強夯法和強夯置換法解析課件

1、第四章 強夯法和強夯置換法地基處理第四章 強夯法和強夯置換法地基處理4.1 概述4.2 加固機理4.3 設計4.4 施工4.5 質(zhì)量檢測主要內(nèi)容4.1 概述主要內(nèi)容4.1概 述 強夯法是法國Menard技術公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，又名動力固結(jié)法或動力壓實法。這種方法是反復將夯錘提到一定高度使其自由落下（落距一般為1040m），給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的承載力，降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可提高土層的均勻強度，減小將來可能出現(xiàn)差異沉降。 強夯法進行軟土地基處理 強夯可提高地基土的強度,降低土的壓縮性,改善土的抗液化條件

2、 共70頁 第28頁4.1概 述 強夯法是法國Menard技術公司于1 等等 強夯法適用土層碎石土砂土 低飽和度的粉土與粘性土濕陷性黃土 雜、素填土 對于高飽和度的可采用強夯置換法 等等 強夯法適用土層碎石土砂土 濕陷性雜、素對于高飽和度的8000KN.M 強夯28000KN.M 強夯2青島港8號碼頭強夯工程青島港8號碼頭強夯工程強夯法和強夯置換法解析課件強夯法和強夯置換法解析課件 內(nèi)蒙古準格爾旗沙圪堵工業(yè)園20萬聚氯乙烯項目地基強夯處理工程主要能擊為6000KN.m，總面積為330000平方米。工程從2009年8月開工，于2009年10月完工。 內(nèi)蒙古準格爾旗沙圪堵工業(yè)園20萬聚氯乙烯項目地

3、基強夯 太鋼鋼建集團無縫鋼管廠項目廠區(qū)地基強夯處理。本工程總面積400000萬m2，采用單位夯擊能4000kn.m，工程施工從2008年4月開始到2008年8月完工 太鋼鋼建集團無縫鋼管廠項目廠區(qū)地基強夯處理。本工程總面 晉城煤業(yè)集團10萬噸/年合成油示范工程項目，位于晉城市礦務局。由山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司投資建設，該項目總投資為1350萬美元。其中企業(yè)自籌385萬美元，擬引資965萬美元。項目建成后，可實現(xiàn)年銷售收入130萬美元。 晉城煤業(yè)集團10萬噸/年合成油示范工程項目，位于晉城市陜西神木富油能源有限公司生產(chǎn)區(qū)地基強夯處理工程 中低溫煤焦油及煤制氫廠區(qū)地基處理，單位夯擊能點夯

4、為8000KN.M，滿夯為4000kn.m。陜西神木富油能源有限公司生產(chǎn)區(qū)地基強夯處理工程 強夯置換法是采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，用夯錘夯擊形成連續(xù)的強夯置換墩。強夯置換法是20世紀80年代后期開發(fā)的方法，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控制要求不嚴的工程。強夯置換法具有加固效果顯著、施工期短、施工費用低等特點。強夯置換法一般處理效果良好，個別工程因設計、施工不當，加固后會出現(xiàn)下沉較大或墩體與墩間土下沉不等的情況。因此，建筑地基處理技術規(guī)范(JGJ79-2002)特別強調(diào)，采用強夯置換法前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果，否則不得采用。 強夯置換法是采

5、用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，4.2 加固機理動力密實 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，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。在采用強夯法加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土的過程中，高能量的夯擊對土的作用不同于機械碾壓、振動壓實和重錘夯實，巨大的夯擊能量產(chǎn)生的沖擊波和動應力在土中傳播，使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生瞬間的相對運動，從而孔隙中氣泡迅速排出或壓縮，孔隙體積減少，形成較密實的結(jié)構(gòu)。 目前，強夯法加固地基有四種不同的加固機理：動力密實、動力固結(jié)、震動波壓密和動力置換。4.2 加固機理動力密實 目前，強夯法加固地基有四種不 非飽和土

6、的夯實過程，就是土中的氣相(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。 非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相(空氣)被擠出的過動力固結(jié) 用強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結(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，強度得到提高。 Menard根據(jù)強夯法的實踐，提出了與太沙基靜力固結(jié)理論不同的、新的動力固結(jié)模型和理論。圖4-1為太沙基靜力固結(jié)理論和Menard動力固結(jié)理論的模型對比圖。 動力固結(jié)（a）（b）圖4-1 靜力固結(jié)

7、理論與Menard動力固結(jié)理論模型比較（a） 太沙基靜力固結(jié)模型（b） Menard動力固結(jié)模型 液體 活塞 彈簧 孔徑（a）（b）圖4-1 靜力固結(jié)理論與Menard動力固結(jié)理靜力固結(jié)和動力固結(jié)理論對比表 靜力固結(jié)理論 動力固結(jié)理論 不可壓縮的液體固結(jié)時液體排出所通過的小孔，其孔徑是不變的彈簧剛度是常數(shù)活塞無摩阻力 含有少量氣泡的可壓縮液體固結(jié)時液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的彈簧剛度為變數(shù)活塞有摩阻力 靜力固結(jié)和動力固結(jié)理論對比表 靜力固結(jié)理論 (1) 飽和土的壓縮性 由于土體中有機物的分解，土中總存在一些微小氣泡，其體積占土體總體積的1%-4%。進行強夯時，氣體體積壓縮，孔隙水壓力增

8、大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出，孔隙水壓力減少，固相體積不變。這樣每夯擊一遍，液相和氣相體積有所減少。根據(jù)實驗，每夯擊一遍，氣相體積可減少40%。(1) 飽和土的壓縮性(2) 產(chǎn)生液化 在重復夯擊作用下，施加于土體的夯擊能迫使土結(jié)構(gòu)破壞，孔隙水壓力上升，使土體中的氣體逐漸受到壓縮。因此，土體的沉降量與夯擊能成正比。當氣體體積的百分比接近零時，土體便變得不可壓縮。當施加到相應于孔隙水壓力上升到與覆蓋壓力相等的能量時，土體即產(chǎn)生液化。 (2) 產(chǎn)生液化(3) 滲透性變化 當所出現(xiàn)的超孔隙水壓力大于顆粒間的側(cè)向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道，土的滲透性驟增，孔隙水得以順利排出。當孔隙水

9、壓力的消散到小于土顆粒之間的橫向壓力時，裂隙自行閉合，土中水的運動又恢復常態(tài)。(4) 觸變恢復 當土體液化或接近液化時，抗剪強度為零或最小，吸附水變成自由水。隨著孔隙水壓力的消散，土顆粒間接觸將較夯擊前更為緊密，土的抗剪強度和變形模量會有較大幅度增長。這時自由水重新被土顆粒所吸附而變成了吸附水，這也是具有觸變性土的特性。 (3) 滲透性變化強夯法和強夯置換法解析課件動力置換 動力置換可分為整式置換和樁式置換，如圖4-4。整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強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

10、作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是靠碎石內(nèi)摩擦角和樁（或墩）間土的側(cè)限來維持樁體的平衡，并與樁（或墩）間土起復合地基的作用。震動波壓密 動力置換震動波壓密 整式置換整式置換4.3 設計強夯法設計 1. 有效加固深度 有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表預估：H有效加固深度(m) M夯錘重(10KN) h落距(m) 系數(shù) 一般可理解為：經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。4.3 設計強夯法設計 有效加固深度既是選擇地基處理方 有效加固深度的因素除了夯錘重和落距外，還包括夯擊次數(shù)、錘底單

11、位壓力、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序以及地下水位等。鑒于有效加固深度問題的復雜性，以及目前尚無適用的公式，建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ792002）規(guī)定：強夯的有效加固深度應根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定。在缺少經(jīng)驗或試驗資料時，可按表4-2預估。 有效加固深度的因素除了夯錘重和落距外，還包括夯擊次數(shù) 夯錘一般重1040t，通常采用鋼板外殼內(nèi)灌砼。錘底面積宜按土的性質(zhì)確定，錘底靜壓力值可取2540KPa。鋼板砼組合夯錘夯錘宜設置若干上下貫通的氣孔,可減小夯錘起吊時的吸力(夯錘吸力可達3倍錘重) 長園柱夯錘 短園柱夯錘 園錐形夯錘園錐形夯錘底面積小，會形成很深的夯坑園柱形夯錘高寬比過大，容

12、易偏錘，要慎用夯錘上的氣孔共70頁 第29頁夯錘和落距 夯錘一般重1040t，通常采用鋼板外殼內(nèi)灌砼。落距單位夯擊能=N*M*h/A應根據(jù)地基土類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和要求處理深度等綜合考慮，并通過試驗確定。 夯錘和落距單擊夯擊能=M*h夯錘落距總夯擊能=N*M*h 一般國內(nèi)夯錘可取1025t。夯錘的平面一般有圓形和方形等形狀，其中有氣孔式和封閉式兩種。實踐證明，圓形和帶有氣孔的錘較好，它可克服方形錘由于上下兩次夯擊著地并不完全重合，而造成夯擊能量損失和著地時傾斜的缺點。夯錘中宜設置若干個上下貫通的氣孔，它可減小起吊夯錘時的吸力，又可減少夯錘著地前的瞬時氣墊的上托力，從而減少能量的損失。 落

13、距單位夯擊能=N*M*h/A應根據(jù)地基土類別、結(jié)夯錘和落距最佳夯擊能在這樣的夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力增大到等于土的自重壓力。粘性土中的確定 根據(jù)孔隙水壓力的疊加值 ？最佳夯擊能 由于孔隙水壓力沿深度的分布規(guī)律是上大下小，而土的自重壓力則是上小下大，因此，最佳夯擊能宜按有效加固深度確定為宜。最佳夯擊能在這樣的夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力增大到 無粘性土中孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，當孔隙水壓力增量隨著夯擊擊數(shù)(夯擊能)增加而逐漸趨于恒定時，可認為該無粘性土所能接受的能量已達到飽和狀態(tài)，此能量即為最佳夯擊能。砂性土中的確定 繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)(夯擊能)的關系曲

14、線 無粘性土中孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，當孔隙夯擊擊數(shù)與遍數(shù) 國內(nèi)確定夯擊擊數(shù)的方法有所不同：有的以孔隙水壓力達到液化壓力為準則；有的以最后一擊的夯沉量達某一數(shù)值為限值；也有的以上、下二擊所產(chǎn)生的沉降差小于某一數(shù)值為標準。 總之，各夯擊點的夯擊數(shù)，應使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則，一般為410擊。 夯擊擊數(shù)與遍數(shù)夯擊遍數(shù) 夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，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，滿夯還可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。夯擊擊數(shù)強夯夯點的夯擊擊數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定 還要滿足 a

15、.最后兩擊平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：單擊夯擊能量小于4000kN*m時為50mm；夯擊能為40006000kN*m時為100mm；夯擊能大于6000kNm時為200mm; b.夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起; c.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。 夯 夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點夯23遍夯擊點布置及間距1)夯擊點布置：夯擊點布置一般采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。2)夯擊點間距：夯擊點間距(夯距)的確定，一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定。第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，以后各遍夯擊點間距可適當減小。

16、對處理深度較大的工程，第一遍夯擊點間距適當增大。 強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍，具體的放大范圍，可根據(jù)建筑物類型和重要性等因素考慮決定。對一般建筑物，每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的1/2-2/3，并不宜小于3m。夯擊點布置及間距加固寬度計算圖夯距通常為312m 加固寬度計算圖夯距通常為312m 間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利 夯擊點布置及夯擊次序 間隔夯比連夯好，間隔夯對深層加固有利 夯擊點布置及夯擊次序 強夯法和強夯置換法解析課件NICE AIRPORT (France)NICE AIRPORT (France)Abu Dhabi Corniche(United A

17、rab Emirates)Abu Dhabi Corniche強夯法和強夯置換法解析課件間歇時間兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔。各遍間的間歇時間取決于加固土層中超靜孔隙水壓力消散所需要的時間。對砂性土，孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有2-4min，故對滲透性較大的砂性土，兩遍夯擊間的間歇時間很短，亦即可連續(xù)夯擊。 砂性土孔隙水壓力消散曲線間歇時間砂性土孔隙水壓力消散曲線對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔隙水壓力亦相應地疊加，其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況，一般為2-4周。目前國內(nèi)有的工程對粘性土地基的現(xiàn)場埋設了袋裝砂井（或塑料排水帶），以便加速孔隙

18、水壓力的消散，縮短間歇時間。有時根據(jù)施工流水順序先后，兩遍間也能達到連續(xù)夯擊的目的。黏性土孔隙水壓力消散曲線對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔現(xiàn)場試夯 根據(jù)初步確定的強夯參數(shù)，提出強夯試驗方案，進行現(xiàn)場試夯。應根據(jù)不同土質(zhì)條件待試夯結(jié)束后一至數(shù)周后，對試夯場地進行檢測，并與試夯前數(shù)據(jù)進行對比，檢驗強夯效果，確定工程采用的各項強夯參數(shù)。 強夯地基承載力特征值 強夯地基承載力特征值應通過現(xiàn)場荷載試驗確定，初步設計時也可根據(jù)夯后原位測試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（GB500072002）有關規(guī)定確定。沉降計算 強夯地基變形計算應符合現(xiàn)行國家標準建筑地基基

19、礎設計規(guī)范（GB500072002）的有關規(guī)定。夯后有效加固深度內(nèi)土層的壓縮模量應通過原位測試或土工試驗確定?，F(xiàn)場試夯 1.處理深度 強夯置換墩的深度由土質(zhì)條件確定。除厚層飽和粉土外，一般應穿過軟土層，到達較硬土層上，深度不宜超過7m。 2.單位夯擊能 強夯置換法的單位夯擊能應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。 3.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%。4.3.2 強夯置換法設計 1.處理深度4.3.2 強夯置換法設計 夯點的夯擊擊數(shù)應通過現(xiàn)場試夯確定，且應同時滿足下列條件： a. 墩底穿透軟弱土層，且達到設計墩長； b

20、. 累計夯沉量為設計墩長的1.52.0倍； c. 最后兩擊的平均夯沉量不宜大于強夯法設計第4條夯擊擊數(shù)與遍數(shù)中的有關規(guī)定。4. 夯擊擊數(shù) 夯點的夯擊擊數(shù)應通過現(xiàn)場試夯確定，且應同時滿足下列條 墩位布置:宜采用等邊三角形或正方形。對獨立基礎或條形基礎可根據(jù)基礎形狀與寬度相應布置。 墩間距:應根據(jù)荷載大小和原土的承載力選定，當滿堂布置時可取夯錘直徑的23倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.52.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.11.2倍。當墩間凈距較大時，應適當提高上部結(jié)構(gòu)和基礎的剛度。 強夯置換處理范圍應大于建筑物基礎范圍。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 2/3，

21、并不宜小于3m。5. 墩位布置及間距 墩位布置:宜采用等邊三角形或正方形。對獨立基礎或條形 6. 墊層鋪設 墩頂應鋪設一層厚度不小于500mm的壓實墊層，墊層材料可與墩體相同，粒徑不宜大于100mm。 7.現(xiàn)場試夯 強夯置換設計時，應預估地面抬高值，并在試夯時校正。試夯按強夯法設計中現(xiàn)場試夯的有關規(guī)定進行。檢測項目除進行現(xiàn)場載荷試驗檢測承載力和變形模量外，尚應采用超重型或重型動力觸探等方法，檢查置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化。 6. 墊層鋪設 8. 強夯置換地基承載力特征值 確定軟粘土地基中強夯置換墩地基承載力特征值時，可只考慮墩體，不考慮墩間土的作用，其承載力應通過現(xiàn)場單墩載荷試驗

22、確定，對飽和粉土地基可按復合地基考慮，其承載力可通過現(xiàn)場單墩復合地基載荷試驗確定。 9.沉降計算 強夯置換地基變形計算應符合現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范（GB500072002）的有關規(guī)定。夯后有效加固深度內(nèi)土層的壓縮模量應通過原位測試或土工試驗確定。 8. 強夯置換地基承載力特征值強夯法和強夯置換法解析課件西歐國家大噸位的履帶式起重機 穩(wěn)定性好，行走方便 日本輪胎式起重機 國外還制造了三足架和輪胎式強夯機，用于起吊40t夯錘，落距可達40m 國外所用履帶吊都是大噸位的吊機，通常在100t以上4.4 施工4.4.1 施工機械 強夯宜采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機或其他專用起吊設備。西歐

23、國家大噸位的履帶式起重機 穩(wěn)定性好，行走方便 日本輪胎式自動脫鉤裝置起重機配三角架起吊起重機配龍門架起吊夯坑 宜采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機或?qū)Ｓ迷O備。采用履帶式起重機時，可在臂桿端部設置輔助門架或其它安全措施，防止落錘時機架傾覆。 專用脫鉤器3 強夯法共70頁 第30頁自動脫鉤裝置起重機配三角架起吊起重機配龍門架夯坑 我國只具備小噸位起重機的施工條件，只能使用滑輪組起吊夯錘，利用自動脫鉤裝置 強夯脫鉤裝置圖 1-吊鉤 2-鎖卡焊合件 3、6-螺栓 4-開口銷 5-架板 7-墊圈 8-止動板 9-銷軸 10-螺母 11-鼓形輪 12-護板 我國只具備小噸位起重機的施工條件，只能使用滑輪組

24、強夯法和強夯置換法解析課件強夯法和強夯置換法解析課件4.4.2 施工要點 1. 施工前場地準備工作 1) 強夯前應查明場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的位置和標高，并采取必要的措施，以免因施工而造成破壞。 2) 當強夯施工所產(chǎn)生的振動對鄰近建筑物或設備產(chǎn)生有害的影響時，應設置監(jiān)測點，并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。 3) 當場地表土軟弱或地下水位較高，夯坑底積水影響施工時，宜采用人工降低地下水位或鋪填一定厚度的松散材料，使地下水位低于坑底面以下2m?？觾?nèi)或場地積水應及時排除。4.4.2 施工要點2. 施工步驟 (1) 強夯法施工可按下列步驟進行： 1) 清理平整施工場地； 2) 標出第一遍

25、夯點位置，并測量場地高程； 3) 起重機就位，夯錘置于夯擊點位置； 4) 測量夯前錘頂高程； 5) 將夯錘起吊到預定高度，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時，應及時將坑底整平；2. 施工步驟夯錘吊至預定高度 脫鉤下落 夯錘夯擊瞬間 測量錘頂高程平整場地 測量場地高程 吊機就位 夯錘置于夯點 測量夯前錘頂高程 3 強夯法標出第一遍夯點位置共70頁 第31頁夯錘吊至預定高度 脫鉤下落 夯錘夯擊瞬間 6) 重復步驟5)，按設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊； 7) 重復步驟的3)-6)，完成第一遍全部夯點的夯擊； 8) 用推土機將夯坑填平，并測量場