地质工程系强夯与强夯置换教学课件PPT.ppt
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1、地质工程系 彭李晖主主要要 内内 容容1 1 1 1 加固机理加固机理2 2设计计算设计计算 3 3 施工方法施工方法 4 4 质量检验质量检验6 发展趋势发展趋势5 工程实例工程实例 强夯是法国强夯是法国MenardMenard技术公司于技术公司于19691969年首创的一年首创的一种地基加固方法,我国于种地基加固方法,我国于19781978年首次由交通部一航年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般强夯法试验研究。它通过一般8 830t30t的重锤的重锤(最重可最重可达达200t)200t)和和8 8
2、20m20m的落距的落距(最高可达最高可达40m)40m),对地基土,对地基土施加很大的冲击能,提高地基土的强度、降低土的施加很大的冲击能,提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件等。压缩性、改善砂土的抗液化条件等。强夯概述(了解)强夯概述(了解)强夯法 1969 年首次应用于法国的Riviera夯实滨海填土。该场地是新近填筑的,地表下为 9m厚的碎石填土,其下是 12m厚疏松的砂质粉土,场地土要求建造 20 栋8 层的住宅楼。如使用桩基,6070的 负摩擦力后用堆载预压,堆土 5m,在约 100kPa压力下,历时 3 个月,沉降平均仅 20cm,承载力仅提高 30,加固效果不显
3、著。后由法国工程师L.Menard提出用锤重80kN,落距 10m,每击冲击能 800kNm,总能量 1200kJ/m2夯击一遍,地面沉降了 50cm。夯后检测表明土工指标得到改善,建造的 8 层住宅楼竣工后,其平均沉降 仅为 13cm,而差异沉降可忽 不计。1971 年后该方法在法国、英国、德国、瑞典等国家得到了推广,各届国际土力学及基础工程学会会议及世界各地区域性土力学会议上,都有大量论文发表。我国于 1978 年 11月至 1979 年初首次由交通部一航局科研所及其协作单位,在天津新港三号公路进行了强夯试验研究。在初次掌握了这种方法的基础上,于 1979 年 8 月又在秦皇岛码头堆煤场细
4、砂地基进行了试验并正式使用,其效果显著。我国强夯法实例我国强夯法实例处理项目处理面积 平方米处理深度(m)北京乙烯工程23万万8m茂名乙烯工程60万万5.7m三门峡火力发电19.3万万11.5m大庆石化总厂地基23万万7m大连西太平洋石化10万万7m首阳山电厂工程4万万68m贵州瓮福磷肥工程15.3万万10m 等等等等 强夯法适用土层强夯法适用土层碎石土碎石土砂土砂土 低饱和低饱和度的粉度的粉土与粘土与粘性土性土湿陷性湿陷性黄土黄土 杂、素杂、素填土填土 对于高饱和度的可采对于高饱和度的可采对于高饱和度的可采对于高饱和度的可采用强夯置换法用强夯置换法用强夯置换法用强夯置换法概述概述 强夯适用范
5、围(掌握)强夯适用范围(掌握)建筑地基处建筑地基处理技术规范理技术规范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)规定规定 概述概述 强夯法适用于处理碎石强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。适用性和处理效果。设计计
6、算设计计算 了解了解施工方法施工方法 掌握掌握质量检验质量检验发展趋势发展趋势 加固机理加固机理 了解了解工程实例工程实例 理解理解 夯夯锤锤地面地面挤压挤压土体土体隆起隆起夯击能夯击能冲击力冲击力冲击波冲击波冲切上部冲切上部土体土体结构破坏结构破坏形成夯坑形成夯坑挤压周围挤压周围土体土体1 强夯加固机理三三种种加加固固机机理理 动力动力密实密实加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土动力荷载减小土孔隙,提高强度 超孔隙水压力消散,土体固结 分为整式置换和桩式置换 加密、碎石墩置换、排水的组合 处理细颗粒饱和土 局部产生裂缝,增加排水通道 1 加固机理动力动力固结固结动力动力置换置换动动力力密密实实 冲击
7、型动力荷载,使土体冲击型动力荷载,使土体中的孔隙减小,土体变得密中的孔隙减小,土体变得密实,从而提高地基土强度。实,从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程,就是非饱和土的夯实过程,就是土中的气相被挤出的过程,土中的气相被挤出的过程,其变形主要是由于土颗粒的其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。相对位移引起。1 加固机理 实际工程表明,在冲击动实际工程表明,在冲击动能作用下,地面会立即产生能作用下,地面会立即产生沉降,一般夯击一遍后,其沉降,一般夯击一遍后,其夯坑深度可达夯坑深度可达0.61.0m,夯坑底部形成一层超压密硬夯坑底部形成一层超压密硬壳层,承载力可比夯前提高壳层,承载力可比夯前提高2
8、3倍。倍。非饱和土在中等夯击能量非饱和土在中等夯击能量10002000kNm的作用下,的作用下,主要是产生冲切变形,在加主要是产生冲切变形,在加固深度范围内气相体积大大固深度范围内气相体积大大减少,最大可减少减少,最大可减少60%。非饱和土的夯实过程,就是土中的气相(空气)被挤出的过程,其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。1 加固机理非饱和土的强夯加固微观机理 在在冲冲击击动动能能作作用用下下,地地面面会会立立即即产产生生沉沉降降,一一般般夯夯击击一一遍遍后后,其其夯夯坑坑深深度度可可达达0.61.0m,夯夯坑坑底底部部形形成成一层超压密硬壳层,承载力可比夯前提高一层超压密硬壳层,承载力
9、可比夯前提高23倍倍。动力密实的应用范围动力密实的应用范围动力固结加固机理目前普遍一致的看法认为,经强夯后,土强度提高过目前普遍一致的看法认为,经强夯后,土强度提高过程可分为四个阶段:程可分为四个阶段:夯击能量转化,同时伴随强制压缩或振密(包括气夯击能量转化,同时伴随强制压缩或振密(包括气体的排出、孔隙水压力上升);体的排出、孔隙水压力上升);土体液化或土体结构破坏(表现为土体强度降低或土体液化或土体结构破坏(表现为土体强度降低或抗剪强度丧失);抗剪强度丧失);排水固结压密(表现为渗透性能改变土体裂隙发展、排水固结压密(表现为渗透性能改变土体裂隙发展、土体强度提高);土体强度提高);触变恢复并
10、伴随固结压密(包括部分自由水又变成触变恢复并伴随固结压密(包括部分自由水又变成薄膜水,土的强度继续提高)。薄膜水,土的强度继续提高)。其中第其中第阶段是瞬时发生的,第阶段是瞬时发生的,第阶段是强夯终止后阶段是强夯终止后很长时间才能达到的(可长达几个月以上),中间两很长时间才能达到的(可长达几个月以上),中间两个阶段则介于上述两者之间。个阶段则介于上述两者之间。图图1 单点夯实超孔隙水压力沿深度单点夯实超孔隙水压力沿深度分布图分布图土强度增长和孔隙水压力变化 图图5 连续连续夯击曲线夯击曲线 饱和粘性土是具有触变的。当强夯后土的结构被破坏时,强度几乎降到零,随着时间的推移,强度又逐渐恢复。这种触
11、变强度的恢复称为时间效应。时间效应XX8号码头强夯工程动力置换动力置换动力置换类型动力置换类型 整式置换整式置换 桩式置换桩式置换水下地基加固水下地基加固桩式置换桩式置换动力置换 (Railway track,Malaysia)整式置换动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER(Shopping center-Egypt)桩式置换动力置换的应用范围设计计算设计计算 施工方法施工方法 质量检验质量检验发展趋势发展趋势 加固机理加固机理工程实例工程实例 2 设计计算夯锤和落距夯锤和落距选选择择合合适适的的夯夯锤锤和和落落距距圆形和方形圆形和方形气孔式和封闭式气孔式和封闭式 选择夯锤选择
12、夯锤 锤重锤重 确定落距确定落距 根据单点根据单点夯击能量夯击能量 较适合的夯击能较适合的夯击能 夯击能最低值夯击能最低值 介于介于底面积按土底面积按土的性质确定的性质确定 轮胎式起重机履带式起重机 夯锤一般重夯锤一般重101025t25t,大吨位锤通常,大吨位锤通常采用钢板外壳内灌砼,也可用局部钢板浇采用钢板外壳内灌砼,也可用局部钢板浇筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定,筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定,锤底静压力值可取锤底静压力值可取252540KPa40KPa。夯锤中宜。夯锤中宜设置若干上下贯通的气孔,可减小夯锤起设置若干上下贯通的气孔,可减小夯锤起吊时的吸力(夯锤吸力可达吊时的吸
13、力(夯锤吸力可达3 3倍锤重)。倍锤重)。夯锤上气孔夯锤上气孔长园柱夯锤长园柱夯锤 短园柱夯锤短园柱夯锤 园锥形园锥形夯锤夯锤园柱形夯锤高园柱形夯锤高宽宽比过大,容易比过大,容易偏偏锤,要慎用锤,要慎用园锥形夯锤园锥形夯锤底底面积小,会面积小,会形形成很深的夯成很深的夯坑坑强夯强夯第第第第1 1 1 1讲讲讲讲注意:细颗粒土加固深度比粗颗粒土加固深度少1m!2单击夯击能夯锤的平面一般有圆形和方形,又分气孔式和封闭式。锤底面积宜按土的性质确定,对砂性土一般为 34m2,对粘性土不宜小于 6m2。锤底静接地压力可取 2540kPa。锤重一般1040t,落距 825m。对相同的夯击能量,常选用大落距
14、方案,这样能获得较大的接地速度,将能量的大部分有效地传到地下深处,增加深层夯实效果。2 设计计算夯击点的布置夯击点的布置夯击点的间距夯击点的间距确定原则:一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定,以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙。1.强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍,第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。2.对处理深度较深或单击夯击能较大的工程,第一遍夯击点间距宜适当增大。3.强夯置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定,当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算直径可取
15、夯锤直径的1.11.2倍。2 设计计算夯击点的布置夯击点的布置3.4 夯击点布置及间距夯击点布置及间距 等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为515m 2 设计计算夯击点的布置夯击点的布置2 设计计算夯击击数和遍数夯击击数和遍数夯夯击击击击数数强夯夯点的强夯夯点的夯击击数夯击击数按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定 还要满足还要满足 1.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值:单击夯击能量小于4000kN*m时为50mm;夯击能为40006000kN*m时为100mm;夯击能大于6000kNm时为200mm;2.夯坑周围地面不应发生过大隆起;3.不因夯坑过
16、深而发生起锤困难。2 设计计算夯击击数和遍数夯击击数和遍数夯夯击击遍遍数数 夯击遍数应根据地基土的性质夯击遍数应根据地基土的性质确定,可采用点夯确定,可采用点夯2 23 3遍,对于渗遍,对于渗透性较差的细颗粒土,必要时夯击透性较差的细颗粒土,必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量遍数可适当增加。最后再以低能量满夯满夯2 2遍,满夯还可采用轻锤或低落遍,满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击,锤印搭接。距锤多次夯击,锤印搭接。唐山 砂土廊坊 粉土沈阳 粘土V为夯坑体积间歇时间两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。压力的消散时间。但土中超
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