地基处理技术第三章强夯法

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1、地基处理技术GroundTreatment 第三章强夯法DynanlicCompaction DynamicConsolidation 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 5 3t 落距为2 5 4 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5 10m 强夯置换 碎石 形成复合地基 深3 7m 第三章强夯法DynanlicCompaction DynamicConsolidation 第一节概述 1 强夯法 Dy

2、nanlicCompaction DynamicConsolidation 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10 40t的重锤和10 40m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DynanlicCompaction DynamicConsolidation 2 强夯置换 DynamicReplacenlent 强夯置换法是采用在夯坑内回填

3、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

4、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

5、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 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

6、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

7、 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1 4 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

8、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 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

9、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 该土层强度和变形指标满足设计要求的土层范围 2 公式 M h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

10、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 M h 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 10 25t 最大40t夯锤底面 圆形 方形

11、底面设置气孔 减少吸力 上托力 夯锤底面静压力 25 45kPa 根据土性确定 强夯置换锤底静接地压力值可取100 200kPa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 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

12、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 5 3 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 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2 3倍 对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1 5 2 0倍 墩的

13、计算直径可取夯锤直径的1 1 1 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400kN m时为50mm 当单击夯击能为4000 6000kN m时为l00mm 当单击夯击能大于6000kN m时为200mm 2 夯坑周围地面不应发生过大的隆起 3 不因夯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

14、 且达到设计墩长 2 累计夯沉量为设计墩长的1 5 2 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 5 2m 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

15、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3 6 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 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 0 2 0m的

16、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 不符合要求时应补夯或采取