第讲强夯与强夯置换讲课.ppt

地质工程系 彭李晖1主要 内 容1 1 加固机理2设计计算 3 3 施工方法 4 4 质量检验6 发展趋势5 工程实例2 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。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，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等。强夯概述（了解）3强夯法 1969 年首次应用于法国的Riviera夯实滨海填土。该场地是新近填筑的，地表下为 9m厚的碎石填土，其下是 12m厚疏松的砂质粉土，场地土要求建造 20 栋8 层的住宅楼。如使用桩基，6070的 负摩擦力后用堆载预压，堆土 5m，在约 100kPa压力下，历时 3 个月，沉降平均仅 20cm，承载力仅提高 30，加固效果不显著。后由法国工程师L.Menard提出用锤重80kN，落距 10m，每击冲击能 800kNm，总能量 1200kJ/m2夯击一遍，地面沉降了 50cm。夯后检测表明土工指标得到改善，建造的 8 层住宅楼竣工后，其平均沉降 仅为 13cm，而差异沉降可忽 不计。41971 年后该方法在法国、英国、德国、瑞典等国家得到了推广，各届国际土力学及基础工程学会会议及世界各地区域性土力学会议上，都有大量论文发表。我国于 1978 年 11月至 1979 年初首次由交通部一航局科研所及其协作单位，在天津新港三号公路进行了强夯试验研究。在初次掌握了这种方法的基础上，于 1979 年 8 月又在秦皇岛码头堆煤场细砂地基进行了试验并正式使用，其效果显著。5我国强夯法实例处理项目处理面积 平方米处理深度（m）北京乙烯工程23万万8m茂名乙烯工程60万万5.7m三门峡火力发电19.3万万11.5m大庆石化总厂地基23万万7m大连西太平洋石化10万万7m首阳山电厂工程4万万68m贵州瓮福磷肥工程15.3万万10m678910111213 等等 强夯法适用土层强夯法适用土层碎石土碎石土砂土砂土 低饱和低饱和度的粉度的粉土与粘土与粘性土性土湿陷性湿陷性黄土黄土 杂、素杂、素填土填土 对于高饱和度的可采对于高饱和度的可采用强夯置换法用强夯置换法概述 强夯适用范围（掌握）14建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)规定 概述 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。15 设计计算 了解施工方法 掌握质量检验发展趋势 加固机理 了解工程实例 理解 16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1 强夯加固机理17三三种种加加固固机机理理 动力密实加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土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 1 加固机理动力固结动力置换18动动力力密密实实 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。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。1 加固机理 实际工程表明，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，承载力可比夯前提高23倍。非饱和土在中等夯击能量10002000kNm的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。19 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。1 加固机理20非饱和土的强夯加固微观机理21 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，承载力可比夯前提高23倍。22动力密实的应用范围23动力密实的应用范围24动力固结加固机理目前普遍一致的看法认为，经强夯后，土强度提高过程可分为四个阶段：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（包括气体的排出、孔隙水压力上升）；土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；排水固结压密（表现为渗透性能改变土体裂隙发展、土体强度提高）；触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。其中第阶段是瞬时发生的，第阶段是强夯终止后很长时间才能达到的（可长达几个月以上），中间两个阶段则介于上述两者之间。25图1 单点夯实超孔隙水压力沿深度分布图26土强度增长和孔隙水压力变化27 图5 连续夯击曲线28 饱和粘性土是具有触变的。当强夯后土的结构被破坏时，强度几乎降到零，随着时间的推移，强度又逐渐恢复。这种触变强度的恢复称为时间效应。时间效应29XX8号码头强夯工程动力置换30动力置换类型 整式置换 桩式置换31水下地基加固32桩式置换33动力置换 (Railway track,Malaysia)整式置换34动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER(Shopping center-Egypt)桩式置换35动力置换的应用范围3637设计计算 施工方法 质量检验发展趋势 加固机理工程实例 382 设计计算夯锤和落距选选择择合合适适的的夯夯锤锤和和落落距距圆形和方形圆形和方形气孔式和封闭式气孔式和封闭式 选择夯锤选择夯锤 锤重锤重 确定落距确定落距 根据单点根据单点夯击能量夯击能量 较适合的夯击能较适合的夯击能 夯击能最低值夯击能最低值 介于介于底面积按土底面积按土的性质确定的性质确定 39轮胎式起重机履带式起重机40 夯锤一般重1025t，大吨位锤通常采用钢板外壳内灌砼，也可用局部钢板浇筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取2540KPa。夯锤中宜设置若干上下贯通的气孔，可减小夯锤起吊时的吸力（夯锤吸力可达3倍锤重）。夯锤上气孔长园柱夯锤 短园柱夯锤 园锥形夯锤园柱形夯锤高宽比过大，容易偏锤，要慎用园锥形夯锤底面积小，会形成很深的夯坑强夯强夯第第1 1讲讲414243注意：细颗粒土加固深度比粗颗粒土加固深度少1m！442单击夯击能夯锤的平面一般有圆形和方形，又分气孔式和封闭式。锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般为 34m2，对粘性土不宜小于 6m2。锤底静接地压力可取 2540kPa。锤重一般1040t，落距 825m。对相同的夯击能量，常选用大落距方案，这样能获得较大的接地速度，将能量的大部分有效地传到地下深处，增加深层夯实效果。452 设计计算夯击点的布置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，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。462 设计计算夯击点的布置473.4 夯击点布置及间距 等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为515m 2 设计计算夯击点的布置482 设计计算夯击击数和遍数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。492 设计计算夯击击数和遍数夯击遍数 夯击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。5051唐山 砂土廊坊 粉土沈阳 粘土V为夯坑体积52间歇时间两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。但土中超静孔隙水压力的消散速率与土的类别、夯点间距等有关。有条件时最好能在试夯前埋设孔隙水压力传感器，通过试夯确定超静孔隙水压力的消散时间，从而决定两遍夯击之间的间隔时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于 34 周；对于渗透性好的地基，超孔隙水压力消散很快，夯完一遍，第二遍可连续夯击。532 设计计算现场测试设计地面及深层变形目的：1.了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化；2.研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；3.确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。手段：地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。543 施工方法施工步骤 1)三通一平；2)铺设垫层；3)标出夯点，测量高程；4)起重机就位；5)测量锤顶高程；553 施工方法施工步骤 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。56设计计算 施工方法 质量检验发展趋势 加固机理工程实例 574 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，对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；对粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基的间隔时间可取28d。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。585 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 强夯试验 (一)试夯目的 1、通过试夯试验，确定适合本地质条件的强夯施工措施。2、总结强夯垫层一次摊铺，进行强夯后表层地基反应模量检测指标难以达标的主要原因，旨在强调强夯垫层分二次摊铺的技术效果。3、预测技术、经济效果。591.1强夯法的造价（成本管理）从国内资料看，成本低的15元每平方米，成本高的30元每平方米，相对其他处理手段相当低廉。1.2强夯法施工速度（进度管理）实例1：处理沿海地区回填土珠海高栏港区油库非均匀回填且下卧淤泥质土地基的高能级强夯处理（占地面积 65万m2）强夯工程实例（理解）5 工程实例60616263实例2 处理液化地基北京乙烯液化地基强夯工程64处理结果：655 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 强夯试验 (四)试夯区施工方法及其控制 1、试夯I、区点夯分两遍完成，隔点不隔行，单点击数一次完成，试夯区点夯一次完成。满夯分两遍完成，先夯间满夯，再普夯。2、点夯停夯标准，原则上夯8击，夯坑深度不足1.01.2m时夯10击，以确保能量，再辅以最后两击平均夯沉量不大于510 cm，实际施工中，当试夯区单点击数45击，夯坑深度1.21.3m，现场均已停夯，此时强夯机严重陷车，起锤也相当困难。665 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 强夯试验试夯区检测 孔压监测结果 点夯间超孔隙水压力消散大于70以上所需的间歇时间一般为34周，点夯与满夯间超孔隙水压力消散大于50所需的间歇时间为2周。675 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 强夯试验试夯区检测 地面变形监测 地面隆起量的计算试夯区平均夯沉量计算 685 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 强夯试验试夯区检测 浅表层地基的模量检测 试夯试验中，满夯后采用深推、耙松和晾晒，每间隔一定距离开挖盲沟和明排水沟排水，采用反挖夯点填料和夯间涌土，并充分拌合晾晒后推平碾压，表层指标检测时均能达到设计要求。695 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 大面积强夯施工 本次地基处理采用夯填料分二次摊铺，并对强夯参数、施工工艺在试夯试验基础上做了相应的调整。坚持按分区分段施工特点，采用试夯降排水方案实施大面积强夯降排水。大面积强夯参数选择 705 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 5、为使地基反应模量达设计要求，满夯后将表层2040cm深推、耙松、晾晒后再拌合、碾压、回填，补填40 cm山皮土至道槽设计标高。6、每次铺料前强夯后均要适度碾压，以减少能量损失。7、满夯前夯坑积水和地表水要及时抽排，每8m和16m挖主次盲沟，并和外围排水沟形成排水网络。大面积强夯施工方法及现场控制 715 工程实例XX国际机场软土地基强夯处理 技术经济效果 技术效果 72设计计算 施工方法 质量检验发展趋势 加固机理工程实例 736 发展趋势 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 746 发展趋势 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 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、逐层加固”的夯击方式，确立了一整套动力固结法新工艺。756 发展趋势动力排水固结法 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；(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。76 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。6 发展趋势动力排水固结法 三项加固前后部分测点地基土物理力学指标比较 77