水利工程地基处理-强夯.ppt
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1、合肥工业大学土木与水利工程学院赵 静,地基处理Ground Treatment,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction,Dynamic Consolidation,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,但其加固机理又与重锤夯实法不一样,是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)。,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction,Dynamic Con
2、solidation,第一节 概述,1、强夯法(Dynanlic 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,减少将来可能出现的差异沉降。,第三章 强夯法 Dynanlic Compaction,Dynamic Consolidation,2、强夯置换(Dyn
3、amic 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,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,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
4、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,(一)、现状 理论落后于实践,已有结论如下:1)对于非饱和土:压密过程基本上同实验室中的击实法相同。2)对于饱和无粘性土:可能会产生液化,其压密过程同爆破和振动压密的过程相似。3)对于饱和细颗粒土:成功和失败的例子均有,需要破坏土的结构,产生超孔隙水压力以及通过裂隙形成排水通道,孔隙水压消散,土体才会压密。4)对于杂填土:特别有效(密实作用)。,第二节 强夯法加固的一般机理,(二)、加固机理研究思路1)应分宏观和微观:宏观体现、微观机理2)应分饱和土和非饱和土:饱和土的超静孔压3)应分粘性土和非粘
5、性土:渗透性不同4)研究夯击能量的传递:真正用于加固地基的能量及如何加固,第二节 强夯法加固的一般机理,(三)、强夯能量传递1)压缩波(纵波,P波):7%能量,在传播过程中,介质质点的振动方向与波的前进方向一致,又称为疏密波。使土体受拉或受压,瞬间引起孔隙水压力增大。特点:周期短,振幅小。,第二节 强夯法加固的一般机理,(三)、强夯能量传递2)剪切波(横波,S波):26%能量,在传播过程中,介质质点的振动方向与波的前进方向垂直,导致土体结构的破坏。特点:周期较长,振幅较大。纵波和横波统称为体波。对饱和土来说,剪切波是使土体加密的波。,第二节 强夯法加固的一般机理,(三)、强夯能量传递3)瑞利波
6、(R波,面波的一种):67%能量,只限于在地面附近传播的波,也就是体波经过地层界面多次反射形成的次生波。在夯击点附近引起地面隆起。特点:周期长,振幅大,只在地表附近传播,比体波衰减慢,能传播到很远的地方。对于位于或接近地面的地基土,瑞利波起到松动作用。,第二节 强夯法加固的一般机理,(四)、强夯加固机理 三种不同机理:动力密实、动力固结、动力置换,取决于地基土的类别和强夯施工工艺。共同特点:破坏土的天然结构,达到新的稳定状态。,第二节 强夯法加固的一般机理,(五)、动力密实机理1)适用情况:采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和的土,即基于动力密实机理。2)机理描述:即用冲击性动力荷载,使土中的孔
7、隙减少,土体密实,从而提高强度。非饱和土的夯击过程中,气相被挤出,土颗粒发生位移。,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理1)适用情况:采用强夯加固细粗颗粒饱和土,即基于动力固结机理。2)机理描述:即用巨大冲击能,破坏土体原有结构,使土体产生液化并产生裂隙,增加了排水通道使孔隙水逸出,待超静水孔压消散,土体固结,由于土的触变性其强度会得到提高。三个阶段:加载阶段、卸荷阶段、动力固结阶段,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理3)Menard动力固结机理解释:饱和土的压缩性:第四纪饱和土中含微气泡14%,强夯时:气泡体积缩小孔压增加气体膨胀孔隙水排出孔压减小液相气相气体减
8、少,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理3)Menard动力固结机理解释:产生液化:强夯作用气相趋近0土不可压缩孔压增加到上覆压力土体液化(液化压力对应“饱和能”)吸附水变为自由水土体强度降低到最小,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理3)Menard动力固结机理解释:渗透性变化:强夯作用孔压增加大于侧向应力土体出现裂缝形成排水通道水排出孔压减小裂隙闭合固结,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理3)Menard动力固结机理解释:触变恢复:强夯作用土体液化或接近液化强度降低吸附水变为自由水水从裂隙排出孔压消散土颗粒重新排列自由水变为吸附水土强度恢复并增长
9、,第二节 强夯法加固的一般机理,(六)、动力固结机理4)Menard动力固结模型:液体B:不可/可压缩/气体小孔D:不变/变直径/裂缝弹簧C:不变/变系数/强度增长活塞A:无/有摩擦/饱和能,第二节 强夯法加固的一般机理,(七)、动力置换机理 分为整体式和桩式置换。整体式置换类似换土垫层。桩式置换类似碎石桩(第四章),桩与桩间土组成复合地基。,第二节 强夯法加固的一般机理,设计内容包括:有效加固深度和范围、夯锤和落距、单位面积夯击能、最佳夯击能、夯点布置及间距、夯击击数及遍数、垫层铺设、间歇时间等。,第三节 强夯法加固设计,设计计算(一)有效加固深度1、含义:从起夯面算起,经强夯加固后,该土层
10、强度和变形指标满足设计要求的土层范围。2、公式:Mh 为单击夯击能3、H的影响因素 M、h、地基土的性质,第三节 强夯法加固设计,4、规范规定:强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估:,设计计算(一)有效加固深度,第三节 强夯法加固设计,设计计算(一)有效加固深度5、强夯置换墩:强夯置换墩的深度由土质条件决定,除厚层饱和粉土外,应穿透软土层,到达较硬土层上,深度不宜超过7m。,第三节 强夯法加固设计,设计计算(二)夯锤和落距1、总夯击能及单位夯击能概念:总夯击能Mh总夯击数 单位夯击能总夯击能/加固面积2、单位夯击能选择:地基土性、结构类型、荷载大
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