第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法課件

地基處理

GroundTreatment重慶交通大學(xué)河海學(xué)院吳文雪地基處理

GroundTreatment重慶交通大學(xué)1第5章強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法

Chapter5DynamicConsolidationandDynamicConsolidationwithReplacement

第5章強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法

Chapter5Dy25.1概述

5.1Introduction強(qiáng)夯是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，通過10～40t的重錘和10～40m的落距，對(duì)地基土施加很大的沖擊能。我國1978年在天津新港進(jìn)行了試驗(yàn)。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，可提高地基土的強(qiáng)度、降低壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時(shí)，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

5.1概述

5.1Introduction3

夯錘起吊夯錘起吊4

夯錘起吊15噸夯錘25噸夯錘40噸夯錘夯錘起吊15噸夯錘25噸夯錘40噸夯錘5第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件6夯錘下落夯錘下落7第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件8第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件9

對(duì)于飽和粘性土地基，近年來發(fā)展了強(qiáng)夯置換法，這是利用夯擊能將碎石、礦渣等材料強(qiáng)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(fù)合地基，提高地基承載力和減小沉降。強(qiáng)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(duì)變形要求不嚴(yán)的工程。強(qiáng)夯置換法在設(shè)計(jì)前必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性和處理效果。對(duì)于飽和粘性土地基，近年來發(fā)展了強(qiáng)夯置換法，這是利用夯10應(yīng)用情況應(yīng)用強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法處理的工程范圍極為廣泛，有工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、儲(chǔ)倉、公路和鐵路路基、飛機(jī)場跑道及碼頭等。強(qiáng)夯法在某種程度上比機(jī)械的、化學(xué)的和其它力學(xué)的加固方法更為廣泛和有效。應(yīng)用情況11

它是重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又與重錘夯實(shí)法迥然不同的一項(xiàng)新技術(shù)。強(qiáng)夯法與以往的機(jī)械夯實(shí)、爆炸夯實(shí)等比較有以下特點(diǎn)：1.

平均每次夯擊能量比普通夯法能量大的多。2.

以往的夯實(shí)方法，能量不大，僅限于表層加固，而強(qiáng)夯法能根據(jù)地基的加固要求來確定夯擊點(diǎn)間距及夯擊方式，依次按需要加固的深度進(jìn)行改良，使地基深層得到加固。3.施工中，夯擊能量可以分幾遍進(jìn)行夯擊。4.地基經(jīng)過強(qiáng)夯加固后，能消除不均勻沉降現(xiàn)象，這是任何天然地基所不能達(dá)到的。它是重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但125.2加固機(jī)理

5.2Mechanism

經(jīng)強(qiáng)夯處理后地基的承載力可提高2~5倍，壓縮性可降低200％～500％，影響深度達(dá)到10m以上。強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理，目前尚不完全清楚。一般認(rèn)為強(qiáng)夯加固地基主要是利用強(qiáng)大的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(duì)上部土體進(jìn)行沖切，土體結(jié)構(gòu)破壞，形成夯坑，并對(duì)周圍土進(jìn)行動(dòng)力擠壓。5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism經(jīng)強(qiáng)13加固機(jī)理：

1.動(dòng)力密實(shí)

2.動(dòng)力固結(jié)

3.動(dòng)力置換

4.震動(dòng)波壓密理論取決于地基土的類別和強(qiáng)夯施工工藝。5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism加固機(jī)理：5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism141.動(dòng)力密實(shí)

多孔隙、粗顆粒、非飽和土:用沖擊型動(dòng)力荷載，土體被破壞，土顆粒相互靠攏，排出孔隙中的氣體、顆粒重新排列，土在動(dòng)荷載作用下被擠密壓實(shí)，強(qiáng)度提高，壓縮性降低。非飽和土的夯實(shí)過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過程，其夯實(shí)變形主要是由于土顆粒的相對(duì)位移引起。5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism1.動(dòng)力密實(shí)5.2加固機(jī)理

5.2Mechanis152.動(dòng)力固結(jié)

用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土?xí)r，是借助于動(dòng)力固結(jié)的理論，即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。由于軟土的觸變性，強(qiáng)度得到提高。5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism2.動(dòng)力固結(jié)5.2加固機(jī)理

5.2Mechanis165.2加固機(jī)理

5.2Mechanism5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism173.動(dòng)力置換

動(dòng)力置換是指在沖擊能量作用下，強(qiáng)行將砂、碎石等擠填到飽和軟土層中，置換飽和軟土，形成密實(shí)的砂、石層或樁。

5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism3.動(dòng)力置換5.2加固機(jī)理

5.2Mechanis183.動(dòng)力置換整式置換：采用強(qiáng)夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機(jī)理類似于換土墊層。樁式置換：通過強(qiáng)夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁(或墩)間隔地夯入軟土中，形成樁式(或墩式)的碎石墩(或樁)。其作用機(jī)理類似于振沖法等形成的碎石樁，主要是靠碎石內(nèi)摩擦角和墩間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與墩間土起復(fù)合地基的作用5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism3.動(dòng)力置換5.2加固機(jī)理

5.2Mechanis19第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件20目前強(qiáng)夯置換中常用的三種情況：

1）當(dāng)?shù)鼗韺訛榫哂羞m當(dāng)厚度的砂墊層、下臥層為壓縮性的淤泥質(zhì)軟土?xí)r，采用低能量夯，通過強(qiáng)夯將表層砂擠入軟土層中，形成一根砂樁，這種砂樁的承載力很高，同時(shí)，下臥的軟土也可通過置換砂樁加速固結(jié)，強(qiáng)度得以提高。動(dòng)力置換砂樁2）同上，軟地基的表面也常堆填一層一定厚度的碎石料，利用夯錘沖擊成孔，再次回填碎石料，夯實(shí)成碎石樁。動(dòng)力置換碎石樁5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism目前強(qiáng)夯置換中常用的三種情況：5.2加固機(jī)理

5.2213）在厚3～5米的淤泥質(zhì)軟土層上面拋填石塊，利用拋石自重和夯錘沖擊力使石塊坐到硬土層上，淤泥大部分被擠走，少量留在石縫中，形成強(qiáng)夯置換的塊石層。利用石塊之間的相互接觸，提高地基承載力。亦類似于墊層中的“拋石擠淤”法，同時(shí)下臥層的軟土也得以快速固結(jié)，提高了下臥層的強(qiáng)度。動(dòng)力置換擠淤5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism3）在厚3～5米的淤泥質(zhì)軟土層上面拋填石塊，利用拋石自重和夯224.震動(dòng)波壓密理論

強(qiáng)夯時(shí)，重錘由高處自由落下，產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)能（振動(dòng)源）作用于地基土中，動(dòng)能變成波能，從震源向深層擴(kuò)散，能量釋放于一定范圍的地基中，使土體得到不同程度的壓密加固。強(qiáng)大的夯擊能，使土體表層產(chǎn)生剪切壓縮和側(cè)向擠壓等，而橫波的存在，使土體表層松動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定深度范圍時(shí)，只有壓縮波（縱波）才對(duì)土體起壓密加固作用。隨加固深度的增加，縱波強(qiáng)度衰減，而壓密作用逐漸減少。5.2加固機(jī)理

5.2Mechanism4.震動(dòng)波壓密理論5.2加固機(jī)理

5.2Mecha23第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件24強(qiáng)夯設(shè)計(jì)任務(wù)

對(duì)于不同土類強(qiáng)夯法的作用不同：

1.軟土地基，提高地基承載力和減少沉降量；

2.飽和砂土和粉土，消除液化趨勢；

3.黃土和新近堆積黃土，消除濕陷性、提高承載力。5.3

設(shè)計(jì)

5.3Design強(qiáng)夯設(shè)計(jì)任務(wù)5.3設(shè)計(jì)

5.3Design25強(qiáng)夯參數(shù)選擇一、有效加固深度二、單擊夯擊能三、最佳夯擊能四、夯擊遍數(shù)五、間歇時(shí)間六、夯擊點(diǎn)布置及間距七、處理范圍八、承載力確定九、現(xiàn)場測試5.3

設(shè)計(jì)

5.3Design強(qiáng)夯參數(shù)選擇5.3設(shè)計(jì)

5.3Design261、有效加固深度

強(qiáng)夯法的有效加固深度是指起夯面算起的強(qiáng)夯有效影響地基深度，該深度范圍內(nèi)，土的物理力學(xué)指標(biāo)已達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值。該土層強(qiáng)度和變形等指標(biāo)能滿足設(shè)計(jì)要求的土層范圍。它是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，反映處理效果的重要參數(shù)。5.3

設(shè)計(jì)

5.3Design1、有效加固深度5.3設(shè)計(jì)

5.3Desig275.3

設(shè)計(jì)

5.3DesignMenard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－－夯錘質(zhì)量（kN）；

h－－落距（m）；由上式估算的有效加固深度較實(shí)測值大,可采用0.34～0.8的修正系數(shù)進(jìn)行修正。5.3設(shè)計(jì)

5.3DesignMenard曾提28影響有效加固深度的因素除夯錘重和落距外，還有單擊夯擊能、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度、埋藏順序和地下水位等。對(duì)于同一類土，采用不同能量夯擊時(shí)，其修正系數(shù)并不相同，采用確定的修正系數(shù)，并不能得到滿意的結(jié)果。因此《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79－2002不采用修正后的梅納公式，而是采用了表格形式，建議了有效加固深度的取值范圍。影響有效加固深度的因素除夯錘重和落距外，還有單擊夯擊能、夯擊29第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件302、

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(duì)砂性土一般為3～4m2，對(duì)粘性土不宜小于6m2。錘底靜接地壓力可取25～40kPa。錘重一般為100～400kN，落距為8～25m。對(duì)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(shí)效果，減小消耗在地表土層塑性變形的能量。2、單擊夯擊能31

夯錘確定后，根據(jù)要求的單擊夯擊能量，就能確定夯錘的落距。對(duì)相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案。錘重與落距對(duì)于某一單擊夯擊能，夯錘在接觸土體瞬間沖量的大小是影響土體壓縮變形的關(guān)鍵因素，沖量越大，加固效果越好。

夯錘著地時(shí)的沖量

32夯錘越重，沖量越大，加固效果越好。夯錘越重，沖量越大，加固效果越好。33單位夯擊能整個(gè)加固場地的總夯擊能量(即垂重×落距×總夯擊數(shù))除以加固面積為單位夯擊能，也稱平均夯擊能。單位夯擊能應(yīng)根據(jù)基土類別，結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗(yàn)確定。單位面積夯擊能過小，難以達(dá)到預(yù)期的加固效果，單位面積夯擊能過大，不僅浪費(fèi)能源，而且對(duì)飽和粘性土來說，強(qiáng)度反而會(huì)降低。單位夯擊能343、最佳夯擊能（最佳夯擊次數(shù)）能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達(dá)到土的覆蓋壓力時(shí)的夯擊能為最佳夯擊能。最佳夯擊次數(shù)：當(dāng)單擊夯擊能一定時(shí)，與最佳夯擊能相對(duì)應(yīng)的夯擊次數(shù)稱為最佳夯擊數(shù)。3、最佳夯擊能（最佳夯擊次數(shù)）35粘性土地基:由于孔隙水壓力消散慢，隨著夯擊能的增加，孔隙水壓力可以疊加，可根據(jù)有效加固深度孔隙水壓力的疊加值來選定最佳夯擊能。砂性土地基:由于孔隙水壓力的增加和消散過程很快，孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而疊加，當(dāng)孔隙水壓力增量隨夯擊次數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定時(shí)，可認(rèn)為砂土能夠接受的能量已達(dá)到飽和狀態(tài)。可用最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)的關(guān)系曲線或有效壓縮率與夯擊能的關(guān)系曲線來確定最佳夯擊能。最佳夯擊能和單擊夯擊能的比值即可作為控制夯擊次數(shù)。粘性土地基:由于孔隙水壓力消散慢，隨著夯擊能的增加，孔隙水壓36夯擊次數(shù)由夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線確定

a.確定原則：夯坑的壓縮量最大，而夯坑的隆起最小時(shí)的夯擊數(shù)。

b.確定方法：當(dāng)△S－N趨向趨于穩(wěn)定，接近常數(shù)，且同時(shí)滿足以下條件時(shí)，可取相應(yīng)夯擊次數(shù)為最佳夯擊次數(shù)。夯擊次數(shù)由夯沉量與夯擊次數(shù)關(guān)系曲線確定37第三節(jié)

強(qiáng)夯法加固設(shè)計(jì)

Ⅰ.最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當(dāng)單擊夯擊能量較大時(shí)不大于100mm；

Ⅱ.夯坑周圍底面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；

Ⅲ.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。第三節(jié)強(qiáng)夯法加固設(shè)計(jì)Ⅰ.最后兩擊的平均夯沉量不大于50384夯擊遍數(shù)

夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點(diǎn)夯2～3遍，對(duì)于滲透性較差的細(xì)顆粒土，必要時(shí)夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。最后再以低能量滿夯2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。4夯擊遍數(shù)395間歇時(shí)間

兩遍夯擊之間的間隔時(shí)間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時(shí)間。當(dāng)缺少實(shí)測資料時(shí)，可根據(jù)地基土的滲透性確定，對(duì)于滲透性較差的粘性土地基，間隔時(shí)間不應(yīng)少于3～4周；對(duì)于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。6夯擊點(diǎn)布置夯擊點(diǎn)平面布置應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行布置。夯點(diǎn)平面布置的合理與否與夯實(shí)效果和施工費(fèi)用有直接關(guān)系。5間歇時(shí)間40a.基礎(chǔ)面積較大的建筑物或構(gòu)筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點(diǎn)；b.辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點(diǎn)。c.砂性土或填石地基和土夾石填石地基，可用連夯法布點(diǎn).a.基礎(chǔ)面積較大的建筑物或構(gòu)筑物，可按等邊三角形或正方形布置417處理范圍強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下設(shè)計(jì)處理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。8承載力確定強(qiáng)夯地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)確定,初步設(shè)計(jì)時(shí)也可根據(jù)夯后原位測試和土工試驗(yàn)指標(biāo)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007的有關(guān)規(guī)定確定。7處理范圍42二、強(qiáng)夯置換法1處理深度強(qiáng)夯置換墩的深度由土質(zhì)條件決定，除厚層飽和粉土外，應(yīng)穿透軟土層，到達(dá)較硬土層上。深度不宜超過7m。

強(qiáng)夯置換錘底靜接地壓力可取100～200kPa。2墩體材料

墩體材料可采用級(jí)配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30％。二、強(qiáng)夯置換法433夯擊次數(shù)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試夯確定，且應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：

（1）墩底穿透軟弱土層，且達(dá)到設(shè)計(jì)墩長；（2）累計(jì)夯沉量為設(shè)計(jì)墩長的1.5～2.0倍；（3）最后兩擊的平均夯沉量不大于5.3節(jié)強(qiáng)夯法第1條最佳夯擊能中的規(guī)定。第5章強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法ppt課件44

4墩位布置

宜采用等邊三角形或正方形。對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可根據(jù)基礎(chǔ)形狀與寬度相應(yīng)布置。

墩間距應(yīng)根據(jù)荷載大小和原土的承載力確定，當(dāng)滿堂布置時(shí)可取夯錘直徑的2～3倍。對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可取夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計(jì)算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。4墩位布置455處理范圍

處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍。每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下設(shè)計(jì)處理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。6承載力確定

確定軟粘性土中強(qiáng)夯置換墩地基承載力特征值時(shí)，可只考慮墩體，不考慮墩間土的作用，其承載力應(yīng)通過現(xiàn)場單墩載荷試驗(yàn)確定，對(duì)飽和粉土地基可按復(fù)合地基考慮，其承載力可通過現(xiàn)場單墩復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。5處理范圍465.5施工

5.5Construction強(qiáng)夯施工可按下列步驟進(jìn)行：（1）清理并平整施工場地；（2）標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，并測量場地高程；（3）起重機(jī)就位，夯錘置于夯點(diǎn)位置；（4）測量夯前錘頂高程；（5）將夯錘起吊到預(yù)定高度，開啟脫鉤裝置，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，應(yīng)即使將坑底整平。5.5施工