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1、强夯法和强夯置换法,主要 内 容,1 加固机理,设计计算,3 施工方法,4 质量检验,6 发展趋势,5 工程实例,强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年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。它通过一般830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，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等。,概述,等等,对于高饱和度的可采用强夯置换法,概述,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)规定,概述,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
2、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。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。,概述,强夯法、强夯置换法的优点,加固效果好,使用经济,施工简单,强夯法加袋装砂井,概述,国内发展阶段,2002年底至今，强夯工程最高应用能级已经达到10000kN*m。为了更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上，还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术。,概述,以处理饱和软土为目的低能级强夯技术；,三个研究方向,强夯与其他地基处理技术优势互补，发展成为组合式地基处理技术。,以处理高填土和深厚湿陷性黄土，以及消除湿陷为目的
3、的高能级强夯技术；,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,夯锤,地面,挤压土体,隆起,夯击能,冲击力,冲击波,冲切上部土体,结构破坏形成夯坑,挤压周围土体,1 加固机理,1 加固机理,某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况,1 加固机理,对非饱和土地基,压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。,对饱和无粘性土地基,土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。,对饱和粘性土地基,产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。,动力密实,动力荷载减小土孔隙，提高强度,处理细颗粒饱和土,1 加固机理,动力固结,动力置换,冲击
4、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，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,1 加固机理,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10002000kNm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%。,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。,1 加固机理,在冲击动能作用下，地面会立即产生沉
5、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。,Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates),夯坑,动力密实的应用范围,动力密实的应用范围,肇庆花都博罗输变电工程花都站土石方强夯施工,动力密实的应用,动力密实的应用,水下地基加固,1 加固机理,1 加固机理,Menard首次对传统的固结理论提出了不同的看法，认为饱和土是可压缩的新机理。,饱和土的压缩性：进行强夯时，气体体积压 缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压就减少。,产生液化：土体中气体体积百分比为零时，就变成不可压缩的。相 应
6、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。继 续施加能量，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。,渗透性变化：超孔压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。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合。,4.触变恢复：土体的强度逐渐减低，当出现液化或接近液化时，强度达 到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着孔压 的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。,1 加固机理,夯击三遍的情况,从左图可以看出，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力的提高
7、，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。,1 加固机理,弹簧活塞模型,静力固结理论与动力固结理论的模型比较a)静力固结理论模型 b)动力固结理论模型,青岛港8号码头强夯工程,动力置换,整式置换：将碎石整体 挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。,桩式置换：形成桩式 或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。,1 加固机理,桩式置换,动力置换(Railway track,Malaysia),整式置换,动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER(Shopping center-Egypt),桩式置换,动力置换的应用范围,动力置换的应用范围,设计计算,施工方法,质量检验,发
8、展趋势,加固机理,工程实例,2 设计计算,有效加固深度,有效加固深度,？,经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。,系数，根据地基土性质决定,夯锤重（t）,落距（m）,2 设计计算,有效加固深度,影响H的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。,应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度,如果没有则根据建筑地基处理技术规范的建议取值,强夯置换墩的深度,土质条件决定,对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软土层，着底在较好土层上,对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层,2 设计计算,夯锤和落距,夯锤,落距,单击夯击能
9、=M*h,总夯击能=N*M*h,单位夯击能=N*M*h/A,应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。,对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。,2 设计计算,夯锤和落距,2 设计计算,最佳夯击能,最佳夯击能,？,在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。,粘性土中的确定,根据孔隙水压力的叠加值,砂性土中的确定,绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线,2 设计计算,夯击点的布置,处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物
10、类型和重要性等因素决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的1/22/3，并不宜小于3m。,2 设计计算,夯击点的布置,夯击点的间距,确定原则：一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定，以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙。,1.强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。,2.对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。,3.强夯置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算
11、直径可取夯锤直径的1.11.2倍。,3.4 夯击点布置及间距,等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。,夯距通常为515m,2 设计计算,夯击点的布置,Thermal K-12 Educational Park,Coachella Valley California(US),美国加州某工程夯点布置（正方形）,NICE AIRPORT(France),Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates),2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,国内确定夯击击数的方法有所不同：有的以孔隙水压力达到液化压力为准则；有的以最后一击的夯沉量达某一数值为限
12、值；也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为410击。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,强夯夯点的夯击击数,按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,还要满足,1.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击能量小于4000kN*m时为50mm；夯击能为40006000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kNm时为200mm;,2.夯坑周围地面不应发生过大隆起;,3.不因夯坑过深而发生起锤困难。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击击数,强夯置换点的夯击击数,按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关
13、系曲线确定,还要满足,1.墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长;,2.累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍;,3.最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯击遍数,夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,2 设计计算,垫层铺设,强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层
14、；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m，保证地下水位低于坑底面以下2m。铺设的垫层不能含有粘土。,2 设计计算,间歇时间,取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间,砂性土,消散快,间歇时间很短,连续夯,粘性土,消散慢,孔压叠加,间歇时间长,设置袋装砂井,加速消散,缩短间歇时间,2 设计计算,现场测试设计,地面及深层变形,目的：1.了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度
15、变化；2.研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；3.确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。,手段：地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。,2 设计计算,现场测试设计,地面及深层变形,夯击次数(或夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线,阴影面积为有效压实体积，越大表示效果越好。,2 设计计算,现场测试设计,孔隙水压力,一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能
16、等参数。,2 设计计算,现场测试设计,侧向挤压力,将土压力盒事先埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相近似。在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。,2 设计计算,现场测试设计,振动加速度,通过测试地面振动加速度可以了解强夯振动的影响范围。通常将地表的最大振动加速度为0.98m/s2处作为设计时振动影响安全距离。但由于强夯振动的周期比地震短得多，强夯产生振动作用的范围也远小于地震的作用范围，所以强夯施工时，对附近已有建筑物和正在施工的建筑物的影响肯定要比地震的影响为小。为了减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟。,设计计算,施工方法
17、,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,3 施工方法,施工机械,西欧国家,大吨位的履带式起重机,稳定性好，行走方便,日本,轮胎式起重机,国外还制造了三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m,国外所用履带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上,3 施工方法,施工机械,我国只具备小吨位起重机的施工条件，只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩装置,强夯脱钩装置图 1-吊钩 2-锁卡焊合件 3、6-螺栓 4-开口销 5-架板 7-垫圈 8-止动板 9-销轴 10-螺母 11-鼓形轮 12-护板,3 施工方法,施工步骤,强夯法施工的步骤：1)清理并平整施工场地；2)铺设垫层，使在地表形成
18、硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。同时可加大地下水和表层面的距离，防止夯击的效率降低;3)标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程；4)起重机就位，使夯锤对准夯点位置；5)测量夯前锤顶标高；,3 施工方法,施工步骤,6)将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；7)重复步骤6)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；8)换夯点，重复步骤4)7)，完成第一遍全部夯点的夯击；9)用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；10)在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层土
19、夯实，并测量夯后场地高程。,3 施工方法,施工步骤,强夯置换法施工的步骤：1.清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.02.0m的砂石施工垫层；2.标出夯点位置，并测量场地高程；3.起重机就位，夯锤置于夯点位置；4.测量夯前锤顶高程；5.夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击；,3 施工方法,施工步骤,6.按由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工；7.推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；8.铺设垫层，并分层碾压密实。,设计计算,施工方法,质
20、量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,4 质量检验,强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验，对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；对粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基的间隔时间可取28d。,强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验；强夯置换后的地基，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。,4 质量检验,竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基
21、的载荷试验检验点不应少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1，且不应少于3点。,检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。检验深度应不小于设计处理的深度。,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,工程概况,上海浦东国际机场位于长江入海口南岸的濒海地带，是我国和上海市九五期间重大的基础设施建设项目。其中机坪，滑行道为“围海促淤”造成，本次地基处理大部份位于稻田内，地表水系发育，沟浜纵横。在地基处理强夯影响深度范围内地层有粉质粘土、淤泥质粉质粘
22、土，含水量为3647，孔隙比大于1，粘粒含量高，粘性较强，且呈流塑状，基本承载力是很低的，经强夯加固后，需要触变固结的时间较长。设计要求经强夯法加固后其静力触探比贯入阻力当量值大于2MPa，标贯击数当量值大于6击，地基反应模量大于30MNm，垫层干密度大于1.9g/cm3，并按相应频率检测各项考核指标，评价强夯施工质量。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(一)试夯目的 1、通过试夯试验，确定适合本地质条件的强夯施工措施。2、总结强夯垫层一次摊铺，进行强夯后表层地基反应模量检测指标难以达标的主要原因，旨在强调强夯垫层分二次摊铺的技术效果。3、预测技术、经济效果。,5 工
23、程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(二)试夯区试验设计 1、试夯区位置选择在地基条件具有代表性的滑行道上，面积约10000m2，分4个区试夯。2、试夯机具为强夯机W1001-25型履带式吊车，自动脱钩，夯锤质量15t，直径2.52m，锤底静压力25kPa30kPa，圆柱形铸铜锤，带有四个排气孔。3、强夯垫层材料及其摊铺，采用山皮土(碎石土)作为强夯垫层，最大粒径小于10 cm，山皮石(碎石)，粒径210 cm的质量大于总质量的50，含水、含泥量小于20，不均匀系数Cu5，曲率系数Cc=13。试夯区首次摊铺厚度为(605)cm或(705)cm，末次摊铺厚度(405)cm和(30
24、5)cm，设计总厚度为1.0m。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,4、试夯参数选择，根据上海浦东国际机场飞行区机坪、滑行道工程地基处理技术文件选择试夯参数。,试夯参数选择表,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,现场场址地表水系发育，沟浜纵横，地下水位埋深较浅，地基土含水量大，且地下水受潮汐影响而周期性变动，使地下渗流不稳定，加之地基处理面积大，施工期又处于梅雨季节，为施工排水造成困难。根据强夯加固执理，降排水尤其重要。1、充分利用现有水系降排水。2、充分利用明(暗)浜降排水。3、间隔1015m和30m纵横向开挖盲沟和明排水沟，使其与场区明(暗)浜
25、连通强制排水。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,4、在明暗浜及排水盲沟角点处设集水井，并设泵将井内水抽至场外，尽量降低地下水位。5、对强夯施工分区进行调整，先利用水系、明(暗)浜及排水沟排水，进行区块内强夯，强夯结束后，回填处理明暗浜，然后进行下一区块降排水和强夯施工，由此在施工区形成小排水范围，从而保证强夯效果。6、场区外围四周设排水沟，将施工区内小排水沟中水排至外围，流向场外河道，并保证沟底积水深小于20cm。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(四)试夯区施工方法及其控制 1、试夯I、区点夯分两遍完成，隔点不隔行，单点击数一次完成，试夯区
26、点夯一次完成。满夯分两遍完成，先夯间满夯，再普夯。2、点夯停夯标准，原则上夯8击，夯坑深度不足1.01.2m时夯10击，以确保能量，再辅以最后两击平均夯沉量不大于510 cm，实际施工中，当试夯区单点击数45击，夯坑深度1.21.3m，现场均已停夯，此时强夯机严重陷车，起锤也相当困难。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,3、控制间歇时间，两遍点夯间歇时间不少于20天左右，以超孔压消散大于70以上控制，点夯与满夯间歇时间不少于15天，具体以超孔隙水压力消散大于50确定。4、为确保表层地基反应模量考核指标满足设计要求，满夯时将表层2040cm深推、耙松晾晒后，再拌合推平碾压
27、，最后补铺山皮土至道槽设计标高。5、每次摊铺山皮土前或满夯后，即夯前夯后开挖断面尺寸为(底宽上宽高)60 cm70 cm80cm的盲沟，并和80cm200cm150cm的明排水连通，排水沟角点开挖集水井设泵抽水，盲沟内回填山皮石。6、第二遍点夯在不推平第一遍点夯夯坑前提下进行，对此应提前寻找行车路线。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,孔压监测结果,点夯间超孔隙水压力消散大于70以上所需的间歇时间一般为34周，点夯与满夯间超孔隙水压力消散大于50所需的间歇时间为2周。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,强夯影响深度,1)从理论
28、计算强夯影响深度大于7m，但从孔压反映的影响深度曲线看出本次强夯影响深度大于6m，但5m以上地层加固效果比较明显见图；2)3.5m以上地层孔压增幅大，2.5m以上地层孔压消散慢，3.56.0 m地层孔压增幅相对较小，消散很快。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,地面变形监测,地面隆起量的计算试夯区平均夯沉量计算,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,原位测试,按施工过程跟踪检测和间歇34周相结合的办法进行，试夯I区，检测三次，二次在四夯间、两夯间并进行标贯试验；试夯、区检测两次，标贯试验两次。当试夯I区第二遍点夯间歇46天，试夯、
29、区点夯完间歇34天，对地基土再次进行静力触探和标贯检测，其检测结果，标贯击数N为2.44.3，静力触探为1.551.93MPa，分别小于设计要求的6击和2MPa，均不满足设计要求。本次检测中在4.56.0 m仍有标贯试验和静力触探曲线的突变，分析认为须采取有效措施降低地下水位，使软土尽快固结，在垂直滑行道中线每1015m开挖盲沟，每30m开挖明排水沟，及时将地表水和夯坑积水引排，盲沟内回填山皮石，并与外围排水体系形成排水网络，经间隔加压稳定，延长超孔压消散时间，由于软土触变性，强度逐渐提高。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,浅表层地基的模量检测,试夯试验中，
30、满夯后采用深推、耙松和晾晒，每间隔一定距离开挖盲沟和明排水沟排水，采用反挖夯点填料和夯间涌土，并充分拌合晾晒后推平碾压，表层指标检测时均能达到设计要求。,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,大面积强夯施工,本次地基处理采用夯填料分二次摊铺，并对强夯参数、施工工艺在试夯试验基础上做了相应的调整。坚持按分区分段施工特点，采用试夯降排水方案实施大面积强夯降排水。,大面积强夯参数选择,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,1、点夯分两遍完成，隔点不隔行，单点击数一次完成，满夯一次完成。2、点夯停夯标准，原则上夯8击，夯坑深度不足1.0m时夯10击，以确保能量，再辅以最后两击平均夯
31、沉量不大于10 cm控制。3、控制间歇时间，两遍夯击的间歇时间不少于20天，点夯与满夯的间歇时间不少于15天。4、夯垫料铺筑，分两次摊铺，第一次摊铺厚度为605cm，第二次摊铺厚度为405cm。,大面积强夯施工方法及现场控制,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,5、为使地基反应模量达设计要求，满夯后将表层2040cm深推、耙松、晾晒后再拌合、碾压、回填，补填40 cm山皮土至道槽设计标高。6、每次铺料前强夯后均要适度碾压，以减少能量损失。7、满夯前夯坑积水和地表水要及时抽排，每8m和16m挖主次盲沟，并和外围排水沟形成排水网络。,大面积强夯施工方法及现场控制,5 工程实例,上海浦东
32、国际机场软土地基强夯处理,1、土基面标高的施工控制 考虑垫层密实和地面夯沉两部分，设计要求道槽填挖方计算时考虑平均预留夯沉量为35cm，即土基标高设计道槽标高-65cm(山皮土堆填厚度均按100cm)，实测土基标高平均3.61m比设计土基标高平均3.43m抬高约18cm，仅此一项节约山皮土6.6万吨，节约资金250万元。,技术经济效果,经济效果,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,2、夯沉量的控制 由于大面积强夯时，夯点间距扩大为4m4m，个别区域4.5m4.5m，单点夯击能减少到1500 kJ，单点击效68击，满夯推平后，实测全场区平均夯沉量为2023cm，实测标高平均为3.87
33、m，设计平均标高为3.73m，山皮土厚度节约1215cm，节约山皮土约4.8万吨，节约资金约180万元。以上两项共计节约资金430万元。,技术经济效果,经济效果,5 工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,技术经济效果,技术效果,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,6 发展趋势,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,6 发展趋势,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,动力排水 固结法,1.Smoltczyk认为动力固结法只适于塑性指数Ip10的土，Gambin也给出类似的结论。软粘土地基动力固结法失败的原因主要是对软粘土的特性了解
34、不够，所采用的动力固结法工艺不适合软粘土地基的加固；2.冯遗兴等人采取了适应软粘土动力固结加固的有效排水系统，采用了适应软粘土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固”的夯击方式，确立了一整套动力固结法新工艺。,6 发展趋势,动力排水固结法,加固机理,在砂垫层(或吹填砂层)上往下插设塑料排水板至软土层中，然后以严格控制的强夯动力产生附加应力，作用到软土中，产生相应的超孔隙水压力；借助于插设塑料排水板所形成的“水柱”作为传递工具，将强夯产生的附加应力迅即传到“水柱”的底部，从而使排水板所达到的深度范围内的软土都受到强夯的影响；同时，动载压缩波传到地表临空面时反射则成为拉伸波再传入土中，土愈
35、是软，抗拉强度愈低，则愈容易产生拉伸微裂纹，在很高的孔隙压力梯度作用下，软土中的拉伸微裂纹贯通成排水通道，与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排到地表夯坑或排水砂层中，立即排出或流散。,6 发展趋势,动力排水固结法,加固机理,随着土中孔隙压力消散，软土含水量和孔隙比明显降低，软土固结后变成较密实的可塑状土，强度大幅度增长，压缩性大大减低；因强夯时附加动应力很高，往往比后续使用荷载高23个数量级，用动力排水固结工法加固后，浅层地基土成为超固结土，即使深层土有一些差异沉降，由于地表12m已成为硬壳层，能调整地基差异沉降，从而使表层仅呈现小量的较均匀沉降，而不会出
36、现明显的不均匀沉降。,6 发展趋势,动力排水固结法,主要优点,(1)传统强夯法为一种大能量和能量积聚的动力固结方法，采用重锤多击，适用砂性土加固。而动力排水固结工法采用严格控制强夯动力和夯击能，使软粘土中产生的超孔隙水压力不过快上升，以确保软土不变成“橡皮土”，成功地克服了传统强夯法用于软土的致命弱点；(2)利用塑料排水板所形成的“水柱”将强夯产生的附加应力快速向土体深部传递，从而大大扩展了强夯的影响深度，使动力排水固结工法用于加固深厚软土成为可能，已有的工程实例表明，动力排水固结工法的加固深度已超过25m，大大突破了传统强夯法有限的加固深度(6m)；,6 发展趋势,动力排水固结法,主要优点,
37、(3)巧妙利用动载压缩波在层状土中传播与反射而使软土产生的拉伸微裂纹，以及在较高孔压梯度作用下，拉伸微裂纹又贯通成水平排水通道，并与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，从而使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排出，大大加速了软土的固结过程；(4)将受到严格控制的强夯动力反复、逐步增强地作用于软土，使软土中的超孔隙水压力维持在较高的、必要的、合理的水平上，既不破坏软土的结构，又能加速软土中孔隙水的快速排出，达到快速、稳步加固软土的目的，这是传统强夯法无法做到的。,6 发展趋势,动力排水固结法,动力排水固结工法与传统强夯法对比表,自1989年以来，新强夯法在我国已成功地完成了50余项工程，如上海某机
38、场，深圳世界之窗填海区，深圳多座立交桥，深圳春风路高架桥，深圳机场达利花园，海南大学图书馆，海南边防局三亚海警基地，深圳保安中心区罗田路、兴华西路等，所有工程均取得上佳的工程效果。,6 发展趋势,动力排水固结法,三项加固前后部分测点地基土物理力学指标比较,6 发展趋势,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,动静结合 排水固结法,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，将强夯法和填土预压法相结合，利用动荷载较大的冲击能激发较高的孔隙水压力，在静荷载作用下孔压消散固结，土体强度得以提高。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,特点,(1)夯击前应铺设足够厚度的垫层(
39、如砂垫层和预压填土)，避免夯锤直接接触软土而导致橡皮土现象，同时填土亦作为静荷载。(2)必须有较好的排水条件，保证动荷载作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，土体固结。这是软土强度得以提高的根本原因，也是该法与一般强夯法的区别所在。(3)强调动静荷载的联合使用。静荷载作用下的固结排水份额是基本的，动荷载作用下的固结量是附加的，但其作用不是两者简单的叠加，而是相辅相承、相互作用的。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,特点,(4)冲击荷载的作用不对浅层淤泥加以彻底扰动，可保持软土内某些可靠的微结构，土体再固结后强度可以迅速提高。(5)它使经典意义上的动力固结作用得到充分发挥，即动力八面体压缩应力作用下
40、孔压增长明显，而动力八面体偏应力幅值相对较小，孔压消散过程中土将固结得更彻底，相当于较大的超载预压。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,排水设计,动静结合排水固结法的关键在于改善地基土的排水条件，为此可设置垂直方向和水平方向排水体。由于塑料排水板具有的优点，一般使用塑料排水板做为竖向排水体，它的布设可按静荷载作用下的设计方法来进行计算；水平排水体通常由砂垫层、排水盲沟和集水井组成。砂垫层一般要求用透水性较好的中粗砂，厚度不宜小于50cm。集水井的作用是汇集排水并用水泵及时将水排到场区外，保证排水通畅。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,施工程序和夯击参数,1.动静结合法处理软基必须有一定的填筑
41、厚度，填土的作用可避免夯锤与软土直接接触而导致橡皮土现象，避免软土层产生较大的剪切变形；2.为保证软土层在动荷作用下不被过分扰动，宜采用“少击数多遍数”、“先轻后重”的施工程序；3.单点击数的确定原则是：要以较少的冲击次数产生较大的孔隙水压力和较小的剪切变形。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,施工程序和夯击参数,4.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；5.对饱和软粘土采用上述标准可能无法收锤或导致橡皮土现象。建议下述的控制原则：a.夯沉量控制：即以击与击之间夯沉量的发展速率来控制；b.孔隙水压力控制：即以前后两击孔压增量幅值大小作
42、为控制标准。6.不同冲击遍数间歇时间应以孔压消散程度来确定。,6 发展趋势,动静结合排水固结法,现场监控方法,a.孔隙水压力观测。通过观测加固层不同深度处孔压的发生和消散过程，确定夯击能量、夯击次数、夯击遍数及遍与遍之间的间歇时间等参数。b.沉降及侧向位移观测。现场常用沉降板和分层沉降环确定地表位移和深层位移。它直观地表明夯坑周围土体的沉降或隆起及加固后土体深层的沉降变形值，一定程度上说明了加固效果的好坏。另外，在现场周边常设置位移桩来观测土体的侧向位移情况，以此判断夯击过程中的剪切变形和地基的稳定情况。c强度测试。为检验加固效果，一般可利用十字板剪切试验、静力触探和动力触探试验来测定加固前后的强度值。,Chapter3,国内CPT,美国Hogentolger现代数字式多功能CPTU测试系统,3.2 Dynamic consolidation,Chapter3,3 Design,谢 谢！,
