4印+84印一e4印)k-l对于初始条件，有“J一=≯(J，y，z)=l(o"x+O'y+O"z)(6—38)(6—39)式中，盯，，盯，，盯：为按弹性理论所得的法向应力。由于夯锤半径有限，为了简便期间，假设地面受集中荷载作用。根据黄传志的研究结果知道，受集中荷载时一2争∞南强夯冲击荷载作用下土层内部孔隙水压力的计算首先依赖于夯锤表面接触动应力的正确估算。沿夯锤表面接触动应力的分布十分复杂，为了计算方便，暂时假定沿夯锤表面接触动应力分布为均匀分布。P：z．R2口式中，盯一夯锤底底接触应力：R一夯锤半径。于是则(6-39)式可以写成一2字o+以南。fz‘+v‘+z‘172(6-41)(6～42) 一一土掌．卜竹工枉覃吉●佳话正强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏“2瓣R20'(1+v)!孙最孑尹一蛙铲砌力删Ⅲ础，由式(6—43)可以看出u是J，Y，z，t的函数。§6·2_1·3一种简化的求解方法应力仃冲击脉冲荷载期间，其作用过程可看作是一个加载和卸载的过程，加载最大值为q。。为了对该动力荷载作用下的固结问题进行求解，可将冲击脉冲荷载的加荷阶段用m，级不同时间tz(i=1,2，¨．，m．)发生的等幅均布荷载之和来取代，则每级荷载增量为△a=4r≯‘。，如图6—2所示。类似地，卸载过程也可看成是由ml级图6一z强夯冲击荷载加载一卸载模型不同时间‘(f=1,2，⋯，m2)作用的等幅均布荷载一△吼叠加而成。显然，△盯愈小，精度愈高．当△盯趋于零时，其解答为精确解。由(6-43)可求得在初始荷载增量△盯作用下(t>t，)，孔隙水压力增量为”生24(业xCvt)笼生琢赤一照铲撕，¨)删舢叫)于是，由式(6—44)，根据叠加原理可求得在冲击荷载加荷阶段任～时刻f(‘tMH)，由了二卸除荷载等级△cro(相对于增加荷载增量一Aao)P)f引起的孔隙水压力的减量为悱采薏彝豫舟一媸铲棚，H。∥删帕哪，其中，^(z，玩f)相应的变为，2(确r／≠)=∑(一!!：!型!!些二丛～(z+2k／／-2H+r／)z(z-2／d／+r／)’_一!!：!丝!地：1)‘一‘扣《’一P40’+e4cv．。一P‘。●)式中：C。’为卸萄条件下的固结系数，其物理意义与固结系数相反，表示负孔压的消散过程；可定义卸荷固结蜘％=％．。于是，根据叠加原理可求得在冲击荷载卸荷阶段任一时刻t(☆m1时为卸荷过程，用一△仃来取代Act。显然，当f=卅：时，式(6—50)即为冲击脉冲荷载结束时刻(t=t。，)土层内部的残余孔隙水压力。§6．2．2强夯荷载作用期间饱和土层固结变形计算由以上的分析可知，在冲击脉冲荷载作用期问的整个过程中均会产生较大的孔隙水压力，并伴随有孔隙水压力的消散，即士层的固结变形。现根据叠加原理绘出其固结变形的计算方法，冲击脉冲荷载刍Ⅱ荷阶段，在第一个荷载增量作用下，由于孔隙水压力消散所引起的地基固结变形量为蝇=旦l+e-。ff。of△吼’dxdydz3去(卫1P4“。砒鹏一一丛P“，妣纰)(6吲)Ⅷ∞H+∞．}∞⋯Ⅳ 一琦太，叶．碍z枉币t．I憎格立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏将式(6—41)和式(6-44)代入上式并整理，可得华觜{戤而》一豳南c!孙帚孑矿一—(x-4)一2+(y-2)2棚，H∥洲功axdydz}(6—52)利用叠加原理，当tIm，时为卸荷过程，用一△d来取代△盯。显然，当t=t。：时，式(6—55)即为冲击脉冲荷载结束时刻饱和土层地固结变形量。62 西舛土簟+精工靠壕士●任话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏第七章工程实例§7．1工程简介§7．1-1概况福州长乐国际机场位于福州市东部沿海长乐市的漳港乡与湖南乡交界处。该工程为开阔的风积、海积平原，偶有零星分布的谷山、残丘，地势北高南低，主要分布着土黄或褐黄色的风积细砂、海积砂和粉砂等砂性土，厚度约0．4～3m，砂性土层以下由淤泥夹细砂及淤泥质粘土组成，深度约20m，地基处理采用强夯加固措施，处理范围为道面区(含道肩)道面外延3m．按不同的挖填方厚度和地质条件划分为：A、B、C、D、E五个区域，其中A、B区为强夯区，E区为重型碾压区，D区为基岩挖方区，其分布位置平面图7一l如下所示。誓—————』坠———————一”7|_竺．L．坚．1．1匡．I一+拍2湖城_P135100眦甄mnT什20P19l+抽图7-1施工平面图§7．1．2工程地质及周围环境机场场内为海岸低丘一平原地貌，东部和南部临海，沿东海岸发育一系列呈东走向的残丘。平原部分地势开阔，沙丘、沙垅发育总体上北高南低。场内地层岩性较简单，但分布不均，基底为像罗系上统南园火山碎屑熔岩和燕山晚期花岗岩类，盖层为第四系晚更掰统一全新统土系构成，场区土层构造及岩性见表7—2。场区地表水系发育不良，场区内地下水埋深较浅，一般为0．2～O．55m。松散土类孔隙潜水为主，总流向由东北向西南方向流向东海，水位年变化较小，区内浅部地下淡水对混凝土无腐蚀性。下部地下咸水(埋深6，5～IOta)对混凝土具有弱腐蚀性。本场地在7度地震力作用下，由产生饱和砂土震动液化底可能性，但液化仅局部地段(如维修机坪、滑行道南段等局部地段)发生，其液化等级属于轻微液化，本场道结构设计表明，滑行道南段和维修机坪是填方地段，上覆非液化土层为2．5～29m．这对抗液化是很有利的。 一舛土簟中丹z靠覃士●但栳土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏表7-1地质资料表标贯击数压缩模承载力压缩系数土层最标准值编号岩土层名岩性描述Ⅳ635口l一2E，(修正值)，t(Mpal)(Mpa)(kPa)土黄色、黄褐色，稍湿一饱和，呈松散一稍密状．顼部o．5m含7．8～100～0．06～①。风积细砂8．4～i0．2较多植物根，层位稳定，厚度18．01250．273，0～4．5m褐黄色、灰黄色，饱和，呈稍密～中密状，台较多细中砂和泥15．0～130～0．04～①一风积细砂18．4～18．5值及贝壳碎片，层位较稳定，但25．01800．11厚度变化较大，厚度2．4～7．3以灰色为主，饱和，呈稍密一中密抗，含淤泥质和贝壳．层13．O～120～0．07～①一。海积细砂11．2～12．5位稳定．厚度变化大一般3～5m21．0162O．26左右灰色，饱和，星松散一稍密状，含淤泥质及少量贝壳，不规则形7．0～100～0．06～②海积粉砂6．6～7．6状分布，该层仅局部地段出洞，19．O1440．28厚度l～3Ⅲ漳灰色、灰色，饱和，里软一淤泥夹粉流塑．夹粉细砂，含贝壳碎片，2．74～70～0．56～③一．叶片状和不规则状分布．该层较lO．6～16．5细砂3．84900．76为稳定，厚度2～12m。一般9～10m灰色，饱和，呈中密状，粘粒含量1．2％～285％，该层位夹11．5～150～③一。泥质细砂19．00．18在两层淤泥质土层中问，呈似层13．0160状，凸镜状，厚度几十厘米到3m深灰色、蓝灰色，饱和，软塑，淤泥质含有机质和少量粉细砂及贝壳7．02～120～③一。15．5O．25粘土碎片，层位稳定，厚度和顶底板13．0170埋深变化均较大灰色、浅灰色，饱和，中密，以细砂为主，混有中砂，该层零星7．02～120～④一．细砂分布．赋存在古剥蚀风化地貌面15．5O．25上，厚度由几十厘米到1～细，13．0170最大达lOm以上泥质沙灰色一深灰色．饱和，稍密一中④一：密．含泥质(20％～30％)，该18．7300～砾卵石400层分布仅局限在场地个别地段 一琦土幸●荫工n孽士簟任话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏§7．2地基处理方案设计§7．2．1地基处理方法的选择目前针对犬面积液化地层地基处理方法目前采用较多的一是堆载预压法，另一秘是强夯法。堆载预压法能加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性，并能消除大部分沉降，在使用期间不致产生有害的沉降或沉降差。比较强夯法和堆载预压法，强夯法更适合于砂性土地基的处理，其承载力可提高100％～500％，压缩性可降低700％～1000％。特别是对于液化地层，强夯后所导致砂性土的液化，能够降低地基在未来地震作用下的液化势。经过若干次强夯液化后，虽然地基土的密度增加不多，但都能减小在未来地震作用下发生液化的可能性，是处理液化地层较为有效的方法。此外，强夯法实施见效相对较快，而且由于强夯的动力固结作用，后期沉降很小。而堆载预压后期沉降相对较大。所以就本工程而言，针对浅层液化层的处理目的，强夯法是较为理想的选择。§7．2．2强夯施工参数的选择(1)夯击能的选择为了避免软土夯击液化使土体扰动破坏，必须控制土体达到临界孔隙水压力时不易再夯，如果再夯势必造成能量损失，消耗在挤土作用上，有的甚至形成弹簧土，以致无法夯击，所以夯击能的确定时非常重要。根据Menard公式，参考已有的处理砂±地基经验，取口=0．5，则有效加固深度经验公式为：H：0．5、／而若加固深度H=6m，则Mh=9．8H2／0．52=1411．2kN·m；若加固深度H=7m，则Mh=9．8H2／0．52=1920．8kN·Iil；若加固深度／芦--8m，则Mh=9．8H2／0．52=2508．8kN·m。所需夯击能为1000～3000kN·m，具体视土层埋深而定。(2)夯点间距的确定大面积基础加固，夯点间距可由最大超孔隙水压力(地下水位2～4m)控制，即缸。。s(o．3～0．5)y(h一1．o)。所以施工时的夯点间距即应以此为控制标准，以最大超孔隙水压力不超过55kPa为宜。(3)每点夯击数的确定 一舛土簟中什工枉每士簟健话正强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏夯击数的控制按照下面三个标准控制：a．两击沉降差小于5cm；b．最大超孔隙水压力△“。。≤(O．3～0．5)yh，即不超过90kPa：c．土体隆起高度不超过10cm。(4)间歇时间的控制该工程土质颗粒细、含水量高、软土层厚，因此间歇时间宜加妖，以确保孔隙水压力有一定消散时间。控制标准采用经验公式：△“茎H(o．1～o．2)yh(ns5)，即下次夯击时应保证孔隙水压消散至120kPa以下。(5)夯击遍数的确定夯击遍数的确定原则根据压缩层厚度、土质条件和设计沉降要求来定，即∑si=(o．8~o9)S。式中∑S，一夯击各遍的沉降和：s。一分层总和法计算的一维沉降，本工程预计的夯沉景为50cm(包括石渣填层)。所以，夯击各遍的沉降和应不超过45cm。(6)夯击范围的确定根据经验公式∞+^)×(￡+^)确定夯击范围。(7)土体侧向挤压力和变形的控制在夯击过程中，为了避免因土的侧向挤出而产生土表沉降，影响加固效果，所以要在夯击时测定土压力和深层土体的侧向变形。根据经验，砂性土的侧向土压力应小于(1．1～1．2)Po(po=7／／Ko，为静土压力)，侧向变形小于2～5cm。(8)垫层厚度的确定根据经验，本工程铺筑石渣80cm。§7．2．3试夯由于强夯理论上还不成熟，所以目前多采用经验公式，并结合现场试验来确定具体的施工参数。本工程在工程旅工前选择了两个试验区，进行了超孔隙水压力及地面加速度测试、载荷试验、夯击参数试验、沉降变形量、强夯后石渣层级配和密实度检测、标准贯入度试验、静力触探、波速测试以及室内土_l：：=试验等，获得一些试验研究成果。(1)施上参数。见表7—2。66 一琦走簟中一z靠覃士萱值栳盘强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏a．采用连续施工工艺，第一遍用隔点不隔行的跳夯法，第二遍夯完其余点位，两遍完成全部点位的夯击作业。b．点夯最后西击的平均下沉量不大于5cm，满夯后两夯的平均下沉量不大于3cm。表7～2强夯施工参数表填筑厚度夯型单夯击能夯击间距(m)(kN·in)(m)夯点布置夯击遍数每点夯击次数点夯10003正方型l8<1满夯800搭接1／4搭接型15点夯20003．5正方型l10<2．5满夯t000搭接1／4搭接型l5点夯30004正方型114<4．0满夯1000搭接1／4搭接型l5(2)强夯加固范围和填筑土方石。&强夯旅工范围为道面填方区和小于3m的挖方区，道面边外延3m，与第二期工程的交接边外延10m作为第二期施工时的安全距离。b．填筑石渣方量计算时，松铺系数建议取1．27～1．37，砂土原地面(去掉耕植±)夯沉按8～1lcm计。(3)填筑的石渣级配和粒径大小a．级配特征指数：不均匀系数Cu>10，曲率Q可按1～3控制。b．填筑厚度不大予1m时，填筑材料最大粒径不大于30em；填筑厚度不大于30cm。§7．3强夯施工§7．3．1强夯施工顺序(1)平整场地。用推土机将草皮推除约30cm．将场地平整。(2)回填垫层。在平整后的地基上回填片石，其中A区片石粒径不大于50cm，回填厚度为80cm，B区片石粒径不大于30cm，回填厚度为50cm，石料强度中微风化以下，含泥量小于5％。用推土机将回填土推平，来回碾压，以利于夯击作业。(3)放夯击点位置。根据设计制定的夯点布黄圈由测量人员在施工现场测量放样，每个夯点用石灰做好标记，布点必须准确，其偏差不得大于5cm。(4)夯击就位强夯。施工时采用隔点不隔行的跳夯法一边夯定，分两次夯击，如图7t所示。第一次先夯“+”的夯点，然后推平回填夯坑从新放线放点，再夯“o”的夯点。67 砷琦土，_．谱工靠覃士萱僵倍t强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏强夯施：I：=主要参数的选择见表7-3。表7-3强夯施工主要参数表夯击能量夯击间距及最后两击平均区号夯型夯击遍数每点击数(kN·m)布置(m)夯沉量(cm)点夯2000正方型布点《5连夯一遍10--12A区间距3．5m满夯1000搭接1／4《3连夯一遍5点夯1000正方型布点《5连夯一遍8～10B区间距3m满夯800搭接1／4《315§73．2施工设备的选择强夯试验中，采用的是甘肃省机械化工程公司2台强夯机械设备甘机01组，夯锤重187kN，锤底直径2．55m。静压力36．6kPa；甘机02组，夯锤重165kN，静压力为50kPa，测试结果达到设计要求。正式施工时，采用3000kN·m强夯机械6～10台，具体见表7—4。表7—4强夯施工机械表序夯击名称夯架高夯击能量锤重提升高度锤底直径号度(m)(kN·In)(kN)(m)fm)13000kN·111强夯机18．50200016512．122．0023000kN·Ill强夯机14．0010001855．402．5033000kN·I／I强夯机18．50200016512．122．OO43000kN·m强夯机18．502000t6512．122．0053000kN·m强夯机14．0010001656．062．0063000kN·m强夯机14．0010001158．702．50§7。4强夯监测与测试1孑L隙水压力测试与夯击能量的确定。68 一一土簟●什z靠覃士●任静土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏在砂性土中，孔隙水压力的增长及消散仅是几分钟的过程，孔隙水压力不能随夯击能增加而增加。根据两区域强夯试验所绘制最大孔隙水压力增量与夯击次数(夯击能)的关系曲线7—3来确定最佳夯击能。当孔隙水压力增量随着夯击次数的增加而逐渐趋于稳定时，即认为砂土所接收的能量达到饱和状态，此时的夯击能为最佳夯击能。在两区试夯中，夯击次数都在6击和7击时，孔隙水压力均不在上升，因此点夯最少次数不能小于7次。因此A区夯击能为2000kN·m。根据孔隙水压力衰减曲线图7-4可以看出，强夯时砂土地基的孔隙水压力增长和消散都极为迅速。为了强夯施工方便，可采用连续逐点夯击的施工工艺，即强夯施工完成全部点位的夯击作业(不考虑其固结消散所需时间)1—FO。埋深2m点：2—r=o，埋深4m点：3—F2，埋深2m点；4—戒，埋深4m点：图7-3最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线2．夯击变形测试。时问Cmin)5Odo502O1．0O图7—4孔隙水压力衰减曲线图埋深‰点时问(miT0O0O0m¨=：们=：¨¨o 而琦太簟●讳工枉壕士母幢栳土强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏70 一辟土簟呻．棒工靠覃士母佳话立强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏图7-5跑道西、中、东区总沉降统计图在强夯施工过程中，用水准测量方法，对夯坑沉降和地面变形进行测量。通过对整个施工过程的统计．平均点夯后夯沉量为11．Tcm，满夯后夯沉量为20．2cm，总夯沉量为31．9cm，总夯沉量统计如图7-5所示。夯沉量数值在设计范围内符合要求。同时，随着夯击次数的增加，夯击下沉量随之增加，累计隆起量小于夯沉量的20％。3．强夯后地基测试。(1)片石垫层密实度检测。垫层的密实度采用灌水法检测，共布137个检测坑，坑大小为80cm×80cm，检测深度至砂层顶面，即片石垫层的厚度，重度(kN／m3)=坑内石块熏量(kN／m3)／坑内灌水体积(矗)。经检测。每个检测点容重均大于21kN／m3的设计要求，平均容重21．5kN／m3，因此，片石垫层属于中密一密实。(2)浅层砂性土夯后密实度检测。采用标准贯入和静力触探两种手段进行检测，其中标准贯入试验18孔，静力触探9孔，深度以进入风积细纱4m为准，由于片石垫层属于中密一密实，采用人工挖除，见砂层用钢管护壁后进行标贯和静力触探。检测结果均符合设计要求，71 日一土簟中什工枉覃士警谊静止强夯法在软弱地基处理中的应用朱益宏标贯N035≥23击，静力触探锥尖阻力q。≥12kPa。静力触探JKl0孔、JKl3孔静力触探综台图如图7-5所示。标准贯入ZKl6孔、ZKl7孔钻孔状图如图7—7所示。4．强夯前后指标对比。见表7-5。盹层t层宦厚睦尖鬻臀栗瞳l2345气尹8尹10臻％亭号g称咀力；46÷lO12t416le20犯af11：'akPa％拍∞∞∞100120140160ltl021XlkPa块石O．9l0①垫层2．03．0’⋯”_=一；40一，．3’々吼私4．0理Oi00S05．O