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1、,软土地基处理动力固结法强夯法,一、工程案例,1工程背景 邯长公路更乐至冀晋界段高速公路,全长13.09km，其中路线穿越区有7km为黄土状亚砂土,其分布较广,但不连续,具有垂直节理、大孔隙特征,并且具有一定程度的湿陷性,设计中采用强夯法对该段湿陷性黄土进行处理。,夯点布置图,强夯法施工设计图纸,强夯处理施工现场,强夯处理施工现场,讨论,问题1：强夯法的施工工艺流程,3强夯施工步骤,1)清理并平整施工场地;2)标出第一遍夯点位置,并测量场地高程;3)起重机就位,使夯锤对准夯点位置;4)测量夯前锤顶高程;5)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
2、成夯锤歪斜时,应及时将坑底整平;,3强夯施工步骤,6)重复步骤5),按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击;7)重复步骤3)6),完成第一遍全部夯点的夯击;8)用推土机将夯坑填平,并测量场地高程;9)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,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。,夯击工艺要求,夯点：采用正方形布置,夯点间距为4.5m;锤重：200kN，夯锤底面积为4(锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取2530;落距：15m,能级为3000kNm,夯击2遍,两遍点夯的间歇时间不少于21d；夯击击数：以最后两击沉降量不大于5为准,然后
3、满夯;点夯与满夯间歇时间不少于15d,满夯：锤印搭接1/2,夯击能采用1000 kNm,满夯击次为最后一击夯沉量小于5。,2强夯试验,鉴于目前国内外尚未形成一套确定强夯参数的理论和计算方法,在大面积强夯施工前,应先根据设计单位提供的施工参数及类似工程的施工经验,在夯区范围内选点试夯,以确定合理的强夯参数及施工工艺,确保处理效果。问题：强夯参数都有什么？强夯参数包括锤重、落距、加固深度、夯点布置、加固范围、最佳夯击能、夯击遍数及间歇时间、垫层厚度及材料等。,强夯的基本参数 有效加固深度,强夯加固地基的有效深度:是指经过强夯处理后,地基土体强度提高,压缩性降低,其加固效果均达到或超过进行加固所要求
4、的最低值的土层深度范围。由于强夯处理效果受多种因素影响,即一方面受夯击能、夯点间距、夯击次数、锤底形状、施工工艺等的影响;另一方面受需处理地层的原始结构、均匀性及地下水位等的影响。因此,确定强夯处理的有效深度应根据地质勘察情况、当地经验及试验夯区来确定。,强夯的基本参数 单击夯击能,强夯法的有效加固深度与单击夯击能具有一定的相关性，并且与土质有一定的关系。可以利用有效加固深度和土质情况来确定单击夯击能。,4.施工方法及控制,4.1 夯点布置 点夯分两遍完成,隔点不隔行;满夯分两遍完成,先夯间满夯,再普夯。4.2 夯击间歇时间控制 控制间歇时间,两遍点夯的间歇时间不少于20d,以超孔隙水压力消散
5、大于70%以上控制;点夯与满夯间歇时间不少于15d,以超孔隙水压力消散大于50%控制。,4.施工方法及控制,4.3 最佳夯击能控制 根据动力固结理论,当地基中产生的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的击实能称为最佳击实能,在此能量时地基能被击实到最佳效果。挖方段:采用夯点击数为6击和最后两击夯沉量平均值不超过5做为双重控制标准。填方段:夯点击数为12击,最后两击的夯沉量平均值不超过5做为双重控制标准。最大夯击数定为20击。夯击遍数采用三遍法,第一、二遍为主夯点,采用隔点跳打,主夯点完工后,整平场地,第三遍为夯点搭接(一夯压半夯)的满夯,以加固地表松动层。,4.施工方法及控制,4.3 最佳夯击能控制
6、最佳夯击能可采用单点夯沉量与夯击次数关系曲线来确定,且满足最后两击平均夯沉量5cm,夯坑周围地面不发生过大隆起及不因夯坑过深而发生起锤困难。4.4 可以止夯的条件条件1:同一夯位最后两击的平均夯沉量5;单点夯击次数4击。条件2:单位面积累计夯击能2000kNm;夯坑深度120。,3.施工方法及控制,4.5 强夯质量控制满夯结束7d后对强夯处理地基取样进行湿陷性系数、干密度、承载力等项目的检测。强夯施工段检测频率500m钻探一处,每隔1m的深度范围取样,检测标准如下:(1)湿陷性系数:每处的平均值 最大值不超过0.015。(2)干密度:强夯的平均值,最小值不小于,5强夯试验检测,强夯检测：夯前、
7、夯中、夯后检测5.1夯前检测1)开夯前应检查夯锤重和落距,以确保单击夯击能量符合设计要求;2)检测场地平整情况;3)对夯击处理范围内的地基原状土取样,分别进行物理力学性能的分析。,各需要检测哪些内容,5强夯试验检测夯中检测,1)夯锤的落距不得小于设计落距;2)在每遍夯击前,复核夯点放线,夯锤的落点误差不得大于15,夯完后检查夯坑位置,发现偏差或漏夯应及时纠正;3)控制单位时间内的夯击处理面积;4)按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量;5)控制夯击遍数间的间隔时间;6)夯击过程中的异常现象,如夯坑周围出现隆起,夯沉量异常等情况;7)详细记录各项参数及施工情况,不符合设计要求时应补夯或采
8、取其他有效措施。,5强夯试验检测夯后检测,1)夯后应检测夯坑深度、夯点间距及处理宽度,合格后方可填平;2)满夯后,对场地进行平整和压实,测量高程,填写地面标高变化;3)满夯结束7d后,在夯击处理范围内每隔1m的深度范围取样,分别进行物理力学性能的分析;碎石土和砂土地基,间隔时间取12周;低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土地基可取24周;4)宜根据土性选用原位测试和室内土工试验,对地基进行检测5)质量检验的数量,应根据地基处理的面积确定,其检验点数量不应小于3处/1000m3,检验深度应不小于设计处理的深度。,6.强夯施工应注意的事项,1)强夯施工前,应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的
9、位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工而造成损坏。2)当强夯施工所产生的振动,对邻近建筑物或设备产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。3).强夯施工宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备,采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采取其他安全措施,防止落锤时机架倾覆;强夯施工前,组装起吊设备及辅助门式框架时,应特别注意起立机器的自身稳定性,当辅助门式框架过重时(如大于3000kNm的能量时),这一问题尤为重要。,6.强夯施工应注意的事项,4)斜坡段路堤基底的横向或纵向坡度大于1:5的陡坡段,须先把斜坡推出处理范围外,开挖出满足机械作业要求的台阶后,再进行夯击。5)当
10、原地面表层较湿或含水量较大时,在夯击前应在该段铺垫1020cm厚的碎石,然后进行夯击。夯击时如表土过干(尤其满夯时)则应采取加水等相应措施,增加含水量。6)夯锤上的通气孔如遇堵塞,应立即开通。7)冬季施工时,当冻土层厚度0.5m时,应在原夯击数上加夯23击,当冻层厚度0.5m时,则不宜施工。8）强夯时有土块、石子等飞击,现场人员必须戴安全帽。,强夯法知识点构成,强夯法,定义,加固机理,强夯参数,施工准备,施工工艺,质量检验,工程案例,竣工资料,8.1 强夯定义和强夯施工参数,定义：强夯法(动力固结法)就是用起重机将一个很重的锤(640t,最大200 t)起吊到十几米,甚至几十米高处（825m）
11、,利用自动脱钩法,使锤自由落下,从而对地基土施加强大的冲击力，在地基中形成冲击波和动应力，使地基土压密和振密，达到对软土地基进行加固的目的。,2.强夯法加固机理,利用重锤高落距产生的高夯击能给地基一冲击力,并在地基中产生冲击波,在冲击力作用下,夯锤对上部土体进行冲切,土体结构破坏,形成夯坑,并对周围土进行动力挤压。同时,巨大的能量瞬间释放产生的压缩波使土体孔隙水压力急剧增大,土体局部液化,其强度锐减,在剪切波作用下使土体的原有结构解体,待波消失后,土粒落到一个新的较稳定的位置,同时一部分水排走,从而使土体迅速固结,降低了土体的压缩性,提高了地基的承载力。,强夯法加固机理分类,饱和土非饱和土砂性
12、土、回填土泥、泥炭土强夯置换表层砂垫层碎石桩抛块石与强夯相结合,2.1饱和土加固机理,饱和土强夯,土体压缩（气体和水排出）,液化（孔隙水压力变化）,渗透性变化（裂隙形成排水通道）,触变性（水的变化）,土体压缩（气体和水排出）,饱和土夯击中1遍,饱和土夯击中3遍,2.2 非饱和土加固机理,强夯加固模式图,2.2非饱和土加固机理,非饱和土强夯,被动破坏区（C区）,主压实区(A区),次压实区(B区),振动影响区（D区）,土体压缩（气体和水排出）,2.3 砂性土和低含水量回填土加固机理,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。
13、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。,2.4 泥、泥炭土加固机理,一般认为泥或泥炭土结构破坏后,土体强度恢复较慢。由于土体的渗透系数小,超孔隙水压极难消散,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。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。,2.5 强夯置换的加固机理,利用强夯的冲击力,强行将砂、碎石、石块等挤填到饱和软土层中,置换原饱和软土,形成桩柱或密实砂、石层,与此同时,该密实砂、石
14、层还可作为下卧软弱土的良好排水通道,加速下卧层软土的排水固结从而使地基承载力提高,沉降减少。,2.5.1 强夯置换的分类,(1)地基表层具有适当厚度的砂垫层,下卧层为高压缩性的淤泥质软土时,通过强夯将表层砂挤入软土中,形成一根根置换砂桩,(2)软土地基表面堆填一定厚度的碎石料,利用夯锤冲击成孔,再次回填碎石料,夯实成碎石桩。(3)在厚 35m的淤泥质软土层上面抛填石块,利用抛石自重和夯锤的冲击力使石块座到硬土层上,淤泥大部分被挤走,少量留在石缝中,形成强夯置换的块石层。,3.强夯参数,3.1有效加固深度,有效加固深度：指经强夯加固后,强度提高，压缩模量增大，其加固效果显著的土层范围。有效加固深
15、度可采用Menard提出公式进行计算：式中：H加固影响深度(m)M锤重(kN)h落距(m),3.2单击夯击能,单击夯击能：锤重和落距的乘积。单击夯击能一般根据加固土层的厚度、地基状况和土质成分由下式综合确定：或 我国所用的锤重一般为1025t，个别可达40t,落距为825m。,3.3最佳夯击能,最佳夯击能,从理论上讲就是能使地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能。粘性土地基,由于孔隙水压力的消散慢,随着夯击能的增加,孔隙水压力可以叠加,因而可根据有效加固深度孔隙水压力的叠加来选定最佳夯击能。砂性土地基,由于孔隙水压力的增加和消散过程快,孔隙水压力不能随夯击能的增加而叠加,当孔隙水压力
16、增量随夯击次数的增加趋于稳定时,可认为砂土能够接受的能量已达到饱和状态。可用有效压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。,3.4 夯点布置,正方形插档法：大面积强夯或饱和粘性土 点线插档法：条形基础 普夯法：砂性土、含水量较低的回填土或抛石挤淤加强夯 点夯：柱基底加固 二次夯击：加固深度较大，能量受限或垫层较厚的情况,夯点布置示意图,3.5 夯点间距,细粒土：夯击点间距不宜过小,一般第一遍夯击点间距宜选 59m。土层较薄的砂土或回填土：第一遍夯击点间距最大,以后各遍夯击点间距与第一遍相同,也可适当减少,3.6 夯击次数,常以夯坑的压缩量最大,夯坑周围隆起量最小为确定夯击次数的原则。一般每点夯
17、击515击:1)最后两击的平均沉降量不大于50 mm,当单击夯击能较大时,不大于100mm；或2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起,土体隆起高度:10cm。3)不因夯坑过深发生起锤困难。,3.7 夯击遍数,土体压缩层越厚,土质颗粒越细,同时含水量较高,需要的夯击遍数越多 1)理论公式法 2)根据设计要求夯到标高为止,Si1=(0.60.8)S,3.8 夯击范围,强夯处理的范围应大于建筑物基础的范围。一般夯击范围为：,夯击范围=(B+h)(L+h),式中：h为加固深度,B、L分别为加固区的宽和长。,3.9 间歇时间,两遍夯击之间应有一定的间歇时间,以利于强夯时土中超孔隙水压力的消散。土中超孔隙水压
18、力的消散率与土的类别、夯点间距等因素有关。砂性土：渗透系数大,在数分钟和23小时即可消散完。粘性土地基：一般需要数周才能消散完。夯点间距：夯点间距小,孔压消散慢,夯点间距大,孔压消散快。土的渗透性：对于渗透性差的粘性土地基的间隔时间,一般不少于 34周,一般渗透性较好的粘性土为12周,对渗透性好的地基可连续夯击。,3.10 起夯面,两遍夯击之间应有一定的间歇时间,以利于强夯时土中超孔隙水压力的消散。土中超孔隙水压力的消散率与土的类别、夯点间距等因素有关。砂性土：渗透系数大,在数分钟和23小时即可消散完。粘性土地基：一般需要数周才能消散完。夯点间距：夯点间距小,孔压消散慢,夯点间距大,孔压消散快。土的渗透性：对于渗透性差的粘性土地基的间隔时间,一般不少于 34周,一般渗透性较好的粘性土为12周,对渗透性好的地基可连续夯击。,3.11 垫层,预铺垫层作用：形成覆盖压力，减小坑侧土的隆起；夯击后在坑底形成宜透水土塞，作为坑底土孔隙水压力的消散通道,加快孔隙水压力的消散；防止夯坑底涌土，并利于施工机械的行走。垫层材料：宜采用粗颗粒的碎石、矿渣、砂砾石,粗颗粒粒径宜小于10cm,对处理土层为饱和砂、软土时，坑底易涌砂,做垫层材料不宜用砂。垫层厚度：不宜过厚或过薄，过厚时会在锤底形成大的垫层，扩散动应力，减弱下部土的加固作用和加固深度；过薄则起不到垫层作用。,
