03--水利工程地基处理--强夯

合肥工业大学土木与水利工程学院赵静地基处理GroundTreatment第三章强夯法DynanlicCompaction，DynamicConsolidation概述是一种将几十吨(最大200t)的重锤，从几十米(最大40m)的高处自由落下，对土进行强力夯击的方法。这是在重锤夯实法（起重机将夯锤提到一定高度自由下落，锤重1.5~3t，落距为2.5~4.5m）的基础上发展起来的，但其加固机理又与重锤夯实法不一样，是一种地基处理的新方法。有效加固深度5~10m。强夯置换（碎石）形成复合地基（深3~7m）。第三章强夯法DynanlicCompaction，DynamicConsolidation第一节概述1、强夯法(DynanlicCompaction，DynamicConsolidation)强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，通过10～40t的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能。我国1978年在天津新港进行了试验。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。第三章强夯法DynanlicCompaction，DynamicConsolidation2、强夯置换(DynamicReplacenlent)强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩，也即砂石桩与软土的复合地基。也称为动力置换、强夯挤淤。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。第一节概述3、适用范围(《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》)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。第一节概述4、应用情况应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。第一节概述（一）、现状理论落后于实践，已有结论如下：1）对于非饱和土：压密过程基本上同实验室中的击实法相同。2）对于饱和无粘性土：可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动压密的过程相似。3）对于饱和细颗粒土：成功和失败的例子均有，需要破坏土的结构，产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排水通道，孔隙水压消散，土体才会压密。4）对于杂填土：特别有效（密实作用）。第二节强夯法加固的一般机理（二）、加固机理研究思路1）应分宏观和微观：宏观体现、微观机理2）应分饱和土和非饱和土：饱和土的超静孔压3）应分粘性土和非粘性土：渗透性不同4）研究夯击能量的传递：真正用于加固地基的能量及如何加固第二节强夯法加固的一般机理（三）、强夯能量传递1）压缩波（纵波，P波）：7%能量，在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向一致，又称为疏密波。使土体受拉或受压，瞬间引起孔隙水压力增大。特点：周期短，振幅小。第二节强夯法加固的一般机理（三）、强夯能量传递2）剪切波（横波，S波）：26%能量，在传播过程中，介质质点的振动方向与波的前进方向垂直，导致土体结构的破坏。特点：周期较长，振幅较大。纵波和横波统称为体波。对饱和土来说，剪切波是使土体加密的波。第二节强夯法加固的一般机理（三）、强夯能量传递3）瑞利波（R波，面波的一种）：67%能量，只限于在地面附近传播的波，也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。在夯击点附近引起地面隆起。特点：周期长，振幅大，只在地表附近传播，比体波衰减慢，能传播到很远的地方。对于位于或接近地面的地基土，瑞利波起到松动作用。第二节强夯法加固的一般机理（四）、强夯加固机理三种不同机理：动力密实、动力固结、动力置换，取决于地基土的类别和强夯施工工艺。共同特点：破坏土的天然结构，达到新的稳定状态。第二节强夯法加固的一般机理（五）、动力密实机理1）适用情况：采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和的土，即基于动力密实机理。2）机理描述：即用冲击性动力荷载，使土中的孔隙减少，土体密实，从而提高强度。非饱和土的夯击过程中，气相被挤出，土颗粒发生位移。第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理1）适用情况：采用强夯加固细粗颗粒饱和土，即基于动力固结机理。2）机理描述：即用巨大冲击能，破坏土体原有结构，使土体产生液化并产生裂隙，增加了排水通道使孔隙水逸出，待超静水孔压消散，土体固结，由于土的触变性其强度会得到提高。三个阶段：加载阶段、卸荷阶段、动力固结阶段第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：①饱和土的压缩性：第四纪饱和土中含微气泡1~4%，强夯时：气泡体积缩小→孔压增加→气体膨胀→孔隙水排出→孔压减小→液相气相气体减少第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：②产生液化：强夯作用→气相趋近0→土不可压缩→孔压增加到上覆压力→土体液化（液化压力对应“饱和能”）→吸附水变为自由水→土体强度降低到最小第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：③渗透性变化：强夯作用→孔压增加大于侧向应力→土体出现裂缝→形成排水通道→水排出孔压减小→裂隙闭合→固结第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理3）Menard动力固结机理解释：④触变恢复：强夯作用→土体液化或接近液化→强度降低→吸附水变为自由水→水从裂隙排出孔压消散→土颗粒重新排列→自由水变为吸附水→土强度恢复并增长第二节强夯法加固的一般机理（六）、动力固结机理4）Menard动力固结模型：液体B:不可/可压缩/气体小孔D:不变/变直径/裂缝弹簧C:不变/变系数/强度增长活塞A:无/有摩擦/饱和能第二节强夯法加固的一般机理（七）、动力置换机理分为整体式和桩式置换。整体式置换类似换土垫层。桩式置换类似碎石桩（第四章），桩与桩间土组成复合地基。第二节强夯法加固的一般机理设计内容包括：有效加固深度和范围、夯锤和落距、单位面积夯击能、最佳夯击能、夯点布置及间距、夯击击数及遍数、垫层铺设、间歇时间等。第三节强夯法加固设计设计计算（一）有效加固深度1、含义：从起夯面算起，经强夯加固后，该土层强度和变形指标满足设计要求的土层范围。2、公式：M×h为单击夯击能3、H的影响因素M、h、地基土的性质hMH第三节强夯法加固设计4、规范规定：强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估：设计计算（一）有效加固深度第三节强夯法加固设计设计计算（一）有效加固深度5、强夯置换墩：强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。第三节强夯法加固设计设计计算（二）夯锤和落距1、总夯击能及单位夯击能概念：总夯击能＝M×h×总夯击数单位夯击能＝总夯击能/加固面积2、单位夯击能选择：地基土性、结构类型、荷载大小、需处理深度等，如饱和粘性土地基第三节强夯法加固设计设计计算（二）夯锤和落距3、夯锤重量和型式：夯锤重：10～25t，最大40t夯锤底面：圆形、方形，底面设置气孔（减少吸力、上托力）夯锤底面静压力：25～45kPa，根据土性确定；强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa夯锤宽高比、夯坑深度第三节强夯法加固设计设计计算（三）最佳夯击能1、概念：从理论上讲，在最佳夯击能作用下，地基土中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称为最佳夯击能。2、粘性土最佳夯击能的确定：3、砂性土最佳夯击能的确定：第三节强夯法加固设计设计计算（四）夯击点布置及间距1、夯击点布置：三角形、正方形，考虑吊车行走通道强夯置换宜采用等腰三角形独立基础、条形基础根据基础形状、宽度确定强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。第三节强夯法加固设计设计计算（四）夯击点布置及间距2、夯击点间距：夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点问距可取夯锤直径的2.5～3.5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。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。要求根据地基土性和要求处理深度而定。第三节强夯法加固设计设计计算（四）夯击点布置及间距2、夯击点间距：强夯置换墩问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2～3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。第三节强夯法加固设计设计计算（五）夯击击数及遍数1、夯击击数：强夯夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：l）、最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于400kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时为l00mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm；2）、夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3）、不因夯坑过深而发生提锤困难。第三节强夯法加固设计设计计算（五）夯击击数及遍数1、夯击击数：强夯置换夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：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1.5～2.0倍；3）、最后两击的平均夯沉量不大于前述强夯的规定值2、夯击遍数：见书第三节强夯法加固设计设计计算（六）垫层铺设1、作用：支撑设备、能量扩散、保证地下水位2、材料：砂、砂砾、碎石等，不含粘土3、厚度：0.5~2m第三节强夯法加固设计设计计算（七）间歇时间考虑孔压消散设置排水第三节强夯法加固设计://v.youku.com/v_show/id_XMjM2NzMwMzA4.html施工方法（一）施工机械起重机自动脱钩第四节强夯施工施工方法（二）施工步骤强夯施工可按下列步骤进行：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，夯锤置于夯点位置；4、测量夯前锤顶高程；5、将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，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；第四节强夯施工施工方法（二）施工步骤强夯施工可按下列步骤进行：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、换夯点，重复步骤3~6，完成第1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。第四节强夯施工施工方法（二）施工步骤强夯置换施工可按下列步骤进行：1、清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.0～2.0m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、测量夯前锤顶高程第四节强夯施工施工方法（二）施工步骤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。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工；6、按由内而外，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。第四节强夯施工施工方法（三）施工过程施工单位的监测施工过程中应有专人负责下列监测工作：l、开夯前应检查夯锤质量和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求；2、在每一遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正；3、按设计要求检查