第三章强夯和强夯置换2(设计计算)

2020/5/171土木工程教研室2020/5/1722设计计算有效加固深度有效加固深度？经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。HMh系数，根据地基土性质决定夯锤重（t）落距（m）2020/5/173三、设计计算有效加固深度强夯置换墩的深度土质条件决定对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软土层，着底在较好土层上对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层2020/5/174夯锤和落距夯锤落距单击夯击能=M*h总夯击能=N*M*h单位夯击能=N*M*h/A应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。三、设计计算2020/5/175夯锤和落距单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积，一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。2020/5/176•强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。在一般情况下，对粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2，对细颗粒土可取1500～4000kN·m/m2。•在设计中，根据需要加固的深度初步确定采用的单击夯击能，然后再根据机具条件因地制宜地确定锤重和落距。2020/5/177•为增加饱和砂土的密实度，提高这些土类的标准贯入击数，需施加的单位夯击能如下表：欲增加的标贯值5101520需增加的夯击能量（千焦/米3）100-250250-350400-500500-650标贯击数增量与夯击能量的关系N2020/5/178思考2020/5/179夯锤和落距选择合适的夯锤和落距圆形和方形气孔式和封闭式选择夯锤锤重确定落距根据单点夯击能量较适合的夯击能夯击能最低值介于底面积按土的性质确定三、设计计算2020/5/1710•一般国内夯锤可取10～25t。夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。夯锤的平面一般为圆形，它对周围土体的影响一致，下落时易对中落点。•方形锤与条基、方形独立基础边角相一致，适用该类基础。•夯锤中设置若干个上下贯通的气孔，孔径可取250～300mm，它可减小起吊夯锤时的吸力(在上海金山石油化工厂的试验工程中测出，夯锤的吸力达三倍锤重)；又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。2020/5/17112020/5/17122020/5/17132020/5/17142020/5/17152020/5/1716•锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对砂性土和碎石填土，一般锤底面积为2～4m2；对一般第四纪粘性土建议用3～4m2；对于淤泥质土建议采用4～6m2；对于黄土建议采用4.5～5.5m2。同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土，高宽比可采用1:2.5～1:2.8。0.35.2)2锤重（吨）锤底面积（米经验公式：2020/5/1717•夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锤的落距。•国内通常采用的落距是10～15m，锤重在10～15t。•大落距的施工方案，这是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。2020/5/1718•从起重机械的性能看，当起重量逐渐增大，扒杆逐渐往高伸。落距大，可充分利用起重机械的能力，经济效果好。•如W1001起重机，增设龙门支架后，11.5t、14m.•大能量机械：法国液压驱动的支架，40t，40m•法国机场，要求加固深度达40m,特别研制200t、25m的超级起重机。2020/5/1719最佳夯击能最佳夯击能？在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。粘性土中的确定根据孔隙水压力的叠加值砂性土中的确定绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线三、设计计算2020/5/1720夯击点布置及间距夯击点的布置根据基底平面形状等边三角形等腰三角形正方形应考虑施工时吊机的行走通道强夯置换墩位布置等边三角形正方形独立基础或条形基础根据基础形式布置处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。三、设计计算2020/5/1721承重结构下必须布置夯击点夯距通常为5—9m三、设计计算夯击点的布置2020/5/1722夯击点的布置1.大面积基础采用正方形插挡法布置，使孔隙水压力充分消散，不易形成橡皮土。2.条基采用点线插挡法布置。3.柱基为点夯。4.砂性土和强夯挤淤可采用排夯法加固（锤印彼此搭接200-300mm）。5.若加固深度较大时，若能量不够或垫层太厚，可采用二次夯击。三、设计计算2020/5/1723夯击点的间距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2.5～3.5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。2.最后一遍是低能量满夯：确保地表土均匀和较高的密实度。3.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。三、设计计算2020/5/1724夯击点的间距夯击点的间距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。三、设计计算2020/5/1725夯击点的间距夯击点的间距夯距太近：相邻夯击点的加固效应将在浅处叠加而形成硬层，影响能量向深部传递。粘性土：当夯距过小，辐射裂隙会闭合，影响排水。三、设计计算2020/5/1726夯击击数和遍数夯击击数国内确定夯击击数的方法有所不同：有的以孔隙水压力达到液化压力为准则；有的以最后一击的夯沉量达某一数值为限值；也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为4～10击。三、设计计算2020/5/1727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4000～6000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kN·m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。三、设计计算2020/5/1728•强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。在一般情况下，对粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2，对细颗粒土可取1500～4000kN·m/m2。•2020/5/1729夯击击数和遍数夯击击数强夯置换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.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强夯的规定值。三、设计计算2020/5/1730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2～3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。三、设计计算2020/5/1731夯击击数和遍数夯击遍数夯击遍数以不出现“翻浆”和“橡皮土”为宜。两遍之间的“间歇时间”见后述。三、设计计算2020/5/1732强夯置换柱式置换置换墩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。深度不宜超过7m。置换墩的间距取3倍墩直径左右。墩为坚硬粗颗粒材料。锤底静压力值为100-200kPa。三、设计计算2020/5/1733垫层铺设强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.5～2.0m，保证地下水位低于坑底面以下2m。铺设的垫层不能含有粘土。三、设计计算2020/5/1734间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间砂性土消散快间歇时间很短连续夯粘性土消散慢孔压叠加间歇时间长设置袋装砂井加速消散缩短间歇时间三、设计计算2020/5/1735间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间砂土：三、设计计算粘性土：2-4周时间2020/5/1736小区划分对于多遍夯击，各遍间有间歇时间规定时：可计算每台吊车的作业效率，计算出每天的加固面积。然后将加固场地分成若干个小区，每个小区的夯击天数等于或大于邻近小区两遍之间的间歇天数。使得吊车和施工人员保持连续作业，避免因等待两遍间的间歇时间而窝工。三、设计计算2020/5/1737降水联合低能级强夯法设计降水联合低能量强夯法：适用于夹砂饱和粘性土。三、设计计算上海浦东国际机场跑道2020/5/1738降水联合低能级强夯法设计一、降排水体系宜采用真空降水二、夯击能量“先轻后重，逐渐加能，少击多遍，逐层加固”三、间歇时间孔隙水压力消散80%以上。四、夯击击数三、设计计算2020/5/1739降水联合低能级强夯法设计真空降水联合低能量强夯法：近几年形成和发展的。该工法因造价低廉、施工速度快、加固效果好的特点，在沿江沿海的大面积处理松软地基工程中得到了推广应用，处理对象包括除淤泥外的各种软土层。三、设计计算2020/5/17402020/5/1741降水联合低能级强夯法设计真空降水联合低能量强夯法由真空降水和低能量强夯两道工序组成。真空降水由改进后的真空井点对加固范围内的地基进行强排水，这种设备功率比常用轻型井点大很多，可产生较大排气量和较高的真空度，即使在渗透系数较低的粘土中，通过形成新的水头梯度，加快地下水的渗流；低能量强夯主要采用锤击，即通常的强夯法。通过对上述两道工序的多遍循环，可达到加固地基的目的。三、设计计算2020/5/1742降水联合低能级强夯法设计根据加固目标确定施工参数是本工法的难点，这是由于夯击对土层影响很复杂的因素决定的。目前主要结合经验确定。真空排水：排水效果主要以含水量测试判断。低能量强夯：主要根据经验估算、并结合现场试验调整。六、工程实例2020/5/1743设计计算施工方法质量检验发展趋势加固机理工程实例