地基处理——第一章修改稿PPT课件.ppt

地基处理 1 目录 1 绪论2 地基处理技术介绍加固机理设计方法加固效果检测所涉及的问题工程实例3 地基处理的选择 2 1 绪论 1 1地基处理的目的和意义1 2地基处理方法分类1 3地基处理规划程序1 4地基处理技术的最新发展 3 1 1地基处理的目的和意义 地基面临的问题地基处理的目的 4 地基面临的问题 a 承载力及稳定性问题 地基抗剪强度不足 地基局部或整体剪切破坏 地基剪切破坏表现在 地基承载力不够 偏心荷载及侧向土压力的作用使建筑物失稳 填土或建筑物荷载使邻近地基土产生隆起 土方开挖时边坡失稳 基坑开挖时坑底隆起 5 强度问题 加拿大特朗斯康谷仓 事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822 谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 概况 长59 4m 宽23 5m 高31 0m 共65个圆筒仓 钢混筏板基础 厚61cm 埋深3 66m 1911年动工 1913年完工 自重20000T 6 加拿大特朗斯康谷仓 7 加拿大特朗斯康谷仓 原因 地基土事先未进行调查 只根据邻近结构物基槽开挖取土试验结果 计算地基承载力应用到此谷仓 1952年经勘察试验与计算 地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力 因此 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 处理 事后在下面做了70多个支撑于基岩上的混凝土墩 使用388个50t千斤顶以及支撑系统 才把仓体逐渐纠正过来 但其位置比原来降低了 米 8 加拿大特朗斯康谷仓 9 1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆 某水泥仓的倾覆 10 水泥仓地基整体破坏 11 香港宝城滑坡 原因 山坡上残积土本身强度较低 加之雨水入渗使其强度进一步大大降低 使得土体滑动力超过土的强度 于是山坡土体发生滑动 1972年7月某日清晨 香港宝城路附近 两万立方米残积土从山坡上下滑 巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅 宝城大厦 顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅 死亡 7人 12 Early1972滑坡前 13 地基面临的问题 b 沉降 水平位移及不均匀沉降 倾斜问题建筑物的沉降和差异沉降大 填土或建筑物荷载使地基产生固结沉降 作用于建筑物基础的负摩擦力引起建筑物沉降 基坑开挖引起邻近底面沉降 由于降水 地基产生固结沉降 14 是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼 是比萨城的标志 比萨斜塔是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例 在建筑的过程中就已出现倾斜 原本是一个建筑败笔 却因祸得福成为世界建筑奇观 伽利略的自由落体试验更使其蜚声世界 成为世界著名旅游观光圣地 变形问题 意大利比萨斜塔 15 始建于1173年 60米高 1271年建成平均沉降2米 最大沉降4米 倾斜5 5 顶部偏心5 27米但随着时间的推移 斜塔倾斜角度的逐渐加大 到上个世纪九十年代 已濒于倒塌 比萨斜塔 不均匀沉降的典型 原因 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 强度低 变形大 16 比萨斜塔 不均匀沉降的典型 原因 是由于它地基下面土层的特殊性造成的 其下有好几层不同材质的土层 各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成 而在深约一米的地方则是地下水层 最新的挖掘表明 钟楼建造在了古代的海岸边缘 因此土质在建造时便已经沙化和下沉 17 1838 1839 挖环形基坑卸载1933 1935 基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月 封闭1992年7月 加固塔身 用压重法和取土法进行地基处理目前 已向游人开放 处理措施 比萨斜塔 18 苏州虎丘塔 概况 位于虎丘公园山顶 建于宋太祖建隆二年 公元961年 塔高47 5m 平面呈八角形 问题 塔身向东北方向严重倾斜 塔顶离中心线达2 31m 底层塔身发生不少裂缝 成为危险建筑物 原因 坐落于不均匀粉质粘土层 产生不均匀沉降 处理 在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身 19 1986年 开工1990年 人工岛完成1994年 机场运营面积 4370m 1250m填筑量 180 106m3平均厚度 33m 世界最大的人工岛 20 关西机场 21 上海展览中心 地基严重下沉 22 墨西哥市艺术宫 地基土为超高压缩性土 天然孔隙比7 12 天然含水量150 600 为世界罕见的软弱土 层厚25m 下沉达4m 旁边的道路下沉2m 23 24 25 26 27 地基面临的问题 C 地基的透水性问题 渗透问题 地基透水性表现在 堤坝等基础产生的地基渗漏 基坑开挖工程中 因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生管涌和流砂 地下水的运动中出现的问题 28 土坝 高90m 长1000m 1975年建成次年6月失事 Teton坝 美国 损失直接8000万美元 起诉5500起 2 5亿美元 死14人 受灾2 5万人 60万亩土地 32公里铁路被冲原因渗透破坏 冲蚀 水力劈裂造成土体管涌或直接对槽底松土产生管涌 渗透问题 Teton坝渗流破坏过程 29 1976年6月5日上午10 30左右 下游坝面有水渗出并带出泥土 11 30洞口继续向上扩大 泥水冲蚀了坝基 主洞的上方又出现一渗水洞 流出的泥水开始冲击坝趾处的设施 12 00过后坍塌口加宽 失事现场目前的状况 30 地基面临的问题 d 地基的动力特性导致的问题地震 机器以及车辆的振动 海浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土 特别是饱和无粘性土的液化 失稳和震陷等危害 由于交通荷载或大桩等原因 使邻近地基产生振动下沉 31 阪神大地震中的地基液化 液化 松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象 神户码头 地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降 大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤 32 地基液化造成的路面塌陷 阪神大地震中的地基液化 33 1964年日本新泻地震地基的大面积液化 34 1 1地基处理的目的和意义 地基面临的问题地基处理的目的 35 地基处理的目的 a 提高地基土的抗剪强度 承载力及稳定性问题b 降低地基土的压缩性 沉降 水平位移及不均匀沉降问题c 改善地基土的透水特性 地基的透水特性导致的问题d 改善地基土的动力特性 动力荷载可能引起地基土 特别是饱和无粘性土的液化 失稳和震陷等危害 e 改良特殊土的不良地基特性 消除或减弱黄土的湿陷性和膨胀土的涨缩特性 36 地基处理的目的 利用换填 夯实 挤密 排水 胶结 加筋和热学等方法对地基土进行加工用以改良地基土的工程特性 37 地基处理对象 软弱地基土和特殊地基土 软粘土 人工地基 部分砂土和粉土 湿陷性土 有机质土和泥炭土 膨胀土 多年冻土 盐渍土 岩溶 土洞以及垃圾填埋地基等 38 淤泥和淤泥质土 39 泥炭土和泥炭质土 40 41 西藏冻土 42 软土特性 高含水量 40 200 higherthanliquidlimit有机质含量高 clay60 70 strangesmell高天然孔隙比1 0 2 0 1 5淤泥 1 5淤泥质土高压缩性 av 0 5 2 0MPa 1高灵敏度 St 3 4 8 9抗剪强度低 Cu 20kPa 内摩擦角 5o 标准贯入度 1渗透系数小 k 10 6cm s显著流变特性 次固结 43 湿陷性黄土 以粉土为主 孔隙比大e 1 0 天然密度小 1 4 1 65g cm3 富含碳酸盐类 遇水沉降增大 称湿陷性 成因 风成 部分水成 特点 湿陷性 又分 自重湿陷性黄土地基和非自重湿陷性黄土地基 湿陷性黄土 44 1 绪论 1 1地基处理的目的和意义1 2地基处理方法分类1 3地基处理规划程序1 4地基处理技术的最新发展 45 1 2地基处理方法分类 加密法 深层压密法 加筋法 土工合成材料 加筋土 土层锚杆 土钉 树根桩法 化学加固法 方法众多 分类不统一 浅层压密法 强夯法挤密桩复合地基预压加固法 冻结法 胶结法 灌浆法 高压喷射注浆法 水泥土搅拌法 46 软粘土的加固方法 换土垫层法排水固结法 排水和加压系统 堆载预压法 砂井法 袋装砂井 塑料排水带 真空预压法 降低地下水位法 电渗排水法 复合地基法 深层搅拌法 注浆法 高压喷射注浆法 碎石桩法 砂桩法等 加筋法 土工合成材料 加筋土 土层锚杆 土钉 树根桩法 47 1 绪论 1 1地基处理的目的和意义1 2地基处理方法分类1 3地基处理规划程序1 4地基处理技术的最新发展 48 49 1 绪论 1 1地基处理的目的和意义1 2地基处理方法分类1 3地基处理规划程序1 4地基处理技术的最新发展 50 1 4地基处理技术的最新发展 古老技术 灰土垫层基础 短桩复合地基较成熟 高压喷射注浆法 振冲法 强夯法 深层搅拌法近20年发展起来的技术 真空堆载预压法 CFG刚性桩 夯实水泥土桩法 超轻质填料法等 近年来发展的新技术 强夯置换碎石桩法 石灰桩法和深层搅拌法多元复合地基应用 CFG桩和深层搅拌法多元复合地基 CFG桩和石灰桩多元复合地基应用等 51 52 第二次授课 换土垫层法 适用范围加固机理垫层设计垫层施工垫层质量检验加固效果检验工程实例 53 填土的压实机理 1 粘性土的压缩有一个最优含水率问题2 一般的土都含有些细粒 或者粘粒 粘性土的含量的多少影响到最优含水量的大小 粘粒越多 最优含水量越大 反之亦然 3 最优含水率一般是在实验室内的击实实验得到的 4 对于土的压实 不同的压实功能 也会影响到最优含水量的值 如对于同种土 压实功能越大 则需要的最优含水量要相应降低 5 现场施工的土料 土块大小不一 含水量和铺填厚度很难控制均匀 实际压实土的均质性差 对现场土的压实 应以压实系数 土的控制干密度与最大干密度之比 与施工含水量来检验 54 1 表层压实法 55 重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度 2 5 4 5m 然后使锤自由落下并重复夯击以加固地基 锤重一般不小于15kN 经夯击以后 地基表层土体的相对密实度或于密度将增加 从而提高表层地基的承载力 对于湿陷性黄土 重锤夯实可减少表层土的湿陷性 对于杂填土 则可减少其不均匀性 56 在 建筑施工技术 中 强夯地基和重锤夯实地基有什么本质区别 答 但两者主要在加固原理 适用范围 施工工艺和加固效果方面有区别 1 重锤夯实是用起重机械将特制的重锤 提升到一定高度后 自由下落 重复夯击基土表面 使地基被压密加固 适用于地下水位0 8m以上稍湿的粘性土 砂土 湿陷性黄土 杂填土后分层填土地基 但当夯击对邻近建筑物有时 或地下水位高于有效夯实深度时 不宜采用 重锤表面夯实的加固深度一般为1 2m 2m 2 强夯法是用起重机械将大吨位夯锤起吊到高处 自由落下 对土体进行强力夯实 以提高地基强度 降低地基的压缩性 强夯法是在重锤夯实法的基础上发展起来的 但在作用机理上 两者又有本质区别 强夯法是用很大的冲击能 使土中出现冲击波和很大的应力 迫使土中孔隙压缩 土体局部液化 夯击奌周围产生裂隙 形成良好的排水通道 土体迅速固结 此法适用于粘性土 湿陷性黄土及人工填土地基的深层加固 57 此法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下 给地基以冲击和振动能量 从而提高地基的强度并降低其压缩性 改善地基性能 夯锤重10t 40t 提升高度10m 30m 58 锤重 8 25t 最大200t落距 8 25m有效深度 5 10m承载力 180 250kPa 59 一 强夯技术的发展概括与研究动态二 强夯法加固地基的原理三 强夯法的设计计算四 强夯法加固地基的试验与监测五 工程实例 60 一 强夯技术的发展概括与研究动态 1 强夯技术的发展 适用范围与特点2 强夯技术的最新发展动态 61 1 强夯技术的发展 适用范围与特点 60年代末由法国Menard技术公司处理滨海填土地基 场地表层为新近填筑的约9m厚的碎石填土 下12m厚疏松砂质粉土 场地上要求建造20栋8层居住建筑 由于碎石填土 新近填筑 桩基负摩擦力将占单桩承载力的60 70 十分不经济 经研究采用堆载预压法处理 历时3个月 堆土高度5m 只沉降200mm 62 用强夯法 单位夯击能1200KN m m2 只夯击一遍 整个场地平均夯沉量500mm 建筑竣工后 其平均沉降仅为13mm 63 1 强夯技术的发展 适用范围与特点 我国1975年开始介绍和引进 1978年底工程试用 八五期间 强夯技术加固地基达300万m2以上 著名工程实例 1 北京乙烯工程 消除液化 提高承载力处理面积23万m2 深度8m 比挤密碎石桩加固方案和直接采用灌注桩方案节省工程投资3800万元 缩短施工周期约3个月 64 著名工程实例 2 茂名乙烯工程 加固砾质粘性土回填地基处理面积60万m2 深度5 7m 比直接采用灌注桩方案或挤密碎石桩方案节约数千万元投资 大大缩短了施工周期 3 贵阳龙洞堡国际机场 回填地基处理面积12万m2 深度54m 65 1 强夯技术的发展 适用范围与特点 适用的地基土 碎石土 砂土 粉土 粘性土 素填土 黄土 建筑生活垃圾或工业废料组成的杂填土地基 还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基 适用的工程范围 各类工业与民用建筑 仓库 油罐 贮仓 飞机场跑道 铁路和公路路基和码头堆场等 66 1 强夯技术的发展 适用范围与特点 特点 适用各类土层 应用范围广泛 加固效果显著 明显提高地基承载力 压缩模量 消除湿陷性 膨胀性 防治振动液化 有效加固深度大 多层可达24 54m 施工机具简单 节省材料 节省工程造价 施工快捷 67 2 强夯技术的最新发展动态 1 大能量强夯技术 2 饱和软土复合地基的强夯技术挤密碎石桩加强夯砂桩加强夯真空 堆载预压加强夯 68 69 一 强夯技术的发展概括与研究动态二 强夯法加固地基的原理三 强夯法的设计计算四 强夯法加固地基的试验与监测五 工程实例 70 二 强夯法加固地基的原理与应用 强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力 并在地基中产生冲击波 在冲击力作用下 夯锤对上部土体进行冲切 土体结构破坏 形成夯坑 并对周围土进行动力挤压 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 它取决于地基土的类别和强夯施工工艺 71 二 强夯法加固地基的原理与应用 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 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 72 二 强夯法加固地基的原理与应用 动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时 则是借助于动力固结的理论 即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波 破坏了土体原有的结构 使土体局部发生液化并产生许多裂隙 增加了排水通道 使孔隙水顺利逸出 待超孔隙水压力消散后 土体固结 由于软土的触变性 强度得到提高 73 Vibrationresource Rayleighwave Shearwave Shearwindow Compressionwave Horizontalbranch Verticalbranch 加固机理 74 第五章排水固结法 5 1概述5 2加固原理5 3排水固结法的设计与计算5 4施工工艺5 5加固效果检验5 6工程实例 75 5 1概述 排水加固法 堆载预压 降水预压 真空预压 适用于饱和软粘土 淤泥及淤泥质土 冲填土 填海 湖 造田 含水量 压缩性高 强度 渗透性低 排水系统 加压系统 竖向 横向 联合预压 76 排水固结法 1 堆载预压法 2 砂井法 包括袋装砂井 塑料排水带等 3 真空预压法 4 降低地下水位法 5 电渗排水法 77 1 堆载预压 1 2 分级堆载 竖向排水砂井 塑料排水板 水平排水垫层 堆载过快易失稳 真空预压不会失稳 78 等载预压 超载预压 1 堆载预压 79 堆载预压的加载速率 p t 80 2 砂井法 包括袋装砂井 塑料排水带等 袋装砂井施工 视频 81 3 真空预压 u 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 82 3 真空预压法 83 真空预压排水固结法 84 NS真空预压法对传统真空预压法进行了改进 不需要铺设排水砂垫层 在处理场地上打插塑排水板后 每隔两排塑料排水板布置一条水平管道 并使用连接器将塑料排水板露出部份紧密连接到水平管道上 NS真空预压法 85 无疏水砂层真空预压法适用于大面积软土地基加固 如机场跑道 公路 港口 码头以及岸堤填海造陆的水下软土等的地基处理施工 特别是对于吹填土和新近淤泥堆积的超软土有特别好的加固效果 且节省了铺设砂垫层的大量投入 真空度传递效果好 具有施工工期短 经济节约的独特优势 从而使水平向排水板系统和垂直向排水板系统连成一个有机的整体 铺膜后使用抽真空装置进行真空预压施工 NS真空预压法 86 87 88 89 90 91 92 4 降低地下水位法 借助井点抽水降低地下水位 增加土体有效应力而使得土体得到加固的一种地基处理方法 93 4 降低地下水位法与堆载预压法相比 不会破坏土体结构 无需控制加荷速率 可一次降水到预定深度 缺点 可能会引起邻近建筑物的附加差异沉降 且施工需要专门设备和专人管理和维修 94 井点降水原理视频井点降水施工视频 95 排水固结法的主要目的 减少地基沉降 使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成 通过排水固结 加速地基土抗剪强度的增长 提高地基强度及稳定性 消除欠固结软土地基中桩的负摩阻力 并可消除竣工后地基的不均匀沉降等 96 第五章排水固结法 5 1概述5 2加固原理5 3排水固结法的设计与计算5 4施工工艺5 5加固效果检验5 6工程实例 97 5 2加固原理 土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程 这一过程遵循有效应力原理 98 堆载预压 降水预压 真空预压 加压系统 联合预压 5 2加固原理 99 5 2加固原理 堆载预压法 原位自重应力 s建筑物附加应力 z预加压力 t 1 2 1 5 z 超载预压法 加压 100 砂井 排水 普通砂井 袋装砂井 塑料排水板 砂垫层 5 2加固原理 堆载预压法 101 复合桩基 桩土应力比 n p s 面积置换率 m Ap A 复合桩基 散体材料桩复合地基 柔性桩复合地基 刚性桩复合地基 碎石桩 砂桩 搅拌桩 水泥土桩 土桩 灰土桩 CFG桩 混凝土桩 树根桩 桩与土共同变形 共同承载 非均质 各向异性 与桩基区别 102 复合桩基 散体材料桩 砂桩 碎石桩 柔性桩 土桩 灰土桩 石灰桩 水泥粉煤灰碎石桩CFG 水泥搅拌桩 旋喷桩 刚性桩 混凝土桩 树根桩 103 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 104 柔性桩 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 柔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 柔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 105 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 106 复合地基面积置换率 桩面积 加固面积 107 p s p s s 桩土应力比n可取2 4 桩应力 土应力 108 复合地基承载力 109 B 软弱下卧层 复合桩基 复合桩基承载力计算简图 110 加固区 未加固区 复合桩基的抗剪强度指标 111 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 112 5 1概述5 2加固原理5 3设计与计算5 4施工工艺5 5效果检验5 6工程实例 第五章碎石 砂 桩法 主要内容 113 定义 适用范围 重要概念 114 利用振动和水冲加固土体 具体而言 利用振冲器的高频振动和高压水流 边振动边水冲将振冲器沉到土中预定深度 经洗孔后加入填料并振密形成桩体 填料 碎石 砾石 粗砂 矿渣等 振冲碎石桩法或振冲砂桩法 115 116 振冲器 117 振冲挤密法2 118 4 振冲挤密法1 119 20世纪50年代末 60年代初 德国凯勒公司在Nurembreg的一项地基工程中用振冲器在粘性土中制造了2m深的孔 填入块石 再用振冲器使块石密实 处理后 地基承载力有很大提高 120 1960年 英国一家地基工程公司 建造一栋六层房屋时 在开挖基槽时意外发现地基中有一层厚2m的有机粉土 强度很低 最后采用振冲造孔 回填碎石的方法处理 效果很好 后 这两家公司有意识地把这一方法用于加固软弱粘土地基 振冲法 由于使用的桩身材料为碎石 故称振冲碎石桩法 我国首次应用的工程在南京 1977年 121 由蒸汽 或柴油 打桩机或振动打桩机在松散的砂性土或人工填土上冲击或振动成孔并灌填砂料后形成的桩体 砂桩置换法 挤密砂桩法 122 123 124 125 适用砂土 粉土 粉质黏土 素填土 杂填土不适用于淤泥和淤泥质土 在制桩过程中 填料在振冲器的水平向振动力作用下挤向孔壁的软土中 从而桩体直径扩大 当这一挤入力与土的约束力平衡时 桩径不再扩大 当强度越低 即约束力越小 形成的桩体越粗 若原土的强度过低 以致土的约束力始终不能平衡挤入力 则始终不能形成桩体 振冲法则不适用 126 主要适用于 松散砂土 粉土 素填土和杂填土地基 与预压法联合使用 可用于软弱粘性土地基 127 1 功能区别桩本身是承受荷载的而砂井本身增加的地基承载力一般不计 仅用来排水固结土基 砂桩与砂井的区别 128 2 施工区别砂桩直径较大 成孔后直接灌砂振动密实 成桩后就能发挥承载作用 砂井直径较小 70左右 所以成孔后 要用编制袋等盛砂入孔 之后一般要堆载预压 砂井就起排水管的作用 不需振实 能保持自然状态就可 砂桩与砂井的区别 129 3 作用机理不同砂桩 挤密作用 复合桩基砂井 排水作用 竖向排水通道4 直径 间距不同砂桩比砂井直径大 间距小 砂桩与砂井的区别 130 松散砂土地基中原理 软弱粘性土中原理 加固原理 131 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 132 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 133 加固范围 加固深度 桩位布置 桩直径 桩间距 设计参数 134 加固面积 建筑物的重要性和场地 多层建筑和高层 宜基础外缘扩大1 2排桩 当要求消除地基液化 宜基础外缘扩大宽度 可液化土层的一半 135 加固深度软弱层厚度10m 不穿透 宜短而密 深度按建筑物地基变形允许值确定 136 梅花形布置 等边 等腰三角形 行列式布置 正方形 矩形 大面积满堂处理 等边三角形单独基础或条形基础 等腰 矩形或方形 137 30kw振冲器桩直径 0 7m 1 0m 138 30kw振冲器桩间距 1 3m 2 0m55kw振冲器桩间距 1 4m 2 5m75kw振冲器桩间距 1 5m 3 0m 139 桩位布置 桩距 灌砂量 桩长 砂料 处理范围 设计参数 140 等边三角形布置 砂性土地基 正方形布置 直径 300 600mm 141 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 30 142 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 85 143 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 144 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 145 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 146 桩土应力比n可取2 4 桩应力 土应力 一 复合地基承载力 147 B 软弱下卧层 复合桩基 复合桩基承载力计算简图 148 2020 3 19 149 二 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 150 加固区 未加固区 复合桩基的抗剪强度指标 151 152 153 154 155 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 156 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 157 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 158 侧向挤密作用 灰土桩挤密地基 加固原理 土桩挤密地基 159 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 160 1 夯填的土桩加固2 桩间土体的挤密加固 161 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 灰土的力学性质灰土的强度较高 水稳性好 变形模量较大 3 灰土桩的挤密作用分担荷载 灰土桩具有一定的胶凝强度 桩对土的侧向约束作用 灰土桩具有一定刚度 提高地基的承载力和变形模量 灰土桩复合地基承载力为天然地基的1 5 2 5倍 比土桩提高约40 变形模量也比天然地基的大为增加 162 7 1概述7 2加固原理7 3设计与计算7 4施工工艺7 5效果检验7 6工程实例 第七章水泥粉煤灰碎石桩 CFG桩 主要内容 163 定义 适用范围 重要概念 164 在碎石桩基础上加入适量石灰 粉煤灰和水泥 加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩 与周围地基土体形成复合地基 CFG 水泥粉煤灰碎石桩 165 碎石 粗骨料石屑 中等粒径骨料 使得级配良好 粉煤灰 细骨料和低标号水泥作用 提高桩体后期强度 水泥 提高强度 166 按照施工工艺不同 分为挤土和非挤土两类振动沉管法施工 挤土法螺旋钻施工 非挤土法 167 CFG桩和桩间土一起 通过褥垫层形成CFG桩复合地基 褥垫层是CFG桩和桩间土形成复合地基的必要条件 是不可缺少的一部分 168 一 保证桩与土共同承担荷载二 调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用 调整均化作用 三 减少基础底面的应力集中 169 保证桩与土共同承担荷载 170 保证桩与土共同承担荷载 171 保证桩与土共同承担荷载 172 调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用 173 调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用 174 减少基础底面的应力集中H 0时 桩对基础的应力集中很显著 和桩基础一样 需要考虑桩对桩基的冲切破坏 H大到一定程度后 基底反力即为天然地基的反力分布 175 CFG桩主要适用于 粘性土 淤泥 淤泥质土 粉土 砂性土 杂填土 湿陷性黄土 176 桩体的置换作用 挤密作用 加固原理 褥垫层的调整均化作用 177 桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应 生成了不溶于水的稳定结晶化合物 使桩具有更高的桩体模量和强度 178 保证桩与土共同承担荷载调整桩与土垂直和水平荷载的分担作用减少基础底面的应力集中 179 非挤土法施工时 施工对土体的振动或挤密 提高了强度 180 平面布置 桩径 桩距 桩长 桩体强度 褥垫层厚度及材料 设计参数 181 等边三角形或方形布置 面积置换率m不宜超过10 充分发挥桩间土作用 直径 350 600mm桩距 3 6 d 182 通过特制的深层搅拌机械 在地基深处就地将软土和水泥 石灰等固化剂 浆液或粉体 强制搅拌 利用固化剂和软土之间产生一系列物理化学反应 使软土硬结成具有整体性 水稳性和一定强度的优质地基 深层搅拌法 加固软粘土地基 183 最适宜于加固各种成因的饱和软粘土 使用深层搅拌法加固的土质有新吹填的超软土 沼泽地带的泥炭土 粘土 粉质黏土 沉积的粉土和淤泥质土等 加固深度通常超过5m 最大的加固深度可达60m 184 水泥的水解和水化反应 碳酸化作用 加固原理 粘土颗粒与水泥水化物作用 185 水泥加固软土时 水泥颗粒表面的矿物 硅酸三钙 硅酸二钙 铅酸三钙 铁铝酸四钙 硫酸钙 等很快与软土中的水发生水解和水化反应 生成氢氧化钙 含水硅酸钙等化合物 这些化合物能迅速溶于水 使水泥颗粒表面重新暴露 再与水发生反应 这样周围的水溶液就逐渐达到饱和 不再溶解的新生成物就只能以胶体析出 悬浮于溶液中 形成胶体 形成水泥石骨架 186 当水泥的各种水化物生成后 有的自身继续硬化 形成水泥石骨架 有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应 187 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳 发生碳酸化反应 生成不溶于水的碳酸钙 从而增强水泥土强度 188 软土的分布及其软土指标 室内配比试验 设计参数的确定 设计过程 189 为什么要作 试验内容 测试指标 室内配比试验 190 了解加固软土的可能性 为水泥土搅拌法的设计计算和施工工艺提供可靠的指标 水泥掺入比 水灰比 最佳外掺剂 龄期 191 水泥掺入比 最佳外掺剂 提高水泥强度 改善其性能 木质素璜酸钙 石膏 粉煤灰等 192 水泥土物理性质指标 重度 密度水泥土力学性质指标无侧限抗压强度抗拉强度抗剪强度变形模量压缩系数和压缩模量 193 固化剂选择品种 外掺剂 平面布置 桩径 桩长 水泥掺入比 根数 设计参数柱状形式 194 在基础平面范围内布置 桩径 450 500 600mm 195 1 当土质条件 施工因素限制加固深度 L根据桩长 单桩承载力Ra和水泥土抗压强度qu 参照室内配合比试验 选择所需的水泥掺入比 196 2 当搅拌加固的深度不受限制时 可根据室内配合比试验资料选定水泥掺入比 再确定桩身强度 根据桩身强度计算单桩承载力特征值 计算桩身长度 197 3 直接根据上部结构对地基的要求 选定单桩承载力特征值 计算桩身长度 强度 选择水泥掺入比 198 根据设计要求的地基复合地基承载力特征值Rsp和前面求得的单桩承载力特征值Pa n 199 根据求得的总桩数n进行平面布置 可正方形 等边三角形布置 桩的平面布置要以桩距最大 以利充分发挥桩侧摩阻力 和便于施工为原则 200 第十章土的加筋技术 10 1概述10 2土工合成材料10 3加筋土挡墙10 4锚杆与土钉支护10 5其他加筋处理 201 10 1概述 土的加筋是指在土体中设置加筋材料 形成可以承受抗压 抗拉 抗剪 抗弯的复合土体 以提高地基承载力 减少沉降和增加地基稳定性 常称为 加筋土法 或 加筋土技术 202 10 1概述 加筋土的分类 从材料性质上分 金属材料 合成材料 从形式上分 棒状 条状 网状 格栅状等 从材料允许的变形来分 刚性材料和柔性材料 刚性材料如金属和一些弹性模量较大的合成材料 柔性材料如土工织物 土工格栅等 203 加筋土工程应用实例 挡墙加筋 陡坡加筋 桥台加筋 返回 204 10 2 1概述10 2 2土工合成材料种类10 2 3主要功能10 2 4设计计算 结合工程实例 10 2 5主要特性10 2 6施工工艺 10 2土工合成材料 主要内容 205 定义 历史发展 206 岩土工程领域中一种新型建筑材料 由人工合成的聚合物 塑料 化纤 合成橡胶 为原料制成的纤维制品总称 置于土体内部 表面 土体之间 加强和保护土体 土工合成材料geosynthetics 207 20世纪30年底 应用于土木工程 塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程 20世纪50年底 海岸护坡工程 20世纪60年代 河道 涵闸及防治路基翻浆冒泥 20世纪80年代 水利 铁路 公路 军工 港口 建筑 矿山 冶金和电力部门等 全国成立了土工合成材料技术协作网 208 土工织物 土工膜 特种土工合成材料 复合型土工合成材料 其它土工合成材料 209 透水性土工合成材料 根据施工工艺不同 可分为有纺型土工织物 wovengeotextile 无纺型土工织物 nonwovengeotextile 编织型土工织物 knittedgeotextile 210 有纺型土工织物 经纬线交织而成无纺型土工织物 热粘法 化学粘合法等编织型土工织物 缠绕 扎结 211 有纺土工织物 无纺土工织物 212 213 214 215 优点 重量轻 整体连续性好 可做成大面积整体 施工方便 抗拉强度高 耐腐蚀和抗微生物侵蚀性好 缺点如未经特殊处理 其抗紫外线能力低 216 在各种塑料 橡胶或土工纤维上喷涂防水材料而制成的薄膜或薄片 主要以聚氯乙稀 聚乙烯 氯化聚乙烯或异丁橡胶等为原料制成 分为加筋和不加筋两类 217 土工膜特点 有很好的弹性和适应变形的能力 能承受不同的施工条件和工作应力 具有良好的耐老化能力 218 土工格栅土工网土工垫 219 由聚乙烯或聚丙烯板通过打孔 单向或双向拉伸扩孔制成 孔格尺寸为10 100mm的圆形 椭圆形 方形或长方形格栅 220 221 由挤压机挤出的1 5mm的塑料股线制成 222 由合成材料粘结而成的三维透水聚合物网垫 通常由聚乙烯制成 其厚度为15 20mm 223 将土工织物 土工膜和某些特种土工合成材料中的两种或两种以上的材料 采用不同方法复合成为复合型的土工合成材料 geocomposite 如复合土工膜 复合土工网 复合排水板等 224 一布一膜 二布一膜或三布二膜等 膜 防渗 布 排水作用 225 226 由芯板和透水滤布组成 芯板为硬塑料薄板 为瓦楞形或十字形 原料为聚氯乙稀或聚丙稀 透水滤布为薄型无纺织布 227 土工格室土工条带土工模袋土工筐笼土工泡沫材料 228 土工格室是目前国内外较为流行的一种新型高强度土工合成材料 是由强化的HDPE片材料 经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构 229 土工格室 具有伸缩自如 运输可缩叠 施工时可张拉成网状 填入泥土 碎石 混凝土等松散物料 构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体 230 土工格室用途 1 用于稳固铁路路基 2 用于稳固公路软地基处理 3 用于受载重力的堤防 挡墙 4 用于浅水河道治理 5 用于管道及下水道的支撑结构 6 用于防止滑坡及受载重力的混合式挡墙 7 用于独立墙 码头 防波堤等 8 用于沙漠 海滩和河床 河岸的治理 231 土工条带是指用高强合成材料或玻璃纤维作为抗拉材料 外面裹以具有防滑花纹的塑料套形成的一种土工合成材料 土工条带多用于加筋土挡墙 232 土工模袋护坡已广泛地使用于沿江江堤和沿海海岸的防护 土工模袋护坡是利用高强绵纶丝机织成的双层被状织物袋作为柔性模板 其内充灌混凝土或水泥砂浆 硬化后形成高强度的板块 已广泛使用于有掩护海港护岸和河道整治的大面积护坡工程 233 主要特点是可根据工程地形地貌加工制作 保证混凝土等充填料的形成 土工模袋适用于水上 水下施工 不需构筑围堰 能在各种现场条件下组织施工 土工模袋尤其适用于沿江江堤 沿海海岸的防护 土工模袋护坡整体性好 无需大型的机具设备 施工中不影响通航 施工速度快 劳动强度低 土工模袋防护面不需常年维修 维修费用少 234 235 10 2 1概述10 2 2土工合成材料种类10 2 3主要功能10 2 4设计计算 结合工程实例 10 2 5主要特性10 2 6施工工艺 10 2土工合成材料 主要内容 236 反滤 排水 隔离 加筋 防渗 防护 237 1 反滤作用指将土工合成材料置于土体中或土体表面 在允许液体通过的同时 有效地限制土颗粒或者其他颗粒的流失 即利用土工合成材料的反向过滤作用保护土体 238 2 排水作用土工合成材料收集降水 地下水或其它液体 并沿其平面进行传输 达到排水目的 一些土工合成材料如塑料排水带 土工织物 土工复合排水网等具有良好的垂直和水平排水功能 239 3 隔离作用是指土工合成材料能防止相邻的土和其它介质混合 240 加筋作用就是将具有高拉伸强度 拉伸模量和表面摩擦系数较大的土工合成材料埋入土体中 通过筋材与周围界面间摩擦阻力进行应力传递 约束土体受力时产生侧向位移 一般加筋土工合成材料有编织土工织物 土工拉筋带 土工网 土工格栅等 4 加筋作用 241 平 路堤加筋 加筋法 242 加筋挡墙 锚固式加筋 土工条带加筋 加筋法 243 5 防渗作用指在工程中可以有限阻止水或其它液体从一侧渗透到另一侧 以保护工程设施不受损害 常用的防渗土工合成材料有土工膜及复合土工膜等 这些材料可以用在各种需要防水防气以及防有害物质的地方 244 三峡 防渗功能 245 排水沟 表土覆盖层 表面隔断层 基础隔断层 地基基础 垃圾渗水 和地下水的距离 渗水导管 气体导管 竖井 地质屏障 经处理的地质屏障 地下水 气体收集 渗水收集 垃圾体 垃圾填埋体的主要构成 防渗 246 6 防护作用指使用土工合成材料限制或防止岩土体受外界环境作用而产生的破坏 侵蚀现象 247 248 249 250 必须指出的是 土工合成材料的六大功能是不能截然分开的 不同材料的功能不尽相同 但同一种材料往往兼有多种功能 另外 同一工程中 土工合成材料往往综合应用 发挥不同功效 高速公路软基路堤的土工合成材料应用实例 251 1 加筋土挡土墙的结构与基本原理2 加筋土挡土墙内部稳定性分析方法3 加筋土挡土墙外部稳定性分析方法4 加筋材料与加筋土挡土墙的构造设计方法 10 3加筋土挡土墙 252 回忆 墙体抵抗绕墙趾向外转动以致倾覆的能力 抗倾覆稳定性验算要点 253 回忆 抗倾覆稳定性验算墙体抵抗绕墙趾向外转动以致倾覆的能力 用抗倾覆稳定系数表示 计算公式为 254 加筋土挡土墙 255 第一节概述 加筋土是在土中加入加筋材料 或称筋带 的一种复合土 在土中加入加筋材料可以提高土体的抗剪强度 增加土体工程的稳定性 1965年法国普拉聂尔斯 Prageres 首次成功地修建了一座公路加筋挡墙 我国于1979年首次在云南建成加筋土挡墙试验工程 最长加筋土挡墙工程 5 5km 重庆市区长江滨江公路驳岸墙最高高速公路加筋土挡墙 43 75m 云南楚大高速公路1号墙最高城市道路加筋土挡墙 60m 重庆巫山县集仙路挡墙 256 第一节概述 257 258 259 260 261 262 一 结构与挡土原理 挡土原理内部稳定 墙面所承受的水平土压力依靠填料与拉筋的摩擦力平衡 缺乏石料地区及大型填方工程 用于一般地区的路肩式和路堤式挡土墙 但不应修建在滑坡 水流冲刷和崩塌等不良地质地段 外部稳定 复合结构形成的土墙抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力 适用条件 第一节概述 263 二 加筋土挡土墙类型及其特点 类型1 单面式加筋土挡土墙双面式加筋土挡土墙2 有台阶式加筋土挡土墙无台阶式加筋土挡土墙3 有面板加筋土挡土墙无面板加筋土挡土墙 第一节概述 264 按挡土墙面位置分类 单面式加筋土挡墙 双面式加筋土挡墙 一 概述 265 按筋材布置方法分类 包裹式加筋土挡墙 条带式加筋土挡土墙 266 包裹式加筋土挡墙施工步骤 一 概述 267 特点1 可装配式施工 施工简便 快速 节省劳力和缩短工期 2 具有一定柔性 能够适应地基轻微变形 且抗震性强 3 可做成很高的垂直挡土墙 对地基承载力要求较低 4 节约占地 造型美观 5 造价低 第一节概述 268 三 加筋土加固机理 基本原理 在土中沿应变方向埋置具有挠性的拉筋材料 土与拉筋材料产生摩擦 使加筋土犹如具有某种程度的粘聚性 从而改良了土的力学特性 解释和分析加筋土强度的两种观点 第一节概述 摩擦加筋原理 加筋土视为组合材料 认为加筋土是复合体结构 或称锚定式结构 莫尔 库仑理论 加筋土视为均质各向异性材料 认为加筋土是复合材料结构 269 第一节概述 摩擦加筋原理 填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板 通过墙面板的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋 而拉筋又被土压住 于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被拔出 因此 拉筋只要材料有足够的强度 并与土产生足够的摩阻力 则加筋的土体就可保持稳定 270 第一节概述 莫尔 库仑理论 准粘聚力理论 由三轴试验可知 在外力和自重作用下的加筋土试件 由于土中埋置了水平方向的筋带 在沿筋带方向发生膨胀变形时 筋带犹如是一个 约束应力 阻止了土体的伸延变形 按照三轴试验条件 加筋土试件达到新的极限平衡时应满足的条件为 271 第一节概述 极限平衡条件 筋带产生 约束应力 筋带增加强度以 内聚力 表示 272 拉筋断裂造成挡土墙破坏 拉筋强度不足 拉筋与面板连接能力不足 超载 拉筋腐蚀 拉筋与土间结合力不足造成挡土墙破坏 因外部不稳定造成挡土墙破坏 地基承载力低 沿基底抗滑稳定性不足 抗倾覆能力不够 内部稳定性计算 外部稳定性分析 三 加筋土挡土墙的破坏形式 第一节概述 273 10 4锚杆与土钉支护 锚杆支护是指在稳定土层内部的钻孔中 用水泥砂浆将钢筋 或钢绞线 与土体粘接一起的拉结挡