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1、强夯法和强夯置换法 1 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 2 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8 30t的重锤 最重可达200t 和8 20m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 3 等等 对于高饱和度的可采用强夯置换法 概述 4 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
2、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 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 5 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 6 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 7 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
3、陷为目的的高能级强夯技术 8 设计计算 施工方法 质量检验 发展趋势 加固机理 工程实例 9 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 10 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 11 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 12 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
4、结 动力置换 13 冲击型动力荷载 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 6 1 0m 夯坑底部形成一层超压密硬壳层 承载力可比夯前提高2 3倍 非饱和土在中等夯击能量1000 2000kN m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 14 1加固机理 15 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
5、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
6、增长 16 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 并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的 17 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 18 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 19 设计计算 施工方法 质量检验 发展趋势 加固机理 工程实例 20 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
7、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 21 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 22 2设计计算 夯锤和落距 夯锤 落距 单击夯击能 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
8、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 23 2设计计算 夯锤和落距 24 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 25 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 2 2 3 并不宜小于3m 26
9、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 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 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 墩的计算直径可取夯锤直径的1 1 1 2倍 27 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
10、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4 10击 28 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4000 6000kN m时为100mm 夯击能大于6000kN m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 29 2设计计算
11、 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 5 2 0倍 3 最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值 30 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2 3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 31 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
12、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 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 5 2 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 32 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
13、 33 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 34 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 35 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
14、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等参数 36 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 37 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
15、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 38 设计计算 施工方法 质量检验 发展趋势 加固机理 工程实例 39 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 40 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
16、41 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 42 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 将场地表层土夯实 并测量夯后场地高程 43 2020 4 4 44 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 0 2 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
