第九章--软弱土基处理PPT课件.ppt

第九章土基处理 9 1软弱土的种类与性质9 2机械压实法9 3强夯法9 4换土垫层法9 5地基处理的其他方法9 6托换技术及常见问题的处理9 7特殊土地基及其处理 1 9 1软弱土的种类与性质 一 淤泥和淤泥质土在静水或缓慢流水环境中沉积 经生化作用形成 主要由黏粒和粉粒组成 天然含水量高于液限 孔隙比大于1 其中e 1 5的为淤泥 1 0 e 1 5的为淤泥质土 淤泥和淤泥质土在工程上统称为软土 建筑地基基础设计规范 规定 软弱地基系指由淤泥 淤泥质土 冲填土 杂填土或其他高压缩性土层构成的地基 2 软土按照成因分为 海岸沉积 湖泊沉积 河滩沉积和沼泽沉积 分布很广 长江 珠江地区的三角洲 黄河三角洲沉积 天津塘沽 浙江温州 宁波 连云港等地海滨相沉积 河滩的中下游沉积 洞庭湖 洪泽湖 太湖 昆明渑池等湖泊相沉积 沼泽沉积有内蒙 东北大小兴安岭 南方 西南山林地区等 软土具有以下物理力学特性 1 软土主要由黏粒及粉粒组成 并含有机质 其天然含水量 高于液限 有时到达200 孔隙比大于1 一般在1 0 2 0之间 个别达6 2 软土具有高压缩性 压缩系数通常在0 5 2 0之间 且其压缩性随液限的增大而增加 3 软土的强度低 角与加载和排水条件有关 c值低 小于5 3 4 软土的渗透性差 其渗透系数一般约为10 5mm s 固结速率很低 5 软土具有明显的结构性 其灵敏度一般在4 10 属于高灵敏性土 一旦扰动 强度很低 6 软土具有明显的流变性 在恒载作用下 受剪切应力的作用 缓慢变形 导致抗剪强度衰减 孔隙水完全消散后 沉降还继续 另外 由于生成条件的变化 具有成层性和各向异性 总之 软土具有强度低 压缩性高 渗透性小 高灵敏度和流变性等特点 因而软土地基上建筑物的沉降量大 稳定所需要的时间长 因此 往往要对软土进行加固处理 如不处理 是不能做承受较大荷载地基的 4 二 杂填土杂填土是人类生活产生的建筑垃圾 工业废料和生活垃圾 因其成因没有规律 造成成分复杂 分布不均匀 结构松散 杂填土一般随时间的推移 其承载力会逐渐增大 杂填土的主要特征是强度低 压缩性高 尤其是均匀性差 同时 由于含有机物及亲水和水溶性物质 会造成地基产生过大的沉降和侵水性湿陷 5 三 冲填土冲填土由水力冲填而成 用挖泥船或泥浆泵将泥水送达江河两岸而形成的沉积土层 其成分和分布规律与冲填的固体颗粒和水力密切相关 由于水力的关系 冲填口的土颗粒较粗 远离出口的土颗粒较细 造成地基的不均匀 如果固体颗粒的来源不同 也会造成其沿深度方向的不均匀变化 另外 大量地下水会造成泉水或地下水位过高等 在冲填土上建筑建筑 应考虑欠固结 不均匀性 地下水及山洪 泥石流等的影响 6 9 2机械压实法 一定含水量范围内的土 可通过机械压实或落锤夯实以降低其孔隙比 提高其密实度 从而提高其强度 降低其压缩性 包括重锤夯实法 机械碾压法 振动压实法等 统称为一般机械压实法 一 土的压实原理工程实践表明 一定的压实能量 只有在适当的含水量范围内土才能被压实到最大干密度 即最密实状态 这种适当的含水量称为最优含水量 可以通过室内击实试验测定 试验还证明 土的最优含水量将随夯击能量的大小与土的矿物组成的不同而有所不同 当击实能加大时 最大干密度将加大 而最优含水量将降低 而当固相中黏性土矿物增多时 最优含水量将增大而最大干密度将下降 土的最优含水量和最大干密度由室内标准或重型击实试验测得 需要指出 压实功愈大 土的最优含水量愈低 压实效果愈好 7 二 机械碾压法机械碾压法是采用机械压实松软土的方法 常用的机械有平碾 羊足碾 压路机等 这些方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实通过室内试验 确定在一定压实能量的条件下土的最优含水量 分层厚度和压实遍数 黏性土压实前 被碾压的土料应先进行含水量测定 只有含水量在合适范围内的土料才允许进场 每层铺土厚度一般约为300mm 碾压后地基的质量常以压实系数控制 为实测的与击实试验得出的之比 在有些工程中也常用作为填土压实的质量控制指标 不同类别的土要求也不同 但在主要受力层范围内一般要求 机械碾压法的地基承载力一般通过现场测试取值 在无试验的情况下 亦可按表9 1取值 地基承载力取值表9 1 8 三 振动压实法振动压实用振动压实机在地基表面施加振动把浅层松散土振密的方法 这种方法主要应用于处理杂填土 湿陷性黄土 炉渣 细砂 碎石等类土 振动压实的效果与被压实土的成分和振压时间有关 且在开始时振密作用较为显著 随时间推移变形渐趋于稳定 在施工前应先进行现场试验测试 根据振实的要求确定振压的时间 振动压实的有效深度一般约1 2 1 5m 一般杂填土地基经振实后 承载力可达100 120KPa 9 振动压路机 10 如地下水位太高 则将影响振实效果 此外尚应注意振动对周围建筑物的影响 振源与建筑物的距离应大于3m 四 重锤夯实法重锤夯实法是用起重机械将重锤提到一定高度后 让其自由下落 不断重复夯击 使地基形成一层较密实的土层 这种方法可用于处理地下水距地表0 8m以上的非饱和黏性土或杂填土 夯打时地基土应保持最优含水量 否则不能密实 对于饱和软土层 在夯打时会出现 橡皮土 应降低地下水位后再夯打 重锤夯实法的锤重一般为15 30kN 落距一般般采用2 5 4 5m 夯打遍数 般为8 12遍 有效夯实深度可达1 2m左右 夯实后的承载力达100 150KPa 11 9 3强夯法强夯法是将重型锤 一般为10 40吨 以8 20m落距 最高可达40m 下落 冲击能有时可达1000 6000KN m 给地基冲积振动 巨大能量产生很大冲击泼和动应力 引起地基土压缩和振密 进行强力夯实可消除液化危害和消除湿陷性黄土的湿陷性等 同时还能提高土层的均匀程度 减少地基的不均匀沉降 一 强夯法的加固机理强夯法加固地基的机理 与重锤夯实法有着本质的不同 强夯法主要是将势能转化为夯击能 在地基中产生强大的动应力和冲击波 纵波 压缩波 使土层液化 产生超静水压力 土粒之间产生位移 横波 剪切波 剪切破坏土粒之间的连接 使土粒结构重新排列密实 强夯法对土体产生加密作用 液化作用 固结作用和时效作用 12 二 强夯法的设计要点应用强夯法加固软弱地基 一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求 正确地选用各项技术参数 这些参数包括 单击夯击能 夯击遍数 间隔时间 加固范围 夯点布置等 两遍夯击时间间隔 碎石与砂石可连续夯击 粘性土不少于3 4周 三 适用范围强夯法适用于碎石土 砂土 粉土 人工填土和湿陷性黄土等地基的处理 可用于碎石土 砂土 低饱和度的粉土和动性土 湿陷性黄土 杂填土利原填土等地基 淤泥和淤泥质土地基 尤其是高灵敏度的软土 须经试验证明其加固效果时才能采用 对于饱和细粒土 强夯的效果尚待研究 成功和失败的例子均有报道应持慎重考虑 强夯法施工时噪声和振动大 公共建筑物稠密区不宜使用 四 效果 13 据统计 强夯法处理地基强度可提高2 5倍 压缩性可降低50 90 影响深度可达10m以上 五 优缺点1 优点1 设备简单 工艺方便 原理直观 2 适用范围好 效果好 3 施工速度快 造价低 2 优点1 振动大 有噪音 在密集建筑区受限制 2 参数需不断试夯确定 3 对周围建筑物有一定影响 14 15 9 4换土垫层法 一 换填法的处理原理及适用范围当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求 而软弱土层的厚度又不很大时 可将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去 代之以分层换填强度较大 性能稳定的其他材料 砂石 素土 灰土 工业废料等材料 并压实至要求的密实度为止 这种地基处理方法称为换填垫层法 换填法适用于淤泥 淤泥质土 湿陷性黄土 素填土 杂填土地基 暗搪等的浅层处理 换填法用于消除黄土湿陷性 膨胀土胀缩性 冻土冻胀以及采用大面积填土作为建筑地基时 尚应按国家有关规范的规定执行 二 设计要点如图9 2所示 垫层的厚度z根据下卧层土层的承载力确定 应符合下式要求 9 1 16 式中 垫层底面处的附加压力设计值 kPa 垫层底面处的自重压力标准值 kPa 垫层底层处下卧土层的地基承载力特征值 kPa 垫层的厚度不宜大于3m 垫层底面处的附加压力值可分别按式 9 2 和式 9 3 简化计算 条形基础 9 2 矩形基础 9 3 式中b 矩形基础或条形基础底面的宽度 m 矩形基础底面的长度 m 基础底面压力设计值 kPa 基础底面处土的自重压力标准值 kPa 17 z 基础底面下垫层的厚度 m 垫层的压力扩散角 可按表9 3采用 P430垫层顶面宽度应满足基础地面应力扩散的要求 可按下式计算或根据当地经验确定 9 4 式中 垫层底面宽度 m 垫层的压力扩散角 可按照表9 3采用 当z b 0 25时 仍按表中z b 0 25取值 整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽 垫层顶面宽度宜超出基础底面每边不小于300mm 或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡 垫层的承载力应通过现场试验确定 一般工程当无试验资料时可按 建筑地基处理技术规范 选用 并应验算下卧层的承载力 垫层的材料 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30 的碎石或卵石 最大粒径不宜大于50mm 对湿陷性黄土地基 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 18 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 土料宜用粉质黏土 不宜使用块状黏土和砂质粉土 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 其颗粒不得大于5mm 4 工业废渣 应质地坚硬 性能稳定和无腐蚀性 其最大粒径及级配宜通过试验确定 三 垫层的质量控制标准1 d 1 环刀法测其干密度要求 中砂 d 1 6g cm3 灰土 d 1 55g cm3 2 灌水法 适用于卵石 碎石垫层选择有代表性部位挖坑 要求坑的直径d 250mm 深度h 300mm 要求 d 1 6g cm3 19 2 压实系数 c c d dmax要求 c 0 93 0 97四 垫层的施工垫层的施工应注意以下几方面 1 垫层的砂料必须具有良好的密实性 2 垫层的质量关键是如何把垫层密实到设计要求的密实度 3 开挖基坑铺垫层时 必须避免对软土层的扰动 4 做好基坑的排水工作五 例题1 某砖石承重结构条形基础上部荷载F 190KN m 基础布置和地基土层断面如图所示 考虑基础下用厚1 5m的砂垫层处理 试设计砂垫层 20 9 5地基处理的其他方法 一 预压加固法预压加固法是在修建建筑物之前 在建筑场地堆放土石等预压荷载使地基固结 待地基固结达到要求的程度后 卸除预压荷载再修建建筑物 这样可以消除或大大减小建筑物建成后的沉降 同时也可提高地基承载力 1 使用条件 该法适用于淤泥质土 淤泥和冲填土等饱和粘性土地基 2分类1 堆载预压法堆载预压法是在建筑物建造前 于弱软土地基表面铺设砂垫层 然后堆设土料进行加载预压 地基因此发生固结沉降 承载力得以提高的地基处理方法 其适用于透水性和自身排水条件相对较好 施工工期较长 且厚度较薄的饱和软弱地基 预压荷载的数量 范围 速率和预压时间应根据相应的规范计算确定 21 2 砂井堆载预压法砂井堆载预压法系在软弱地基中用钢管成孔 孔中灌砂并振实后 形成竖向排水的砂井 砂井顶部设置水平排水的砂垫层 再堆载预压的地基处理方法 如图4 3 真空预压法为了避免堆卸土 石等笨重预压荷载时费时费力 也可利用大气压力作为预压荷载的真空预压法 如图5 同时 若地质条件允许 可在场地埋设井点系统来降低地下水位 既加速排水 又使土的自重加大起到预压作用此法可与堆载法联合使用 两种加固效果可叠加 合理协调后可取得良好效果 22 23 二 挤密法 挤密法主要是先将套管打入或振入地基成孔 再将砂 碎石等土料灌入孔中而形成挤密桩 对软土产生横向挤密作用 从而使土的压缩性减小 抗剪强度提高 又因为桩体有较高的承载力和变形模量 截面又较大 一般可达松软土加固面积的20 左右 可与软弱土形成复合地基 共同承受建筑物的荷载 它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 24 25 三 振冲法振冲法与挤密法的作用相同 只是成桩工艺存在差别 振冲法是利用振冲器边振动边水冲 使松砂地基密实 或在粘性土地基中成孔 填入碎石后形成复合地基 前者称振冲密实法后者称振冲置换法 图3 1 振冲置换法适用于处理不排水剪强度 20KPa粘性土 粉土 饱和黄土和人工填土等地基 2 振冲密实法适用于处理砂土和粉土地基 26 27 四 化学加固法 化学加固法指的是采用化学浆液灌入或喷入土中 使土体固结以加固地基的处理方法 这类方法加固土体的原理是 在土中灌入或喷入化学浆液 使土粒胶结成固体 以提高土体强度 减小其压缩性和加强其稳定性 本节主要介绍几种常用的化学加固方法 1 灌浆法灌浆法是利用液压 气压或电化法 通过注浆管把化学浆液注入土的孔隙中 以填充 渗透 挤密等方式 替代土颗粒间孔隙或岩石裂隙中的水和气 经一定时间硬化后 松散的土粒结成整体 目前工程上采用的化学浆液主要是水泥系浆液 水泥系浆液是指以水泥为主要原料 根据需要加入稳定剂 减水剂或早强剂等外加剂组成的复合型浆液 因其价格低廉 不具毒性而得到广泛采用 2 高压喷射注浆法 28 高压喷射注浆法是指利用特制的机具向土层中喷射浆液 与破坏的土混合或拌合使地基土层固化 高压喷射注浆法是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至设计的土层深度 以高压设备使浆液形成压力为20MPa左右的射流从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体 使土粒从土体剥落下来与浆液搅拌混合 经凝结固化后形成加固体 加固体的形状与注浆管的提升速度和喷射流方向有关 一般分为旋转喷射 简称旋喷 定向喷射 简称定喷 和摆动喷射 简称摆喷 三种注入浆形式 3 深层搅拌法深层搅拌法是利用水泥作固化剂 通过深层搅拌机械 在加固深度内将软土和水泥强制拌合 结硬成具有整体性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙 29 水泥搅拌桩在施工 30 9 6托换技术 一 托换技术 也称基础托换是指解决原有建筑物的地基处理 基础加固或改建问题 解决在原有建筑物基础下修建地下工程以及在原有建筑物附近建造新工程而影响到原有工程的安全问题的总称 1 分类1 补救性托换已有建筑物的基础因不符合要求 需加深或加宽的托换 古建筑基础加固和多层房屋增层常采用此法 2 预防性托换在旧城改造中常遇旧房旁挖深基坑建新楼 需将旧房基础加深 3 维持性托换在新建工程基础下 预先设置顶升措施 以适应今后地基沉降进行调整的需要 31 基础加固托换基础加宽基础加深技术桩式托换顶承式静压桩托换锚杆静压桩托换灌注桩托换树根桩托换二 常见问题的处理1 吹填土地基主要分布在上海黄浦江岸边 天津海河两岸 珠江三角洲等地 这种土含水率大 呈流塑状态 强度低 压缩性高 处理方法 含砂量少可采用井点降水法处理 粘粒含量高可采用电渗井点降水处理 32 33 34 2 杂填土地基成分复杂 不均匀 软硬不同 堆积时间不一 处理方法 薄层通常挖除 厚层 挤密桩 机械压实法 强夯法等3 局部软土 暗沟处理处理方法 软土可采用挤密桩 暗沟等采用换填法4 大面积地面堆载处理方法 真空预压法5 局部旧结构物处理方法 将旧结构物挖除 35 9 7特殊土地基及其处理 特殊土是指具有特殊工程性质的土类 特殊土种类较多 主要有软粘土 湿陷性黄土 膨胀土 红粘土及冻土 这些土由于形成的自然地理环境 气候条件 地质成因等因素不同 具有很强的区域性 故亦称作区域性特殊土 下面仅作简要介绍 一 软粘土1 软粘土的分布及特征软粘土主要指天然含水率很高 承载力很低 压缩性很大 由软塑到流塑饱和状态的软弱粘性土 软粘土广泛分布在我国沿海地区 内陆平原及山区 沿海主要分布在河流的入海口 山区则在山间谷地 冲沟 河滩 洼地 平原在湖区较多 36 该土颜色多为灰色或黑色 具有腐烂植物气味 含水率高 孔隙比大于1 天然含水率大于液限 压缩系数大于0 5MPa 1 内摩擦角约为零 粘聚力C一般小于30Kpa 土的结构具有触变性和流变性 承载力低 2 一般处理措施 采用换土法或桩基 提高地基强度 采用砂井 旋喷等排水法固结 提高地基承载力 减少作用在地基上的压力或设置地下室形成补偿性基础 二 湿陷性黄土1 湿陷性黄土的分布及特征黄土广泛分布于我国西北 华北和东北地区 属第四纪地质时期形成的黄色粉末状土 面积达60多万平方公里 其中湿陷性黄土约占75 湿陷性黄土中主要矿物成分为石英 长石 碳酸盐 硫酸盐 粘土矿物 具有肉眼可见的大孔隙 孔隙比e 1 0 孔隙率n 45 天然含水率小于或接近塑限 37 以粗粉粒构成骨架 石英与碳酸钙等细粉粒作为填充土料 由胶结物的凝聚和结晶作用被牢固粘结 天然状态下坚硬 密度高 强度高 但一旦受水浸湿 可溶性盐溶于水 土的结构被破坏 其强度便迅速降低 产生显著沉陷 这种性质称湿陷性 2 处理措施1 对于湿陷性较小且地下水不会上浸的黄土地基 主要采取地面防渗与表面排水措施 2 对于深度不大但有可能浸水的黄土层 可将基础下的湿陷性土层全部或部分挖出 再以粘性土料 或用灰土料 分层回填夯实 也可采用重锤夯实的方法 以消除或减小其湿陷性 3 对于较厚的湿陷性黄土层和较重要的建筑物 可在施工以前预先向建筑场地注水并保持一定水深 让水充分浸入土中 使土层产生自重湿陷 该方法称为预浸法 4 若土层很厚 可先在土层中钻孔 填以砂砾等作为透水料 然后向填砂砾料的孔中供水 直到湿陷变形稳定为止 预浸完毕后 应妥善封闭钻孔 并将场内软泥全部清除 38 除上述处理措施外 必要时还需从上部结构采取适当的措施 以改善建筑物对地基不均匀沉降的适应能力 例如 筑坝土料的填筑含水率宜略高于最优含水率 三 膨胀土1 膨胀土的分布及特征膨胀土是由亲水性强的粘土矿物成分组成的 具有吸水膨胀 失水收缩的性能 主要分布在我国中南 西南地区 膨胀土的矿物成分主要为蒙脱土 伊利石 高岭石等 液限 40 塑限均为17 33 17 0 呈硬塑或坚硬状态 颜色多呈黄 红 灰 白色及斑状 裂隙较为发育 有光滑面及擦痕 2 处理措施在膨胀土地基上修建筑物 应从设计和地基处理两方面采取措施 水利工程上采用预湿法 工民建中采用设置沉降