深层密实法(强夯)

1、深层密实深层密实指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法，指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法， 对松软地基进行振密和挤密。对松软地基进行振密和挤密。深层密实深层密实爆破法爆破法强夯法强夯法挤密法挤密法深层密实法和浅层垫层法的不同深层密实法和浅层垫层法的不同深层密实法深层密实法原土上进行加固，加固效果更取决于原土的性质原土上进行加固，加固效果更取决于原土的性质浅层垫层法浅层垫层法对原土进行换填，加固效果更取决于换填材料的性质对原土进行换填，加固效果更取决于换填材料的性质强夯法强夯法dynamic consolidationHeavy tamping 锤击成桩法锤击成桩法单管法单管法 桩管就位 将桩管用

2、蒸气打桩机和柴油机打桩机打到设计深度灌砂 按规定速度拔出桩管 干振法干振法 振孔器就位 振动挤土成孔 上提振孔器填料 振捣 形成碎石桩 刚刚 性性 桩桩柔柔 性性 桩桩桩承受基础传来荷载的几乎桩承受基础传来荷载的几乎全部全部桩、土共同承担基础传来的桩、土共同承担基础传来的荷载荷载一般不考虑土的承载能力一般不考虑土的承载能力桩土应力比为桩土应力比为24应力大部分从桩尖开始扩散应力大部分从桩尖开始扩散传到下卧层时还很大传到下卧层时还很大应力从基底开始扩散应力从基底开始扩散,传到下传到下卧层很小卧层很小一般需要较好的持力层、沉一般需要较好的持力层、沉降小。若无好的持力层、沉降小。若无好的持力层、沉降

3、可能会很大降可能会很大一般无需较好的持力层一般无需较好的持力层(应验应验算下卧层算下卧层)，初期沉降快而大，初期沉降快而大由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。工地基。复合地基复合地基变形协调指桩和土变形一致共同变形。变形协调指桩和土变形一致共同变形。按按材材料料分分类类 散体桩复合地基散体桩复合地基 柔性桩复合地基柔性桩复合地基 刚性桩复合地基刚性桩复合地基 砂砂 桩桩 碎石桩碎石桩 土土 桩桩 灰土桩灰土桩 石灰桩石灰桩 粉喷桩粉喷桩 旋喷桩旋喷桩 树根桩树根桩 CFG CFG 桩桩 复合地基作用机理和破坏模式复合地

4、基作用机理和破坏模式 一、作用机理一、作用机理： 1 1、桩体作用：、桩体作用： 由复合地基定义可知：复由复合地基定义可知：复合地基由桩体和桩间土共合地基由桩体和桩间土共同工作，由于变形协调条同工作，由于变形协调条件，桩体和桩间土变形相件，桩体和桩间土变形相同。由于同。由于E E桩桩 E E土土，桩体产生，桩体产生应力集中，桩间土应力降应力集中，桩间土应力降低。由此复合地基承载力低。由此复合地基承载力和整体刚度高于原地基，和整体刚度高于原地基，沉降有所减小。沉降有所减小。 psSSpsEE psFF 2 2、加速固结作用：、加速固结作用： 固结系数固结系数： aekCwv)1(0v采用砂桩和碎

5、石桩时，砂和碎石桩增大了渗透系数采用砂桩和碎石桩时，砂和碎石桩增大了渗透系数k k的大小，的大小，加速了饱和土体的固结。加速了饱和土体的固结。 v水泥土桩减小了地基的压缩系数水泥土桩减小了地基的压缩系数a a，a a的减小幅度大于的减小幅度大于k k，同，同样能提高固结系数，加快土体固结。样能提高固结系数，加快土体固结。3 3、挤密作用、挤密作用 v砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩在施工过程中，由于振动挤密、砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩在施工过程中，由于振动挤密、排土等原因，对土体起到一定密实作用排土等原因，对土体起到一定密实作用。 v石灰桩：桩体的吸水和膨胀作用对桩间土同样起到挤密作用石灰桩：桩体的

6、吸水和膨胀作用对桩间土同样起到挤密作用。 4 4、加筋作用：、加筋作用： 提高土体提高土体 f增强土体抗滑能力增强土体抗滑能力 二、破坏模式及其影响因素二、破坏模式及其影响因素 1 1、破坏模式：、破坏模式： 桩间土先破坏、桩体破坏（多见）、桩和桩间土共同破坏桩间土先破坏、桩体破坏（多见）、桩和桩间土共同破坏 （1 1）刺入破坏：桩体刚）刺入破坏：桩体刚度大，地基强度低，桩体度大，地基强度低，桩体应力集中远大于地基承载应力集中远大于地基承载力。力。 （2 2）膨胀破坏：在荷载作）膨胀破坏：在荷载作用下，桩间土不能提供足够用下，桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体产生过大的围压来阻止桩体产生过大侧

7、向变形，从而产生桩体的侧向变形，从而产生桩体的破坏。破坏。 （3 3）整体剪切）整体剪切破坏：桩和桩间破坏：桩和桩间土发生整体剪切土发生整体剪切变形。变形。 在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。 散体桩（振冲碎石桩）易产生膨胀破坏；刚性桩（散体桩（振冲碎石桩）易产生膨胀破坏；刚性桩（CFGCFG桩）桩） 易产生刺入破坏。易产生刺入破坏。 2 2、复合地基破坏模式影响因素、复合地基破坏模式影响因素 （4 4）滑动破坏：）滑动破坏：（1 1）不同型桩：）不同型桩：（2 2）桩身材料：）桩身材料：如水泥土桩：水泥掺入量如水泥土桩：水泥掺入量

8、 wa%5wa易发生膨胀破坏易发生膨胀破坏 %15wa易发生整体剪切破坏易发生整体剪切破坏 %25wa易发生刺入破坏易发生刺入破坏 随桩身强度的增加，破坏形式逐渐由膨胀破坏随桩身强度的增加，破坏形式逐渐由膨胀破坏过渡到刺入破坏过渡到刺入破坏（3 3）散体桩：易在软弱土层体产生膨胀破坏。）散体桩：易在软弱土层体产生膨胀破坏。 软土强度非常小，灵敏度高，打桩过程中土体受到软土强度非常小，灵敏度高，打桩过程中土体受到扰动，强度下降，提供不了散体桩成桩所需的围压。扰动，强度下降，提供不了散体桩成桩所需的围压。 同型桩当桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式。同型桩当桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式。

9、 当浅层存在非常软的粘土当浅层存在非常软的粘土时，碎石桩将在浅层发生时，碎石桩将在浅层发生剪切或鼓胀破坏剪切或鼓胀破坏当较深层存在有局部非常当较深层存在有局部非常软的粘土时，碎石桩将在软的粘土时，碎石桩将在较深层发生局部膨胀较深层发生局部膨胀较深层存在有较厚非常较深层存在有较厚非常软的粘土情况，碎石桩软的粘土情况，碎石桩在较深层发生鼓胀破坏在较深层发生鼓胀破坏软软土土层层软软土土层层1/DHHD2/DHH软软土土层层D 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地次夯击地面，对地基进行强力夯实。

10、这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。 强夯强夯碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、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。素填土和杂填土等地基。 强夯置换强夯置换高饱和度的粉土与软流塑的粘性土等对变形控制要求高饱和度的粉土与软流塑的粘性土等对变形控制要求不严的工程的地基土。不严的工程的地基土。一、适用范围：一、适用范围：二、加固机理二、加固机理非饱和土非饱

11、和土动力密实动力密实饱和土饱和土粘性土粘性土动力置换动力置换非粘性土非粘性土动力固结动力固结动力置换动力置换1 1、动力密实、动力密实 当强夯用于加固非饱和土时，它的压密过程基本上同实当强夯用于加固非饱和土时，它的压密过程基本上同实验室中的击实试验相同。验室中的击实试验相同。2 2、动力固结、动力固结 传统的固结理论传统的固结理论固结就是孔隙体积和孔隙水的排出，固结就是孔隙体积和孔隙水的排出，饱和土在冲击荷载作用下，水不能及时排出，故体积不变，而饱和土在冲击荷载作用下，水不能及时排出，故体积不变，而只发生侧向变形。只发生侧向变形。 MenardMenard动力固结理论动力固结理论巨大的冲击能量

12、在土中产生很大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产的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力生裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度逐渐提高。消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度逐渐提高。饱和土的压缩性饱和土的压缩性产生液化产生液化渗透性变化渗透性变化 触变恢复触变恢复夯击一遍的情况夯击一遍的情况夯击三遍的情况夯击三遍的情况每夯击一遍，体每夯击一遍，体积变化有所减少，积变化有所减少，地基承载力有所地基承载力有所增长。增长。 静

13、力固结理论静力固结理论 不可压缩的液体；不可压缩的液体； 固结时液体排出所通过的固结时液体排出所通过的小孔的孔径是不变的；小孔的孔径是不变的； 弹簧刚度时常数；弹簧刚度时常数； 活塞无摩阻力。活塞无摩阻力。 动力固结理论动力固结理论 含有少量气泡的可压缩液体；含有少量气泡的可压缩液体； 固结时液体排出所通过的小固结时液体排出所通过的小孔的孔径是变化的；孔的孔径是变化的； 弹簧刚度时变数；弹簧刚度时变数； 活塞有摩阻力。活塞有摩阻力。3 3、动力置换、动力置换 利用强夯的冲击力，将砂、碎石、石块等挤填到饱利用强夯的冲击力，将砂、碎石、石块等挤填到饱和软土层中，置换原饱和软土，形成桩柱或密实砂、石

14、和软土层中，置换原饱和软土，形成桩柱或密实砂、石层。它的作用机理类似于振冲法形成的碎石桩。层。它的作用机理类似于振冲法形成的碎石桩。三、设计计算三、设计计算 有效加固深度有效加固深度锤重与落距锤重与落距夯击点间距与布置夯击点间距与布置夯击次数与遍数夯击次数与遍数垫层铺设垫层铺设间歇时间间歇时间间夯间夯满夯满夯1 1、有效加固深度、有效加固深度 一般指经强夯加固后，该土层强度和变形等指标一般指经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。能满足设计要求的土层范围。有效加固深度，是有效加固深度，是选择地基处理方法的依据选择地基处理方法的依据反映地基处理效果的重要参数反映地基处理效果

15、的重要参数0.50.5h(m)h(m)5.55.58.08.0隆起隆起夯锤夯锤第一层（剪胀区）第一层（剪胀区）第二层（有效压缩区）第二层（有效压缩区）第三层（影响深度区）第三层（影响深度区）第四层（弹性区）第四层（弹性区）10/MhH 有效加固深度的计算：有效加固深度的计算： M M 夯锤重（夯锤重（t t） h h 落距（落距（m m） 与所处理地基土有关的系数与所处理地基土有关的系数 粘性土取粘性土取0.450.450.60.6 砂土取砂土取0.450.450.60.6 高填土取高填土取0.60.60.80.8 湿陷性黄土取湿陷性黄土取0.340.340.50.5 软土取软土取0.50.5

16、MhH2 2、夯击能量、夯击能量夯击能量夯击能量单击夯击能单击夯击能表征每击能量大小的参数表征每击能量大小的参数最佳夯击能最佳夯击能地基中出现的孔隙水压力达到土地基中出现的孔隙水压力达到土 的自重压力时的夯击能。的自重压力时的夯击能。单位夯击能单位夯击能整个加固场地的总夯击能量除以整个加固场地的总夯击能量除以 加固面积。加固面积。2HMhE 一般情况，选择单击一般情况，选择单击夯击能大，夯击次数少，夯击能大，夯击次数少，夯击遍数相应也少，这样夯击遍数相应也少，这样加固效果和经济效果较好。加固效果和经济效果较好。单击夯击能的选择依据单击夯击能的选择依据首先，根据需加固的深度确定；首先，根据需加固

17、的深度确定；其次，受起重设备的限制；其次，受起重设备的限制；再次，夯坑深度不应过大，否则再次，夯坑深度不应过大，否则 起锤困难，部分能量损失。起锤困难，部分能量损失。Mh国内国内 锤重锤重 M M101025t,25t, 最大最大40t40t； 落距落距 8 825m25m。 锤型：圆形锤型：圆形 气孔式气孔式锤高宽比：锤高宽比：1 1：2.5(2.8)2.5(2.8)按锤底静压力值为按锤底静压力值为252540kP40kPa a确定锤的底面积确定锤的底面积一般选择一般选择大落距的大落距的施工方案施工方案dl1 1、正方形布置、正方形布置dl2 2、等边三角形布置、等边三角形布置3 3、夯点的

18、布置及间距、夯点的布置及间距夯点布置每边超出基础外缘的宽度为夯点布置每边超出基础外缘的宽度为1/21/22/32/3处理深度处理深度且不小于且不小于3m3mdl三遍夯两遍夯夯点间距决定于夯点间距决定于加固深度加固深度密实度要求密实度要求土质条件土质条件一般一般: :第一遍夯间距为第一遍夯间距为2.53.5d2.53.5d第二遍夯在第一遍夯两夯之间第二遍夯在第一遍夯两夯之间4 4、夯击击数与遍数、夯击击数与遍数击数现场试夯时得到的夯击数与夯沉量的关系曲线确立最后两击的平均夯沉量50mm50mm单击单击4000kN.m4000kN.m100mm100mm单击单击40006000kN.m400060

19、00kN.m200mm200mm单击单击6000kN.m6000kN.m夯坑周围地面不发生过大隆起不因夯坊过深发生起锤困难一般为一般为4 41212击击且同时满足下列条件时 粗颗粒土、低饱和度的陷性黄土和填土粗颗粒土、低饱和度的陷性黄土和填土 增加击次、增加击次、 减少遍数减少遍数 饱和度较高的土或粘性土饱和度较高的土或粘性土增加遍数增加遍数 遍数遍数一般情况下，可采用点夯23遍击数与遍数的关系 点夯完成后，再以低能量（点夯完成后，再以低能量（100t.m100t.m 200t.m200t.m ）满夯）满夯2 2遍（锤印搭接）。遍（锤印搭接）。5 5、垫层铺设、垫层铺设地下水位较高的饱和土地下

20、水位较高的饱和土易液化流动的饱和砂土易液化流动的饱和砂土需在地面上预铺设砂需在地面上预铺设砂( (砾砾/ /碎碎) )石垫层石垫层垫层厚度一般为垫层厚度一般为0.52.0m0.52.0m6 6、间歇时间、间歇时间 由于加固土层中孔隙水压力的消散需要时间由于加固土层中孔隙水压力的消散需要时间, ,故两遍故两遍夯击间应有一定的时间间隔夯击间应有一定的时间间隔砂性土砂性土-t=2-4min-t=2-4min粘性土粘性土-t=24-t=24周周强强 夯夯 置置 换换11加固深度加固深度深度不宜超过深度不宜超过7m7m深厚饱和粉土、粉砂深厚饱和粉土、粉砂墩身可不穿插该层墩身可不穿插该层淤泥、泥炭等软弱粘

21、土层淤泥、泥炭等软弱粘土层穿透软土层穿透软土层22单击夯击能单击夯击能现场试验确定现场试验确定锤底面积锤底面积静接地压力（静接地压力（W/SW/S）=100=100200kP200kPa a 33墩体材料的要求墩体材料的要求级配良好的块石、碎石、矿石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，级配良好的块石、碎石、矿石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于粒径大于300mm300mm的含量不宜超过全重的的含量不宜超过全重的30%30%44夯击次数夯击次数由现场试夯确定，同时应满足：由现场试夯确定，同时应满足：墩底穿透软弱层，且达到设计墩长墩底穿透软弱层，且达到设计墩长累计夯沉量为设计墩长的累计夯沉量为设计墩长的1.51.52.02.0倍倍最后两击平均夯沉量要求同强夯最后两击平均夯沉量要求同强夯) 1 . 2940E1H（可参考可参考55墩位布置及间距墩位布置及间距布置布置等边三角形、正方形等边三角形、正方形独立基础、条基可根据基础形状相应布置独立基础、条基可根据基础形状相应布置间距间距根据荷载大小和原土的承载力确定根据荷载大小