邯长高速公路软土地基处理之强夯法施工动力固结法二

软土地基处理—动力固结法

强夯法一、工程案例1．工程背景邯长公路更乐至冀晋界段高速公路,全长13.09km，其中路线穿越区有7km为黄土状亚砂土,其分布较广,但不连续,具有垂直节理、大孔隙特征,并且具有一定程度的湿陷性,设计中采用强夯法对该段湿陷性黄土进行处理。夯点布置图强夯法施工设计图纸强夯处理施工现场强夯处理施工现场讨论问题1：强夯法的施工工艺流程平整场地布置夯点机械就位夯锤起吊至预定高度夯锤自由下落按设计要求重复夯击低能量满夯表层松土3．强夯施工步骤1)清理并平整施工场地;2)标出第一遍夯点位置,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;3．强夯施工步骤6)重复步骤5),按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击;7)重复步骤3)～6),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,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。夯击工艺要求夯点：采用正方形布置,夯点间距为4.5m;锤重：200kN，夯锤底面积为4㎡(锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取25～30㎝;落距：15m,能级为3000kN·m,夯击2遍,两遍点夯的间歇时间不少于21d；夯击击数：以最后两击沉降量不大于5㎝为准,然后满夯;点夯与满夯间歇时间不少于15d,满夯：锤印搭接1/2,夯击能采用1000kN·m,满夯击次为最后一击夯沉量小于5㎝。2．强夯试验验鉴于目前国国内外尚未未形成一套套确定强夯夯参数的理理论和计算算方法,在大面积强强夯施工前前,应先根据设设计单位提提供的施工工参数及类类似工程的的施工经验验,在夯区范围围内选点试夯,以确定合理理的强夯参数及施工工艺艺,确保处理效效果。问题：强夯夯参数都有有什么？强夯参数包包括锤重、、落距、加加固深度、、夯点布置置、加固范范围、最佳佳夯击能、、夯击遍数数及间歇时时间、垫层层厚度及材材料等。强夯的基本本参数–有效加固深深度强夯加固地地基的有效效深度:是指经过强强夯处理后后,地基土体强强度提高,压缩性降低低,其加固效果果均达到或或超过进行行加固所要要求的最低低值的土层深度范范围。由于强夯处处理效果受受多种因素素影响,即一方面受受夯击能、、夯点间距距、夯击次次数、锤底底形状、施施工工艺等等的影响;另一方面受受需处理地地层的原始始结构、均均匀性及地地下水位等等的影响。。因此,确定强夯处处理的有效效深度应根根据地质勘勘察情况、、当地经验验及试验夯夯区来确定定。强夯的基本本参数–单击夯击能能强夯法的有有效加固深深度与单击夯击能能具有一定的的相关性，，并且与土质有一定的关关系。可以以利用有效效加固深度度和土质情情况来确定定单击夯击击能。4.施工方法及及控制4.1夯点布置点夯分两遍遍完成,隔点不隔行行;满夯分两遍遍完成,先夯间满夯夯,再普夯。4.2夯击间歇时时间控制控制间歇时时间,两遍点夯的的间歇时间不少于20d,以超孔隙水压压力消散大大于70%以上控制;点夯与满夯夯间歇时间间不少于15d,以超孔隙水水压力消散大于50%控制。4.施工方法及及控制4.3最佳夯击能能控制根据动力固固结理论,当地基中产产生的孔隙隙水压力达达到土的覆覆盖压力时时的击实能能称为最佳佳击实能,在此能量时时地基能被被击实到最最佳效果。。挖方段:采用夯点击击数为6击和最后两击夯夯沉量平均均值不超过过5㎝做为双重控控制标准。。填方段:夯点击数为为12击,最后两击的的夯沉量平平均值不超超过5㎝做为双重控控制标准。。最大夯击数数定为20击。夯击遍数数采用三遍遍法,第一、二遍遍为主夯点点,采用隔点跳跳打,主夯点完工工后,整平场地,第三遍为夯夯点搭接(一夯压半夯夯)的满夯,以加固地表表松动层。。4.施工方法及及控制4.3最佳夯击能能控制最佳夯击能能可采用单点夯沉量量与夯击次数关关系曲线来确定,且满足最后两击平平均夯沉量量≯5cm,夯坑周围地地面不发生生过大隆起起及不因夯坑过过深而发生生起锤困难难。4.4可以止夯的的条件条件1:同一夯位最最后两击的的平均夯沉沉量＜5㎝;单点夯击次次数≮4击。条件2:单位面积累累计夯击能能＞2000kN·m;夯坑深度＞＞120㎝。3.施工方法及及控制4.5强夯质量控控制满夯结束7d后对强夯处处理地基取取样进行湿陷性系数数、干密度、承载力等项目的检检测。强夯夯施工段检检测频率500m钻探一处,每隔1m的深度范围围取样,检测标准如如下:(1)湿陷性系数数:每处的平均均值最大值不超超过0.015。(2)干密度:强夯的平均均值,最小值不小小于5．强夯试验验检测强夯检测：夯前、夯中中、夯后检检测5.1夯前检测1)开夯前应检检查夯锤重和落距,以确保单击击夯击能量量符合设计计要求;2)检测场地平平整情况;3)对夯击处理理范围内的的地基原状状土取样,分别进行物理力学性性能的分析。各需要检测测哪些内容容5．强夯试验验检测－夯中检测1)夯锤的落距不得小于设设计落距;2)在每遍夯击击前,复核夯点放放线,夯锤的落点点误差不得得大于15㎝,夯完后检查查夯坑位置置,发现偏差或或漏夯应及及时纠正;3)控制单位时时间内的夯夯击处理面面积;4)按设计要要求检查查每个夯夯点的夯击次数数和每击的的夯沉量;5)控制夯击击遍数间间的间隔时间间;6)夯击过程程中的异常现象象,如夯坑周周围出现现隆起,夯沉量异异常等情情况;7)详细记录录各项参参数及施施工情况况,不符合设设计要求求时应补补夯或采采取其他他有效措措施。5．强夯试试验检测测－夯后检测测1)夯后应检检测夯坑坑深度、、夯点间间距及处处理宽度度,合格后方方可填平平;2)满夯后,对场地进进行平整和压压实,测量高程程,填写地面面标高变变化;3)满夯结束束7d后,在夯击处处理范围围内每隔隔1m的深度范范围取样样,分别进行行物理力学学性能的分析;碎石土和和砂土地地基,间隔时间间取1～2周;低饱和度度的粉土土和粘性性土、湿湿陷性黄黄土地基基可取2～4周;4)宜根据土土性选用用原位测试试和室内土工工试验,对地基进进行检测测5)质量检验验的数量量,应根据地地基处理理的面积积确定,其检验点点数量不不应小于于3处/1000m3,检验深度度应不小小于设计计处理的的深度。6.强夯施工工应注意意的事项项1)强夯施工工前,应查明场场地范围围内的地地下构筑筑物和各各种地下下管线的的位置及及标高等等,并采取必必要的措措施,以免因强强夯施工工而造成成损坏。。2)当强夯施施工所产产生的振振动,对邻近建建筑物或或设备产产生有害害的影响响时,应采取防振或隔隔振措施施。3).强夯施工工宜采用用带有自自动脱钩钩装置的的履带式式起重机机或其他他专用设设备,采用履带带式起重重机时,可在臂杆杆端部设设置辅助门架架,或采取其其他安全全措施,防止落锤锤时机架架倾覆;强夯施工工前,组装起吊吊设备及及辅助门门式框架架时,应特别注注意起立立机器的的自身稳稳定性,当辅助门门式框架架过重时时(如大于3000kN··m的能量时时),这一问题题尤为重重要。6.强夯施工工应注意意的事项项4)斜坡段路路堤基底底的横向向或纵向向坡度大大于1:5的陡坡段段,须先把斜斜坡推出出处理范范围外,开挖出满满足机械械作业要要求的台台阶后,再进行夯夯击。5)当原地面面表层较较湿或含含水量较较大时,在夯击前前应在该该段铺垫垫10㎝～20cm厚的碎石石,然后进行行夯击。。夯击时时如表土土过干(尤其满夯夯时)则应采取取加水等等相应措措施,增加含水水量。6)夯锤上的的通气孔孔如遇堵堵塞,应立即开开通。7)冬季施工工时,当冻土层层厚度＜＜0.5m时,应在原夯夯击数上上加夯2～3击,当冻层厚厚度＞0.5m时,则不宜施施工。8）强夯时时有土块块、石子子等飞击击,现场人员员必须戴戴安全帽帽。强夯法知知识点构构成强夯法定义加固机理理强夯参数数施工准备备施工工艺艺质量检验验工程案例例竣工资料料8.1强夯定义义和强夯夯施工参参数定义：强夯法法(动力固结结法)就是用起起重机将将一个很很重的锤锤(6～40t,最大200t)起吊到十十几米,甚至几十十米高处处（8～25m）,利用自动动脱钩法法,使锤自由由落下,从而对地地基土施施加强大大的冲击击力，在在地基中中形成冲击波和和动应力力，使地基基土压密和振振密，达到对对软土地地基进行行加固的的目的。。2.强夯法加加固机理理利用重锤锤高落距距产生的的高夯击击能给地地基一冲冲击力,并在地基基中产生生冲击波,在冲击力力作用下下,夯锤对上上部土体体进行冲冲切,土体结构构破坏,形成夯坑坑,并对周围围土进行行动力挤挤压。同时,巨大的能能量瞬间间释放产产生的压缩波使土体孔孔隙水压压力急剧剧增大,土体局部部液化,其强度锐锐减,在剪切波波作用下下使土体体的原有有结构解解体,待波消失失后,土粒落到到一个新新的较稳稳定的位位置,同时一部部分水排排走,从而使土土体迅速速固结,降低了土土体的压压缩性,提高了地地基的承承载力。。强夯法加加固机理理分类饱和土非饱和土土砂性土、、回填土土泥、泥炭炭土强夯置换换表层砂垫层碎石桩抛块石与强夯夯相结合2.1饱和土加固机机理饱和土强夯土体压缩（气体和水排排出）液化（孔隙水压力力变化）渗透性变化（裂隙形成排排水通道）触变性（水的变化））土体压缩（气体和水排排出）饱和土夯击中中1遍饱和土夯击中中3遍2.2非饱和土加固固机理强夯加固模式式图2.2非饱和土加固固机理非饱和土强夯夯被动破坏区（C区）主压实区(A区)次压实区(B区)振动影响区（D区）土体压缩（气体和水排排出）2.3砂性土和低含含水量回填土土加固机理土体在夯击时时,受到很大的冲冲击波作用,在这种冲击波波作用下,锤底瞬间产生生一个巨大的的压应力使土体沉降且随随深度略有扩扩散加密。土体夯击时时侧向变形较较小,即夯击时,锤底土瞬间由由静态突然下下沉,和周围土体产产生相对剪切切变形,此时周围土体体还没来得及及变形,冲击过程已经经完毕。2.4泥、泥炭土加加固机理一般认为泥或或泥炭土结构构破坏后,土体强度恢复复较慢。由于于土体的渗透透系数小,超孔隙水压极极难消散,故不易采用强强夯法。但是泥炭土土经过能量冲冲击后上面粉粉质土或垫层层与下面泥炭炭粘土会发生生机械混合,强度也会有较较大的提高。。其原理就是在在较软弱的土土层内通过强强夯拌和掺入入颗粒较粗的的土料,使土体刚度加加大,强度提高。2.5强夯置换的加加固机理利用强夯的冲冲击力,强行将砂、碎碎石、石块等等挤填到饱和和软土层中,置换原饱和软软土,形成桩柱或密密实砂、石层层,与此同时,该密实砂、石石层还可作为为下卧软弱土土的良好排水水通道,加速下卧层软软土的排水固固结从而使地地基承载力提提高,沉降减少。2.5.1强夯置换的分分类(1)地基表层具有有适当厚度的的砂垫层,下卧层为高压压缩性的淤泥泥质软土时,通过强夯将表表层砂挤入软软土中,形成一根根置置换砂桩,(2)软土地基表面面堆填一定厚厚度的碎石料料,利用夯锤冲击击成孔,再次回填碎石石料,夯实成碎石桩桩。(3)在厚3～5m的淤泥质软土土层上面抛填石块,利用抛石自重重和夯锤的冲冲击力使石块块座到硬土层层上,淤泥大部分被被挤走,少量留在石缝缝中,形成强夯置换换的块石层。。3.强夯参数强夯参数有效加固深度单击夯击能最佳夯击能夯点布置夯点间距夯击次数夯击遍数夯击范围间歇时间起夯面垫层3.1有效加固深度度有效加固深度度：指经强夯加固固后,强度提高，压压缩模量增大大，其加固效效果显著的土土层范围。有效加固深度度可采用Menard提出公式进行行计算：式中：H——加固影响深度度(m)M——锤重(kN)h——落距(m)3.2单击夯击能单击夯击能：：锤重和落距距的乘积。单击夯击能能一般根据加加固土层的厚厚度、地基状状况和土质成成分由下式综综合确定：或我国所用的锤锤重一般为10～25t，个别可达40t,落距为8～25m。3.3最佳夯击能最佳夯击能,从理论上讲就就是能使地基基中出现的孔孔隙水压力达达到土的覆盖盖压力时的夯夯击能。粘性土地基,由于孔隙水压压力的消散慢慢,随着夯击能的的增加,孔隙水压力可可以叠加,因而可根据有有效加固深度度孔隙水压力力的叠加来选选定最佳夯击击能。砂性土地基,由于孔隙水压压力的增加和和消散过程快快,孔隙水压力不不能随夯击能能的增加而叠叠加,当孔隙水压力力增量随夯击击次数的增加加趋于稳定时时,可认为砂土能能够接受的能能量已达到饱饱和状态。可用有效压缩缩率与夯击能能的关系曲线线来确定最佳佳夯击能。3.4夯点布置正方形插档法法：大面积强夯或或饱和粘性土土点线插档法：：条形基础普夯法：砂性土、含水水量较低的回回填土或抛石石挤淤加强夯夯点夯：柱基底加固二次夯击：加固深度较大大，能量受受限或垫层较较厚的情况夯点布置示意意图正方形插档法点线插档法普夯法点夯法二次夯3.5夯点间距细粒土：夯击点间距不不宜过小,一般第一遍夯夯击点间距宜宜选5～9m。土层较薄的砂砂土或回填土土：第一遍夯击点点间距最大,以后各遍夯击击点间距与第第一遍相同,也可适当减少少3.6夯击次数常以夯坑的压压缩量最大,夯坑周围隆起起量最小为确确定夯击次数数的原则。一一般每点夯击击5～15击:1)最后两击的平平均沉降量不不大于50mm,当单击夯击能能较大时,不大于100mm；或2)夯坑周围地面面不应发生过过大的隆起,土体隆起高度度:≤10cm。3)不因夯坑过深深发生起锤困困难。3.7夯击遍数土体压缩层越越厚,土质颗粒越细细,同时含水量较较高,需要的夯击遍遍数越多1)理论公式法2)根据设计要求求夯到标高为为止ΣSi1=(0.6～0.8)S∞3.8夯击范围强夯处理的范范围应大于建建筑物基础的的范围。一般夯击范围围为：夯击范围=(B+h)×(L+h)式中：h为加固深度,B、L分别为加固区区的宽和长。。3.9间歇时间两遍夯击之间间应有一定的的间歇时间,以利于强夯时时土中超孔隙隙水压力的消消散。土中超