第3章-振密、挤密分解.ppt

1,第3章振密、挤密,2,3.1概述3.2强夯法3.3挤密砂石桩法3.4土桩、灰土桩和夯实水泥土桩法,3,3.1概述振密挤密是指采用爆破、夯击、挤压、和振动等方法，使土体密实，土体抗剪强度提高，压缩性减小的一类地基处理方法。挤密和振密作用分为纵向和横向两种。常采用的方法有：强夯法、挤密法（碎石桩、石灰桩、土桩）、夯实水泥土桩法及孔内夯扩法等。,4,振密挤密一般适用于非饱和土地基或土体渗透性较好的地基。用于渗透性很小的饱和软粘土时，易形成“橡皮土”。一般来说，振密挤密法所需的施工设备比较简单，加固材料少，因此加固费低，宜优先考虑使用。但是，应考虑施工对周围环境可能产生的不良影响。,5,3.2强夯法(dynamiccompaction)强夯法是法国L梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10m以上。强夯法就是通过10-60t的重锤和6-40m的落距，对地基土施加一很大的冲击能，对地基土进行强力夯实，使地基土中出现冲击波和应力波，可提高地基的承载力，减小土的沉降量，改善砂土的液化性，消除湿陷性黄土的湿陷性等。适用于：碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基的处理。不宜用于淤泥与淤泥质土地基。,6,7,1、加固机理1）动力密实冲击型动力荷载，使土体中的孔隙比减小，土体变得密实，从而提高地基土的强度。这种机理主要表现在加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土中。2）动力固结巨大的动力能在饱和土中产生很大的应力波，破坏了土体的原有结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水消散后，土体固结。,8,饱和土的压缩性由于土体中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，其含量在1-4范围，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排除的同时，孔隙水压力就减小，土中的孔隙体积和水的体积减小。使土产生了压缩。在重复夯实的过程中，土中的气体被压缩，其含水量逐渐减少，当气体的体积接近0时，土体就变成不可压缩的了。,9,产生液化根据有效应力原理u=tgc当u的大小达到覆盖压力（）能量级时，夯点的一定范围内，即产生了液化。当液化度为100时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。注意：这种液化属于局部液化，与地震时产生的液化有根本的不同！渗透性的变化在强大的夯击能作用下，超孔隙水压力急剧增大，当其大于土颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现,10,裂隙，形成排水通道。当孔隙水压力消散后，裂隙会自行闭合，土中水的运动又恢复常态。触变恢复在重复夯击作用下，土体的强度逐渐降低，当土体出现液化或接近液化时，使土的强度降到最低点，此时土中产生裂隙，而土中的吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力消散，土体的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增加。,11,3）动力置换动力置换可分为整体式或桩式动力置换二种，见下图。整体式置换桩式置换,12,2、设计计算1）有效加固深度和单击夯击能根据现场试夯或当地经验等确定有效加固深度。试验前也可采用修正的Menard公式估算：HK(Wh/10)1/2K在国内一般取0.34-0.8。,13,2）夯锤与落距W*h称为单击夯击能，而整个场区的总夯击能（即锤重*落距*总夯击数）除以加固面积称为单位夯击能。单位夯击能应根据地基土类别、加固的深度、结构的类型、荷载的大小等综合考虑确定。一般国内夯锤可取10-25t，夯锤中宜设置250-300mm的上下贯通的气孔，锤底面积为2-4m2。落距通常为8-25m。,14,3）夯坑点的布置及间距布置：*基础面积大时按三角形、正方形布置；*按承重墙位置三角形布置；*厂房按柱网布置。处理范围应超出基底下设计处理深度的1/2至1/3，并且不小于3m。间距：第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5-3.5倍或59m，下一遍布置在上一遍夯点中间，以后减小，最后一遍低能量满夯。4）夯击击数与遍数击数：应按现场试夯得到的夯击击数与夯坑沉降量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：最后两击的平均夯坑的沉降量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，不应大于100mm；夯坑周围地面不发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。,15,遍数：夯击遍数应根据地基土的性质确定，采用点夯23遍，最后再以低能量满夯2遍。2遍夯间应有一定的时间间隔。5）垫层的铺设垫层的铺设具有支承设备，便于施工的“夯击能”得到扩散，同时也可加大地下水位与地表面的距离，有时也可控制施工标高。,16,6）间歇时间其取决于加固土层中孔隙水压力的扩散。土性不同，间歇时间相差很大。对砂性土为2-4min，对粘性土为2-4周。3、质量检验依据地基与基础工程施工与验收规范（GBJ202-83）、建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）、强夯地基技术规范（YSJ209-92、YBJ25-92）（冶金部、有色金属工业总公司）1）室内试验,17,钻探与室内试验向相结合：主要观测孔隙比、孔隙度、干密度、压缩模量等的变化情况；现场原位试验：静力触探、标贯、载荷试验等等。2）现场测试地面与深层变形检测：分层沉降仪；孔隙水压力检测：孔隙水压力测试仪；侧向挤压力检测：侧压力传感器；震动加速度测试：三分量加速度传感器。,18,3.3挤密砂石桩法（sand-gravelpile)一、概述碎石桩和砂桩均称为粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方法成孔后，再将碎石或砂挤压入孔中，形成大直径的由碎石或砂构成的密实桩体。适用于松散砂土、杂填土和素填土等地基。由于碎石桩是散体材料，属于柔性桩的范畴，在竖向力的作用下，将产生径向变形，其径向变形的大小与竖向力大小和桩周土的约束力大小有关，故碎石桩加固地基效果如何，与桩间土的强度有关。,19,二碎石桩分类根据施工工艺不同1、振冲碎石桩(vibroflatation)振冲碎石桩是指利用振冲器成孔和制作的桩。振冲器构造如右图。它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心轮，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振动边水冲的综合作用下，将振冲器沉到土中的设计预定深度，经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作用下逐渐振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，直到设计预定的桩顶或至地面，从而在地基中形成一根大直径的很密实的碎石桩体。振冲器有两个功能，一是产生几十到几百kN的水平振动力作用于周围土体，二是从端部及侧面进行高压射水。振动力是加固地基的主要因素，射水协助振动力在土中钻进成孔，并在成孔后实现清孔和护壁。,20,Stage1:ThejetatthebottomoftheVibroflotisturnedonandloweredintothegroundStage2:Thewaterjetcreatesaquickconditioninthesoil.ItallowsthevibratingunittosinkintothegroundStage3:Granularmaterialispouredfromthetopofthehole.Thewaterfromthelowerjetistransferredtohejetatthetopofthevibratingunit.ThiswatercarriesthegranularmaterialdowntheholeStage4:Thevibratingunitisgraduallyraisedinabout0.3-mliftsandheldvibratingforabout30secondsateachlift.Thisprocesscompactsthesoiltothedesiredunitweight.,FromDas,1998,振冲碎石桩,21,2、干振碎石桩干振碎石桩技术是对振冲碎石桩的直接改进，即以无射水干振的“振孔器”取代振动加水冲的“振冲器”造孔和制桩，利用“振孔器”的水平振动力和自重成孔、挤密碎石而成干振碎石柱。从而避免泥水污染环境及非饱和土遭水浸的缺点。干振法的“振孔器”构造见图。,22,3、沉管碎石桩沉管碎石桩包括振挤碎石桩(振动沉管法)、锤击碎石桩、干振碎石桩(芯管密实法)和管内取土、锤击填料法等。a、振挤碎石桩(振动沉管法)以振动沉管打桩机为主要机具，是模仿挤密砂桩工艺制造的碎石柱。一般采用管内填科，拔管时可采用匀速拔管法，拔管速度一般不宜大于1.5mmin，在易缩孔的地层，可适当放慢。为了避免缩颈、断桩，应适当扩大桩径，可采用反插法(在拔管时拔简0.5-1.0m，再将桩管沉人0.5-1.0m，)。对于已经将桩管拔出地面，而填料少于设计值的可以复打。适应于松散的粘性土和砂性土。粘粒含量越大，桩间土的振密和挤密效应越差。对于粘粒含量大的饱和软粘土，桩间土的振密和挤密效应小，其对碎石桩的侧向约束作用小，所以桩在垂直荷载作用下变形大，加固效果不理想。,23,24,25,b锤击碎石桩(内击沉管法)又称干冲碎石桩，是用重锤内击沉管和分层击实填料工艺制造的碎石桩。采用具有两个卷扬机(主、副各一)的简易打桩架，一根管径为300-400mm的钢管，根据所需地基加固深度确定长度，管内设一吊锤，其重量为10-12kN。将桩管立于桩位，并且通过桩管仰面的填料口从地面向桩管内填1.0m左右的碎石，然后用吊锤夯击碎石，靠碎石和桩管之间的摩擦力将桩管带到设计深度，最后分段向桩管投碎石和夯实填料，同时向上提拔桩管，直至拔出地面，即成碎石桩。,26,c芯管密实柱(芯管法)芯管干振碎石桩和芯管锤击碎石桩两种(1)芯管干振碎石桩采用振动沉管打桩机将桩管(外管)和芯管(内管)沉入设计标高，然后提出内芯管，向桩管倒入一定高度的碎石，再将芯管放入桩管的碎石面上，边压边拔。重复上述步骤，即可制成1根碎石桩。特点是将振动沉管打桩机的激振力和内芯管的压力相结合，使桩身密实，减少断桩的可能性，提高成桩质量。,27,4、强夯置换碎石桩强夯置换碎石桩:利用强夯设备和技术制造的粗而短的“矮胖形”（碎石墩)。施工机具包括重锤、机架和升降机等。一般为在夯点夯击一定深度的夯坑，用翻斗车向境内填满碎石或建筑垃圾等粗粒材料，再在原夯点夯击，将碎石击入坑底并挤向旁侧，形成新的夯坑，然后重复上述步骤，直到单击夯沉量达到设计要求为止，在地基中形成一碎石桩墩，该桩墩与桩间土共同工作形成复合地基。可以在软土中应用，这时，承裁力提高的幅度较大。,28,29,30,31,上海市地基处理技术规范规定，对不排水抗剪强度小于20kPa的淤泥、淤泥质土等地基应通过现场试验确定其适用性。三、加固机理1对松散砂土加固机理挤密作用：成孔时的横向挤密作用和成桩时的横向挤密作用。排水减压作用：形成排水通道，消散孔隙水压力。砂基预震效应：实验证明：砂土的液化性不仅和其相对密度有关，而且与其振动历史有关。,32,2对粘性土加固机理置换作用：在振动力或挤压力的作用下土中的水不易排出，所以碎石桩不是使地基挤密，而是置换。应力集中作用：在基底压力的作用下，桩与桩间土一同承受荷载（形成复合地基），由于桩体的Ep远大于土的Es，在基础均匀沉降的条件下，桩体应承受较大的应力。垫层作用：在软弱土层较厚时，碎石桩可只处理一定厚度的软弱土层，这时的碎石桩复合地基起垫层的作用。,33,四设计计算1）碎石桩的孔位可采用三角形(优先)或正方形布置。2）碎石桩的间距可按下式估算：松散砂土地基：等边三角形布置正方形布置修正系数，考虑振动下沉密实作用时，取1.1-1.2;不考虑时，取1.0粘性土地基：等边三角形布置正方形布置,34,桩距确定设碎石桩或砂桩（单位长度）如下图布置。假设在松散砂土中打入碎石桩能起到100的挤密效果，亦即成桩过程中底面没有隆起或下沉，被加固的砂土没有流失。V1/V0=(1+e1)/(1+e0)=(V0-Ap)/V0故Ap=V0(e0-e1)/(1+e0)=L2(e0-e1)/(1+e0)根据上式，即可求出L的大小。地基挤密后所要达到的e1，可按工程对地基土的承载力要求计算求得。,L,AAp,土粒Vs,孔隙VV,灌砂Ap,e1=VV1/Vse0=VV/Vs,L,V0,Vv1,V1,35,3）液化判别:采用标准贯入试验，液化土应符合下式：NNcr临界锤击数（抗震规范）：,N标准贯入试验的击数,36,4）碎石桩复合地基承载力特征值的确定：复合地基载荷试验法或规范经验公式法pspk、ppk、psk-复合地基、桩、桩间土承载力特征值设一根桩加固处理的软弱土面积为A，一根桩的面积为Ap，桩周土的面积为As。面积置换率m=Ap/A，总是小于1，一般取20左右；,37,5）复合地基沉降计算采用复合模量用分层总和法计算：Esp1m(n1)EsEs桩间土的压缩模量；n-桩土应力比，对粘性土取2-4；对粉土和砂土取1.5-3。,38,39,质量检验1）桩周土静力触探、轻便动力触探、开挖、载荷试验等；2）桩身重型动力触探3）复合地基载荷试验,40,3.4土桩、灰土桩和夯实水泥土桩法比较成熟，在陕西、甘肃、山西等地广泛使用。1、加固机理采用挤土成孔或非挤土成孔方式在地基中成孔，然后分层回填填料，逐层夯实成桩。根据填料的不同，分别称为土桩(earthpile)、灰土桩(limesoilpile)和夯实水泥土桩(rammedsoilpile)。不仅夯实桩体，而且挤密了土体，达到加固地基的作用。,41,压实原理：含水量较小时，土粒表面的结合水膜很薄（主要是强结合水），颗粒间很大的分子力阻碍土的压实。含水量增大时，结合水膜逐渐增厚，粒间联结力减小，水起润滑作用，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，压实时自由水不易排出，形成较大的孔隙压力，阻止土粒移动，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个“最优含水量”，这就是土的压实机理。,42,在一定压实机械的功能条件下，土最易被压实、并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量Wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。由压实曲线确定。,43,2、适用范围土桩、灰土桩和夯实水泥土桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、黏性土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为615m。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土桩挤密法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩和夯实水泥土桩。当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时，不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法(成孔及拔管过程中，桩孔及周围容易缩径和隆起，挤密效果差）。,44,3、设计a.主要用于消除地基湿陷性时（土桩、灰土桩）：（1）确定桩径和桩长桩径：一般取300400mm非自重湿陷性地基：桩长一般要求至地基压缩层下限，或穿过附加压力与土自重附加应力与自重应力之和大于湿陷起始压力的全部土层；对自重湿陷性黄土地基，桩长要求至非湿陷性土层顶面。桩长还应满足沉降量控制要求。,45,(2)处理范围灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积，并应符合下列规定：1.当采用局部处理时，超出基础底面的宽度：对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。2.当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m（兼有防渗作用）。,46,(3)桩位布置和桩距设计桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离，可为桩孔直径的2.02.5倍，也可按下式估算：,47,桩土间平均挤密系数：(4)桩孔填料选用控制桩孔填料以保证夯实后桩体平均压实系数0.96,48,土桩材料：多选用与桩间土性质相近的土。灰土桩材料：多选用石灰与土的体积配合比为2:8或3:7，也可采用水泥和土的混合材料。(5)沉降计算分层总和法加固区压缩模量Ec:,49,3、设计b.主要用于提高地基承载力、减小沉降时（灰土桩、夯实水泥土桩）：（1）确定桩径和桩长桩径：一般取300-600mm桩长:一般要求透软弱土层或由沉降控制确定。（2）复合地基置换率（P50）：,50,（3）加固范围和桩位布置：加固范围一般可在基础范围之内。桩位布置可采用等边三角形或正方形布置。（4）沉降计算：同上4、施工a.成孔：（1）挤土成孔：沉管法、爆破法、冲击法（2）非挤土成孔：挖孔法和钻孔法,51,洛阳铲，又名探铲，一种考古学工具，为一半圆柱形的铁铲。一段有柄，可以接长的白蜡杆。使用时垂直向下戳击地面，可深逾20米，利用半圆柱形的铲可以将地下的泥土带出，并逐渐挖出一个直径约十几厘米的深井，用来探测地下土层的土质，以了解地下有无古代墓葬。,52,4、施工b.回填夯实（1）回填料制备素土宜选用纯净的黄土、一般黏性土或Ip大于4的粉土，有机质含量不超过5%，土块粒径不宜大于15mm。石灰应选用新鲜