地基处理案例分析.ppt

地基处理案例 土木工程系 目录 任务一 特殊土分类与地基任务二 常见地基处理案例任务三 地震地震区地基基础问题 特殊土与地基处理 区域性地基 地基处理和复合地基的基本概念 地基处理的方法及适用范围 地震区地基基础问题 一 区域性地基 我国地域辽阔 地理环境 地形高差 气温 降雨量 地质成因和地质历史等因素千差万别 加上组成土的物质成分和次生变化等复杂因素 形成若干特殊性土 这些天然形成的特殊性土的地理环境分布有一定的规律性和区域性 因此 这些土也称为区域特殊性土 特殊土 指特殊土 膨胀土 湿陷性黄土 红粘土 多年冻土等 地基 山区地基以及地震区地基等 1 膨胀土 定义 膨胀土是土中粘粒成分主要有亲水性矿物组成 同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘土 膨胀土危害 危害 膨胀土通常强度较高 压缩性低 膨胀土对建筑物的危害 膨胀土对建筑物的损坏 主要由有不均匀变形所引起 当最大胀缩变形超过1 5cm 就会引起墙体开裂 房屋开裂的特点以低层砖木结构民房最为严重 膨胀土胀缩变形的主要内外因素 内因 1 矿物及化学成分 膨胀土中含大量蒙特土和伊利土 亲水性强 胀缩变形大 2 粘土颗粒含量3 土的密度4 含水量5 土的结构外因 气候条件 地形外貌 周围树木 日照程度 膨胀土地区建筑工程措施 1 建筑措施建筑体型应力求简单 屋面排水宜采用外排水 散水设计要求 室内地面设计 2 结构措施基础形式 承重砌体结构 设置圈梁 设置构造柱 膨胀土地基处理 根据土的胀缩等级 当地材料及施工工艺等 进行综合技术经济比较后确定处理方法 常用换土 砂石垫层与土性改良 美国用石灰浆灌入法加固膨胀土地基 等方法 必要时采用桩基础 此外 在施工中宜采用分段快速作业法 防止基坑 槽 暴晒或泡水 验槽后 应及时浇混凝土垫层 当基础施工出地面后 基坑应及时分层回填完毕 2 湿陷性黄土地基 黄土在一定压力下受水浸湿后 结构迅速破坏 并产生显著的附加沉陷 具有这种性质的黄土称为湿陷性黄土 特性 湿陷性黄土具有与一般粘性土不同的特性 主要是具有大孔隙和湿陷性 黄土湿陷性的原因 外因 主要为建筑物本身的上下水道漏水 大量降雨渗入地下 以及附近修建水库 渠道蓄水渗漏 引起黄土的湿陷 内因 黄土没有层理 有肉眼可见大孔隙 黄土中含有大量多种可溶盐 受水浸湿后被溶化 途中胶结力大为减弱 导致土粒变形 黄土为欠压密土 薄膜水增厚 在压密过程中起润滑作用 湿陷性黄土地基处理 当湿陷性黄土地基的压缩变形 湿陷变形或强度不能满足设计要求时 应针对不同的土质条件和建筑物的类别 采取相应的措施 建筑工程的设计措施 地基处理措施 消除地基的全部或部分湿陷量 或采用深基础 桩基础穿透全部湿陷性土层 结构措施 减小建筑物的不均匀沉降 或使结构适应地基的变形 防水措施 防水措施 在建筑物布置 场地排水 地面防水 散水 排水沟 管道敷设 管道材料和接口等方面 应采取措施防止雨水或生产 生活用水的渗漏 在检漏防水措施的基础上 应提高防水地面 排水沟 检漏井等设施的材料标准 如增设卷材防水层 采用钢筋混凝土排水沟等 湿陷性黄土地基常用的处理方法 3 红粘土地基 红粘土的特征 颜色 褐红 紫红 棕红及黄褐色 土层厚度 因受基岩起伏影响 往往在水平距离仅1米 厚度突变达4 5米 极不均匀 状态与裂隙 沿深度状态上部硬 下部软 因胀缩交替变化 裂隙发育 破坏了土体的完整性 位于斜坡 陡坎上的竖向裂隙 可能形成滑坡 红粘土地基的评价 1 红粘土的表层 通常呈坚硬 硬塑状态 强度高 压缩性低 可充分利用表层红粘土作为天然地基持力层 2 红粘土的底层 接近下卧基岩面附近尤其在基岩面低洼处 因地下水积聚 常呈软塑或流塑状态 该处红粘土强度较低 压缩性较高 为不良地基 3 红粘土下卧基岩起伏不平并存在软弱土层 容易引起地基不均匀沉降 4 冻土地基 建筑物冻害的防治措施1 换填法2 保温法3 排水隔水法4 结构措施1 采用深基础 埋于当地冻深以下 2 锚固式基础 深桩基础与扩大基础 3 回避式基础 包括架空法 埋入法 隔离法 5 山区地基 山区地基覆盖层厚薄不均 下卧基岩面起伏较大 高差悬殊 山区山高坡陡 地表径流大 易形成滑坡 崩塌 泥石流以及岩溶 土洞等不良地质现象 说明山区地基的均匀性和稳定性都很差 岩溶 喀斯特 是指可溶性岩石在水的溶 浸 蚀作用下 产生沟槽 裂隙和空洞以及陷穴 洼地等现象和作用 凝固的岩溶 地基处理措施 挖填 跨盖 灌注 排导 二 地基处理 地基处理的对象软弱土地基工程特性特殊土的工程特性地基处理的目的地基处理的原则 基本知识 地基处理的对象 软弱地基和特殊土地基 软弱土系指淤泥 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 特殊土地基带有地区性的特点 它包括软土 湿陷性黄土 膨胀土 红粘土和冻土等地基 软弱土地基工程特性 微观特性 软弱土地基工程特性 宏观特性 工程特性软土地基的 地基承载力低 建筑物沉降历时长 建筑物的沉降和差异沉降较大 特殊土的工程特性 软土的特征 高含水量和高孔隙性 渗透性弱 压缩性高 抗剪强度低 较显著的触变性和蠕变性 湿陷性黄土特征 在干燥时具有较高的强度 而遇水后即使在其自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷 称为湿陷性 红粘土的特征 天然含水量和孔隙比很大 高塑性 但其强度高 压缩性低 不具有湿陷性 工程性能良好 膨胀土的特性 粘粒含量多 含水量小 孔隙比小 膨胀率大 基于软土地基和特殊土的上述工程特性 所以在该类地基上修建建筑物 必须重视地基的变形和稳定问题 因此在软土地基上建造建筑物 要求对软土地基进行处理 地基处理的目的地基处理的目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件 主要有 1 改善剪切特2 改善压缩特性3 改善透水特性4 改善动力特性5 改善特殊土的不良地基特性 水平向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料 如土工聚合物 金属材料格栅等形成的复合地基 竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基 地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基 复合地基 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 桩体如按成桩所采用的材料可分为 散体土类桩 如碎石桩 砂桩等 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 可分为柔性桩 散体土类桩属于此类桩 半刚性桩 水泥土类桩 刚性桩 混凝土类桩 地基处理的原则 技术可靠 经济合理 施工可行的方案 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综合 案例1 工程概况加固机理及处理方法地基处理效果及评价 工程概况加固机理及处理方案夯实法及碾压法 1 将原纵向渗沟加深至1 3m 原设计为0 8m 其断面为上宽0 8m 下宽0 6m的梯形 设置在路堑边沟内侧下沿 并增设横向渗沟 其断面尺寸为上宽0 6m 下宽0 5m 深0 5m的梯形 其间隔为15m1道 渗沟内纵横向PVC塑料管相互联结 纵向渗沟的坡率同路面纵坡 横向渗沟的纵坡则同路面横坡 中间高 两侧低 2 换填路床顶面以下0 6cm的土层 换填料为底下0 4m碎石统料 顶上0 2m为水泥含量4 的底基层混合料 3 施工程序及质量控制基槽开挖渗沟施工基底碾压回填碾压第一层碎石统料回填碾压第二层统料回填水泥混合料施工质量检测 4 地基处理效果及评价 强夯法是法国L 梅纳 Menard 1969年首创的一种地基加固方法 夯击后的地基承载力可提高2 5倍 压缩性可降低200 500 影响深度在10m以上 振动压路机 案例2 工程概况加固机理及处理方法地基处理效果 工程概况浙江省金华市某宿舍楼 建筑在冲填土的暗浜范围内 通过勘察表明 场地内有一池塘 塘底淤泥未挖除 冲填龄期达45年以上并且处于欠固结状态 地基承载力标准值在60 80kPa 往往在较低的压力下 地基就产生较大的下沉 使沉降长期不能稳定 加固机理及处理方法换填法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 并夯至密实 地基处理方案及效果采用砂垫层对该软弱地基进行处理 砂采用中 粗砂 卵石的含量大约为10左右 每回夯填30cm厚 采用蛙式夯 撼砂深度为100cm 竣工后沉降量为7 5cm 地基承载力大大提高 经测试可达106 3kPa 大于设计值100kPa 满足工程要求 工程完成后两年内沉降量在10 12cm内 效果良好 应用推广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 换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层 碎石垫层 灰土垫层等 换土垫层法 换填法 将基础底面的软弱土层挖去 质地坚硬 强度较高 性能稳定 具有抗侵蚀性的砂 碎石 卵石 素土 灰土 煤渣 矿渣等材料分层充填 并予以分层压实 可以将上部荷载扩散至下面的下卧层 作用 一 换土垫层法的作用 1 提高地基承载力 2 减少沉降量 3 加速软弱土层的排水固结 4 消除湿陷性黄土的湿陷性 5 消除膨胀土的胀缩作用 6 防止冻胀 一 换土垫层法的作用及适用范围 二 换土垫层法的适用范围 换土垫层法适用于淤泥 淤泥质土 湿陷性黄土 素填土 杂填土及暗沟 暗塘等的浅层处理 多用于多层或低层建筑的条形基础 独立基础 地坪 料场及道路工程 二 砂垫层的设计 垫层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 并符合下式要求 垫层底面处的附加压力值 可按压力扩散角法进行简化计算 即 条形基础 矩形基础 垫层材料 1 砂石 应为级配良好 不含植物残体 垃圾等杂质 当使用粉细砂时 应掺入碎石或卵石 最大粒径不宜大于50mm 对湿陷性的黄土地基 不得选用砂石等透水材料 2 粉质黏土 土料中有机质含有量不得超过5 不得含有冻土或膨胀土 当含有碎石时 其粒径不得大于50mm 用于湿陷性黄土地基的素土垫层 土层中不得夹有砖 瓦和石块 3 灰土 体积配合比宜为2 8或3 7 土料宜用粉质粘土 不宜使用块状粘土和砂土 不得含有松软杂质 并应过筛 其粒径不得大于15mm 石灰宜用新鲜的消石灰 其粒径不得大于5mm 4 工业废渣 应质地坚硬 性能稳定和无腐蚀性 最大粒径及级配通过实验确定 常用的计算方法是扩散角法 一般可根据当地经验确定或按下式计算 一方面要满足基础底面应力扩散的要求 垫层的宽度 另一方面应防止垫层向两边挤动 施工要点 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 重锤夯实法的主要设备为起重机械 夯锤 钢丝绳和吊钩等 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 当直接用钢丝绳悬吊夯锤时 吊车的起重能力一般应大于锤重的三倍 采用脱钩夯锤时 起重能力应大于夯锤重量的1 5倍 夯锤宜采用圆台形 锤重宜大于2t 锤底面单位静压力宜为15 20kPa 夯锤落距宜大于4m 振动压实的效果与填土成分 振动时间等因素有关 一般振动时间越长 效果越好 但振动时间超过某一值后 振动引起的下沉基本稳定 再继续振动就不能起到进一步压实的作用 4 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30 50 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 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30 0cm 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8 40mm与40 60mm的分级干渣 或0 60mm的混合干渣 大面积铺 用于垫层的干渣技术条件应符合下列规定 稳定性合格 松散密度不小于1 1t m3 泥土与有机质含量不大于5 对于一般场地平整 干渣质量可不受上述指标限制 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 质量检验 分层施工质量检查工程质量检查验收 1 分层施工的质量以达到设计要求的密实度要求为标准 2 对素土地 灰土才砂垫层可用贯入仪检验垫层质量 对砂垫层用钢筋检验 并均应通过现场试验以控制压实系数所对应的贯入度为合格标准 3 测点布置 4 垫层工程质量验收方式可通过载荷试验进行 案例3 工程概况加固机理及处理方法地基处理效果及应用推广 工程概况广东科学中心位于广州大学城小谷围岛西部弯嘴头围 总用地面积453873m2 其地貌属珠江三角洲冲积平原 第四系覆盖层主要为人工填土 冲积淤泥 粉质粘土 砂土以及残积而成的粉质粘土 厚度8 20m 存在高压缩性 承载力较低及深部砂层液化等问题 需进行地基处理 加固机理排水固结法较其它地基处理方法造价较低 适合大面积场地地基的处理 由于单纯的填土堆载作用下排水固结的时间较长 为缩短排水固结期 加快软土的排水固结过程 宜采用动力 强夯 排水固结法和堆载预压固结法 动力排水固结法堆载预压法 竖向排水情况 砂井地基排水情况 排水固结预压法主要适用于处理淤泥 淤泥质土及其他饱和软粘土 对于砂类土和粉土 因其透水性良好 无需用此法处理 一 堆载预压法二 砂井堆载预压法三 真空预压法 堆载法预压的加固机理 在荷载作用下 土层的固结过程就是超静孔隙水压力 简称孔隙水压力 消散和有效应力增加的过程 如地基内某点的总应力增量为 有效应力增量为 孔隙水压力增量为 则三者满足以下关系 用填土等外加荷载对地基进行预压 是通过增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有效应力的方法 堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结 称为正压固结 根据固结理论 在达到同一固结度时 固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比 软粘土层越厚 一维固结所需的时间越长 如果淤泥质土层厚度大于10 20m 要达到较大固结度 80 所需的时间要几年至几十年之久 为了加速固结 最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径 缩短排水距离 在天然地基中设置垂向排水体 真空预压加固机理 真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层 然后埋设垂直排水管道 再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝 薄膜四周埋入土中 通过砂垫层内埋设的吸水管道 用真空装置进行抽气 使其形成真空 增加地基的有效应力 当抽真空时 先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压 使土体内部与排水通道 垫层之间形成压差 在此压差作用下 土体中的孔隙水不断由排水通道排出 从而使土体固结 真空预压的原理主要反映在以下几个方面 薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载 地下水位降低 相应增加附加应力 封闭气泡排出 土的渗透性加大 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 即是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 动力排水固结法加固机理及适用范围首先在砂垫层 或吹填砂层 上往下插设塑料排水板严格控制的强夯动力产生附加应力借助于插设塑料排水板所形成的排水通道作为传递工具 加速孔隙水压力的消散 1 插塑料排水板 2 强夯处理 1 2 现场监测设计 堆载预压法现场监测项目一般包括地面沉降观测 水平位移观测和孔隙水压力观测 如有条件可径向地基中深层沉降和水平位移观测 根据工程经验 提出如下控制要求 对竖井地基 最大竖向变形量每天不应超过15mm 对天然地基 最大竖向变形量每天不应超过l0mm 边桩水平位移每天不应超过5mm 地基中孔压不得超过预压荷载的50 60 并且应根据上述观察资料综合分析 判断地基的稳定性 预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85 左右 动力排水固结法现场监测该项目地基处理效果该项目地基处理的推广应用 案例4 工程概况加固机理及处理方法地基处理效果及应用推广 工程概况该项目总建筑面积73600m2 塔楼8栋14层 裙楼1层 1层地下室 基坑面积近10000m2 图例1区 最不利土层区域 其余区域 软塑状粘土区域 加固机理及适用范围微型钢管桩复合地基处理与混凝土换填相结合 地基处理方案图 图例1 微型钢管桩复合地基处理其余区域 混凝土换填 处理效果及推广应用该工程复合地基处理总共施打793根长1 5m和126根长3 0m的微型钢管桩 桩的直接施工只用了4天 大大缩短了工期 降低了造价 减小了工后沉降 参照 建筑地基处理技术规范 JGJ79 91 现场选取2个点作竖向抗压静载试验 采用慢速非维持荷载法加载 案例5 工程概况加固机理及处理方法地基处理效果 工程概况 青藏高原路基处理方法 加固机理及处理方法保温处理法在路基内加铺一层保温材料 利用保温材料的低热导性 热阻 阻止上部热量进入下部土层 从而起到保护多年冻土作用的方法 处理步骤 1 改线 2 保护冻土 3 换填砂砾 4 加高路基 5 排水 6 防止冬季积雪处理效果评价及应用推广 其他方法介绍 深层搅拌法 DeepMixingMethod DMM 是一种化学加固地基的方法 它通过特制机械 各种深层搅拌机 沿深度将固化剂 水泥浆 水泥粉或石灰粉 外掺一定的添加剂 与地基土强制就地搅拌 利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理 化学反应 使地基土硬结成为具有整体性 水稳定性 较低渗透性和一定强度的复合土桩 体 或与地基土构成复合地基 从而提高软土地基的承载力 减小地基的变形 化学注浆 喷射注浆 压密注浆 水泥注浆 膨胀土注浆 a 定位 b 喷浆 粉 搅拌下沉 c 搅拌上升 d 重复喷浆 粉 搅拌下沉 e 重复搅拌上升 完毕 a b c d e 其他方法简介 深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法 按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土 水泥加固土 影响水泥土强度的主要因素有 其他