[PPT]地基处理方法——强夯法_ppt

1、强夯技术Dynamic CompactionNew Technical of Soil Improvement 概 述加固机理机具设备施工技术参数的确定施工要点效果检验现场测试发展趋势1 概 述 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为5008000kN.m。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。 等等 强夯法适

2、用土层碎石土砂土 低饱和度的粉土与粘性土湿陷性黄土 杂、素填土 对于高饱和度的可采用强夯置换法建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)规定 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。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。 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 软粘土地基的综合治理国内发展阶段自引进到80年代初，约8年。本阶段工程应用强夯能级比较小，一般仅为1000kN*m，处理深度5m左右，以处理浅层人工填土为主。

3、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，为了消除黄土地基的湿陷性，国家化工部组织开发了6250kN*m能级强夯，使有效处理深度提高到了10m左右。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。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 。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

4、深厚湿陷性黄土，以及消除湿陷为目的的高能级强夯技术； 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2 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 2 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。 目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。2 加固机理三种加固机理 动力密实加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土

5、动力荷载减小土孔隙，提高强度 超孔隙水压力消散，土体固结 分为整式置换和桩式置换 加密、碎石墩置换、排水的组合 处理细颗粒饱和土 局部产生裂缝，增加排水通道 动力固结动力置换2 加固机理2.1动力密实 采用强夯加固多孔隙、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，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。 FlashDynamic compaction 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土颗粒的相对位移引起。 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0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承

6、载力可比夯前提高23倍。 Abu Dhabi Corniche (United Arab Emirates)夯坑肇庆花都博罗输变电工程花都站土石方强夯施工水下地基加固2.2 动力固结 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。Dynamic consolidation弹簧活塞模型静力固结理论(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，其孔径是不变的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，其孔径是变化的弹簧刚度为变数活塞有摩阻力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

7、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。夯击一遍的情况 夯击三遍的情况 从右图可以看出，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。 饱和土的压缩性：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

8、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增长。动力固结青岛港8号码头强夯工程青岛港8号码头强夯工程2.3 动力置换 Dynamic replacementFlash动力置换类型 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。 整式置换：将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类

9、似于换土垫层。动力置换桩式置换动力置换 (Railway track, Malaysia)整式置换动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER (Shopping center - Egypt)桩式置换3 机具设备强夯法的主要设备为夯锤、吊钩和起重机械等。(1)夯锤装配式钢夯锤混凝土夯锤40T夯锤15T夯锤排气孔排气孔锤底面积的选择：砂土：一般取34m2; 粘性土：6m2较适宜排气孔的作用：减少起吊夯锤时的吸力和夯锤落地前瞬时的气垫上托力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

10、带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上(2)起重机械西德UB-162强夯机波兰1206强夯机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 4 施工技术参数的确定强夯施工参数包括：有效加固深度、锤重和落距、单位夯击能、夯击点布置及间距、夯点的夯击数与夯击遍数、两遍夯击的间歇时间、加固处理范围等。1）有效加固深度： H有效加固深度(m) M夯锤重(t) h落距(m) 系数，根据地基土性质决定 经强夯加固后，该土层强度和变

11、形等指标能满足设计要求的土层范围。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 夯锤落距2）锤重和落距锤重一般不小于8t，落距不宜小于6m。3）单位夯击能 夯击能锤重落距单位夯击能总夯击能加固范围面积粗颗粒土：10003000(kN.m)/m2细颗粒土：15004000(kN.m)/m2对饱和粘性土所需的能量不能一次施

12、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。 4）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 5) 夯击点布置及间距 等边三角形或正方形布置夯击点。条形基础，夯点可成行布置；工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为515m 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2.53.5倍，

13、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。 某仓库夯击点布置（三角形）Thermal K-12 Educational Park, Coachella Valley California (US)美国加州某工程夯点布置（正方形）NICE AIRPORT (France)Abu Dhabi Corniche(United Arab

14、 Emirates)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40006000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kNm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。 5)夯击击数与遍数 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1.52.0倍 ; 3.最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。 夯击遍数 夯击

15、遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23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。搭夯6）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

16、理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m，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。 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7）两遍夯击的间隔时间 取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间 砂土可连续，粘性土34周。8）加固处理范围 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1/22/3，并不宜小于3m。5 施工要点强夯法施工的步骤： 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

17、，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；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。 1

18、）. 清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.02.0m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；强夯置换法施工的步骤 6）. 按由内向外，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。 6 效果检验 强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质

19、量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周；对粉土和粘性土地基可取34周。强夯置换地基的间隔时间可取4周。 强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验；强夯置换后的地基，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。室内试验 十字板试验 动力触探试验 静力触探试验 旁压试验 载荷试验 波速试验 旁压试验 现场十字板试验 7.现场测试1）地面及深层变形2）孔隙水压力3）侧向挤压力4）振动加速度土压力盒孔隙水压力传感器土压力盒孔隙水压力传感器孔

20、隙水压力传感器主要用于量测软基处理和病害水坝整治等工程中岩石和土壤地下水的流动状态及孔隙水压力的大小。在土压力观测中便于把水压力从量测的总压力中摘除出来。 动力排水固结法 动静结合排水固结法 强夯法的两种新工法 8.发展趋势8.发展趋势 动力排水固结法 动静结合排水固结法 动力排水 固结法1.Smoltczyk认为动力固结法只适于塑性指数Ip10的土，Gambin也给出类似的结论。软粘土地基动力固结法失败的原因主要是对软粘土的特性了解不够，所采用的动力固结法工艺不适合软粘土地基的加固；2.冯遗兴等人采取了适应软粘土动力固结加固的有效排水系统，采用了适应软粘土地基的“先轻后重、逐级加能、少击多遍

21、、逐层加固”的夯击方式，确立了一整套动力固结法新工艺。加固机理 在砂垫层(或吹填砂层)上往下插设塑料排水板至软土层中，然后以严格控制的强夯动力产生附加应力，作用到软土中，产生相应的超孔隙水压力；借助于插设塑料排水板所形成的“水柱”作为传递工具，将强夯产生的附加应力迅即传到“水柱”的底部，从而使排水板所达到的深度范围内的软土都受到强夯的影响；同时，动载压缩波传到地表临空面时反射则成为拉伸波再传入土中，土愈是软，抗拉强度愈低，则愈容易产生拉伸微裂纹，在很高的孔隙压力梯度作用下，软土中的拉伸微裂纹贯通成排水通道，与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排到地表夯坑或排

22、水砂层中，立即排出或流散。加固机理 随着土中孔隙压力消散，软土含水量和孔隙比明显降低，软土固结后变成较密实的可塑状土，强度大幅度增长，压缩性大大减低；因强夯时附加动应力很高，往往比后续使用荷载高23个数量级，用动力排水固结工法加固后，浅层地基土成为超固结土，即使深层土有一些差异沉降，由于地表12m已成为硬壳层，能调整地基差异沉降，从而使表层仅呈现小量的较均匀沉降，而不会出现明显的不均匀沉降。 动力排水固结法主要优点 (1)传统强夯法为一种大能量和能量积聚的动力固结方法，采用重锤多击，适用砂性土加固。而动力排水固结工法采用严格控制强夯动力和夯击能，使软粘土中产生的超孔隙水压力不过快上升，以确保软

23、土不变成“橡皮土”，成功地克服了传统强夯法用于软土的致命弱点； (2)利用塑料排水板所形成的“水柱”将强夯产生的附加应力快速向土体深部传递，从而大大扩展了强夯的影响深度，使动力排水固结工法用于加固深厚软土成为可能，已有的工程实例表明，动力排水固结工法的加固深度已超过25m，大大突破了传统强夯法有限的加固深度(6m)； 动力排水固结法动力排水固结法主要优点 (3)巧妙利用动载压缩波在层状土中传播与反射而使软土产生的拉伸微裂纹，以及在较高孔压梯度作用下，拉伸微裂纹又贯通成水平排水通道，并与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，从而使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排出，大大加速了软土的固结过程； (

24、4)将受到严格控制的强夯动力反复、逐步增强地作用于软土，使软土中的超孔隙水压力维持在较高的、必要的、合理的水平上，既不破坏软土的结构，又能加速软土中孔隙水的快速排出，达到快速、稳步加固软土的目的，这是传统强夯法无法做到的。 动力排水固结工法与传统强夯法对比表 自1989年以来，新强夯法在我国已成功地完成了50余项工程，如上海某机场，深圳世界之窗填海区，深圳多座立交桥，深圳春风路高架桥，深圳机场达利花园，海南大学图书馆，海南边防局三亚海警基地，深圳保安中心区罗田路、兴华西路等，所有工程均取得上佳的工程效果。三项加固前后部分测点地基土物理力学指标比较 动静结合 排水固结法 动静结合排水固结法的基本

25、思想是，通过改善地基土的排水条件，将强夯法和填土预压法相结合，利用动荷载较大的冲击能激发较高的孔隙水压力，在静荷载作用下孔压消散固结，土体强度得以提高。特点 (1)夯击前应铺设足够厚度的垫层(如砂垫层和预压填土)，避免夯锤直接接触软土而导致橡皮土现象，同时填土亦作为静荷载。 (2)必须有较好的排水条件，保证动荷载作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，土体固结。这是软土强度得以提高的根本原因，也是该法与一般强夯法的区别所在。 (3)强调动静荷载的联合使用。静荷载作用下的固结排水份额是基本的，动荷载作用下的固结量是附加的，但其作用不是两者简单的叠加，而是相辅相承、相互作用的。动静结合排水固结法特点 (4)冲击荷载的作用不对浅层淤泥加以彻底扰动，可保持软土内某些可靠的微结构，土体再固结后强度可以迅速提高。 (5)它使经典意义上的动力固结作用得到充分发挥，即动力八面体压缩应力作用下孔压增长明显，而动力八面体偏应力幅值相对较小，孔压消散过程中土将固结得更彻底，相当于较大的超载预压。 动静