水利工程地基处理-强夯.ppt
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1、合肥工业大学合肥工业大学土木与水利工程学院土木与水利工程学院赵 静地基处理Ground Treatment第三章第三章 强夯法强夯法 Dynanlic Compaction,Dynamic Consolidation概概 述述 是是一一种种将将几几十十吨吨(最最大大200t)的的重重锤锤,从从几几十十米米(最最大大40m)的高处自由落下,对土进行的高处自由落下,对土进行强力夯击强力夯击的方法。的方法。这这是是在在重重锤锤夯夯实实法法(起起重重机机将将夯夯锤锤提提到到一一定定高高度度自自由由下下落落,锤锤重重1.53t,落落距距为为2.54.5m)的的基基础础上上发发展展起起来来的的,但但其其加
2、加固固机机理理又又与与重重锤锤夯夯实实法法不不一一样样,是是一一种地基处理的新方法。有效加固深度种地基处理的新方法。有效加固深度510m。强夯置换强夯置换(碎石)形成(碎石)形成复合地基复合地基(深(深37m)。)。第三章第三章 强夯法强夯法 D Dynanlic Compactionynanlic Compaction,Dynamic ConsolidationDynamic Consolidation第一节第一节 概述概述1 1、强夯法、强夯法(Dynanlic Compaction,Dynamic Consolidation)强强夯夯是是法法国国Menard技技术术公公司司于于1969年
3、年首首创创的的一一种种地地基基加加固固方方法法,通通过过1040t的的重重锤锤和和1040m的的落落距距,对对地地基基土土施施加加很很大大的的冲冲击击能能。我我国国1978年年在在天天津津新新港港进行了试验。进行了试验。在在地地基基土土中中所所出出现现的的冲冲击击波波和和动动应应力力,可可提提高高地地基基土土的的强强度度、降降低低压压缩缩性性、改改善善砂砂土土的的抗抗液液化化条条件件、消消除除湿湿陷陷性性黄黄土土的的湿湿陷陷性性等等。同同时时,夯夯击击能能还还可可提提高高土土层的层的均匀程度均匀程度,减少将来可能出现的,减少将来可能出现的差异沉降差异沉降。第三章第三章 强夯法强夯法 D Dyn
4、anlic Compactionynanlic Compaction,Dynamic ConsolidationDynamic Consolidation2 2、强夯置换、强夯置换(Dynamic Replacenlent)强强夯夯置置换换法法是是采采用用在在夯夯坑坑内内回回填填块块石石、碎碎石石等等粗粗颗颗粒粒材材料料,用用夯夯锤锤夯夯击击形形成成连连续续的的强强夯夯置置换换墩墩,也也即即砂砂石桩石桩与与软土软土的的复合地基复合地基。也也称称为为动动力力置置换换、强强夯夯挤挤淤淤。具具有有加加固固效效果果显显著著、施工工期短和施工费用低等优点。施工工期短和施工费用低等优点。第一节第一节 概述
5、概述3 3、适用范围、适用范围(建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范JGJ79-2002JGJ79-2002)强强夯夯法法适适用用于于处处理理碎碎石石土土、砂砂土土、低低饱饱和和度度的的粉粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。等地基。强强夯夯置置换换法法适适用用于于高高饱饱和和度度的的粉粉土土与与软软塑塑流流塑塑的粘性土的粘性土等地基上对等地基上对变形控制要求不严变形控制要求不严的工程。的工程。第一节第一节 概述概述4 4、应用情况、应用情况 应应用用强强夯夯法法和和强强夯夯置置换换法法处处理理的的工工程程范范围围极极为为广广泛泛,有有工工业
6、业与与民民用用建建筑筑、仓仓库库、油油罐罐、储储仓仓、公公路路和和铁铁路路路基、飞机场跑道及码头等。路基、飞机场跑道及码头等。强强夯夯法法在在某某种种程程度度上上比比机机械械的的、化化学学的的和和其其它它力力学学的加固方法更为广泛和有效。的加固方法更为广泛和有效。第一节第一节 概述概述(一)、现状(一)、现状 理论落后于实践理论落后于实践,已有结论如下:,已有结论如下:1 1)对对于于非非饱饱和和土土:压压密密过过程程基基本本上上同同实实验验室室中中的的击击实实法相同。法相同。2 2)对对于于饱饱和和无无粘粘性性土土:可可能能会会产产生生液液化化,其其压压密密过过程程同爆破和振动压密的过程相似
7、。同爆破和振动压密的过程相似。3 3)对对于于饱饱和和细细颗颗粒粒土土:成成功功和和失失败败的的例例子子均均有有,需需要要破破坏坏土土的的结结构构,产产生生超超孔孔隙隙水水压压力力以以及及通通过过裂裂隙隙形形成成排水通道,孔隙水压消散,土体才会压密。排水通道,孔隙水压消散,土体才会压密。4 4)对于杂填土:)对于杂填土:特别有效(密实作用)。特别有效(密实作用)。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(二)(二)、加固机理研究思路、加固机理研究思路1 1)应分宏观和微观:)应分宏观和微观:宏观体现、微观机理宏观体现、微观机理2 2)应分饱和土和非饱和土:)应分饱和土和非饱和土:
8、饱和土的超静孔压饱和土的超静孔压3 3)应分粘性土和非粘性土:)应分粘性土和非粘性土:渗透性不同渗透性不同4 4)研研究究夯夯击击能能量量的的传传递递:真真正正用用于于加加固固地地基基的的能能量量及及如何加固如何加固第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(三)(三)、强夯能量传递、强夯能量传递1 1)压压缩缩波波(纵纵波波,P P波波):7%能能量量,在在传传播播过过程程中中,介介质质质质点点的的振振动动方方向向与与波波的的前前进进方方向向一一致致,又又称称为为疏疏密密波波。使使土土体体受受拉拉或或受受压压,瞬瞬间间引引起起孔孔隙隙水水压压力力增增大大。特点:周期短,振幅小。特
9、点:周期短,振幅小。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(三)(三)、强夯能量传递、强夯能量传递2 2)剪剪切切波波(横横波波,S S波波):26%能能量量,在在传传播播过过程程中中,介介质质质质点点的的振振动动方方向向与与波波的的前前进进方方向向垂垂直直,导导致致土土体体结构的破坏结构的破坏。特点:周期较长,振幅较大。特点:周期较长,振幅较大。纵波和横波统称为纵波和横波统称为体波体波。对饱和土来说,对饱和土来说,剪切波剪切波是使是使土体加密土体加密的波。的波。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(三)(三)、强夯能量传递、强夯能量传递3 3)瑞瑞利利波波(
10、R R波波,面面波波的的一一种种):67%能能量量,只只限限于于在在地地面面附附近近传传播播的的波波,也也就就是是体体波波经经过过地地层层界界面面多多次次反反射射形形成成的的次次生生波波。在在夯夯击击点点附附近近引引起起地地面面隆隆起起。特特点点:周周期期长长,振振幅幅大大,只只在在地地表表附附近近传传播播,比比体体波波衰衰减慢,能传播到很远的地方。减慢,能传播到很远的地方。对对于于位位于于或或接接近近地地面面的的地地基基土土,瑞瑞利利波波起起到到松松动动作用作用。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(四)(四)、强夯加固机理、强夯加固机理 三三种种不不同同机机理理:动动力力
11、密密实实、动动力力固固结结、动动力力置置换换,取决于地基土的类别和强夯施工工艺。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。共共同同特特点点:破破坏坏土土的的天天然然结结构构,达达到到新新的的稳稳定定状状态。态。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(五)(五)、动力密实机理、动力密实机理1 1)适用情况:)适用情况:采用强夯加固采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和多孔隙、粗颗粒、非饱和的土的土,即基于动力密实机理。,即基于动力密实机理。2 2)机理描述:)机理描述:即即用冲击性动力荷载,使土中的用冲击性动力荷载,使土中的孔隙减孔隙减少少,土体密实,从而提高强度。非饱和土的夯击过程,土体密
12、实,从而提高强度。非饱和土的夯击过程中,中,气相被挤出气相被挤出,土,土颗粒发生位移颗粒发生位移。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理1 1)适适用用情情况况:采采用用强强夯夯加加固固细细粗粗颗颗粒粒饱饱和和土土,即即基基于于动力固结机理。动力固结机理。2 2)机机理理描描述述:即即用用巨巨大大冲冲击击能能,破破坏坏土土体体原原有有结结构构,使使土土体体产产生生液液化化并并产产生生裂裂隙隙,增增加加了了排排水水通通道道使使孔孔隙隙水水逸逸出出,待待超超静静水水孔孔压压消消散散,土土体体固固结结,由由于于土土的的触触变性变性其强度会得到提
13、高。其强度会得到提高。三个阶段:加载阶段、卸荷阶段、动力固结阶段三个阶段:加载阶段、卸荷阶段、动力固结阶段第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理3 3)MenardMenard动力固结机理解释:动力固结机理解释:饱和土的压缩性:饱和土的压缩性:第第四四纪纪饱饱和和土土中中含含微微气气泡泡14%,强强夯夯时时:气气泡泡体体积积缩缩小小孔孔压压增增加加气气体体膨膨胀胀孔孔隙隙水水排排出出孔孔压压减减小小液相气相气体减少液相气相气体减少 第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理3 3)Men
14、ardMenard动力固结机理解释:动力固结机理解释:产生液化:产生液化:强强夯夯作作用用气气相相趋趋近近0土土不不可可压压缩缩孔孔压压增增加加到到上上覆覆压压力力土土体体液液化化(液液化化压压力力对对应应“饱饱和和能能”)吸附水变为自由水吸附水变为自由水土体强度降低到最小土体强度降低到最小 第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理3 3)MenardMenard动力固结机理解释:动力固结机理解释:渗透性变化:渗透性变化:强强夯夯作作用用孔孔压压增增加加大大于于侧侧向向应应力力土土体体出出现现裂裂缝缝形成排水通道形成排水通道水排出孔压减小水
15、排出孔压减小裂隙闭合裂隙闭合固结固结第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理3 3)MenardMenard动力固结机理解释:动力固结机理解释:触变恢复触变恢复:强强夯夯作作用用土土体体液液化化或或接接近近液液化化强强度度降降低低吸吸附附水水变变为为自自由由水水水水从从裂裂隙隙排排出出孔孔压压消消散散土土颗颗粒粒重重新新排列排列自由水变为吸附水自由水变为吸附水土强度恢复并增长土强度恢复并增长第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(六)(六)、动力固结机理、动力固结机理4 4)MenardMenard动力固结模型:动力固结模型
16、:液体液体B:不可不可/可可压缩压缩/气体气体小孔小孔D:不变不变/变变直径直径/裂缝裂缝弹簧弹簧C:不变不变/变变系数系数/强度增长强度增长活塞活塞A:无无/有有摩擦摩擦/饱和能饱和能第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理(七)(七)、动力置换机理、动力置换机理 分为分为整体式整体式和和桩式置换桩式置换。整体式置换类似整体式置换类似换土垫层换土垫层。桩桩式式置置换换类类似似碎碎石石桩桩(第第四四章章),桩桩与与桩桩间间土土组组成成复合地基复合地基。第二节第二节 强夯法加固的一般机理强夯法加固的一般机理设设计计内内容容包包括括:有有效效加加固固深深度度和和范范围围、夯夯锤锤和和
17、落落距距、单单位位面面积积夯夯击击能能、最最佳佳夯夯击击能能、夯夯点点布布置置及及间间距距、夯夯击击数及遍数、垫层铺设、间歇时间等。击击数及遍数、垫层铺设、间歇时间等。第三节第三节 强夯法加固设计强夯法加固设计设计计算设计计算(一)有效加固深度(一)有效加固深度1 1、含义:、含义:从从起起夯夯面面算算起起,经经强强夯夯加加固固后后,该该土土层层强强度度和和变变形指标满足设计要求的土层范围。形指标满足设计要求的土层范围。2 2、公式:、公式:Mh 为单击夯击能为单击夯击能3 3、H H的影响因素的影响因素 M、h、地基土的性质、地基土的性质第三节第三节 强夯法加固设计强夯法加固设计4 4、规范
18、规定:、规范规定:强强夯夯法法的的有有效效加加固固深深度度应应根根据据现现场场试试夯夯或或当当地地经经验验确确定定。在在缺缺少少试试验验资资料料或或经经验验时时可可按按下表预估:下表预估:设计计算设计计算(一)有效加固深度(一)有效加固深度第三节第三节 强夯法加固设计强夯法加固设计设计计算设计计算(一)有效加固深度(一)有效加固深度5 5、强夯置换墩:、强夯置换墩:强强夯夯置置换换墩墩的的深深度度由由土土质质条条件件决决定定,除除厚厚层层饱饱和和粉粉土土外外,应应穿穿透透软软土土层层,到到达达较较硬硬土土层层上上,深深度度不不宜宜超过超过7m。第三节第三节 强夯法加固设计强夯法加固设计设计计算
19、设计计算(二)夯锤和落距(二)夯锤和落距1 1、总夯击能及单位夯击能概念:、总夯击能及单位夯击能概念:总夯击能总夯击能Mh总夯击数总夯击数 单位夯击能总夯击能单位夯击能总夯击能/加固面积加固面积2 2、单位夯击能选择:、单位夯击能选择:地地基基土土性性、结结构构类类型型、荷荷载载大大小小、需需处处理理深深度度等等,如饱和粘性土地基如饱和粘性土地基第三节第三节 强夯法加固设计强夯法加固设计设计计算设计计算(二)夯锤和落距(二)夯锤和落距3 3、夯锤重量和型式:、夯锤重量和型式:夯锤重:夯锤重:101025t25t,最大,最大40t40t 夯夯锤锤底底面面:圆圆形形、方方形形,底底面面设设置置气气
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