强夯法的原理及适用范围..ppt

强夯法的原理及适用范围 主讲人 张力霆 教授 石家庄铁道大学 地基处理 概念强夯是法国梅那 Menard 技术公司于1969年首创的一种地基加固方法 国际上称动力压实法或动力固结法 它通过一般8 30t的重锤 最重可达200t 和8 20m的落距 最高可达40m 反复对地基土施加很大的冲击能 一般能量为1000 8000kN m 在地基土中所产生的冲击波和动应力 可提高地基土的强度 降低土的压缩性 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 强夯与强夯置换法 强夯国内发展四个阶段 1 自引进到80年代初 约8年 强夯能级比较小 一般仅为1000kN m 处理深度5m左右 以处理浅层人工填土为主 2 80年代初到90年代初 本阶段兴建国家重点工程山西化肥厂 为了消除黄土地基的湿陷性 化工部组织开发了6250kN m能级强夯 使有效处理深度提高到了10m左右 3 90年代初到2002年 本阶段以兴建国家重点工程三门峡火力发电厂为契机 成功开发了8000kN m能级强夯 使强夯消除黄土湿陷性的深度达到15m 4 2002年底至今 强夯工程最高应用能级已经达到10000kN m 为了更进一步扩大强夯的应用范围 在强夯技术的基础上 还形成了强夯置换和柱锤冲扩等新技术 1 强夯法的加固原理 夯锤自由下落产生巨大的强夯冲击能量 在土中产生很大的应力和冲击波 使土中孔隙压缩 土体局部液化 夯击点周围一定深度内的土体产生裂隙形成良好的排水通道 使土中的孔隙水 气 溢出 土体得到固结 从而降低土的压缩性 提高地基承载力 据资料显示 经过强夯的粘性土 其承载力可增加100 300 粉砂可增加400 砂土可增加200 400 地基处理 1 密实作用 强夯产生的冲击波作用破坏了土体的原有结构 改变了土体中各类孔隙的分布状态以及相对含量 使土体得到密实 但是 由于强夯作用 土体中也出现了以微气泡形式存在的封闭气体 其含量约为1 4 实测资料表明 夯击使孔隙水和气体的体积减少 土体得到密实 地基处理 强夯法的原理及适用范围 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 土体中的孔隙减小 土体变得密实 1 2 3 2 局部液化作用 在夯锤反复作用下 饱和土中将引起很大的超孔隙水压力 随着夯击次数的增加 超孔隙水压力也不断提高 致使土中有效应力减少 当土中某点的超孔隙水压力等于上覆的土压力时 土中的有效应力完全消失 土的抗剪强度降为零 土体达到局部液化 地基处理 3 固结作用 强夯时在地基中产生的超孔隙水压力大于土粒间的侧向压力时 土粒间会出现裂隙 形成排水通道 增大土的渗透性 孔隙水得以顺利排出 加速了土的固结 强夯法的原理及适用范围 渗透性变化 超孔压u大于颗粒间的侧向压力时 致使土颗粒间出现裂隙 形成排水通道 此时 土的渗透系数骤增 孔隙水得以顺利排出 孔压消散到小于颗粒间的侧向压力时 裂隙即自行闭合 地基处理 强夯法的原理及适用范围 4 触变恢复作用 经过一定时间后 由于土颗粒重新紧密接触 自由水又重新被土颗粒吸附而变成结合水 土体又恢复并达到更高的强度 即饱和软土的触变恢复作用 地基处理 强夯法的原理及适用范围 触变恢复 饱和粘性土在夯击作用下 土体的强度逐渐降低 当出现液化或接近液化时 强度达到最低值 此时土体产生裂隙 而吸附水部分变成自由水 随着时间孔压的消散 土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长 地基处理 5 置换作用 利用强夯的冲击力 强行将砂 碎石 石块等挤填到饱和软土层中 置换原饱和软土 形成桩柱或密实砂 石层 与此同时 该密实砂石层还可作为下卧软弱土的良好排水通道 加速下卧层土的排水固结 从而使地基承载力提高 沉降减小 强夯法的原理及适用范围 强夯置换类型 整式置换 采用强夯将碎石整体挤入淤泥中 作用机理类似于换土垫层 桩式置换 通过强夯将碎石填筑到土体中 部分碎石桩 或墩 间隔地夯入软土 形成桩式或墩式的碎石墩或桩 其作用机理类似于振冲