地基处理-第三章-深层密实法-强夯法.pptx

深层密实的地基处理方法深层密实？爆破挤密强夯碎石桩CFG桩深层振密（振动杆）爆破法1.原理:爆破产生压缩波和剪切波，该波会破坏土体结构（如液化），导致土体结构重排和压密。2.适合土类：无粘性土（砂，软石和黄土等）3.霍普金森系数：Nh=W1/3/RW=TNT炸药重量(kg)R=径向影响范围(m)BarendsenandKok(1983):(sandysoilinNetherlands)超静孔压预测u/=1.65+0.65lnNh地表沉降预测s/H=2.73+0.9lnNh深层振密仪器:振动翼，Y型振动杆，Foster振动管Principle:vibratorcreatesverticalorhorizontalforce,compactionisgreatlypromotedbythesevibrationswiththeprobeisslowlywithdraw.Suitablesoils:cohesionlesssoils强夯法，法国人LouisMenard于1969年首创。首次应用于法国Rivieza海边的海滨新近填土地基加固处理，并获得成功。这一技术经济上有显著优势，技术上相对简单，效果显著。很快，传入美国，欧洲和日本等国家。在水利工程、建筑工程、道路工程、铁道和机场工程等诸多领域中得到广泛应用。我国于1978年，交通部一航局科研所在天津首先开展强夯试验。强夯法是采用80300kN重锤，以820m落距自由落下，对软弱地基瞬时施加巨大冲击能。单击能量一般5008000kNm。加固影响深度达到1020m，甚至更深一些。目前强夯法着重于应用技术研究;工作机理认识和研究进展不大;强夯法设计和效果检验，几乎全部依赖于施工前试夯的数据和前人经验;试夯确定设计参数和强夯工艺是十分重要的。强夯法示意图强夯法示意图1.可以提高砂/粉土地基强度、降低压缩性；2.改善特殊土性能，如提高砂土抗液化能力、降低黄土湿陷性；3.显著提高地基土层均匀性，降低基础差异沉降。落锤夯击时，冲击能产生的冲击波和动应力一、强夯的加固机理强夯技术加固地基的三种作用机理，即动力密实动力固结动力置换它们的发挥取决于地基土的性质和强夯的施工工艺。强夯法的试夯工作动力置换强夯最初应用时，加固的机理是动力密实，即在冲击型动力荷载作用下，土颗粒相对位移，孔隙中气体被挤出，孔隙减小而致密的过程。强夯技术应用于多孔隙、粗颗粒、非饱和土时，主要是基于动力密实的机理。实践中，单锤夯击能量一般为10002000kNm，所产生冲切变形在加固深度范围内，土中气体减少可达到60%。饱和粘性土地基强夯加固机理，则是饱和土“动力固结”。理论上，Menard根据饱和土经受强夯后产生数十厘米瞬间变形的现象，曾在机制上提出了一个与Terzaghi的静力固结模型不同的水弹簧动力固结模型。饱和粘性土，伴随强制压缩和振密，更主要的是夯击能量转化导致：地基土体的结构的破坏地基土的渗透性提高与固结致密结构强度的触变恢复。动力固结机理饱和土太沙基固结理论太沙基固结理论假设:a.各向同性.b.完全饱和.c.孔隙水不可压缩.d.土颗粒不可压缩.e.一维渗流.f.Darcy定律适用.动力固结理论动力固结理论假设:a.有摩擦的活塞.b.液体可压缩.（气泡）c.不定比弹簧.d.变孔径排水活塞（拉应力，裂隙）.夯击能传递夯击能传递半无限空间体上竖向夯击能传递给地基是通过体波（压缩波和剪切波）和面波（瑞利波-RayleighWave）联合传播的。动力固结能量传送体波沿着一个半球波振面径向、向外传播，其中压缩波是最快到达指定加固区域，其振动能量为输入总能量7%，导致质点平行于波振面方向作推拉运动，并使土中孔隙水压力增加，土粒错位。其次到达的是剪切波，振动能量为27%，该波引起质点运动与波阵面方向正交的横向位移，并导致土体原位结构的破坏。对于饱和粘性土，剪切波是使得土体加密波。面波主要为瑞利波，占总能量2/3，随距离增加衰减比体波慢，瑞利波的竖向分量对地基表面土起到松动作用，能在夯点附近造成地表面的隆起。强度增长孔隙水压力二者区别荷载与沉降滞后孔隙水压缩骨架和渗透系数变化非饱和土微观机理非饱和土二、试夯工作选择在施工现场附近，以具备良好代表性;根据加固深度和施工条件，初拟夯锤重量落距;根据Menard的经验公式修正后，单锤夯击能与强夯加固影响深度D式中H落锤的高度（m）；W夯锤的重量（t）；n影响深度折减系数，一般n=0.30.7；对于填土和粘性土，n0.4。强夯法的有效加固深度D（m）表6-3我国建筑地基处理技术规范（JGJ7991）中的规定，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯加固效果或当地经验确定。在缺少试验资料时，可按表6-3预估。单锤单锤夯击能夯击能（kNm）碎石土碎石土或或砂土等砂土等粉土粉土粘性土粘性土或湿陷性黄土或湿陷性黄土等等单锤单锤夯击能夯击能（kNm）碎石土碎石土或或砂土等砂土等粉土粉土粘性土粘性土或湿陷性黄土或湿陷性黄土等等10005.0 6.04.0 5.040008.0 9.07.0 8.020006.0 7.05.0 6.050009.0 9.58.0 8.530007.0 8.06.0 7.060009.5 10.08.5 9.0夯锤底面积对砂土和碎石填土一般为4m2；对软弱粘性土则至少为6m2。夯锤平面形状有方形和圆形。夯锤中宜设置若干个上、下贯通孔径250300mm气孔。圆形并设置贯通孔夯锤进行夯击时，既可提高夯击的效果，又方便施工。（一）夯击次数与夯沉量夯点的夯击次数，应根据现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。累计夯沉量随夯击次数增加而增加；单击夯沉量则随累计次数增加而减少，即夯击效果渐趋饱和。施工合理夯击次数，即单击夯沉量开始趋于稳定时对应累计夯击次数，且可用作施工时收锤的控制夯沉量。必须同时满足。（1）最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm；（2）夯坑周围地基不应发生过大的隆起；（3）不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为515击。（二）夯击遍数与间歇时间对于饱和粘性土，孔隙水压力消散较慢，故随着夯击次数增加，超静孔隙水压力相应地发生积聚并达到最大值。在这种情况下，如再连续施加夯击能，对土的加固无效，应停止夯打。这种使孔隙水压力上升至最大值的夯击次数就是第一遍的夯击数。需要分遍夯击的遍数，根据地基性质确定，一般为23遍。各遍夯击的间歇时间，根据孔隙水压力消散情况确定，一般为24周。为了提高每遍的夯击能量，降低孔隙水压积聚水平，加快孔隙水压力消散速度，缩短各遍间间歇时间，类似排水预压法，可在低渗透性粘性土中设置排水系统，如采用袋装砂井或塑料排水板进行综合处理。但是粘性土地基强夯时，采用这一综合处理方法，效果并不稳定。针对这一情况，更有效是采用块石、碎石等粗颗粒材料进行强夯置换。对于砂性土，渗透较快，孔隙水压力消散快，一般时间仅24min，故可连续夯击。（三）夯击点布置与间距平面布置形式夯击点平面布置应考虑基础的结构类型与要求平面布置形式可采用三角形和正方形布置夯击点。根据上部承重墙位置、柱网分布，布置夯击点，以提高夯击能的效率。平面布置范围考虑应力扩散作用，强夯范围应大于结构基础范围，可按影响深度1/22/3D，且大于3m，由各边向外扩展。当处理液化、湿陷等病害地基时，加固扩展的范围尚应根据结构的重要性适当增加。夯点间距根据土性质和夯击单击能量综合确定，一般按59m布置点距机理上，单击能量愈高、且为加固性夯击时，应取较大的夯点距离有学者根据经验提出，夯点间距一般与夯击加固的影响深度大致相当强夯施工的工艺流程，首先第一阶段，应进行高能量、大间距的加固性夯击（HighEnergyPhase），目的是加固强夯影响范围内的地基。第二阶段，实施低能量，夯击点间重叠搭接的普夯或称为满夯（IroningPhase），目的是加固由高能量夯击所产生的表层松散土。强夯法施工与检测目前，大面积强夯施工之前，应选择不小于400m2的场地进行现场试夯。测试地表、深层位移，夯沉量，夯坑特征，孔隙水压力，振动影响范围，加速度，填料厚度。通过对试夯效果的现场测试，取得设计数据，判定强夯效果。对强夯效果的检测与分析在强夯中显得尤为重要。目前，国内强夯施工后，加固效果检测规定了一定的工后休止时间，对于碎石土和砂土地基，施工结束后的间隔时间为12周；对于低饱和粉土和粘性土地基，这一间隔时间为34周。加固效果检测方法有：常规原位触探法、室内土工试验法和原位荷载板试验等。Stevens et al.(1993)根据美国研究成果，提出系列的行之有效的强夯效果检测技术。强夯质量检测是动态的、且贯穿于强夯施工的全过程。当强夯出现异常，例如按设计单击能量，每击夯沉量非但未减少，反而有所递增。这时采用上述动态监测和测试，对评定强夯设计参数的合理性将起关键作用。实际时，应采用至少两种以上测试方法，以保证测试结果的可靠性。强夯效果测试技术一览表表6-4中文名称中文名称英文名称英文名称英文缩写英文缩写杯式贯入试验杯式贯入试验BeakerPenetrationTestBPT钻孔剪切试验钻孔剪切试验BoreholeShearTestBST麦纳旁压仪试验麦纳旁压仪试验MenardPressuremeterTestMPT岩石径向膨胀法岩石径向膨胀法Rockdilatometers台阶式叶片试验台阶式叶片试验SteppedBladeTestSBT自进式旁压试验自进式旁压试验SelfBoringPressuremeterTestSBPT平板式膨胀测法平板式膨胀测法FlatPlateDilatometerDMT面波谱分析面波谱分析SpectralAnalysisofSurfaceWavesSASW地球物理核子测试地球物理核子测试Nuclearboreholegeophysics地震地震X线断层摄影法线断层摄影法Seismictomography钻孔声侧试验钻孔声侧试验Boreholesoniclogging应力监测应力监测Stresscaptors强夯施工过程中，在夯锤落地的瞬间，一部分动能将转化为冲击波，从夯点以波的形式向外传播，并引起地表震荡。当夯点附近一定范围内的地表振动强度达到一定数值时，会引起地表和建筑物、构筑物不同程度的损伤和破坏。这个问题对在城市内施工尤为重要。强夯振动对邻近建筑的影响建筑物的破坏标准与振源特性有关。强夯振动时间约0.1s，可用地震或爆破破坏标准。美国以防爆标准大于3Hz最大加速度0.1g控制，或地面速度2英寸/s控制，并考虑数值统计离散性。法国Mernad公司采用地面速度2英寸/s作为临界控制标准。根据上述临界标准，得到强夯的最小安全距离为1417m。太原工学院根据上述破坏标准和十余项强夯工程（单击夯击能分布6806250kNm）实测成果，得出强夯最小安全距离15m。必须指出，上述最小安全距离1417m只是对于一般建筑结构而言，不是绝对可靠。目前，隔振沟仍然是最基本的防护措施之一。隔振沟有两大类一是主动隔振，即在振源处采用靠近或围绕振源的隔振沟，以减少强夯振源向外辐射的能量进行隔离；二是被动隔振，即在靠近减振对象设置隔振沟以达到保护建筑的目的。1施工设备和施工工艺相对简单，施工技术控制方便、可靠。2适用范围广泛。一方面，强夯法可用于各种松软土层，如冲积层、滨海沉积、水利吹填土、沼泽地、黄土、垃圾、废石堆等。对房屋、仓库、油罐、公路、铁路、桥梁、港口、机场跑道等地基加固均可应用；另一方面，强夯法宜用于多种病害的防治，如软弱土地基加固、液化地基防治以及失陷性黄土地基的处理等。3无需其它稳定外掺剂和特殊材料。4工程造价低，甘肃兰州炼油厂的30000t油罐地基，采用强夯法，节约基础工程费用达23.3%。6.4.4强夯的优缺点优点优点1.强夯法的不足之处在于振动会对临近建筑物产生不利影响2.其次是强夯的理论不够成熟，无完善的设计方法3.强夯法应用于饱和粘性土的动力固结的加固效果不稳定问题问题