第5章強夯法與強夯置換法課件

地基處理

GroundTreatment重慶交通大學河海學院吳文雪地基處理

GroundTreatment重慶交通大學1第5章強夯法和強夯置換法

Chapter5DynamicConsolidationandDynamicConsolidationwithReplacement

第5章強夯法和強夯置換法

Chapter5Dy25.1概述

5.1Introduction強夯是法國Menard技術公司于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，對地基土施加很大的沖擊能。我國1978年在天津新港進行了試驗。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應力，可提高地基土的強度、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，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章強夯法與強夯置換法ppt課件6夯錘下落夯錘下落7第5章強夯法與強夯置換法ppt課件8第5章強夯法與強夯置換法ppt課件9

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。強夯置換法在設計前必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果。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10應用情況應用強夯法和強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、儲倉、公路和鐵路路基、飛機場跑道及碼頭等。強夯法在某種程度上比機械的、化學的和其它力學的加固方法更為廣泛和有效。應用情況11

它是重錘夯實法的基礎上發(fā)展起來的，但又與重錘夯實法迥然不同的一項新技術。強夯法與以往的機械夯實、爆炸夯實等比較有以下特點：1.

平均每次夯擊能量比普通夯法能量大的多。2.

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

5.2Mechanism

經強夯處理后地基的承載力可提高2~5倍，壓縮性可降低200％～500％，影響深度達到10m以上。強夯法加固地基的機理，目前尚不完全清楚。一般認為強夯加固地基主要是利用強大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，土體結構破壞，形成夯坑，并對周圍土進行動力擠壓。5.2加固機理

5.2Mechanism經強13加固機理：

1.動力密實

2.動力固結

3.動力置換

4.震動波壓密理論取決于地基土的類別和強夯施工工藝。5.2加固機理

5.2Mechanism加固機理：5.2加固機理

5.2Mechanism141.動力密實

多孔隙、粗顆粒、非飽和土:用沖擊型動力荷載，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，土在動荷載作用下被擠密壓實，強度提高，壓縮性降低。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。5.2加固機理

5.2Mechanism1.動力密實5.2加固機理

5.2Mechanis152.動力固結

用強夯法處理細顆粒飽和土時，是借助于動力固結的理論，即巨大的沖擊能量在土中產生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發(fā)生液化并產生許多裂隙，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。由于軟土的觸變性，強度得到提高。5.2加固機理

5.2Mechanism2.動力固結5.2加固機理

5.2Mechanis165.2加固機理

5.2Mechanism5.2加固機理

5.2Mechanism173.動力置換

動力置換是指在沖擊能量作用下，強行將砂、碎石等擠填到飽和軟土層中，置換飽和軟土，形成密實的砂、石層或樁。

5.2加固機理

5.2Mechanism3.動力置換5.2加固機理

5.2Mechanis183.動力置換整式置換：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：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)。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁，主要是靠碎石內摩擦角和墩間土的側限來維持樁體的平衡，并與墩間土起復合地基的作用5.2加固機理

5.2Mechanism3.動力置換5.2加固機理

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

1）當?shù)鼗韺訛榫哂羞m當厚度的砂墊層、下臥層為壓縮性的淤泥質軟土時，采用低能量夯，通過強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，下臥的軟土也可通過置換砂樁加速固結，強度得以提高。動力置換砂樁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，夯實成碎石樁。動力置換碎石樁5.2加固機理

5.2Mechanism目前強夯置換中常用的三種情況：5.2加固機理

5.2213）在厚3～5米的淤泥質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，同時下臥層的軟土也得以快速固結，提高了下臥層的強度。動力置換擠淤5.2加固機理

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

強夯時，重錘由高處自由落下，產生強大的動能（振動源）作用于地基土中，動能變成波能，從震源向深層擴散，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。強大的夯擊能，使土體表層產生剪切壓縮和側向擠壓等，而橫波的存在，使土體表層松動，當達到一定深度范圍時，只有壓縮波（縱波）才對土體起壓密加固作用。隨加固深度的增加，縱波強度衰減，而壓密作用逐漸減少。5.2加固機理

5.2Mechanism4.震動波壓密理論5.2加固機理

5.2Mecha23第5章強夯法與強夯置換法ppt課件24強夯設計任務

對于不同土類強夯法的作用不同：

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

設計

5.3Design強夯設計任務5.3設計

5.3Design25強夯參數(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、間歇時間六、夯擊點布置及間距七、處理范圍八、承載力確定九、現(xiàn)場測試5.3

設計

5.3Design強夯參數(shù)選擇5.3設計

5.3Design261、有效加固深度

強夯法的有效加固深度是指起夯面算起的強夯有效影響地基深度，該深度范圍內，土的物理力學指標已達到或超過設計值。該土層強度和變形等指標能滿足設計要求的土層范圍。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

設計

5.3Design1、有效加固深度5.3設計

5.3Desig275.3

設計

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－－夯錘質量（kN）；

h－－落距（m）；由上式估算的有效加固深度較實測值大,可采用0.34～0.8的修正系數(shù)進行修正。5.3設計

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、不同土層的厚度、埋藏順序和地下水位等。對于同一類土，采用不同能量夯擊時，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果。因此《建筑地基處理技術規(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章強夯法與強夯置換法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確定，對砂性土一般為3～4m2，對粘性土不宜小于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。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。對相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案。錘重與落距對于某一單擊夯擊能，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鍵因素，沖量越大，加固效果越好。

夯錘著地時的沖量

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。單位夯擊能應根據(jù)基土類別，結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗確定。單位面積夯擊能過小，難以達到預期的加固效果，單位面積夯擊能過大，不僅浪費能源，而且對飽和粘性土來說，強度反而會降低。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)的孔隙水壓力達到土的覆蓋壓力時的夯擊能為最佳夯擊能。最佳夯擊次數(shù)：當單擊夯擊能一定時，與最佳夯擊能相對應的夯擊次數(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，當孔隙水壓力增量隨夯擊次數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定時，可認為砂土能夠接受的能量已達到飽和狀態(tài)。可用最大孔隙水壓力增量與夯擊次數(shù)的關系曲線或有效壓縮率與夯擊能的關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的夯擊數(shù)。

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

強夯法加固設計

Ⅰ.最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當單擊夯擊能量較大時不大于100mm；

Ⅱ.夯坑周圍底面不應發(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)強夯法加固設計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)應根據(jù)地基土的性質確定，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。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3～4周；對于滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。6夯擊點布置夯擊點平面布置應根據(jù)建筑物的結構類型進行布置。夯點平面布置的合理與否與夯實效果和施工費用有直接關系。5間歇時間40a.基礎面積較大的建筑物或構筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點；b.辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點。c.砂性土或填石地基和土夾石填石地基，可用連夯法布點.a.基礎面積較大的建筑物或構筑物，可按等邊三角形或正方形布置417處理范圍強夯處理范圍應大于建（構）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至2/3，并不宜小于3m。8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》GB50007的有關規(guī)定確定。7處理范圍42二、強夯置換法1處理深度強夯置換墩的深度由土質條件決定，除厚層飽和粉土外，應穿透軟土層，到達較硬土層上。深度不宜超過7m。

強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％。二、強夯置換法433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；（2）累計夯沉量為設計墩長的1.5～2.0倍；（3）最后兩擊的平均夯沉量不大于5.3節(jié)強夯法第1條最佳夯擊能中的規(guī)定。第5章強夯法與強夯置換法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確定，當滿堂布置時可取夯錘直徑的2～3倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的1.5～2.0倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的1.1～1.2倍。4墩位布置455處理范圍

處理范圍應大于基礎范圍。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至2/3，并不宜小于3m。6承載力確定

確定軟粘性土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。5處理范圍465.5施工

5.5Construction強夯施工可按下列步驟進行：（1）清理并平整施工場地；（2）標出第一遍夯點位置，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）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，應即使將坑底整平。5.5施工