地下工程强夯法PPT

1、浅谈强夯法在地基(dj)加固中的应用学号 TS14030117地下工程之学生(xu sheng) 张全全 任课教师 崔振东共七十八页 强夯与强夯置换(zhhun)法强夯法主要(zhyo)内容 1概述加固机理 3设计计算 4施工方法6工程实例5现场测试与质量检验共七十八页1.概述(i sh)概念 强夯是法国梅那（Menard）技术公司于1969年首创的一种地基加固(ji )方法，国际上称动力压实法或动力固结法。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)，反复对地基土施加很大的冲击能，一般能量为10008000kN.m。在地基土中所产生的冲击波和动应力，可提

2、高地基土的强度、降低土的压缩性、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。强夯法共七十八页强夯法适用范围 等等 强夯法适用土层碎石土砂土 低饱和度的粉土与黏性土湿陷性黄土 杂填土、素填土 强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软-流塑性的黏性土等地基上对变形控制要求(yoqi)不严的工程共七十八页强夯法强夯国内发展(fzhn)四个阶段1）自引进到80年代初，约8年。 强夯能级比较小，一般仅为1000kN*m，处理(chl)深度5m左右，以处理浅层人工填土为主。2）80年代初到90年代初。 本阶段兴建国家重点工程山西化肥厂，为了消除

3、黄土地基的湿陷性，化工部组织开发了6250kN*m能级强夯，使有效处理深度提高到了10m左右。3）90年代初到2002年。 本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机，成功开发了8000kN*m能级强夯，使强夯消除黄土湿陷性的深度达到15m。4）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 共七十八页强夯法强夯三个研究(ynji)方向 1）以处理饱和软土为目的(md)低能级强夯技术；2）处理高填土和深厚湿陷性黄土，以消除湿陷为目的的高能级强夯技术； 3）强夯与其他地基处理技术优势互

4、补，发展成为组合式地基处理技术。 共七十八页2.加固(ji )机理 强夯法 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某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围(zhuwi)地表隆起情况夯坑h夯锤自由下落夯点附近地面隆起共七十八页强夯法 强夯释放的巨大的能量，在土中产生冲击波：首先(shuxin)纵波(压缩波,P波），振动能量以7的传播出去，u增大，降低；其次横波（剪切波，S波），振动能量以26的传播出去，土体结构破坏，形成夯坑；最后面波（瑞利波，R波），振动能量以67传播出去，夯点附近产生地面隆起。对于饱和土，剪切波是使土体加密的波。建筑物破坏通常是横波与面波造成

5、的。加固(ji )机理共七十八页强夯法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。对饱和粘性土地基破坏土的结构，产生超孔压，通过裂隙排水并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。 共七十八页强夯法 目前，强夯法加固地基有三种(sn zhn)不同的加固机理，取决于地基土物理力学性质（颗粒大小，形状，级配，密实度，内聚力，内摩擦角，渗透系数等），土的不同类型（饱和土非饱和土，砂性土，黏性土）和强夯施工工艺（夯击能，夯点布置等）。（1）动力密实 (Dynamic Compactio

6、n)（2）动力固结 (Dynamic Consolidation)（3）动力置换 (Dynamic Replacement)加固(ji )机理共七十八页强夯法 用强夯加固多孔隙(kngx)、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙(kngx)减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。 （1）动力(dngl)密实（Dynamic compaction）加固机理动力密实共七十八页强夯法 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(yuy)土颗粒的相对位移引起。加固机理(j l)动力密实土体中的孔隙减小，土体变得密实。（1）（2）（3）

7、共七十八页强夯法在夯击动应力 pd 的作用下，不同位置的土体处于不同的状态，大致可分为以下四个区域 : A 区为主压实区， 动应力超过土的强度f ，土体结构被破坏后压实，并产生获大的侧向挤压力，该区加固效果明显； B 区为次压实区（消弱区），土中的应力小于土的强度f ，但大于土的弹性极限强度i; C 区为隆起区； D 区为未加固区，土中的应力小于土的弹性极限强度i 。因此，动力密实的影响深度除了与动力大小(dxio)有关外，还与地基土的结构强度有关。土的结构强度越大，影响深度越小。加固机理动力(dngl)密实共七十八页强夯法强夯处理后地基的现场测量结果分析动应力等值线 ：强夯挤密过程中地基土中

8、动应力随着深度和水平距离的增加而减小；基土干密度 ：随着深度和水平距离的增加而减小。 强夯动力(dngl)挤密过程中产生竖向挤密作用及侧向挤密作用。 加固机理动力(dngl)密实（a)动应力等值线(b)地基土干密度共七十八页强夯法加固机理(j l)动力密实夯坑沉降(chnjing)及周围地面隆起周围地面隆起 ：随着夯击次数的增加，夯坑深度加大，夯坑周围底面产生不同程度的隆起 。当场地的平均隆起量小于夯沉量时，存在动力挤密作用；但当夯击次数增加至平均隆起量与夯沉量相当时，动力挤密作用不明显，此时对应的夯击能量即为“最佳夯击能”。共七十八页强夯法在冲击动能(dngnng)作用下，地面会立即产生沉降

9、，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。加固机理(j l)动力密实共七十八页强夯法夯坑加固机理(j l)动力密实共七十八页动力(dngl)密实的应用强夯法共七十八页强夯法肇庆花都博罗输变电工程(gngchng)花都站土石方强夯施工动力(dngl)密实的应用共七十八页强夯法水下地基(dj)加固共七十八页（2）动力(dngl)固结（DYNAMIC CONSOLIDATION）强夯法 处理细颗粒饱和土 ，巨大的冲击能量在土中产生很大的应力(yngl)波，破坏了土体原有的结构，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

10、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。饱和土的压缩性产生液化渗透性变化触变恢复 梅那（Menard）根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。可归纳为一下四点：加固机理动力固结共七十八页强夯法饱和(boh)土的压缩性 饱和土含有(hn yu)少量气体，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，孔压减少。每夯一遍，气体体积可减少40%。 加固机理动力固结共七十八页强夯法产生(chnshng)液化加固机理(j l)动力固结产生液化 夯击一遍的情况 在反复夯击作用下，使土中气体逐渐受到压缩。当土体中

11、气体按体积百分比接近零时，土体就变成不可压缩。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，即u=，土体即产生液化。当液化度（孔压/覆盖压力）为100%时，对应的夯击能称“饱和能”，此时土的强度最小。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。 共七十八页强夯法渗透性变化(binhu) 超孔压u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(xiosn)到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合。 加固机理动力固结裂隙共七十八页强夯法触变恢复(huf) 饱和粘性土在夯击作用下，土体的强度(qingd)逐渐降低，当出现液

12、化或接近液化时，强度(qingd)达到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着时间孔压的消散，土的抗剪强度(qingd)和变形模量都有大幅度的增长。加固机理动力固结液化液化液化共七十八页强夯法静力固结理论(图a)动力固结理论(图b)不可压缩的液体固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变（土的渗透性不变化）弹簧刚度是常数活塞无摩阻力含有少量气泡的可压缩液体固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的（土的渗透性发生变化）弹簧刚度为变数,触变使土的刚度的改变。活塞有摩阻力，有时孔压减小沉降并未发生。弹簧活塞(husi)模型加固机理(j l)动力固结梅那（Menard）根据强夯法的实践，

13、提出了弹簧活塞模型，对动力固结机理进行了解释。孔径活塞气泡共七十八页（3）动力(dngl)置换（Dynamic replacement）强夯置换(zhhun)类型整式置换：采用强夯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：通过强夯将碎石填筑到土体中，部分碎石桩（或墩）间隔地夯入软土，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。 整式置换 桩式置换强夯法共七十八页整式(zhn sh)置换强夯法强夯置换(zhhun)共七十八页桩式置换(zhhun)强夯法强夯置换(zhhun)共七十八页桩式置换(zhhun)强夯法强夯置换(zhhun)共七十八页3.强夯法的设计

14、(shj)计算设计参数主要有：有效加固深度夯锤重量和落距最佳(zu ji)夯击能夯击点布置及间距 夯击次数与遍数垫层铺设间歇时间强夯法共七十八页（1）有效(yuxio)加固深度H 有效加固深度是指经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基(dj)土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：土的名称黄土一般软土砂土碎石土（不包括块石、漂石）块石、矿渣人工填土0.340.500.500.650.700.600.750.400.500.550.75H有效加固深

15、度，mM夯锤重量(t)；h夯锤落距(m)；对不同土质的修正系数，表4-1-1 强夯法强夯法的设计计算（4.1.1）表4-1-1 修正系数共七十八页有效加固深度H的预估(y )（规范JGJ79-2002）单击强夯的有效加固(ji )深度(m) 表4-1-2单击夯击能(kN.m)碎石土、砂土粉土、粘性土及湿陷性黄土10005.06.04.05.020006.07.05.06.030007.08.06.07.040008.09.07.08.050009.09.58.08.560009.510.08.59.0800010.010.59.09.5强夯法强夯法的设计计算共七十八页（2）夯锤重量(zhngl

16、ing)和落距夯锤M落距h单击夯击能=M*h总夯击能E=N*M*h单位(dnwi)夯击能e=N*M*h/A 单位夯击能e应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。国内：夯锤重一般1025吨，最重40吨；落距一般 825米。 单击夯击能为夯锤重量M与落距h的乘积，一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重M落距h总夯击数N)除以加固面积称为单位夯击能。强夯法强夯法的设计计算共七十八页 方形夯锤 圆形夯锤夯锤强夯法强夯法的设计(shj)计算实践证明，圆形夯锤底并设置2503

17、00mm的纵向贯通孔的夯锤，地基(dj)处理的效果较好。夯锤共七十八页夯锤强夯法共七十八页（3） 夯击点布置(bzh)、间距 及范围夯击点布置(bzh) 等边三角形、等腰三角形或正方形布置夯击点。强夯法强夯法的设计计算夯距通常为515m 夯击点三角形布置夯击点正方形布置基础面积较大的建筑物或构筑物等边三角形或正方形；办公楼、住宅建筑根据承重墙位置布置夯点，采用等腰三角形；工业厂房根据柱网设置夯点。共七十八页某工程(gngchng)夯点布置（正方形）强夯法强夯法的设计(shj)计算共七十八页某工程(gngchng)夯点布置（正方形）强夯法共七十八页 某仓库(cngk)夯击点布置（三角形）强夯法强

18、夯法的设计(shj)计算共七十八页强夯法施工现场强夯法共七十八页强夯法夯击点间距(jin j) 夯点间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定一般第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍（59m）;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与第一遍相同，也可适减小。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(mn tn)布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。夯击点间距通常为515m 强夯法的设计计算共七十八页 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

19、定。对一般建筑物，每边超出(choch)基础外缘宽度宜为设计处理深度的1/22/3，并不宜小于3m。处理(chl)范围强夯法强夯法的设计计算基础外缘3.0m共七十八页（4）夯击击数与遍数单点夯击击数与最佳夯击能的确定方法1：现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为原则，根据试夯得到的强夯击数和夯沉量、隆起量的监测曲线来确定。一般为410击。 ）尤其对于饱和度较高的黏性土地基。 ）对于碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土，夯击时夯坑周围往往没有(mi yu)隆起或有很少量隆起，则 夯击击数应按照现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，并且应该同时满足以下条件：最后两击的平均夯沉

20、量不大于50mm ； 坑周围不应该发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难；强夯法共七十八页）粘性土最佳夯击能的确定(qudng)方法：夯击能增大，孔压叠加；至土体产生塑性破坏，孔压不再增长，此时为最佳夯击能。）砂性土最佳夯击能的确定方法：绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线来确定最佳夯击能。当孔隙水压力增量随着夯击击数(夯击能)增加而逐渐(zhjin)趋于恒定时，可认为该种砂土所能接受的能量已达到饱和状态，此能量即为最佳夯击能。强夯法强夯法的设计计算方法2：可通过试验夯过程中地基中孔隙水压力的变化来确定共七十八页强夯法夯击次数与夯沉量的关系(gun x)曲线强夯法的设计(shj

21、)计算 施工常通过现场试夯得到的夯击次数与夯沉量的关系曲线确定有效夯实系数，从而得到夯击次数。夯坑体积 (或隆起体积）有效夯实系数夯击次数夯击次数共七十八页强夯法夯击遍数 各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向(c xin)位移最小为原则：夯击遍数一般为23遍；一般为410击/遍;最后再以低能量满夯2遍，锤印搭接。强夯平面布置图强夯法的设计(shj)计算共七十八页强夯法（5）间歇时间 对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定(ydng)的时间间隔，主要取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。渗透性较差的粘性土地基，间隔时间应不小于34周；对于渗透性好的地基可连续夯击，一般 24min 。（6）垫

22、层铺设(p sh) 作用：扩散夯击能、增强地下水位与地表面距离、支承起重设备。材料：砂、砾石、碎石。厚度：0.52.0 m。 强夯法的设计计算共七十八页强夯法4.现场(xinchng)测试现场(xinchng)测试内容：1）地面及深层变形2）孔隙水压力3）侧向挤压力4）振动加速度（强夯振动对环境影响的测试）共七十八页强夯法现场(xinchng)测试1）地面及深层变形 目的了解地表隆起的范围以及垫层密实度变化；研究夯击能量与夯沉量的关系，以确定单点最佳夯击能量；确定场地平均沉降量，用以研究夯击效果； 方法 地面沉降(d min chn jin)观测；深层沉降观测；水平位移观测。阴影面积为有效压实

23、体积，越大表示效果越好。夯击次数(或夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线 共七十八页强夯法现场(xinchng)测试2）孔隙水压力(yl)测试方法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，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。作用 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。 共七十八页强夯法现场(xinchng)测试3）侧向(c xin)挤压力方法 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。作用 在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力

24、增量沿深度的分布规律。 共七十八页强夯法4）强夯振动(zhndng)对环境影响的测试 目的与意义 通过测试地面振动加速度可以了解(lioji)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（0.1g，g为重力加速度，相当7度抗震设防烈度）处作为设计时振动影响安全距离。现场测试距夯击点16m处加速度为0.1g。共七十八页强夯法强夯振动(zhndng)对环境影响的测试 为了减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟（深3m左右）。 主动隔振沟靠近(kojn)或围绕震源 被动隔振沟靠近减震对象 共七十八页强夯法5.强夯法施工(sh gng)施工(sh gng)步骤 1）清理平整施工

25、场地；2）标出第一遍夯击点位置，并测量场地高程；3）起重机就位，使夯锤对准夯点位置；4）测量夯前锤顶高程；5）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由落下后放下吊钩， 测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底平整；6）重复步骤5，按照设计要求的夯击次数及控制标准，完成一个夯击点的夯击；强夯置换法施工共七十八页强夯法5.强夯法施工(sh gng)施工(sh gng)步骤 7）重复步骤36，完成第一遍全部夯点的夯击；8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；9）在规定的时间间隔后，按照上述步骤完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量场地高程。 共七十八页强夯法强

26、夯施工(sh gng)程序框图共七十八页强夯法 6.质量检验强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周：对粉土和粘性(zhn xn)土地基可取34周。承载力、压缩模量、有效加固深度等指标的检验。动力触探试验 载荷试验 室内试验 十字板试验 静力触探试验 旁压试验 波速试验 1)试验(shyn)方法共七十八页强夯法 强夯地基承载力和变形(bin xng)计算 强夯地基承载力和变形计算 强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定，初步设计时可根据夯后原位测试和土工试验指标按照地基基础规范（GB50007-2002）有关规定(gudng)确定 强夯

27、地基变形计算应符合（GB50007-2002）有关规定。夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定共七十八页强夯法 强夯置换(zhhun)地基承载力和变形计算 强夯置换地基承载力和变形计算 确定软黏土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑(kol)墩体，不考虑(kol)桩间土的作用，其承载力通过现场单墩载荷试验确定；对饱和粉土地基可按符合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。 强夯地基变形计算应符合（GB50007-2002）有关规定。复合土层的压缩模量可以按照下式计算：Esp：复合土层压缩模量（MPa)Es：桩间土压缩模量（MPa)；取经验值，或取天然地基

28、应力比n,对黏性土可取24；对粉土和砂土可取1.53共七十八页强夯法7.强夯工程实例（一）工程概括（二）地基处理方案的可行性分析（三）强夯参数的设计试夯研究(ynji)（四）强夯加固效果的检测评价（五）工程应用概括共七十八页强夯法工程(gngchng)实例茂名30万t乙烯工程60万m2砾质粘性土回填地基的强夯处理共七十八页强夯法 回填土地基，一般深度47m，最深达89m。回填土质量差，土质不均匀，结构松散，密实性差，承载力很低，存在不同程度的湿陷性，不宜(by)作为天然地基持力层。（一）工程(gngchng)概括共七十八页强夯法（二）地基处理(chl)方案的可行性分析共七十八页地基处理(chl)方案的可行性分析共七十八页强夯法地基处理(chl)方案的可行性分析共七十八页强夯法（三）强夯参数(cnsh)设计试夯设计(shj)参数主要有：有效加固深度、夯击能单点夯夯击次数单点夯夯击遍数群夯试验间歇时间群夯试验夯击点布置群夯试验处理范围等。共七十八页强夯法有效(yuxio)加固深度单点夯有效加固深度I、II区H=9m；III区H=3.5m单击