强夯法和强夯置换法PPT课件

强夯法和强夯置换法深层密实法简介深层密实是采用爆破、夯击、挤密和振动等方法，对松软地基土进行振密和挤密。强夯与强夯置换碎（砂）石桩石灰桩土（或灰土）桩水泥粉煤灰碎石桩深层密实强夯与强夯置换法强夯法主要内容1概述2加固机理3设计计算4施工方法6工程实例5现场测试与质量检验1.概述概念强夯是法国梅那（Menard）技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，国际上称动力压实法或动力固结法。它通过一般8-30t的重锤(最重可达200t)和8-20m的落距(最高可达40m)，反复对地基土施加很大的冲击能，一般能量为1000—8000kN.m。在地基土中所产生的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、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。强夯法强夯法适用范围等等强夯法适用土层碎石土砂土低饱和度的粉土与黏性土湿陷性黄土杂填土、素填土强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软-流塑性的黏性土等地基上对变形控制要求不严的工程强夯法强夯国内发展四个阶段1）自引进到80年代初，约8年。强夯能级比较小，一般仅为1000kN*m，处理深度5m左右，以处理浅层人工填土为主。2）80年代初到90年代初。本阶段兴建国家重点工程山西化肥厂，为了消除黄土地基的湿陷性，化工部组织开发了6250kN*m能级强夯，使有效处理深度提高到了10m左右。3）90年代初到2002年。本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机，成功开发了8000kN*m能级强夯，使强夯消除黄土湿陷性的深度达到15m。4）2002年底至今。强夯工程最高应用能级已经达到10000kN*m。为了更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上，还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术强夯法强夯三个研究方向1）以处理饱和软土为目的低能级强夯技术；2）处理高填土和深厚湿陷性黄土，以消除湿陷为目的的高能级强夯技术；3）强夯与其他地基处理技术优势互补，发展成为组合式地基处理技术。2.加固机理强夯法夯锤地面挤压土体隆起夯击能冲击力冲击波冲切上部土体结构破坏形成夯坑挤压周围土体某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及周围地表隆起情况夯坑h夯锤自由下落夯点附近地面隆起强夯法目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理，取决于地基土物理力学性质（颗粒大小，形状，级配，密实度，内聚力，内摩擦角，渗透系数等），土的不同类型（饱和土非饱和土，砂性土，黏性土）和强夯施工工艺（夯击能，夯点布置等）。（1）动力密实(DynamicCompaction)（2）动力固结(DynamicConsolidation)（3）动力置换(DynamicReplacement)加固机理强夯法用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。（1）动力密实（Dynamiccompaction）加固机理－动力密实强夯法非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(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。加固机理－动力密实土体中的孔隙减小，土体变得密实。（1）（2）（3）强夯法在夯击动应力pd的作用下，不同位置的土体处于不同的状态，大致可分为以下四个区域:A区为主压实区，动应力σ超过土的强度σf，土体结构被破坏后压实，并产生获大的侧向挤压力，该区加固效果明显；B区为次压实区（消弱区），土中的应力σ小于土的强度σf，但大于土的弹性极限强度σi;C区为隆起区；D区为未加固区，土中的应力σ小于土的弹性极限强度σi。因此，动力密实的影响深度除了与动力大小有关外，还与地基土的结构强度有关。土的结构强度越大，影响深度越小。加固机理－动力密实强夯法强夯处理后地基的现场测量结果分析动应力等值线：强夯挤密过程中地基土中动应力随着深度和水平距离的增加而减小；基土干密度：随着深度和水平距离的增加而减小。强夯动力挤密过程中产生竖向挤密作用及侧向挤密作用。加固机理－动力密实NoImage（a)动应力等值线(b)地基土干密度强夯法加固机理－动力密实夯坑沉降及周围地面隆起周围地面隆起：随着夯击次数的增加，夯坑深度加大，夯坑周围底面产生不同程度的隆起。当场地的平均隆起量小于夯沉量时，存在动力挤密作用；但当夯击次数增加至平均隆起量与夯沉量相当时，动力挤密作用不明显，此时对应的夯击能量即为“最佳夯击能”。强夯法在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6—1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2—3倍。加固机理－动力密实强夯法夯坑加固机理－动力密实动力密实的应用强夯法强夯法肇庆—花都—博罗输变电工程花都站土石方强夯施工动力密实的应用强夯法水下地基加固（2）动力固结（Dynamicconsolidation）强夯法处理细颗粒饱和土，巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。饱和土的压缩性产生液化渗透性变化触变恢复梅那（Menard）根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。可归纳为一下四点：加固机理－动力固结强夯法饱和土的压缩性饱和土含有少量气体，进行强夯时，气体体积压缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压减少。每夯一遍，气体体积可减少40%。加固机理－动力固结强夯法产生液化加固机理－动力固结产生液化在反复夯击作用下，使土中气体逐渐受到压缩。当土体中气体按体积百分比接近零时，土体就变成不可压缩。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，即u=σ，土体即产生液化。当液化度（孔压/覆盖压力）为100%时，对应的夯击能称“饱和能”，此时土的强度最小。继续施加能量，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。夯击一遍的情况强夯法渗透性变化超孔压u大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合。加固机理－动力固结裂隙强夯法触变恢复饱和粘性土在夯击作用下，土体的强度逐渐降低，当出现液化或接近液化时，强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着时间孔压的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。加固机理－动力固结液化液化液化强夯法静力固结理论(图a)动力固结理论(图b)①不可压缩的液体②固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变（土的渗透性不变化）③弹簧刚度是常数④活塞无摩阻力①含有少量气泡的可压缩液体②固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的（土的渗透性发生变化）③弹簧刚度为变数,触变使土的刚度的改变。④活塞有摩阻力，有时孔压减小沉降并未发生。弹簧活塞模型加固机理－动力固结梅那（Menard）根据强夯法的实践，提出了弹簧活塞模型，对动力固结机理进行了解释。孔径活塞气泡（3）动力置换（Dynamicreplacement）强夯置换类型整式置换：采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。桩式置换：通过强夯将碎石填筑到土体中，部分碎石桩（或墩）间隔地夯入软土，形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。整式置换桩式置换强夯法整式置换强夯法强夯置换桩式置换强夯法强夯置换桩式置换强夯法强夯置换3.强夯法的设计计算设计参数主要有：有效加固深度夯锤重量和落距最佳夯击能夯击点布置及间距夯击次数与遍数垫层铺设间歇时间强夯法（1）有效加固深度H有效加固深度是指经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：hMHH—有效加固深度，mM—夯锤重量(t)；h—夯锤落距(m)；α—对不同土质的修正系数，表4-1-1强夯法强夯法的设计计算（4.1.1）土的名称黄土一般软土砂土碎石土（不包括块石、漂石）块石、矿渣人工填土α0.34~0.500.500.65~0.700.60~0.750.40~0.500.55~0.75表4-1-1修正系数α有效加固深度H的预估（规范JGJ79-2002）单击强夯的有效加固深度(m)表4-1-2单击夯击能(kN.m)碎石土、砂土粉土、粘性土及湿陷性黄土10005.0~6.04.0~5.020006.0~7.05.0~6.030007.0~8.06.0~7.040008.0~9.07.0~8.050009.0~9.58.0~8.560009.5~10.08.5~9.0800010.0~10.59.0~9.5强夯法强夯法的设计计算（2）夯锤重量和落距夯锤M落距h单击夯击能=M*h总夯击能E=N*M*h单位夯击能e=N*M*h/A单位夯击能e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。国内：夯锤重一般10~25吨，最重40吨；落距一般8~25米。单击夯击能为夯锤重量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M×落距h×总夯击数N)除以加固面积称为单位夯击能。强夯法强夯法的设计计算圆形夯锤方形夯锤夯锤强夯法强夯法的设计计算实践证明，圆形夯锤底并设置250~300mm的纵向贯通孔的夯锤，地基处理的效果较好。夯锤夯锤强夯法（3）夯击点布置、间距及范围夯击点布置等边三角形、等腰三角形或正方形布置夯击点。强夯法强夯法的设计计算夯距通常为5—15m夯击点三角形布置夯击点正方形布置基础面积较大的建筑物或构筑物——等边三角形或正方形；办公楼、住宅建筑——根据承重墙位置布置夯点，采用等腰三角形；工业厂房——根据柱网设置夯点。某工程夯点布置（正方形）强夯法强夯法的设计计算某工程夯点布置（正方形）强夯法某仓库夯击点布置（三角形）强夯法强夯法的设计计算强夯法施工现场强夯法强夯法夯击点间距夯点间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定一般第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5－3.5倍（5~9m）;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与第一遍相同，也可适减小。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。夯击点间距通常为5—15m强夯法的设计计算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处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。处理范围强夯法强夯法的设计计算基础外缘≥3.0m（4）夯击击数与遍数单点夯击击数与最佳夯击能的确定方法1：现场试夯确定，常以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为原则，根据试夯得到的强夯击数和夯沉量、隆起量的监测曲线来确定。一般为4~10击。●）尤其对于饱和度较高的黏性土地基。●）对于碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土，夯击时夯坑周围往往没有隆起或有很少量隆起，则夯击击数应按照现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，并且应该同时满足以下条件：①最后两击的平均夯沉量不大于50mm；②坑周围不应该发生过大的隆起；③不因夯坑过深而发生起锤困难；强夯法●）粘性土最佳夯击能的确定方法：夯击能增大，孔压叠加；至土体产生塑性破坏，孔压不再增长，此时为最佳夯击能。●）砂性土最佳夯击能的确定方法：绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线来确定最佳夯击能。当孔隙水压力增量随着夯击击数(夯击能)增加而逐渐趋于恒定时，可认为该种砂土所能接受的能量已达到饱和状态，此能量即为最佳夯击能。