地基处理讲义.ppt

,地基处理技术大全,学习目的和要求,通过本章学习，了解软土地基的特性、处理方法及适用范围； 重点掌握砂垫层的设计与施工要点；理解其它软弱地基常规 的处理方法 。,第 11 章 地基处理,本章提要 软土的主要特征是抗剪强度低、压缩性高和渗透性小。地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基土的工程性质，使其满足工程建设的需要。本章介绍了几种有代表性的地基处理方法，主要有换填垫层法、排水固结法、砂石桩法、水泥土搅拌法、水泥粉煤灰碎石桩法、化学加固法、加筋法及托换技术等。要求掌握各方法的作用原理、适用范围及其设计计算、施工质量要求等。并在此基础上，根据各类软土地基工程条件，比较和分析得出较合理的地基处理方法。 本章还介绍了复合地基概念，要求掌握复合地基的特点，与一般浅基础、桩基础的区别。了解复合地基的作用机理，熟悉复合地基承载力和变形计算。,第 11 章 地基处理,11.1 地基处理概论,软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它 高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。 当天然孔隙比大于1.5时，称为淤泥；天然孔隙比大于1而小于1.5时，则称为淤泥质土。,第 11 章 地基处理,软弱土地基的特征,第 11 章 地基处理,地基处理方法分类及应用范围,地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法，这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。,第 11 章 地基处理,三、地基处理的基本原则,在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值，地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。,施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。,第 11 章 地基处理,11.2 复合地基理论,复合地基概念：,复合地基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）和增强体两部分组成的人工地基。,复合地基有两个基本特点： 加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质和 各向异性的； 在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。,第 11 章 地基处理,复合地基与桩基的区别：,二者都是采用以桩的形式处理地基，但复合地基属于地基范畴，而桩基属于基础范畴，所以两者又有本质区别。,复合地基中桩体与基础往往不是直接相连的，它们之间通过 垫层（碎石或砂石垫层）来过渡； 而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。,第 11 章 地基处理,根据地基中增强体的方向和性质，可将复合地基作如下分类：,1、按增强体的方向分类 （1）竖向增强体复合地基：通常称为桩体复合地基； （2）横向增强体复合地基：包括土工合成材料、金属材料 格栅等形成的复合地基。,2、按成桩材料分类 （1）散体材料桩如碎石桩、砂桩等； （2）水泥土类桩如水泥土搅拌桩、旋喷桩等； （3）混凝土类桩如cfg桩、树根桩、锚杆静压桩等。,第 11 章 地基处理,11.3 换填垫层法,将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去， 然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、 粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振） 实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法.,第 11 章 地基处理,1、提高持力层的承载力 通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少； 2、减小沉降量 换填材料代替上部软弱土层，可减小这部分的沉降量；垫层扩散作用，使得下卧土层的压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；,第 11 章 地基处理,3、加速软弱土层的排水固结 不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，产生塑性破坏的危险。,垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水 压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而 提高其强度。,第 11 章 地基处理,4、防治冻胀 垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。 5、消除膨胀土的胀缩作用,第 11 章 地基处理,二、垫层设计,垫层设计要点,1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层， 2、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。,第 11 章 地基处理,垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：,垫层厚度的确定,式中 垫层底面处的附加应力设计值（kpa）; 垫层底面处土的自重压力值（kpa）； 经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kpa）。,第 11 章 地基处理,pz + pcz faz,条基,独立基础,第 11 章 地基处理,压力扩散角（）,换填材料,粘性土和粉土 (8 14),第 11 章 地基处理,在具体计算时，可先假设一个垫层厚度，然后进行验算。如不满足，应重新假定一个厚度进行验算，直至满足要求为止。,垫层厚度不宜大于3m，太厚施工较困难， 而太薄（0.5m）则换填垫层的作用不显著。,第 11 章 地基处理,垫层宽度的确定,垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m,按当地开挖基坑经验的要求放坡,第 11 章 地基处理,垫层的承载力应通过现场试验确定，当无实验资料时，可按下表选用，并验算下卧层承载力。,各种垫层的承载力表,第 11 章 地基处理,垫层施工,1）粒径小于0.002mm的胶体含量20%； 2）液限l 40%；塑性指数ip 17,在2235之间。 3）自由膨胀率40%。,1）机械碾压法 ： 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程 ； 2）重锤夯实法： 重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土； 3）平板振动法： 平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。 先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100120kpa。,第 11 章 地基处理,垫层材料选择,1)砂石 应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入3050的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。 2)粘土(均质土) 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。 3)灰土 体积比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。,第 11 章 地基处理,垫层材料选择,4)素土 素土土料中有机质含量不得超过5，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。 5)粉煤灰 可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土300cm。 6)干渣 干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用840mm与4060mm的分级干渣，或060mm的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。,第 11 章 地基处理,加固机理,目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。,第 11 章 地基处理,动力密实,采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。,第 11 章 地基处理,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。,第 11 章 地基处理,在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。,第 11 章 地基处理,夯击点布置及间距,等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。,夯距通常为515m,第 11 章 地基处理,夯击击数与遍数,夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定量应同时满足下列条件：,1)最后两击的夯沉量不大干50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm；,2)夯坑周围地面不发生过大隆起；,3)不因夯坑过深而发生起锤困难。,一般为410击。,遍数一般18遍。,第 11章 地基处理,效果检验 强夯施工结束后应间隔定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周：对粉土和粘性土地基可取34周。,室内试验,十字板试验,动力触探试验,静力触探试验,旁压试验,载荷试验,波速试验,第 11 章 地基处理,11.5 排水固结法,排水固结法是利用地基排水固结的特性，通过施加预压 荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体）， 使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度 逐步提高的一种软土地基处理方法。,排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。,第 11章 地基处理,排水系统,加压系统,排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。,第 11 章 地基处理,1、排水固结法的原理,在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙 体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水压力 逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。,第 11 章 地基处理,根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。,2、排水固结法的种类,堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。,第 11 章 地基处理,（1）竖向排水井尺寸 竖向排水井直径： 竖向排水井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。 普通砂井直径可取300500mm，袋装砂井直径可取70120mm。塑料排水带已标准化，一般相当于直径6070mm。,（2）砂井或塑料排水带间距： 通常砂井的间距可按井径比选用，井径比按下式确定：,普通砂井的间距可按 n=68选用； 袋装砂井或塑料排水带的间距可按 n=1522选用。,第 12 章 地基处理,（3）竖井排列方式： 一根竖井的有效排水圆柱体的直径 和竖井间距的关系按下列规定取用： 梅花形布置： 正方形布置： 由于梅花形排列较正方形紧凑和有效，应用较多。 竖井的布置范围应稍大于建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大24m。,间距s：砂井直径的68倍 ，袋装砂井直径的1530倍,第 11 章 地基处理,砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险滑动面2m 。对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，砂井宜贯穿压缩土层； 若软土层厚度不大或软土层含较多的薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求时，可不设置竖向排水体。砂井直径d：300400mm；袋装砂井： 70120mm 深度：穿透软土层，一般1025m,（4）砂井深度：,第 11 章 地基处理,（5）砂垫层,在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的渗流水。砂垫层的厚度一股为0.30.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。,第 11 章 地基处理,（6）确定加载的数量、范围和速率,预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常可与建筑物的基底压力大小相同。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基，超载数量应根据预定时间内要求消除的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力等于或大于建筑荷载所引起的相应点的附加压力。 加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。 加载速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施下一级荷载。,第 11 章 地基处理,3、真空预压加固机理,真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外 形成气压差，使粘土层产生固结压力。即在总应力不变的 情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。,真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结， 称为负压固结。,真空预压的原理主要反映在以下几个方面： （1）薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。 （2）地下水位降低，相应增加附加应力。 （3）封闭气泡排出，土的渗透性加大。,第 11 章 地基处理,真空预压法设计 （1）竖向排水体尺寸： 采用真空预压法处理地基必须设置竖向排水体。竖向排水体可采用直径为700mm的袋装砂井，也可采用普通砂井或塑料排水带。其间距可按照加载预压法设汁的砂井或塑料排水带间距选用。 （2）预压区面积： 真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3.0m 。每块预压面积宜尽可能大且呈方形。,第 11 章 地基处理,（3）真空预压的膜内真空度应保持在650mmhg以上，相当于80kpa的真空压力，且应均匀分布；,（4）沉降计算，先计算加固前建筑物荷载下天然地基的 沉降量，后计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差 即为预压后在建筑物使用荷载下可能发生的沉降。,第 11 章 地基处理,11.6 砂石桩法,碎石桩和砂桩总称为碎（砂）石桩，又称粗颗粒土桩， 是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后， 再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石 所构成的密实桩体，并和桩周土组成复合地基的地基处理方法。,砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土和 杂填土等地基。对饱和粘性土上对变形控制要求不严的工程 也可采用砂石桩置换处理。该法亦可用于可液化地基,第 11章 地基处理,施工工艺：,就位；成孔；清孔；填料；振密加固；成桩。,第 11 章 地基处理,1. 砂石桩加固原理,砂土中： 成桩时对周围砂层或产生挤密作用或同时也产生振密作用。,粘性土中： 密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱 粘性土，即起置换作用并形成“复合地基”，使承载力 有所提高，地基沉降减小。,11 章 地基处理,砂石桩设计：,1、处理范围 碎（砂）石桩处理范围应大于基底范围，处理宽度宜在 基础外缘扩大 13 排桩。,2、桩直径及桩位布置 砂石桩直径可采用 300800mm ，砂石桩孔位宜采用等边 三角形或正方形布置。,3、砂石桩间距 对粉土及砂土地基，不宜大于砂桩直径的4.5倍； 对粘性土地基不宜大于砂桩直径的3倍。,第 11 章 地基处理,复合地基承载力特征值：,桩土应力比 一般可取24,现场复合地基荷载试验或单桩和桩间土的荷载试验：,经验公式确定：,第 11 章 地基处理,当松软土层厚度不大时，砂石桩桩长宜穿过松软土层； 当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂石桩桩长 应不小于最危险滑动面以下2m的深度；对按变形控制的工程， 砂石桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形 允许值并满足软弱下卧层承载力的要求； 桩长不宜小于4m。,4、砂石桩桩长,第 11 章 地基处理,5、砂石垫层 砂石桩顶部宜铺设一层厚度为 300500mm的砂石垫层。,6、砂石桩施工 砂石桩施工可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法。 砂石桩的施工顺序： 对砂土地基宜从外围或两侧向中间进行， 对粘性土地基宜从中间向外围或隔排施工；在既有建（构） 筑物邻近施工时，应背离建（构）筑物方向进行。,降低地下水位法 电渗法,第 11 章 地基处理, 11.7 水泥土搅拌法,1.概念 水泥土搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结形成加固体，从而提高地基的强度和增大变形模量。加固体和天然地基形成复合地基，共同承担建筑物的荷载。 2.分类 湿法：深层搅拌法 干法：粉喷搅拌法,第 11 章 地基处理,施工工艺流程：,水泥土搅拌法可在土中形成水泥土桩、格栅或地下连续墙，处理深度可达1215m。,深层搅拌法施工工艺流程,土桩置换法,第 11 章 地基处理,3.加固机理 1）水泥的水解和水化作用 2）离子交换和团粒化作用 3）硬凝反应 4）硫酸化作用 4.适用范围 用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、 素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。 还可用于基坑支护和止水幕墙。,第 11 章 地基处理,5.水泥土搅拌桩的设计 1）桩长的确定 一般要穿过软弱土层； 2）桩径及桩距 根据施工机械，一般不小于50cm，桩距为3d。 3）桩体材料 一般选用425号普硅水泥，水泥浆水灰比为0.450.55。,第 11 章 地基处理,单桩承载力 根据两种情况取较小值：1. 桩身材料强度；2. 桩周摩阻力与桩端阻力。 按桩身材料： 其中: 按土的支持力： 取定置换率，并确定桩数及桩距,三角形布桩,正方形布桩,第 11 章 地基处理,褥垫层：,褥垫层有利于发挥桩间土承载力，同时，可降低桩顶应力 的集中，此外，还有使桩顶受力趋于均匀，避免由于桩顶剔凿 不平、基础与桩顶直接接触时桩体中产生局部过大应力使桩体 过早破坏的作用。,褥垫层厚度可取200300mm。,土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关,为了加速土层固结，缩短排水距离,加筋技术,加筋土挡墙 （1）概述 加筋土挡墙是由填土、在填土中布置一定量的拉筋以及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合结构。这种结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力及填料与拉筋间的摩擦力等相互作用的内力。这些内力互相平衡，保证了这一复合结构的内部稳定。,(2)、加筋土的工作机制 加筋土复合体中的拉应力通过土与筋材间的界面剪切作用传递到相邻的拉筋上，而筋材间土体自身仅承受压应力及剪切应力，从而使加筋土体成为具有一定自承约束的复合结构。加筋土的工作机理可以用粘聚力理论来描述。,(3)、加筋土档土墙的破坏机理 加筋土挡土墙的整体稳定性取决于加筋土挡土墙的内部和外部的稳定性，其可能产生的破坏形式如图所示。,3、土工聚合物,（一）概述 土工聚合物是岩土工程领域中的一种新型建筑材料，是由聚合物形成的纤维制品的总称。,4、土钉 （1） 概述 土钉是将拉筋插入士体内部，常用钢筋做拉筋，尺寸小，全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带，其结构类似于重力式挡墙，用以提高整个边坡的稳定性，适用于开挖支护和天然边坡加固，是一项实用有效的原位岩土加筋技术。,（2） 土钉的类型、特点及适用性,化学加固法,1、概述 化学加固法指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射和机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理力学性质的地基处理方法。,3、高压喷射注浆法 （1)概述 高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水以20mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体、同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。固结体的形态和喷射流移动方向有关。,一般分为旋转喷射(旋喷)、定向喷射(定喷)和摆动喷射(摆喷)三种，见图所示,加固机理,高压喷射流对土体的破坏作用,水（浆）、气同轴喷射流对土的破坏作用,水泥与土的固结机理,（2）、高压喷射注浆法加固机理,地基处理现场测试,1现场监测与质量检验的目的 1) 为工程设计提供依据； 2) 作为大面积施工的控制和指导； 3) 为理论研究提供实验依据；,2现场监测与质量检验的内容与方法 (1) 地基强度：采用载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、土工试验等 (2) 地基变形：包括地基沉阵气水平位移测试； (3) 应力监测：包括土压力和孔隙水压力测试， (4) 动力特性：采用波速测试、地基刚度测试等。,3现场监测与质量检验应注意的问题 (1) 前后两次测试应尽量使用同一仪器、同一标准进行； (2) 由于各种测试方法都有一定的适用范围，因此必须根据测试目的和现场条件，选择最有效的方法； (3) 无论何种方法，都有一定的局限性、故应尽可能采用多种方法，进行综合评价。 (4) 测试位置应尽量选择有代表性的部位，测试数量据有关规定要求进行。,4、现场监测方法和仪器,哪些土需要处理？,淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil 泥炭,泥炭质土peat 填土,回填土fill, backfill 松砂loose sand 区域性特殊土regional soil,地基处理的对象,2 软土和特殊土地基,2.1淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil (1)定义 淤泥土孔隙比 e 1.5, l (il1.0) 淤泥质土孔隙比 e = 1.01.5, l (il1.0) (2)土性 *高含水量 =4090% even 100% *高压缩性 a 0.53.0mpa-1 *高流变性 : 次固结量随时间增加 *低强度 cu 30 kpa vane shear test *低渗透性 10-6 10-8cm/s, 固结过程长,地基处理的对象,2.2泥炭,泥炭质土 peat 定义: 泥炭e1.5, l (il1.0) 有机含量 30%(北京) 泥炭质土 e=1.01.5,l (il1.0)有机含量10-30% 土性 *高含水量 *高压缩性, 快, 不均匀 * 高流变性 *低强度 cu 30 kpa *低渗透性,地基处理的对象,2.3 填土,回填土fill, backfill,杂填土miscellaneous fill :建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定 冲填土hydraulic fill :细 欠固结,素填土plain fill, 砾石，砂，粉土，粘性土 2.4松砂loose sand dr 0.85 易液化，振陷,新加坡人工填海,地基处理的对象,2.5 区域性土regional soil,湿陷性黄土collapsible loess (silt): 广泛分布，大孔隙，高结构强度,200kpa,s=(hd-hw)/h00.015,s=(ed-ew)/(1+e0),荷载板试验 200kpa, 荷载不变 注水沉降/b=0.023,膨胀土expansive soil 蒙特石含量高 冻土 frozen soil, 冻胀性,地基处理的对象,黄土高原上的湿陷性黄土,杰出的黄土学家-刘东升,3 地基处理方法分类,1 置换法 soil replacement 2 加密法 densification 3 胶结法cementation 4 加筋法soil reinforcement,原则：技术经济,哪些土需要处理？,淤泥土与淤泥质土 泥炭,泥炭质土 填土,回填土 松砂 区域性特殊土,地基处理的对象,目的是什么？ 1 提高土的强度-地基承载力 2 增加土的刚度-减少地基沉降量 3 改善地基土的水力特性 4 改善抗震性能,地基处理方法,1 置换法 soil replacement 2 加密法 densification 3 胶结法cementation 4 加筋法soil reinforcement,原则：技术经济,地基处理方法,第二节 置换法 soil replacement,一 垫层置换法,二 土桩置换法 1 散体材料桩 2 胶结掺和料桩,置换法,4.3 垫层置换法,1 材料 块石,抛石挤淤 砾,中粗砂, 压实,防冻,防液化,加速固结 灰土:石灰:粉土(粉质粘土)为2:8,3:7, 三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦 工业废渣:粉煤灰,矿渣 素土:ip=1017,湿陷性黄土换除,分层压实 加筋土,垫层置换法,2 垫层法的适用性 软粘土和淤泥 湿陷性土 填土,一般粘性土(承载力低) 3 垫层设计 人工持力层, 软弱下卧层控制 (1)垫层承载力 确定基础宽度 垫层宽度 (2)垫层厚度设计 一般要求0.5m垫层的扩散和技术的要求 3.0m工程量,经济性,垫层置换法,z + cz f ( z + d ) b b+2 z tg + 2 30cm 便于压实机械施工 b b + z = 0 2.0,垫层置换法,b,垫层置换法小结,可以就地取材 人工持力层 要进行软弱下卧层承载力验算 垫层厚度有限制,垫层置换法,二 土桩置换法,1 散体材料桩 砂石桩，石灰桩 2 胶结掺和料桩 水泥粉煤灰碎石桩 水泥土桩 高压喷射注浆桩,土桩置换法,复合地基组成 天然地基土 土质桩或胶结掺料桩 砂石垫层 基础,土桩置换法,(一) 复合地基概念composite ground,在软土内造孔回填土石料或掺和料，形成刚度比四周软土大的土质桩，与桩周土一起共同承受建筑物荷载。这种地基称为复合地基,布置方式： 梅花形 正方形,土桩置换法,(二) 复合地基设计,1 适用土性 适用：软弱粘性土， 非饱和黄土和人工填土 布置：梅花形和正方形 处理深度：穿越软土层达到良好土层。如果没有穿透软土层，要求控制变形量。,土桩置换法,2 平面布置和设计参数 (等价成圆)有效直径de 梅花形： de = 1.05 sa 正方形： de = 1.13 sa,面积置换率 m (d0 / de)2,sa 桩中心距,土桩置换法,3 复合地基的承载力,1) 现场载荷试验 取包含桩土的代表单元直接测定 桩土分开的载荷试验 采用公式 fspk=mfpk+(1-m)fsk fspk 复合地基承载力特征值 kpa fpk 桩体承载力特征值 fsk 桩间土承载力特征值 m 面积置换率 =ap/a,包含桩土的载荷试验,土桩置换法,2) 无载荷试验资料(小型工程) fspk=1+m (1-n)fsk 桩土应力比 n= p / s 与土性有关,随荷载变化 对于碎石桩n=24 m 面积置换率 =ap/a 复合地基承载力特征值,土桩置换法,包含桩土的地基,4 复合地基的变形验算,变形计算方法与多层地基相同 复合土层的压缩模量 esp=1+m (1-n)es es 为砂石桩置换前的压缩模量，mpa 为成桩对周围土的挤密效应系数，砂石桩取1.0,石灰桩取1.11.3,土桩置换法,(三) 胶结掺料桩复合地基设计,1 适用土性 常用材料：水泥粉煤灰砂石桩cfg，水泥土桩，高压喷射注浆桩 cfg桩适用于粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的人工填土 水泥土桩适用于正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土和饱和松散砂土(静水位) 高压喷射注浆桩适用于土类与与水泥土桩类似,土桩置换法,深层搅拌法,深层搅拌桩载荷试验前后,土桩置换法,高压喷射注浆法,高压旋喷 单管:浆液 双管:内浆外气 三管:气, 水, 浆 适用于:人工填土;黄土及一般粘性土;软粘土;砂石,土桩置换法,土桩置换法,旋喷桩施工顺序,振动打桩机,硬化剂(浆液),高压水 压缩空气,高压水 压缩空气 硬化剂(浆液),土桩置换法,置换法 soil replacement,一 垫层置换法 软弱下卧层控制 垫层厚度确定 0.5-3.0 m,二 土桩置换法 复合地基承载力 fspk = 1+m (1-n) fsk 变形计算 esp=1+m (1-n)es,置换法小节,砂土,粘性土在标准压实功下达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度,砂土：不存在最优含水量；完全风干和饱和两种状态易于击实；潮湿状态不易击实,第三节 加密法 densification,目的：降低压缩性，提高强度,饱和曲线,粘性土,d,d,第三节 加密法 densification,一 机械压密法 1 静重压密 2 冲击荷重压密 3 振动压密,二 深层挤密法 1 砂桩、土桩和灰土桩 2 振冲桩,目的：降低压缩性，提高强度,三 强夯法 四 预压固结,加密法,2 强夯法,锤重：825t，最大200t 落距：825m 有效深度：510m 承载力：180250kpa,1969年，法国1978年，中国,强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置,加固机理：动态能量, 波的传播和密实固结,加固效果：提高承载力、减小沉降量， 降低液化可能、降低湿陷性等,优 缺 点：经济；噪音,加密法,振动平板碾级配砂或者砂、砾和粘性土的混合土 vibrating plate for hand operation,3 振动板压密,加密法,二 深层挤密法,(一)砂桩、土桩和灰土桩 (1)沉管、柱锤冲扩法 (2)材料：砂桩，土桩(原状粉土,粉质粘土再夯入);灰土桩,砂石桩;夯实水泥土桩，二灰桩(加粉煤灰)， (3)适用于填土,松砂,湿陷性黄土,一般粘性土sr60%. 饱和度较高的粘性土不宜。,加密法-深层挤密法,进料口,加密法-深层挤密法,砂桩,h,hs1,e1hs1,h,hs2,e2hs2,加密法,加密法-砂桩,已知t,d 求e2，或者已知e2,d 求 t,孔隙比 总断面积 高度 固相比例 固相体积 e1 h 1/(1+ e1) vs1=a1h/ (1+ e1) e2 h 1/(1+ e2) vs1=a2h/ (1+ e2),加密法-砂桩,振冲桩 (起源于德国,我国于70年代引入) (1)设备,振冲器d=270420mm,l=23m, g=820 kn (2)原理:振:偏心轮旋转,振动加密,使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土颗粒振浮液化固结,(二) 振冲桩,加密法-深层挤密法,(3)填料 粗颗粒(粘细粒少);级配好;最大颗粒50mm,010 最好 1020 2030 3050 差 50 不宜,(4)适用于松砂,素填土,杂填土和一般粘性土,不适用于淤泥和淤泥质土,加密法-深层挤密法,振冲桩加密法,例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩,(1) t = 90 cm, d = 40 cm 加密前e1 = 0.96, d = 1.379 加密后e2 = 0.61, d = 1.679 (15点平均),(2) 承载力，原状土 f0k = 132 kpa 桩土应力比 n = p / s = 3.48, 置换率 m=0.179, 载荷试验得到 fk=228kpa, s=158kpa, p =550kpa; s/d=0.008. 公式计算： fk=1+m(n-1) f0k=191kpa,加密法-实例,三 预压固结法,(1)堆载预压 (2)降水预压 提高有效应力wellpoint system (3)真空预压 密封层,加密法,1 置换法 2 加密法 3 胶结法 4 加筋法,机械压密法 深层挤密法 强夯法 预压固结,(一)堆载预压,p kpa,变形,e,z,e1,s,加密法,1 预压原理，原位自重应力s，建筑物附加应力z, 预加压力t=(1.21.5) z,强度,适用于饱和软粘土(1)淤泥及淤泥质土(2)冲填土(3)填海(湖)造田。,加密法,2 预压历时和加速排水方法,例单向渗流固结 a=0.5 mpa-1 k=510-7cm/s e0=1.0， 10 m厚 u=94% t=1.6年 这显然不合适 因此需要采用： 砂井固结：加快固结速度，增加水平向渗流,不透水层,加密法,砂井预压固结,加密法,新加坡人工填海depositing sand 吹砂,砂井预压固结,3 塑料排水板,砂井缺点: (1) 砂量 (2)易断 (3)造价高 近年更多使用塑料排水板，等效直径,砂井预压固结,area installed with vertical drains 塑料排水板区,砂井预压固结,application of surcharge 加载 过快会失稳,砂井预压固结,砂井预压固结度计算 微分方程轴对称,三维渗流固结问题 carrillo假设成两个方向的渗流固结问题叠加,砂井预压固结,2 微分方程的解,按各自的边界条件分别求解，积分后得到，假设,n为井径比=de/dw