土力学课件--地基处理.pptx

1第第9 9章章 重点内容重点内容1.1.软土的物理力学性质及其工程特性软土的物理力学性质及其工程特性2.2.各种地基处理方法的基本原理各种地基处理方法的基本原理2第第9 9章章 软弱土地基处理软弱土地基处理第第1 1节节 概述概述第第2 2节节 夯实法及碾压法夯实法及碾压法第第3 3节节 换土垫层法换土垫层法第第4 4节节 排水固结预压法排水固结预压法第第5 5节节 挤密法和振冲法挤密法和振冲法第第6 6节节 强夯法强夯法第第7 7节节 深层搅拌法深层搅拌法第第8 8节节 高压喷射注浆法高压喷射注浆法3第第1 1节节 概概 述述 软弱土软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为成的地基称为软弱土地基软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。特有的工程性质。4 软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。积，经生物化学作用下形成的软弱土。物物理理力力学学特特性性软软土土的的天然孔隙比大天然孔隙比大：e1天然含水率高天然含水率高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高具有明显的流变性具有明显的流变性5淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土工工程程特特性性软软土土地地基基的的地基承载力低地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长建筑物沉降历时长 流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。和体应变仍随时间而增长的现象。6 地基处理的目的地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度等。强度等。n(1).(1).提高地基土的抗剪强度提高地基土的抗剪强度n地基承载力、土压力及人工和自然边坡的稳定性，地基承载力、土压力及人工和自然边坡的稳定性，均主要取决于土的抗剪强度。因此，为了防止土体均主要取决于土的抗剪强度。因此，为了防止土体剪切破坏，就需要采取一定措施，提高和增加地基剪切破坏，就需要采取一定措施，提高和增加地基土的抗剪强度。土的抗剪强度。7n(2).(2).改善地基土的压缩性改善地基土的压缩性n建筑物超过允许值的倾斜、差异沉降将影建筑物超过允许值的倾斜、差异沉降将影响建筑物的正常使用甚至危及到建筑物的响建筑物的正常使用甚至危及到建筑物的安全性。地基土的压缩模量等指标是反映安全性。地基土的压缩模量等指标是反映其压缩性的重要指标，通过地基处理，可其压缩性的重要指标，通过地基处理，可改善地基土的压缩模量等压缩性指标，减改善地基土的压缩模量等压缩性指标，减少建筑物沉降和不均匀沉降。另外也可防少建筑物沉降和不均匀沉降。另外也可防止土体侧向流动（塑性流动）产生的剪切止土体侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是地基处理的目的之一。变形，也是地基处理的目的之一。8n(3).(3).改善地基土的渗透特性改善地基土的渗透特性n地下水在地基土中运动时，将引起堤坝等地下水在地基土中运动时，将引起堤坝等地基的渗漏现象；基坑开挖过程中，因土地基的渗漏现象；基坑开挖过程中，因土层夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌；层夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌；这些都会造成地基承载力下降、沉降加大这些都会造成地基承载力下降、沉降加大和边坡失稳，而渗漏、流砂和管涌等现象和边坡失稳，而渗漏、流砂和管涌等现象均与土的渗透特性密切相关。为此，必须均与土的渗透特性密切相关。为此，必须采用某种（些）地基处理措施，以减小地采用某种（些）地基处理措施，以减小地基中渗透压力或使其变成不透水土。基中渗透压力或使其变成不透水土。9n(4).(4).改善地基土的动力特性改善地基土的动力特性n在地震运动、交通荷载以及打桩和机器振动等动力在地震运动、交通荷载以及打桩和机器振动等动力荷载作用下，将会使饱和松散的砂土和粉土产生液荷载作用下，将会使饱和松散的砂土和粉土产生液化，或使邻近地基产生振动下沉，造成地基土承载化，或使邻近地基产生振动下沉，造成地基土承载力丧失，或影响邻近建筑物的正常使用甚至破坏。力丧失，或影响邻近建筑物的正常使用甚至破坏。因此，工程中有时需采取一定的措施，防止地基土因此，工程中有时需采取一定的措施，防止地基土液化，并改善其动力特性，提高地基的抗震液化，并改善其动力特性，提高地基的抗震(振振)性性能。能。n(5).(5).改善特殊土地基的不良特性改善特殊土地基的不良特性n特殊土地基有特殊的不良特性，如黄土的湿陷性、特殊土地基有特殊的不良特性，如黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性和冻土的冻胀性等。因此，在这些膨胀土的胀缩性和冻土的冻胀性等。因此，在这些特殊土地基上修筑建筑物时，需要采取一定的措施，特殊土地基上修筑建筑物时，需要采取一定的措施，以减小或消除上述不良特性对工程的影响。以减小或消除上述不良特性对工程的影响。10n选择地基处理方案前，应进行深入的调查，选择地基处理方案前，应进行深入的调查，充分收集资料。在调查、收集资料时，应充分收集资料。在调查、收集资料时，应考虑以下五个方面的内容：考虑以下五个方面的内容：n(1).(1).上部结构和基础设计情况；上部结构和基础设计情况；n(2).(2).建筑场地的工程地质条件；建筑场地的工程地质条件；n(3).(3).施工用地、施工工期、工程用料来源施工用地、施工工期、工程用料来源等；等；n(4).(4).施工时对周围环境的影响；施工时对周围环境的影响；n(5).(5).施工单位技术力量、机具设备、施工施工单位技术力量、机具设备、施工管理水平及施工经验等。管理水平及施工经验等。11地基处理方法分类表地基处理方法分类表分分类类处理方法处理方法原理及作用原理及作用适用条件适用条件碾碾 压、压、夯夯实实法法机械碾压法、机械碾压法、重锤夯实法、重锤夯实法、平板振动法平板振动法利用压实原理，把利用压实原理，把浅层地基土压实、浅层地基土压实、夯实或振实。属于夯实或振实。属于浅层处理。浅层处理。碎石、砂土、碎石、砂土、粉土、低饱粉土、低饱和度的粉土和度的粉土与粘性土、与粘性土、湿陷性黄土、湿陷性黄土、素填土、杂素填土、杂填土等地基。填土等地基。12换换 土土垫垫层层法法砂（石）砂（石）垫层、碎垫层、碎石垫层、石垫层、粉煤灰垫粉煤灰垫层、干渣层、干渣垫层、土垫层、土或灰土垫或灰土垫层层挖除浅层软弱土挖除浅层软弱土或不良土，回填或不良土，回填砂石、粉煤灰、砂石、粉煤灰、干渣、粗颗土或干渣、粗颗土或灰土等强度较高灰土等强度较高的材料，并分层的材料，并分层碾压或夯实土，碾压或夯实土，提高承载力和减提高承载力和减小变形，改善特小变形，改善特殊土的不良特性殊土的不良特性（如湿陷、冻胀、（如湿陷、冻胀、胀缩性等）。属胀缩性等）。属浅层处理。浅层处理。淤泥、淤泥淤泥、淤泥质土、湿陷质土、湿陷性黄土、素性黄土、素填土、杂填填土、杂填土地基及暗土地基及暗沟、暗塘等沟、暗塘等的浅层处理的浅层处理13排排 水水固固结结法法天然地基天然地基和砂井及和砂井及塑料排水塑料排水板地基的板地基的堆载预压、堆载预压、降水预压、降水预压、电渗预压电渗预压通过在地基中设通过在地基中设置竖向排水通道置竖向排水通道并对地基施以预并对地基施以预压荷载，加速地压荷载，加速地基土的排水固结基土的排水固结和强度增长，提和强度增长，提高地基稳定性，高地基稳定性，提前完成基础沉提前完成基础沉降。属深层处理。降。属深层处理。深厚饱和深厚饱和软土和冲软土和冲填土地基，填土地基，对渗透性对渗透性极低的泥极低的泥炭土应慎炭土应慎用用14深深 层层密密实实法法碎石桩、碎石桩、砂桩、砂桩、砂石桩、砂石桩、石灰桩、石灰桩、土桩、土桩、灰土桩、灰土桩、二灰桩、二灰桩、强夯强夯（置换）（置换）法，爆法，爆破挤密破挤密法法采用一定技术方法，通过振动和挤采用一定技术方法，通过振动和挤密，使土体孔隙减小，强度提高，密，使土体孔隙减小，强度提高，在振动挤密过程中，回填砂、碎石、在振动挤密过程中，回填砂、碎石、灰土、素土等，形成相应的砂桩、灰土、素土等，形成相应的砂桩、碎石桩、灰土桩、土桩等，并与地碎石桩、灰土桩、土桩等，并与地基土组成复合地基，从而提高强度，基土组成复合地基，从而提高强度，减小变形；强夯（置换）即利用强减小变形；强夯（置换）即利用强大的夯实功能，在地基中产生强烈大的夯实功能，在地基中产生强烈的冲击波和动应力，迫使土体动力的冲击波和动应力，迫使土体动力固结密实（在强夯过程中，同时可固结密实（在强夯过程中，同时可填入碎石，置换地基土）；爆破则填入碎石，置换地基土）；爆破则为引爆预先埋入地基中的炸药，通为引爆预先埋入地基中的炸药，通过爆破振动使土体液化和变形，从过爆破振动使土体液化和变形，从而获得较大的密实度，提高地基承而获得较大的密实度，提高地基承载力，减小地基变形。属深层处理。载力，减小地基变形。属深层处理。松砂、松砂、粉土、粉土、杂填土、杂填土、素填土、素填土、低饱和低饱和度粘性度粘性土及湿土及湿陷性黄陷性黄土土强夯置强夯置换适用换适用于软粘于软粘土。土。15胶胶结结法法注浆、注浆、深层深层搅拌、搅拌、高压高压旋喷旋喷采用专门技术，在地基中注入水采用专门技术，在地基中注入水泥浆液或化学浆液，使土粒胶结，泥浆液或化学浆液，使土粒胶结，提高地基承载力、减小沉降量、提高地基承载力、减小沉降量、防止渗漏等；或在部分软土地基防止渗漏等；或在部分软土地基中掺入水泥、石灰等形成加固体，中掺入水泥、石灰等形成加固体，与地基土组成复合地基，提高地与地基土组成复合地基，提高地基承载力、减小变形、防止渗漏；基承载力、减小变形、防止渗漏；或高压冲切土体，在喷射浆液的或高压冲切土体，在喷射浆液的同时旋转、提升喷浆管，形成水同时旋转、提升喷浆管，形成水泥圆柱体（若注浆管不旋转，也泥圆柱体（若注浆管不旋转，也可形成墙状加固体），与地基土可形成墙状加固体），与地基土组成复合地基，提高地基承载力、组成复合地基，提高地基承载力、减小沉降量、防止砂土液化、管减小沉降量、防止砂土液化、管涌和基坑隆起等。涌和基坑隆起等。淤泥、淤泥、淤泥质淤泥质土、粘土、粘性土、性土、粉土、粉土、黄土、黄土、砂土、砂土、人工填人工填土地基；土地基；注浆法注浆法还可适还可适用于岩用于岩石地基石地基16加加筋筋法法土工膜、土土工膜、土工织物、土工织物、土工格栅、土工格栅、土工合成物、工合成物、土锚、土钉、土锚、土钉、树根桩、碎树根桩、碎石桩、砂桩石桩、砂桩等等土工聚合物铺设在土工聚合物铺设在人工填筑的堤坝或人工填筑的堤坝或挡土墙内，起到排挡土墙内，起到排水、隔离、加固补水、隔离、加固补强、反滤等作用；强、反滤等作用；土锚、土钉等置于土锚、土钉等置于人工填筑的堤坝或人工填筑的堤坝或挡土墙内挡土墙内,可提可提软粘土、砂软粘土、砂土地基、人土地基、人工填土及陡工填土及陡坡填土坡填土17加加筋筋法法高土体自身的强度和高土体自身的强度和自稳能力；在软弱土自稳能力；在软弱土层上设置树根桩、碎层上设置树根桩、碎石桩、砂桩等，形成石桩、砂桩等，形成人工复合土体，用以人工复合土体，用以提高地基承载力、减提高地基承载力、减小沉降量和增加地基小沉降量和增加地基的稳定性的稳定性其其它它热加固、热加固、冻结、托冻结、托换技术、换技术、纠偏技术纠偏技术通过独特的技术措施通过独特的技术措施处理软弱地基处理软弱地基根据建筑根据建筑物和地基物和地基基础情况基础情况确定确定18n在充分调查研究、收集资料的基础上，确在充分调查研究、收集资料的基础上，确定地基处理方案。方案确定的步骤如下：定地基处理方案。方案确定的步骤如下：n(1).(1).具备各种有关处理方案的资料；具备各种有关处理方案的资料；n(2).(2).据收集的资料，初步选定可供考虑的据收集的资料，初步选定可供考虑的几种地基处理方案；几种地基处理方案；n(3).(3).初步选定的几种处理方案，分别对预初步选定的几种处理方案，分别对预期处理效果、材料来源和消耗、施工机具期处理效果、材料来源和消耗、施工机具和进度、对周围环境的影响等各种因素，和进度、对周围环境的影响等各种因素，进行技术经济分析和对比，从中选择最优进行技术经济分析和对比，从中选择最优的地基处理方案；的地基处理方案；19 地基处理的原则地基处理的原则：地基处理有许多方法，：地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种处理方案的比较，选择一种技术可靠技术可靠、经济经济合理合理、施工可行施工可行的方案，既可以是单一的地的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。综合。20第第2 2节节 夯实法及碾压法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其松土层，使其孔隙体积减少孔隙体积减少、密实程度提高密实程度提高，这种作用称为这种作用称为压实压实。压实能降低土的压缩性、。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层持力层。21一、土的压实原理一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究表明，控制土大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：的压实效果的主要因素是：土的含水率土的含水率，压压实机械实机械及其及其压实功能压实功能等。土的压实效果常用等。土的压实效果常用干密度干密度 d d（单位土体积内土粒的质量）来衡（单位土体积内土粒的质量）来衡量。量。22 1.1.最优含水率最优含水率 对粘性土，当压实功能和条件相同时，对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水率过大或过小，土体都不易压实，土的含水率过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水率调整到某一适宜值时，才只有把土的含水率调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下在一定压实机械的功能条件下，土最易，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水率，于被压实，并能达到最大密度时的含水率，称为称为最优含水率最优含水率w wopop，相应的干密度则称为，相应的干密度则称为最最大干密度大干密度 dmaxdmax。23w w d d0 0 dmaxdmaxw wopop试验统计表明：最优含水率试验统计表明：最优含水率w wopop与土的塑限与土的塑限w wp p有关，大致为有关，大致为w wopop=w wp p+2%+2%。土中粘土矿物含量。土中粘土矿物含量大，则最优含水率大。大，则最优含水率大。24土的压实性土的压实性n一、土的击实试验一、土的击实试验 在试验室内通过击实试验研究土的压实性。在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。击实试验有轻型和重型两种。击实筒击实筒护筒护筒击锤击锤导筒导筒25重型击实试验适用于粒径小于重型击实试验适用于粒径小于40mm40mm的土，击的土，击实筒容积为实筒容积为2104cm2104cm3 3，击锤质量为，击锤质量为4.5kg4.5kg，击，击锤落高为锤落高为45.7cm 45.7cm。分五层击实，每层。分五层击实，每层5656击。击。根据击实后土样的密度和实测含水率计算根据击实后土样的密度和实测含水率计算相应的干密度相应的干密度轻型击实试验适用于粒径小于轻型击实试验适用于粒径小于5mm5mm的土，击实的土，击实筒容积为筒容积为947cm947cm3 3，击锤质量为，击锤质量为2.5kg2.5kg。把制。把制备成一定含水率的土料分三层装入击实筒，备成一定含水率的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击每层土料用击锤均匀锤击2525下，击锤落高下，击锤落高为为30.5cm 30.5cm 26n二、填土的击实特性二、填土的击实特性 影响土压实性的因素很多，主要有含水率、影响土压实性的因素很多，主要有含水率、击实功能、土的种类和级配等击实功能、土的种类和级配等 1.1.含水率的影响含水率的影响dmaxwd0wop说明：当击数一定时，只有在某一含水率下才获说明：当击数一定时，只有在某一含水率下才获得最佳的击实效果得最佳的击实效果 272.2.击实功能的影响击实功能的影响0d击数击数403020饱和线饱和线1.1.土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大大干密度随击数的增加而逐渐增大,最优含水率最优含水率逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。同时，逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是有限光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是有限的的 28n2.2.当含水率较低时击数的影响较显著。当当含水率较低时击数的影响较显著。当含水率较高时，含水率与干密度关系曲线含水率较高时，含水率与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的的n说明：填料的含水率过高或过低都是不利说明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量到工程质量293.3.土类和级配的影土类和级配的影响响 击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水率愈大大干密度愈小，最优含水率愈大 wd0无粘性土的击实无粘性土的击实曲线曲线30无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，在含水率较大时得到较高的干密度，因此在含水率较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒水在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒水使其在较高的含水率下压实使其在较高的含水率下压实 说明：土的级配对土的压实性影响很大。级说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度较高的干密度 31第第3 3节节 强夯法强夯法 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。同程度的加固作用。32n强夯法加固地基，是指通过用专门的起重设备和强夯法加固地基，是指通过用专门的起重设备和方法，将重锤（一般为方法，将重锤（一般为8080300kN300kN，最重可达，最重可达2000kN2000kN）从高处）从高处(一般为一般为8 812m12m，最高达到，最高达到40m)40m)自由下落，通过对地基土施加很大的冲击能（一自由下落，通过对地基土施加很大的冲击能（一般能量为般能量为5005008000kN8000kNm m），从而使地基土强度），从而使地基土强度提高、土的压缩性降低，提高砂土的抗液化强度，提高、土的压缩性降低，提高砂土的抗液化强度，消除湿陷性黄土的湿陷性，降低将来可能出现的消除湿陷性黄土的湿陷性，降低将来可能出现的差异沉降，以达到地基加固的目的。强夯法也称差异沉降，以达到地基加固的目的。强夯法也称为动力固结法。对高饱和度的粉土和粘性土地基，为动力固结法。对高饱和度的粉土和粘性土地基，曾有人在夯坑中回填块石、碎石或其他粗颗材料，曾有人在夯坑中回填块石、碎石或其他粗颗材料，然后再将其强行夯入并排开软土，最终形成砂石然后再将其强行夯入并排开软土，最终形成砂石桩与软土构成的复合地基，此时则称之为强夯置桩与软土构成的复合地基，此时则称之为强夯置换法（或动力置换、强夯挤淤）。换法（或动力置换、强夯挤淤）。33n6.1.1 6.1.1 强夯法适用于处理碎石土、砂土、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、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。强夯置换法适用素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。等地基上对变形控制要求不严的工程。n6.1.2 6.1.2 强夯置换法在设计前必须通过现场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。试验确定其适用性和处理效果。n6.1.3 6.1.3 强夯和强夯置换施工前，应在施工强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。建筑类型确定。34加固机理加固机理 n土的类型的不同，强夯加固的机理亦有所土的类型的不同，强夯加固的机理亦有所不同。对于粗颗粒、非饱和的土体，通过不同。对于粗颗粒、非饱和的土体，通过强夯法，给土体施加动力荷载，夯击能使强夯法，给土体施加动力荷载，夯击能使土的骨架变形，土体孔隙减小变得密实，土的骨架变形，土体孔隙减小变得密实，非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被挤出的过程。由于提高了土的密实度，使挤出的过程。由于提高了土的密实度，使土体抗剪强度提高，压缩性减小。因此强土体抗剪强度提高，压缩性减小。因此强夯法加固处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土夯法加固处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土体，其机理实质是体，其机理实质是动力密实动力密实。35n对于饱和的细颗粒土，强夯法处理机理则对于饱和的细颗粒土，强夯法处理机理则为为动力固结动力固结。当巨大的冲击能量施加于土。当巨大的冲击能量施加于土体后产生很大的应力波，存在于土体中的体后产生很大的应力波，存在于土体中的微气泡体积压缩，从而使土体体积得到压微气泡体积压缩，从而使土体体积得到压缩，土体体积压缩后孔隙水压力增加，增缩，土体体积压缩后孔隙水压力增加，增加至上覆压力值时，土体产生液化（局部加至上覆压力值时，土体产生液化（局部液化），之后土体结构遭到破坏，使土体液化），之后土体结构遭到破坏，使土体产生很多裂隙，改善土体透水性能，使孔产生很多裂隙，改善土体透水性能，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结，强度提高，压缩性减小。体固结，强度提高，压缩性减小。36n在强夯的同时，夯坑中可置入碎石，在强夯的同时，夯坑中可置入碎石，强行挤走软土，即强行挤走软土，即动力置换动力置换。强夯置。强夯置换可分为整式置换和桩式置换。整式换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是通过强夯把碎石整体挤入淤泥置换是通过强夯把碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层；桩中，其作用机理类似于换土垫层；桩式置换是通过强夯将碎石挤入土体中，式置换是通过强夯将碎石挤入土体中，并形成碎石桩（墩），形成的碎石桩并形成碎石桩（墩），形成的碎石桩(墩墩)与桩与桩(墩墩)间土一起构成复合地基，间土一起构成复合地基，共同承受外荷载，抵抗变形。共同承受外荷载，抵抗变形。37（a a）整式置换）整式置换 （b b）桩式置换）桩式置换38n(1).(1).夯锤与落距夯锤与落距n 单击夯实能是强夯法施工的重要技术参数之一。单击夯实能是强夯法施工的重要技术参数之一。单击夯实能大，夯击击数和夯击遍数少，有效加固单击夯实能大，夯击击数和夯击遍数少，有效加固深度大，加固处理的技术效果与经济效益均较好。深度大，加固处理的技术效果与经济效益均较好。单击夯击能为夯锤锤重和落距的乘积，因此，夯锤单击夯击能为夯锤锤重和落距的乘积，因此，夯锤锤重和落距是影响单击夯击能大小的两个参数。目锤重和落距是影响单击夯击能大小的两个参数。目前国内在强夯法中所用的夯锤锤重为前国内在强夯法中所用的夯锤锤重为100100150kN150kN（最大为（最大为400kN400kN），夯锤落高一般为），夯锤落高一般为8 825m25m，夯锤的，夯锤的平面形状常为圆形和方形，夯锤有气孔式和封闭式平面形状常为圆形和方形，夯锤有气孔式和封闭式两种。实践证明，圆形和带气孔的锤较好，可克服两种。实践证明，圆形和带气孔的锤较好，可克服方形锤夯击时因上下两击着地不完全重合，而造成方形锤夯击时因上下两击着地不完全重合，而造成的夯击能量损失和着地时倾斜的缺点，减小起吊夯的夯击能量损失和着地时倾斜的缺点，减小起吊夯锤时的吸力和夯锤着地前瞬时气垫的上托力，防止锤时的吸力和夯锤着地前瞬时气垫的上托力，防止能量损失。能量损失。39夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯点的夯击次数，应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：夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：1 1 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于单击夯击能小于4000kN4000kNm m时为时为50mm50mm；当单击夯；当单击夯击能为击能为400040006000kN6000kNm m时为时为100mm100mm；当单击夯击；当单击夯击能大于能大于6000kN6000kNm m时为时为200mm200mm；2 2 夯坑周围地面不应发生过大的隆起；夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3 3 不因夯坑过深而发生提锤困难。不因夯坑过深而发生提锤困难。夯击遍数应根据地基土性质确定，可采用点夯夯击遍数应根据地基土性质确定，可采用点夯2 23 3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍遍，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数可适当增加。最后再以低能量满夯2 2遍，满夯遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。40n6.2.4 6.2.4 两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当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，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，间隔时间不应少对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于于3 34 4周；对于渗透性好的地基可连续夯击。周；对于渗透性好的地基可连续夯击。n6.2.5 6.2.5 夯击点位置可根据基底平面形状，采用等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。第一遍夯边三角形、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击点间距可取夯锤直径的2.52.53.53.5倍，第二遍夯倍，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夯击能较距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。41n6.2.6 6.2.6 强夯处理范围应大于建筑物基础范强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的设计处理深度的1/21/2至至2/32/3，并不宜小于，并不宜小于3m3m。n6.2.7 6.2.7 根据初步确定的强夯参数，提出强根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数周后，对试夯土质条件待试夯结束一至数周后，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。强夯参数。42n6.2.10 6.2.10 强夯置换墩的深度由土质条件决定，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。深度不宜超过较硬土层上。深度不宜超过7m7m。n6.2.11 6.2.11 强夯置换法的单击夯击能应根据现强夯置换法的单击夯击能应根据现场试验确定。场试验确定。n6.2.12 6.2.12 墩体材料可采用级配良好的块石、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，碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于粒径大于300mm300mm的颗粒含量不宜超过全重的的颗粒含量不宜超过全重的30%30%。43n6.2.13 6.2.13 夯点的夯击次数应通过现场试夯确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：定，且应同时满足下列条件：n1 1 墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；2 2 累计夯沉量为设计墩长的累计夯沉量为设计墩长的1.51.52.02.0倍；倍；3 3 最后两击的平均夯沉量不大于本规范第最后两击的平均夯沉量不大于本规范第6.2.26.2.2条的规定值。条的规定值。n6.2.14 6.2.14 墩位布置宜采用等边三角形或正方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。状与宽度相应布置。44n6.2.15 6.2.15 墩间距应根据荷载大小和原土的承墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的2 23 3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的径的1.51.52.02.0倍。墩的计算直径可取夯锤倍。墩的计算直径可取夯锤直径的直径的1.11.11.21.2倍。倍。n6.2.16 6.2.16 当墩间净距较大时，应适当提高上当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。部结构和基础的刚度。n6.2.18 6.2.18 墩顶应铺设一层厚度不小于墩顶应铺设一层厚度不小于500mm500mm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于径不宜大于100mm100mm。n6.2.19 6.2.19 强夯置换设计时，应预估地面抬高强夯置换设计时，应预估地面抬高值，并在试夯时校正。值，并在试夯时校正。45n强夯加固效果的检验强夯加固效果的检验n常用的检测手段有静力触探、标准贯入、常用的检测手段有静力触探、标准贯入、十字板剪切试验、载荷试验以及取样进行十字板剪切试验、载荷试验以及取样进行室内试验等。室内试验等。n目前争论较大的问题是强夯对饱和软粘性目前争论较大的问题是强夯对饱和软粘性土的加固效果，国内外结论不一，有的强土的加固效果，国内外结论不一，有的强夯成功，有的则失败，究其原因，可能在夯成功，有的则失败，究其原因，可能在于土内含砂量的影响，含砂量过少，土中于土内含砂量的影响，含砂量过少，土中的孔隙水不易排出，超孔隙水压力不易消的孔隙水不易排出，超孔隙水压力不易消散，影响到加固效果。散，影响到加固效果。46n在西安地区欠压密的高湿度黄土地基上进在西安地区欠压密的高湿度黄土地基上进行强夯的情况也能说明这个问题；强夯前行强夯的情况也能说明这个问题；强夯前在黄土内埋设了袋装砂井。强夯场地的土在黄土内埋设了袋装砂井。强夯场地的土层分布为，层分布为，0 02米米具有湿陷性的黄土，具有湿陷性的黄土，2 29米米软弱高湿度黄土，地下水位深软弱高湿度黄土，地下水位深3 3米左右。米左右。经强夯后，孔隙水随砂井上升到地面，使经强夯后，孔隙水随砂井上升到地面，使表层黄土变软，出现软一块硬一块的不均表层黄土变软，出现软一块硬一块的不均匀现象，强夯失败。由此可见，在饱和软匀现象，强夯失败。由此可见，在饱和软粘性土上进行强夯要慎重，最好先进行试粘性土上进行强夯要慎重，最好先进行试夯取得经验后再决定是否进行。夯取得经验后再决定是否进行。47第第4 4节节 换土垫层法换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用采用换土垫层法换土垫层法来处理软弱土地基，即来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。并夯至密实。48n4.1.1 4.1.1 换填垫层法适用于浅层软弱地换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。基及不均匀地基的处理。n4.1.2 4.1.2 应根据建筑体型、结构特点、应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工析，进行换填垫层的设计和选择施工方法。方法。49n垫层材料的选择：应尽量考虑就地取材和经压实垫层材料的选择：应尽量考虑就地取材和经压实后能获得较高模量的材料，因为垫层的后能获得较高模量的材料，因为垫层的E ES S与下卧与下卧层的层的 E ES S差别愈大，则应力扩散范围亦大。一般差别愈大，则应力扩散范围亦大。一般选用中砂、粗砂、砾砂、砾石、碎石、灰土、素选用中砂、粗砂、砾砂、砾石、碎石、灰土、素土、矿渣以及其他性能稳定、无腐蚀性、低压缩土、矿渣以及其他性能稳定、无腐蚀性、低压缩性材料。湿陷性黄土地基应使用素土或灰土垫层。性材料。湿陷性黄土地基应使用素土或灰土垫层。砂石垫层可用于软土、膨胀性土地基或水下黄土砂石垫层可用于软土、膨胀性土地基或水下黄土地基。但对于有振动和地下水位较高而流量、流地基。但对于有振动和地下水位较高而流量、流速较大的地基，则不宜使用颗粒较细的砂垫层。速较大的地基，则不宜使用颗粒较细的砂垫层。膨胀性土、冻土不能用作垫层材料。垫层内还不膨胀性土、冻土不能用作垫层材料。垫层内还不能混有草根、垃圾等杂物。能混有草根、垃圾等杂物。50 实践证明：换土垫层可以有效地处理某实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。土垫层等。砂垫层的主要作用：砂垫层的主要作用：1.1.提高浅基础下地基的承载力；提高浅基础下地基的承载力；2.2.减少沉降量；减少沉降量；3.3.加速基底下软弱土层的排水固结；加速基底下软弱土层的排水固结；4.4.防止冻胀；防止冻胀；5.5.消除膨胀土的胀缩作用。消除膨胀土的胀缩作用。51垫层的厚度应根据需置换软弱土的深度或垫层的厚度应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定下卧土层的承载力确定5253n垫层可选用下列材料：垫层可选用下列材料：n1 1 砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、