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强夯技术的优点  2019-07-12

为充分利用强夯技术的优点,确保强夯在粗粒土和饱和细粒土中均取得较好的、实用性的加固效果,在工程实践中又逐渐发展了一些不同类型的复合式强夯技术,最基本的可归为两类:


一类是普通强夯,指采用普通强夯施工设备、工艺和设计方法,对土体进行有效加固,以提高地基承载力和减小沉降量。包括常规强夯(中低能级)、高能级强夯以及预处理强夯(对土体进行预处理,使之更加适合强夯,包括强夯拌合法、强夯置换法、置换后强夯和动力排水固结法)等;






另一类是特种强夯,指普通强夯施工工艺不能实施的,须结合其它处理工艺、设备和方法进行的复合式地基处理方法。包括爆炸强夯法、电渗强夯法、孔内深层强夯法、地基夯实动力打桩工法、旋转夯锤式强夯、锥(球)形锤强夯、液压高速夯实法、水下强夯法等。复合式强夯技术不但可以有机结合两种或多种方法的优点,摒弃各自的缺点,而且可以进一步拓展强夯法的适用范围。


1.普通强夯


  (1)方法一:常规强夯






指单击夯击能在6000kN.m以下的中低能级强夯,其有效加固深度在10m以内。


(2)方法二:高能级强夯






指单击夯击能在6000kN.m以上的强夯,其有效加固深度在10m以上。


(3)方法三:强夯拌和(混合)法(DCM)


强夯拌合(混合)法(Dynamic Compaction & Mixing)是在饱和软粘土上铺设0.5~ 2.0m或更厚些的垫层(可用矿渣、钢渣、碎石等粗粒料),利用高能量夯击作用,使上部垫层与下部软土发生机械混合,改变软土的组成,从而改善其工程性质。


(4)方法四:强夯置换法(DR)和强夯置换混合法(DRM)






不同于强夯拌合(混合)中使垫层材料相对均匀混入土中或零星地存在于被处理土中,强夯置换则是在土中通过强夯形成相对独立、完整和连续的置换体,使置换体成为地基的一个增强体,从而构成垫层或复合地基。


强夯置换在名称和工艺上尚未完全统一,英文常称为Dynamic Substitution或Dynamic Replacement。在国内一般称强夯置换(DR),当用于淤泥类土中时称作强夯挤淤,所形成的置换体被称作碎石柱、碎石桩、碎石墩等。在应用型式上大致可分成两种:一种是夯点间有一定间距时,置换体规则分布于被置换土中,置换后,置换体用作建筑桩基或形成置换体与桩间土的复合地基,这种方式称作单点置换或点夯筑桩(淤泥类土中称桩式挤淤)。另一种是在加固面积或加固宽度较小而置换点密集时,在一定范围内置换体连成一体,形成一层相对完整的置换材料组成的垫层,与被置换土层或下伏土层在局部形成层状地基,此称整式置换(整式挤淤)。在施工上的一般做法是:在平整后的场地上铺设一个施工垫层(以利于施工机械行走、水平向排水和减缓地面隆起等),形成夯坑后,用散体粒料(碎石,矿渣等)将夯坑填满,完成1次置换;以相同步骤作第2、3、……次置换,直至置换体达到预定深度,由此1次性完成对1个点的置换。然后顺次或跳行对其它点置换直至完成所有夯点的置换,最后做满夯,从而完成整个场地的强夯置换。在有些工程中也采用类似强夯的方法,分遍完成对各夯点的置换。


强夯置换在国内发展迅速,应用的技术经济效果也极明显。该法在国内最早列入深圳等一些地区的地基处理技术规范,目前已经列入国家地基处理技术规范(JGJ79-2002)。强夯置换在一些大型工程地基处理中应用,取得了显著的技术经济效益。例如深圳机场跑道、滑行道建设中,两侧的拦淤沉堤用抛石挤淤和强夯置换挤淤,堤身一次穿透含水量85%左右淤泥沉到6m以下的硬质粉质粘土中,解决了换填建设方案中关键技术问题。占地29000m2的深圳机场停机坪扩建工程,采用强夯置换处理形成深7m、直径1.4m的碎石墩,复合地基承载力达140kPa以上。马鞍山钢铁公司2500m3高炉原料堆场,面积近50万m2,设计荷载325kPa,地基土表面1~1.5m之下有厚6~19m淤泥质饱和流塑状粘土,地基承载力标准值仅90kPa,采用插设塑料排水板后进行强夯置换,处理后形成5m的置换层,3×3m载荷板检测结果表明,使用荷载作用下沉降仅44.7mm,夯后沉降量仅为夯前的5%,5m以上地基土的承载力达300kPa以上,其下各层承载力也达130~190kPa。宁波北仑港20万吨级矿石中转码头工程,20.8万m2的堆场采用强夯置换石碴代替原设计的塑料排水板堆载预压加固厚层淤泥质粉质粘土,处理后桩体直径1.2~3.0m,桩长约8m,复合地基承载力可达220kPa的设计要求,取得了良好的技术与经济效益。


置换深度取决于夯击能、土性(c, φ值)、土质条件、停夯标准等因素,其加固机理中包含了多种加固作用:强夯置换=置换+加密+大直径排水+混和。要比较接近实际的考虑强夯置换问题,我们必须考虑其很多复杂的性质,如孔隙水的流动、由于强夯处理带来的原土的特性改变、高能量产生的大量的轴向及侧向变形等问题。Thilakasiri et al(2001)用三维非线性大应变有限元程序DYCOM和DYNA2D进行了分析,该程序对置换用的砂子采用椭圆型帽子模型,对有机软土采用修正的剑桥模型,并将计算结果与足尺模型试验进行了对比。


强夯置换混合法(Dynamic Replacement & Mixing,简称DRM)多用于有机粘土和泥炭质土等,以消除或减少其在附加应力下产生的过大沉降量和次固结沉降。Kwang Wei Lo和Peng LeeOoi等在新加坡进行了一系列现场试验。如图1所示,对这两类土的处理可分为两个阶段进行:先是强夯置换(DR,图1(a)和图1(b)),在高压缩性土中进行低能量强夯,并在夯坑中填粗砂形成砂桩;接着进行强夯置换混合,在砂桩上施加高能量强夯(图1(c)),进一步置换并将置换体下移,使砂桩振散砂粒喷溅,形成刚度更大、徐变特性相对较小的双层组合土(图1(d))。为了对现场试验结果进行细化和放大,他们又进行了室内模型试验。在各种强夯能量下通过改变泥炭土和砂的混合比例进行试验,对处理后的试样又进行了固结试验,研究强夯置换混合法处理后地基的压缩性。试验强夯分五遍进行,前4遍为低能量强夯置换,单击能1500kN.m。第五遍为强夯置换混合,单击能为3000kN.m。检测结果表明强夯后泥炭土的承载力和变形模量均有大幅提高。






(5)方法五:置换后强夯法(RDC)


强夯置换是先强夯后置换,在适宜强夯的土质中先形成夯坑,然后在夯坑中填砂石,有效加固深度在4~7m。与之不同,置换后强夯则是先置换后强夯,先在软弱淤泥质土中形成较长的碎石桩、砂桩、双灰桩、灰土桩或渣桩等置换体或插设排水板,再施加强夯,处理深度深,加固效果好,应用范围广,对不能直接强夯的土质亦可。在此法联合加固中置换体和强夯二者相互补充,如置换体在对土体进行置换、挤密的同时,又为强夯作用形成竖向排水通道,而强夯反过来亦增强置换后土层的上部加固效果等,彼此相辅相成,取得了较为理想的效果。


置换体加强夯的加固方法,一方面可借助强夯在浅部加固效果显著的特点,加强置换体(挤密碎石桩等)在浅部的加固效果;另一方面,置换体又改善了强夯时的排水通道,有利于饱和软土中强夯效果的提高。由于碎石桩加强夯比单纯的挤密碎石桩可稀疏些,工艺可简化,使地基处理的总费用与单纯挤密碎石桩方案相比基木持平或略低一些。


置换后强夯法不仅将碎石桩等置换体加固深层与强夯法加固浅层的优点在饱和软土地基处理中有机地结合起来,而且又具有方法本身的特点,其主要表现在以下六个方面:(1)加速软土的排水固结作用;(2)碎石桩密实程度的进一步提高,大的强夯能量作用于桩体,使碎石桩产生较大的竖直变形,增大了碎石桩体的实密度;(3)对土体含水量接近饱和的土避免形成橡皮土,这类土若在强夯置换一次又一次的夯击和揉搓下很可能形成橡皮土;(4)碎石桩的扩径作用,一方面使置换率提高,另一方面扩径可使桩间土挤密;(5)挤淤置换作用;(6)预振效应,地基土受到一定的振动影响,这对消除地震液化是极为有利的。


国内较为成功的工程实例有:武钢四烧地基处理(淤泥厚6~8m) 采用夯扩渣桩+强夯;廊坊长途汽车站工程(粉土夹淤泥层)、饶阳印染厂工程(饱和粉质粘土和粘土)、山西芮城非金属矿制品厂工程(湿陷性黄土)采用了碎石桩+强夯法;解放军某部硅铁矿主厂房工程采用了双灰桩+强夯法(生石灰和粉媒灰,体积比为7:3);建设部2000年小康住宅示范小区天津市宜白路住宅小区及川府新村工程(1.1~4.2m的淤泥质土)采用了砂桩+强夯法等。


(6)方法六:动力排水固结法(DCP)


动力排水固结法(Dynamic Consolidation with Pre-compression)是动力固结法与堆载预压法联合加固的方法,有些学者也称之为“动静结合排水固结法”,适宜于饱和软粘土、淤泥质砂土等,该方法利用强夯冲击产生较高的孔隙水压力并在堆载预压静载的作用下消散,使堆载预压的时间大大缩短,加固效果提高。


与传统强夯法不同,动力排水固结法强调软土的排水固结特性。软土具有含水量、高孔隙比,低强度和易流动等特点,所以其性质的改善取决于孔隙水压力能否迅速消散、孔隙水能否迅速排出,以及软土不被过份扰动,以保持软土本身的微结构不被破坏。因此,动力排水固结法强调排水体的设置,即采用该法时应首先按排水固结法在软土中设立竖向排水体(如塑料排水版、袋装砂井等)和水平排水体(如砂垫层、盲沟、集水井等),并强调及时用水泵强制排水以保证加固区地下水位不上升。


增设竖向排水体的强夯思想源于固结理论,其出发点是通过缩短路径改善排水条件,以加速夯击产生的超静孔压的消散。例如天津新港软粘土采用袋装砂井+强夯处理后,超静孔隙水压力一周内可消散95%(不设砂井时,4周后只能消散80%);有效变形量由不设竖向排水通道时的20%增至设置排水通道时的45%。在上海崇明岛机场面积为45万m2软粘土地基处理中,开发并采用了一种新的强夯工艺。该机场地基处理的主要对象为原地面下1~5m的淤泥质粉质粘土,该土的含水量约37%、孔隙比约1.0、静力触探锥尖阻力0.25~0.75MPa、承载力50~80kPa;通过插设塑料排水板和埋设软式透水管加强排水,采用先轻后重、少击多遍的夯击工艺,使该地基淤泥质土经强夯处理达到了理想的效果,夯后地基土的承载力达到120kPa以上,静力触探锥尖阻力达到1.14~2.69MPa,消除了软粘土的主固结沉降。


动力排水固结法与强夯法的另一不同之处在于对夯击能的使用方面。强夯法通常先用高能量加固深层土,再加固浅层上,最后用低能量满夯加固表层土。而该法则先加固浅层软土,待浅层排水固结强度有所提高后,再逐渐加大能量,以加固深层软土。


(7)方法七:异形锤强夯


强夯振动会产生瑞利波(R波)、压缩波(P波)和剪切波(S波)。P波有助于增加土粒间的正应力,提高压缩量;S波有助于产生剪切位移,促使土粒重新排列;P波和S波的振幅越大,加固效果就越好,这是我们所期望的。Miller & Pursey研究发现,平底的浅基础稳态振动时产生的R波、S波和P波占总能量的百分比分别为67.3%、25.8%和6.9%。传统的平底夯锤就像一个浅基础,因此可以认为强夯的能量在三种弹性波中的分配与稳态振动的浅基础相似(Smoltczyk)。S波的能量比例非常小,这就暗示我们可以通过改变夯锤底面形状来增加S波的能量。T.W.Feng在干砂(相对密度30~40%)和湿砂(相对密度60%)试样上对平底、锥形底(Conical-base)和球形底(Spherical-base)夯锤的夯实效果进行了一系列比较试验研究。三种夯锤的尺寸如图2所示,试验发现锥形底和球形底夯锤的夯坑体积分别是平底夯锤夯坑体积的1.29~1.95倍和1.16~1.32倍,电子静力触探试验显示加固影响区也较大,加固效果比平底夯锤更有效。


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到目前为止,强夯夯锤大都为钢制或钢包砼的圆形平底锤。我国的一些施工公司在实践中发现将锤底制成稍带凸弧,增加了侧挤使坑壁稳定,减小了起锤力和坑壁塌土。为了进一步增大侧挤、置换效果和加固深度,工程实践中强夯夯锤的一个发展方向就是圆柱体或底部形如子弹头的“异形锤”, 锤重多为10t、20t和30t三种,直径在1.0~1.5m之间,高度依重量而不同,锤底静压力200~400kPa。20t异形锤高度2.5m,30t异形锤高度接近3.0m,由于高度太大,重心偏高,易于倾倒,造成人身安全事故。异形锤的冲孔深度很大,在冲孔中加入填料,其侧向挤密效果显著,加固深度也较大。此外,还有梯形锤(易于提锤)、倒梯形锤(加大侧挤能量)等。总之,各种形状夯锤均有其优缺点,工程中选用什么形状的夯锤,依所要加固的土层、土质等情况而定。


(8)方法八:孔内深层强夯法(DDC法)






孔内深层强夯法是将强夯法和挤密法相结合在工艺上的创新,它是先成孔,再向孔内填料,然后以重锤在孔内进行夯击,使填料向孔周侧向挤压以达到加固地基的目的,又称DDC法(Down Hole Dynamic Compaction)。DDC技术桩锤呈尖锥杆状或呈橄榄状,夯击时,对下层填料是深层动力夯、砸、压密,对上层新填料是动力夯、砸、劈裂和强制侧向挤压密实。


孔内深层强夯技术能大量消耗建筑及工业垃圾,利用各种无机固体废料进行地基加固处理,减少环境污染,变废为宝。该项技术先后在数十项地基处理工程中应用,消除了深厚黄土地基的湿陷性,大幅度提高了地基承载力,降低地基压缩性,地基处理效果显著。


从作用机理来讲,DDC技术是通过机具成孔(钻孔或冲孔),在地基处理的深层部位进行填料,用高动能的特制重力夯锤进行冲、砸、挤压的高压强、强挤密的夯击作业,从而达到加固地基、消纳垃圾和渣土的目的。对于复杂地层或有饱和软土、淤泥层地基,为保持核体的完整性,防止因侧向土约束力太差,导致桩体变形,也可采用具有复合材料的桩体,可在软土层段填夯素混凝土料,其他土层再改填一般填料。


采用DDC技术加固的桩体,不仅使桩体十分密实,受到很大夯击能后缓缓释放,不断对桩周土施加侧向挤压力,而桩周土受到的侧向强力挤密应力,成桩后慢慢释放,对桩体产生很大的侧向约束的“抱紧”作用,使桩体具有刚、柔性桩的特点。不足之处是在对含水量较大的土处理时易发生“丢锤”现象,效果不甚理想。


(9)方法九:电渗—强夯法(EODC)


电渗—强夯综合法(Electric Osmosizing—Dynamic Consolidation,简称EODC)是利用土的电动现象,将电渗降水固结技术和强夯密实加固方法相配合,以达到加固软弱地基的目的。电渗与强夯法配合使用,可明显改善土体组分、结构,大幅度增加承载力、降低其压缩性,达到优质、高效、经济的处理效果。


工程界静态疏干饱和软粘土中含水而使之固结的方法很多,如堆载预压法、降水预压法、真空预压法、砂井堆载预压法等,但上述各法仅能排出粘土中部分自由水,难以抽出粘土的结合水,因此只能缓慢长时间降水(一个疏干固结周期往往长达1~3年),难以适应工程需要。如向土层施加直流电场,利用电能及电泳、电渗破坏土中各种水与土粒的吸附结合,使自由水和弱结合水汇集阴极并被抽走,可实现快速降水。此法每个排水周期仅7~10天。同时阳极(钢、铝)被电蚀,进入土中的金属离子与OH-1等阴离子结合成胶凝,亦能粘结土粒,所以,其加固土体的技术特点是以物理固结为主,伴以物理化学固化,改变与强化土体结构,从而改善土体物理力学性能,充分发挥其固有能力。影响电渗—强夯综合法施工质量的因素颇多,其中最为关键的是砂井的质量。它直接影响电渗排水的成败,影响强夯施工参数的确定及强夯的加固效果。所以要严格保证砂井的成井质量。


电渗强夯法处理地基无污染、噪音低、工期短,特别适用于加固要求承载力不大、下伏土层深且厚的大面积场地。在珠海一软弱地基加固处理中使用该综合法将高含水量、高压缩性、高孔隙比、低强度的软弱土层的承载力提高到近5倍,含水量降低了15%,剪切强度提高了31%,后期沉降量可控制在设计要求范围内(≤10cm),该工程电渗—强夯法施工前后各物理力学指标的对比详见表1-2。所以说若不考虑其用电量大、不太经济的缺点,它是一种无污、低噪、快速的软土加固技术,在沿海、沿江、沿湖地域有广阔的推广使用前景。


2 特种强夯法


(1)方法一:爆炸—强夯法(EDC)


爆炸法(Explosive Compaction Method,简称ECM)加密饱和砂基和粉砂在世界上的各种工程中已经使用了70多年,尽管施工设备简单、经济、加固深度大,但设计方法的高度经验性限制了它使用的广泛性。爆炸加密饱和砂基的主要环节在于排出孔隙水,这种方法只能限于饱和介质,而在实际工程中,如码头陆域堆填的砂体上部常常有1~4m的非饱和砂,单纯用爆炸法对于上部这些松散的砂体就无法实现加密。故爆炸—强夯法(Explosive & Dynamic compaction)既可利用爆炸加密法的优点加固深层砂体,又可利用强夯法的优点加固浅部砂层。


爆炸法处理地基在国际上有很多实例,都取得了好的加固效果。国内也成功应用该工艺加密深达14m厚的饱和砂基。如某填海造地工程布置在清除淤泥后的人工回填砂基上。砂层厚度7.0~16.0m,平均厚度约13.0m左右。在爆炸加密的基础上采用强夯法再加密。试验研究证明:(1)爆炸法对6.0m以下深砂层加密效果好,而强夯法与此相反,对6.0m上砂层加密效果好。将两种方法结合起来使用,能使厚层砂基上下都得到较好的密实。(2)采用先爆炸后强夯的施工程序是合理的,加密效果好,标贯点合格率高,砂层密实均匀性好。深层爆炸不但能加密砂层,且有提高砂层底部及其下卧粘土层物理力学性能的优点,浅层强夯不仅加密上部砂层的功能,还有提高下部深层砂层密实度的作用,能发挥爆炸益于深层,强夯益于浅层的优点。(3)该方法经济效益显著,工程造价省。经测算和实际工程对比,加密同样体积的砂层地基,比振冲法造价减少约2/3,施工速度快一倍。从现场标贯资料比较,加密质量比振冲法好,具有设备简单、速度快、质量好、成本低的优点,值得在此类地基处理中推广。该工艺虽施工方便,造价低廉,但作为新工艺它还需在生产中得到进一步的改进,优化爆炸、强夯参数,施工成本还可以有较大幅度的降低。


(2)方法二:地基夯实动力打桩工法(DCOM法)


日本学者T.Nakaoka等针对强夯由于能量沿深度指数衰减可能导致浅部土层过量夯实和深部土层夯实不足的问题,发展并应用了一种类似于沉管桩的工法称为“地基夯实动力打桩工法”(Dynamic Pile Driving Method For Ground Compacting,简称DCOM法),在日本歧阜(Gifu)南部一15m厚填土工程中的试验研究和成功应用,均表明该法能使较大深度土层达到相当均匀的改良。


DCOM法不仅适用于粗粒材料的地基(如碎石土、硬粘土、固体废弃物等),还可用于软粘土地基。该工法施工时分两个阶段:(1)打桩阶段:用7吨桩锤将内径30cm,外径60cm的钢管桩打入填土10m;(2)桩体形成阶段:拔桩2~5m,桩尖打开,填入碎石、砂等粗粒料,然后用桩锤冲击压缩填料,形成桩体。在这一过程中桩间土也得到振密与挤密,DCOM法的加固效果与桩径、桩间距、桩长、填料类型、冲击次数等因素有关。


(3)方法三:旋转夯锤式强夯(RDCM法)


M.Kanatani、Y.Yoshida等出了一种综合利用夯锤的势能和转动动能的“旋转夯锤式强夯”(Dynamic Consolidation Method With Rotational Ram,简称RDCM),并将该法与常规强夯法(DCM,夯锤自由下落)通过模型试验进行了对比。


试验装置如图3(a)所示,Tonegawa松砂的平均粒径d50=0.34mm,均一性系数Uc=1.95,比重ds=2.701,初始相对密度是10%,含水量在10%左右,分5层置于150×150×110cm的矩形容器中,砂层底部铺设10cm的碎石垫层。夯锤的起吊和旋转机理见图3(b),夯锤通过气动卡盘上的吊钩起吊,通过释放气动卡盘气缸中的压缩空气下落,通过气动机传动的齿轮对夯锤施加转动动能。






圆形夯锤底部钢钉的设置,以使夯锤接触地面时转动能量的损失减到最少。试验中夯锤的转动频率为4Hz,在这种情况下,夯锤的转动动能与夯锤自由落体的势能相差无几。加密的程度和深度通过试验前后的静力触探阻力来确定,此外还进行了夯沉量测试和各遍夯击下地面竖向位移测定等。


检测结果表明在所有测点上经RDCM处理后的静探阻力增值△qc均大于DCM处理后的△qc,在接近地表处经RDCM处理后的△qc远大于经DCM处理后的△qc。尤其是在夯锤下区域,接近地表处经RDCM处理后的△qc是试验前初始静探阻力的2倍,而经DCM处理后的△qc大约是试验前初始静探阻力的1倍。RDCM处理后的加固深度也会比DCM的加固深度的大一些。试验发现,相同击数下RDCM的夯沉量大约是DCM夯沉量的2倍,RDCM夯锤周边地面稍有隆起,这是因为转动的夯锤在触地一瞬间对地面造成局部的剪切膨胀所致。两种方法产生的地面沉降差异很小,然而比较它们在不同深度产生的竖向位移,可以看出RDCM在地面产生的竖向位移和形成的夯坑面积要比DCM的大。Y.Yoshida和M.Kanatani等提出了旋转夯锤这一强夯的新概念,模型试验显示它可提高加固效果,但由于施工困难,大吨位的施工机具较难实现等原因,目前尚未用于工程实践。


(4)方法四:强夯+CFG桩


CFG桩是指用水泥、粉煤灰和碎石石屑加水按一定比例配制而成的,具有一定粘结强度的半刚性半柔性桩体,即水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile)的简称。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。其特点在于可以改变水泥、粉煤灰的比例而得到不同刚度的桩。CFG桩复合地基适应范围较广,费用低、施工方便、承载力高及其广泛的适应性等优点,得到广泛的推广与应用。


强夯+CFG桩联合加固方案即先用小能量强夯进行大面积超宽处理,以消除欠固结土,加速地基土固结过程。然后在建筑物范围内进行CFG桩处理,置换原土体,挤密桩间土,充分利用CFG桩桩身压缩量小、端承力高、控制沉降效果好的特点,从而使CFG桩复合地基的承载力、沉降量及地基均匀性均满足设计要求。如某工程场地原为采砂坑,后被用作养鱼塘,回填时间不到半年,自重固结尚未完成。结构设计要求复合地基承载力标准值为180kPa,采用强夯+CFG桩方案加固后的检测结果表明:(1)该场地经强夯施工达到了场地土大面积消除欠固结的效果,扰动砂层密实度明显加强,提高了地基土的承载力和均匀性;(2)CFG桩施工桩长从2.5~6.0m不等,复合地基承载力、沉降量及沉降差均满足规范要求,该建筑物已竣工使用2年多,效果良好。


(5)方法五:液压高速夯实法(RIC)


传统的强夯技术使用履带吊车施工,夯击频率为2~3分钟1击,若按每夯点15击、直线行进的挪锤移位计算,每个夯点夯击一遍需要30~50分钟。BSP液压高速夯实机即BSP Rapid Impact Compactor (RIC) (见图4),使用了强夯技术的原理,并通过特殊设计,以便进行特定深度地基的夯实处理。液压高速夯实机的设计源自BSP液压桩锤,具有高移动性,其7吨或9吨的锤体落高为1.2米,每分钟可夯击40次以上。根据锤重的不同,每次对地夯击能量最高可达108kN.m。夯击能量通过直接放在地面的BSP专利的1.5米直径的钢锤脚传递给地基,不仅可以减小能量传递的损失,而且可以保证液压高速夯实机安全的靠近结构物和人员设备作业。尽管单次夯击的能量与传统的强夯设备相比较小,但是液压高速夯实机的高速夯击频率弥补了这一点。


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图4 液压高速强夯机在哈萨克斯坦储罐项目进行施工


液压高速夯实机自出现以来,在世界各地已被广泛用于油库、港口、机场、高速公路等的地基处理。在环卫领域可用于垃圾填理场垃圾的埋填夯实,以减少垃圾的二次污染。在中国和日本,液压高速夯实机也被用来补充夯实高速公路的路堤和桥台台背填土,以减少填土的沉降,延长道路的使用寿命。


(6)方法六:水下强夯法(Underwater DC)


随近岸和离岸工程的日益增多,利用强夯法加固海底和水下软弱地基也成为必然的研究课题。在水介质中传播P波,相对而言,在液相介质中能量损失较少,是比较有利的。由于在水和土中振动所引起的频率、速度、能量是不同的,因此强夯时具有不同的振动效应,当二者的动力差大于土粒对水的吸附能力时,自由水、毛细水将从颗粒间隙析出,土密度提高,强度逐渐增加。为了减少夯锤冲击能量在水中的损耗,夯锤被设计成流线型,夯锤中间设有上下贯通的孔洞,落锤高度限制在一定范围内,主要通过增加锤重来提高单击夯击能。科威特某军港拟建一条新防波堤,防波堤底部地基土上部为厚4~5m的松散粉砂,原先打算挖掉这层5m厚的松砂,换填大块石。最后决定在海底上直接抛一层2.5m厚的块石,再用320kN重的特制流线型格栅状夯锤,如图5所示,从海面处下落(落距10~12m)进行加固。这样即省去水下挖泥工程,又节省了大量抛填块石。测试结果表明,夯击面以下5m范围内土的强度提高4倍,仅用了9个月就完成了36000m3堤基的加固工程量。上述工程中采用了夯锤直接落入水中的方法施工,为了减少水对夯锤的阻力,并使夯锤落下时具有准确的方向性,可能要改变锤的几何形状,日本曾有学者建议使用附设套管的方法施工,但目前该设想还停留在方案阶段。

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