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强夯置换法

物理学术语

强夯置换法是指利用重锤夯击排开软土，向夯坑内回填块石、碎石、砂或其他颗粒材料，最终形成块(碎石)墩，块(碎石)墩与周围混有砂石的夯间土形成复合地基，其承载力和变形模量有较大的提高，而块(碎)石礅中的空隙为软土孔隙水的排出提供了良好的通道。经过强夯置换法处理的地基，既提高了地基强度，又改善了排水条件，有利于软土固结。

分类
工程实践中，强夯置换法用于处理含水量过高的黏性土填土和厚度不大的淤泥、淤泥质土地基，都有大量的成功经验。能够克服挖土换土不能太深(一般深度3m)粉喷桩不能太浅(一般为大于6m)的局限性，且有成本低、工期短的特点。因此，用于处理黄河冲积平原浅层(小于6m)的软基。
强夯置换分为：①单点夯击置换形成独立的墩置换体形式；②足够间距的群点置换，形成有序排列的群墩复合地基的置换形式；③密集布置的群点夯击，形成整体置换的形式等三类。单点夯击的置换体深度一般为5～7m，最深者8.5m；整体式置换的深度，一般不会超过单点夯击置换的深度，在淤泥中挤淤置换的深度一般为6m，最深10m(采用特殊工艺)。
单点置换原理
圆柱体形的重锤自高空落下，接触地面的瞬间夯锤刺入并深陷于土中，在瞬间释放出大量能量，对被加固土体产生的作用有三个方面：
(1)直接位于锤底面下的土，瞬间承受锤底巨大冲击压力，使土体积压缩并急速地向下推移，在夯坑底面以下形成一个压实体，其密度大为提高。
(2)位于锤体侧边的土，瞬间受到锤体边缘的巨大冲切力而发生竖向的剪切破坏，形成一个近乎直壁的圆柱形深坑。
(3)锤体落下冲压和冲切土体形成夯坑的同时，还产生强烈的震动，基于震动液化、排水固结、震动挤密等联合作用，使置换体周围的土体得到加固。
置换方法与置换效果
一次置换形成的夯坑深度一般为夯锤直径的1～2倍，要求置换体深度大时必须经过多次的置换才能达到目的。第一次置换先夯出一个深度为1～2倍锤径的夯坑，填满碎(块)石等置换材料后，以完全相同于前述的步骤再做第二次置换，直到第”次置换达到预期的目的或置换深度为止。
多次置换所形成的置换体，其形状、尺寸与置换工艺等多种因素有关。下面根据室内模型试验和野外原位试验，探讨高饱和度土的强夯置换工艺和置换效果。
形状、尺寸与施工工艺
1)置换体呈碗底形的圆柱体形，其直径、深度与夯击能量直接相关。要求置换深度大，必须提高夯击能，有效地增加每次的置换深度，并增加置换的次数。
2)要求置换的直径小、深径比大，除了采用小直径夯锤外，还必须提高单击夯能，有效地增加每一锤的贯入深度。置换体的直径一般为1.5～1.8倍锤径，由单击能量、被置换土体和置换材料性质而定。
3)置换土料的性质对置换体的形状有很大影响，碎(块)石等粗粒材料的置换效果良好，置换体的轮廓清晰，当被置换土层为饱和软土时，不适宜用砂、砾、山皮土作置换料。
4)被置换土体紧紧地被压缩在置换体下方形成一个冠状挤密区，其轮廓范围十分清晰。夯坑为1倍锤径，被置换土的体积显著压缩，密度大为提高。挤密区的底部厚度达1.5～1.8倍锤径，相当于置换体的直径。挤密区的直径可达3倍锤径。
5)置换地面的隆起量可以反映置换的效果和被置换土体的挤密情况。地面隆起量越大，说明原土被挤密的程度越差，越接近于单纯的挤出置换过程。当被置换土体为不易挤密的饱和软土或原土已经达到不可再挤密的程度时，地面就会发生隆起。
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