地基处理技术PPT课件

第5章强夯法（DynamicConsolidation）和强夯置换法（DynamicReplacement）5.1概述,强夯法是法国人L.梅纳（Menard，1969）首创的一种地基加固方法，即用100400kN的重锤从840m的高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10m以上。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。,夯锤起吊,夯锤起吊,15吨夯锤,25吨夯锤,40吨夯锤,夯锤下落,-,6,对于饱和粘性土地基，近年来发展了强夯置换法，这是利用夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基，在地基中形成碎石墩，并与墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。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要求不严的工程。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。,5.2加固机理,经强夯处理后地基的承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度达到10m以上。强夯法加固地基的机理，目前尚不完全清楚。一般认为强夯加固地基主要是由于强大的夯击能在地基中产生强烈的冲击波和动应力对土体作用的结果。,一般认为，强夯的结果导致在地基中沿深度通常形成性质不同的三个作用区。在地基表层受到界面波和剪切波的干扰形成松动区；在松动区下面某一深度，受到压缩波的的作用，使土层产生沉降和土体的压密，形成加固区；在加固区下面，冲击波逐渐衰减，不足以使土产生塑性变形，对地基不起加固作用，称为弹性区。,5.3饱和粘性土及非饱和土的强夯加固微观机理,5.3.1饱和粘性土5.3.2非饱和土5.3.3强夯置换法机理,5.4设计,一、强夯法1有效加固深度Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度式中H有效加固深度（m）；M夯锤质量（kN）；h落距（m）；由上式估算的有效加固深度较实测值大,可采用0.340.8的修正系数进行修正。,影响有效加固深度的因素除夯锤重和落距外，还有单击夯击能、夯击次数、锤底单位压力、地基土的性质、不同土层的厚度、埋藏顺序和地下水位等。对于同一类土，采用不同能量夯击时，其修正系数并不相同，采用确定的修正系数，并不能得到满意的结果。因此建筑地基处理技术规范JGJ792002不采用修正后的梅纳公式，而是采用了表格形式，建议了有效加固深度的取值范围。,2单击夯击能夯锤的平面一般有圆形和方形，又分气孔式和封闭式。锤底面积宜按土的性质确定，对砂性土一般为34m2，对粘性土不宜小于6m2。锤底静接地压力可取2540kPa。锤重一般为100400kN，落距为825m。对相同的夯击能量，常选用大落距方案，这样能获得较大的接地速度，将能量的大部分有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减小消耗在地表土层塑性变形的能量。,3最佳夯击能可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数关系来确定最佳夯击能。夯点的夯击次数，可按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并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：当单击夯击能小于4000kNm时为50mm；当单击夯击能为40006000kNm时为100mm；当单击夯击能大于6000kNm时为200mm。,（2）夯坑周围地面不应发生过大的隆起；（3）不因夯坑过深而发生提锤困难。4夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯两遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,5间歇时间两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于34周；对于渗透性好的地基可连续夯击。6夯击点布置夯击点一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯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。,7处理范围强夯处理范围应大于建（构）筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。8承载力确定强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定,初步设计时也可根据夯后原位测试和土工试验指标按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的有关规定确定。,二、强夯置换法1处理深度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。强夯置换锤底静接地压力可取100200kPa。2墩体材料墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30。,3夯击次数夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：（1）墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；（2）累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍；（3）最后两击的平均夯沉量不大于5.4.1节强夯法第3条最佳夯击能中的规定。,4墩位布置宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。墩间距应根据荷载大小和原土的承载力确定，当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。,5处理范围处理范围应大于基础范围。每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。6承载力确定确定软粘性土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。,5.5施工,强夯施工可按下列步骤进行：（1）清理并平整施工场地；（2）标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置；（4）测量夯前锤顶高程；（5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应即使将坑底整平。,（6）重复步骤5，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；（7）换夯点，重复步骤3至6，完成第一遍全部夯点的夯击；（8）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；（9）在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。,5.6质量检验,（1）强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。（2）强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基间隔时间可取28d。,（3）强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。,（4）对简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1，且不应少于3点。,思考题,（1）试述强夯法与重锤夯实法的区别。（2）强夯法适用于何种土类？强夯置换法适用于何种土类？（3）强夯法和强夯置换法设计包含哪些内容？（4）比较强夯法与强夯置换法的施工。（5）采用强夯法施工后，为什么对于不同的土质地基，进行质量检测的间隔时间不同？,第6章复合地基基本理论（TheoryofCompositeGround）6.1复合地基的定义与分类,经过地基处理形成的人工地基通常有三种型式：均质地基复合地基桩基,复合地基定义（compositeground，compositefoundation,compositesubgrade）是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。复合地基较天然地基的承载力提高，沉降减小。,复合地基分类,复合地基根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基两类。竖向增强体复合地基又称为桩体复合地基。复合地基根据增强体性质又可分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。,复合地基的基本特点,（1）加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质的和各向异性的。（2）在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。前一特征使它区别于均质地基，后一特征使它区别于桩基础。形成复合地基的条件是基体与增强体在荷载作用下，通过两者变形协调，共同分担荷载。,6.2复合地基的常用型式,复合地基常用型式分类如下：1增强体设置方向（1）竖向；（2）水平向；（3）斜向。,2增强体材料（1）土工合成材料；如土工格栅、土工织物等；（2）砂石桩；（3）石灰桩、水泥土桩等；（4）CFG桩和低强度混凝土桩等；（5）两种以上竖向增强体（多元复合地基）；（6）水平向和竖向增强体（桩网复合地基）。,3基础刚度和垫层设置（1）刚性基础，设垫层；（2）刚性基础不设垫层；（3）柔性基础，设垫层；（4）柔性基础不设垫层。4增强体长度（1）等长度；（2）不等长度（长短桩复合地基）。,由于增强体设置方向不同、增强体的材料组成差异、基础刚度以及垫层情况不同、增强体长度不一定相同，复合地基的形式非常复杂，要建立可适用于各种类型复合地基承载力和沉降计算的统一公式是困难的，或者说是不可能的。在进行复合地基设计时一定要因地制宜，不能盲目套用一般理论，应该以一般理论作指导，结合具体工程进行精心设计。,6.3复合地基的常用概念,1.复合地基面积置换率竖向增强体复合地基中，竖向增强体习惯上称为桩体，基体称为桩间土体。若桩体的横截面积为Ap，该桩体所承担的加固面积为Ae，则复合地基面积置换率的定义为,若桩体为圆形，直径为d，则对等边三角形布置、正方形布置和矩形布置的情形，复合地基面积置换率分别为：(等边三角形布置)(正方形布置)(长方形布置)上三式中，s为等边三角形布桩和正方形布桩时的桩间距，s1和s2为长方形布桩时的行间距和列间距。,2.复合地基桩土应力比对某一复合土体单元，在荷载作用下，假设桩顶应力为p，桩间土表面应为s，则桩土应力比为实际工程中，即使是单一桩型的复合地基，由于桩处在基础下的部位不同或桩距不同，桩土应力比也不同。将基础下桩的平均桩顶应力与桩间土平均应力之比定义为平均桩土应力比。,基础下的平均桩土应力比是反映桩土荷载分担的一个参数，当其他参数相同时，桩土应力比越大，桩承担的荷载占总荷载的百分比越大。此外，桩土应力比对某些桩型（例如碎石桩）也是复合地基的设计参数。一般情况下，桩土应力比与桩体材料、桩长、面积置换率有关。其他条件相同时，桩体材料刚度越大，桩土应力比越大；桩越长，桩土应力比越大；面积置换率越小，桩土应力比越大。,3.复合地基桩土荷载分担比复合地基桩土荷载分担比即桩与土分担荷载的比例。复合地基中桩土的荷载分担既可用桩土应力比表示，也可用桩土荷载分担比p、s表示：式中桩承担的荷载；桩间土承担的荷载；总荷载。,当平均面积置换率已知后，桩土荷载分担比和桩土应力比可以相互表示。当测得了桩土荷载分担比后，可求得桩顶平均应力桩间土平均应力为桩土应力比为上式为用桩土荷载分担比来表示桩土应力比的表达式。,4.复合模量复合模量表征复合土体抵抗变形的能力，数值上等于某一应力水平时复合地基应力与复合地基相对变形之比。通常复合模量可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示。计算式为式中桩体压缩模量；桩间土压缩模量；复合模量。,上式是在某些特定的理想条件下导出的，其条件为：（1）复合地基上的基础为绝对刚性；（2）桩端落在坚硬的土层上，即桩没有向下的刺入变形。上式的缺陷在于不能反映桩长的作用和桩端阻效应。,实际工程中，桩的模量直接测定比较困难。通过假定桩土模量比等于桩土应力比，采用复合地基承载力的提高系数计算复合模量。承载力提高系数由下式计算也是模量提高系数，复合土层的复合模量为,6.4竖向增强体复合地基承载力计算,竖向增强体复合地基承载力计算的两种思路：（1）分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，根据一定的原则叠加两部分得到复合地基的承载力。（2）将桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑，确定复合地基的极限承载力。,Pcf=K1k1mPpf+K2k2(1-m)Psf,Ppf桩体极限承载力，kPa；Psf天然地基极限承载力，kPa；K1反映复合地基中桩体实际极限承载力的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等因素有关，一般大于1.0；K2反映复合地基中桩间土实际极限承载力的修正系数，与地基土质情况、成桩方法等因素有关，可能大于1.0，也可能小于1.0；,k1复合地基破坏时，桩体发挥其极限强度的比例，也称为桩体极限强度发挥度；k2复合地基破坏时，桩间土发挥其极限强度的比例，也称为桩间土极限强度发挥度；m复合地基面积置换率，mAp/Ae,其中Ap为单桩截面积，Ae为单根桩加固面积。,采用第二种思路计算复合地基极限承载力是将桩体和桩间土组成的复合土体作为整体来考虑，常用稳定分析法计算。复合地基加固区土体强度指标可采用复合土体综合强度指标（由面积比计算）。,6.5水平向增强体复合地基承载力计算,水平向增强体复合地基主要包括在地基中铺设各种加筋材料，如土工织物、土工格栅等形成的复合地基。其工作性状与加筋体长度、强度、加筋层数以及加筋体与土体间的粘聚力和摩擦系数等有关。水平向增强体复合地基的破坏可具有多种形式，影响因素也很多。到目前为止，许多问题尚未完全搞清楚，水平向增强体复合地基的计算理论尚不成熟。,6.6复合地基沉降计算方法,复合地基沉降为加固区压缩量与加固区下卧层土体压缩量之和。（1）加固区压缩量可采用复合模量法、应力修正法和桩身压缩量法计算。（2）下卧层压缩量通常采用分层总和法计算。,加固区压缩量计算方法,（1）复合模量法将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量来评价复合土体的压缩性。式中第i层复合土层上附加应力增量；第i层复合土层的厚度。,（2）应力修正法在该法中，根据桩间土承担的荷载Ps和桩间土的压缩模量Es，忽略增强体的存在，采用分层总和法计算加固土层的压缩量s1,式中应力修正系数，n，m复合地基桩土应力比，面积置换率；