强夯法地基处理效果的实例分析研究.doc

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1、T 785717同济大学申请工程硕士学位论文强夯法地基处理效果的实例分析研究培养单位：同济大学 工程领域：建筑与土木工程 研究生：唐水清 导 师：叶观宝教 授 副导师：罗兰英研究员高工 年级：2000级同济大学土木工程学院2005 9上海强夯法地基处理效果的实例分析研究摘 要本文总结了国内外强夯法地基处理的研究成果，综述了强夯设 计、试验、施工、检验等内容，对不同地质条件下的强夯处理效果进 行了分析研究，从实测和理论研究方面对强夯法的应用条件、加固机 理及其规律进行了较为深入的研究。本文主要包括以下几方面的内 容：1.具体介绍郑州军用飞机场、连云港专家村、郑州铝厂大型水 池等强夯工程实例的地基

2、土特性；2具体介绍强夯法处理软弱粘性土、块碎石、湿陷性黄土等工 程实例的试验、监测、检测过程和强夯后的地基处理效果；1. 在实例基础上，对不同地基土条件下的加固效果进行分析研2. 通过总结分析，得出强夯施工参数和地基土特性对有效加固 深度、地基土强度变化规律、地表变形、固结特性等的影响程度，为 类似工程提供借鉴和指导作用。【关键词】强夯法；地基处理；不同地基土；加固效果School of Civil Engineering, Tongji UniversitySeptember, 2005, ShanghaiA Dissertation Subjected to Tongji Universi

3、ty for Engineering Master DegreeAnalysis on the Examples of Foundation Treatmentwith Dynamic CompactionThis dissertation summarizes the research achievements of foundation treatment with dynamic compaction method in the world, analyzes the design, experiment, construction, test of subsoils treated w

4、ith dynamic compaction, and explores the dynamic compaction effect in dijfiferent geological conditions. Tt has deeply researched on the application situations, improvement mechanism and rule of dynamic compaction in test and academic aspects. There are several aspects included in this dissertation:

5、1. Introduce the characteristic of foundation soils in Zhengzhou warplane-airport, Lianyungang experts village and the large-scale pool in Zhengzhou aluminum factory;2. Introduce the processes of experiment, monitoring? examination and the dynamic compaction effect on the soft clay, gravel and colla

6、psible loess;3. On the base of the examples, analyze and research the improvement effect under different soil conditions;4. Summarize the examples to make a conclusion about influence of the dynamic compaction construction parameters and the characteristic of foundation soils on effective reinforcem

7、ent depth, Strength variation of foundation soils ground deformation and consolidation characteristics. It can be used as instruction guide for other projects.Key words: Dynamic compaction method; Foundation treatment; Differentfoundation soils; Improvement Effect关于学位论文的著作权声明论文目：“强夯法地某处理效果的实例分析研究1)

8、本论文作者及指导教师共同声明，本论文成果属于职务丁作成果，成果归同济大学、本论 文作者和指导教师共有：本论文作者和指导教师依据本论文成杲发表论文、申报奖项和专利 等，必须以适当形式注明该成果为同济大学所有。2) 本论文作者声明：0本论文全部成果均为本人和指导教师合作研究取得，本人和指导教师都有权使用本 成果学术内容 间隔地穷入软土中，形成桩式(或墩 式)的碎石墩(或桩)。其怍用机理类似于振冲法等形成的碎石桩.它主要是 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。 2强夯法设计 2. 2. i有效加固深度有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果

9、的 重要参数。一般可按下列公式估算有效加固深度：H =aSTJ(式 2-1)式中：ff有效加固深度(ni):M穷锤重（t);h一落距(m);系数，须根据所处理地基土的性质而定，对软土可取0.5, 对黄土可取0. 340. 50。目前，国内外尚无关于有效加固深度的确切定义，应当可理解为：经强 夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计工程要求的土层范围。实际上影响有效加固深度的因素很多，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。在缺少经验或试验资料时，可

10、按表2-1预估。*)b)图2-2 动力置换类型 a)整式置换b)桩式置换强夯的有效加固深度(m)表2-1单击夯击能 kN碎石土、砂土 等粗赖粒土粉土，粘性土湿陷性黄土 等细颗粒土10005. 06. 04.05. 020006_0 7,05. 06030007.0 8+06.0 7.040008. 0丨07. 08- 050009.09.58.08. 560009. 510.08. 59. 0800010.010, 59.09_ 5注；强夯的有突k加固深度应从起夯面算起。2. 2. 2夯锤和落距单击夯击能为夯锤重A/与落距A的乘积。一般说夯击时最好锤重和落距 大，则单击能量大，夯击击数少，穷击

11、遍数也相应减少，加固效杲和技术经 济较好在一般情况下，单击劳击对粗颗粒土可取10003000kN*m/m2,对 细颗粒土可取15004000kN.m/m2。整个加固场地的总夯击能童(即锤重X落距X总夯击数)除以加固面积 称为单位夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、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。但对饱和粘性土所需的能童不能一次施加，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，两遍间可间歜一 段时间，这样可逐步增加土的强度降低土的压缩性。在设计中，根据霈要加固的深度初步确定采用的单击穷击能，然后再根 据机具条件因地制宜地确

12、定锤重和落距。夯锤确定后，根据要求的单点夯击能童，就能确定夯锤的落距。国内通 常采用的落距是825m。对相同的夯击能童，常选用大落距的施工方案，这 是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深 处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。2. 2. 3夯击点布置及间距(1)夯击点布置强夯夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角 形、等腰三角形或正方形布置D同时夯击点布置时应考虑施工时吊机的行走 通道。强劳处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度 宜为设计处理深度的1/22/3,

13、并不宜小于3n。对大面积基础宣采用正方形插挡法布置，这样可使孔隙水压力的消散有 充足的时间，不易形成弹簧土，采用这种布置法，效果良好。对条形基础可采用点线插挡法布置，采用这种方法施工的速度快、造价 低。以上两种方法中最后一遍夯完后，要用普穷(或满夯、排穷)法解决最后 遍两穷点间的松散表层土，其能量可为前几遍的1/31/4。对柱基可采用点夯法夯击，采用这种方法施工的速度快、效果好、造价 低.对砂性土和强夯挤淤可采用排夯法加固(锤印彼此搭接200300mn)。设计时如遇需要加固深度较大，由于穷击能量可能受到限制或整层厚度 较大而能量在该层消耗较多，可能达不到加固要求，这时可采用二次夯击 即先在某一

14、较低标高上穷完后，再回填到设计标高进行第二次穷击，效果对 比如表2-2所示。上港九区集装箱码头堆场一次夯与二次夯效果对比表2-2位置B区(一次夯A区(二次夯）标高+5.80+3.00+5.80+3* 00沉降(06402501148758载荷试验地基土承载力 (kPa)205344442453有效加固深度(B)10 1214 16(2)夯击点间距强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍， 第二遍穷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穷击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。夯 击点间距(夯距)的确定，般根据地基土的性质和要求处理的深度而定，

15、以 保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原 则。2. 2. 4劳击击数与遍数1、夯击击数强夯夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯 沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：1) 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能量小于 4000狀.m时为50咖；当夯击能为40006000 kN m时为100mm;当夯击能 大于 6000 kN，m 时为 200_;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。国内确定夯击击数的方法有所不同f有的是以孔隙水压力达到液化压力 为准则；有的是以最后一击的穷沉量达某一数值为限值：也有的是以上、

16、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应 使土体竖向压缩最大，而側向位移最小为原则，一般为410击。如国内外 般每穷点夯击520击，上海一般为510根据土层厚度、表层情况及使用要求的不同，凡软弱土盾厚度大、表层上较硬或使用荷载较大时，可 用大值。2、夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。一般 情况下可采用18遍，对于粗颗粒土夯击遍数可少些，而对于细颗粒土则 夯击遍数要求多些。最后一遍是以低能量“普夯”（满夯、排夯)即锤印彼此搭接夯击来进行。 2. 2. 5垫层铺设强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设 备；并便于对所施工的“穷击能

17、”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表 面的距离，因此有时必需铺设垫层对场地地下水位埋深在2n深度以下的 砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较髙的饱和粘性 土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯， 否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条 件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也 可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52. to。铺设的垫层不能含有粘土。设置垫层的作用有三方面原因：（一）必须具有一层能支承起重设备的 稍硬表层；（二）垫层能对所施加的夯击能得到扩散，使夯击能向深度方向 传递；（三）增加

18、垫层可加大地下水位与地表面的距离，以免夯击后形成“橡 皮土2. 2. 6间歇时间Page 7 of 71同济大学工程硕士学位论文各遍间的间敢时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对 砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有24min， 故对渗透性较大的砂性土，两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续穷击。 对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当穷击能逐渐增加时，孔隙水压力 亦相应地畳加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为24周. 目前国内有些工程在粘性土地基的现场埋设了袋装砂井(或塑料排水带)，以 便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。有时根据施工流水顺序先后，两

19、 遍夯间也能达到连续夯击的目的。强夯法设计的参数颇多，但如应用得当，即使在软土地区加固仍能取得 效果。如崇明军用机场场道地基对强夯加固采用了多项措施：（一）增加塑 料排水板，改善土体的排水条件；（二）增加遍数，减少每遍击数；（三）逐 步增加能量，从表层土至深层土逐层加固；（四）考虑时间效应，保证有足 够的时间。最后质量检验结果满足了设计预期要求。又如某机场在修建过程中，对软粘土质的地基采用强夯处理屡遭失败， 郑颖人等将区域性土理论研究成果用于指导施工，采用“先轻后重，逐级加 能，少击多遍，逐层加固”的地基施工工艺，取得了成功。2.3强夯法的施工西欧国家所用的起重设备大多为大吨位的履带式起重机，

20、稳定性好，行 走方便；最近日本采用轮胎式起重机进行强夯作业，亦取得了满意结果；国 外除使用现成的履带吊外，还制造了常用的三足架和轮胎式强夯机，用于起 吊40t夯锤，落距可达40m,国外所用臞带吊都是大吨位的吊机,通常在100t 以上。由于100t吊机，其卷扬机能力只有20t左右，如果穷击工艺采用单 缆锤击法，则lt的吊机最大只能起吊20t的夯锤。我国绝大多数强夯工 程只具备小吨位起重机的施工条件，所以只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自 动脱钩的装置，使锤形成自由落体。拉动脱钩器的钢丝绳，其一端拴在粧架 的盘上，以钢丝绳的长短控制穷锤的落距，夯锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩 提升到要求的高度时，张紧的钢

21、丝绳将脱钩器的伸臂拉转一个角度，致使夯 锤突然下落。有时为防止起重臂在较大的仰角下突然释重而有可能发生后 倾，可在通带起重机的臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止 落锤时机架傾覆。自动脱钩装置应具有足够的强度，且施工时要求灵活。夯锤的设计制造也取得积极进展，一体夯锤、分体组合式夯锤、强夯置 换专用夯锤在设计上形成系列，能满足各种能级、土质、处理深度和处理目 的的要求。一般国内夯锤可取1025U夯锤材质最好用铸钢，也可采用钢 板为外壳内灌混凝土制作穷锤。夯锤的平面一般为圆形，夯锤中设置若千个 上下贯通的气孔，？L径可取250300m，它可减小起吊夯锤时的吸力(在上 海金山石油化工厂的试

22、验工程中测出，穷键的吸力达三倍播重)；又可减少 夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静力 值可取2540kPa,对砂性土和碎石填土，一般锤底面积为24m2;对一般 第四纪粘性土建议用34m2;对于淤泥质土建议采用46m2:对于黄土建议 采用4.55. 5m2。同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土， 高宽比可采用1:2. 51:2. 8。强夯施工时产生的强烈的振动，当这种振动对临近建筑物或设备产生有 害影响时，应采取隔振措施-为了减少强穷振动的影响，常在夯区周围设置 隔振沟。在闹市、人口聚集区或临近场地己有重要设备、厂房时，一般设计 不采用强夯法加固地基。第

23、三章郑州军用场强夯处理软弱粘性土实例分析研究 3.1场地的工程地质条件及地基土特性不同的工程地质条件和地基土特性具有不同的强夯设计施工参数，对强 夯的参数的选择具有重要作用，甚至决定强夯法处理地基的成敗，故必须对 其详细查明。以下详细郑州军用场场地的地基土特性：郑州东部地匡主要为黄河泛滥形成的冲洪积地层，地势平坦，上部地层 以粉土和粉质粘土为主，地下水位较高，存在软弱夹层。对迁建郑州空军永 备II级战斗机场的场地工程地质条件进行勘察后在强夯可能影响深度范围 的地基土的特性叙述如下：第-1层素填土（0):灰黄色，成分以粉土为主，局部含粘性土团块，上部含植物根系和小虫孔，分布于鱼塘塘埂，系挖塘筑填

24、形成，松散，干稍湿。PelOof 71同济大学工程硕士学位论文第层粉土（a01#):褐黄色，含云母碎片，针状孔隙发育，稍有砂感。 稍密，稍湿湿，第-2层粉质粘土（仏浅灰色夹大量褐黄色斑块、灰黑色，粉 粒含量髙，局部为粉土。软塑。呈透镜体分布于层中。第层粉砂（gr#):褐黄色，含少量粘土团块，局部夹薄层粉土。稍 密，湿。第-1层粉土：褐黄色，粘粒含量高或夹薄层粉质粘土。稍密，湿。 第-2层粉土：褐黄色，砂感强，周部夹薄层粉质粘土或薄层粉砂，含 少量枯土或粉砂团块。稍密，湿。第层粉质粘土（Qfw):局部为粘土，夹薄层粉土可塑软塑。 第层粉土（04i+#):灰色褐灰色，局部相变为粉砂。稍密中密。第层

25、粉质粘土或粘土（0广灰黑色灰色，夹棕黄、蓝灰斑块。 软塑可塑。第-1层粉土浅灰色，有砂感或夹薄层砂，局部地段表现 为粉砂.稍密中密。为第层过渡层，透镜体分布第层中细砂（仏1):灰色褐黄色，成分长石石英为主，分选性中 等，上部主要为粉细砂，下部主要为中西砂。中密密实。第层中砂（仏#):褐黄色，成分长石石英为主，中间夹薄层粉土含 少量卵石，分选性中等，局部表现为细砂，杂硬塑状粘性土团块=密实a以 下各层为第四系上更新统冲洪积层（00)的粉土、粉质粘土等。各土层厚度、层底标高、埋深见表3-1。各土层的物理力学性质指标见表3-2-1、3-2-2。各土层厚度、及埋深等一览表表3-1厚度（)层底标高（m)

26、埋深（!)层号最最平最最平最最平小大均小大均小大均值值值值值值值值值-10.401.801.1085.1087.8686.640.401.80L100. 404.801.8381.7787.0784.900.805.902. 07-20. 40L800.8482.2186. 5584.181.403. 702.720.705.803,5079.3985.2481.282.308. 205.7210. 703.102. 1480. 5582. 0781.344. 306. 705.16-21，104.002.3680,3183.8682. 743.007. 804,250. 7011.305.

27、1269.8082. 2975.894,0016.9012. 08(IH0.504* 001. 1574.0882. 6877.954, 5012. 608,940.504.502.0669* 7376. 4874, 249.5018. 3012*670. 405.902.4068,5878.7172. 428. 5018.9014.53-11.007. 402.9065. 9078.3271.378. 6020. 0015. 483.509,206.0660, 5370.0765.1716.9027.5022.269. 7014. 2012. 5350.8352. 0351.2835. 13

28、7. 2036.60Page 13 of 71物理力学指标分层统计表表3-2-1层号含水量W%比重Gs重度干重度饱和度液限塑限塑性液性直剪压缩试验及y孔隙比eSrWlwP指数指数CO3. IhD.2Eso. 1-0.2土名kN/nt3%hIIkPa度MPa-1MPa-1最小值25. 02. 7018.014.20. 8207926.017.58.50.7231. 722.00. 173.95素填最大值27.62.7218.914.80.9109129, 319. 110,20. 9332,226.00.1610- 72土平均值26. 12. 7118.514,70, 8448427.718,3

29、9,40. 823L923.5a 307.21最小值13. 02. 6917.813.80.6365823.716.56*30, 14I12. 70.092. 55粉最大值33*92, 7120. 416.50*95110032.922.910.91.571935.80.4619.25土平均值25*52, 7019.215,20.7759027,618.88. 90. 791225,60. 1811.07-2最小值14.62.7017. 113. 60. 7997323.416.37. 11114.00. 132.61粉质最大值32.42.7419.415. 10. 99210044. 125

30、.418. 74824.50. 496.07粘土平均值27. 32.7218.614.60.8559435. 821.314.52619.60. 354. 63最小值11* 12. 6617.414.30.46065224.20.015. 60粉最大值29. 52. 7021.218. 4a 8691001936,50.2021,24砂平均21. 32.6819.716. 20. 66188729.70. 1115. 28-2最小值20. 72. 6828.514.30. 6188625.318.15,70. 15522.00. 085.80粉最大值31.62.7120.416.90.8891

31、0032.618,813,80. 981829,00.2819. 87土平均值25.22. 7019.515.60. 7409228.118,59,30 651325.00. 1711.87最小值19. 12. 6917.411.90. 5788321.915t76,20.04X2.20.082.05粉质最大值44. 12. 752. e17, 1h 19410051.827.625,31* 136431.00. 9414. 45粘土平均值29.22. 7319.314,90. 8349636.221. 314.90. 572415. 70.415.11-1最小值22.32* 7018.814.90. 6598325. 517,06.90, 36115. 70. 092. 58粉最大值29. 12. 7020.216. 30. 80610031.221.810*21.091629. 50. 6819.80土平均值25.82. 7019.515.50.7459328.019. i8. 90. 751023, 30.2510.39同济大学工程硕士学位论文物理力学指标分层统计表表3-2-2层号及土名含水量Vf%比重Gs重度V干重度Yd孔隙比e饱和度Sr%液限%塑限wP%塑性指数IP液性指数II直剪压缩试验CkPa度a, 1-0.2MPa1