强夯法的应用

目录第一章绪论.............................................................................................................1第一节强夯的加固机理.................................................................................1第二节强夯与重锤夯实的区别.....................................................................4第三节强夯的优点以及发展动态.................................................................5第二章强夯的设计与施工.....................................................................................6第一节强夯中重要参数的设计与研究.........................................................6第二节强夯法施工.........................................................................................9第三章强夯对周围构筑物的影响.......................................................................13第一节强夯对周围建筑物影响的机理.......................................................13第二节工程实例...........................................................................................13第三节总结...................................................................................................17第四章强夯法的综合应用.................................................................................18第一节强夯在双控动力固结法中的应用...................................................18第二节动静结合固结法...............................................................................20第三节袋装砂井和强夯法加固新吹填粉质粘性土地基...........................21第五章总结...........................................................................................................27致谢...........................................................................................................................28参考文献...................................................................................................................29中国地质大学（武汉）本科毕业论文1第一章绪论强夯法是20世纪60年代末由法国Menard技术公司首先创用的。这种方法是将很重的锤(一般为8～30t，最重可达200t)从高处自由下落(落距一般为8～25m，最高可达40m)给地基以冲击力和振动，从而提高土的强度并降低土的压缩性，改善土的振动液化条件，还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降和消除湿陷性等作用［16］。我国于1975年开始介绍这种方法，并于1978年底引进并开始在工程中试用。1979年首先在塘沽进行了强夯法加固粘土地基的实验研究。1979年6月分别在河北省廊坊与山西省阳泉，对轻亚粘土、粉细砂地基与黄土质砂粘土填方地基进行了处理，这是我国采用强夯法处理地基的最早2项工程。随后很快推广到北京、上海、天津、广州、深圳等很多地方，并且都取得了良好的技术经济效果，为国家节省了巨额基础工程费用。实践证明强夯法具有设备简单、工艺方便、加固效果好、使用经济、适用范围广等优点。目前可用于加固素填土、湿陷性黄土、粘土、砂砾、碎石等各种土质，因而被工程界所重视。图1-1为简易强夯示意图、图1-2为一般夯锤示意图。第一节强夯的加固机理关于强夯法加固地基的机理，目前看法仍不十分一致，更没有形成一套完整的理论体系。其主要原因在于对不同的地基而言，地基土的性质千差万别，强夯加固的机理相差较大，较难建立系统的加固理论。图1-1强夯简易示意图中国地质大学（武汉）本科毕业论文21.1.1夯击能传递机理根据土力学检测，夯击能传递到地基的能量将转化为体波(包括纵波和横波，又称为压缩波P波和剪切波S波)和界面波(包括瑞利波Rayleigh波和勒夫波Love波)。体波沿着一个半球波阵面径向地向外传播，而瑞利波则沿着一个圆柱波阵面径向地向外传播。压缩波的质点运动是属于平行于波阵面方向的一种推拉运动，其携带振动能量的7%左右，传播速度最快；随后到达的剪切波占振动能量的26%，其质点运动引起和波阵面方向正交的横向位移；瑞利波传播速度最慢，携带振动能量的67%，其质点运动则是由竖向和水平分量所组成。因此，压缩波使孔隙压力增大并使土颗粒错位，使土层产生沉降和土体的压密；剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪，可使土层得到密实；而瑞利波的竖向分量和剪切波在地基表层起到松动作用；最近有研究认为瑞波的传播有利于深层地基土的压实[9]。图1-2夯锤示意图1.1.2强夯加固地基土动本构模型根据强夯夯击能传递机理，国内有学者利用强夯模拟试验研究建立了饱和砂土强夯动本构关系为:ε=k(e+1)Nmσ0nω+C式中ε—————总应变；k—————系数；m、n、C——强夯试验参数；e—————孔隙比；σ0—————静有效压力；ω—————为夯击能。上式反映了在一定外界环境中强夯加固饱和砂土的应力应变关系，但由于饱和砂土本身土性的单一性，不能代表实际工程中各种类型的土，因此，一般认为工程中国地质大学（武汉）本科毕业论文3实践中不可能建立对各类地基土具有普遍意义的强夯加固理论。1.1.3饱和土加固机理从宏观上来分析，饱和土在强夯作用下土强度以增长可细分为以下几个阶段:首先是强夯加载阶段：在夯击的一瞬间施加于土体的夯击能使地基产生动应力，动应力使孔隙水中气体逐渐受到压缩，当气体按土体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩，于是孔隙水压力急剧上升，逐渐使孔隙水压上升到与覆盖压力相等；其次是卸载阶段：在夯击动能卸去的一瞬间，土的总应力瞬间即逝，然而土的孔隙水压力仍然保持较高的水平，此时孔隙水压力大于有效应力，因此土体中存在较大的负有效应力，土体即产生液化，进而土体中将产生裂隙，土的渗透性骤增，孔隙水得以顺利排出；再次是固结阶段：随着孔隙水压力的消散，土中裂隙将闭合，土颗粒接触将较强夯前紧密，土的抗剪强度和变形模量会有较大幅度的增长：最后是土的触变恢复阶段。孔隙水压力完全消散后，土的抗剪强度和变形模量仍会缓慢增加，最终达到加固地基土的目的。1.1.4非饱和土加固机理非饱和土的夯实过程就是土体中空气被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的。从宏观上分析，由于巨大的冲击力远超过土的强度，使土体产生冲击破坏，土体产生较大的瞬时沉降，锤底土形成土塞向下运动，因锤底下的土中应力(包括动应力和自重应力)超过土的极限强度，土结构破坏，使土软化，土侧压力增大，土不仅被竖向压密而且被子侧向挤密，形成主破坏加固区;在该区以外为次压实区。次压实区土应力小于土的极限强度而大于土的弹性极限，该区土可能被破坏，但未被充分压实，或仅被破坏而未被压实，故也可称为破坏削弱区;破坏削弱区以外为弹性区。这一区由于土动应力小，不足以使土产生塑性变形，故不再压密或挤密。另外在地基表层，由于动应力远大于原来土的自重应力，坑底土在侧向挤出时，坑侧土在侧向分力作用下将隆起，形成被动破坏区。1.1.5土体的一般加固过程连续夯击作用下，具有加固效果的压缩波反复作用，使土体中的动应力水平超过了地基破坏强度，土体加固时主要的塑性变形集中在如图1-3所示的这个区域内，该区域内吸收了强夯大部分的能量，故加固效果最好，形成主压实区A;随着深度增加，压缩波逐渐减弱，对土体的作用力不断减小，土体产生的塑性变形也不断减小，此区域的范围决定了强夯加固的影响范围，即次压实区B;地基土因夯锤巨大的冲击力而受扰动，在地基表面的土层受到横波和面波的干扰变得松动，横波的传播方问和质点的振动方向垂直，面波分别按椭圆形运动和按地面水平向运动，土体将产生中国地质大学（武汉）本科毕业论文4上下运动使地基表面松动形成松动区C;当夯击能量基本消耗完毕，己无法使地基土产生塑性变形，即强夯无影响区D。由于强夯加固主要是通过纵波的压缩作用，故压实区的竖向影响深度大于横向影响宽度，压实区表现为长轴竖直的椭圆形状。图1-3强夯加固模式图第二节强夯与重锤夯实的区别1.2.1加固原理不同强夯的加固原理如第一节所述。重锤夯实法因其能量小，夯坑深度小，主要依靠锤底的压密作用，主压实区在锤底，因夯坑浅，锤底土所受的侧向压力小，故饱和土夯击易侧向挤出、隆起，不能因压缩而产生孔隙水压力，使水排走，形成“橡皮土”，因而不能加固饱和土。1.2.2加固工艺不同强夯法由于土中的动应力大，压实深度大，并侧向挤出，故侧面有一定的加固范围，其直径约为夯锤直径的2.5～4倍，为了使坑侧土少扰动、少隆起形成侧向挤压力，使土体压缩，饱和土形成孔隙水压力，并在此压力下排走，然后多次夯实，故强航工艺要求分遍夯，每隔一定时间，夯点间要求间隔一定距离。单击夯击能要大，是冲剪形成一定深度的夯坑。夯点应遵循先重后轻，先深后浅的次序进行，即先用高能量加固深层，这时夯点间距应大，后用低能量加固浅层，以加固前述未加固或隆起松动的夯点间土，最后以低能量满片夯实表层。重锤夯实法则不同，它采用的是一夯挨一夯或一夯压半夯，每遍间也不间隔一定时间。它只是压实锤底下的土，故加固浅，侧面容易隆起。1.2.3适用土质不同强夯法可适用于加固粗粒土、细粒土、饱和土、非饱和土，甚至港口、河道水中国地质大学（武汉）本科毕业论文5下土层，诸如填土、杂填土、砂类土、粘性土、黄土、淤泥类土，对厚层的、渗透系数小于10-5cm/s的饱和粘性土应慎重。重夯法则仅适用于加固地下水位0.8m以上的稍湿的粘性土、砂类土、黄土、杂填土和分层填土，不适于含水量高的粘性土［19］。第三节强夯的优点以及发展动态近年来，国内强夯技术发展迅速，应用范围更加广泛，主要集中在饱和软粘土地基的强夯技术研究上。一般认为强夯法特别适合于粗颗粒非饱和土、含水量不大的杂填土与湿陷性黄土，低饱和度粘性土与粉土可采用。对于饱和粘性土，可采用铺设砂垫层和打设排水板或袋装砂井的方法来加速孔压的消散。铺设砂垫层有利于强夯能量的有效吸收，均匀传播，使波的传播范围扩大，从而在较大土体范围内形成毛细管裂隙，促进内部水分的排出。迄今为止，强夯法己成功而广泛地用于处理各类碎石土、砂性土、湿陷性黄土、人工填土、低饱和度的粉土与一般粘性土，特别是能处理一般方