地基處理031換土墊層法-強夯

1、主講人：崔德山2010/12/14幾個月前，距離14層公寓約30米的中華城項目工地開始施工，該幢樓便出現(xiàn)裂縫和沉降，現(xiàn)在該工地挖的基坑深10多米，并從中排出了大量的地下水對周邊地基下沉和建筑可能產(chǎn)生的影響進行安全監(jiān)測處理原則及需要考慮的因素選用地基處理方法要力求做到安全適用、確保質(zhì)量、經(jīng)濟合理、技術先進。在選擇處理方法時需要綜合考慮各種影響因素，如：建（構(gòu)）筑物的體型、剛度、結(jié)構(gòu)受力體系、建筑材料和使用要求，荷載大小、分布和種類，基礎類型、布置和埋深，基底壓力、天然地基承載力、穩(wěn)定安全系數(shù)、變形容許值，地基土的類別、加固深度、上部結(jié)構(gòu)要求、周圍環(huán)境條件、材料來源、施工工期、施工隊伍技術素質(zhì)與施

2、工技術條件、設備狀況和經(jīng)濟指標等。方案設計步驟（1）搜集詳細的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地基基礎的設計資料。 （2）根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、荷載大小及使用要求，結(jié)合地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)條件、地下水特征、周圍環(huán)境和相鄰建（構(gòu)）筑物等因素，初步選定幾種可供考慮的地基處理方案。 （3）對初步選定的各種地基處理方案，分別從處理效果、材料來源及消耗、機具條件、施工進度、環(huán)境影響等方面進行認真的技術經(jīng)濟分析和對比，根據(jù)安全可靠、施工方便、經(jīng)濟合理等原則，從而因地制宜地選擇最佳的處理方法。技術路線圖目前地基處理已成為土力學與巖土工程領域的一個主要分支學科，國際土力學與巖土工程協(xié)會下有專門的地基處理學術委員會。中國土力學

3、與巖土工程學會 1984 年成立了地基處理學術委員會，并于 1986、1989、1992、1995、1997、2000 年分別召開了六屆全國地基處理學術討論會。第十一屆全國地基處理學術討論會(CGIS2010) 將于2010年11月19日23日在“熱帶海濱度假勝地”海口舉辦。1988 年編著出版了地基處理手冊 ，2000年修訂出版了地基處理手冊（第二版），1990 年又開始出版了地基處理雜志，提供了推廣和交流地基處理新技術的園地。我國建設部已發(fā)布了建筑地基處理技術規(guī)范 （JGJ79-91） ，2002 年又修訂出版了建筑地基處理技術規(guī)范 （JGJ79-2002） 。交通部 1997 年發(fā)布了公

4、路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范 （JTJ 017-96） ，對公路工程中軟土地基處理設計、施工起到了重要指導作用。歷史歷史地基處理監(jiān)測與檢驗方法由于地基處理問題的復雜性，一般還難以對每種方法進行嚴密的理論分析，還不能在設計時作精確的計算與設計，往往只能通過施工過程中的監(jiān)測和施工后的質(zhì)量檢驗來保證工程質(zhì)量。因此，地基處理現(xiàn)場監(jiān)測和質(zhì)量檢驗測試是地基處理工程的重要環(huán)節(jié)。效果檢驗的方法有：載荷試驗、鉆孔取樣、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標準貫入試驗、取芯試驗等。有時需要采用多種手段進行檢驗，以便綜合評價地基處理效果?，F(xiàn)場監(jiān)測與質(zhì)量檢驗的目的(1) 為工程設計提供依據(jù)； (2) 作為大面積施工的控制

5、和指導； (3) 為地基處理工程驗收提供依據(jù)； (4) 為理論研究提供實驗依據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)測與質(zhì)量檢驗的內(nèi)容與方法 (1) 地基與樁體強度：包括單樁和復合地基靜載荷試驗、標準貫入試驗、靜力觸探與動力觸探試驗、樁身高應變檢測、鉆芯法等； (2) 地基變形：包括地基沉降與水平位移測試； (3) 應力監(jiān)測：包括土壓力和孔隙水壓力測試； (4) 樁身完整性：采用樁身低應變檢測和聲波透射法測試； (5) 動力特性：采用波速測試、地基剛度測試等。 監(jiān)測儀器的布置固定式和活動式測斜儀分層沉降儀現(xiàn)場監(jiān)測與質(zhì)量檢驗應注意的問題 為了檢驗地基處理的效果，通常在同一地點分別在處理前后進行測試，以進行對比，并注意以下問題

6、： (1) 前后兩次測試應盡量使用同一儀器、同一標準進行；(2) 由于各種測試方法都有一定的適用范圍，因此必須根據(jù)測試目的和現(xiàn)場條件，選擇最有效的方法； (3) 無論何種方法，都有一定的局限性，故應盡可能采用多種方法，進行綜合評價； (4) 測試位置應盡量選擇有代表性的部位，測試數(shù)量按有關規(guī)定要求進行。 現(xiàn)場測試一般具有直觀、代表性強、工效高、避免取樣運輸過程中的擾動等優(yōu)點，但也有不能測定土的基本參數(shù)和不易控制應力狀態(tài)等不足之處，故有時仍需輔以一定的室內(nèi)試驗。土壓力計孔隙水壓力計其它載荷試驗靜力觸探試驗圓錐動力觸探試驗均質(zhì)人工地基換填墊層法強夯法排水固結(jié)法1、換土墊層法 換土墊層法的基本原理是

7、挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂（或砂石）墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土（灰土、二灰）墊層等。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的凍脹作用及改善土的抗液化性。常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。 適用性該法常用于基坑面積寬大和開挖土方較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土、以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為 23m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土、素填土和雜填土。墊層作用（1）提高持力層的承載力（

8、2）減少沉降量（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)（ 砂墊層和砂石墊層）（4）防止凍脹（孔隙大，不易產(chǎn)生毛細現(xiàn)象）（5）消除膨脹土的脹縮作用通?；娱_挖后，利用分層回填壓實，也可處理較深的軟弱土層，但經(jīng)常由于地下水位高而需要采取降水措施；坑壁放坡占地面積大或需要基坑支護，以及施工土方量大、棄土多等因素，從而使處理費用增高、工期拖長，因此換填法的處理深度通常宜控制在 3m 以內(nèi)，也不宜小于 0.5m，因為墊層太薄，則換土墊層的作用也不顯著。深度土的壓實原理墊層設計1、墊層的厚度的確定2、墊層寬度的確定3、墊層承載力的確定4、沉降計算 軟基換填路段（2米片石墊層+砂礫換填+土工格柵）圖為武漢客運專線基礎設

9、施維修基地在咸寧站區(qū)進行道岔人工換填及機械大修清篩的場景2、振密、擠密法振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小，強度提高，達到地基處理的目的。 （1）表層壓實法 采用人工或機械夯實、機械碾壓或振動對填土、濕陷性黃土、松散無粘性土等軟弱或原來比較疏松表層土進行壓實。也可采用分層回填壓實加固。 適用于含水量接近于最佳含水量的淺層疏松粘性土；松散砂性土；濕陷性黃土及雜填土等。 （2）重錘夯實法 利用重錘自由下落時的沖擊能來夯擊淺層土，使其表面形成一層較為均勻的硬殼層。 適用于無粘性土、雜填土、非飽和粘性土及濕陷性黃土。（3）強夯法 利用強大的夯擊能，迫使深層土液化和動

10、力固結(jié)，使土體密實，用以提高地基土的強度并降低其壓縮性，消除土的濕陷性、脹縮性和液化性。 適用于碎石土、砂土、素填土、雜填土、低飽和度的粉土與粘性土及濕陷性黃土。 （4）振沖擠密法 振沖擠密法一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，顆粒重新排列，孔隙比減??；另一方面依靠振沖器的水平振動力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂層擠壓密實。 適用于砂性土和小于 0.005mm 的粘粒含量低于 10的粘性土。（5）土樁與灰土樁法 是利用打入鋼套管（或振動沉管、炸藥爆破）在地基中成孔，通過擠壓作用，使地基土變得密實，然后在孔中分層填入素土（或灰土）后夯實而成土樁（或灰土樁）。 適用于處理地下水位

11、以上的濕陷性黃土、新近堆積黃土、素填土和雜填土。 （6）砂樁 在松散砂土或人工填土中設置砂樁，能對周圍土體產(chǎn)生擠密作用或同時產(chǎn)生振密作用?？梢燥@著提高地基強度，改善地基的整體穩(wěn)定性，并減小地基沉降量。 適用于處理松砂地基和雜填土地基。 （7）爆破法 利用爆破產(chǎn)生振動使土體產(chǎn)生液化和變形，從而獲得較大的密實度，用以提高地基承載力和減小沉降量。 適用于飽和凈砂、非飽和但經(jīng)灌水飽和的砂、粉土和濕陷性黃土。3、強夯法強夯法是 20 世紀 60 年代末、70 年代初首先在法國發(fā)展起來的，國外稱之為動力固結(jié)法，以區(qū)別于靜力固結(jié)法。它一般是通過 1040t 的重錘采用 1040m 的落距，對地基土施加強大的

12、沖擊能，在地基土中形成沖擊波和動應力，使地基土壓實和振密，以加固地基土，達到提高強度、降低壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土地濕陷性的目的。 安慶石化800萬噸/年煉化一體化項目施工現(xiàn)場檢測強夯作業(yè)的深度中央人民廣播電臺維語編輯部在烏魯木齊開工起源強夯法 1969 年首次應用于法國的Riviera夯實濱海填土。該場地是新近填筑的，地表下為 9m厚的碎石填土，其下是 12m厚疏松的砂質(zhì)粉土，場地土要求建造 20 棟8 層的住宅樓。如使用樁基，6070的負摩擦力后用堆載預壓，堆土 5m，在約 100kPa壓力下，歷時 3 個月，沉降平均僅 20cm，承載力僅提高 30，加固效果不顯著。后

13、由法國工程師L.Menard提出用錘重80kN，落距 10m，每擊沖擊能 800kNm，總能量 1200kJ/m2夯擊一遍，地面沉降了 50cm。夯后檢測表明土工指標得到改善，旁壓儀的資料證明土的強度提高了 23 倍。建造的 8 層住宅樓竣工后，其平均沉降僅為 13cm，而差異沉降可忽略不計。1971 年后該方法在法國、英國、德國、瑞典等國家得到了推廣，各屆國際土力學及基礎工程學會會議及世界各地區(qū)域性土力學會議上，都有大量論文發(fā)表。我國于 1978 年 11月至 1979 年初首次由交通部一航局科研所及其協(xié)作單位，在天津新港三號公路進行了強夯試驗研究。在初次掌握了這種方法的基礎上，于 1979

14、 年 8 月又在秦皇島碼頭堆煤場細砂地基進行了試驗并正式使用，其效果顯著。2009年5月11日上午9時，斯里蘭卡項目開始了堆場試夯施工，此舉標志斯里蘭卡漢班托塔項目堆場工程地基強夯施工分項正式開始。本工程強夯施工工期為6個月，后方堆場地基處理面積為421678.81m2，共分為6個區(qū):A、B、C1、C2、C3、C4。本工程包括除A區(qū)以外的5個區(qū)的地基強夯處理，強夯施工的總面積為375025m2， B區(qū)強夯施工能量為4000KN.M，面積為107397m2。C區(qū)區(qū)強夯施工能量為3000KN.M，面積為267628 m2。強夯法經(jīng)過 30 余年的發(fā)展，它已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、公路

15、、鐵路、飛機場跑道及碼頭的地基處理中，它主要適用于加固砂土和碎石土、低飽和度粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。 對于飽和粘性土地基，近年來發(fā)展了強夯置換法，這是利用夯擊能將碎石、礦渣等材料強力擠入地基，在地基中形成碎石墩，并與墩間土形成碎石墩復合地基，提高地基承載力和減小沉降。強夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟塑流塑的粘性土等地基上對變形要求不嚴的工程。加固機理宏觀機理從加固區(qū)土所受沖擊力、應力波的傳播、土的強度對土加密的影響作出解釋。微觀機理，則對沖擊力作用下，土微觀結(jié)構(gòu)的變化，如土顆粒的重新排列、連接作出解釋。飽和土和非飽和土，飽和土存在孔隙水排出土才能壓實固結(jié)這一問題。粘性

16、土和無粘性土，它們的滲透性不同，粘性土存在固化內(nèi)聚力，砂土則不然。另外對一些特殊土，如濕陷性黃土、填土、淤泥等。Leon 認為，強夯加固作用應與土層在被處理過程中的三種不同機理有關。其一是加密作用，以空氣和氣體的排出為特征；其二是排水作用，以孔隙水的排出為特征；其三是預加變形作用，以各種顆粒成分在結(jié)構(gòu)上的重新排列以及顆粒結(jié)構(gòu)和形態(tài)的改變?yōu)樘卣?。由于加固地基土地復雜性，他認為不可能建立對各類地基具有普遍意義的理論。目前普遍一致的看法認為，經(jīng)強夯后，土強度提高過程可分為四個階段：夯擊能量轉(zhuǎn)化，同時伴隨強制壓縮或振密（包括氣體的排出、孔隙水壓力上升）；土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞（表現(xiàn)為土體強度降低或抗剪

17、強度尚失）；排水固結(jié)壓密（表現(xiàn)為滲透性能改變土體裂隙發(fā)展、土體強度提高）；觸變恢復并伴隨固結(jié)壓密（包括部分自由水又變成薄膜水，土的強度繼續(xù)提高）。其中第階段是瞬時發(fā)生的，第階段是強夯終止后很長時間才能達到的（可長達幾個月以上），中間兩個階段則介于上述兩者之間。飽和土的加固機理摩擦液氣不定比彈簧裂隙排水強夯機理研究中還有一個必須研究的內(nèi)容就是夯擊能量的傳遞，即確定夯擊能量中真正用于加固地基的那部分能量和該部分能量如何加固地基。 7%26%67%土強度增長和孔隙水壓力變化動力固結(jié)理論與靜力固結(jié)理論（1）荷載與沉降的關系具有滯后效應； （2）由于土中氣泡的存在，孔隙水具有壓縮性； （3）土顆粒骨架的

18、壓縮模量在夯擊過程中不斷改變，滲透系數(shù)亦隨時間而變化。非飽和土的加固機理采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即沖擊型動力荷載使土體的孔隙體積減少，土體變得密實，從而提高地基土地強度。非飽和土地夯實過程就是土中氣相（空氣）被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起的。飽和粘性土的強夯加固微觀機理非飽和土的強夯加固微觀機理黃土濕陷是架空孔隙的存在和膠結(jié)程度差等在內(nèi)的各種內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。微結(jié)構(gòu)強夯置換法機理強夯置換是利用強夯能量將碎石、礦渣等物理力學性能較好的粗粒強制擠入地基，主要通過置換作用來達到加固地基的目的，它主要用于處理飽和粘性土。 強夯置換可分為

19、整式置換和樁式置換。用得較多的是樁式置換，其作用機理類似于砂石樁。在置換過程中，土體結(jié)構(gòu)破壞，地基土體中產(chǎn)生超孔隙水壓力，隨著時間發(fā)展土體強度恢復，同時由于碎石墩具有較好的透水性，利用超孔隙水壓力消散產(chǎn)生固結(jié)。這樣，通過置換擠密及排水固結(jié)作用，碎石墩和墩間土形成碎石墩復合地基，提高地基承載力和減小沉降。 整式置換是置換率要求較大時，以密集的群點進行置換，使被置換土體整體向兩側(cè)或四周排出，置換體連成統(tǒng)一整體，構(gòu)成置換層，其作用機理類似于換土墊層。整式置換后的雙層狀地基，其變形和強度性狀取決于置換材料的性質(zhì)又取決于置換層的厚度和下臥層的性質(zhì)。設計有效加固深度建筑地基處理技術規(guī)范JGJ 792002

20、建議了其取值范圍單擊夯擊能夯錘的平面一般有圓形和方形，又分氣孔式和封閉式。錘底面積宜按土的性質(zhì)確定，對砂性土一般為 34m2，對粘性土不宜小于 6m2。錘底靜接地壓力可取 2540kPa。錘重一般1040t，落距 825m。對相同的夯擊能量，常選用大落距方案，這樣能獲得較大的接地速度，將能量的大部分有效地傳到地下深處，增加深層夯實效果，減小消耗在地表土層塑性變形的能量。最佳夯擊能從理論上講，在最佳夯擊能作用下，地基土中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力，這樣的夯擊能稱為最佳夯擊能。在粘性土中，由于孔隙水壓消散慢，當夯擊能逐漸增大時，孔隙水壓力相應地疊加，因此可根據(jù)孔隙水壓力的疊加來確定最佳夯擊能

21、。在砂性土中，孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，因此孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，可根據(jù)最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)關系來確定最佳夯擊能。夯擊遍數(shù)夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質(zhì)確定。一般來說，由粗顆粒土組成的滲透性強的地基，夯擊遍數(shù)可少些。反之，由細顆粒土組成的滲透性弱的地基，夯擊遍數(shù)要求多些。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，一般可采用點夯 23 遍，對于滲透性較差的細顆粒土，必要時夯擊遍數(shù)可適當增加。最后再以低能量滿夯 2 遍。間歇時間兩遍夯擊之間的間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。但土中超靜孔隙水壓力的消散速率與土的類別、夯點間距等有關。有條件時最好能在試夯前埋設孔隙水壓力傳感器，通過試夯確

22、定超靜孔隙水壓力的消散時間，從而決定兩遍夯擊之間的間隔時間。當缺少實測資料時，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對于滲透性較差的粘性土地基，間隔時間不應少于 34 周；對于滲透性好的地基，超孔隙水壓力消散很快，夯完一遍，第二遍可連續(xù)夯擊。夯擊點布置處理范圍由于基礎的應力擴散作用，強夯處理范圍應大于建（構(gòu)）筑物基礎范圍，具體放大范圍可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型和重要性等因素考慮確定。對于一般建筑物，每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的 1/2 至2/3，并不宜小于 3m。 承載力確定強夯地基承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定,初步設計時也可根據(jù)夯后原位測和土工試驗指標按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范GB 50007 有關規(guī)定確定?，F(xiàn)場測試設計地面沉降觀測孔隙水壓力觀測強夯振動影響范圍觀測（夯擊和間歇）深層沉降和側(cè)向位移測試強夯置換法處理深度：深度不宜超過 7m。墩體材料 ：墩體材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm 的顆粒含量不宜超過全重的 30。 夯擊次數(shù) ：夯點的夯擊次數(shù)應通過現(xiàn)場試夯確定，且應同時滿足下列條件： （1）墩底穿透軟弱土層，且達到設計墩長；