2深层密实法

地基处理第二章深层密实法第二章深层密实法深层密实法（DeepCompaction）是指采用爆破、强夯、挤密和喷射的施工方法，对松软地基较大深度范围内进行振密和挤密的处理方法。与浅层加固措施相比（机械碾压和重锤夯实等），不但在其所用的施工机具不同，更为重要的是它可使地基土在较大深度范围内得以密实。本章主要介绍强夯法、挤密法和粉体喷射搅拌法。第二章深层密实法地基的加固处理方法以外，其加固效果也取决于地基土石的性质。具体包括：土的类型，特别是土的级配和细颗粒的含量土的饱和度和地下水位初始相对密度现场原始应力天然土的结构（包括沉积年代和胶结情况）所选用地基处理方法的特性2-1强夯法它是一种利用重锤（一般为80~300KN）以高处自由下落，对土进行重力夯击的方法。这种方法是法国Menard技术公司，由Menard本人于1969年首创的一种地基加固方法。一般落距为8~40m，锤重8~30T，因此对地基施加很大的冲击能，一般能量为500~8000KN*m。在土基中出现冲击波和动应力，提高土的强度，降低土的压缩性，改善砂土的振动液化和土基的湿陷性，减少土的不均匀沉降差异。一、概述2-1强夯法经过三十年的发展，不仅应用于砂土和碎石土，还广泛发展到杂填土、砂土、粘性土、湿陷性黄土和人工填涂等地基的施工。对于淤泥和淤泥质土也有一些有效的经验。应用工程范围：工业民用建筑、仓库、公路、铁路、油罐、码头和飞机跑道等大面积的工程场地。我国使用此法是在1978年底，交通部一航局科研所，其协作单位首次在天津新港三号公路进行，接着又在79年8月在秦皇岛码头使用此法，二工程效果显著，经济实惠。目前以发展到二十多个省市地区，特别是对一些挖填地基，运用此法相当可行。我省贵黄公路清镇段、茶店小区住宿楼等有过此法应用。一、概述2-1强夯法根据Menard所阐述的加固影响深度：H：影响深度（m）W：锤重（KN）h：落距（m）a：经验系数，其值0.5~1.0对砂土，a=0.5，即一、概述10whH105.0whH2-1强夯法也有人认为a为饱和度系数，它与夯坑半径、深度和土的饱和性质有关，即与堆载预压法相比，具有迅速、周期快、强度提高较大，原因是动荷载速固结和静荷载慢固结的差异。但强夯法施工噪音和振动较大。一般不在城市密集和周围具有建筑物的地方使用，避免工程干扰。一、概述,,rSf夯坑半径夯坑深度；土的饱和度；:::rSr2-1强夯法此法显然在实践中被证实为可行，但还没有一套成熟和完善的理论与设计方法。美国的Mitchell教授在地基处理科技发展水平报告中提出，强夯法加固深度可达30m，对非饱和性土效果与实验室中的击实情况相同；在对饱和无粘性土时，即可能产生液化的情况。工程中均有成功和失败的例子。实际上，土体在强夯时，瞬时沉降可达几十厘米，土体液化后的结构破坏，强度自然下降，而强夯击点周围的径向裂隙也可加速孔隙水压力的消散。一、加固机理2-1强夯法一、加固机理Menard对饱和土可压缩的新的机理分析，包括以下几方面：1.饱和土的压缩性在强夯时，不论土的性质如何，都灰引起很大的沉降。这个结果对颗粒土是可理解的，但对饱和性颗粒土则认为是空隙水排除而产生的沉降。土中的微气泡在强夯时产生气体压缩。气体体积压缩的同时孔隙水压力增大，促使气体排出和空隙水排出，随之孔隙水压力又减小。2-1强夯法2.产生液化当夯击使土体气体体积降为0时，即土为不可压缩性。这时土中除颗粒外还有孔隙水（绝对饱和状态）。孔隙水压力增加，与上覆压力（自重）相等的状态，土体则产生液化。当液化度为100%时，即为土体产生液化的临界状态，这时的能量级称为饱和能。一般是砂质土先液化，粘性土层是局部液化。%PPc液化压力孔隙水压力液化度2-1强夯法3.渗透性变化土中的冲击能和动应力，当土的孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，土体出现裂隙，形成排水通道，这时土的渗透系数快速增加。当孔隙水压力消散到小于土颗粒间的侧向应力时，裂隙自然闭合，土中的水体运动又迅速恢复常态。夯击的次数越多，使得这种循环变化的强度减弱，继续进行已经无多大意义，只要土的强度能满足工程需要即可。2-1强夯法4.触变恢复在重复夯击作用小，土体的强度逐渐降低，当出现液化或接近液化时，土的强度达到最低值，即土体产生裂隙。土中的吸附水部分为高自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都大幅度的增加。这时因为土颗粒间紧密接触，以及新吸附水层逐渐固定的原因，而吸附水逐渐固定的过程，可能灰延续几个月的时间，这就是土体的触变恢复。自由水重新被土颗粒吸附的缘故，即触变性。2-1强夯法三、施工工艺及施工要点1.施工工艺预定改良目的和改良目标地基条件环境条件强夯设计事前调查试验性施工测试工程施工设计及施工管理计划夯第一遍中间调查（n次）测试夯第n遍第n次夯击计划中间调查地面管理测试提出报告，得出地基改良效果的评价和对将来的预测事后调查地面管理强夯结果2-1强夯法三、施工工艺及施工要点2.机具设备夯锤、起重设备、脱钩装置3.铺设垫层在夯前，对拟加固的场地必须具有一层稍硬的表层，其作用：支承起重设备便于对所施工的“夯击能”得到扩散增加地下水位与地表面的距离2-1强夯法三、施工工艺及施工要点4.夯距及夯击次数一般按正方形网格和梅花形网格布置。夯距一般为3~15m，也可根据情况加以增减。即较均匀地布置次数在拟加固的场地中。夯击次数一般在4~10次之前，按具体情况可增减。此外夯击间歇时间适当，使孔隙水压力得到适当的消散。加固范围根据工程范围和要求而定。13513426421351313513426422-1强夯法三、施工工艺及施工要点5.效果检验1）室内试验十字板；动、静力触探；旁压仪试验；载荷试验；波速试验。2）现场测试地面变形情况，包括沉降问题和夯固效果孔隙水压力振动加速度，即了解对周围建筑物的影响情况和预测情况3）质量检验报告2-2挤密法挤密法（Densification）分为砂桩挤密法，振动冲水法，土桩挤密法和石灰桩挤密法。一、砂桩挤密法1.概述砂桩挤密法（SandCompactionPile）是指用振动或冲击荷载，在软弱地基中成孔后将砂再挤压入土中，形成了大直径的密实砂桩的加固方法。砂桩处理源于19世纪30年代的欧洲，上世纪战后，各国经济复苏，建筑业兴起，采用欧式处理方法，特别以日本发展最优，在此基础上采用振动式和冲击式两种施工方法，工程质量和施工效率较好，处理深度也较深。2-2挤密法挤密法（Densification）分为砂桩挤密法，振动冲水法，土桩挤密法和石灰桩挤密法。一、砂桩挤密法1.概述早期砂桩仅在松散砂土和填土中，后来又在软粘土中，但对于饱和性的粘土，仍有意见上的不同，认为孔隙水压力不能迅速消散，挤密效果差。施工中破坏了地基的天然结构，抗剪强度较差。沉降量仍存在较大。2-2挤密法2.加固原理1）在松散砂土中的作用挤密作用：松散砂土属单粒结构，散体状，空隙较大，受砂桩的挤密，颗粒发生位移而密实。即砂桩下沉对周围砂土产生横向挤压力，使其孔隙比减小，达到密实固结作用。挤密和振密作用：采用振动法时，首先下沉的桩会对周围砂层产生挤密作用，当拔起桩时对周围砂层产生振密作用，有效的振密范围可达6倍桩直径作用，即为振密砂桩的工作原理。2-2挤密法2.加固原理2）在粘土中的作用置换作用：密实的砂桩在粘土中取代同体积的软弱粘土（置换），形成“复合地基”，使承载力增加，沉降量减小。排水作用：砂桩在粘土中形成排水路径，起着排水砂井的作用，以利于排水，加速固结速率。2-2挤密法3.设计计算1）桩材料和桩尺寸材料：一般砂桩使用中粗混合砂，含泥量不大于5%，对于软弱的粘性土，也可使用砂和角砾混合料。直径：根据置换率要求、成桩方法和施工机械能力等综合考虑确定，在软粘土中，尽量采用较大直径的砂桩，以利于排水。现国内一般采用直径为30~70cm，一般为30cm左右；国外：60~80cm，最大达200cm。桩在平面上的布置可采用正方形和正三角形布置。2-2挤密法3.设计计算1）桩材料和桩尺寸长度：a.当软土层厚度不大时，按软土厚度确定。b.当软土厚度较大时，对稳定性控制工程来说，桩的长度不小于最危险滑动面的深度；对于沉降性控制工程来说，桩长度应满足砂桩地基沉降量不超过建筑物容许沉降量的要求（可通过计算确定）。c.对振动易液化的饱和松散砂土时，桩长度应达可能发生液化的砂层底部。垫层：砂桩施工完毕后，地面应铺设30~50cm厚度的砂垫层和砂与碎石混合料垫层，并用平板振动器振实。2-2挤密法2）成桩方法选择国内外常用两种方法：振动成桩法：即用振动打桩机将桩管沉入土层中，其工艺分三类：a.一次性拔管法：往沉入土中的桩管内灌砂后，边振动边缓慢地从土层中拔出桩管。b.逐步拔管法：往沉入土中的桩管内灌砂后，在振动条件下逐步拔起桩管，拔起一定高度时挺拔，并继续振动一定时间，再拔出一定高度，如此重复进行，知道拔出地层为止，就砂桩质量和对周围的振密做哟个而言，此法较好。c.重复压拔管法：往沉入土中的桩管内灌砂后，在振动条件下将桩管拔起h高度，使砂下落，然后再将桩管压下h1高度（h1＜h）使桩径扩大，并将落入桩孔内的砂压实，如此重复进行，直到桩管拔出地面为止。即为分段成桩，其优点是可以压实桩体的砂和使桩径扩大。对砂土：宜用振动成桩对桩质量要求严格的工程：宜用逐步拔管法和重复压拔管法2-2挤密法2）成桩方法选择国内外常用两种方法：冲击成桩法：即使用蒸汽打桩机或柴油打桩机将桩管打入土层中，成桩方法有两类：a.单管成桩法：将底端设有活瓣桩靴的桩管打入土层中，往桩管内灌砂后，缓慢拔出桩管，砂从桩管内排出落入桩孔中形成砂桩。b.双管法：将有外管（底端开口）和内管（底端封口）的双层管桩打入土层中，拔起内管向外管中灌砂后，放下内管到砂面上，拔起外管到与内管底面平齐，然后按规定的灌入度将内外管同时打入就形成一段直径比桩管直径大的砂桩，重复进行直到拔到地表为止。双管法是分段进行的成桩方法，效果比单管法较好在粘土中适宜采用此法。2-2挤密法3）桩距计算A.松散砂土：对正三角形布置时：对正方形布置时：1195.0eeedl1189.0eeedl要求的孔隙比土的天然孔隙比；桩直径；桩距::)(:)(:1eecmdcmlminmaxmax1eeDeer8.0~7.0:::minmax相对密度，一般最密实状态下的孔隙比最松散状态下的孔隙比rDee2-2挤密法3）桩距计算A.软性粘土：按置换率要求计算：Al正方形：AAmp面积根砂桩分担的地基处理砂桩面积；1::AApAl23三角形：砂桩的容许承载力天然粘土的容许承载力力砂桩复合后的容许承载:::21RRRsp121RRRRmsp2-2挤密法某天然地基的容许承载力为90kpa，砂桩的容许承载力为300kpa。要求复合地基的容许承载力达到150kpa，试求砂桩正方形布置的桩距（桩直径为60cm）。解：22282721416.3cmdApAAmpcmAl100286.09030090150121RRRRmsp210000286.02827cmmAAp例：2-2挤密法二、振动冲水法1.概述振动冲水法简称为振冲法，它是以起重设备吊起振冲器，启动潜水电机后带动偏心块使振冲器产生高频振动，同时开动的水泵形成高压水，通过水流和振动联合作用，将振冲器沉入到土中的预定深度，并逐段填入碎石，在振动过程中振挤密实，重复多次后在地基土中形成一根较大直径的密实柱体，以达到增强地基强度的效果，此法为振动冲水法。此法原为捣实土坝混凝土用，后在振捣器的基础上加以创新改造，用以加固砂土。如：a.法国Dumkirk钢厂的砂基密实，振冲贯入深度21m。b.1948年美国Enders大坝的砂基振密，有效深度18m。2-2挤密法c.同时美国的PortMomn大桥桥基，加固深度达25m。d.日