地基处理课件--3.深层密实.ppt

1,地 基 处 理,Foundation Treatment,石家庄经济学院工程学院,2,3.1 概述 3.2 强夯和强夯置换 3.3 碎（砂）石桩 3.4 石灰桩 3.5 土（或灰土）桩 3.6 水泥粉煤灰碎石桩,第三章 深层密实,3,3.1 概述,深层密实 采用爆破、夯击、挤压和振动等方法，对松软地基土进行振密和挤密。,爆破法 强夯法 挤密桩法 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩),5,强夯法和强夯置换法,6,主 要 内 容,1 加固机理,设计计算,3 施工方法,4 质量检验,5 工程实例,7,强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究。它通过一般830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，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等。,概述,8,强夯法的第一个工程,表层 ：新近填筑的厚度约为9m的碎石填土 ； 其下 ：12m厚的疏松砂质粉土 。,用强夯法锤重80kN，落距10m，仅夯击一遍，整个场地的平均沉降量为500mm。建造的楼房竣工后，其平沉降量仅为13 mm 。,9,等等,对于高饱和度的可采用强夯置换法,概述,10,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)规定,概述,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。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控制要求不严的工程。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。,11,概述,强夯法、 强夯置换法 的优点,加固效果好,使用经济,施工简单,强夯法加袋装砂井,12,常用软土地基加固方法经济比较,13,概述,国内发展阶段,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 。,14,夯锤,地面,挤压土体,隆起,夯击能,冲击力,冲击波,冲切上部土体,结构破坏形成夯坑,挤压周围土体,1 加固机理,15,1 加固机理,对非饱和土地基,压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。,对饱和无粘性土地基,土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。,对饱和粘性土地基,产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高。,16,动力密实,动力荷载减小土孔隙，提高强度,处理细颗粒饱和土,1 加固机理,动力固结,动力置换,17,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。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,1 加固机理,实际工程表明，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。,非饱和土在中等夯击能量10002000kNm的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。,18,1 加固机理,19,1 加固机理,Menard首次对传统的固结理论提出了不同的看法，认为饱和土是可压缩的新机理。,饱和土的压缩性：进行强夯时，气体体积压 缩，孔压增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔压就减少。,产生液化：土体中气体体积百分比为零时，就变成不可压缩的。相 应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。继 续施加能量，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。,渗透性变化：超孔压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。,4. 触变恢复：土体的强度逐渐减低，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，随着孔压 的消散，土的抗剪强度和变形模量都有大幅度的增长。,20,1 加固机理,弹 簧 活 塞 模 型,静力固结理论与动力固结理论的模型比较 a)静力固结理论模型 b)动力固结理论模型,21,动 力 置 换,整式置换：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：形成桩式 或墩式的碎石墩或桩。 其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩。,1 加固机理,22,2 设计计算,有效加固深度,有效加固深度,？,经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。,系数，根据地基土性质决定,夯锤重（t）,落距（m）,23,2 设计计算,有效加固深度,影响H的因素除了锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其它强夯的设计参数。,应根据现场试夯或当地经验确定有效加固深度,如果没有则根据建筑地基处理技术规范的建议取值,强夯置换墩的深度,土质条件决定,对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软土层，着底在较好土层上,对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层,24,2 设计计算,夯锤和落距,夯锤,落距,单击夯击能=M*h,总夯击能=N*M*h,单位夯击能=N*M*h/A,应根据地基土类别、结 构类型、荷载大小和要 求处理深度等综合考虑，并通过试验确定。,对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间。,25,练习：,某工程采用强夯法加固，加固面积为5000m2，锤重为10t，落距为10m，单点击数为8击，夯点数为200，夯击5遍，则：,求：单击夯击能 ；单点夯击能 ；总夯击能；该场地的单位夯击能,26,单击夯击能：为单击夯击的能量。 单击夯击能=锤重落距=100kN10m=1000kNm； 单点夯击能：为每一夯点的夯击能。 单点夯击能=单击夯击能单点击数=1000kNm8击=8000 kNm； 总夯击能：为整个场地的总夯击能。 总夯击能=单点夯击能总夯点数遍数=8000 kNm2005遍=8000000 kNm 单位夯击能：为总夯击能与加固面积之比。 单位夯击能=总夯击能/加固面积=8000000 kNm/5000m2=1600 kNm/m2,27,2 设计计算,夯锤和落距,28,2 设计计算,最佳夯击能,最佳夯击能,？,在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力。,粘性土中的确定,根据孔隙水压力的叠加值,砂性土中的确定,绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线,29,2 设计计算,夯击点的布置,处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘宽度宜为设计深度的1/22/3，并不宜小于3m。,30,2 设计计算,夯击点的布置,夯击点的间距,确定原则：一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定，以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙。,1.强夯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。,2.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。,3.强夯置换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。,31,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯 击 击 数,国内确定夯击击数的方法有所不同：有的以孔隙水压力达到液化压力为准则；有的以最后一击的夯沉量达某一数值为限值；也有的以上、下二击所产生的沉降差小于某一数值为标准。总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为410击。,32,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯 击 击 数,强夯夯点的 夯击击数,按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,还要满足,1.最后两击平均夯沉量不宜大于下列数值：单击夯击 能量小于4000kN*m时为50mm；夯击能为40006000kN*m 时为100mm；夯击能大于6000kNm时为200mm;,2.夯坑周围地面不应发生过大隆起;,3.不因夯坑过深而发生起锤困难。,33,2 设计计算,夯击击数和遍数,夯 击 击 数,强夯置换点 的夯击击数,按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,还要满足,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强夯的规定值。,34,2 设计计算,夯击击数和遍数,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2遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,35,2 设计计算,垫层铺设,强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。 垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m，保证地下水位低于坑底面以下2m。铺设的垫层不能含有粘土。,36,2 设计计算,间歇时间,取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间,砂性土,消散快,间歇时间很短,连续夯,粘性土,消散慢,孔压叠加,间歇时间长,设置袋装砂井,加速消散,缩短间歇时间,37,2 设计计算,现场测试设计,地面 及 深层 变形,目的： 1.了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化； 2.研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量； 3.确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。,手段： 地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。,38,2 设计计算,现场测试设计,地面 及 深层 变形,夯击次数(或夯击能)与夯坑体积和隆起体积关系曲线,阴影面积为有效压实体积，越大表示效果越好。,39,2 设计计算,现场测试设计,孔隙 水 压力,一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。,40,2 设计计算,现场测试设计,侧向 挤 压力,将土压力盒事先埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相近似。在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。,41,2 设计计算,现场测试设计,振动 加 速度,通过测试地面振动加速度可以了解强夯振动的影响范围。通常将地表的最大振动加速度为0.98m/s2处作为设计时振动影响安全距离。但由于强夯振动的周期比地震短得多，强夯产生振动作用的范围也远小于地震的作用范围，所以强夯施工时，对附近已有建筑物和正在施工的建筑物的影响肯定要比地震的影响为小。为了减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟。,42,3 施工方法,施工机械,西欧国家,大吨位的履带式起重机,稳定性好，行走方便,日本,轮胎式起重机,国外还制造了三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m,国外所用履带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上,43,3 施工方法,施工机械,我国只具备小吨位起重机的施工条件，只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩装置,强夯脱钩装置图 1-吊钩 2-锁卡焊合件 3、6-螺栓 4-开口销 5-架板 7-垫圈 8-止动板 9-销轴 10-螺母 11-鼓形轮 12-护板,44,3 施工方法,施工步骤,强夯法施工的步骤： 1) 清理并平整施工场地； 2) 铺设垫层，使在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。同时可加大地下水和表层面的距离，防止夯击的效率降低; 3) 标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程； 4) 起重机就位，使夯锤对准夯点位置； 5) 测量夯前锤顶标高；,45,3 施工方法,施工步骤,6) 将夯锤起吊到预定高度，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，应及时将坑底整平； 7) 重复步骤6)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击； 8) 换夯点，重复步骤4)7)，完成第一遍全部夯点的夯击； 9) 用推土机将夯坑填平，并测量场地高程； 10) 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，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。,46,3 施工方法,施工步骤,强夯置换法施工的步骤： 1. 清理并平整施工场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.02.0m的砂石施工垫层； 2. 标出夯点位置，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. 夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击；,47,3 施工方法,施工步骤,6. 按由内向外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工； 7. 推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程； 8. 铺设垫层，并分层碾压密实。,48,4 质量检验,强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验，对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取714d；对粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基的间隔时间可取28d。,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，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。,49,4 质量检验,竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于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；对于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。,检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。检验深度应不小于设计处理的深度。,50,51,5 工程实例,强夯加固松砂地基,工程概况,见教材P40,52,碎(砂)石桩,53,主 要 内 容,1 加固机理,设计计算,3 施工方法,4 质量检验,5 工程实例,54,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。,概述,55,(1)碎石桩,中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)中规定：,振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10的中砂、粗砂地基。,56,57,(2)砂桩,成桩方法 :振动成桩法,冲击成桩法 . 适用范围：松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基 ，也可用于处理可液化地基。,58,主要目的 ：提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性。,加固机理,(1)对松散砂土加固原理,三方面作用,挤密作用 排水减压作用 砂基预振效应,59,对粘性土地基，碎(砂)石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。此外还有排水、加筋和垫层的作用。,加固机理,(2)对粘性土加固机理,60,设计计算,一般设计原则,加固范围,场地条件 一般地基，在基础外缘应扩大12排； 可液化地基，在基础外缘应扩大24排桩。,61,设计计算,一般设计原则,桩位布置,大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置； 独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置； 圆形或环形基础(如油罐基础)宜用放射形布置。,62,设计计算,一般设计原则,加固深度,（1）当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定。 （2）当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎石桩或砂桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值的要求。 （3）对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度。 （4）在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定。 （5）桩长不宜短于4m。,63,设计计算,一般设计原则,桩径,碎(砂)石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。 采用30kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.801.2m； 采用沉管法成桩时，碎(砂)石桩的直径一般为0.300.70m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。,64,设计计算,一般设计原则,材料,可以就地取材，一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5%。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振冲器的外径和功率有关，一般不大于8cm，对碎石，常用的粒径为25cm。,65,设计计算,一般设计原则,垫层,施工完毕后，基础底面应铺设3050cm厚度的碎(砂石垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。,66,设计计算,用于砂性土的设计-桩距,砂性土按所要求的孔隙比设计桩距（从挤密的观点出发）,67,设计计算,用于砂性土的设计-桩距,修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，取1.1-1.2，不考虑时取1.0,68,设计计算,公式中加固后地基的孔隙比e1的确定：,用于砂性土的设计-桩距,69,某松散砂土地基，处理前现场测得砂土孔隙比为0.81，土工试验测得砂土的最大、最小孔隙比分别为0.90和0.60。现拟采用砂石桩法，要求挤密后砂土地基达到的相对密度为0.80。砂石桩的桩径为0.70m，等边三角形布置。 1、处理后地基的孔隙比最接近下列哪个值? (A)0.60 (B)0.62 (C)0.64 (D)0.66 (E)0.68 2、砂石桩的桩距采用下列哪一个数值为宜(不考虑振动下沉挤密作用)? (A)2.0m (B)2.3m (C)2.5m (D)2.6m,练一练,70,1）计算挤密后的砂土孔隙比 2）根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）公式（8.2.2-1）,71,设计计算,砂性土液化辨别,根据现行国家标准建筑抗震设计规范(GB50011)规定：应采用标准贯入试验判别法，在地面下20m深度范围内的液化土应符合下式要求，当有成熟经验时，尚可采用其它判别方法。,72,设计计算,用于粘性土的设计桩距,粘性土地基按置换率确定桩距,73,74,设计计算,用于粘性土的设计-复合地基承载力计算,75,设计计算,用于粘性土的设计-复合地基承载力计算,一般情况下，桩土应力比n可取24，原土强度高时取小值，原土强度低时取大值。,76,设计计算,建筑地基处理技术规范阐明，振冲桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可以用下式计算： 对于小型工程的粘性土地基，如无载荷试验资料，复合地基承载标准值可按下式估算：,用于粘性土的设计-复合地基承载力计算,77,设计计算,砂桩或碎石桩复合地基的沉降量S包括两部分：复合土层的变形量S1 、下卧层的变形量S2 ，有S=S1+S2 。 n：对粘性土可取24，对粉土可取1.53，原土强度大时，取低值，反之取高值。,用于粘性土的设计-复合地基沉降计算,78,设计计算,目前，尚未形成砂桩或碎石桩复合地基的沉降计算经验系数，可取 =1。,用于粘性土的设计-复合地基沉降计算,79,设计计算,散体材料桩复合地基桩体极限承载力,主要取决于桩侧土体所能提供的最大侧限力。 散体材料桩在荷载作用下，桩体发生鼓胀，桩周土进入塑性状态，可通过计算桩间土侧向极限应力计算单桩极限承载力。其一般表达式可用下式表示：,因此，散体材料桩的单桩承载力只与桩间土的侧限力有关，而与桩长无关。,80,一小型工程采用振冲置换法碎石桩处理，碎石桩桩径为0.6m，等边三角形布桩，桩距1.5m，处理后桩间土承载力特征值为120kPa，根据建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)求得复合地基承载力特征值最接近于下列哪一个数值? (n=3) (A)145kPa (B)155kPa (C)165kPa (D)175kPa,练习,81,一小型工程采用振冲置换法碎石桩处理，碎石桩桩径为0.6m，等边三角形布桩，桩距1.5m，处理后桩间土承载力特征值为120kPa，根据建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)求得复合地基承载力特征值最接近于下列哪一个数值? (n=3) (A)145kPa (B)155kPa (C)165kPa (D)175kPa,练习,82,解:复合地基承载力特征值： 等边三角形布桩：,练习,83,是碎石桩的主要施工方法之一，它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，直至地面，从而在地基中形成一根大直径的和很密实的桩体。,施工方法,振冲法,84,对砂土地基，其施工顺序宜从外围或两侧向中间进行。 对粘性土地基，其施工顺序一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行，以保证到达设计要求的置换率。 在地基强度较低的软粘土地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动影响，因而可采用“间隔跳打”的方法。 当加固区附近有其它建筑物时，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。,施工方法,振冲法-施工顺序,85,填料方式一般有三种： 第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1m堆高的填料，然后再放下振冲器进行振密。每次加料都这样做。 第二种方法是振冲器不提出孔口，只是往上提升约1m左右，然后往下倒料，再放下振冲器进行振密。 第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。在粘性土地基中，由于孔道常会被坍塌下来的软粘土所堵塞，所以常需进行清孔除泥，故不宜使用连续加料的方法。在砂性土地基中，可采用连续加料的施工方法。,施工方法,振冲法-施工方法,86,振动成桩法 1)一次拔管法 2)逐步拔管法 3)重复压拔管法 冲击成桩法 1)单管法 2)双管法,施工方法,沉管法,沉管法过去主要用于制作砂桩，近年来已开始用于制作碎石桩，这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法两种。,87,质量检验,砂石桩施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和粘性土地基应待孔隙水压力消散后进行，间隔时间不宜少于28d；对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。 关于施工质量检验，常用的方法有单桩载荷试验和动力触探试验。关于加固效果检验，常用的方法有单桩复合地基和多桩复合地基大型载荷试验。,88,复合地基概论,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,复合地基与桩基,都是采用以桩的形式处理地基； 复合地基属于地基范畴，而桩基属于基础范畴； 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。 复合地基的主要受力层在加固体内而桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内。,89,复合地基概论,90,复合地基概论,分类,增强体的方向：水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基,91,复合地基概论,分类,桩体如按成桩所采用的材料可分为： 1) 散体土类桩如碎石桩、砂桩等； 2) 水泥土类桩如水泥土搅拌桩、旋喷桩等； 混凝土类桩树根桩、CFG桩等。 桩体如按成桩后的桩体的强度（或刚度）可分为： 1) 柔性桩散体土类桩属于此类桩； 2) 半刚性桩CFG桩,水泥土类桩； 3) 刚性桩混凝土类桩。,92,复合地基概论,复合地基载荷试验 (Static Load Test of Composite Foundation),复合地基载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数。复合地基载荷试验一般包括单桩复合地基载荷试验和多桩复合地基载荷试验。,93,复合地基概论,复合地基载荷试验 (Static Load Test of Composite Foundation),一、试验要点 （1）复合地基荷载试验的承压板应为刚性。单桩复合地基荷载试验的承压板可采用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基荷载试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。桩的中心(或形心)应与承压板的中心保持一致，并与荷载作用点相重合。 （2）承压板高程宜接近基础底面设计高程。承压板底面下宜铺设与设计复合地基垫层相应的垫层，垫层厚度宜取50150mm，桩身强度高时宜取大值。垫层上宜设中砂或粗砂找平层。试验标高处的试坑长度和宽度，应不小于承压板尺寸的3倍。 （3）加荷等级可分为812级，最大加载压力不宜小于设计要求压力值的2倍。,94,复合地基概论,复合地基载荷试验 (Static Load Test of Composite Foundation),（4） 每加一级荷载前后均应测读承压板的沉降量一次，以后每半小时测读一次。当一小时内沉降量小于0.1 mm时，即可加下一级荷载。 （5） 当出现下列现象之一时可终止试验： 1）沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起； 2）承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%； 3）当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。 （6） 卸载级数可为加载级数的一半，等量卸载，每卸一级，间隔半小时，测读回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时测读总回弹量。,复合地基概论,复合地基载荷试验 (Static Load Test of Composite Foundation),二、复合地基承载力特征值的确定 （1） 当压力沉降曲线上能确定出极限荷载，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限作为复合地基承载力特征值；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半作为复合地基承载力特征值。,S,s,pcr,pu,96,复合地基概论,复合地基载荷试验,（2） 当压力沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定复合地基承载力特征值： 对于砂石桩、振冲桩或强夯置换墩：当以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所对应的压力；当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。 对土挤密桩、石灰桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.012所对应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力。 对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。 对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.006所对应的压力。,按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。,复合地基载荷试验的试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30时，可取其平均值作为复合地基承载力特征值。,97,复合地基载荷试验承压板、千斤顶及百分表,98,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,新建浙江岱山电厂位于舟山群岛，厂址座落于30多米厚新近沉积的淤泥质粉质粘土层上，该上层夭然地基承载力设汁值只有45kPa，无法满足工程设计要求，考虑到当地产石的条件，石料便宜，排污方便，故对部分辅助厂房（如图所示的1V建筑物）地基进行碎石桩加固的方案。然耐对某些建筑物由于某些特殊原因没有采用碎石桩加固地基的方案，刚好提供了一个沉降特性对比的机会,工程概况,99,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,本场地各层土物理力学指标如表3-18，地下水位接近于地面，0.85.0m深度范围内地基土不排水抗剪强度平均值只有15kPa，第二和第三层地基土均为欠固结土。为了提高地基土承载力和减少变形，采用了碎石桩。桩长14m，平均桩径0.85m呈梅花形布桩。,100,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,2.载荷试验结果 复合地基、单桩和天然地基承载力设计值依次为90KPa、70KPa和45KPa； 随着载荷P的增大，复合地基变形模量与天然地基变形模量的比值也随之增大，即复合地基抑制基础沉降的作用逐浙发挥,101,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,3.位移观测及分析,102,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,103,工程实例,振冲碎石桩加固饱和粘性土工程实例,碎石桩加固地基可减少建筑物的最终沉降量。经加固后，建筑物的最终沉降呈平均仅为未加固地基的35，其减少幅度是非常可观的 碎石桩可加速地基固结。值是反映地基固结快慢的重要参数， 值越大，其固给速率也越快，由表中可知，碎石桩复合地基的庐值为天然地基的3.24倍。 未加固地基在建筑物施工结束时的固结度为35.7，然而本工程中碎石桩加固地基在建筑物施工结束时的固结度达78.3为未加固地基的2.2倍。 此外，比较施工开始至480天时的固结度和沉降之比同样可得出上述结论。,104,案例分析,某建筑场地地基受力层为粉细砂层，地基承载力特征值fk=110kpa，Es=5.6MPa。拟采用加填料的振冲法进行地基处理；振冲桩体地基承载力特征值fpk=510KPa，桩体平均直径d=750mm，桩间距2m等边三角形布置，n=2。 初步设计振冲桩处理后复合地基承载力特征值？ 经处理后的复合地基进行变形验算时复合土层的压缩模量？ 如果要求处理后的复合地基的承载力特征值fspk=180KPa，那么较合适的复合地基的桩土面积置换率是？,105,Lime Pile,石灰桩,106,石灰桩,概述,石灰桩是指用人工或机械在土中成孔，然后灌入生石灰块，经夯压后形成一根一根的桩体。在生石灰块中掺入粉煤灰所形成的桩被称为“二灰桩”，掺入砂子的桩被称为“石灰砂桩”。,107,石灰桩,概述,我国于1953年开始对石灰桩进行了研究，由于限于当时条件，施工系手工操作，桩径仅100200mm，长度仅2.0m，又因发现软心等问题，所以未能继续。 1981年后，江苏省建筑设计院对东南沿海地区的大面积软土地基采用生石灰与粉煤灰掺合料进行加固研究，其后，浙江省建筑科学研究所和湖北省、山西省建筑科学研究所等单位，相继开展了石灰桩的试验和应用研究。 20世纪60年代正当我国中断石灰桩的研究工作之际，日本、美国、瑞典、前苏联、法国、联邦德国、澳大利亚等国相继开展了石灰桩处理软土地基的研究和应用。其它国家对石灰桩的研究晚于中国，但发展迅速，并有深层加固和机械化施工两大特点。1965年开始发展起来，广泛应用于道路、铁路、地铁、填筑软地基等加固工程。,发展简史,108,石灰桩,加固机理,按用料和施工工艺将石灰桩可分为： （一）石灰桩法（块灰灌入法） （二）石灰柱法（粉灰搅拌法）,适用范围 石灰桩适应于加固杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土和粘性土地基，有地区经验时，可用于加固透水性小的粉土，不适应于加固地下水下的砂类土。根据我国现有技术水平和加固经验，石灰桩的加固深度不宜超过。,109,石灰桩,加固机理,（一）桩间土 1、成孔挤密 2、膨胀挤密 3、脱水挤密 4、胶凝作用 （二）桩身 （三）复合地基,石灰桩加固地基的机理可以从桩间土、桩身和复合地基几个方面探讨。,110,石灰桩,设计计算,根据采用的施工方法和机具选用石灰桩桩孔直径，一般选用直径为 的桩孔。不少地区采用沉管灌注桩设备，这样桩径就与沉管灌注桩的规格相同。桩径的大小还与桩长有关。为避免过大的长细比，一般较长的桩其桩径较大。,桩径,111,石灰桩,设计计算,桩距,石灰桩的有效加固范围，宜大于基础宽度，当大面积满堂布置时，一般在基础外缘设23排护桩。,112,石灰桩,设计计算,选桩长的原则,1、当软弱土层较薄时，下面是好土层，石灰桩应打穿软弱土层进入好土层。当软弱土层深而厚时，视不同情况进行处理。对变形要求较高的建（构）筑地基，桩长宜达到压缩层底部。 2、对用于加强地基稳定性为目的石灰桩，桩长应穿过所有可能的滑动面。 3、若只是为了形成一个压缩性较小的垫层，则桩长可较小，一般为2-4m。 4、洛阳铲成孔不宜超过6m，机械成孔管外投料时，不宜超过8m。,113,石灰桩,设计计算,承载力验算,114,石灰桩,沉降计算,115,石灰桩,施工方法,（一）材料,石灰桩的主要材料是生石灰。生石灰宜用钙质石灰（MgO含量大于5）钙质石灰比镁质石灰硬化速度快，放热效应高，质量较好。要求采用新鲜良好的块灰并需过筛。活性氧化钙含量不应少于7080，含粉量不得超过总重量的15。,116,石灰桩,施工方法,（三）成桩工艺,石灰桩的成桩工艺分无管成桩和有管成桩两大类。 无管成桩是用人工或机械在土中成孔以后，分段填料、分段夯实，最后封顶而成。 有管成桩是用各类打桩机在土中沉入钢管，往管内填料，然后用芯管压实或在施工时振动、压缩空气等作用的同时，拨管形成桩身，再用盲板封管将桩顶段反压密实，同样封顶成桩。,117,石灰桩,施工方法,1.成孔,（1）沉管法是常用的成孔方法。 使用柴油或振动打桩机将带有特桩尖的钢桩管打入土层中，达到设计深度后，缓慢拨出桩管即成桩孔。沉管法成孔的孔壁光滑规整，挤密效果和施工技术都比较容易控制和掌握，成孔最大深度由于受桩架高度的限制，一般不超过8m。 （2） 冲击法成桩是使用冲击钻机将0.63.2t锥形钻头提升0.52.0m高度后自由落下，反复冲击，使土层成孔。孔径大孔深不受机架限制，同一套设备既可成孔，又可填夯，不需另配填夯设备。该法适用于较大桩径和较长的石灰桩。 （3）螺旋钻进法成孔。它的优点是：不使用冲洗液，符合石灰桩的施工要求，钻进时不断向孔壁挤压，可使孔壁保持稳定，可一次成孔，不需要升降工序，可进行深孔钻进，钻孔深度不受设备限制，钻进效率高，每小时效率可高达几米,118,石灰桩,施工方法,2.填夯、3.封顶,2填夯 成孔检验合格后应立即填夯成往，一般都是人工填料，机械夯实。 3封顶 可在桩身土段夯入膨胀力小、密度大的灰土或粘土将桩顶捣实，也可用 C7.5素混凝土封顶捣实。封顶长度一般在 1m左右，对于直径 500mm的石灰桩，封顶长度取1.5m,119,石灰桩,施工方法,工人在用洛阳铲进行石灰桩成孔,120,石灰桩孔径d=300mm，桩间距s800mm,121,人工洛阳铲,122,夯填石灰桩所用的夯锤（夯板）,123,石灰桩,质量检验,（一）桩身施工质量检验 （二） 桩间土检验 （三） 复合地基检验,124,土桩及灰土桩挤密法,125,概述,灰土挤密桩法和土挤密桩法是利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入素土(或灰土)后夯实而成土桩(或灰土桩)。,主要特征,1.横向挤密，同样达到所要求加密处理后的最大干密度的指标 ； 2.与土垫层相比，无需开挖回填，因而节约了开挖和回填土方的工作量。比换填法缩短工期约一半 ； 3.由于不受开挖和回填的限制，一般处理深度可达1215m ； 4.造价相对较低 。,概念、主要特征,126,概述,适用范围,土桩和灰土桩人工复合地基适合于处理地下水位以上、深度在 515m，含水量在1423的湿陷性黄土地基、新近堆积黄土、素填土、杂填土及其它非饱和的粘性土、粉土等土层。当地基含水量大于2325、饱和度大于0.65时，桩孔可能缩颈和出现回淤问题，挤密效果差，也较难施工，因此，不宜选用此法。,适用范围,127,概述,适用范围,下列哪些地基土适合采用土挤密桩法处理? (A)地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土 (B)湿陷性黄土、素填土和杂填土 (C)以消除地基土的湿陷性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (D)以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土 (E)地基土的含水量小于24的湿陷性黄土,【正确答案】A C E,128,侧向 挤密,效果与土的含水量及土的干密度相关,具气硬性和水硬性,正电荷钙离子与带负电荷的粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长,加固机理,灰土 性质,桩体作用,129,设计计算,处 理 范 围,应大于基础或建筑物底层平面的面积,还要满足,1)局部处理：对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边超出基础底面的宽度不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。 2)整片处理：每边超出建筑物外墙的尺寸不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。,130,设计计算,处 理 深 度,应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，应符合现行国家标准湿陷性黄土地区建筑规范的有关规定。,桩 径,桩径过小：桩数增加，并增大打桩和回填的工作量； 桩径过大：桩间土挤密不够，致使消除湿陷程度不够理想。 桩孔直径宜为300450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。,131,设计计算,桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离，可为桩孔直径的2.02.5倍，也可按下式估算： 桩间土的平均挤密系数，应按下式计算： 在成孔挤密深度内，桩间土的平均干密度(t/m3)，平均试样数不应少于6组。 桩孔的数量可按下式估算：,桩距,132,设计计算,填料和压实系数,1.应用压实系数控制夯实质量。 2.当桩孔内用灰土或素土分层回填、分层夯实时，桩体内的平均压实系数值，均不应小于0.96； 3.消石灰与土的体积配合比，宜为2:8或3:7。 4.桩顶标高以上应设置300500mm厚的2:8灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。,处理填土地基时，鉴于其干密度值变动较大，一般不易按上式计算桩孔间距，为此，可根据挤密前地基土的承载力特征值和挤密后处理地基要求达到的承载力特征值，利用下式计算桩孔间距 ：,133,设计计算,承载力及变形计算,承载力 应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定。 初步设计当无试验资料时，可按当地经验确定 对灰土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250kPa； 对土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180kPa。 变形 应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007的有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。,134,案例分析,灰土挤密桩设计,某办公楼五层砌体承重结构，楼长46.0m，宽12.8m，总建筑面积2860m2。地基土为杂填土，地基承载力特征值fa=86kPa。拟采用灰土挤密桩，设计桩径d=400mm，桩孔内填料的最大干密度dmax=1.67t/m3；场地处理前平均干密度d=1.33t/m3，挤密后桩间土平均干密度要求达到d1=1.54t/m3，进行灰土挤密桩设计。,1.桩孔按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离最合适的是（） A、1.00m；B、1.20m；C、0.60m； D、0.80m 2.按正方形布桩，假设桩间s=900mm，桩孔的数量最合适的是（） A、727； B、826； C、1135； D、1035 3.经处理后的灰土挤密桩复合地基承载力特征值比较合适的是（） A、252KPa；B、192KPa；C、170KPa； D、100KPa 4.桩孔拟采用灰土填料，要求分层压实，填料夯实后的控制干密度不小于（） A、1.55t/m3；B、1.57t/m3；C、1.58t/m3； D、1.60t/m3,135,设计计算,施工方法,(1)施工工艺 土(或灰土)桩的施工应按设计要求和现场条件选用沉管(振动或锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔，使土向孔的周围挤密。 桩顶设计标高以上的预留覆盖土层厚度宜符合下列要求： 1)沉管(锤击、振动)成孔，宜为0.500.70m； 2)冲击成孔，宜为1.201.50m。 成孔时，地基土宜接近最优(或塑限)含水量，当土的含水量低于12时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算： 应于地基处理前46d，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸入拟处理范围内的土层中。,136,设计计算,施工方法,成孔和孔内回填夯实应符合下列要求： 1)成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里(或中间)向外间隔12孔进行，对大型工程，可采取分段施工；当局部处理时，宜从外向里间隔12孔进行； 2)向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度； 3)桩孔的垂直度偏差不宜大于1.5； 4)桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5； 5)经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填人筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。,137,设计计算,施工方法,(2)施工中可能出现的问题和处理方法 1) 夯打时桩孔内有渗水、涌水、积水现象可将孔内水排出地表，或将水下部分改为混凝土桩或碎石桩，水上部分仍为土(或灰土)桩。 2) 沉管成孔过程中遇障碍物时可采取以下措施处理： 用洛阳铲探查并挖除障碍物，也可在其上面或四周适当增加桩数，以弥补局部处理深度的不足，或从结构上采取适当措施进行弥补； 对未填实的墓穴、坑洞、地道等面积不大，挖除不便时，可将桩打穿通过，并在此范围内增加桩数，或从结构上采取适当措施进行弥补。 3) 夯打时造成缩径、堵塞、挤密成孔困难、孔壁坍塌等情况，可采取以下措施处理： 当含水量过大缩径比较严重时，可向孔内填干砂、生石灰块、碎砖碴、干水泥、粉煤灰；如含水量过小，可预先浸水，使之达到或接近最优含水量； 遵守成孔顺序，由外向里间隔进