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强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创并创用的。由于强夯法特有的优点,所以在国外十分普遍。1974年英国工程师协会专门召开了深基础会议,在该次会议上Menard本人对强夯作了详细介绍。从那以后,十几年来第九、十、十一界国际土力学和基础工程会议上以及世界各地区性会议上,都发表了很多关于强夯的论文,对强夯的发展、完善起到了很大的推动作用。我国是1978年9月引进这项技术的,1979年首先在塘沽进行了强夯法加固粘土地基的实验研究。1979年6月分别在河北省廊坊与山西省阳泉,对轻亚粘土、粉细砂地基与黄土质砂粘土填方地基进行了处理。这是我国采用强夯法处理地基的最早两项工程。随后很快推广到北京、上海、天津、广州、深圳等很多地方,并且都取得了良好的技术经济效果,为国家节省了巨额基础工程费用。
3 加固机理
3.1 动力固结理论
强夯法虽然已经在实践中证实了是一种比较好的地基处理方法,但到目前为止还没有一套成熟和完善的理论和设计计算方法。在第十界国际土力学和基础工程会议上,美国Menard教授在“地基处理”的科学发展水平报告中精辟的论述强夯法的传统固结机理:强夯法目前已经发展到地基土的大面积加固,深度可达30m。当应用于非饱和土时,压密过程基本上同实验室中的击实实验相同。在饱和无粘性土的情况下,可能会产生液化,其压密过程同爆破和振动密实的过程相似。这种方法对饱和细粒土的效果,成功和失败的例子都有报道。对这类土需要破坏土的结构、产生超空隙水压力以及通过裂隙形成排水通道。而强夯法对杂填土特别有效。
实践证明,在夯击的工程中,土体的瞬时沉降可达几十厘米;土中产生液化后使土的结构破坏,土的强度下降到最小值;随后在夯击点出现径向裂隙,成为加速空隙水压力消散的主要通道;因粘性土具有触变性,使降低的强度得到恢复和增强。Menard教授实践,并结合传统的固结机理,提出了饱和土是可以压缩的新的机理,并现在得到了大多数科学家的认可。下面再作进一步的介绍。
(1) 饱和土的压缩性
在工程实践中,不论对土的性质如何,夯击时能立即引起地基土的很大沉降,这个结果对颗粒状土是可以理解的。对渗透性很小的饱和细粒土,孔隙水的排出被认为是考虑沉降的必要和充分条件,这是传统的固结理论的基本假定。由于饱和细粒土的渗透性低,因而在瞬时荷载作用下,空隙水不能迅速排出,这样就无法理解在强夯时回立即引起很大沉降的机理。
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,其含量大约在1-4%。进行强夯时气体体积压缩,空隙水压力增大,随后气体有所膨胀,空隙水排出的同时,空隙水压力就减小。这样每夯一遍,气相体积和液体积都有所减少。根据实验,每夯击一遍,气体体积可减少40%。
(2) 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。当气体按百分比接近于零时,土体变成不可压缩的。相应于空隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级,土体即产生液化。如图1所示,液化度为空隙水压力与液化压力之比,而液化压力即为覆盖压力。当液化度为100%时,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,土的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量者,除了使土起重塑的破坏作用外,能量纯属是浪费。
应当指出,天然土的液化常常是逐渐发生的,绝大多数沉积物是层状和结构性的。粉质土和砂质土层比粘性土层先进人液化。并应当注意到,强夯时所出现的液化,只是土体的局部液化.
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