水利工程地基处理强夯1课件.ppt
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1、地基处理Ground Treatment,重庆交通大学河海学院,1,a,地基处理Ground Treatment重庆交通大学1a,第三章 强夯法 Dynamic Compaction,Dynamic Consolidation,2,a,第三章 强夯法 Dynamic Compaction,D,概 述,是一种将几十吨(最大200t)的重锤,从几十米(最大40m)的高处自由落下,对土进行强力夯击的方法。 这是在重锤夯实法(起重机将夯锤提到一定高度自由下落,锤重1.53t,落距为2.54.5m)的基础上发展起来的一种地基处理的新方法。有效加固深度510m。 强夯置换(碎石)形成复合地基(深37m)。
2、,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction,Dynamic Consolidation,3,a,概 述 是一种将几十吨(最大200t)的重锤,,第一节 概述,1、强夯法(Dynamic Compaction,Dynamic Consolidation) 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法,通过1040t的重锤和1040m的落距,对地基土施加很大的冲击能。我国1978年在天津新港进行了试验。 在地基土中所出现的冲击波和动应力,可提高地基土的强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能
3、出现的差异沉降。,第三章 强夯法,4,a,第一节 概述1、强夯法(Dynamic Compact,5,a,5a,6,a,6a,2、强夯置换(Dynamic Replacenlent) 强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料,用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩,也即砂石桩与软土的复合地基。 也称为动力置换、强夯挤淤。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。,第一节 概述,7,a,2、强夯置换(Dynamic Replacenlent)第一,3、适用范围(建筑地基处理技术规范JGJ79-2002) 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地
4、基。 强夯置换法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。,第一节 概述,8,a,3、适用范围(建筑地基处理技术规范JGJ79-2002),4、应用情况 应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛,有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。 强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。,第一节 概述,9,a,4、应用情况第一节 概述9a,它是重锤夯实法的基础上发展起来的,但又与重锤夯实法迥然不同的一项新技术。强夯法与以往的机械夯实、爆炸夯实等比较有以下特点:1.平均每次夯击能量比普通夯法能量大的多。2.以往
5、的夯实方法,能量不大,仅限于表层加固,而强夯法能根据地基的加固要求来确定夯击点间距及夯击方式,依次按需要加固的深度进行改良,使地基深层得到加固。3.施工中,夯击能量可以分几遍进行夯击。4.地基经过强夯加固后,能消除不均匀沉降现象,这是任何天然地基所不能达到的。,第一节 概述,10,a,它是重锤夯实法的基础上发展起来的,但又与重锤夯实法迥然不同的,第二节 强夯法加固的一般机理,加固原理 利用强大的夯击能给地基一冲击力,并在地基中产生冲击波,在冲击力作用下,夯锤对上部土体进行冲切,土体结构破坏,形成夯坑,并对周围土进行动力挤压。,11,a,第二节 强夯法加固的一般机理加固原理11a,第二节 强夯法
6、加固的一般机理,加固机理: 1.动力密实 2.动力固结 3.动力置换 4.震动波压密理论 取决于地基土的类别和强夯施工工艺。,12,a,第二节 强夯法加固的一般机理加固机理:12a,第二节 强夯法加固的一般机理,1.动力密实 多孔隙、粗颗粒、非饱和土:用冲击型动力荷载,土体被破坏,土颗粒相互靠拢,排出孔隙中的气体、颗粒重新排列,土在动荷载作用下被挤密压实,强度提高,压缩性降低。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。,13,a,第二节 强夯法加固的一般机理1.动力密实13a,第二节 强夯法加固的一般机理,2.动力固结用强夯法处理细颗粒饱
7、和土时,是借助于动力固结的理论,即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。,14,a,第二节 强夯法加固的一般机理2.动力固结14a,第二节 强夯法加固的一般机理,15,a,第二节 强夯法加固的一般机理15a,第二节 强夯法加固的一般机理,3.动力置换动力置换是指在冲击能量作用下,强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中,置换饱和软土,形成密实的砂、石层或桩。,16,a,第二节 强夯法加固的一般机理3.动力置换16a,第二节 强夯法加固的一般机理,3
8、.动力置换整式置换:采用强夯将碎石整体挤入淤泥中,其作用机理类似于换土垫层。桩式置换:通过强夯将碎石填筑土体中,部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中,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,主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡,并与墩间土起复合地基的作用,17,a,第二节 强夯法加固的一般机理3.动力置换17a,18,a,18a,第二节 强夯法加固的一般机理,目前强夯置换中常用的三种情况: 1)当地基表层为具有适当厚度的砂垫层、下卧层为压缩性的淤泥质软土时,采用低能量夯,通过强夯将表层砂挤入软土层中,形成一根砂桩,这种砂桩的承载力很高,同时,下卧
9、的软土也可通过置换砂桩加速固结,强度得以提高。动力置换砂桩2)同上,软地基的表面也常堆填一层一定厚度的碎石料,利用夯锤冲击成孔,再次回填碎石料,夯实成碎石桩。动力置换碎石桩,19,a,第二节 强夯法加固的一般机理目前强夯置换中常用的三种情况:,第二节 强夯法加固的一般机理,3)在厚35米的淤泥质软土层上面抛填石块,利用抛石自重和夯锤冲击力使石块坐到硬土层上,淤泥大部分被挤走,少量留在石缝中,形成强夯置换的块石层。利用石块之间的相互接触,提高地基承载力。亦类似于垫层中的“抛石挤淤”法,同时下卧层的软土也得以快速固结,提高了下卧层的强度。动力置换挤淤,20,a,第二节 强夯法加固的一般机理3)在厚
10、35米的淤泥质软土层,第二节 强夯法加固的一般机理,4.震动波压密理论 强夯时,重锤由高处自由落下,产生强大的动能(振动源)作用于地基土中,动能变成波能,从震源向深层扩散,能量释放于一定范围的地基中,使土体得到不同程度的压密加固。强大的夯击能,使土体表层产生剪切压缩和侧向挤压等,而横波的存在,使土体表层松动,当达到一定深度范围时,只有压缩波(纵波)才对土体起压密加固作用。随加固深度的增加,纵波强度衰减,而压密作用逐渐减少。,21,a,第二节 强夯法加固的一般机理4.震动波压密理论21a,22,a,22a,第三节 强夯法加固设计,强夯设计任务 对于不同土类强夯法的作用不同: 1. 软土地基,提高
11、地基承载力和减少沉降量; 2. 饱和砂土和粉土,消除液化趋势; 3. 黄土和新近堆积黄土,消除湿陷性、提高承载力。,23,a,第三节 强夯法加固设计强夯设计任务23a,第三节 强夯法加固设计,强夯参数选择一、有效加固深度二、夯击能三、夯击点布置及间距四、夯击遍数五、间歇时间,24,a,第三节 强夯法加固设计强夯参数选择24a,第三节 强夯法加固设计,一、有效加固深度 强夯法的有效加固深度是指起夯面算起的强夯有效影响地基深度,该深度范围内,土的物理力学指标已达到或超过设计值。该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。 它是选择地基处理方法的重要依据,反映处理效果的重要参数 。,25,a,第
12、三节 强夯法加固设计一、有效加固深度 25a,第三节 强夯法加固设计,a.修正的Menard公式,有效固结深度可按修正的Menard公式估算:,26,a,第三节 强夯法加固设计a.修正的Menard公式有效固结深,第三节 强夯法加固设计,式中:H有效加固深度(m) M锤重(kN) h落距(m) 为小于1的修正系数,其变动范围为0.350.7。一般对粘土取0.5,对砂性土取0.7,对黄土取0.350.5。,27,a,第三节 强夯法加固设计式中:H有效加固深度(m)27a,第三节 强夯法加固设计,影响有效加固深度的因素: 除锤重和落距外,还有地基土的性质,不同土层的厚度和埋藏顺序,地下水位以及其他
13、强夯的设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。 因此,强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。,28,a,第三节 强夯法加固设计影响有效加固深度的因素: 28a,第三节 强夯法加固设计,b.规范估定加固深度 在缺少经验和试验资料时,可预估。按建筑地基处理技术规范(JGJ79-91),29,a,第三节 强夯法加固设计b.规范估定加固深度29a,第三节 强夯法加固设计,30,a,第三节 强夯法加固设计30a,第三节 强夯法加固设计,C.统计经验公式法考虑单位面积夯击能及多遍夯的加固影响,得下列统计经验公式: H=5.102+0.00086Mh+0.00094E式中:E为单位面积夯击能(K
14、J/m2),不计满夯。,31,a,第三节 强夯法加固设计C.统计经验公式法31a,第三节 强夯法加固设计,二、夯击能单击夯击能单位夯击能(平均夯击能)最佳夯击能,32,a,第三节 强夯法加固设计二、夯击能32a,第三节 强夯法加固设计,1、单击夯击能单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。单击夯击能越大,加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。 由下式确定: E=Mgh E=(H/)2g 式中:E单击夯击能(kj) M锤重(kN) g重力加速度(g=9.8m/s2) h落距(m) H加固深度(m) 小于1的修正系数,其变化范围为0.350.7,(一般粘性土、粉土取0.5,砂土取
15、0.7,黄土取0.350.50),33,a,第三节 强夯法加固设计1、单击夯击能33a,第三节 强夯法加固设计,2、单位夯击能 整个加固场地的总夯击能量(即垂重落距总夯击数)除以加固面积为单位夯击能,也称平均夯击能。 单位夯击能应根据基土类别,结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑,并可通过试验确定。单位面积夯击能过小,难以达到预期的加固效果,单位面积夯击能过大,不仅浪费能源,而且对饱和粘性土来说,强度反而会降低。,34,a,第三节 强夯法加固设计2、单位夯击能 34a,第三节 强夯法加固设计,在一般情况下,对粗颗粒土可取10003000kNm/m2,对细颗粒土可取15004000 kN
16、m/m2。 国内夯锤一般为1025t,最大为40t 。 夯锤确定后,根据要求的单击夯击能量,就能确定夯锤的落距。国内通常采用的落距为825m.对相同的夯击能量,常选用大落距的施工方案。,2、单位夯击能,35,a,第三节 强夯法加固设计在一般情况下,对粗颗粒土可取1000,第三节 强夯法加固设计,锤重与落距 对于某一单击夯击能,夯锤在接触土体瞬间冲量的大小是影响土体压缩变形的关键因素,冲量越大,加固效果越好。 夯锤着地时的冲量,36,a,第三节 强夯法加固设计锤重与落距36a,第三节 强夯法加固设计,夯锤越重,冲量越大,加固效果越好。,37,a,第三节 强夯法加固设计夯锤越重,冲量越大,加固效果
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