强夯法与强夯置换法.pptx

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1、第第5 5章章 强夯法和强夯置换法强夯法和强夯置换法Chapter 5 Dynamic Consolidation and Dynamic Consolidation with Replacement第1页/共51页5.1 5.1 概概 述述5.1 Introduction强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，通过1040t的重锤和1040m的落距，对地基土施加很大的冲击能。我国1978年在天津新港进行了试验。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低压缩性、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

2、可能出现的差异沉降。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。第2页/共51页 夯夯 锤锤 起起 吊吊第3页/共51页 夯夯 锤锤 起起 吊吊15吨吨夯夯锤锤25吨吨夯夯锤锤40吨吨夯夯锤锤第4页/共51页第5页/共51页夯锤下落第6页/共51页第7页/共51页第8页/共51页对于饱和粘性土地基，近年来发展了强夯置换法，这是利用夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基，在地基中形成碎石墩，并与墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。强夯置换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要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试

3、验确定其适用性和处理效果。第9页/共51页应用情况应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。第10页/共51页 它是重锤夯实法的基础上发展起来的，但又与重锤夯实法迥然不同的一项新技术。强夯法与以往的机械夯实、爆炸夯实等比较有以下特点：1.平均每次夯击能量比普通夯法能量大的多。2.以往的夯实方法，能量不大，仅限于表层加固，而强夯法能根据地基的加固要求来确定夯击点间距及夯击方式，依次按需要加固的深度进行改良，使地基深层得到加固。3.施工中，夯击能量可以分

4、几遍进行夯击。4.地基经过强夯加固后，能消除不均匀沉降现象，这是任何天然地基所不能达到的。第11页/共51页5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism经强夯处理后地基的承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度达到10m以上。强夯法加固地基的机理，目前尚不完全清楚。一般认为强夯加固地基主要是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。第12页/共51页加固机理：1.1.动力密实动力密实 2.2.动力固结动力固结 3.3.动力置换动力置换 4.4.震动波压密理论震动波压密理论 取决

5、于地基土的类别和强夯施工工艺。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第13页/共51页1.动力密实 多多孔孔隙隙、粗粗颗颗粒粒、非非饱饱和和土土:用用冲冲击击型型动动力力荷荷载载，土土体体被被破破坏坏，土土颗颗粒粒相相互互靠靠拢拢，排排出出孔孔隙隙中中的的气气体体、颗颗粒粒重重新新排排列列，土土在在动动荷荷载载作作用用下下被被挤挤密密压压实实，强强度度提提高高，压压缩缩性性降降低低。非非饱饱和和土土的的夯夯实实过过程程，就就是是土土中中的的气气相相(空空气气)被被挤挤出出的的过过程程，其其夯夯实实变变形形主主要要是是由由于土颗粒的相对位移引起。于土颗

6、粒的相对位移引起。5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第14页/共51页2.2.动力固结用用强强夯夯法法处处理理细细颗颗粒粒饱饱和和土土时时，是是借借助助于于动动力力固固结结的的理理论论，即即巨巨大大的的冲冲击击能能量量在在土土中中产产生生很很大大的的应应力力波波，破破坏坏了了土土体体原原有有的的结结构构，使使土土体体局局部部发发生生液液化化并并产产生生许许多多裂裂隙隙，增增加加了了排排水水通通道道，使使孔孔隙隙水水顺顺利利逸逸出出，待待超超孔孔隙隙水水压压力力消消散散后后，土土体体固固结。由于软土的触变性，强度得到提高。结。由于软土的触变性，强度得到提高。5.2加固机理加固机理5

7、.2 Mechanism第15页/共51页5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第16页/共51页3.3.动力置换动动力力置置换换是是指指在在冲冲击击能能量量作作用用下下，强强行行将将砂砂、碎碎石石等等挤挤填填到到饱饱和和软软土土层层中中，置置换饱和软土，形成密实的砂、石层或桩。换饱和软土，形成密实的砂、石层或桩。5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第17页/共51页3.3.动力置换整式置换整式置换：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。：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。桩桩式式置置换换：通通过过强强夯夯将将碎碎石石填填筑筑土土体

8、体中中，部部分分碎碎石石桩桩(或或墩墩)间间隔隔地地夯夯入入软软土土中中，形形成桩式成桩式(或墩式或墩式)的碎石墩的碎石墩(或桩或桩)。其其作作用用机机理理类类似似于于振振冲冲法法等等形形成成的的碎碎石石桩桩，主主要要是是靠靠碎碎石石内内摩摩擦擦角角和和墩墩间间土土的的侧侧限限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用5.2 加固机理加固机理5.2 Mechanism第18页/共51页第19页/共51页目前强夯置换中常用的三种情况：1 1）当当地地基基表表层层为为具具有有适适当当厚厚度度的的砂砂垫垫层层、下下卧卧层层为为压压缩缩性性的的淤淤泥泥质质

9、软软土土时时，采采用用低低能能量量夯夯，通通过过强强夯夯将将表表层层砂砂挤挤入入软软土土层层中中，形形成成一一根根砂砂桩桩，这这种种砂砂桩桩的的承承载载力力很很高，同时，下卧的软土也可通过置换砂桩加速固结，强度得以提高。高，同时，下卧的软土也可通过置换砂桩加速固结，强度得以提高。动力置换砂桩动力置换砂桩2 2）同同上上，软软地地基基的的表表面面也也常常堆堆填填一一层层一一定定厚厚度度的的碎碎石石料料，利利用用夯夯锤锤冲冲击击成成孔孔，再再次次回填碎石料，夯实成碎石桩。回填碎石料，夯实成碎石桩。动力置换碎石桩动力置换碎石桩5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第20页/共51页3 3）

10、在在厚厚3 35 5米米的的淤淤泥泥质质软软土土层层上上面面抛抛填填石石块块，利利用用抛抛石石自自重重和和夯夯锤锤冲冲击击力力使使石石块块坐坐到到硬硬土土层层上上，淤淤泥泥大大部部分分被被挤挤走走，少少量量留留在在石石缝缝中中，形形成成强强夯夯置置换换的的块块石石层层。利利用用石石块块之之间间的的相相互互接接触触，提提高高地地基基承承载载力力。亦亦类类似似于于垫垫层层中中的的“抛抛石石挤挤淤淤”法法，同同时时下卧层的软土也得以快速固结，提高了下卧层的强度。下卧层的软土也得以快速固结，提高了下卧层的强度。动力置换挤淤动力置换挤淤5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第21页/共51页4

11、.4.震动波压密理论 强强夯夯时时，重重锤锤由由高高处处自自由由落落下下，产产生生强强大大的的动动能能（振振动动源源）作作用用于于地地基基土土中中，动动能能变变成成波波能能，从从震震源源向向深深层层扩扩散散，能能量量释释放放于于一一定定范范围围的的地地基基中中，使使土土体体得得到到不不同同程程度度的的压压密密加加固固。强强大大的的夯夯击击能能，使使土土体体表表层层产产生生剪剪切切压压缩缩和和侧侧向向挤挤压压等等，而而横横波波的的存存在在，使使土土体体表表层层松松动动，当当达达到到一一定定深深度度范范围围时时，只只有有压压缩缩波波（纵纵波波）才才对对土土体体起起压压密密加加固固作作用用。随随加固

12、深度的增加，纵波强度衰减，而压密作用逐渐减少。加固深度的增加，纵波强度衰减，而压密作用逐渐减少。5.2加固机理加固机理5.2 Mechanism第22页/共51页第23页/共51页强夯设计任务 对于不同土类强夯法的作用不同：对于不同土类强夯法的作用不同：1.1.软土地基，提高地基承载力和减少沉降量；软土地基，提高地基承载力和减少沉降量；2.2.饱和砂土和粉土，消除液化趋势；饱和砂土和粉土，消除液化趋势；3.3.黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。5.3 设设 计计5.3 Design第24页/共51页强夯参数选择一、有效加固深度一、有效加固深

13、度二、单击夯击能二、单击夯击能三、最佳夯击能三、最佳夯击能四、夯击遍数四、夯击遍数五、间歇时间五、间歇时间六、夯击点布置及间距六、夯击点布置及间距七、处理范围七、处理范围八、承载力确定八、承载力确定九、现场测试九、现场测试5.3 设设 计计5.3 Design第25页/共51页1 1、有效加固深度 强夯法的强夯法的有效加固深度有效加固深度是指起夯面算起的强夯有效影响地基深度，该深是指起夯面算起的强夯有效影响地基深度，该深度范围内，土的物理力学指标已达到或超过设计值。该土层强度和变形等指标能满度范围内，土的物理力学指标已达到或超过设计值。该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。足设计要求

14、的土层范围。它是选择地基处理方法的重要依据，反映处理效果的重要参数它是选择地基处理方法的重要依据，反映处理效果的重要参数。5.3 设设 计计5.3 Design第26页/共51页5.3 设设 计计5.3 DesignMenard曾提出用下列公式估算有效加固深度式中 H有效加固深度（m）；M夯锤质量（kN）；h落距（m）；由上式估算的有效加固深度较实测值大,可采用0.340.8的修正系数进行修正。第27页/共51页影响有效加固深度的因素除夯锤重和落距外，还有单击夯击能、夯击次数、锤底单位压力、地基土的性质、不同土层的厚度、埋藏顺序和地下水位等。对于同一类土，采用不同能量夯击时，其修正系数并不相同

15、，采用确定的修正系数，并不能得到满意的结果。因此建筑地基处理技术规范JGJ792002不采用修正后的梅纳公式，而是采用了表格形式，建议了有效加固深度的取值范围。第28页/共51页第29页/共51页2、单击夯击能夯锤的平面一般有圆形和方形，又分气孔式和封闭式。锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般为34m2，对粘性土不宜小于6m2。锤底静接地压力可取2540kPa。锤重一般为100400kN，落距为825m。对相同的夯击能量，常选用大落距方案，这样能获得较大的接地速度，将能量的大部分有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减小消耗在地表土层塑性变形的能量。第30页/共51页 夯锤确定后，根据要求的

16、单击夯击能量，就能确定夯锤的落距。对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案。锤重与落距对于某一单击夯击能，夯锤在接触土体瞬间冲量的大小是影响土体压缩变形的关键因素，冲量越大，加固效果越好。夯锤着地时的冲量第31页/共51页夯锤越重，冲量越大，加固效果越好。夯锤越重，冲量越大，加固效果越好。第32页/共51页单位夯击能 整整个个加加固固场场地地的的总总夯夯击击能能量量(即即垂垂重重落落距距总总夯夯击击数数)除除以以加加固固面面积积为为单单位位夯夯击击能能，也也称称平平均均夯夯击击能。能。单单位位夯夯击击能能应应根根据据基基土土类类别别，结结构构类类型型、荷荷载载大大小小和和要要求求处处理理的的深

17、深度度等等综综合合考考虑虑，并并可可通通过过试试验验确确定。定。单单位位面面积积夯夯击击能能过过小小，难难以以达达到到预预期期的的加加固固效效果果，单单位位面面积积夯夯击击能能过过大大，不不仅仅浪浪费费能能源源，而而且且对对饱饱和粘性土来说，强度反而会降低。和粘性土来说，强度反而会降低。第33页/共51页3 3、最佳夯击能（最佳夯击次数）能使地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能为能使地基中出现的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能为最佳夯击能。最佳夯击能。最佳夯击次数：最佳夯击次数：当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对

18、应的夯击次数称为最佳夯击数。第34页/共51页粘粘性性土土地地基基:由由于于孔孔隙隙水水压压力力消消散散慢慢，随随着着夯夯击击能能的的增增加加，孔孔隙隙水水压压力力可可以以叠叠加加，可可根根据据有有效效加加固固深深度度孔隙水压力的叠加值来选定最佳夯击能。孔隙水压力的叠加值来选定最佳夯击能。砂砂性性土土地地基基:由由于于孔孔隙隙水水压压力力的的增增加加和和消消散散过过程程很很快快，孔孔隙隙水水压压力力不不能能随随夯夯击击能能增增加加而而叠叠加加，当当孔孔隙隙水水压压力力增增量量随随夯夯击击次次数数的的增增加加而而趋趋于于稳稳定定时时，可可认认为为砂砂土土能能够够接接受受的的能能量量已已达达到到饱

19、饱和和状状态态。可可用用最最大大孔孔隙隙水水压压力力增增量量与与夯夯击击次次数数的的关关系系曲曲线线或或有有效效压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。压缩率与夯击能的关系曲线来确定最佳夯击能。最最佳佳夯夯击击能能和和单单击击夯夯击击能能的的比比值值即即可可作作为为控控制制夯夯击次数。击次数。第35页/共51页 夯击次数由夯沉量与夯击次数关系曲线确定 a.a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小时的夯击数。确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小时的夯击数。b.b.确定方法：当确定方法：当S SN N趋向趋于稳定，接近常数，且同时满足以下条件时，可取相趋向趋于稳定，接近常数，且同

20、时满足以下条件时，可取相应夯击次数为最佳夯击次数。应夯击次数为最佳夯击次数。第36页/共51页第三节强夯法加固设计 .最后两击的平均夯沉量不大于最后两击的平均夯沉量不大于50mm50mm，当单击夯击能量较大时不，当单击夯击能量较大时不大于大于100mm100mm；.夯坑周围底面不应发生过大的隆夯坑周围底面不应发生过大的隆起；起；.不因夯坑过深而发生起锤困难。不因夯坑过深而发生起锤困难。第37页/共51页4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，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。第38页/共5

21、1页5间歇时间两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于34周；对于渗透性好的地基可连续夯击。6夯击点布置夯击点平面布置应根据建筑物的结构类型进行布置。夯点平面布置的合理与否与夯实效果和施工费用有直接关系。第39页/共51页a.a.基础面积较大的建筑物或构筑物，可按等边三角形或正方形布置夯击点；基础面积较大的建筑物或构筑物，可按等边三角形或正方形布置夯击点；b.b.办公楼和住宅建筑等，可根据承重墙位置布置夯点。办公楼和住宅建筑等，可根据承重墙位置布置夯点。c.c.砂性土或填石地基和土夹石填石

22、地基，可用连夯法布点砂性土或填石地基和土夹石填石地基，可用连夯法布点 .第40页/共51页7处理范围强夯处理范围应大于建（构）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至2/3，并不宜小于3m。8承载力确定强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定,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GB50007的有关规定确定。第41页/共51页二、强夯置换法1处理深度强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。强夯置换锤底静接地压力可取100200kPa。2墩体材料墩体材料可采用级配良好

23、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。第42页/共51页3夯击次数夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：（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1.52.0倍；（3）最后两击的平均夯沉量不大于5.3节强夯法第1条最佳夯击能中的规定。第43页/共51页4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确定，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

24、倍。第44页/共51页5处理范围处理范围应大于基础范围。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至2/3，并不宜小于3m。6承载力确定确定软粘性土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。第45页/共51页5.5施工施工5.5 Construction强夯施工可按下列步骤进行：（1）清理并平整施工场地；（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

25、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，应即使将坑底整平。第46页/共51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）换夯点，重复步骤3至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，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。第47页/共51页5.6质量检验质量检验5.6 Quality Verification Test（1）强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。（2）强夯处理后的地基竣工验收承载力检

26、验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基间隔时间可取28d。第48页/共51页（3）强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试 和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。第49页/共51页（4）对简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1，且不应少于3点。第50页/共51页感谢您的观看。第51页/共51页