强夯法和强夯置换法PPT课件

4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 加固机理加固机理 4.3 4.3 设计设计 4.4 4.4 施工施工 4.5 4.5 质量检测质量检测主要内容第1页/共62页4.14.1概概 述述 强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤提到一定高度使其自由落下（落距一般为1040m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力，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强度，减小将来可能出现差异沉降。 共70页 第28页第2页/共62页第3页/共62页8000KN.M 强夯2第4页/共62页青岛港8号码头强夯工程第5页/共62页第6页/共62页第7页/共62页 内蒙古准格尔旗沙圪堵工业园20万聚氯乙烯项目地基强夯处理工程主要能击为6000KN.m，总面积为330000平方米。工程从2009年8月开工，于2009年10月完工。 第8页/共62页 太钢钢建集团无缝钢管厂项目厂区地基强夯处理。本工程总面积400000万m2，采用单位夯击能4000kn.m，工程施工从2008年4月开始到2008年8月完工 第9页/共62页 晋城煤业集团10万吨/年合成油示范工程项目，位于晋城市矿务局。由山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司投资建设，该项目总投资为1350万美元。其中企业自筹385万美元，拟引资965万美元。项目建成后，可实现年销售收入130万美元。第10页/共62页陕西神木富油能源有限公司生产区地基强夯处理工程 中低温煤焦油及煤制氢厂区地基处理，单位夯击能点夯为8000KN.M，满夯为4000kn.m。第11页/共62页 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。强夯置换法是20世纪80年代后期开发的方法，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。强夯置换法具有加固效果显著、施工期短、施工费用低等特点。强夯置换法一般处理效果良好，个别工程因设计、施工不当，加固后会出现下沉较大或墩体与墩间土下沉不等的情况。因此，建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)特别强调，采用强夯置换法前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果，否则不得采用。第12页/共62页4.2 4.2 加固机理加固机理p动力密实 采用强夯加固多孔隙、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。在采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，高能量的夯击对土的作用不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。 目前，强夯法加固地基有四种不同的加固机理：动力密实、动力固结、震动波压密和动力置换。第13页/共62页 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。 第14页/共62页p动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即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。 Menard根据强夯法的实践，提出了与太沙基静力固结理论不同的、新的动力固结模型和理论。图4-1为太沙基静力固结理论和Menard动力固结理论的模型对比图。 第15页/共62页（a）（b）图4-1 静力固结理论与Menard动力固结理论模型比较（a） 太沙基静力固结模型（b） Menard动力固结模型 液体 活塞 弹簧 孔径第16页/共62页静力固结和动力固结理论对比表 静力固结理论静力固结理论 动力固结理论动力固结理论 不可压缩的液体不可压缩的液体固结时液体排出所通过的小孔，固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变的其孔径是不变的弹簧刚度是常数弹簧刚度是常数活塞无摩阻力活塞无摩阻力 含有少量气泡的可压缩液体含有少量气泡的可压缩液体固结时液体排出所通过的小孔，其固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的孔径是变化的弹簧刚度为变数弹簧刚度为变数活塞有摩阻力活塞有摩阻力 第17页/共62页(1) 饱和土的压缩性 由于土体中有机物的分解，土中总存在一些微小气泡，其体积占土体总体积的1%-4%。进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出，孔隙水压力减少，固相体积不变。这样每夯击一遍，液相和气相体积有所减少。根据实验，每夯击一遍，气相体积可减少40%。第18页/共62页(2) 产生液化 在重复夯击作用下，施加于土体的夯击能迫使土结构破坏，孔隙水压力上升，使土体中的气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降量与夯击能成正比。当气体体积的百分比接近零时，土体便变得不可压缩。当施加到相应于孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量时，土体即产生液化。 第19页/共62页(3) 渗透性变化 当所出现的超孔隙水压力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，土的渗透性骤增，孔隙水得以顺利排出。当孔隙水压力的消散到小于土颗粒之间的横向压力时，裂隙自行闭合，土中水的运动又恢复常态。(4) 触变恢复 当土体液化或接近液化时，抗剪强度为零或最小，吸附水变成自由水。随着孔隙水压力的消散，土颗粒间接触将较夯击前更为紧密，土的抗剪强度和变形模量会有较大幅度增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。 第20页/共62页第21页/共62页p动力置换 动力置换可分为整式置换和桩式置换，如图4-4。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩（或墩）间隔地夯入软土中，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，它主要是靠碎石内摩擦角和桩（或墩）间土的侧限来维持桩体的平衡，并与桩（或墩）间土起复合地基的作用。p震动波压密 第22页/共62页整式置换第23页/共62页4.3 4.3 设计设计p强夯法设计 1. 有效加固深度 MhH 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表预估：H有效加固深度(m) M夯锤重(10KN) h落距(m) 系数 一般可理解为：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。第24页/共62页 有效加固深度的因素除了夯锤重和落距外，还包括夯击次数、锤底单位压力、地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序以及地下水位等。鉴于有效加固深度问题的复杂性，以及目前尚无适用的公式，建筑地基处理技术规范（JGJ792002）规定：强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少经验或试验资料时，可按表4-2预估。第25页/共62页 夯锤一般重1040t，通常采用钢板外壳内灌砼。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取2540KPa。夯锤宜设置若干上下贯通的气孔,可减小夯锤起吊时的吸力(夯锤吸力可达3倍锤重) 园锥形夯锤底面积小，会形成很深的夯坑园柱形夯锤高宽比过大，容易偏锤，要慎用夯锤上的气孔共70页 第29页p夯锤和落距第26页/共62页落距单位夯击能=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。 p夯锤和落距单击夯击能=M*h夯锤落距总夯击能=N*M*h 一般国内夯锤可取1025t。夯锤的平面一般有圆形和方形等形状，其中有气孔式和封闭式两种。实践证明，圆形和带有气孔的锤较好，它可克服方形锤由于上下两次夯击着地并不完全重合，而造成夯击能量损失和着地时倾斜的缺点。夯锤中宜设置若干个上下贯通的气孔，它可减小起吊夯锤时的吸力，又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力，从而减少能量的损失。 第27页/共62页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增大到等于土的自重压力。粘性土中的确定 根据孔隙水压力的叠加值 ？p最佳夯击能 由于孔隙水压力沿深度的分布规律是上大下小，而土的自重压力则是上小下大，因此，最佳夯击能宜按有效加固深度确定为宜。第28页/共62页 无粘性土中孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，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，可认为该无粘性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。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 第29页/共62页p夯击击数与遍数 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410击。 第30页/共62页夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23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。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 a.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40006000kN*m时为100mm；夯击能大于6000kNm时为200mm; b.夯坑周围地面不应发生过大隆起; c.不因夯坑过深而发生起锤困难。 第31页/共62页p夯击点布置及间距1)夯击点布置：夯击点布置一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。2)夯击点间距：夯击点间距(夯距)的确定，一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5，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。对处理深度较大的工程，第一遍夯击点间距适当增大。 强夯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考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2-2/3，并不宜小于3m。第32页/共62页加固宽度计算图夯距通常为312m 第33页/共62页间隔夯比连夯好，间隔夯对深层加固有利 夯击点布置及夯击次序 第34页/共62页第35页/共62页NICE AIRPORT (France)第36页/共62页Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates)第37页/共62页第38页/共62页p间歇时间两遍夯击之间应有一定的时间间隔。各遍间的间歇时间取决于加固土层中超静孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2-4min，故对渗透性较大的砂性土，两遍夯击间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。 砂性土孔隙水压力消散曲线第39页/共62页对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为2-4周。目前国内有的工程对粘性土地基的现场埋设了袋装砂井（或塑料排水带），以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。黏性土孔隙水压力消散曲线第40页/共62页p现场试夯 根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束后一至数周后，对试夯场地进行检测，并与试夯前数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。 p强夯地基承载力特征值 强夯地基承载力特征值应通过现场荷载试验确定，初步设计时也可根据夯后原位测试和土工试验指标按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072002）有关规定确定。p沉降计算 强夯地基变形计算应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072002）的有关规定。夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定。第41页/共62页 1.处理深度 强夯置换墩的深度由土质条件确定。除厚层饱和粉土外，一般应穿过软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。 2.单位夯击能 强夯置换法的单位夯击能应根据现场试验确定。 3.墩体材料 墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。强夯置换法设计 第42页/共62页 夯点的夯击击数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件： a. 墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长； b. 累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍； c. 最后两击的平均夯沉量不宜大于强夯法设计第4条夯击击数与遍数中的有关规定。4. 夯击击数 第43页/共62页 墩位布置:宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。 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23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。 强夯置换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 2/3，并不宜小于3m。5. 墩位布置及间距 第44页/共62页 6. 垫层铺设 墩顶应铺设一层厚度不小于500mm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm。 7.现场试夯 强夯置换设计时，应预估地面抬高值，并在试夯时校正。试夯按强夯法设计中现场试夯的有关规定进行。检测项目除进行现场载荷试验检测承载力和变形模量外，尚应采用超重型或重型动力触探等方法，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。第45页/共62页 8. 强夯置换地基承载力特征值 确定软粘土地基中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。 9.沉降计算 强夯置换地基变形计算应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072002）的有关规定。夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定。第46页/共62页第47页/共62页西欧国家大吨位的履带式起重机 稳定性好，行走方便 日本轮胎式起重机 国外还制造了三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m 国外所用履带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上4.4 4.4 施工施工施工机械 强夯宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用起吊设备。第48页/共62页自动脱钩装置起重机配三角架起吊夯坑3 强夯法共70页 第30页第49页/共62页 我国只具备小吨位起重机的施工条件，只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩装置 强夯脱钩装置图 1-吊钩 2-锁卡焊合件 3、6-螺栓 4-开口销 5-架板 7-垫圈 8-止动板 9-销轴 10-螺母 11-鼓形轮 12-护板 第50页/共62页第51页/共62页第52页/共62页施工要点 1. 施工前场地准备工作 1) 强夯前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置和标高，并采取必要的措施，以免因施工而造成破坏。 2) 当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备产生有害的影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。 3) 当场地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散材料，使地下水位低于坑底面以下2m。坑内或场地积水应及时排除。第53页/共62页2. 施工步骤 (1) 强夯法施工可按下列步骤进行： 1) 清理平整施工场地； 2) 标出第一遍夯点位置，并测量场地高程； 3) 起重机就位，夯锤置于夯击点位置； 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54页/共62页3 强夯法共70页 第31页第55页/共62页 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) 重复步骤的3)-6)，完成第一遍全部夯点的夯击； 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，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。 第56页/共62页 (2) 强夯置换法施工强夯置换法施工可按下列步骤进行：可按下列步骤进行： 1) 1) 清理平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚清理平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为度为1.0-2.0m1.0-2.0m的砂石施工垫层；的砂石施工垫层； 2) 2) 标出夯点位置，并测量场地高程；标出夯点位置，并测量场地高程； 3) 3) 起重机就位，夯锤置于夯击点位置；起重机就位，夯锤置于夯击点位置； 4) 4) 测量夯前锤顶高程测量夯前锤顶高程；第57页/共62页 5) 夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深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58页/共62页3 强夯法共70页 第33页第59页/共62页4.5 4.5 质量检验质量检验第60页/共62页本章结束第61页/共62页感谢您的观看。第62页/共62页