強夯定義及強夯處理參數(shù)

1、 l 1 1工程背景工程背景 邯長公路更樂至冀晉界段高速公路, 全長13.09km ， 其中路線穿越區(qū)有7km為黃土狀亞砂土, 其分布較 廣, 但不連續(xù), 具有垂直節(jié)理、大孔隙特征, 并且具 有一定程度的濕陷性, 設(shè)計中采用強夯法對該段濕陷 性黃土進行處理。 l 問題1：強夯法的施工工藝流程 平平 整整 場場 地地 布布 置置 夯夯 點點 機機 械械 就就 位位 夯夯 錘錘 起起 吊吊 至至 預(yù)預(yù) 定定 高高 度度 夯夯 錘錘 自自 由由 下下 落落 按按 設(shè)設(shè) 計計 要要 求求 重重 復(fù)復(fù) 夯夯 擊擊 低低 能能 量量 滿滿 夯夯 表表 層層 松松 土土 p1)清理并平整施工場地; p2)標(biāo)

2、出第一遍夯點位置, 并測量場地高程; p3)起重機就位, 使夯錘對準(zhǔn)夯點位置; p4)測量夯前錘頂高程; p5)將夯錘起吊到預(yù)定高度,待夯錘脫鉤自由下落后,放 下吊鉤, 測量錘頂高程, 若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯 錘歪斜時, 應(yīng)及時將坑底整平; p6)重復(fù)步驟5), 按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn), 完成一個夯點的夯擊; p7)重復(fù)步驟3)6), 完成第一遍全部夯點的夯擊; p8)用推土機將夯坑填平, 并測量場地高程; p9)在規(guī)定的間隔時間后, 按上述步驟逐次完成全部夯 擊遍數(shù),最后用低能量滿夯,將場地表層松土夯實, 并 測量夯后場地高程。 p 夯點：采用正方形布置, 夯點間距為4.5m; p

3、 錘重：200kN，夯錘底面積為4(錘的底面宜對稱設(shè)置若干個 與其頂面貫通的排氣孔, 孔徑可取2530; p 落距：15m, 能級為3000kNm, p 夯擊2遍,兩遍點夯的間歇時間不少于21d； p 夯擊擊數(shù)：以最后兩擊沉降量不大于5為準(zhǔn), 然后滿夯; 點 夯與滿夯間歇時間不少于15d, p 滿夯：錘印搭接1/2, 夯擊能采用1000 kNm, 滿夯擊次為最 后一擊夯沉量小于5。 p鑒于目前國內(nèi)外尚未形成一套確定強夯參數(shù)的理論和 計算方法, 在大面積強夯施工前, 應(yīng)先根據(jù)設(shè)計單位 提供的施工參數(shù)及類似工程的施工經(jīng)驗, 在夯區(qū)范圍 內(nèi)選點試夯, 以確定合理的強夯參數(shù)及施工工藝, 確 保處理效果

4、。 p問題：強夯參數(shù)都有什么？ p強夯參數(shù)包括錘重、落距、加固深度、夯點布置、加 固范圍、最佳夯擊能、夯擊遍數(shù)及間歇時間、墊層厚 度及材料等。 l 強夯加固地基的有效深度:是指經(jīng)過強夯處理后, 地 基土體強度提高, 壓縮性降低, 其加固效果均達到或 超過進行加固所要求的最低值的土層深度范圍。 l 由于強夯處理效果受多種因素影響, 即一方面受夯擊 能、夯點間距、夯擊次數(shù)、錘底形狀、施工工藝等的 影響; 另一方面受需處理地層的原始結(jié)構(gòu)、均勻性及 地下水位等的影響。因此, 確定強夯處理的有效深度 應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察情況、當(dāng)?shù)亟?jīng)驗及試驗夯區(qū)來確定。 l 強夯法的有效加固深度與單擊夯擊能具有一定的相關(guān) 性，

5、并且與土質(zhì)有一定的關(guān)系?？梢岳糜行Ъ庸躺?度和土質(zhì)情況來確定單擊夯擊能。 l 4.1 4.1 夯點布置夯點布置 點夯分兩遍完成, 隔點不隔行; 滿夯分兩遍完成, 先 夯間滿夯, 再普夯。 l 4.2 4.2 夯擊間歇時間控制夯擊間歇時間控制 控制間歇時間, 兩遍點夯的間歇時間不少于20d,以 超孔隙水壓力消散大于70%以上控制; 點夯與滿夯間 歇時間不少于15d, 以超孔隙水壓力消散大于50%控制 。 l 4.3 4.3 最佳夯擊能控制最佳夯擊能控制 根據(jù)動力固結(jié)理論, 當(dāng)?shù)鼗挟a(chǎn)生的孔隙水壓力達到土 的覆蓋壓力時的擊實能稱為最佳擊實能,在此能量時地基能被 擊實到最佳效果。 l 挖方段:采用

6、夯點擊數(shù)為6擊和最后兩擊夯沉量平均值不超過5 做為雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。 l 填方段:夯點擊數(shù)為12擊, 最后兩擊的夯沉量平均值不超過5 做為雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。 l 最大夯擊數(shù)定為20擊。夯擊遍數(shù)采用三遍法, 第一、二遍為 主夯點, 采用隔點跳打, 主夯點完工后, 整平場地, 第三遍 為夯點搭接(一夯壓半夯)的滿夯, 以加固地表松動層。 l 4.3 4.3 最佳夯擊能控制最佳夯擊能控制 最佳夯擊能可采用單點夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線 來確定, 且滿足最后兩擊平均夯沉量5cm, 夯坑周圍地 面不發(fā)生過大隆起及不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。 l 4.4 4.4 可以止夯的條件可以止夯的條件 l 條件1: 同一夯位

7、最后兩擊的平均夯沉量5;單點夯擊 次數(shù)4擊。 l 條件2: 單位面積累計夯擊能2000kNm; 夯坑深度 120。 l 4.5 4.5 強夯質(zhì)量控制強夯質(zhì)量控制 l 滿夯結(jié)束7d后對強夯處理地基取樣進行濕陷性系數(shù)、干 密度、承載力等項目的檢測。強夯施工段檢測頻率500m 鉆探一處, 每隔1m的深度范圍取樣,檢測標(biāo)準(zhǔn)如下: l (1)濕陷性系數(shù):每處的平均值 最大值不超過0.015。 l (2)干密度:強夯的平均值 , 最小值不小于 0.005 s 3 1.58/ d g cm 3 1.50 /g cm 強夯檢測：夯前、夯中、夯后檢測 l 5.1夯前檢測夯前檢測 p1)開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距,

8、 以確保單擊夯擊能量 符合設(shè)計要求; p2)檢測場地平整情況; p3)對夯擊處理范圍內(nèi)的地基原狀土取樣, 分別進行物 理力學(xué)性能的分析。 各需要檢測各需要檢測 哪些內(nèi)容哪些內(nèi)容 p1)1)夯錘的夯錘的落距落距不得小于設(shè)計落距不得小于設(shè)計落距; ; p2)2)在每遍夯擊前在每遍夯擊前, , 復(fù)核夯點放線復(fù)核夯點放線, , 夯錘的落點誤差不得大于夯錘的落點誤差不得大于 1515, , 夯完后檢查夯坑位置夯完后檢查夯坑位置, , 發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時糾正發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時糾正; ; p3)3)控制單位時間內(nèi)的夯擊處理面積控制單位時間內(nèi)的夯擊處理面積; ; p4)4)按設(shè)計要求檢查每個夯點的按設(shè)計要

9、求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)夯擊次數(shù)和每擊的和每擊的夯沉量夯沉量; ; p5)5)控制夯擊遍數(shù)間的控制夯擊遍數(shù)間的間隔時間間隔時間; ; p6)6)夯擊過程中的夯擊過程中的異?，F(xiàn)象異常現(xiàn)象, , 如夯坑周圍出現(xiàn)隆起如夯坑周圍出現(xiàn)隆起, , 夯沉量異夯沉量異 常等情況常等情況; ; p7)7)詳細記錄各項參數(shù)及施工情況詳細記錄各項參數(shù)及施工情況, , 不符合設(shè)計要求時應(yīng)補夯不符合設(shè)計要求時應(yīng)補夯 或采取其他有效措施。或采取其他有效措施。 p1) 1) 夯后應(yīng)檢測夯坑深度、夯點間距及處理寬度夯后應(yīng)檢測夯坑深度、夯點間距及處理寬度, , 合格后方可填合格后方可填 平平; ; p2)2)滿夯后滿夯后, ,

10、對場地進行對場地進行平整和壓實平整和壓實, , 測量高程測量高程, , 填寫地面標(biāo)高變填寫地面標(biāo)高變 化化; ; p3)3)滿夯結(jié)束滿夯結(jié)束7d7d后后, , 在夯擊處理范圍內(nèi)每隔在夯擊處理范圍內(nèi)每隔1m1m的深度范圍取樣的深度范圍取樣, , 分別進行分別進行物理力學(xué)性能物理力學(xué)性能的分析的分析; ; 碎石土和砂土地基碎石土和砂土地基, , 間隔時間間隔時間 取取1 12 2周周; ; 低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土地基可取低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土地基可取2 2 4 4周周; ; p4)4)宜根據(jù)土性選用宜根據(jù)土性選用原位測試原位測試和和室內(nèi)土工試驗室內(nèi)土工試驗, , 對地基進行

11、檢測對地基進行檢測 p5)5)質(zhì)量檢驗的數(shù)量質(zhì)量檢驗的數(shù)量, , 應(yīng)根據(jù)地基處理的面積確定應(yīng)根據(jù)地基處理的面積確定, , 其檢驗點數(shù)其檢驗點數(shù) 量不應(yīng)小于量不應(yīng)小于3 3處處/1000m3, /1000m3, 檢驗深度應(yīng)不小于設(shè)計處理的深度檢驗深度應(yīng)不小于設(shè)計處理的深度。 p1)強夯施工前, 應(yīng)查明場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各 種地下管線的位置及標(biāo)高等, 并采取必要的措施, 以 免因強夯施工而造成損壞。 p2)當(dāng)強夯施工所產(chǎn)生的振動, 對鄰近建筑物或設(shè)備產(chǎn) 生有害的影響時, 應(yīng)采取防振或隔振措施。 p3). 強夯施工宜采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重 機或其他專用設(shè)備, 采用履帶式起重機時, 可

12、在臂桿 端部設(shè)置輔助門架, 或采取其他安全措施,防止落錘時 機架傾覆; 強夯施工前, 組裝起吊設(shè)備及輔助門式框 架時, 應(yīng)特別注意起立機器的自身穩(wěn)定性, 當(dāng)輔助門 式框架過重時(如大于3000kNm的能量時), 這一問題 尤為重要。 l 4)斜坡段路堤基底的橫向或縱向坡度大于1:5的陡坡段, 須 先把斜坡推出處理范圍外, 開挖出滿足機械作業(yè)要求的臺階 后, 再進行夯擊。 l 5)當(dāng)原地面表層較濕或含水量較大時, 在夯擊前應(yīng)在該段鋪 墊1020cm厚的碎石, 然后進行夯擊。夯擊時如表土過干 (尤其滿夯時)則應(yīng)采取加水等相應(yīng)措施, 增加含水量。 l 6)夯錘上的通氣孔如遇堵塞, 應(yīng)立即開通。 l

13、7)冬季施工時, 當(dāng)凍土層厚度0.5m時, 應(yīng)在原夯擊數(shù)上加 夯23擊, 當(dāng)凍層厚度0.5m時, 則不宜施工。 l 8）強夯時有土塊、石子等飛擊, 現(xiàn)場人員必須戴安全帽。 強夯法強夯法 定義定義 加固機理加固機理 強夯參數(shù)強夯參數(shù) 施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備 施工工藝施工工藝 質(zhì)量檢驗質(zhì)量檢驗 工程案例工程案例 竣工資料竣工資料 定義：強夯法 (動力固結(jié)法 )就是用起重機將一個 很重的錘 (640t,最大200 t)起吊到十幾米,甚至幾 十米高處（825m）,利用自動脫鉤法,使錘自由落下 ,從而對地基土施加強大的沖擊力，在地基中形成沖 擊波和動應(yīng)力，使地基土壓密和振密，達到對軟土地 基進行加固的目的。

14、l 利用重錘高落距產(chǎn)生的高夯擊能給地基一沖擊力,并在地 基中產(chǎn)生沖擊波,在沖擊力作用下,夯錘對上部土體進行 沖切,土體結(jié)構(gòu)破壞,形成夯坑,并對周圍土進行動力擠壓 。 l 同時,巨大的能量瞬間釋放產(chǎn)生的壓縮波使土體孔隙水壓 力急劇增大,土體局部液化,其強度銳減,在剪切波作用下 使土體的原有結(jié)構(gòu)解體,待波消失后,土粒落到一個新的 較穩(wěn)定的位置,同時一部分水排走,從而使土體迅速固結(jié), 降低了土體的壓縮性 ,提高了地基的承載力。 l飽和土 l非飽和土 l砂性土、回填土 l泥、泥炭土 l強夯置換 表層砂墊層 碎石樁 拋塊石與強夯相結(jié)合 飽和土強夯飽和土強夯 土體壓縮土體壓縮 （氣體和水排出）（氣體和水排

15、出） 液化液化 （孔隙水壓力變化）（孔隙水壓力變化） 滲透性變化滲透性變化 （裂隙形成排水通道）（裂隙形成排水通道） 觸變性觸變性 （水的變化）（水的變化） 非飽和土強夯非飽和土強夯 被動破壞區(qū)被動破壞區(qū) （C區(qū)）區(qū)） 主壓實區(qū)主壓實區(qū) (A區(qū)區(qū)) 次壓實區(qū)次壓實區(qū) (B區(qū)區(qū)) 振動影響區(qū)振動影響區(qū) （D區(qū)）區(qū)） 土體在夯擊時,受到很大的沖擊波作用,在這種沖 擊波作用下,錘底瞬間產(chǎn)生一個巨大的壓應(yīng)力使土體 沉降且隨深度略有擴散加密。土體夯擊時側(cè)向變形較 小,即夯擊時,錘底土瞬間由靜態(tài)突然下沉,和周圍土 體產(chǎn)生相對剪切變形,此時周圍土體還沒來得及變形, 沖擊過程已經(jīng)完畢。 一般認為泥或泥炭土結(jié)構(gòu)

16、破壞后,土體強度恢復(fù) 較慢。由于土體的滲透系數(shù)小,超孔隙水壓極難消散, 故不易采用強夯法。但是泥炭土經(jīng)過能量沖擊后上面 粉質(zhì)土或墊層與下面泥炭粘土?xí)l(fā)生機械混合,強度 也會有較大的提高。其原理就是在較軟弱的土層內(nèi)通其原理就是在較軟弱的土層內(nèi)通 過強夯拌和摻入顆粒較粗的土料過強夯拌和摻入顆粒較粗的土料, ,使土體剛度加大使土體剛度加大, , 強度提高。強度提高。 利用強夯的沖擊力,強行將砂、碎石、石塊等擠填 到飽和軟土層中,置換原飽和軟土 ,形成樁柱或密實砂 、石層,與此同時,該密實砂、石層還可作為下臥軟弱土 的良好排水通道,加速下臥層軟土的排水固結(jié)從而使地 基承載力提高,沉降減少。 (1)(1

17、)地基表層具有適當(dāng)厚度的砂墊層地基表層具有適當(dāng)厚度的砂墊層,下臥層為高壓縮 性的淤泥質(zhì)軟土?xí)r,通過強夯將表層砂擠入軟土中,形成 一根根置換砂樁, (2)(2)軟土地基表面堆填一定厚度的碎石料軟土地基表面堆填一定厚度的碎石料,利用夯錘沖擊 成孔,再次回填碎石料,夯實成碎石樁。 (3)在厚 35m的淤泥質(zhì)軟土層上面拋填石塊拋填石塊,利用拋石 自重和夯錘的沖擊力使石塊座到硬土層上,淤泥大部分 被擠走,少量留在石縫中,形成強夯置換的塊石層。 強夯參數(shù)強夯參數(shù) 有效加固深度有效加固深度 單擊夯擊能單擊夯擊能 最佳夯擊能最佳夯擊能 夯點布置夯點布置 夯點間距夯點間距 夯擊次數(shù)夯擊次數(shù) 夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù) 夯

18、擊范圍夯擊范圍 間歇時間間歇時間 起夯面起夯面 墊層墊層 有效加固深度：指經(jīng)強夯加固后,強度提高，壓縮 模量增大，其加固效果顯著的土層范圍。 有效加固深度可采用Menard提出公式進行計算： 式中：H加固影響深度 (m ) M錘重 (kN) h落距 (m) /10HMh 單擊夯擊能：錘重和落距的乘積 。單擊夯擊能一 般根據(jù)加固土層的厚度、地基狀況和土質(zhì)成分由下式 綜合確定： 或 我國所用的錘重一般為1025t，個別可達40t,落距為8 25m。 /10HMhHMh 最佳夯擊能最佳夯擊能, ,從理論上講就是能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力從理論上講就是能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力 達到土的覆蓋壓力時的夯

19、擊能。達到土的覆蓋壓力時的夯擊能。 l粘性土地基,由于孔隙水壓力的消散慢,隨著夯擊能的增加,孔 隙水壓力可以疊加,因而可根據(jù)有效加固深度孔隙水壓力的疊加 來選定最佳夯擊能。 l砂性土地基,由于孔隙水壓力的增加和消散過程快,孔隙水壓力 不能隨夯擊能的增加而疊加,當(dāng)孔隙水壓力增量隨夯擊次數(shù)的增 加趨于穩(wěn)定時,可認為砂土能夠接受的能量已達到飽和狀態(tài)。 l可用有效壓縮率與夯擊能的關(guān)系曲線來確定最佳夯擊能。 l正方形插檔法：大面積強夯或飽和粘性土 l點線插檔法：條形基礎(chǔ) l普夯法：砂性土、含水量較低的回填土或拋石擠淤加 強夯 l點夯 ：柱基底加固 l二次夯擊：加固深度較大 ，能量受限或墊層較厚的 情況

20、正方形插檔法正方形插檔法點線插檔法點線插檔法 普夯法普夯法點夯法點夯法二次夯二次夯 l細粒土：夯擊點間距不宜過小,一般第一遍夯擊點間 距宜選 59m。 l土層較薄的砂土或回填土 ：第一遍夯擊點間距最大, 以后各遍夯擊點間距與第一遍相同 ,也可適當(dāng)減少 常以夯坑的壓縮量最大 ,夯坑周圍隆起量最小為確定夯 擊次數(shù)的原則。一般每點夯擊515擊: l1 )最后兩擊的平均沉降量不大于50 mm,當(dāng)單擊夯擊能 較大時,不大于100mm； 或 l2 )夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起,土體隆起高度: 10cm。 l3)不因夯坑過深發(fā)生起錘困難。 1 58 nn SSScm (0.050.1)dS m ax h 土體壓縮層越厚,土質(zhì)顆粒越細,同時含水量較高 ,需要 的夯擊遍數(shù)越多 l1 )理論公式法 l2 )根據(jù)設(shè)計要求夯到標(biāo)高為止 Si1 =(0.60.8)S 強夯處理的范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)的范圍。 l一般夯擊范圍為： 夯擊范圍= (B+h)(L+h) 式中：