（岩土工程专业论文）高含水量粉土地基强夯法加固研究.pdf

摘要 强夯法近年来袭糟基处理工程上得到了广泛的应用，但对于强夯的机理，研 究工作仍然远远落后予工程实践，设计中强夯参数的确定也没有确切的方法，强 夯运用于高含水量粉土地基的工程实践也较少，理论不成熟，经验也不丰富。本 文在意萋人工传豹基臻l 上，以滞由深水港物滚鞠区强夯遮基加溪试验为王程鹜襞， 对高禽水量粉土地基强夯法加固的机理、土体的变化规律、强夯参数的选取、施 王工艺等避褥7 系统麴疆究，褥载了一些毒麓麴结论，胃爰予撂导工程实戥。本 文的主要研究内容有以下几点： l 、雏含前久理论豹基确上，挝穗了强夯法加弱饱；辩体的税邋，并盈褥出 了强夯加圃模式图，为研究者以后谶一步深入得研究作一铺热。 2 、通过强夯试验的现场监铡数据，研究了土体各参数的变仡规律，包括夯 沉量、土体隆起、土体侧向饿移、土体振幅、速度、加速度、孔隙水压力、体 强度簿。通过这些研究，对强夯加固高含水量粉土地撼有了比较全面深刻的认识。 3 、麸联论上鬟滋了强夯各参数鹣确定方法，毽瑟锤重、落距、锤底垂积、 单点最佳夯礴能、单点最佳夯击次数、停锤标准、夯点间距、间歇时间、有效加 蠢深度、欧璇秒标麓，为强夯设计掇供了一耱参考方法。 4 、提出了适合高含水量软弱地綦强夯法加固的新旌工工艺，并从理论上解 释了强夯中出现下部软弱主土冒的琢因。 关键词：高含水量、粉士、强夯、强夯机理、强夯参数、施工正艺 a b s t r a c t d y n a m i cc o m p a c t i o nm e t h o di so fw i d e - s p r e a da p p l i c a t i o ni ns o i lt r e a t m e n t d u r i n g t h er e 虻a n ty e a r s t h er e s e a r c ho nt h em e c h a n i s m l a g sb e h i n da p p u c a t i o ni nt h e e n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h e r e i s n 、d e f i n i t em e t h o do n c o n f i r m i n g t h e d y n a m i c c o m p a c t i o np a r a m e t e r i nd e s i g n t h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c ei sf e wo nt r e a t m e n to ft h e h i g hw a t e rc o n t e n ts i l t f o u n d a t i o nb yd y n a m i cc o m p a c t i o n ，t h em e c h a n i s mt h a t d y n a m i cc o m p a c t i o n m e t h o dt r e a tt h i sf o u n d a t i o ni sj u v e n i l i t ya n dt h ee x p e r i e n c eo f i t i si n d i g e n c e b a s e do nt h ef o r m e r s s t u d i e sa n dt h ee n g i n e e r i n gb a c k g r o u n do f d y n a m i cc o m p a c t i o ne x p e r i m e n t a t i o ny a n g s h a nd e e p w a t e r p o r t l o g i s t i c sp a r k ， p e n m a ns y s t e m a t a c i a l l yr e s e a r c ht h et r e a t m e n tm e c h a n i s m ，c h a n g e 搭犯o f t h es o 汪 c h o o s i n gd y n a m i cc o m p a c t i o np a r a m e t e r sa n d c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yw h e n i m p r o v e t h eh i g hw a t e rc o n t e n ts i l tf o u n d a t i o nb yd y n a m i cc o m p a c t i o n ，a n dg e ts o m eu s a b l e c o n c l u s i o n s t h e s ec o n c l u s i o n sm a yc o n d u c te n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h ef o l l o w i n g s t u d i e s 辩p r e s e n t e d i nt h i sp a p e r 1 b a s e do nt h ef o r m e r s s t u d i e s ，p u tf o r w a r dt h et r e a t m a n tm e c h a n i s mo ft r e a t i n g s a t u r a t e ds o i lb yd y n a m i cc o m p a c t i o n ，a n dr e c e i v et h es c h e m ac h a r to fd y n a m i c c o m p a c t i o nt r 龃t m c n t t h e s em a yb er e g a r d a s g r o u n d w o r ko fd e e p r e s e a r c h a f t e r w a r d 。 2 t h r o u g ht h es p o tm o n i t o r i n gd a t ao fd y n a m i cc o m p a c t i o ne x p e r i m e n t a t i o n ， s t u d yt h ec h a n g e m l eo ft h es o i lp a l l m e t e r s ，i n c l u d i n gt a m p i n gs e t t l e m e n t ，u p h e a v a l o fs o i l s i d ed i r e c t i o nd i s p l a c e m e n t ，s w i n g ，v e l o c i t y , a c c e l e r a t i o n ，p o r ew a t e rp r e s s u r e a n db e a r i n g p r e s s u r e o nf o u n d a t i o n 。t h o u g ht h e s er e s e a r c h e s ，c o m p r e h e n s i v e l y r e a l i z et oi m p r o v et h eh i g hw a t e rc o n t e n ts i l tf o u n d a t i o nb yd y n a m i cc o m p a c t i o n 3 。p a tf o r w a r dt h em e t h o do nc o n f o r m i n gt h ed y n a m i cc o m p a c t i o np a r a m e t e r s i n t h e o r y , i n c l u d i n gt a m p e rw e i g h t ，d r o ph e i g h t t a m p e rd i a m e t e r , o p t i m a lt a m p i n g e n e r g y , d r o pn u m b e r s ，班ds p a c i n g ，i n t e r m i s s i o nt i m e ，e f f e c t i v et r e a t m e n td e p t h ， f i l l i n ge l e v a t i o n s u p p l y r e f e r e n c em e t h o df o rd y n a m i cc o m p a c t i o nd e s i g n 4 l o d g en e wc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yt h a t 瓣f i tf o rt r e a th i g hw a t e rc o n t e n t w e a kf o u n d a t i o nb yd y n a m i cc o m p a c t i o nm e t h o d ，a n de x p l a i nt h er e a s o nt h a tl o w e r w e a ks o i lb e l c ho u t k e yw o r d s ：h i g hw a t e rc o n t e n t ，s i 】t ys o i l ，d y n a m i cc o m p a c t i o n ，d y n a m i cc o m p a c t i o n m e c h a n i s m ，d y n a m i cc o m p a c t i o np a r a m e t e r , c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 声明 本人郑重声明：本论文是在导拜的指导下，独立进行歪拜究工作所取 搿的成聚，撰写残碳 j 学位论文! 惠金丞量鉴鎏蕉强銮选翅国受 究”。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未 加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或未公开发表的成采。 奉声甥酶法律责任由本人零握。 学位论文 乍者签名：搀勃 2 0 0 4 年0 3 月0 1 基 高含水量粉土地赫强夯法加嗣研究同济大学申请硕士学位论文 第一章绪论 1 。1 问颟的提出 上海国际航运中心洋山深水港区同撼物流园区一期工程芦潮辅助隧空重箱 壤溺及道路涎位于长波下游的冲击平原置，工程范围内现为特种水产葬殖场，鱼 塘鳞次栉比，从上到下地基土为粉质粘土、粘质粉士、砂质粉土、粉细纱、淤泥 璜糖主，表缮麓粉骚糖校薄，浑度在l m 左右，柽耪葳精主下为缀簿( 厚度在 l o m 1 5 m ) 的饱和砂威粉土层，槠密中密，土质不均，局部粘粒含量商，较松 熬，嚣都砂魏囊，较密赛，经处瓒嚣是莛好瓣蘧辇，在深度1 6 m 黻下毒一簇。l 班 8 8 m 的淤泥质粘土层，不过该朦土较深，对处理腊的地基影响不大。天然地面 掭亵平均控2 。o 3 + 0 m ，陵域形成设计掭褒必3 7 5 m ， 乍业嚣设计赢程必4 5 m ， 通过回填砂料形成陆域，回填馘为河浜、照塘内，阐填前清除地表耕植土不小于 3 0 e r a ，以及塘渠内清淤约5 0 1 0 0 e m ，陆域回填砂料就是工稷附近的砂质粉土， 断于回填料楚通过欧填的方式欧入鱼塘、河浜中，该砂质粉土由于颗粒较细，渗 透性很低，试验前采用井点降水效果都不甚明显，该层土及下面的土的承载力都 j 醚低，远远这不到设计的要求，必须对该赢含水量瓣耪主遣麓蕊瑷处璃，由于该 工程在2 0 0 5 年1 0 月将投入使用，工期紧迫，必须选用合适的地基处理方法。 在软主蟪基匏签疆中方法缀多，包摇终农覆蓬滚、强夯法、痒嚣棱霆糗法、 水泥土搅拌法及几种方法的联含使用等等，但结合该工程的二i 二期、工程造价等各 方霞因素，逶过较分羲决定袋霜强夯法处理该裹鑫窳量款粉地基。 在过去的工程中，用强夯滋处理高含水量粉土地基的工稷实践很少，工程经 验不丰富，赝以本工程在大露捩强夯施工煎不得苓选定几个试验区遴行强夯试 验，本文就是结合该强夯试验对强夯法加固高含水最粉土地蕊作一研究。 1 2国内外研究现状 强夯法最早是由法国工瑕师梅纳( l m e n a r d ) 于1 9 6 9 年威用于加固法国嘎纳 ( c a n n e s ) 附近纳普尔( n a p o u l e ) 海湾采a v - 废士石溺地上，由于拟在诧类场地上 建造2 0 幢8 层建筑。该场地的工程地质情况是：波层4 8 m 为采石场奔土，以 第一章绪论 下1 5 m 2 0 m 为含高压缩性淤泥夹层的粉质粘土，再下面为泥灰岩。若采用桩基， 则桩所承担的新填土引起的负摩擦将占桩基承载力的6 0 7 0 ，十分不经济。 后用堆载预压，堆土5 ，载约l o o k p a 压力下，历时3 个月，沉降平均仅下沉2 0 c m ， 承载力仅提高3 0 ，加固效果不显著。之后l m e n a r d 提出了用锤重8 t ，落距 1 0 m 的强夯法进行夯击，在1 2 0 t m m 2 的能量下，地基下沉5 0 c m ，加上原来堆载 预压的2 0 c m ，总沉降7 0 c m 。在工程竣工后经检测，建筑物仅沉降i c m ，取得了 良好的效果。强夯法就这样在被发明后的第一次应用中就取得了成功。 1 9 7 0 年，l m e n a m d 在法国波尔姆一米莫萨( b o r m e s l e s - m i m o s a s ) 港口工地 上，用每击8 0 0 k n m 的能量夯实6 7 厚的由云母页岩组成的回填土获得成功。 于是这种夯实法被取名为“重夯法”。 1 9 7 1 年，l m e n a r d 又发现用这种重夯法加固透水性较差的饱和土和冲积土 也很有效。在随后的四年间，一共有近百项工程采用了重夯法加固地基，均取得 了良好的技术经济效果，于是正式将这种夯实方法定名为“动力固结法”( 法文 为c o n s o l i d a t i o nd y n a m i q u e ；英文为d y n a m i cc o n s o l i d a t i o n ) 。 到1 9 7 3 年底已有1 2 个国家在1 5 0 余项地基工程中采用动力固结法，处理 面积达1 4 0 多万平方米。到七十年代末，全世界已有2 0 多个国家，在奖金4 0 0 项工程中使用了这种方法，加固面积达8 0 0 万平方米。截止1 9 8 5 年底，用强夯 法加固的地基面积已超过3 0 0 0 万平方米。 日本从1 9 7 3 年开始引入强夯法，用于处理滨海回填土、冲积砂土，之后新 加坡、多米尼加共和国、孟加拉国、加蓬、卢旺达等国家也都使用动力固结法加 固地基获得成功。 我国从1 9 7 5 年起就在刊物上介绍动力固结法：1 9 7 8 年1 2 月，潘千里在建 筑结构上系统介绍了这项新技术，并称之为强力夯实法，简称强夯法，引起了 我国工程界的广泛关注。 1 9 7 8 年1 1 月1 9 7 9 年6 月，交通部一航局科研所及其协作单位在天津塘 沽新港三号公路软土地层上，首次进行了试验，锤重l o o k n ，落距1 3 m ，采用多 种”一起进行了观测，强夯效果尚好，又于1 9 7 9 年8 月至9 月在秦皇岛煤码头细 砂地基进行了试验并应用取得了成功。1 9 7 9 年4 月，在河北廊坊机械化研究所 宿舍和山西阳泉白羊墅铁路段，对轻亚粘士、粉细砂地基和厚层素填土地基进行 高含水量粉土地基强夯法加固研究 同济大学申请硕士学位论文 了强夯加固，取得了良好的处理效果，从此强夯法在我国推广开来，被广泛接受。 据统计到1 9 8 5 年我国已有百余项工程约5 0 多万平方米面积的地基采用了强夯法 加固地基。加固的主要目的为加速粘性土的圆结，提高地基承载力，减少沉降量， 增加砂土的密实度，消除砂土的振动液化，消除黄土的湿陷等。 随着工程的应用，国内外学者对强夯加固地基的理论研究在不断深入，在 1 9 7 4 年英国工程师学会召开的深基础会议上，m e n a r d 对强夯作了介绍，并出了 专册。1 9 7 5 年他发表了“动力固结法的理论与实践”。此后十年，在第九届、十 届和十届国际土力学和基础工程会议上以及世界各地区域性会议上和有关 杂志上都发表了不少关于强夯方面的论文，内容包括工程实践、室内研究、理论 分析。g a m b i n 在1 9 8 4 年第八届非洲地区土力学与基础工程会议上，发表了“十 年来的强夯法”的论文，在文中扼要的论述了强夯法的适用范围、原理、参数选 取以及强夯对环境的影响等。此文被认为是继l m e n a r d 在1 9 7 5 年论文之后带有 概括性的一篇文献。 我国学者也在近二十年对强夯的理论、技术等方面作了全面的研究，1 9 8 0 年9 月铁道部基建情报网在南宁召开强夯法加固的地基交流会，并出版了强夯 法加固地基经验交流会文件汇编；中国建筑学会地基基础学术委员会于1 9 8 0 年 1 1 月在西安召开地基处理学识会议，会上交流了强夯法经验，在出版的论文集 中收入强夯论文4 篇，论文内容已经涉及软土的加固与计算机分析的应力应变问 题；1 9 8 0 年5 月，山西建筑技术情报站出版山西强夯资料汇编收集了2 年 间山西近2 0 项工程总结的1 3 篇论文；1 9 8 3 年在武汉召开的第四届全国土力学 与基础工程会议上有关强夯的论文就达2 3 篇，此次论文涉及内容更广泛，包括 湿陷性黄土、土体微结构和新填土地基等。 1 9 8 9 年冶金工业部建筑研究总院编写了地基处理技术、强力夯实法与振 动水冲法，对强夯法加固地基的原理、强夯法加固地基的施工设计、施工管理、 地基加固效果检验作了详细的介绍。 1 9 9 1 年王成华评述了强夯加固地基深度估算方法，对加固深度的定义进行 了较为有益的探讨，对各种强夯加固深度的估算方法进行了详细的对比分析，认 为强夯地基加固深度估算的研究尚处于初步探索阶段，强夯加固机理有待深入探 讨，加固效果的本质有待正确评价。1 9 9 3 年张孔修、陈友文对强夯机理进行了 第一章绪论 初探，从马鞍山钢铁公司原料场强夯取得的成果推导出了一臻理论公忒，从能流 簸理褥壅夯毒下存效翅国深发与缝滚强度豹耱关基线，对夯羹下豹中遴力耱疰 移、夯坑大予夯锤、夯坑周围隆塌、夯点下方出现径向放射性裂隙、夯点最健中 心距簿祝理佟了分稀，僮分骄戳定豫分析免圭。汤磊、陈正汲运藩勰秘络分拆 研究了强夯加固的有效深度，并以湿陷性黄土为例介绍了它的建模方法和应用实 例。史光金等分祈了软弱地基强夯翔阐效采评价的研究现状，认为“围绕着强夯 加固效果的计算移检测这一熬要课题，已经舞展了多途径的广泛研究，但该谍题 尤其是预测性评价( 加固效果计算) 研究还远未获得令人满意的解答”。 王荨l 生余缨了农魁泵井点蹲承瓣强夯麴霆遮基约辕瓒终用，认必强夯期霾 软粘土地基的机理还不十分清楚，但井点降水对强夯加固吹填土有一定的辅助作 溺。蘩永琅、李勇谦躅 痰投蜜载穰蕊联合猿夯热爱对软土溺溪遗鏊透李亍了试验 研究，通过载福建首次应用的某工程现场试骚，得出采用塑料排水板分级堆填不 同材料惩载并联台强夯静静态动力颈压法蕊西含水量运7 0 以上酌软土遗萋， 只要合理确定施工参数和掌握施工工艺，是可以达到理想的加固效果的。 1 9 9 3 年浙江大擎王铁儒和张忠菌对杭州南星桥水厂水池杂填土进行了强夯 翅强试验礤突，论述了强夯设诗愚想、薤工技术及梭测效果，并对强夯枧理葶鞋适 用性作了探讨，取得了较好的效果。1 9 9 9 年9 月浙江大学崭土工程研究所博士 生罗鼹海竞袋了软弱遮基强夯与豢夯置换鸯| j 固效鬃诗算瓣薅论文，论文利 用前人的工襁实例和室内试验成果建立了强夯史的地面变形和加固效果与夯击 麓之间静穗笑关系，摄爨著定义了穗对热圈程度豹耩念，筑经验统计、叛静力稻 一维波动的角度对置换深度进行了研究，建立了置换深度与单点夯击能、锤径和 土的承载力之间的经验关系。 一般认为强夯特别适合予粗鬏粒非饱帮，含水量不大的杂填土与湿陷性 黄土，低饱和度粘性土与粉土也可采用，对于饱和粘性= i 二，如有工程经验或试验 辽明糖国毒效方可袋建。然露，对予较旗主，一般工程括准中部有爨确援定不透 ：直采用或不能采用，许多学者在早期都认为强夯不能使完全饱和细粒土尤其是淤 注凌糖主产生热霭。然瑟密予强夯法静篱镬经济瞧，围瘫辩学者还楚怼强夯应麓 于饱和软粘_ 二地基的研究产生了浓厚的兴趣。l m e n d a r d 等根据自己提出的动力 溺臻和j c 程嶷筏，认为强夯可应用予饱和较粘土稻冲浃积土中。疆p g a m b i n 认 4 高含水擞粉土地慕强夯法加网研究 同济大学申请硕士学位论文 为一魑带有杪夹层的粘性土中也可用强夯法加固，但效果不是很好。郑颖人等通 遘工程实浅认为强夯法翅强较糖主趣蘩，只要方法遗台，氇自这至l 预期静热潮效 果，比如改蛰地基土体的排水条件、能量由4 , n 大施加、少击多遍等施工工蕊。 李彰绢等在深堋市宝蜜区一道路路基躯遗基处理中，采角强夯法对蓐4 陆瀚淤 泥质粘土地基进行处理，先设置水平与竖向排水体，后填土1 5 1 8 m 进行两遍 低能级点夯，再填土0 4 1 2 m 迸彳亍两遍高能级的点夯，同时指出，低夯击能作 用下，一般嚣要8 天戏更长的时闯游散强夯弓l 起的越我涨水嫒力，蔼裹能级佟愿 下至少需要1 0 天以一e 的消散时间。丘建金、王发国等在成功地用动力排水阐结 法凳褒瞧器软鞭趣基工程矮，遣试必在稳巍较糙嘹海强夯与堆载颓压法结台 使用，只要邋当地使用夯能、表面铺设一定厚度的填以及设置良好的排水体， 确胃敷褥预期静效采。尽管翔魏，更多学者还是 l 蒌囱予诀兔锪移软鹣主特鬟楚淤 泥质土中，强夯不宣使用。第十届土力学与纂础工程学会会议中m i t c h i l l _ 在地 基处瑷发矮水平报裔中认为嘏和秸链土中豹强夯效浆并不确定，能够成功取决于 土的结构破坏、巾裂隙的形成秘孔隙水能否排啦，当体中土颗粒粮径 d 0 0 3 5 珊占2 5 以上时不宜采用。u s m o l t c z y k 在第八属欧洲土力学及藏础 工程学术讨论会主毂深瑟趣圈摄告审疆出强夯只逢熙予塑蠖撵数j 。 8 的土体属于不透水土，不透水土处于高饱和度时强夯法不宣使用。 这些瓷糕窝经验豹取褥曳强夯菠寒鹣苓叛毅逡窝理论酝究箍供了宝爨资 料。强夯法融被纳入国家建筑地基处理技术规范( j g j 7 8 9 1 ) ，成为我国地基 处蘧虢重要方法之一。 通过前面的介绍，不媳发现强夯法加固商含水甓粉土地基的研究很少，理 论不成熟，工程经验谗不丰富，因此本文试灏以洋山深水港强夯遗赫加固试验工 程为背景对强夯加蹦赢含水鬣粉土地基的务方匿做一定的研究，为今后的理论研 究和工程实践提供一点参考。 1 3本文的主要工作 本文怒融洋l i 深水港物流园区芦潮辅骂i j 作业箧魄墓加强试验为背景开恶研 5 第一章绪论 究工作，利用前人的研究成果及强夯实践中所取得的大量数据，进行分析研究， 主要研究内容为： 1 、在前人研究的理论基础上，迸一步研究强夯法加固饱和土体的机理； 2 、通过本次强夯试验，研究强夯法加固高含水量粉土地基的可行性； 3 、通过强夯试验现场监测数据，研究了夯沉量与夯击次数的关系、强夯时 夯坑周围土体的隆起情况以及有效夯实系数与夯击次数的关系； 4 、研究高含水量粉土地基强夯时地基不同深度超孔隙水压力的增长、消散 规律，以及超孔隙水压力沿深度的变化规律； 5 、研究了强夯时试验区外土体的水平位移、地表隆起，以及距夯点不同距 离的土体振幅、速度、加速度的变化规律，从而确定出强夯的安全距离； 6 、通过对强夯后地基的各种检测，并与强夯试验前的数据相比较，研究在 高含水量粉土地基中强夯法加固的效果； 7 、系统研究强夯施工时各种参数的选取，确定出各种参数选取的方法； 8 、研究在高含水量软弱地基中强夯加固的新施工工艺； 6 高含水量粉土地基强夯法加固研究 同济大学申请硕士学位论文 第二章强夯法加固机理的研究 2 1 强夯法加固的优点 强夯法处理地基所用的设备简单，原理直观，实用范围广泛，而且加固加固 速度快，效果好，投资省，是当前最经济而简便的地基加固方法之一，其主要优 点有： l 、实用范围广：可用于砂类土、般粘性土、湿陷性黄土、人工填土以及 难以用一般地基加固方法处理的抛石和工业垃圾等组成的杂填土；从工程应用上 可加固工业厂房、民用建筑、交通工程、港口码头、大型堆场、设备基础等。 2 、加固效果显著：经强夯法加固后的地基土土质与加固前相比，可降低含 水量和孔隙比，提高土的压缩模量，增加场地的均匀性，消除湿陷性、膨胀性， 防止振动液化，从而提高土层的承载力。 3 、有效加固深度大：8 0 0 0 k n m 高能级单层强夯处理深度达1 2 m ；多层强 夯处理深度可达2 4 5 4 m 。一般能量强夯处理深度在6 8 m 。一般经强夯后的地 基在夯后即可直接投入使用。 4 、节省材料：强夯工艺无需建筑材料，节省了建筑材料的购置、运输、制 作、打入等费用，除消耗少量油料外，没有其他消耗，因此工艺价格低廉，其加 固费用与目前在使用的桩基、换土、注浆等处理方法比较，其价格较为便宜。 5 、加固费用低：强夯处理价格低廉，如北京乙烯工程，挤密碎石桩方案造 价2 0 0 元2 以上，强夯仅2 5 元m 2 ：茂名三十万吨乙烯工程回填地基，原来用分 层碾压，没有达到应有的加固效果，如果用挤密碎石桩，加固费用为2 5 0 元舻 以上，强夯处理仅需3 0 5 0 元m 2 ，且加固效果更好，工期大大缩短。 6 、施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机，当起吊能力有限时，可 辅以龙门式起落架或其它设施加上自动脱钩装置。当机械设备困难时，还可因 地制宜地采用打桩机、龙门吊、桅杆等简易设备。 7 、施工快捷；只要工艺适合，强夯时由于无需材料的制作，其施：1 ：周期最 短，特别时对粗颗粒非饱和土的周期更短，一般比挤密碎石桩、分层碾压、直接 采用灌注桩等方案更为快捷，因此间接经济效益更为显著，更令建设单位感兴趣。 由于强夯技术具有上述优点，因而在我国得到迅速推广。特别是国家七五、 7 第二章强夯涟加同机珊的研究 八五期间，多项重大工程项闰，由于采用强夯技术而大大缩缀了施工周期，节省 了哥联魏王程投资，取褥了良好麓经济与巷念羧莛。掭季完金统计奔文簸记鼗 的) ，阑家八溢期间垒国重大工程项目地基处迥中，采用强夯技术的就达3 0 0 万 f 戳上。 2 2 强夯涪加固的机理 辫瞳垮许多学考辩疆雾麓露遗綦麓硗瑷终了器寨，l 醚黜鹾、辩激、黝嚣c 鏊散 l e o n 、k o n a i d s 、钱家欢、商宏兴、张永钧、潘千里、阪口舣等从不同角度避行 了大鬃麴舔究。一方巍由予强夯翻露瀚瓤建；籍常复杂，覆嚣蓊疆夯靛爽践笈袋又 很快，强夯桃理和设计理论仍有许多食混不清的地方，理论避远落磁予实践，； 另一方面由予体有德和、非饱和土、砂憨土、精惟土之势，土体韵结构 弘于 变万纯，露瓣麓位学誊对强夯翱藿枧援的认谈瞧存攫诲多的分歧。健爨归结越来 主要魑从宏观上和微观上对戳夯加瞄机理进行解释，主要包括动力尉结理论、动 力萋按理谂、震魂浚箍密理论、霆体徽褒学瑗论遥耱。 2 。1 1 魂蠢图结避论 对予魄嬲的糕谯，在转绞蟾太沙基静力霪缝理论中，认戈它在瞬时麓载鲍 作用下，由于渗透性低，孔隙水无法在瞬间排除，因而被看作是不w 压缩体。 a ( a ) 太沙基模型 ，动力龋储模型 圈2 1 太沙基模穗与动力嗣结横爨对讫强 g 爨媲基娃爨带璎) 强夯法加固地旗的创始入l m e n a r d 根据饱和糯性土经强夯后瞬时产生数十 高含水量粉土地基强夯法加周研究 同济大学申请硕士学位论文 厘米的沉降这一事实，认为饱和土是可以压缩的，并提出了一个新的动力固结模 型，与传统的太沙基静力固结模型比较，其不同点如图2 1 和表2 1 所示。 动力固结理论认为： 1 、饱和土的压缩性 由于土中有机物的分解，土中总存在一些微小气泡，土颗粒之间的孔隙水也 有孔隙可压缩，其体积占整个体积的1 3 ，最多可达4 。实行强夯时，气体 体积压缩，孔隙水压力增大，产生超孔隙水压力，随后气体有所膨胀，孔隙水排 出，孔隙水压力减少，固相体积始终不变。这样，每夯击一次，液相体积就有所 减少，气相体积也有所减少，这是于太沙基静力固结理论的不同之处。 表2 1 动力周结模型与静力固结模型的比较 太沙基静力固结模型m e n a r d 动力周结模型 a 、不可压缩的液体f l 、有少量气泡的可压缩液体 b 、弹簧为定刚度b 、弹簧为不定刚度土体的压缩模量在各阶 c 、固结时排出液体的孔径不变段不断变化 d 、无摩擦活塞c 、固结时排出液体的孔径是变化的，土体在 排气、液化阶段的渗透性与夯前大不相同 d 、有摩擦活塞孔隙水压力的消散及气相体 积的膨胀均滞后于冲击力 2 、土体液化 七体沉降与夯击能成正比，当夯击能达到一定程度时，即当气体的体积百分 比接近于零时，土质具有不可压缩性，此界限称为饱和能。夯击能达到饱和能时， 土体产生液化，吸附水变成了自由水，土的强度降到最小值。一旦达到饱和能的 瞬间，就可i 能再强夯，否则对于士体固结不利，因为夯击能过大，土体固结条件 遭到破坏，孔隙水反而不易排出，土体强度降低后难以恢复。 3 、可变的渗透系数 当夯击能达到饱和能时，孔隙水压力上升到与蛏向应力相等，夯击停止后， 孔隙水压力迅速消散。如果仍实用夯击前土的渗透系数，就无法解释孔隙水压力 何以能如此迅速消散。所以m e n a r d 认为，再很人夯击能作用下，土中出现很大 第二章强夯法加固机理的研究 的应力和冲击波，致使地基内部出现裂隙，形成树枝状排水阿络。强夯时土体局 部滚健，窝这一溪瓣豹藐豫农篷等予悲匿力产生麴麓孔豫求惩力，绥主鬏粒之润 出现裂隙，形成排水通道，土的渗透性陡增。当孔隙水压力消散，达到小于土颗 粒之闷静横向压力辩，裂豫闭合，中的承运动又恢复常态。 4 、触变恢复 从试验中可知，在夯实进行中的土的抗翦强度明最降低，当土体液化或接近 液化时，挠剪强度为零或最小，吸瞪农变成黩由求。当孔隙水压力瀵激，的挠 剪强度和变形模量大幅度地增长，土体颗粒之间的按触更加紧密，新的吸附水层 逐濒强定，这藏是其蠢鲢交瞧豹栽特性，皴变性与主矮释炎套缓大豹关系，有 的恢复很快，有的恢艇得非常缓慢。土体在触变恢复过程中，对振动是十分敏感 豹，掰滢强夯效果煞检测工伟宣在鸯嚣4 s 蕊进嚣。 以上即怒m e n a r d 提出的新的固缩理论，大量的试验实例数据袭明他的理论 是正确的。m e n a r d 瀚结理论中提到的饱和土夯击过程中土威力的变化及体渗 透系数的变化可由g o d e c k e 的试验结果证实，g o d e e k e 曾在室内模拟饱和粘性土 的强夯试验，通过试验他认为强夯盾粘性土产生贯穿性裂隙，这时土的渗透 e 层 滚，渗透速发v 呈擞物线形； v = k “ ( 2 1 ) 戏中k 渗透系数； 册指数值，粘性土取4 ，粉土取2 ，缨砂土取l ； f _ 一水力梯发 巍 望往遥过实测数握分掇，试为强夯詹滤霹骏糕主熬渗逶蛙缝合上述公式。 钱学德通过秦皇岛细砂地基的研究认为，强夯孔压消散计算中的渗透系数不 是露：薤，鼹该缨移蟪纂 未= ( 2 一鼯弦 ( 2 2 ) 式中 k l 孑l 压刚拜始消散时的渗透系数； f 时问( s ) 对予l 键霉 主，蠢本静蔽叠怒- 藩对夯实主捧整一蘧辇遨绪模式辫，毽谈隽遗 基土可分为四层：第一层，程夯坑底以上，是受扰动的松弛隆胀区；第二层，土 1 0 高含水墩粉土地基强夯法加周研究 同济大学申请顽士学位论文 中应力超过地基土的极限强度，固结程度最高；第三层，土中应力在土的极限强 度释麓菱蓬之润，是鞠结效聚迅速下降熬区域；第瑟瑟，圭中瘟力奁主靛届菠赛 限内，基本没有固结。 上述强务遗墓加阑理论落可鞋献有效应为原理采解释： 对于非饱和土： 盯；盯+ + 耻。+ z 幽，一村。) ( 2 3 ) v = v 。+ v 。+ v ， ( 2 - 4 ) 其中，拶、仃、嚣。、搓，、善分别是总威力、鸯效应力、空气愿力、裂隙拳 压力、饱和度系数；v 、v 。、v 。、v 。分别为土体体积、土体中空气体积、土体中 水体积、土粮体积。 警o 盯，或仃 g - ) ，c 为振动影响区( 仃 盯，) ，d 为强夯松动区 图2 4 强夯处理地基加固模式图 小于土的极限强度盯，而大于土的弹性极限吁，即图中的b 区，该区土可能被 破坏，但未被充分压实，或仪被破坏而未被压实，测试中可表现为与夯前比干密 高含水娥粉土地撼强夯法加吲研究同济大学申请硕士学位论文 度有小量增长或不增长。其它力学原位测试可表现为数据波动( 增长、下降或不 变) ，蔽遣霹称必破黪翻弱菠。毒予麓痰力遴大子蒙漾j 二懿錾重应力，凌赢主袭 侧向挤出时，坑侧土猩侧向分力的作用下将隆起，形成被破坏区，这就是图中的 d 区。夯坑越深，土溺稍二内聚力越大，瓣被韵主压力邈大，不易酸坏隧起，反 之易隆起。c 区表示地基土朱有变化。 1 9 高含水量粉土地基强夯法加固研究 同济大学申请硕士学位论文 第三章工程背景及试验方案的确定 3 1 工程概况 上海国际航运中心洋山深水港区同盛物流园区一期工程芦潮辅助区空重箱 堆场及道路区，拟建区位于规划的沪芦高速公路西侧，东海大桥登陆点附近的围 垦滩地上，距洋山深水港区3 2 公里的口岸查验区西侧，宽度为1 6 8 m ，纵深为 9 6 9 5 m ，占地面积约为1 6 3 万m 2 。工程范围内现为特种水产养殖场，鱼塘鳞次 栉比，天然地面标高平均在2 0 3 o m ，陆域形成设计标高为3 7 5 m ，作业区设 计高程为4 5 m ，通过网填砂料形成陆域，回填区为河浜、鱼塘内，回填前清除 地表耕植土不小于3 0 c m ，以及塘渠内清淤约5 0 l o o c m ，陆域回填砂料取至海 港新城区近岸海域区的粉细砂，回填砂经整平后达到陆域形成设计标高，经试验 颗粒分析得出该回填砂实际上为砂质粉土。 在地基处理过程中，对场区的地质条件作了深入的分析，从地基处理可行性、 工期要求、工程造价等方面进行了多方案的比较，最后决定采用强夯法和振动碾 压法处理该场区的地基。 3 2 工程地质条件 根据上海国际航运中心同盛物流园区岩土工程勘察报告( 2 0 0 3 年2 月) 揭露，本工程勘探范围内的土层按地质时代、成因类型、埋藏深度、空间分布发 育规律、物理力学性质指标及其工程地质特征，划分为7 个地质层、1 2 个亚层， 各地基土层特征分述如下： l 素填土：湿饱和，可塑偏软，以粉质粘土为主，夹粘质粉土，含较 多植物根茎，局部粉土含量较高，该层普遍分布于勘探区内，厚度为0 5 2 5 m ，在鱼塘和河浜处缺失。 2 浜填土：饱和松散，土性以粉质粘土夹粉土或粉砂为主，含腐植物和 大量有机质，勘探区内分布极少。 2 1 粉质粘土：饱和，软塑可塑偏软，土质不均，夹粉砂薄层，局部粉 土含量较高，在鱼塘和河浜处缺失或部分缺失，与2 粘质粉土呈相变关系， 厚度在0 6 2 4 m 。 2 1 第三章工程背景及试验方案的确定 2 粘质粉土：饱和，松散，局部近稍密状，夹粘性土薄层，局部砂陛重， 分布不稳定，在鱼塘和河浜处缺失或部分确失，与1 粉质粘土层相变关系，厚 度0 7 2 2 m 。 逗泊砂质粉土：饱和，稍密中密，土质不均，局部粘粒含量高，较松散， 局部砂性重，较密实，勘探区内均有分布，分布稳定，厚度在1 1 5 1 4 7 m ，标 贯击数一般为8 1 9 击。 3 - t 粉质粘土夹粉砂：软塑可塑偏软，局部粉土含量高，以透镜体零新 星分布于3 层内，厚度一般较薄，标贯击数一般为4 5 击。 淤泥质粘土：饱和流塑，土质均匀，为高压缩性软弱土层，在拟建区广 泛存在，标高在一1 0 6 6 1 2 6 2 m ，厚度4 i 8 8 m ，分布较稳定。但该层含水量 高，孔隙比平均在1 0 1 2 以上，承载力低，压缩性高，属于本工程较软弱地基 层。 粘土夹粉砂：饱和，软塑，勘探区内均有分布，局部含较多粉砂团或粉 粒，厚度1 3 4 2 m 。 粉质粘土：饱和，可塑便硬硬塑，偶含少量腐植物或夹粉土薄层，该 层除口岸服务区东南角缺失，其它区域均有分布，厚度为3 5 4 o m 。 1 1 砂质粉土：饱和，中密，夹少量粘性土薄层，该层除口岸服务区东南 角缺失，其它区域均有分布，厚度为2 8 3 5 m 。 1 - 2 粉砂：饱和，密实，该土层在勘探区内广泛存在，厚度较大，一般为 1 4 5 1 6 o m ，标贯击数为3 5 5 0 击。 2 粉细砂：饱和，密实，该土层在勘探区内广泛存在，己揭示厚度为1 o 4 o m 。 3 3 强夯地基加固试验目的 针对本工程场地地质条件、陆域形成和工艺使用要求，大面积强夯加固前需 着手解决以下问题： ( 1 ) 各区域的生产功能、工艺荷载状况均不相同，相应对地基承载力和沉降 变形控制要求亦不同，本 ：程区域表层地质不均匀，根据陆域形成方案，拟建场 区分为回填区和开挖区，通过强夯法能否提高地基承载力、减少不均匀沉降，达 到地基加固的设训要求； 2 2 壹鱼查苎塑兰垫垩塑查鎏垫塑堕窒 旦鲨查堂皇堕堡主兰堡垒苎 ( 2 ) 软粘土地基上采用强夯工艺能否有效抑制孔隙水压力的提高，加速孔隙 水压力的消散，确保不出现橡皮土，以达到设计预期效果，应通过试验确定强夯 夯击能量、夯击击数和控制标准； 针对以上问题，本工程需要通过现场强夯试验进行论证，寻找最佳的强夯设 计参数、资料和施工经验，从而指导本工程大面积的地基加固。 3 4 设计要求 根据设计院的要求，本次强夯地基加固后要达到以下要求： i 、交工标高为3 7 5 m ； 2 、均有效加固深度不小于6 m ； 3 、在使用荷载作用下残余沉降量： 高强混凝土联锁块堆场区小于5 0 e m ； 现浇混凝土道路面层区小于3 0 c m 4 、在使用荷载作用下差异沉降量小于0 5 - 1 ； 5 、强夯加固后地基承载力达到1 6 0 1 8 0 k p a 以上； 3 5 强夯试验区介绍 本次强夯试验分为c 、d 、e 三个区域，夯c 区和夯d 区位于原鱼塘的两个 端头( 原鱼塘的大小为2 5 0 m x 5 0 r e ) ，夯e 区位于鱼塘的中央，三个试验区的大小 分别为：4 8 m 4 8 m 、3 0 m x 3 0 m 和3 0 m 3 0 m ，其表层都吹填了l m 2 m 的砂( 室 内试验颗粒分析后确定为砂质粉土) ，由于吹填砂质粉土含水量很高，承载力低， 无法在其上进行强夯施工，因此在强夯施工前在吹填砂质粉土上面铺设了一层 7 0 e r a 厚不同碎石含量的山皮土垫层，其碎石含量分别为：6 0 、3 0 和4 5 ， 三个试验区选用相同的强夯试验参数，具体参数见后面的表格。 3 6 强夯试验监测方案 3 6 1 监测项目及仪器 考虑到该工程的进度和试验费用，在该试验中只对以下项目进行监测，具体 监测项目、使用的监测仪器见表3 1 ： 第三章工程背景及试验方案的确定 表3 1 监测项目及仪器一览表 监测项目使用仪器精度量程系统误差 日本t o p c o ng t s 一3 0 1 d 地表水平位移监测2 ”( 2 + 2 p p m * d ) 经纬仪 瑞士w i l dn a 2 型精密 地表垂直位移监测0 7 毫米 自动安平水准仪 深层土体水平位移美国s i n c o 公司双向 6 毫米 5 3 。 监测倾斜仪 2 5 米 深层土体垂直位移英国s o i l 公司磁性分 4 0 米1 毫米 监测层沉降仪 孔隙水压力监测 孔隙水压力计、读数仪 2 0 3 0 5 m p a 地下水位监测s w j 一9 0 水位仪 美国b l a s t m a t ei i 型 动力效应监测 测振仪 根据试验区块不同的测试重点和实际需要，三个试验区并不是所有的监测 项目都有。具体监测项目见表3 2 。 表3 2 各试验区监测项目一览表 监测项目夯c 区夯d 区 夯e 区 地表沉降 孔隙水压力 地下水位 试验区外深层土体水平位移 试验区外地表位移 深层土体垂直位移( 分层沉降) 动力效应j 随测 2 4 商台水量粉土地基强夯法加固研究 同济大学申请硕士学位论文 舞癸，在强夯j 妻程中，连详缨记录强夯试验豹工况霸一些参数，毽摇夯锤重 量、锤底面积、夯击遍数、夯点位鼹、每击下沉量、每个夯点的夯击次数、每遍 夯涛的下流量、总下沉量、每遍夯密的闯黼时闻等等，这照工玩和参数的详细记 录肖利于试验的数据分析，以便褥出合理的、最镁豹施工参数，确保工程安全、 顺利地完成。 3 6 2 测点数量、布置及监测频率 合理豹布置溢测点在簸溺工手簪中是j # 常重要的。在该试验中，为了得溺强夯 对周围环境的整体影响效果，把测点布置_ 谯几个集中的点上；为了更加直观的反 映强夯效聚，测点大部分都布置程试验区内，在施工过程中要特别注意铡点的保 护；必了鲻强夯对周围锩的影晚，在试验区终遵柱置了几个测点；为了便于分 析祷监测数据之间的关系，得出更合理的试验结论，在同一地方应谶行多种监测。 兔了褥蘩竞整鹃强夯试验靛数据，霞予分援冀翅霾效聚，确定袋睦施王参数， 施工监测工作应伴随强夯试验的擞个过程，即夯击第一锤歼始到夯宪后变形基本 结束，毳缝基本滔散韵蕤个遘程，每个试骚区静工麓均按5 0 天诗算。这整要说 明一点，下面提出的监测频率和蠛测次数怒一般情况下的臆测频率和次数，具体 韵靛测频率和次数应根器实际情凝加以调攘。 1 、体的分屡沉降、深层铡肉位