水利工程地基处理-强夯1(ppt).ppt

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1、地基处理Ground Treatment,重庆交通大学河海学院,第三章 强夯法 Dynamic 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 Consolidation,第一节 概述,1、强夯法(Dyna

2、mic 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,2、强夯置换(Dynamic 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

3、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,它是重锤夯实法的基础上发展起来的，但又与重锤

4、夯实法迥然不同的一项新技术。强夯法与以往的机械夯实、爆炸夯实等比较有以下特点：1.平均每次夯击能量比普通夯法能量大的多。2.以往的夯实方法，能量不大，仅限于表层加固，而强夯法能根据地基的加固要求来确定夯击点间距及夯击方式，依次按需要加固的深度进行改良，使地基深层得到加固。3.施工中，夯击能量可以分几遍进行夯击。4.地基经过强夯加固后，能消除不均匀沉降现象，这是任何天然地基所不能达到的。,第一节 概述,第二节 强夯法加固的一般机理,加固原理 利用强大的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。,第二节 强夯

5、法加固的一般机理,加固机理：1.动力密实 2.动力固结 3.动力置换 4.震动波压密理论 取决于地基土的类别和强夯施工工艺。,第二节 强夯法加固的一般机理,1.动力密实 多孔隙、粗颗粒、非饱和土:用冲击型动力荷载，土体被破坏，土颗粒相互靠拢，排出孔隙中的气体、颗粒重新排列，土在动荷载作用下被挤密压实，强度提高，压缩性降低。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。,第二节 强夯法加固的一般机理,2.动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并

6、产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。,第二节 强夯法加固的一般机理,第二节 强夯法加固的一般机理,3.动力置换动力置换是指在冲击能量作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换饱和软土，形成密实的砂、石层或桩。,第二节 强夯法加固的一般机理,3.动力置换整式置换：采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换：通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，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，主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并

7、与墩间土起复合地基的作用,第二节 强夯法加固的一般机理,目前强夯置换中常用的三种情况：1）当地基表层为具有适当厚度的砂垫层、下卧层为压缩性的淤泥质软土时，采用低能量夯，通过强夯将表层砂挤入软土层中，形成一根砂桩，这种砂桩的承载力很高，同时，下卧的软土也可通过置换砂桩加速固结，强度得以提高。动力置换砂桩2）同上，软地基的表面也常堆填一层一定厚度的碎石料，利用夯锤冲击成孔，再次回填碎石料，夯实成碎石桩。动力置换碎石桩,第二节 强夯法加固的一般机理,3）在厚35米的淤泥质软土层上面抛填石块，利用抛石自重和夯锤冲击力使石块坐到硬土层上，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。利用石块之

8、间的相互接触，提高地基承载力。亦类似于垫层中的“抛石挤淤”法，同时下卧层的软土也得以快速固结，提高了下卧层的强度。动力置换挤淤,第二节 强夯法加固的一般机理,4.震动波压密理论 强夯时，重锤由高处自由落下，产生强大的动能（振动源）作用于地基土中，动能变成波能，从震源向深层扩散，能量释放于一定范围的地基中，使土体得到不同程度的压密加固。强大的夯击能，使土体表层产生剪切压缩和侧向挤压等，而横波的存在，使土体表层松动，当达到一定深度范围时，只有压缩波（纵波）才对土体起压密加固作用。随加固深度的增加，纵波强度衰减，而压密作用逐渐减少。,第三节 强夯法加固设计,强夯设计任务 对于不同土类强夯法的作用不同

9、：1.软土地基，提高地基承载力和减少沉降量；2.饱和砂土和粉土，消除液化趋势；3.黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。,第三节 强夯法加固设计,强夯参数选择一、有效加固深度二、夯击能三、夯击点布置及间距四、夯击遍数五、间歇时间,第三节 强夯法加固设计,一、有效加固深度 强夯法的有效加固深度是指起夯面算起的强夯有效影响地基深度，该深度范围内，土的物理力学指标已达到或超过设计值。该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。它是选择地基处理方法的重要依据，反映处理效果的重要参数。,第三节 强夯法加固设计,a.修正的Menard公式,有效固结深度可按修正的Menard公式估算：,第三节 强

10、夯法加固设计,式中：H有效加固深度(m)M锤重(kN)h落距(m)为小于1的修正系数，其变动范围为0.350.7。一般对粘土取0.5，对砂性土取0.7，对黄土取0.350.5。,第三节 强夯法加固设计,影响有效加固深度的因素：除锤重和落距外，还有地基土的性质，不同土层的厚度和埋藏顺序，地下水位以及其他强夯的设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。因此，强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。,第三节 强夯法加固设计,b.规范估定加固深度 在缺少经验和试验资料时，可预估。按建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）,第三节 强夯法加固设计,第三节 强夯法加固设计,C.统计经验公式法考虑单

11、位面积夯击能及多遍夯的加固影响，得下列统计经验公式：H=5.102+0.00086Mh+0.00094E式中：E为单位面积夯击能（KJ/m2），不计满夯。,第三节 强夯法加固设计,二、夯击能单击夯击能单位夯击能（平均夯击能）最佳夯击能,第三节 强夯法加固设计,1、单击夯击能单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。单击夯击能越大，加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。由下式确定：E=Mgh E=(H/)2g 式中：E单击夯击能(kj)M锤重(kN)g重力加速度(g=9.8m/s2)h落距(m)H加固深度(m)小于1的修正系数，其变化范围为0.350.7，（一般粘性土、粉土取0.

12、5，砂土取0.7，黄土取0.350.50）,第三节 强夯法加固设计,2、单位夯击能 整个加固场地的总夯击能量(即垂重落距总夯击数)除以加固面积为单位夯击能，也称平均夯击能。单位夯击能应根据基土类别，结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。单位面积夯击能过小，难以达到预期的加固效果，单位面积夯击能过大，不仅浪费能源，而且对饱和粘性土来说，强度反而会降低。,第三节 强夯法加固设计,在一般情况下，对粗颗粒土可取10003000kNm/m2,对细颗粒土可取15004000 kNm/m2。国内夯锤一般为1025t,最大为40t。夯锤确定后，根据要求的单击夯击能量，就能确定夯锤的落

13、距。国内通常采用的落距为825m.对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案。,2、单位夯击能,第三节 强夯法加固设计,锤重与落距 对于某一单击夯击能，夯锤在接触土体瞬间冲量的大小是影响土体压缩变形的关键因素，冲量越大，加固效果越好。夯锤着地时的冲量,第三节 强夯法加固设计,夯锤越重，冲量越大，加固效果越好。,第三节 强夯法加固设计,3、最佳夯击能（最佳夯击次数）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为最佳夯击能。最佳夯击次数：当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。,第三节 强夯法加固设计,粘性土地基:由于孔隙水压力消散慢，随着夯击能的增加，孔隙水压力可以

14、叠加，可根据有效加固深度孔隙对压力的叠加值来选定最佳夯击能。砂性土地基:由于孔隙水压力的增加和消散过程很快，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，当孔隙水压力增量随夯击次数的增加而趋于稳定时，可认为砂土能够接受的能量已达到饱和状态。可用最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线或有效压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。最佳夯击能和单击夯击能的比值即可作为控制夯击次数。,第三节 强夯法加固设计,最佳夯击能(最佳夯击次数)的确定,由孔隙水压力确定 a.对于粘性土地基，可根据有效影响深度孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。b.对砂性土地基，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线来确定最佳夯击次数

15、。,第三节 强夯法加固设计,由夯沉量与夯击次数关系曲线确定 a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小。b.确定方法：当SN趋向趋于稳定，接近常数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击次数为最佳夯击次数。,第三节 强夯法加固设计,.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm；.夯坑周围底面不应发生过大的隆起；.不因夯坑过深而发生起锤困难。,第三节 强夯法加固设计,三、夯击点布置及间距1 夯击点布置 夯击点平面布置应根据建筑物的结构类型进行布置。夯点平面布置的合理与否与夯实效果和施工费用有直接关系。,第三节 强夯法加固设计,a.基础面积较大的建筑物或构筑物，可按

16、等边三角形或正方形布置夯击点；b.办公楼和住宅建筑等，可根据承重墙位置布置夯点。c.砂性土或填石地基和土夹石填石地基，可用连夯法布点.,第三节 强夯法加固设计,d加固深度较大的工程，可按土层厚度不同，分二遍以上进行夯击，最后普夯一遍（即锤印互相搭接地夯一遍）。e强夯加固范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外边缘的宽度宜为设计处理深度的1/22/3，并不宜小于3.0m。,第三节 强夯法加固设计,2、夯击点间距宜根据建筑物结构类型、加固土层厚度及土质条件通过试夯确定。我国目前工程上常用的夯间点距是39m。第一遍夯击点间距通常为5-15m。间隔夯击比连夯好。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围

17、所产生的辐射向裂隙为基本原则。,第三节 强夯法加固设计,四、夯击次数和遍数 1.夯击次数的确定 国内外目前一般每夯击点夯4-10击（1）最后两击的夯沉量不大于50mm,当单击夯击能量较大时不大于100mm。（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。,第三节 强夯法加固设计,非饱和土或填土，常以最后两击的下沉量平均值不大于40mm，来控制每点的夯击击数。饱和粘性土，应以孔隙水压力上升到最大值等于土体自重（即ut=h，ut 为孔隙水压力,为土的容积，h为土层厚度）或出现液化现象来控制夯击击数。,第三节 强夯法加固设计,2.夯击遍数 一般情况下，对碎石、砾砂、砂质土或垃圾

18、土，夯击遍数为3遍左右。粘性土为38遍，泥炭为35遍。在我国大多数工程中为25遍。最后一遍是以低能量“搭夯”即锤印彼此搭接。在夯击期间的沉降量达到计算最终沉降量的80%90%时夯击完毕，或根据设计要求以夯到预定标高控制夯击遍数。,第三节 强夯法加固设计,五、两遍夯击间歇时间 间歇时间取决于超静孔隙水压力消散时间。可根据地基水的渗透性确定间歇时间，对于渗透性较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12周，渗透性好的地基可连续夯击。,第三节 强夯法加固设计,六、垫层铺设垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及形状等条件而定。一般为50150cm。作用：a形成一覆盖压力，减小

19、坑侧土隆起，使坑侧土得到加固。b在夯击后能形成夯坑底易透水土塞，从而加大加固深度，并可作为坑底土孔隙水压力的消散通道，加快孔底土孔隙水压力的消散。c防止坑底涌土，并利于施工机械行走。,第三节 强夯法加固设计,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，坑底易涌土涌砂，故垫层材料不宜用砂。,施工方法（一）施工机械 起重机、夯锤 自动脱钩,第四节 强夯施工,夯锤,25吨夯锤,15吨夯锤,40吨夯锤,夯 锤,夯锤,起重设备,国内外强夯用的起重设备大多是自行式、全回转履带式起重机。国外所用通常在100t以上。最低限度必须具备有15t以上履带式或16t以上轮胎

20、式起重机。,脱钩装置主要有：转动吊钩式、杠杆式、钳式、蟹爪式。,定高度索脱原理,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

21、，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。,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

22、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

23、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

24、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

25、,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：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,作业：某建筑地基采用强夯法加固地基，现有设备200kN重锤，起吊设备的起吊高度为12m，试问能否处理厚8.0m的粉土地基。,