強夯法和引夯置換法講稿

強夯法和引夯置換法講稿第1頁/共121頁主要內(nèi)容1

加固機理設(shè)計計算3施工方法4質(zhì)量檢驗6發(fā)展趨勢5工程實例第2頁/共121頁

強夯是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，我國于1978年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法試驗研究。它通過一般8～30t的重錘(最重可達200t)和8～20m的落距(最高可達40m)，對地基土施加很大的沖擊能，提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件等。概述第3頁/共121頁

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概述第4頁/共121頁《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)規(guī)定

概述

強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。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控制要求不嚴的工程。強夯置換法在設(shè)計前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果。

第5頁/共121頁概述強夯法、強夯置換法的優(yōu)點加固效果好使用經(jīng)濟施工簡單強夯法加袋裝砂井軟粘土地基的綜合治理第6頁/共121頁概述國內(nèi)發(fā)展階段自引進到80年代初，約8年。本階段工程應(yīng)用強夯能級比較小，一般僅為1000kN*m，處理深度5m左右，以處理淺層人工填土為主。80年代初到90年代初。本階段興建國家重點工程山西化肥廠，為了消除黃土地基的濕陷性，國家化工部組織開發(fā)了6250kN*m能級強夯，使有效處理深度提高到了10m左右。90年代初到2002年，本階段以興建國家重點工程三門峽火力發(fā)電廠為契機，成功開發(fā)了8000kN*m能級強夯，使強夯消除黃土濕陷性的深度達到15m。2002年底至今，強夯工程最高應(yīng)用能級已經(jīng)達到10000kN*m。為了更進一步擴大強夯的應(yīng)用范圍，在強夯技術(shù)的基礎(chǔ)上，還形成了強夯置換和柱錘沖擴等新技術(shù)

。第7頁/共121頁概述

以處理飽和軟土為目的低能級強夯技術(shù)；

三個研究方向

強夯與其他地基處理技術(shù)優(yōu)勢互補，發(fā)展成為組合式地基處理技術(shù)。

以處理高填土和深厚濕陷性黃土，以及消除濕陷為目的的高能級強夯技術(shù)；

第8頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第9頁/共121頁夯錘地面擠壓土體隆起夯擊能沖擊力沖擊波沖切上部土體結(jié)構(gòu)破壞形成夯坑擠壓周圍土體1加固機理第10頁/共121頁1加固機理某工程測得的單點夯夯坑夯沉量及周圍地表隆起情況

第11頁/共121頁1加固機理對非飽和土地基壓密過程基本上同實驗室中的擊實實驗相同，擠密振密效果明顯。

對飽和無粘性土地基土體可能會產(chǎn)生液化，其壓密過程同爆破和振動密實的過程相同。對飽和粘性土地基產(chǎn)生超孔壓，并且逐漸消散，地基土固結(jié)，孔隙比減小，強度提高。

第12頁/共121頁三種加固機理動力密實加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土動力荷載減小土孔隙，提高強度超孔隙水壓力消散，土體固結(jié)

分為整式置換和樁式置換

加密、碎石墩置換、排水的組合

處理細顆粒飽和土

局部產(chǎn)生裂縫，增加排水通道

1加固機理動力固結(jié)動力置換第13頁/共121頁動力密實

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。非飽和土的夯實過程，就是土中的氣相被擠出的過程，其變形主要是由于土顆粒的相對位移引起。

1加固機理

實際工程表明，在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.6～1.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯前提高2～3倍。

非飽和土在中等夯擊能量1000～2000kN·m的作用下，主要是產(chǎn)生沖切變形，在加固深度范圍內(nèi)氣相體積大大減少，最大可減少60%。第14頁/共121頁

非飽和土的夯實過程，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。1加固機理第15頁/共121頁

在沖擊動能作用下，地面會立即產(chǎn)生沉降，一般夯擊一遍后，其夯坑深度可達0.6—1.0m，夯坑底部形成一層超壓密硬殼層，承載力可比夯前提高2—3倍。AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)第16頁/共121頁夯坑第17頁/共121頁動力密實的應(yīng)用范圍第18頁/共121頁動力密實的應(yīng)用范圍第19頁/共121頁肇慶—花都—博羅輸變電工程花都站土石方強夯施工第20頁/共121頁動力密實的應(yīng)用第21頁/共121頁動力密實的應(yīng)用第22頁/共121頁水下地基加固第23頁/共121頁動力固結(jié)

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，強度得到提高。

1加固機理第24頁/共121頁1加固機理Menard首次對傳統(tǒng)的固結(jié)理論提出了不同的看法，認為飽和土是可壓縮的新機理。飽和土的壓縮性：進行強夯時，氣體體積壓縮，孔壓增大，隨后氣體有所膨脹，孔隙水排出的同時，孔壓就減少。

產(chǎn)生液化：土體中氣體體積百分比為零時，就變成不可壓縮的。相應(yīng)于孔隙水壓力上升到覆蓋壓力相等的能量級，土體即產(chǎn)生液化。繼續(xù)施加能量，除了使土起重塑的破壞作用外，能量純屬是浪費。滲透性變化：超孔壓大于顆粒間的側(cè)向壓力時，致使土顆粒間出現(xiàn)裂隙，形成排水通道。此時，土的滲透系數(shù)驟增，孔隙水得以順利排出。孔壓消散到小于顆粒間的側(cè)向壓力時，裂隙即自行閉合。

4.觸變恢復(fù)：土體的強度逐漸減低，當出現(xiàn)液化或接近液化時，強度達到最低值。此時土體產(chǎn)生裂隙，而吸附水部分變成自由水，隨著孔壓的消散，土的抗剪強度和變形模量都有大幅度的增長。第25頁/共121頁1加固機理夯擊三遍的情況

從左圖可以看出，每夯擊一遍時，體積變化有所減少，而地基承載力有所增長，但體積的變化和承載力的提高，并不是遵照夯擊能的算術(shù)級數(shù)規(guī)律增加的。

第26頁/共121頁1加固機理彈簧活塞模型靜力固結(jié)理論與動力固結(jié)理論的模型比較a)靜力固結(jié)理論模型b)動力固結(jié)理論模型靜力固結(jié)理論(圖a)動力固結(jié)理論(圖b)①不可壓縮的液體②固結(jié)時液體排出所通過的小孔，其孔徑是不變的③彈簧剛度是常數(shù)④活塞無摩阻力①含有少量氣泡的可壓縮液體②固結(jié)時液體排出所通過的小孔，其孔徑是變化的③彈簧剛度為變數(shù)④活塞有摩阻力第27頁/共121頁青島港8號碼頭強夯工程第28頁/共121頁動力置換

整式置換：將碎石整體擠入淤泥中，作用機理類似于換土墊層。

樁式置換：形成樁式或墩式的碎石墩或樁。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁。

1加固機理第29頁/共121頁樁式置換第30頁/共121頁第31頁/共121頁動力置換(Railwaytrack,Malaysia)整式置換第32頁/共121頁動力置換ALEXANDRIACITYCENTER(Shoppingcenter-Egypt)樁式置換第33頁/共121頁動力置換的應(yīng)用范圍第34頁/共121頁動力置換的應(yīng)用范圍第35頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第36頁/共121頁2設(shè)計計算有效加固深度有效加固深度？經(jīng)強夯加固后，該土層強度和變形等指標能滿足設(shè)計要求的土層范圍。系數(shù)，根據(jù)地基土性質(zhì)決定

夯錘重（t）

落距（m）

第37頁/共121頁2設(shè)計計算有效加固深度影響H的因素除了錘重和落距外，還有地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度和埋藏順序、地下水位以及其它強夯的設(shè)計參數(shù)。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯或當?shù)亟?jīng)驗確定有效加固深度如果沒有則根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的建議取值

強夯置換墩的深度土質(zhì)條件決定對淤泥、泥炭等粘性軟弱土層，置換墩應(yīng)穿透軟土層，著底在較好土層上

對深厚飽和粉土、粉砂，墩身可不穿透該層

第38頁/共121頁2設(shè)計計算夯錘和落距夯錘落距單擊夯擊能=M*h總夯擊能=N*M*h單位夯擊能=N*M*h/A應(yīng)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。

對飽和粘性土所需的能量不能一次施加，否則土體會產(chǎn)生側(cè)向擠出，強度反而有所降低，且難于恢復(fù)。根據(jù)需要可分幾遍施加，兩遍間可間歇一段時間。

第39頁/共121頁2設(shè)計計算夯錘和落距選擇合適的夯錘和落距圓形和方形氣孔式和封閉式

選擇夯錘

錘重

確定落距

根據(jù)單點夯擊能量

較適合的夯擊能

夯擊能最低值

介于底面積按土的性質(zhì)確定

第40頁/共121頁2設(shè)計計算最佳夯擊能最佳夯擊能？在這樣的夯擊能作用下，地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力。粘性土中的確定

根據(jù)孔隙水壓力的疊加值

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(guān)系曲線

第41頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊點的布置夯擊點的布置根據(jù)基底平面形狀等邊三角形等腰三角形正方形應(yīng)考慮施工時吊機的行走通道

強夯置換墩位布置

等邊三角形正方形獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)根據(jù)基礎(chǔ)形式布置處理范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)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決定。對一般建筑物，每邊超出基礎(chǔ)外緣寬度宜為設(shè)計深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。

第42頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊點的布置夯擊點的間距確定原則：一般根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度而定，以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護鄰近夯坑周圍所產(chǎn)生的輻射向裂隙。

1.強夯第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.5～3.5倍，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。

2.對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第一遍夯擊點間距宜適當增大。

3.強夯置換墩間距應(yīng)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2～3倍。對獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)可取夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。

第43頁/共121頁3.4夯擊點布置及間距

等邊三角形或正方形布置夯擊點。工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。夯距通常為5—15m2設(shè)計計算夯擊點的布置第44頁/共121頁ThermalK-12EducationalPark,CoachellaValleyCalifornia(US)美國加州某工程夯點布置（正方形）第45頁/共121頁NICEAIRPORT(France)第46頁/共121頁AbuDhabiCorniche(UnitedArabEmirates)第47頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊擊數(shù)和遍數(shù)夯擊擊數(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(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則，一般為4～10擊。第48頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊擊數(shù)和遍數(shù)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(guān)系曲線確定

還要滿足

1.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4000～6000kN*m時為100mm；夯擊能大于6000kN·m時為200mm;

2.夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大隆起;

3.不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

第49頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊擊數(shù)和遍數(shù)夯擊擊數(shù)強夯置換點的夯擊擊數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定

還要滿足

1.墩底穿透軟弱土層，且達到設(shè)計墩長

;

2.累計夯沉量為設(shè)計墩長的1.5～2.0倍

;

3.最后兩擊的平均夯沉量不大于強夯的規(guī)定值。

第50頁/共121頁2設(shè)計計算夯擊擊數(shù)和遍數(shù)夯擊遍數(shù)

夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點夯2～3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。第51頁/共121頁2設(shè)計計算墊層鋪設(shè)

強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設(shè)備；并便于對所施工的“夯擊能”得到擴散；同時也可加大地下水位與地表面的距離。對場地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層，可直接施行強夯，無需鋪設(shè)墊層；對地下水位較高的飽和粘性土與易液化流動的飽和砂土，需要鋪設(shè)砂、砂礫或碎石墊層才能進行強夯，否則土體會發(fā)生流動。墊層厚度隨場地的土質(zhì)條件、夯錘重量及其形狀等條件而定。當場地土質(zhì)條件好，夯錘小或形狀構(gòu)造合理，起吊時吸力小者，也可減少墊層厚度。墊層厚度一般為0.5～2.0m，保證地下水位低于坑底面以下2m。鋪設(shè)的墊層不能含有粘土。第52頁/共121頁2設(shè)計計算間歇時間取決于加固土層中孔隙水壓力消散所需要的時間

砂性土消散快間歇時間很短連續(xù)夯粘性土消散慢孔壓疊加間歇時間長設(shè)置袋裝砂井加速消散縮短間歇時間第53頁/共121頁2設(shè)計計算現(xiàn)場測試設(shè)計地面及深層變形目的：1.了解地表隆起的影響范圍及墊層的密實度變化；2.研究夯擊能與夯沉量的關(guān)系，用以確定單點最佳夯擊能量；3.確定場地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究強夯的加固效果。

手段：地面沉降觀測、深層沉降觀測和水平位移觀測。

第54頁/共121頁2設(shè)計計算現(xiàn)場測試設(shè)計地面及深層變形夯擊次數(shù)(或夯擊能)與夯坑體積和隆起體積關(guān)系曲線

陰影面積為有效壓實體積，越大表示效果越好。第55頁/共121頁2設(shè)計計算現(xiàn)場測試設(shè)計孔隙水壓力

一般可在試驗現(xiàn)場沿夯擊點等距離的不同深度以及等深度的不同距離埋設(shè)雙管封閉式孔隙水壓力儀或鋼弦式孔隙水壓力儀，在夯擊作用下，進行對孔隙水壓力沿深度和水平距離的增長和消散的分布規(guī)律研究。從而確定兩個夯擊點間的夯距、夯擊的影響范圍、間歇時間以及飽和夯擊能等參數(shù)。第56頁/共121頁2設(shè)計計算現(xiàn)場測試設(shè)計側(cè)向擠壓力

將土壓力盒事先埋入土中后，在強夯加固前，各土壓力盒沿深度分布的土壓力的規(guī)律，應(yīng)與靜止土壓力相近似。在夯擊作用下，可測試每夯擊一次的壓力增量沿深度的分布規(guī)律。第57頁/共121頁2設(shè)計計算現(xiàn)場測試設(shè)計振動加速度

通過測試地面振動加速度可以了解強夯振動的影響范圍。通常將地表的最大振動加速度為0.98m/s2處作為設(shè)計時振動影響安全距離。但由于強夯振動的周期比地震短得多，強夯產(chǎn)生振動作用的范圍也遠小于地震的作用范圍，所以強夯施工時，對附近已有建筑物和正在施工的建筑物的影響肯定要比地震的影響為小。為了減少強夯振動的影響，常在夯區(qū)周圍設(shè)置隔振溝。第58頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第59頁/共121頁3施工方法施工機械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以上第60頁/共121頁3施工方法施工機械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

第61頁/共121頁3施工方法施工步驟

強夯法施工的步驟：

1)清理并平整施工場地；

2)鋪設(shè)墊層，使在地表形成硬層，用以支承起重設(shè)備，確保機械通行和施工。同時可加大地下水和表層面的距離，防止夯擊的效率降低;

3)標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；

4)起重機就位，使夯錘對準夯點位置；

5)測量夯前錘頂標高；

第62頁/共121頁3施工方法施工步驟6)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；

7)重復(fù)步驟6)，按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；

8)換夯點，重復(fù)步驟4)～7)，完成第一遍全部夯點的夯擊；

9)用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；

10)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，將場地表層土夯實，并測量夯后場地高程。第63頁/共121頁3施工方法施工步驟

強夯置換法施工的步驟：

1.清理并平整施工場地，當表土松軟時可鋪設(shè)一層厚度為1.0～2.0m的砂石施工墊層；

2.標出夯點位置，并測量場地高程；

3.起重機就位，夯錘置于夯點位置；

4.測量夯前錘頂高程；

5.夯擊并逐擊記錄夯坑深度。當夯坑過深而發(fā)生起錘困難時停夯，向坑內(nèi)填料直至與坑頂平，記錄填料數(shù)量，如此重復(fù)直至滿足規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準完成一個墩體的夯擊；第64頁/共121頁3施工方法施工步驟6.按由內(nèi)向外，隔行跳打原則完成全部夯點的施工；

7.推平場地，用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程；

8.鋪設(shè)墊層，并分層碾壓密實。第65頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第66頁/共121頁4質(zhì)量檢驗

強夯施工結(jié)束后應(yīng)間隔一定時間方能對地基加固質(zhì)量進行檢驗，對碎石土和砂土地基，其間隔時間可取7～14d；對粉土和粘性土地基可取14～28d。強夯置換地基的間隔時間可取28d。

強夯處理后的地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用原位測試和室內(nèi)土工試驗；強夯置換后的地基，承載力檢驗除應(yīng)采用單墩載荷試驗檢驗外，尚應(yīng)采用動力觸探等有效手段查明置換墩著底情況及承載力與密度隨深度的變化，對飽和粉土地基允許采用單墩復(fù)合地基載荷試驗代替單墩載荷試驗。

第67頁/共121頁4質(zhì)量檢驗

竣工驗收承載力檢驗的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)場地復(fù)雜程度和建筑物的重要性確定，對于簡單場地上的一般建筑物，每個建筑地基的載荷試驗檢驗點不應(yīng)少于3點；對于復(fù)雜場地或重要建筑地基應(yīng)增加檢驗點數(shù)。強夯置換地基載荷試驗檢驗和置換墩著底情況檢驗數(shù)量均不應(yīng)少于墩點數(shù)的1％，且不應(yīng)少于3點。

檢測點位置可分別布置在夯坑內(nèi)、夯坑外和夯擊區(qū)邊緣。檢驗深度應(yīng)不小于設(shè)計處理的深度。

第68頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第69頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

工程概況

上海浦東國際機場位于長江入?？谀习兜臑l海地帶，是我國和上海市九五期間重大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目。其中機坪，滑行道為“圍海促淤”造成，本次地基處理大部份位于稻田內(nèi)，地表水系發(fā)育，溝浜縱橫。在地基處理強夯影響深度范圍內(nèi)地層有粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含水量為36％～47％，孔隙比大于1，粘粒含量高，粘性較強，且呈流塑狀，基本承載力是很低的，經(jīng)強夯加固后，需要觸變固結(jié)的時間較長。設(shè)計要求經(jīng)強夯法加固后其靜力觸探比貫入阻力當量值大于2MPa，標貫擊數(shù)當量值大于6擊，地基反應(yīng)模量大于30MN／m，墊層干密度大于1.9g/cm3，并按相應(yīng)頻率檢測各項考核指標，評價強夯施工質(zhì)量。

第70頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗(一)試夯目的

1、通過試夯試驗，確定適合本地質(zhì)條件的強夯施工措施。

2、總結(jié)強夯墊層一次攤鋪，進行強夯后表層地基反應(yīng)模量檢測指標難以達標的主要原因，旨在強調(diào)強夯墊層分二次攤鋪的技術(shù)效果。

3、預(yù)測技術(shù)、經(jīng)濟效果。

第71頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗(二)試夯區(qū)試驗設(shè)計

1、試夯區(qū)位置選擇在地基條件具有代表性的滑行道上，面積約10000m2，分4個區(qū)試夯。

2、試夯機具為強夯機W1001-25型履帶式吊車，自動脫鉤，夯錘質(zhì)量15t，直徑2.52m，錘底靜壓力25kPa～30kPa，圓柱形鑄銅錘，帶有四個排氣孔。

3、強夯墊層材料及其攤鋪，采用山皮土(碎石土)作為強夯墊層，最大粒徑小于10cm，山皮石(碎石)，粒徑2～10cm的質(zhì)量大于總質(zhì)量的50％，含水、含泥量小于20％，不均勻系數(shù)Cu≥5，曲率系數(shù)Cc=1～3。試夯區(qū)首次攤鋪厚度為(60±5)cm或(70±5)cm，末次攤鋪厚度(40±5)cm和(30±5)cm，設(shè)計總厚度為1.0m。第72頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗4、試夯參數(shù)選擇，根據(jù)《上海浦東國際機場飛行區(qū)機坪、滑行道工程地基處理技術(shù)文件》選擇試夯參數(shù)。分區(qū)編號分區(qū)名稱墊層厚度k/cm夯型單擊夯能R/kJ夯擊遍數(shù)單點擊數(shù)/擊夯點間距l(xiāng)/m夯點布置A滑行道停機坪60+4070+30點夯2000第一遍8-103.5*3.5正方形1500第二遍6-8滿夯1000第一遍3-5夯間連接800第二遍2-3普夯搭接d/4B道肩60+40點夯1000第一遍8-103.5*3.5正方形1000第二遍6-8滿夯800第一遍3-5夯間連接500第二遍2-3普夯搭接d/4試夯參數(shù)選擇表第73頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗

現(xiàn)場場址地表水系發(fā)育，溝浜縱橫，地下水位埋深較淺，地基土含水量大，且地下水受潮汐影響而周期性變動，使地下滲流不穩(wěn)定，加之地基處理面積大，施工期又處于梅雨季節(jié)，為施工排水造成困難。根據(jù)強夯加固執(zhí)理，降排水尤其重要。

1、充分利用現(xiàn)有水系降排水。

2、充分利用明(暗)浜降排水。

3、間隔10～15m和30m縱橫向開挖盲溝和明排水溝，使其與場區(qū)明(暗)浜連通強制排水。第74頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗4、在明暗浜及排水盲溝角點處設(shè)集水井，并設(shè)泵將井內(nèi)水抽至場外，盡量降低地下水位。

5、對強夯施工分區(qū)進行調(diào)整，先利用水系、明(暗)浜及排水溝排水，進行區(qū)塊內(nèi)強夯，強夯結(jié)束后，回填處理明暗浜，然后進行下一區(qū)塊降排水和強夯施工，由此在施工區(qū)形成小排水范圍，從而保證強夯效果。

6、場區(qū)外圍四周設(shè)排水溝，將施工區(qū)內(nèi)小排水溝中水排至外圍，流向場外河道，并保證溝底積水深小于20cm。第75頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗(四)試夯區(qū)施工方法及其控制

1、試夯I、Ⅱ、Ⅳ區(qū)點夯分兩遍完成，隔點不隔行，單點擊數(shù)一次完成，試夯Ⅲ區(qū)點夯一次完成。滿夯分兩遍完成，先夯間滿夯，再普夯。

2、點夯停夯標準，原則上夯8擊，夯坑深度不足1.0～1.2m時夯10擊，以確保能量，再輔以最后兩擊平均夯沉量不大于5～10cm，實際施工中，當試夯區(qū)單點擊數(shù)4～5擊，夯坑深度1.2～1.3m，現(xiàn)場均已停夯，此時強夯機嚴重陷車，起錘也相當困難。第76頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗3、控制間歇時間，兩遍點夯間歇時間不少于20天左右，以超孔壓消散大于70％以上控制，點夯與滿夯間歇時間不少于15天，具體以超孔隙水壓力消散大于50％確定。

4、為確保表層地基反應(yīng)模量考核指標滿足設(shè)計要求，滿夯時將表層20～40cm深推、耙松晾曬后，再拌合推平碾壓，最后補鋪山皮土至道槽設(shè)計標高。

5、每次攤鋪山皮土前或滿夯后，即夯前夯后開挖斷面尺寸為(底寬×上寬×高)60cm×70cm×80cm的盲溝，并和80cm×200cm×150cm的明排水連通，排水溝角點開挖集水井設(shè)泵抽水，盲溝內(nèi)回填山皮石。

6、第二遍點夯在不推平第一遍點夯夯坑前提下進行，對此應(yīng)提前尋找行車路線。第77頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗－試夯區(qū)檢測孔壓監(jiān)測結(jié)果

點夯間超孔隙水壓力消散大于70％以上所需的間歇時間一般為3～4周，點夯與滿夯間超孔隙水壓力消散大于50％所需的間歇時間為2周。

第78頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗－試夯區(qū)檢測強夯影響深度1)從理論計算強夯影響深度大于7m，但從孔壓反映的影響深度曲線看出本次強夯影響深度大于6m，但5m以上地層加固效果比較明顯見圖；

2)3.5m以上地層孔壓增幅大，2.5m以上地層孔壓消散慢，3.5～6.0m地層孔壓增幅相對較小，消散很快。

第79頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗－試夯區(qū)檢測地面變形監(jiān)測地面隆起量的計算－試夯區(qū)平均夯沉量計算

第80頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗－試夯區(qū)檢測原位測試

按施工過程跟蹤檢測和間歇3～4周相結(jié)合的辦法進行，試夯I區(qū)，檢測三次，二次在四夯間、兩夯間并進行標貫試驗；試夯Ⅱ、Ⅲ區(qū)檢測兩次，標貫試驗兩次。當試夯I區(qū)第二遍點夯間歇46天，試夯Ⅱ、Ⅲ區(qū)點夯完間歇34天，對地基土再次進行靜力觸探和標貫檢測，其檢測結(jié)果，標貫擊數(shù)N為2.4～4.3，靜力觸探為1.55～1.93MPa，分別小于設(shè)計要求的6擊和2MPa，均不滿足設(shè)計要求。本次檢測中在4.5～6.0m仍有標貫試驗和靜力觸探曲線的突變，分析認為須采取有效措施降低地下水位，使軟土盡快固結(jié)，在垂直滑行道中線每10～15m開挖盲溝，每30m開挖明排水溝，及時將地表水和夯坑積水引排，盲溝內(nèi)回填山皮石，并與外圍排水體系形成排水網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)間隔加壓穩(wěn)定，延長超孔壓消散時間，由于軟土觸變性，強度逐漸提高。第81頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

強夯試驗－試夯區(qū)檢測淺表層地基的模量檢測

試夯試驗中，滿夯后采用深推、耙松和晾曬，每間隔一定距離開挖盲溝和明排水溝排水，采用反挖夯點填料和夯間涌土，并充分拌合晾曬后推平碾壓，表層指標檢測時均能達到設(shè)計要求。

第82頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

大面積強夯施工

本次地基處理采用夯填料分二次攤鋪，并對強夯參數(shù)、施工工藝在試夯試驗基礎(chǔ)上做了相應(yīng)的調(diào)整。堅持按分區(qū)分段施工特點，采用試夯降排水方案實施大面積強夯降排水。

大面積強夯參數(shù)選擇

第83頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

1、點夯分兩遍完成，隔點不隔行，單點擊數(shù)一次完成，滿夯一次完成。

2、點夯停夯標準，原則上夯8擊，夯坑深度不足1.0m時夯10擊，以確保能量，再輔以最后兩擊平均夯沉量不大于10cm控制。

3、控制間歇時間，兩遍夯擊的間歇時間不少于20天，點夯與滿夯的間歇時間不少于15天。

4、夯墊料鋪筑，分兩次攤鋪，第一次攤鋪厚度為60±5cm，第二次攤鋪厚度為40±5cm。大面積強夯施工方法及現(xiàn)場控制第84頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

5、為使地基反應(yīng)模量達設(shè)計要求，滿夯后將表層20～40cm深推、耙松、晾曬后再拌合、碾壓、回填，補填40cm山皮土至道槽設(shè)計標高。

6、每次鋪料前強夯后均要適度碾壓，以減少能量損失。

7、滿夯前夯坑積水和地表水要及時抽排，每8m和16m挖主次盲溝，并和外圍排水溝形成排水網(wǎng)絡(luò)。大面積強夯施工方法及現(xiàn)場控制第85頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

1、土基面標高的施工控制考慮墊層密實和地面夯沉兩部分，設(shè)計要求道槽填挖方計算時考慮平均預(yù)留夯沉量為35cm，即土基標高＝設(shè)計道槽標高-65cm(山皮土堆填厚度均按100cm)，實測土基標高平均3.61m比設(shè)計土基標高平均3.43m抬高約18cm，僅此一項節(jié)約山皮土6.6萬噸，節(jié)約資金250萬元。技術(shù)經(jīng)濟效果經(jīng)濟效果第86頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

2、夯沉量的控制由于大面積強夯時，夯點間距擴大為4m×4m，個別區(qū)域4.5m×4.5m，單點夯擊能減少到1500kJ，單點擊效6～8擊，滿夯推平后，實測全場區(qū)平均夯沉量為20～23cm，實測標高平均為3.87m，設(shè)計平均標高為3.73m，山皮土厚度節(jié)約12～15cm，節(jié)約山皮土約4.8萬噸，節(jié)約資金約180萬元。以上兩項共計節(jié)約資金430萬元。技術(shù)經(jīng)濟效果經(jīng)濟效果第87頁/共121頁5工程實例上海浦東國際機場軟土地基強夯處理

技術(shù)經(jīng)濟效果技術(shù)效果第88頁/共121頁設(shè)計計算施工方法質(zhì)量檢驗發(fā)展趨勢加固機理工程實例第89頁/共121頁6發(fā)展趨勢

動力排水固結(jié)法

動靜結(jié)合排水固結(jié)法

強夯法的兩種新工法

第90頁/共121頁6發(fā)展趨勢

動力排水固結(jié)法

動靜結(jié)合排水固結(jié)法

強夯法的兩種新工法

動力排水固結(jié)法

1.Smoltczyk認為動力固結(jié)法只適于塑性指數(shù)Ip≤10的土，Gambin也給出類似的結(jié)論。軟粘土地基動力固結(jié)法失敗的原因主要是對軟粘土的特性了解不夠，所采用的動力固結(jié)法工藝不適合軟粘土地基的加固；2.馮遺興等人采取了適應(yīng)軟粘土動力固結(jié)加固的有效排水系統(tǒng)，采用了適應(yīng)軟粘土地基的“先輕后重、逐級加能、少擊多遍、逐層加固”的夯擊方式，確立了一整套動力固結(jié)法新工藝。第91頁/共121頁6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

加固機理

在砂墊層(或吹填砂層)上往下插設(shè)塑料排水板至軟土層中，然后以嚴格控制的強夯動力產(chǎn)生附加應(yīng)力，作用到軟土中，產(chǎn)生相應(yīng)的超孔隙水壓力；借助于插設(shè)塑料排水板所形成的“水柱”作為傳遞工具，將強夯產(chǎn)生的附加應(yīng)力迅即傳到“水柱”的底部，從而使排水板所達到的深度范圍內(nèi)的軟土都受到強夯的影響；同時，動載壓縮波傳到地表臨空面時反射則成為拉伸波再傳入土中，土愈是軟，抗拉強度愈低，則愈容易產(chǎn)生拉伸微裂紋，在很高的孔隙壓力梯度作用下，軟土中的拉伸微裂紋貫通成排水通道，與排水板構(gòu)成橫豎交叉的網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，使軟土中高壓孔隙水經(jīng)網(wǎng)狀排水系統(tǒng)很快排到地表夯坑或排水砂層中，立即排出或流散。第92頁/共121頁6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

加固機理

隨著土中孔隙壓力消散，軟土含水量和孔隙比明顯降低，軟土固結(jié)后變成較密實的可塑狀土，強度大幅度增長，壓縮性大大減低；因強夯時附加動應(yīng)力很高，往往比后續(xù)使用荷載高2~3個數(shù)量級，用動力排水固結(jié)工法加固后，淺層地基土成為超固結(jié)土，即使深層土有一些差異沉降，由于地表12m已成為硬殼層，能調(diào)整地基差異沉降，從而使表層僅呈現(xiàn)小量的較均勻沉降，而不會出現(xiàn)明顯的不均勻沉降。

第93頁/共121頁6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

主要優(yōu)點

(1)傳統(tǒng)強夯法為一種大能量和能量積聚的動力固結(jié)方法，采用重錘多擊，適用砂性土加固。而動力排水固結(jié)工法采用嚴格控制強夯動力和夯擊能，使軟粘土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力不過快上升，以確保軟土不變成“橡皮土”，成功地克服了傳統(tǒng)強夯法用于軟土的致命弱點；

(2)利用塑料排水板所形成的“水柱”將強夯產(chǎn)生的附加應(yīng)力快速向土體深部傳遞，從而大大擴展了強夯的影響深度，使動力排水固結(jié)工法用于加固深厚軟土成為可能，已有的工程實例表明，動力排水固結(jié)工法的加固深度已超過25m，大大突破了傳統(tǒng)強夯法有限的加固深度(6m)；

第94頁/共121頁6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

主要優(yōu)點

(3)巧妙利用動載壓縮波在層狀土中傳播與反射而使軟土產(chǎn)生的拉伸微裂紋，以及在較高孔壓梯度作用下，拉伸微裂紋又貫通成水平排水通道，并與排水板構(gòu)成橫豎交叉的網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，從而使軟土中高壓孔隙水經(jīng)網(wǎng)狀排水系統(tǒng)很快排出，大大加速了軟土的固結(jié)過程；

(4)將受到嚴格控制的強夯動力反復(fù)、逐步增強地作用于軟土，使軟土中的超孔隙水壓力維持在較高的、必要的、合理的水平上，既不破壞軟土的結(jié)構(gòu)，又能加速軟土中孔隙水的快速排出，達到快速、穩(wěn)步加固軟土的目的，這是傳統(tǒng)強夯法無法做到的。

第95頁/共121頁6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

動力排水固結(jié)工法與傳統(tǒng)強夯法對比表第96頁/共121頁

自1989年以來，新強夯法在我國已成功地完成了50余項工程，如上海某機場，深圳世界之窗填海區(qū)，深圳多座立交橋，深圳春風路高架橋，深圳機場達利花園，海南大學圖書館，海南邊防局三亞海警基地，深圳保安中心區(qū)羅田路、興華西路等，所有工程均取得上佳的工程效果。6發(fā)展趨勢動力排水固結(jié)法

三項加固前后部分測點地基土物理力學指標比較

第97頁/共121頁6發(fā)展趨勢

動力排水固結(jié)法

動靜結(jié)合排水固結(jié)法

強夯法的兩種新工法

動靜結(jié)合排水固結(jié)法

動靜結(jié)合排水固結(jié)法的基本思想是，通過改善地基土的排水條件，將強夯法和填土預(yù)壓法相結(jié)合，利用動荷載較大的沖擊能激發(fā)較高的孔隙水壓力，在靜荷載作用下孔壓消散固結(jié)，土體強度得以提高。第98頁/共121頁6發(fā)展趨勢動靜結(jié)合排水固結(jié)法

特點(1)夯擊前應(yīng)鋪設(shè)足夠厚度的墊層(如砂墊層和預(yù)壓填土)，避免夯錘直接接觸軟土而導(dǎo)致橡皮土現(xiàn)象，同時填土亦作為靜荷載。

(2)必須有較好的排水條件，保證動荷載作用下產(chǎn)生的孔隙水壓力能迅速消散，土體固結(jié)。這是軟土強度得