软基处理方法复合桩基PPT课件.ppt

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 1 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 2 复合地基中不存在类似桩基中的群桩效应 复合地基犹似钢筋混凝土 其中地基中的桩体有如混凝土中的钢筋 它的实质就是考虑桩 土的共同作用 这无疑较之仅仅认为荷载由桩体来承担要经济和合理 形成条件 3 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 3 按成桩后桩体的强度 或刚度 分类 1 柔性桩 散体材料类桩 2 半刚性桩 水泥土类桩 3 刚性桩 混凝土类桩 4 复合桩基 桩土应力比 n p s 面积置换率 m Ap A 桩与土共同变形 共同承载 非均质 各向异性 与桩基区别 5 散体材料桩 桩身由散体颗粒材料组成 如砂 碎石 砂石等无胶凝性材料 特点 桩身c 0 只有依靠桩周围土体的围箍作用才能形成桩体 桩承载力取决于桩材的内摩擦角和桩周土对桩身的侧向约束力 而呈现出与桩长无关的特征 桩破坏形式主要为鼓胀破坏 6 半刚性桩 无须桩周土的围箍即能自立 桩身刚度和强度较小 压缩量较大 单桩沉降以桩身压缩为主 受桩端持力层性状影响不大的复合地基竖向增强体 特点 与散体材料桩依靠桩周土提供的被动土压力维持桩体平衡 承受上部荷载的作用不同 半刚性桩同刚性桩一样依靠桩周摩阻力和端阻力把作用在桩体上的荷载传递给地基土 因而 半刚性桩复合地基中土的垂直应力的扩散范围较散体材料的大 深度深 加固效果明显 7 刚性桩 无须桩周土的围箍即能自立 桩身刚度和强度较大 压缩量较小 特点 依靠桩周摩阻力和端阻力把作用在桩体上的荷载传递给地基土 深度深 加固效果明显 8 砂桩法是指利用振动或冲击荷载 在软弱地基中成孔后 填入砂并将其挤压入土中 形成较大直径的密实砂桩的地基处理方法 主要包括砂桩置换法 挤密砂桩法等 砂桩法起源于19世纪30年代的欧洲 用于在海湾沉积软土上建造兵工厂的地基工程中 当时的设计桩长为2m 桩径为0 2m 每根桩承担的荷载为10kN 概述 砂 碎石 桩法 9 20世纪50年代后期 随着振动打桩机的出现 又采用振动式打拔管施工方法 使其施工质量和施工效率均有显著提高 处理深度可达30m左右 砂桩最初是用于处理松散砂土和人工填土地基的 而在软弱粘性土地基上的应用不太成功 因为软弱粘性土的渗透性小 灵敏度大 成桩过程中产生的超静孔隙水压力不能迅速消散 挤密效果较差 而且因扰动而破坏了土的天然结构 降低了土的抗剪强度 10 砂桩 加载预压根据国外的经验 在软弱粘性土中形成砂桩复合地基后再对其进行加载预压 可提高地基强度和整体稳定性 并减小工后沉降 国内的实践也表明 如不进行预压 砂桩施工后的地基在荷载作用下仍有较大的沉降变形 对沉降要求较严的建筑物难以满足要求 因此 使用砂桩构成砂桩复合地基 对它再进行堆载预压 可显著提高地基强度 改善地基的整体稳定性 并减小地基沉降量 11 工程实践表明 砂桩法用于处理松散砂土和塑性指数不高的非饱和粘性土地基 其挤密 或振密 效果较好 不仅可以提高地基的承载力 减小地基的沉降 而且可以防止砂土由于振动或地震所产生的液化 砂桩处理饱和软弱粘性土地基时 主要是置换作用 可以提高地基承载力和减小沉降 同时 还起排水通道作用 能够加速地基的固结 12 加固原理 1 在松散砂土中的作用1 挤密作用采用冲击法或振动法往砂土中下沉桩管和一次拔管成桩时 由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向挤压力 桩管将地基中同体积的砂挤向周围的砂层 使其孔隙比减小 密度增大 这就是挤密作用 有效挤密范围可达3 4倍桩直径 且地基承载力可提高2 5倍 这就是通常所谓的 挤密砂桩 13 2 振密作用采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成桩时 下沉桩管对周围砂层产生挤密作用 拔起桩管对周围砂层产生振密作用 有效振密范围可达6倍桩直径左右 振密作用比挤密作用更显著 其主要特点是砂桩周围一定距离内地面发生较大的下沉 采用这种成桩方法的砂桩称为 振密砂桩 14 2 在软粘土中的作用1 置换作用密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土 置换作用 形成复合地基 使承载力有所提高 地基沉降也变小 一般地 砂桩复合地基承受外载荷时 发生压力向砂桩集中的现象 使桩周围土层承受的压力减小 沉降也相应减小 砂桩复合地基与天然的软弱粘性土地基相比 地基承载力增大率和沉降减小率都与置换率成正比关系 根据载荷试验 在同等载荷作用下 其沉降可比天然地基减小20 30 15 2 排水作用在软弱粘性土地基中 砂桩可以像砂井一样起排水作用 从而加快地基的固结沉降速率 砂桩复合地基与天然地基载荷试验的对比表明 在荷载相同的条件下 前者的沉降稳定时间比后者短得多 以上海宝山钢铁总厂的对比试验为例 在承压板面积影响范围内为饱和的粉质粘土和淤泥质粉质粘土 在荷载约为160kPa时 砂桩复合地基沉降稳定时间为69 70h 而天然地基为190h 说明砂桩对促进地基固结沉降有十分显著的作用 16 3 砂桩用途 1 在松散砂土中 可用于增大相对密度 防止振动液化 2 在软弱粘性土中 可用于提高地基承载力 加速固结沉降 改善地基的整体稳定性 17 设计计算 1 加固范围应根据建 构 筑物的重要性和场地条件及基础型式而定 对于一般基础 在基础外应扩大1 3排 对于可液化地基 在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1 2 并不应小于5m 对于高等级公路 一般应处理至边缘外1 3m 2 桩位布置对大面积满堂处理 桩位宜用等边三角形布置 对于独立或条形基础 桩位宜采用正方形 矩形等腰三角形布置 对圆形或环形基础宜用放射形布置 18 3 加固深度加固深度应根据软弱土层的性能 厚度或工程要求按下列原则确定 1 当软土层不厚时 应穿透软土层 2 当软土层较厚时 对按变形控制的工程 加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容许变形值并满足下卧层承载力的要求 3 当软土层厚度较大时 对于按稳定性要求控制的工程 加固深度应不小于最危险滑动面一下2m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 桩长不宜小于4m 19 4 桩径根据置换率要求 成桩方法 施工机械能力等因素综合考虑确定砂桩直径 在饱和软弱粘性土中尽可能采用较大的直径 目前国内采用的桩径一般为0 3 0 8m 国外最大达2m 5 材料宜使用中粗混合砂 含泥量不大于5 在对砂桩成型没有足够约束力的软弱粘性土中 可以使用砂和角砾混合料 桩孔填料量应通过现场试验确定 估算时可按桩孔体积乘以充盈系数1 2 1 4确定 6 垫层砂桩施工完毕后 地面应铺设30 50cm厚的砂垫层或砂石垫层 垫层要分层铺设 用平板振动器振实 在地面很软不能保证施工机械正常型式和操作时 可以在砂桩施工前铺设垫层 20 施工工艺 1 施工标高砂桩施工标高一般高于基础底面设计标高1 2m 以便挖开基坑时将没有充分挤实的或被挤松的表层土完全挖去 如果砂桩施工后对地基表层1 2m深度内的土层进行适当处理 则砂桩施工可以从基底设计标高开始 2 砂的含水量施工时砂的含水量对砂桩密实性有很大影响 应根据成桩方法分别规定 1 采用单管冲击式或振动式一次拔管成桩或复打成桩时 使用饱和砂 2 采用双管冲击式或单管振动式重复压拔管成桩时 使用7 9 含水量 在饱和土中施工时也可采用天然湿度砂或干砂 21 3 施工顺序在松散砂土中 宜从外围或两侧向中间进行 首先施工外围桩 然后施工隔排的桩 对最后几排桩 如下沉桩管困难时 可适当增大桩距 在软弱粘性土中 采用 间隔跳打 方法 砂桩成型困难时可隔排施工 各排中的桩可间隔施工 当加固区附近有其他建筑物时 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 4 成桩试验施工前要进行成桩试验 如不能满足设计要求 就应调整桩间距 填料量等施工参数 重新进行试验或修改施工工艺设计 5 成桩工艺施工可采用振动沉管 锤击沉管等成桩法 当用于消除粉细砂及粉土液化时 宜用振动沉管成桩法 22 1 振动沉管法振动沉管法 一次拔管法 逐步拔管法 重复压拔管法 1 一次拔管法 成桩工艺步骤如下 把桩管垂直对准桩位 启动振动桩锤 将桩管振动沉入土中 达到设计深度 对桩管周围的土进行挤密或挤压 从桩管上端的投料漏斗加入砂料 数量根据设计确定 为保证顺利下料 可适当加水 边振动边拔管 直至拔出地面 23 2 逐步拔管法 施工步骤同一次拔管法步骤 逐步拔管 边振动边拔管 每拔管50cm 停止拔管继续振动 停拔时间10 20s 继续拔管 直至将桩管拔出地面为止 24 25 3 重复压拔管法 成桩工艺步骤如下图示 桩管垂直就位 闭合桩靴 将桩管沉入地基土中达到设计深度 按设计规定的砂料量向桩管内投入砂料 边振动边拔管 拔管高度根据设计确定 边振动边向下压管 下压的高度由设计和试验确定 停止拔管 继续振动 停拔时间长短按规定要求 重复步骤 直至桩管拔出地面 26 27 质量控制项目如下 质量控制项目 一次拔管法 逐步拔管法 重复压拔管法 桩身连续性 桩身密实度 桩身直径 拔管速度 速度1 2m 分 填砂数量 拔管速度 防止断桩或缩颈 慢 砂料应充分振密 填砂数量 拔管速度 拔管高度和压管高度 压管高度和桩管的留振时间 一般桩管每提高100cm 下压30cm 留振10 20s 拔管速度和下压桩管的高度 28 2 锤击成桩法 锤击成桩法 单管成桩法 双管成桩法 1 单管成桩法 成桩工艺步骤如下图示 桩管垂直就位 下端为活瓣桩靴时则对准桩位 下端为开口时则对准已按桩位埋好的预制钢筋混凝土锥形桩尖 启动蒸汽桩锤或柴油桩锤将桩管打入土层至设计深度 从加料漏斗向桩管内灌入砂料 当砂量较大时 可分两次灌入 第一次灌总料量的2 3或灌满桩管 然后上拔桩管 当能容纳剩余的砂料时再第二次加够所需砂料 按规定的拔管速度 将桩管拔出 29 30 2 双管成桩法 成桩工艺步骤如下图示 桩管垂直就位 起动蒸汽桩锤或柴油桩锤 将内 外管同时打入土层中至设计规定的深度 拔起内管至一定高度不致堵住外管上的投料口 打开投料口门 将砂料装入外管里 关闭投料口门 放下内管压在外管内的砂面上 拔起外管 使外管上端与内管和桩锤接触 31 起动桩锤 锤击内 外管将砂料压实 桩底第一次投料较少 如填0 15m3 约1手推车 只是桩身每次投料的一半 然后锤击压实 这一阶段叫做 座底 座底 可以保证桩长和桩底的密实度 拔起内管 向外管里加砂料 每次投料约为0 3m3 重复步骤 直至拔管接近桩顶为止 制桩达到桩顶时 即最后1 2次加料每次加1 1 5手推车砂料 进行锤击压实 至设计规定的桩长或桩顶标高 这一阶段叫 封顶 32 33 质量控制项目 单管成桩法 双管成桩法 桩身连续性 桩身密实度 桩身直径 拔管速度 速度1 5 3 0m 分 灌砂数量 拔管速度 防止断桩或缩颈 利用贯入度和填料量两项指标 质量控制项目如下 34 质量检验 1 施工后应间隔一定时间方可进行质量检验对于饱和粘性土地基 应间隔28d后进行质量检验 对于粉土 砂土和杂填土地基 质量检验宜在7d以后进行 2 砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验对于桩体可采用动力触探试验检测 对于桩间图可采用标准贯入 静力触探 动力触探或其他原位测试等方法进行检测 检测数量应采用复合地基载荷试验 3 砂桩地基竣工验收时 承载力检验应采用复合地基载荷试验 复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0 5 且每个单体建筑不应少于3点 35 在地基中设置由碎石组成的竖向增强体 或称桩体 形成复合地基达到地基处理目的的地基处理方法 均称为碎石桩法 碎石桩法加固地基的原理是在地基中设置碎石桩体形成复合地基 以提高地基承载力和减少沉降 碎石桩桩体具有很好的透水性 有利于超静孔隙水压力消散 碎石桩复合地基具有较好的抗液化性能 按施工方法的不同 碎石桩法可分为 振冲碎石桩法 干振挤密碎石桩法 沉管碎石桩法 沉管夯扩碎石桩法 袋装碎石桩法 强夯置换碎石桩法 碎石桩法 36 松散砂土地基中原理 软弱粘性土中原理 加固原理 37 1 挤密作用横向挤压力 2 振密作用振动使结构破坏 颗粒重新排列3 抗液化作用挤密或振动 提高强度 良好排水通道 加速u消散 多次预振 提高抗液化能力 38 1 置换作用砂料替代软粘土 2 排水固结作用砂桩体的排水通道作用 加快地基固结 39 等边三角形布置 砂性土地基 正方形布置 直径 挤密砂桩d不大于325 426mm置换砂桩d不宜小于500mm 40 1 粘性土地基正三角形布置 正方形布置 Ae 1根砂桩承担的处理面积 Ap 桩截面积 m 面积置换率 0 10 0 30 41 2 砂土和粉土地基正三角形布置 正方形布置 e1 处理后要求的孔隙比 d 桩直径 h 竖向变形 Dr1 处理后要求达到的相对密度 0 70 0 85 42 2 砂土和粉土地基 若不考虑振密作用 正三角形布置 正方形布置 e1 处理后要求的孔隙比 d 桩直径 Dr1 处理后要求达到的相对密度 0 70 0 85 43 1 桩长 厚度小时 贯穿 大时 按沉降控制 2 砂料 采用含泥量小于5 的中 粗砂 3 灌砂量 质量控制的另一个指标 单位加固土体所需的填料量V 44 条形基础 大于基础宽度1 5 2 0倍 整片基础 每边放宽大于1 3排桩 防治液化 每边放宽大于加固深度的一半 并不能小于5m 45 复合地基承载力计算 复合地基沉降量计算 抗滑稳定性分析 计算内容 46 桩土应力比n可取2 4 桩应力 土应力 复合地基承载力 47 B 软弱下卧层 复合桩基 复合桩基承载力计算简图 48 复合桩基的沉降量验算 总沉降量公式 加固区压缩量 下卧层压缩量 天然土 加固区 复合土层 压缩模量 49 加固区 未加固区 复合桩基的抗剪强度指标 50 利用成孔过程中的横向挤压作用 将桩孔内土挤向周围 使桩间土挤密 然后将素土或灰土分层填入桩孔内 并分层夯填密实至设计标高 夯填密实的土挤密桩或灰土挤密桩 与挤密的桩间土形成复合地基 土挤密桩灰土挤密桩 土桩与灰土桩 51 适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土 素填土和杂填土地基 处理深度宜为5 15m 当以消除地基的湿陷性为主要目的时 宜选用土挤密桩法 当以提高地基的承载力为主要目的时 宜选用灰土挤密桩法 经验表明 当土的含水量大于23 及饱和度大于0 65时 不仅桩间土挤密效果差 桩孔也因缩径而难以成形 往往无法夯填成桩 不宜选用土桩或灰土挤密桩法 52 桩管沉入土中 桩孔内的土被强制侧向挤出 桩周一定范围内的土被压缩 扰动和重塑 1 夯填的土桩加固2 桩间土体的挤密加固 53 1 灰土的硬化原理 石灰与土掺和 发生系列物理化学反应 产生离子交换 凝硬反应 石灰的碳化与结晶等 2 灰