第5章强夯法和强夯置换法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 强夯法和强夯置换,主,要,内,容,1,加固机理,设计计算,3,施工方法,4,质量检验,6,发展趋势,5,工程实例,强夯（动力固结法或动力压实法）：,通过反复将夯锤（质量一般为,10,40t,，最重可达,200t),提到一定的高度使其自由落下（落距一般为,10,40m,），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基土的承载力、降低土的压缩性、提高砂土地基抗液化能力等。,一、概述,概 述,概 述,强夯置换,：,将重锤提到高处使其自由下落形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料，通过夯击能作用排开软土，使其形成连续密实的墩（桩）体的地基处理方法。,概 述,等等,强夯法适用土层,碎石土,砂土,低饱和,度的粉,土与粘,性土,湿陷性,黄土,杂、素,填土,对于高饱和度的可采用强夯置换法,概 述,建筑地基处理技术规范,(JGJ79-2002),规定,强夯置换法适用条件：,适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。,概 述,强夯法、,强夯置换法,的优点,加固效果好,使用经济,施工简单,强夯法加袋装砂井,软粘土地基的综合治理,概 述,国内发展阶段,自引进到,80,年代初，约,8,年。本阶段工程应用强夯能级比较小，一般仅为,1000kN,m,，处理深度,5m,左右，以处理浅层人工填土为主。,80,年代初到,90,年代初。本阶段兴建国家重点工程山西化肥厂，为了消除黄土地基的湿陷性，国家化工部组织开发了,6250kNm,能级强夯，使有效处理深度提高到了,10m,左右。,90,年代初到,2002,年，本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机，成功开发了,8000kNm,能级强夯，使强夯消除黄土湿陷性的深度达到,15m,。,2002,年底至今，强夯工程最高应用能级已经达到,10000kNm,。为了更进一步扩大强夯的应用范围，在强夯技术的基础上，还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术,。,概 述,以处理饱和软土为目的低能级强,夯技术；,三个研究方向,强夯与其他地基处理技术优势互,补，发展成为组合式地基处理技,术。,以处理高填土和深厚湿陷性黄土，,以及消除湿陷为目的的高能级强夯,技术；,概 述,降水强夯,-,高真空击密工法（远眺）,降水强夯,-,高真空击密工法（近景）,在真空管之间进行强夯,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,主要内容,二、加固机理,强夯加固机理首先应从,宏观和微观机理,上加以分析。,宏观机理,是从加固区土所受冲击力、应力波的传播、土的强度对土加密的影响作出解释，是强夯加固的外部表现；,而微观机理是对冲击力作用下，土微观结构的变化，如土颗粒的重新排列、连接作出解释，是强夯加固的内部依据。,强夯加固地基的机理比较复杂，随地基类型和加固特点不同，其加固机理也有所不同。,同时有关强夯加固机理的解释应区分,饱和土和非饱和,土、粘性土和砂性土以及其它一些特殊性土。,夯锤,地面,挤压土体,隆起,夯击能,冲击力,冲击波,冲切上部土体,结构破坏形成夯坑,挤压周围土体,强夯加固的基本原理,某工程测得的单点夯夯坑夯沉量及,周围地表隆起情况,强夯加固的基本原理,对非饱和土地基,压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。,对饱和无粘性土地基,土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。,对饱和粘性土地基,产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。,强夯加固的基本原理,动力密实,三,种,加,固,机,理,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,动力固结,动力置换,强夯加固的基本原理,冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达,0.6,1.0m,，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高,2,3,倍。,非饱和土在中等夯击能量,1000,2000kN,m,的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少,60%,。,动,力,密,实,强夯加固的基本原理,动,力,固,结,巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。,强夯加固的基本原理,弹,簧,活,塞,模,型,静力固结理论与动力固结理论的模型比较,a),静力固结理论模型,b),动力固结理论模型,强夯加固的基本原理,Menard,提出,静力固结和动力固结理论对比,静力固结理论,动力固结理论,不可压缩的液体,固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变的,弹簧刚度是常数,活塞无摩阻力,含有少量气泡的可压缩液体,固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的,弹簧刚度为变数,活塞有摩阻力,强夯加固的基本原理,强夯时的动力固结主要表现在以下四点：,饱和土的压缩性：,进行强夯时，气体体积压缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压就减少。,2.,产生液化：,土体中气体体积百分比为零时，就变成不可压缩的。相 应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。继续施加能量，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。,渗透性变化：,超孔压大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂,隙，形成排水通道。此时,，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。孔压消散到小于颗粒间的侧向压力,时，裂隙即自行闭合。,4.,触变恢复：,土体的强度逐渐减低，当出现液化或接近液化时，强度达,到最低值。此时土体产生裂隙，而吸附水部分变成自由水，随着孔压,的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。,强夯加固的基本原理,夯击三遍的情况,从左图可以看出，每夯击一遍时，体积变化有所减少，而地基承载力有所增长，但体积的变化和承载力的提高，并不是遵照夯击能的算术级数规律增加的。,地基土强度增长与孔隙水压力有关。,液化度为,100,时，土的强度为零；随着孔隙水的消散，土的强度逐渐增长，即存在一个触变恢复阶段。,强夯加固的基本原理,动,力,置,换,整体置换：,将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似于换土垫层。,桩式置换：,形成桩式或墩式的碎石墩或桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。,强夯加固的基本原理,项目,强夯法,重锤夯实法,加固原理,1.,冲切,对锤底压密，侧向土挤密,2.,孔隙水可排出，饱和土可压密,3.,主压实区,土结构破坏后充分压实区,次压实区,土结构破坏但未充分压实区,4.,对无粘性土，存在振密区,1.,对锤底土压密,2.,孔隙水不排出，饱和土,不能压密,3.,压实锤底土结构破坏区,4.,振密作用不明显,加固工艺,1.,夯击间隔一定距离,2.,加固顺序先重后轻，先深后浅，最后满夯,3.,夯点分遍夯击，每遍间隔一定时间，使孔隙水压力消散,4.,锤重大于,80kN,，落距大于,6m,1.,夯点连续相叠,2.,不分加固顺序,3.,不要求间歇时间,4.,锤重小、落距小,适用土质,各种饱和土、非饱和的粗粒、细粒土，对厚层渗透系数小于,10,5,cm/s,的饱和粘性土应慎重,地下水位,0.8m,以上的稍湿土层。不适于含水量高的很湿的土。,强夯法与重锤夯实法的区别,强夯加固的基本原理,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,主要内容,三、强夯法的设计计算,设计内容：,有效加固深度及加固范围、单击夯击能、夯击次数、夯点间距及平面布置、夯击遍数和分遍的间歇时间、确定垫层厚度等。强夯设计还应包括施工现场测试设计。,强夯法在设计前必须通过现场试验确定其适用,性和处理效果。,设计计算,有效加固深度,强夯的,有效加,固深度,？,经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。,修正系数，根据地基土性质决定，,0.34,0.8,落距,夯锤重,设计计算,有效加固深度,影响,H,的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。,应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度,如果没有则根据,建筑地基处理技术规范,的建议取值。,强夯有效加固深度经验值,设计计算,有效加固深度,单击夯击能,(kN,m),碎石土、砂土等,粗颗粒土,粉土、粘性土、湿陷性,黄土等细颗粒土,1000,2000,3000,4000,5000,6000,8000,5.0,6.0,6.0,7.0,7.0,8.0,8.0,9.0,9.0,9.5,9.5,10.0,10.0,10.5,4.0,5.0,5.0,6.0,6.0,7.0,7.0,8.0,8.0,8.5,8.5,9.0,9.0,9.5,注：强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起,强夯置换墩的深度,设计计算,有效加固深度,土质条件决定,对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软土层，着底在较好土层上。,对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层。,置换深度不宜超过,7m,（,1,）单位面积上施加的总夯击能（不包括满夯）及遍数,增大单位面积夯击能不仅增大了加固深度，且增大了土层强度。,对饱和粘性土及含水量大的湿陷性黄土，增加夯击遍数，不仅逐遍增大土的强度及密实度，且增大有效加固深度。但含水量大的非饱和土第一遍的夯击效果大，分遍夯的效果不及饱和土分遍夯作用显著，遍数可较少。,（,2,）土本身结构强度影响,从有效加固深度影响系数的比较可知，填土最大，一般粘性土、砂土次之，黄土较小。,设计计算,有效加固深度,影响加固深度的因素：,（,3,）锤底面积,当单击夯击能相同时，,锤底面积大,，则锤底动应力大，夯坑浅，因分布面积大，衰减慢，,锤底影响深度大,；当锤底面积小时，锤底动应力小，夯坑深，因分布面积小，衰减快，锤底影响深度小。,（,4,）混凝土锤与铸铁锤对比,夯击时，混凝土锤由于重心较高，接地不稳，冲击后晃动大，夯坑较深且开口较大，坑侧壁摩擦小，容易起锤。铸铁锤落地稳，夯坑开口较小，夯坑较深后侧壁摩阻力大，且夯坑塌土容易堆在锤顶，堵塞气孔而引起提锤困难，两者加固作用相差不大。,设计计算,有效加固深度,（,5,）土层分布影响,一些工程实测表明，当土层上层较下层硬，或中间层有薄层硬层的下部软弱土，其下部软弱土加固效果差，尤其下部软弱土分布深时加固效果差。,对所有夯点应分批次分遍夯击，若对所有夯点都先夯击一遍，将造成浅层先加固，降低以后深层加固的效果。,设计计算,有效加固深度,设计计算,夯锤和落距,夯锤,落距,单击夯击能,=M*h,总夯击能,=N*M*h,单位面积夯击能,=N*M*h/A,饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。,根据加固土层的,厚度、地基状况,和土质成分确定,设计计算,夯锤和落距,选,择,合,适,的,夯,锤,和,落,距,圆形和方形,气孔式和封闭式,选择夯锤,锤重,确定落距,根据单击,夯击能量,较适宜的夯击能,夯击能最低值,介于,底面积,按土,的性质确定,强夯置换,（,1,）土层加固厚度,对加固土层厚度小于,5m,，锤着地面积为,2,5m,2,，加固土层厚度大于,5m,时，锤着地面积一般要求,4.5m,2,。根据理论分析，土体压缩沉降，底面积大小的影响比外力强度大小影响更敏感，所以,在同样条件下，加大基底面积比加大锤重效果更明显。,（,2,）土的性质,对颗粒较细的粘性土，锤底面积要加大，一般取,4,6m,2,；对砂性土、含水量较低的回填土，锤底面积取,2,4m,2,。,（,3,）控制夯锤的高宽比,设计计算,锤底面积的的选用原则：,返回,夯锤和落距,设计计算,最佳夯击能,最佳,夯击能,？,在该能量作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。,粘性土,根据孔隙水压力的叠加值,砂性土,绘制孔隙水压力增量与夯击击数,(,夯击能,),的关系曲线,砂土地基孔隙水压力增加和消散过程很快，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，当孔隙水压力增量随夯击次数的增加而趋于稳定时，可认为砂土能接受的能量已达到饱和状态。,设计计算,最佳夯击能,砂性土的最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系,设计计算,夯击击数和遍数,强夯夯,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。,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,4000,6000kN,m,时为,100mm,；夯击能大于,6000kN,m,时为,200mm,；,2.,夯坑周围地面不应发生过大隆起,;,3.,不因夯坑过深而发生起锤困难。,设计计算,夯击击数和遍数,强夯置换夯,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,1.,墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长,;,2.,累计夯沉量为设计墩长的,1.5,2.0,倍,;,3.,最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。,设计计算,夯击击数和遍数,夯,击,遍,数,一般采用点夯,2,3,遍，对于渗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,满夯,12,遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,（,1,）作用,加固表层土，即加固夯点间未压密土。,（,2,）夯击能量,满夯单击能可选用,500,1000kN,m,，每点击数,5,10,击，并控制最后两击夯沉量，宜小于,3,5cm,。,满夯,4000,4000,4000,4000,4000,4000,8000,8000,8000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,8000,8000,8000,第一遍,6000kN.m,第二遍,6000kN.m,第三遍,3000kN.m,设计计算,夯击击数和遍数,设计计算,夯击点的布置,夯,点,布,置,根据基底平面形状,等边三角形,等腰三角形,正方形,应考虑施工时吊机的行走通道,强夯置换墩位布置,等边三角形,正方形,独立基础或条形基础,根据基础形式布置,对一般建筑物，每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的,1/2,2/3,，并不宜小于,3m,。,处理范围,设计计算,夯击点的布置,夯击点的间距,强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的,2.5,3.5,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。,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。,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,2,3,倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的,1.5,2.0,倍。墩的计算直径可取夯锤直径的,1.1,1.2,倍。,设计计算,间歇时间,原则：,取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间,砂性土,连续夯,粘性土,间歇时间长（,3,4,周）,间,歇,时,间,设计计算,垫层铺设,作用：,（,1,）支承起重设备，确保机械设备通行和施工；,（,2,）加大地下水位与地表面的距离，防止夯击时夯坑积水。,对场地地下水位在,-2m,深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。,垫,层,垫层材料：,松散性材料（如粗颗粒的碎石、矿渣、砂砾石等，粗颗粒粒径宜小于,10cm,）,厚度：,0.5,2.0m,设计计算,现场测试设计,地面,及,深层,变形,目的：,1.,了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化；,2.,研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；,3.,确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。,手段：,地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。,设计计算,现场测试设计,夯击次数,(,或夯击能,),与夯坑体积和隆起体积关系曲线,阴影面积为有效压实体积，越大表示效果越好。,地面,及,深层,变形,设计计算,现场测试设计,孔隙,水,压力,一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设,双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪,，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定,两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。,设计计算,现场测试设计,侧向,挤,压力,将土压力盒事先埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相似。在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。,设计计算,现场测试设计,振动,加,速度,目的：,通过测试了解强夯振动的影响范围。,标准：,通常将地表的最大振动加速度为,0.98m/s,2,处（相当于,7,度地震烈度）作为设计时振动影响安全距离。,措施：,一般夯点离建筑物距离至少,15m,以上。若不满足要求，为减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟。,施工方法,设计计算,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,四、施工方法,施工机具与设备：,夯锤、起重设备、脱钩装置等。,施工工艺,施工要点,施工方法,夯 锤,夯锤质量,根据自由落体冲量公式：,式中,E,夯锤着地的冲量（,t,m/s,）；,m,夯锤质量（,t,）；,g,重力加速度；,h,落距（,m,）。,在冲量一定的条件下，由于冲量与锤重的一次方以及落距的,1/2,次方成正比，从形式上看，增加夯锤质量比增大落距好；另一方面增加落距可增大夯锤着地时的速度，能减小能量损耗，更有效地将夯击能传到土层地深部，使加固效果更好。因此，应综合考虑这两个因素。,2.,夯锤材料,夯锤的材料可用铸铁（钢），也可在钢板壳内填筑混凝土，两者的加固效果无多大差别。,3.,夯锤形状,夯锤形状可做成圆形或方形。方锤落地，方位改变，与夯坑形状不一致，影响加固效果，故多选用圆锤。,施工方法,夯 锤,施工方法,施工机械,西欧国家,大吨位的履带式起重机,稳定性好，行走方便,日本,轮胎式起重机,国外还制造了三足架和轮胎式强夯机，用于起吊,40t,夯锤，落距可达,40m,。,通常在,100t,以上,施工机械,我国只具备小吨位起重机的施工条件，只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩装置。,施工方法,带辅助门架,的强夯机,施工机械,施工步骤,强夯法施工步骤：,1),清理并平整施工场地；,2),铺设垫层，使在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。同时可加大地下水和表层面的距离，防止夯击的效率降低,;,3),标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程；,4),起重机就位，使夯锤对准夯点位置；,5),测量夯前锤顶标高；,施工方法,施工步骤,6),将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；,7),重复步骤,6),，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；,8),换夯点，重复步骤,4),7),，完成第一遍全部夯点的夯击；,9),用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；,10),在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。,施工方法,施工步骤,强夯置换法施工的步骤：,1.,清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为,1.0,2.0m,的砂石施工垫层；,2.,标出夯点位置，并测量场地高程；,3.,起重机就位，夯锤置于夯点位置；,4.,测量夯前锤顶高程；,5.,夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击；,施工方法,施工步骤,6.,按由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工；,7.,推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程；,8.,铺设垫层，并分层碾压密实。,施工方法,为减少对周边环境和建筑物的影响，应采取防振措施；,按规定起锤高度、锤击数的控制指标施工，或按试夯后的沉降量控制；,注意含水量对强夯效果的影响；,注意夯锤上部排气孔的畅通；,注意施工安全，防止石块伤人；,雨季施工注意排水。,施工要点,施工方法,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,检验时间,：强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。,对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取,7,14d,；,对粉土和粘性土地基可取,14,28d,。强夯置换地基的间隔时间可取,28d,。,五、质量检验,强夯置换：单墩（或单墩复合地基）载荷,试验、动力触探试验等。,强夯：原位测试和室内土工试验,检验项目,检验数量：,竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定。,对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于,3,点；,对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。,强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的,1,，且不应少于,3,点。,检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。检验深度应不小于设计处理的深度。,质量检验,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,工程概况,上海浦东国际机场位于长江入海口南岸的濒海地带，是我国和上海市九五期间重大的基础设施建设项目。其中机坪，滑行道为,“,围海促淤,”,造成，本次地基处理大部份位于稻田内，地表水系发育，沟浜纵横。在地基处理强夯影响深度范围内地层有粉质粘土、淤泥质粉质粘土，含水量为,36,47,，孔隙比大于,1,，粘粒含量高，粘性较强，且呈流塑状，基本承载力是很低的，经强夯加固后，需要触变固结的时间较长。,设计要求经强夯法加固后其静力触探比贯入阻力当量值大于,2MPa,，标贯击数当量值大于,6,击，地基反应模量大于,30MN,m,，垫层干密度大于,1.9g/cm,3,，并按相应频率检测各项考核指标，评价强夯施工质量。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(,一,),试夯目的,1,、通过试夯试验，确定适合本地质条件的强夯施工措施。,2,、总结强夯垫层一次摊铺，进行强夯后表层地基反应模量检测指标难以达标的主要原因，旨在强调强夯垫层分二次摊铺的技术效果。,3,、预测技术、经济效果。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(,二,),试夯区试验设计,1,、试夯区位置选择在地基条件具有代表性的滑行道上，面积约,10000m,2,，分,4,个区试夯。,2,、试夯机具为强夯机,W1001-25,型履带式吊车，自动脱钩，夯锤质量,15t,，直径,2.52m,，锤底静压力,25kPa,30kPa,，圆柱形铸铜锤，带有四个排气孔。,3,、强夯垫层材料及其摊铺，采用山皮土,(,碎石土,),作为强夯垫层，最大粒径小于,10 cm,，山皮石,(,碎石,),，粒径,2,10 cm,的质量大于总质量的,50,，含水、含泥量小于,20,，不均匀系数,Cu5,，曲率系数,Cc=1,3,。试夯区首次摊铺厚度为,(60,5)cm,或,(70,5)cm,，末次摊铺厚度,(40,5)cm,和,(30,5)cm,，设计总厚度为,1.0m,。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,4,、试夯参数选择，根据,上海浦东国际机场飞行区机坪、滑行道工程地基处理技术文件,选择试夯参数。,分区,编号,分区,名称,垫层厚度,k/cm,夯型,单击夯能,R/kJ,夯击遍数,单点击数,/,击,夯点间距,l/m,夯点布置,A,滑行道,停机坪,60+40,70+30,点夯,2000,第一遍,8-10,3.5*3.5,正方形,1500,第二遍,6-8,满夯,1000,第一遍,3-5,夯间,连接,800,第二遍,2-3,普夯,搭接,d/4,B,道肩,60+40,点夯,1000,第一遍,8-10,3.5*3.5,正方形,1000,第二遍,6-8,满夯,800,第一遍,3-5,夯间,连接,500,第二遍,2-3,普夯,搭接,d/4,试夯参数选择表,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,现场场址地表水系发育，沟浜纵横，地下水位埋深较浅，地基土含水量大，且地下水受潮汐影响而周期性变动，使地下渗流不稳定，加之地基处理面积大，施工期又处于梅雨季节，为施工排水造成困难。根据强夯加固执理，降排水尤其重要。,1,、充分利用现有水系降排水。,2,、充分利用明,(,暗,),浜降排水。,3,、间隔,10,15m,和,30m,纵横向开挖盲沟和明排水沟，使其与场区明,(,暗,),浜连通强制排水。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,4,、在明暗浜及排水盲沟角点处设集水井，并设泵将井内水抽至场外，尽量降低地下水位。,5,、对强夯施工分区进行调整，先利用水系、明,(,暗,),浜及排水沟排水，进行区块内强夯，强夯结束后，回填处理明暗浜，然后进行下一区块降排水和强夯施工，由此在施工区形成小排水范围，从而保证强夯效果。,6,、场区外围四周设排水沟，将施工区内小排水沟中水排至外围，流向场外河道，并保证沟底积水深小于,20cm,。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,(,四,),试夯区施工方法及其控制,1,、试夯,I,、,、,区点夯分两遍完成，隔点不隔行，单点击数一次完成，试夯,区点夯一次完成。满夯分两遍完成，先夯间满夯，再普夯。,2,、点夯停夯标准，原则上夯,8,击，夯坑深度不足,1.0,1.2m,时夯,10,击，以确保能量，再辅以最后两击平均夯沉量不大于,5,10 cm,，实际施工中，当试夯区单点击数,4,5,击，夯坑深度,1.2,1.3m,，现场均已停夯，此时强夯机严重陷车，起锤也相当困难。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验,3,、控制间歇时间，两遍点夯间歇时间不少于,20,天左右，以超孔压消散大于,70,以上控制，点夯与满夯间歇时间不少于,15,天，具体以超孔隙水压力消散大于,50,确定。,4,、为确保表层地基反应模量考核指标满足设计要求，满夯时将表层,20,40cm,深推、耙松晾晒后，再拌合推平碾压，最后补铺山皮土至道槽设计标高。,5,、每次摊铺山皮土前或满夯后，即夯前夯后开挖断面尺寸为,(,底宽,上宽,高,)60 cm,70 cm,80cm,的盲沟，并和,80cm,200cm,150cm,的明排水连通，排水沟角点开挖集水井设泵抽水，盲沟内回填山皮石。,6,、第二遍点夯在不推平第一遍点夯夯坑前提下进行，对此应提前寻找行车路线。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,孔,压,监,测,结,果,点夯间超孔隙水压力消散大于,70,以上所需的间歇时间一般为,3,4,周，点夯与满夯间超孔隙水压力消散大于,50,所需的间歇时间为,2,周。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,强,夯,影,响,深,度,1),从理论计算强夯影响深度大于,7m,，但从孔压反映的影响深度曲线看出本次强夯影响深度大于,6m,，但,5m,以上地层加固效果比较明显见图；,2)3.5m,以上地层孔压增幅大，,2.5m,以上地层孔压消散慢，,3.5,6.0 m,地层孔压增幅相对较小，消散很快。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,地,面,变,形,监,测,地面隆起量的计算试夯区平均夯沉量计算,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,原,位,测,试,按施工过程跟踪检测和间歇,3,4,周相结合的办法进行，试夯,I,区，检测三次，二次在四夯间、两夯间并进行标贯试验；试夯,、,区检测两次，标贯试验两次。当试夯,I,区第二遍点夯间歇,46,天，试夯,、,区点夯完间歇,34,天，对地基土再次进行静力触探和标贯检测，其检测结果，标贯击数,N,为,2.4,4.3,，静力触探为,1.55,1.93MPa,，分别小于设计要求的,6,击和,2MPa,，均不满足设计要求。本次检测中在,4.5,6.0 m,仍有标贯试验和静力触探曲线的突变，分析认为须采取有效措施降低地下水位，使软土尽快固结，在垂直滑行道中线每,10,15m,开挖盲沟，每,30m,开挖明排水沟，及时将地表水和夯坑积水引排，盲沟内回填山皮石，并与外围排水体系形成排水网络，经间隔加压稳定，延长超孔压消散时间，由于软土触变性，强度逐渐提高。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,强夯试验试夯区检测,浅表,层地,基的,模量,检测,试夯试验中，满夯后采用深推、耙松和晾晒，每间隔一定距离开挖盲沟和明排水沟排水，采用反挖夯点填料和夯间涌土，并充分拌合晾晒后推平碾压，表层指标检测时均能达到设计要求。,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,大面积强夯施工,本次地基处理采用夯填料分二次摊铺，并对强夯参数、施工工艺在试夯试验基础上做了相应的调整。坚持按分区分段施工特点，采用试夯降排水方案实施大面积强夯降排水。,大面积强夯参数选择,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,1,、点夯分两遍完成，隔点不隔行，单点击数一次完成，满夯一次完成。,2,、点夯停夯标准，原则上夯,8,击，夯坑深度不足,1.0m,时夯,10,击，以确保能量，再辅以最后两击平均夯沉量不大于,10 cm,控制。,3,、控制间歇时间，两遍夯击的间歇时间不少于,20,天，点夯与满夯的间歇时间不少于,15,天。,4,、夯垫料铺筑，分两次摊铺，第一次摊铺厚度为,60,5cm,，第二次摊铺厚度为,40,5cm,。,大面积强夯施工方法及现场控制,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,5,、为使地基反应模量达设计要求，满夯后将表层,20,40cm,深推、耙松、晾晒后再拌合、碾压、回填，补填,40 cm,山皮土至道槽设计标高。,6,、每次铺料前强夯后均要适度碾压，以减少能量损失。,7,、满夯前夯坑积水和地表水要及时抽排，每,8m,和,16m,挖主次盲沟，并和外围排水沟形成排水网络。,大面积强夯施工方法及现场控制,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,1,、土基面标高的施工控制,考虑垫层密实和地面夯沉两部分，设计要求道槽填挖方计算时考虑平均预留夯沉量为,35cm,，即土基标高设计道槽标高,-65cm(,山皮土堆填厚度均按,100cm),，实测土基标高平均,3.61m,比设计土基标高平均,3.43m,抬高约,18cm,，仅此一项节约山皮土,6.6,万吨，节约资金,250,万元。,技术经济效果,经,济,效,果,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,2,、夯沉量的控制,由于大面积强夯时，夯点间距扩大为,4m,4m,，个别区域,4.5m,4.5m,，单点夯击能减少到,1500 kJ,，单点击效,6,8,击，满夯推平后，实测全场区平均夯沉量为,20,23cm,，实测标高平均为,3.87m,，设计平均标高为,3.73m,，山皮土厚度节约,12,15cm,，节约山皮土约,4.8,万吨，节约资金约,180,万元。以上两项共计节约资金,430,万元。,技术经济效果,经,济,效,果,工程实例,上海浦东国际机场软土地基强夯处理,技术经济效果,技,术,效,果,工程实例,设计计算,施工方法,质量检验,发展趋势,加固机理,工程实例,发展趋势,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,动力排水,固结法,1.Smoltczyk,认为动力固结法只适于塑性指数,Ip10,的土，,Gambin,也给出类似的结论。软粘土地基动力固结法失败的原因主要是对软粘土的特性了解不够，所采用的动力固结法工艺不适合软粘土地基的加固,；,2.,冯遗兴等人采取了适应软粘土动力固结加固的有效排水系统，采用了适应软粘土地基的,“,先轻后重、逐级加能、少击多遍、逐层加固,”,的夯击方式，确立了一整套动力固结法新工艺。,发展趋势,动力排水固结法,加,固,机,理,在砂垫层,(,或吹填砂层,),上往下插设塑料排水板至软土层中，然后以严格控制的强夯动力产生附加应力，作用到软土中，产生相应的超孔隙水压力；借助于插设塑料排水板所形成的,“,水柱,”,作为传递工具，将强夯产生的附加应力迅即传到,“,水柱,”,的底部，从而使排水板所达到的深度范围内的软土都受到强夯的影响；同时，动载压缩波传到地表临空面时反射则成为拉伸波再传入土中，土愈是软，抗拉强度愈低，则愈容易产生拉伸微裂纹，在很高的孔隙压力梯度作用下，软土中的拉伸微裂纹贯通成排水通道，与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排到地表夯坑或排水砂层中，立即排出或流散。,发展趋势,动力排水固结法,加,固,机,理,随着土中孔隙压力消散，软土含水量和孔隙比明显降低，软土固结后变成较密实的可塑状土，强度大幅度增长，压缩性大大减低；因强夯时附加动应力很高，往往比后续使用荷载高,23,个数量级，用动力排水固结工法加固后，浅层地基土成为超固结土，即使深层土有一些差异沉降，由于地表,12m,已成为硬壳层，能调整地基差异沉降，从而使表层仅呈现小量的较均匀沉降，而不会出现明显的不均匀沉降。,发展趋势,动力排水固结法,主,要,优,点,(1),传统强夯法为一种大能量和能量积聚的动力固结方法，采用重锤多击，适用砂性土加固。而动力排水固结工法采用严格控制强夯动力和夯击能，使软粘土中产生的超孔隙水压力不过快上升，以确保软土不变成,“,橡皮土,”,，成功地克服了传统强夯法用于软土的致命弱点；,(2),利用塑料排水板所形成的,“,水柱,”,将强夯产生的附加应力快速向土体深部传递，从而大大扩展了强夯的影响深度，使动力排水固结工法用于加固深厚软土成为可能，已有的工程实例表明，动力排水固结工法的加固深度已超过,25m,，大大突破了传统强夯法有限的加固深度,(6m),；,发展趋势,动力排水固结法,主,要,优,点,(3),巧妙利用动载压缩波在层状土中传播与反射而使软土产生的拉伸微裂纹，以及在较高孔压梯度作用下，拉伸微裂纹又贯通成水平排水通道，并与排水板构成横竖交叉的网状排水系统，从而使软土中高压孔隙水经网状排水系统很快排出，大大加速了软土的固结过程；,(4),将受到严格控制的强夯动力反复、逐步增强地作用于软土，使软土中的超孔隙水压力维持在较高的、必要的、合理的水平上，既不破坏软土的结构，又能加速软土中孔隙水的快速排出，达到快速、稳步加固软土的目的，这是传统强夯法无法做到的。,发展趋势,动力排水固结法,动力排水固结工法与传统强夯法对比表,发展趋势,自,1989,年以来，新强夯法在我国已成功地完成了,50,余项工程，如上海某机场，深圳世界之窗填海区，深圳多座立交桥，深圳春风路高架桥，深圳机场达利花园，海南大学图书馆，海南边防局三亚海警基地，深圳保安中心区罗田路、兴华西路等，所有工程均取得上佳的工程效果。,动力排水固结法,三项加固前后部分测点地基土物理力学指标比较,发展趋势,动力排水固结法,动静结合排水固结法,强夯法的两种新工法,动静结合,排水固结法,动静结合排水固结法的基本思想是，通过改善地基土的排水条件，将强夯法和填土预压法相结合，利用动荷载较大的冲击能激发较高的孔隙水压力，在静荷载作用下孔压消散固结，土体强度得以提高。,发展趋势,动静结合排水固结法,特,点,(1),夯击前应铺设足够厚度的垫层,(,如砂垫层和预压填土,),，避免夯锤直接接触软土而导致橡皮土现象，同时填土亦作为静荷载。,(2),必须有较好的排水条件，保证动荷载作用下产生的孔隙水压力能迅速消散，土体固结。这是软土强度得以提高的根本原因，也是该法与一般强夯法的区别所在。,(3),强调动静荷载的联合使用。静荷载作用下的固结排水份额是基本的，动荷载作用下的固结量是附加的，但其作用不是两者简单的叠加，而是相辅相承、相互作用的。,发展趋势,动静结合排水固结法,特,点,(4),冲击荷载