水利工程地基处理-强夯.ppt

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1、合肥工业大学土木与水利工程学院赵 静,地基处理Ground Treatment,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction，Dynamic Consolidation,概 述,是一种将几十吨(最大200t)的重锤，从几十米(最大40m)的高处自由落下，对土进行强力夯击的方法。这是在重锤夯实法（起重机将夯锤提到一定高度自由下落，锤重1.53t，落距为2.54.5m）的基础上发展起来的，但其加固机理又与重锤夯实法不一样，是一种地基处理的新方法。有效加固深度510m。强夯置换（碎石）形成复合地基（深37m）。,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction，Dynamic Con

2、solidation,第一节 概述,1、强夯法(Dynanlic Compaction，Dynamic Consolidation)强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，通过1040t的重锤和1040m的落距，对地基土施加很大的冲击能。我国1978年在天津新港进行了试验。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction，Dynamic Consolidation,2、强夯置换(Dyn

3、amic Replacenlent)强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩，也即砂石桩与软土的复合地基。也称为动力置换、强夯挤淤。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。,第一节 概述,3、适用范围(建筑地基处理技术规范JGJ79-2002)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。,第一节 概述,4、应用情况 应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑

4、道及码头等。强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。,第一节 概述,（一）、现状 理论落后于实践，已有结论如下：1）对于非饱和土：压密过程基本上同实验室中的击实法相同。2）对于饱和无粘性土：可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动压密的过程相似。3）对于饱和细颗粒土：成功和失败的例子均有，需要破坏土的结构，产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排水通道，孔隙水压消散，土体才会压密。4）对于杂填土：特别有效（密实作用）。,第二节 强夯法加固的一般机理,（二）、加固机理研究思路1）应分宏观和微观：宏观体现、微观机理2）应分饱和土和非饱和土：饱和土的超静孔压3）应分粘性土和非粘

5、性土：渗透性不同4）研究夯击能量的传递：真正用于加固地基的能量及如何加固,第二节 强夯法加固的一般机理,（三）、强夯能量传递1）压缩波（纵波，P波）：7%能量，在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，又称为疏密波。使土体受拉或受压，瞬间引起孔隙水压力增大。特点：周期短，振幅小。,第二节 强夯法加固的一般机理,（三）、强夯能量传递2）剪切波（横波，S波）：26%能量，在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，导致土体结构的破坏。特点：周期较长，振幅较大。纵波和横波统称为体波。对饱和土来说，剪切波是使土体加密的波。,第二节 强夯法加固的一般机理,（三）、强夯能量传递3）瑞利波

6、（R波，面波的一种）：67%能量，只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。在夯击点附近引起地面隆起。特点：周期长，振幅大，只在地表附近传播，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。对于位于或接近地面的地基土，瑞利波起到松动作用。,第二节 强夯法加固的一般机理,（四）、强夯加固机理 三种不同机理：动力密实、动力固结、动力置换，取决于地基土的类别和强夯施工工艺。共同特点：破坏土的天然结构，达到新的稳定状态。,第二节 强夯法加固的一般机理,（五）、动力密实机理1）适用情况：采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和的土，即基于动力密实机理。2）机理描述：即用冲击性动力荷载，使土中的孔

7、隙减少，土体密实，从而提高强度。非饱和土的夯击过程中，气相被挤出，土颗粒发生位移。,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理1）适用情况：采用强夯加固细粗颗粒饱和土，即基于动力固结机理。2）机理描述：即用巨大冲击能，破坏土体原有结构，使土体产生液化并产生裂隙，增加了排水通道使孔隙水逸出，待超静水孔压消散，土体固结，由于土的触变性其强度会得到提高。三个阶段：加载阶段、卸荷阶段、动力固结阶段,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：饱和土的压缩性：第四纪饱和土中含微气泡14%，强夯时：气泡体积缩小孔压增加气体膨胀孔隙水排出孔压减小液相气相气体减

8、少,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：产生液化：强夯作用气相趋近0土不可压缩孔压增加到上覆压力土体液化（液化压力对应“饱和能”）吸附水变为自由水土体强度降低到最小,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：渗透性变化：强夯作用孔压增加大于侧向应力土体出现裂缝形成排水通道水排出孔压减小裂隙闭合固结,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：触变恢复：强夯作用土体液化或接近液化强度降低吸附水变为自由水水从裂隙排出孔压消散土颗粒重新排列自由水变为吸附水土强度恢复并增长

9、,第二节 强夯法加固的一般机理,（六）、动力固结机理4）Menard动力固结模型：液体B:不可/可压缩/气体小孔D:不变/变直径/裂缝弹簧C:不变/变系数/强度增长活塞A:无/有摩擦/饱和能,第二节 强夯法加固的一般机理,（七）、动力置换机理 分为整体式和桩式置换。整体式置换类似换土垫层。桩式置换类似碎石桩（第四章），桩与桩间土组成复合地基。,第二节 强夯法加固的一般机理,设计内容包括：有效加固深度和范围、夯锤和落距、单位面积夯击能、最佳夯击能、夯点布置及间距、夯击击数及遍数、垫层铺设、间歇时间等。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（一）有效加固深度1、含义：从起夯面算起，经强夯加固后，该土层

10、强度和变形指标满足设计要求的土层范围。2、公式：Mh 为单击夯击能3、H的影响因素 M、h、地基土的性质,第三节 强夯法加固设计,4、规范规定：强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估：,设计计算（一）有效加固深度,第三节 强夯法加固设计,设计计算（一）有效加固深度5、强夯置换墩：强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（二）夯锤和落距1、总夯击能及单位夯击能概念：总夯击能Mh总夯击数 单位夯击能总夯击能/加固面积2、单位夯击能选择：地基土性、结构类型、荷载大

11、小、需处理深度等，如饱和粘性土地基,第三节 强夯法加固设计,设计计算（二）夯锤和落距3、夯锤重量和型式：夯锤重：1025t，最大40t 夯锤底面：圆形、方形，底面设置气孔（减少吸力、上托力）夯锤底面静压力：2545kPa，根据土性确定；强夯置换锤底静接地压力值可取100200kPa 夯锤宽高比、夯坑深度,第三节 强夯法加固设计,设计计算（三）最佳夯击能1、概念：从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称为最佳夯击能。2、粘性土最佳夯击能的确定：3、砂性土最佳夯击能的确定：,第三节 强夯法加固设计,设计计算（四）夯击点布置及间距1、夯击点布置：三角形

12、、正方形，考虑吊车行走通道 强夯置换宜采用等腰三角形 独立基础、条形基础根据基础形状、宽度确定 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（四）夯击点布置及间距2、夯击点间距：夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点问距可取夯锤直径的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。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。要求根据地基土性和要求处理深度而定。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（四

13、）夯击点布置及间距2、夯击点间距：强夯置换墩问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。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（五）夯击击数及遍数1、夯击击数：强夯夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：l）、最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于400kNm时为50mm；当单击夯击能为40006000kNm时为l00mm；当单击夯击能大于6000kNm时为200mm；2）、夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3）、不因夯

14、坑过深而发生提锤困难。,第三节 强夯法加固设计,设计计算（五）夯击击数及遍数1、夯击击数：强夯置换夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：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前述强夯的规定值2、夯击遍数：见书,第三节 强夯法加固设计,设计计算（六）垫层铺设1、作用：支撑设备、能量扩散、保证地下水位2、材料：砂、砂砾、碎石等，不含粘土3、厚度：0.52m,第三节 强夯法加固设计,设计计算（七）间歇时间 考虑孔压消散 设置排水,第三节 强夯法加固设计,施工方法（一）施工机械 起重机 自动脱钩,第四节 强

15、夯施工,施工方法（二）施工步骤 强夯施工可按下列步骤进行：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，夯锤置于夯点位置；4、测量夯前锤顶高程；5、将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，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；,第四节 强夯施工,施工方法（二）施工步骤 强夯施工可按下列步骤进行：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、换夯点，重复步骤36，完成第1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

16、，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。,第四节 强夯施工,施工方法（二）施工步骤 强夯置换施工可按下列步骤进行：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,第四节 强夯施工,施工方法（二）施工步骤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。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工；6、按由内而外，隔行跳打

17、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。,第四节 强夯施工,施工方法（三）施工过程施工单位的监测施工过程中应有专人负责下列监测工作：l、开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；2、在每一遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正；3、按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。对强夯置换尚应检查置换深度。同时施工过程中应对各项参数及情况进行详细记录。,第四节 强夯施工,质量检验（一）效果检验1、记录检查：检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合要求时

18、应补夯或采取其他有效措施。2、时间：强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基间隔时间可取28d。,第五节 质量检验,质量检验（一）效果检验3、方法：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。强夯置换后的地基竣工验收时，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。,第五节 质量检验,质量检验（一）效果检验4、数量：竣工验收承载

19、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l%，且不应少于3点。,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试 为了在大面积施工前获得设计数据，须选择面积不小于400m2的场地进行现场试验。测试工作一般包括以下4方面：1、地面及深层变形：（1）目的：a.了解地面隆起、垫层密实度b.确定最佳夯击能c.确定平均沉降和搭夯沉降量，用于研究强夯效果,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试1、地面及深层变形：（2）手段

20、：地面沉降观测、深层沉降观测、水平位移观测（3）地面沉降：水准仪,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试1、地面及深层变形：（4）深层沉降：沉降环,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试1、地面及深层变形：（5）水平位移：测斜仪,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试2、孔隙水压力：孔隙水压力计,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试3、侧向挤压力：土压力计,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试4、振动加速度：（1）目的：研究地面振动加速度的目的，是为了便于了解强夯施工时的振动对现有建筑物的影响。为此，在强夯时应沿不同距离测试地表面的水平振动加速度，绘成加速度与距离的关系曲线。,第五节 质量检验,质量检验（二）现场测试4、振动加速度：（2）控制指标：振动影响安全距离：0.1g对应的距离。（3）工程措施：隔振沟，深3m。分主动、被动隔振沟,第五节 质量检验,工程实例强夯加固粉质粘土1、工程概况：2、设计和施工：,第六节 工程实例,本节完,本章完谢 谢!,