地基處理技術第三章

1、2022-3-5地基處理技術1一、概述 強夯施工法（又稱強夯法、動力固結法）是使用起重設備，將具有一定重量（80300kN）和一定外形夯錘起吊至某一高度（一般為630m），然后讓夯錘自由下落，給地基土以強大的沖擊能量的夯擊，使地基土產(chǎn)生強烈的振動和很高的動應力，從而在一定范圍內使土體強度提高，壓縮性降低。 2022-3-5地基處理技術2+ 水 = 密實的方法之一2022-3-5地基處理技術3 強夯法由法國Menard技術公司于1969年試驗成功，經(jīng)過30多年的發(fā)展和應用，它已適用于碎石土、黃土、砂土、黏性土等類地基的處理。對飽和度較高的黏性土，強夯效果不太顯著，使用時應慎重。我國于1973年開

2、始使用，已在數(shù)百項工程中應用，效果顯著。強夯法是建設部“八五”期間科技進步推廣項目。此外，有些單位采用在夯坑內回填塊石、碎石或其它粗顆粒材料，強行夯入并排開軟土，最終形成砂石樁與軟土的復合地基，稱之為強夯置換（或動力置換、強夯擠淤）。2022-3-5地基處理技術4 強夯法加固地基特點：施工設備簡單；施工工藝、操作簡單；適用土質范圍廣；加固效果顯著，可取得較高的承載力，一般地基強度可提高25倍；變形沉降量小，壓縮性可降低210倍，加固影響深度可達610m；土粒結合緊密，有較高的結構強度；工效高、施工速度快（一套設備每月可加固500010000m2地基）、較換土回填和樁基縮短工期一半；節(jié)省加固原材

3、料；施工費用低，節(jié)省投資，比換土回填節(jié)省60%費用，與預制樁加固地基相比節(jié)省5070%，與砂樁相比節(jié)省4050%； 適用范圍十分廣泛，不但能在陸地上施工，而且也可在水下夯實。其缺點是施工時噪聲和振動較大，因而不宜在人口密集的城市內使用。 2022-3-5地基處理技術5二、強夯法加固地基的原理 根據(jù)檢測，夯錘在極短時間內對地基土體施加一個巨大的沖擊能量（震源），這一突然釋放的巨大的能量使地基產(chǎn)生強烈振動，并以波的形式從震源向四周傳播。波主要由剪切波P、壓縮波S和瑞利波R（質點運動由豎向和水平分量組成）聯(lián)合傳播的。剪切波、壓縮波沿半球波陣面徑向向外傳播，而瑞利波沿圓柱波陣面徑向向外傳播。2022-

4、3-5地基處理技術6 彈性介質中，由于介質內各部分間有彈性聯(lián)系，一個質點受沖擊作用發(fā)生振動位移，必波及相鄰質點，相鄰質點振動后，又引起下一個質點振動，循此下去，振動往前傳播，這個振動傳播的過程就是波動。2022-3-5地基處理技術7 1.土體受到以毫秒計的夯錘沖擊，錘側土受到擠壓和沖切發(fā)生剪切破壞，形成圓柱形坑（b）； 2. 在夯錘底面土體受到巨大沖擊壓力，形成壓密體（a）； 3.夯錘沖壓和沖切土體形成夯坑同時，還產(chǎn)生強烈震動以三種震波的形式（P、S、R波）向土體深部傳播，基于多種機理（振動液化、排水固結和振動擠密）的聯(lián)合作用，加固土體。2022-3-5地基處理技術8 P、S統(tǒng)稱為體波，有兩種

5、類型的體波，一是縱波，又稱壓縮波、P波、初波、無轉動波。另一種是橫波，又稱剪切波、S波、次波、等體積波。 P波質點振動方向與波動方向平行。這種波系沿波動方向的一種推拉運動，沿此方向有壓縮和擴張，綜合效果有利于顆粒質點的靠攏（壓密）； S波質點振動方向與波動方向垂直，這兩種波波速不同，Vp最快，最先到達遠處某點故稱初波（初至波），Vs要慢，后到達故稱次波。 R波是表面波（瑞麗波），半無限介質體表面有一振動源就可能出現(xiàn)R波，它沿表面呈柱面輻射。 2022-3-5地基處理技術9 對于位于均質各向同性半徑間表面上豎向振動均布的圓形振源，其P波、S波、R波所占的相對能量為：P波占7%，S波占26%，R波

6、占67% 。 P波大部分通過液相運動，使孔隙水壓力增大，同時使土粒錯位，土體骨架解體，隨后到的S波使土顆粒處于更密實的狀態(tài)。R波其豎直分量起到松動土的作用，水平分量可使土得到密實。2022-3-5地基處理技術10 在強夯過程中，地基強度的變化和增加可分為四個階段： 夯擊能轉換，使土體中氣體排出，孔隙水壓力上升并伴隨土體被強制壓密和振密； 土體產(chǎn)生液化或結構破壞，土體滲透性能改變，土體裂縫發(fā)展； 排水固結壓密，土體強度提高； 觸變恢復，土體繼續(xù)固結壓密，強度進一步提高。土體舊的平衡體系被打破后，新的平衡體系建立了起來。2022-3-5地基處理技術11三三、設計計算、設計計算確定強夯參數(shù)確定強夯參

7、數(shù) 1.1.有效加固深度有效加固深度 2. 2.單位夯擊能單位夯擊能 3.3.最佳夯擊能最佳夯擊能 4.4.夯擊擊數(shù)與遍數(shù)夯擊擊數(shù)與遍數(shù) 5.5.間歇時間間歇時間 6.6.夯擊點布置及間距夯擊點布置及間距2022-3-5地基處理技術1210MhH 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 式中：H有效加固深度，m；M錘重，kN；h落距（錘底至起夯面距離），m；修正系數(shù)，須根據(jù)所處理地基土的性質而定，變動范圍0.40.8。 在缺試驗資料或經(jīng)驗時也可按表3.2來確定。 （3-1）2022-3-5地基處理技術13 2.

8、單位面積夯擊能 錘重M與落距h的乘積稱為單擊夯擊能。強夯的單位夯擊能（指單位面積上所施加的總夯擊能=錘重落距總夯擊數(shù)加固面積），應根據(jù)地基土的類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場試夯確定。按表選用或按經(jīng)驗公式計算后確定。一般粗顆粒土可取10003000kNm/m2；細顆粒土為15004000kNm/m2。 3.最佳夯擊能 對飽和土需要分遍進行夯擊，以使每一遍夯擊時，理論上能使地基中出現(xiàn)的孔隙水壓力達到土的自重壓力時的夯擊能稱為最佳夯擊能（土液化）。 黏性土地基，孔隙水壓力消散慢，孔隙水壓力可以疊加，可根據(jù)孔隙水壓力疊加值來確定最佳夯擊能；砂性土地基，孔隙水壓力消散快（

9、僅為幾分鐘），因此孔隙水壓力不能隨夯擊能增加而增加。2022-3-5地基處理技術144.夯擊擊數(shù)與遍數(shù) 夯點的夯擊擊數(shù)，應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，一般為410擊。 夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質和平均夯擊能確定。一般情況下可采用18遍，粗顆粒土夯擊遍數(shù)少；細顆粒土夯擊遍數(shù)多。最后一遍是以低能量滿夯（搭夯），即夯錘的錘印彼此搭接。5.間歇時間 相鄰兩遍的間隙時間取決于前一遍夯擊后，土體中孔隙水壓力的消散時間。一旦孔隙水壓力消散，即可施行。排水性差的黏性土地基，需34周時間，也可在地基土中埋設排水系統(tǒng)，加速孔隙水壓力的消散；排水性好的砂性土地基，消散時間只有24min，可連續(xù)施工

10、。2022-3-5地基處理技術156.夯擊點布置及間距 強夯處理范圍一般自基礎外緣起增加擬加固深度的1/31/2，并不小于3m。 夯擊點可根據(jù)建筑物結構類型進行布置?？梢园凑叫?、等邊三邊形、等腰三角形等布點。 夯擊點間距一般根據(jù)地基土的性質和要求處理的深度而定。一般為夯錘直徑的1.32.0倍（約515m）。2022-3-5地基處理技術16四、施工設備和機具四、施工設備和機具 主要包括：起重機、夯錘、脫鉤裝置及推土機、壓實機等。 (一)起重機： 多使用自行式、全回轉履帶式起重機。如W150、W1100、W1200、W225等，起重量550t，起重臂長度為1040m。 1.選擇起重機時按下列標準

11、 起重量Q QKQ1+q （3-2） 式中：Q起重機起重量；Q1夯錘重量；q索具重量；K夯坑阻力 系數(shù)，一般為1.33.0。2022-3-5地基處理技術17 起重高度H H=h+h1+h2 （3-3） 式中： H起重高度；h落距，m；h1夯錘高度，m；h2夯錘吊梁高度，m。 幅度（回轉半徑）R R大較好，減少起重機移動進度。但尚需驗算臂桿與夯錘上緣安全間距及臂桿頂滑輪至吊鉤鉤口安全距離。 2022-3-5地基處理技術18 HELhLFRDtghhELSsincos2sin311LFDsREHh1h2h3h式中各參數(shù)含義見圖，要求：S0.61.2m；h32.54.5m。起重機驗算高度示意圖202

12、2-3-5地基處理技術19(二)夯錘 1.夯錘材料：可采用鑄鋼或鑄鐵，鋼性好、重心低、可拼裝、便于運輸；也可采用鋼板殼內灌砼，就地灌注、成本低。 2.夯錘底面積和形狀：錘底面積宜按土的性質和錘重確定，錘底靜壓力值可取2540kPa，對于粗顆粒土選用大值，錘底面積為34m2；對于細顆粒土取小值，錘底面積36m2。同時應控制夯錘的高寬比（1:2.51:2.8），以防止產(chǎn)生偏錘現(xiàn)象。2022-3-5地基處理技術20 夯錘的底面有圓形和方形兩種，圓形定位方便，穩(wěn)定性和重合性較好，采用較廣。實際采用的形狀見圖。加固深部地基用b、d；加固淺部地基用a、c。a.平底正方形 b.錐底圓柱 c.平底圓柱 d.球

13、體臺錐形2022-3-5地基處理技術21 3.減阻氣孔結構：為了減少夯錘著地前瞬時氣墊的上托力，從而減少能量損失（氣墊作用，消耗功約為夯擊能的30%。）；以及減少起吊夯錘時的真空吸附作用（大于錘的自重），可在夯錘中設置46個對稱分布、上下貫通的排氣孔，孔徑可取250300mm。 （三）掛脫鉤裝置：以轉動式脫鉤裝置為例，見圖。工作時將吊鉤掛在夯錘提梁上，合上鎖柄，將夯錘吊起，至預定高度后，拉起鎖柄（副卷揚），在夯錘重力作用下吊鉤繞軸轉動，夯錘提梁滑出吊鉤，自由下落。 （四）輔助機械 包括推土機、靜力光面壓路機、蛙式打夯機等。其作用是夯前、夯后平整及壓實施工場地、填土、推平等作業(yè)。2022-3-5

14、地基處理技術22 圖3-4 強夯自動脫鉤器1-吊環(huán); 2-耳板; 3-銷環(huán)軸輥-;4-鎖柄; 5-拉繩2022-3-5地基處理技術23五、強夯法施工五、強夯法施工 （一）準備階段1.擬定初步施工方案 了解施工場地土質概況、確定強夯參數(shù)； 確定夯后土的物理力學指標； 選定強夯機具； 施工組織及計劃安排； 保證質量及安全措施； 工程預算。2022-3-5地基處理技術24 2.平整場地 場地高差要求小于10cm?？射佋O墊層，在地表形成硬層，用以支承起重設備。同時可加大地下水和表層距離，防止夯擊效率的降低。 3.試夯 確定正式施工方案。并防止振動向遠處傳播，一般挖隔震溝，防震效果主要取決于隔震溝的深度而不是寬度，在振動速度為0.5g的時候，隔震溝有2m深即可。（二）施工階段 1.起重機就位，對一個夯實點完成夯擊作業(yè)，移至下一個夯實點夯擊，完成第一遍全部夯點夯擊。 2.用推土機將夯坑填平，間隔規(guī)定天數(shù)，待孔隙水壓力消散。 3.重復1.2.步驟。 4.“滿夯”-最后一遍夯擊，調整落距或減少夯錘重量的