北京工业大学研究生地基处理课件.ppt

建筑地基处理技术规范 第四章地基处理 3 北京工业大学建筑工程学院张钦喜2013年2月 重要性 1 由于高层建筑的大量兴建 荷载加大 原来不需处理的地基 现在需要处理 其次 城区的扩大 原来的鱼塘 农田 地基处理应用的越来越多 越来越广泛 如北京 燕郊 2 注册岩土工程师考试 执业资格考试勘察 浅基础 深基础 地基处理 抗震 特种岩土 岸坡 工程经济共10个方面 3 一些新技术 其作用机理和计算方法并不完善 有待进一步深入研究 如CFG桩的沉降计算 CFG桩复合地基的承载力 碎石桩与CFG桩复合以后的计算 长短桩复合地基 4 绝大多数同学在大学阶段没有学习过这门课程 课程 注册土木工程师专业考试课程第一章岩土工程勘察第二章岩土工程设计基本原则第三章浅基础第四章深基础第五章地基处理第六章土工结构与边坡防护第七章基坑工程与地下工程第八章特殊条件下的岩土工程第九章地震工程第十章岩土工程检测与监测 几个例子 75米跨度 300米 迁安 煤棚 1 2 焦作 轮胎车间 3 河南漯河 高层住宅 30层 4 曹妃甸 首钢新址 5 岩石 贵州 钢厂 70米 6 通州文化中心 7 青岛雨润项目 8 结构抗浮 主要参考书 1 建筑地基处理技术规范JGJ79 20022 阎明礼地基处理技术环境科学出版社19963 阎明礼等CFG桩复合地基技术及工程实践水利水电出版社20014 曾国熙等地基处理手册建工出版社5 于海峰等注册岩土工程师模拟考试题集吉林大学出版社 授课形式 8次课 32课时 2学分 主要内容 1 换填法2 堆载预压法3 复合地基法4 CFG桩法5 散体桩法6 水泥土桩法7 其他 学习方式 1 课堂讲授2 自学3 现场参观 考核方式 1 写小论文 做ppt 讲2 做一个设计 0绪论 一 地基处理 groundtreatment 为提高地基承载力 改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法 二 地基处理的目的改善土的工程性质 达到满足建筑物对地基承载力和变形的要求目的 即处理后达到 1 p f2 s s 三 地基处理的原则1 安全适用 技术先进 经济合理 确保质量 保护环境2 因地制宜 就地取材 保护环境 节约资源 地基处理设计程序 地区性经验 施工方案 四 地基处理的主要方法1 换填法2 密实法 排水密实法 真空预压法 砂井法堆载密实法 堆载预压法桩体挤密法 夯扩桩 柱锤夯扩桩 复合载体桩3 动力固结法 首钢新址河北唐山曹妃店 几十平方公里的面积全部强夯一遍4 复合地基法 碎石桩 灰土桩 水泥土桩 渣土桩 CFG桩 5 加筋法6 化学加固法7 污染土的治理 五 地基处理技术的发展 每2年开一次全国性地基处理学术会议 出版论文集 有专门的 地基处理 杂志 06年第9届太原 太原理工大学 08年第10届南京 东南大学 10年第11届海南 海南大学 12年第12届 中国土木工程学会土力学与岩土工程学会地基处理学术委员会 岩土工程近10年发展成熟的技术统计 1 灌注桩后压浆技术2 长螺旋水下压灌混凝土 后插笼 成桩技术3 CFG桩技术4 夯实水泥土桩技术5 真空预压法加固软基技术6 强夯置换技术7 爆破挤淤法技术 待续 六 其他基础知识1 荷载取值 标准组合 地基承载力 基本组合 基础构件 准永久组合 地基变形 2 承载力 地基承载力特征值 深宽修正后的地基承载力特征值 深度修正系数为1 宽度修正系数为0 基底压力计算 承载力计算3 变形沉降量沉降差倾斜局部倾斜 标准组合 准永久组合 基本组合 1 换土垫层法 cushion 1 换土垫层法 cushion B Z 挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层 回填坚硬 较粗粒径的材料 并夯压密实 形成垫层的地基处理方法 适用条件 1 浅层处理 2 局部处理 3 处理深度3米以内 作用 1 置换后承载力提高 2 扩散作用 3 减小变形 4 当垫层的k较大时 加速下卧软弱土的排水固结 根据应力变形规律 1 1b内的变形占总沉降的50 以上 2 1b处的应力衰减50 以上 处理的重点是1b内的软弱土 一 材料与作用材料 中砂 粗砂 砾石 碎石 卵石 矿渣 灰土 素土 以中砂 粗砂应用最广 作用 提高承载力 减小对下卧层的附加压力 排水加速固结 减小沉降 防止冻胀适用性 适用于浅层软弱地基和不均匀地基二 设计 宽度 厚度1 由垫层材料确定f 规范 2 假定厚度 一般不大于3米 3 确定底宽4 验算下卧层的承载力 满足下式要求 处理后的地基 进行承载力的深 宽修正时 宽度修正系数取0 深度修正系数取1 Z不宜小于0 5米 也不宜大于3米B b 2Ztan 扩散角 0 25 0 5 砂 碎石 矿渣 粉质粘土 粉煤灰 灰土 20 23 6 30 28 28 z b 换填材料 注 1 当z b 0 25时 除灰土仍取 28外 其余均取 02 当z b 0 25 0 50时 内插 垫层的承载力 三 变形验算 1 s s1 s2s1 垫层本身压缩量s2 下卧层的压缩量 2 在垫层满足设计厚度 宽度 压实质量要求时 可不计s1对变形要求严或垫层厚度大时 应计入s1 3 当垫层顶面超出原地面标高或垫层材料重度大于天然土层重度时 应考虑其附加的荷载对沉降的影响 4 对垫层下存在软弱下卧层的建筑 应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响 四 施工材料选择 通常以级配良好 质地坚硬的中砂 粗砂和砾砂为好 含泥量不大于3 施工 分层夯实 分层碾压 要求控制压实系数或夯填度 打夯机 蛙式打夯机 蛙式打夯机 压实机 五 检测1 压实质量检查压实系数 或其他间接的方法 如标贯 静力触探 轻型贯入试验等2 承载力 现场静载荷试验例题 2堆载预压法 一 原理与适用条件 堆载预压法是利用地基排水固结的特性 通过施加预压荷载 并增设各种排水条件 砂井和排水垫层等排水体 以加速饱和软黏土排水固结的发展 提高承载力 减小变形的一种地基处理方法 原理 如下图所示 e 固结压力p f p 能否取得良好的预压效果取决于 1 预压荷载的大小2 排水边界条件3 预压荷载的作用时间 控制地基强度与地基承载力的增长速率始终大于施工荷载的增长速率 以满足地基强度和稳定的要求 如一个地方原本只可筑4 5米高坝的地基 采用在2年的时间内分级加荷的方式 最终修到了17 5米高的坝 要做到 1 足够的预压荷载 堆载预压 自重预压 真空预压 降水预压 2 提供好的排水条件 减小渗径 固结所需时间与渗径的平方成正比 在地基中设置各种类型的排水体 如竖向排水砂井 袋装砂井 塑料排水带 水平向排水垫层等 H 20M达固结度80 所需要的时间为 9年 H 10M达固结度80 所需要的时间为 2 25年 H 4M达固结度80 所需要的时间为 0 36年 H 适用土质 淤泥 淤泥质土及其他饱和软黏土 泥炭土和透水性很小的流塑状态的饱和超软弱土 应慎用 因其在很小何在下即产生较大的蠕变 次固结 而砂井排水固结仅对主固结有效 二 砂井固结理论 梅花形布井 de 1 05L正方形布井 de 1 13L 砂井固结理论的发展 早在30年代 Rendulic 1935 Carrilo 1942 Barron 1940 1942 等人就开始对这个问题进行研究 1948年 Barron提出了等应变和自由应变两种极端情况下 不考虑井阻和涂抹作用的理想井和等应变条件下 考虑井阻和涂抹作用的非理想井的固结理论 成为经典的砂井固结理论 由横截面积相等的条件得出 吉国洋 Yoshikumi 1974 和Hansbo于1981年又提出了考虑井阻和涂抹作用的新的非理想井固结理论 谢康和 1987 在总结前人研究成果的基础上指出 1 巴龙的非理想井固结理论 吉国洋的精确解 与工程实际相比偏于保守 2 Hansbo的是近似解 吉国洋的精确解不便于应用于是又提出了新的非理想井固结理论下面简述之 p0 r z kh kv ks kw H re rs rw 基本假定 1 等应变条件成立2 径向流和竖向流分开单独考虑 考虑竖向流时按太沙基一维固结理论求解 考虑径向流时 令kv 0 然后按Carrlio定理进行偶合 3 除k外 井料和涂抹区内的性质均和天然地基相同 4 荷载一次骤然施加5 井内的孔压沿径向的变化很小 这种变化不予考虑 6 从四周流入砂井的水量等于砂井向上流出的水量 最后解得 涂抹因子 其中S涂抹比 与井径比n有关的函数 井阻因子 上式 1 令G 0 J 0 S 1 既转化为理想井 2 G 0 转化为无井阻情况 3 J 0 S 1 既转化为不考虑涂抹作用 4 令 z 0 为不考虑竖向排水情况 5 令 r 0 为无砂井的一维固结情况 三 一级或多级等速加荷情况下平均固结度的计算 Time d Load kPa Ti 1 Ti Tn t Tn 1 IfTi 1 t TithenTi t 四 砂井未贯穿软土层情况的固结度 H1 H2 规范与例题 3复合地基法 一 定义通过在地基中设置竖向增强体 桩 使桩和桩间土共同承担上部结构荷载 这样的地基处理方法 统称为复合地基法 compositesubgrade compositefoundation 褥垫层 复合地基 桩基础 形成复合地基的必要条件 中等粘结强度 高粘结强度桩要有褥垫层 散体材料桩因为本身的压缩变形大 也可不要垫层 二 几个重要的参数1 面积 置换率m m Ap A m与桩径 桩距有关 也与布桩方式有关 2 桩土应力比n n p s n与桩 土相对刚度 褥垫层厚度 荷载水平等有关 p s 3 荷载分担比 p Pp P S PS P p S 1 相互关系 p mn 1 m n 1 s 1 m 1 m n 1 n 1 m p sm 与置换率 桩土应力比有关 也与桩长有关 m 0 05 n 40时 p 67 8 4 复合地基的承载力 Afspk Apfpk A Ap fsk fspk mfpk 1 m fsk Ap A 力的平衡 fspk mRk Ap 1 m fsk 5 复合地基的变形 S S1 S2 Zn Es Es 三 分类 1 按强度高粘结强度桩 CFG桩 素砼桩中等粘结强度桩 各类水泥土桩 灰土桩无粘结强度桩 砂桩 碎石桩 渣土桩 2 按刚度刚性桩 CFG桩 素砼桩半刚性桩 各类水泥土桩 灰土桩柔性桩 砂桩 碎石桩 渣土桩 3 按材料 工艺分1 碎石桩振冲碎石桩 干振碎石桩 振动沉管碎石桩 强夯置换碎石桩2 水泥土桩深层搅拌水泥土桩 干 湿 旋喷水泥土桩 夯实水泥土桩3 水泥粉煤灰碎石桩 CFG 素混凝土桩 4 渣土桩5 灰土桩 多种桩型的组合 多元复合地基 1 置换作用 桩体效应 强度高 刚度大的桩越明显2 挤密 振密效应3 排水作用4 减载作用 桩体采用比重较小的材料时5 桩对土的约束作用 四 复合地基效应 4 CFG桩法 一 概述水泥 Cement 粉煤灰 Fly ash 碎石 Gravel 桩 是以碎石为骨料 以粉煤灰和水泥为粘结剂 形成的一种高粘结强度桩 简称CFG桩 二 材料及基本性状1 材料碎石 粗骨料 3 5cm 是骨干材料石屑 细骨料 2 5mm 使混合料级配良好 增加桩体强度粉煤灰 细骨料 低标号水泥的作用 可使桩具有明显的后期强度水泥 胶结料 2 配比 振动沉管法 石屑率 G1 G2 G1 G1 单方混合料石屑用量 kgG2 单方混合料碎石用量 kg 取0 25 0 33为合理用量 桩体强度R28 0 366Rc C W 0 071 Rc 水泥标号 MPa C 单方混合料水泥用量 kgW 单方混合料用水量 kg b b 碎石 石屑 粉煤灰 水泥 塌落度3 4cm 3 配比 长螺旋成孔压灌砼工艺 卵石 或碎石 砂 III级或III级以上粉煤灰 水泥 必要时加泵送剂 塌落度18 22cm 要考虑可泵性 4 养护条件 试验证明 CFG桩体处在地下湿度的环境 后期强度增长较大 可用做安全储备 5 桩体应力应变特征 应力 应变关系受围压影响甚小 是一种高强度高刚度的材料 a 1 3 1 3 a CFG 土样 三 CFG桩的工作性状 1 桩土荷载分担比荷载小时 s p 随荷载增大 s减小 p增大 p与置换率 桩土应力比有关 s p 0 5时的荷载记为Pk Pk随桩长的加大而降低 2 褥垫层的作用1 保证桩土共同分担荷载2 调整桩土荷载分担比3 减小基础底面的应力集中4 调整桩土水平荷载的分担比 褥垫厚度可以调整桩土荷载分担比 结论 荷载一定时 褥垫厚度越厚 土承担的荷载越多 荷载水平越高 桩承担的荷载占总荷载越大 3 复合地基变形S S1 S2 S3S1 刺入变形 向上刺入变形 向下刺入变形 S2 下卧层的压缩变形S3 垫层的压缩变形 一般忽略 4 CFG桩复合地基的特点1 承载力提高幅度大 可调性强 2 适应范围广 非软弱土 3 刚性桩的性状明显 4 桩体的排水作用 5 变形小 华亭嘉园35层由200提高到550实测s 3 4cm望京高校住宅楼1 4 25F 2B由200提高到400实测s 3 4cm世纪风景G118F 3B由280提高到600计算s 36mm 四 CFG桩的设计 设计要求 承载力满足要求 即fspk f 变形满足要求 s s 1 承载力fspk mRk Ap 1 m fsk 2 沉降s s1 s2 p0 zi i zi 1 i 1 Espi p0 zi i zi 1 i 1 Esi 1 m m 1 n 设计参数 桩径 d桩距 Sa 3d 5d 桩长 L置换率 m复合地基承载力fspk桩体强度设计 R28验算变形 S s 一般步骤 1 选定桩径 桩长2 确定单桩承载力设计值Rk u qsikLi qpAp 23 确定置换率 m fspk fsk Rk Ap fsk 4 确定桩距 布桩5 桩体强度设计R28 3 Rk Ap 6 配比设计7 沉降验算ESP ES 其中 fspk fsk 8 褥垫层设计 150 300mm厚 桩径大或桩距大时取高值 宜采用中砂 粗砂 级配砂石 碎石 粒径宜为8 20mm 最大粒径不宜大于30mm 不宜用卵石 因其咬合力差 垫层厚度不易保证均匀 五 CFG桩的施工 一 成孔1 振动沉管2 长螺旋干成孔 水上 3 长螺旋成孔压灌混凝土 水上 水下 二 工序1 振动沉管 就位 沉管 边投料 边振动提管 控制提管速度 成桩2 长螺旋干成孔 水上 就位 钻孔 下导管 浇注混合料 成桩3 长螺旋成孔压灌混凝土 水上 水下 就位 钻孔 钻杆内压灌混合料 提钻 成桩 三 质量保证措施 1 控制拔管速度或控制提钻速度2 合理布桩 桩距 3 5 d3 打桩顺序 有挤土效应的沉管工艺时 连续打1234567 跳打1234567 4 合理控制塌落度压灌时18 22cm5 设置保护桩长50cm以上6 褥垫层铺设15 30cm 四 试验及验收 1 28天后进行单桩或多桩复合地基静载荷试验 0 5 1 且每个单体建筑不少于3个 2 抽取一定比例 10 进行桩身完整性检测 小应变 试验要点 1 承压板面积必须与单桩或实际桩数所承担的处理面积相等 2 最大加载压力不小于设计承载力的2倍 分8 10级施加 3 试验终止条件 4 承载力的确定 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 累计沉降 0 06B3 最大压力已大于设计要求压力值的2倍 1 突变型 若Pu 2Pcr 取Pcr 若Pu 2Pcr 取0 5Pu 2 缓变型 以卵石 圆砾 密实中粗砂为主的地基 取s 0 008B对应的压力 以粘性土 粉土为主的地基 取s 0 01B对应的压力 工程实例 极差 320 250 70均值 320 250 250 273 370 0 3 273 3 82fspk 273 3 多元复合地基 通过改变褥垫层的厚度调整桩的作用的发挥 例题 基础底面35米 30米 p 515kPa d 7米 dw 2 6米 fcu 25MPa 桩径400mm 桩长11米 褥垫层200mm 0 10 18 25 1r 18 9 fak 140 2r 19 fak 170 3r 20 6 fak 240 qs 48 qp 640 qs 65 qp 900 qs 70 qp 1200 确定 1单桩承载力2复合地基承载力3置换率4桩数 5 散体材料桩复合地基 5 1 概述一 散体材料桩的定义由碎石 砂 渣土等散体材料构成的桩 进一步可分为碎石桩 砂桩 渣土桩 优点 1 可就地取材甚至可消纳工业和生活垃圾2 不用三材 造价低 二 分类 根据材料和工艺细分1 碎石桩 1 振冲碎石桩 2 干振碎石桩 3 沉管碎石桩 4 强夯置换碎石桩 5 射水成孔袋装碎石桩2 砂桩 1 振动成桩 2 冲击成桩3 渣土桩 1 钻孔夯实法 2 振动沉管法 3 长锤夯击法 5 2散体材料桩的加固机理 一 振冲碎石桩的加固机理振动水冲法 vibro flotation 简称振冲法 是由德国于30年代提出的方法 起初用于处理松散砂土地基 50年代末 60年代初开始用于加固粘土和粉质粘土 我国始于1977年 1 对砂土的加固机理 1 增加密实度 2 提供排水通道 3 预振效应2 对粘土的加固机理 1 置换作用 2 排水固结作用通道 二 干振碎石桩的加固机理用于处理地下水位以上的松散粘性土 杂填土及湿陷性黄土 加固机理与前者有同 有异 1 挤密和振密作用 2 置换作用 3 垫层作用三 渣土桩的加固机理1 多采用垂直振动法或垂直夯击法成桩 故桩体密实 承载力高 挤密效果显著 复合地基承载力提高幅度大 2 用钻孔夯实法时 夯锤重达几吨 单位面积的能量超过强夯 且分段填料 在深层夯击 桩体强度高 单桩承载力标准值可达300 400kN 复合地基承载力可达300kPa以上 四 强夯置换加固机理形成直径大于夯锤直径的碎石桩柱 5 3散体材料桩的工作特性 1 桩土应力比 通常在2 6之间2 荷载传递 1 桩顶应力最大 1d内衰减迅速 4d以下应力很小 2 复合地基应力衰减与荷载水平和基础尺寸有关 荷载水平越高 b越大 衰减越慢 3 单桩的承载力与桩受到的侧面约束密切相关 侧向约束越强 桩的承载力越大 4 护桩的作用 基础底面以外布置护桩 可提高对桩的约束 提高承载力 减小变形 5 因主要靠挤密振密作用 在m一定时 小桩径 密桩距有利 5 4设计计算 一 振冲碎石桩的设计计算1 间距 根据荷载大小 土层条件和振冲器功率确定30kw1 3 2 0m55kw1 4 2 5m75kw1 5 3 0m荷载大或对粘性土取小值 荷载小或对砂土取大值2 桩体材料 含泥量不大于5 的碎石 卵石 矿渣或其他性能稳定的硬质材料 30kw20 80mm55kw30 100mm75kw40 150mm3 直径 按每根桩的用料量计算平均直径 4 复合地基承载力 根据复合地基荷载试验确定 或fspk mfpk 1 m fskfspk 1 m n 1 fsk fskn 2 4原土强度高取大值 反之取小值 5 复合地基变形Esp 1 m n 1 Esn 粘性土2 4 砂土 粉土1 5 36 褥垫层 顶部设置300 500mm厚的碎石垫层 2 3 4 0 15 0 20 0 25 m n 1 15 1 20 1 25 1 30 1 40 1 50 1 45 1 60 1 75 指用振动沉管 锤击沉管 冲击成孔等挤土工艺造孔 内填碎石 砂或砂石料所成的桩 因此有碎石桩 砂桩或砂石桩 主要靠挤密和振密起作用 1 直径 300 500 主要取决于成孔设备 2 间距 应通过现场试验确定对砂土 粉土不宜大于4 5d对粘性土不宜大于3 0d初步设计时可按以下公式 1 砂土 粉土等边三角形布桩正方形布桩 二 砂石桩的设计计算 其中 2 粘性土等边三角形布桩正方形布桩 5 材料 碎石 卵石 砾石 砾砂 粗砂 中砂或石屑 含泥量不大于5 Dmax不大于50mm6 褥垫层 顶部设置300 500mm厚的碎石垫层 3 桩长4 承载力 三 其他 适用范围 适用范围 桩型 振冲碎石桩 干振碎石桩 渣土桩 砂土 粉土 粉质黏土 杂填土 素填土 非饱和的黏土 粉质黏土 粉土 非饱和的杂填土 II级以上的湿陷性黄土 强夯置换碎石桩 淤泥 淤泥质土 高饱和度的粉土和粘性土 加固范围 砂石桩 大于基底范围 基础外缘扩大1 3排 对可液化地基基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1 2 且不小于5米 振冲法 大于基底范围 多层和高层 基础外缘扩大1 2排对可液化地基基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1 2 加固范围 桩长 能到达硬层的尽量到达硬层 满足变形控制要求 液化土满足液化处理要求 桩长不小于4米 例题1 某粘性土地基用振冲碎石桩法处理 d 0 8m 正方形满堂布桩 fsk 120 Es 5MPa n 4 fspk 220 求 m s Esp 0 278 1 34m 9 17 例题2 某砂土地基采用振冲桩处理 正方形布桩 d 0 6 s 1 8 不考虑成桩时的振动下沉密实作用 fsk 120 e 0 85 emax 0 89 emin 0 63 求 1 天然状态下的Dr2 处理后的Dr3 若处理后的fsk 180 fpk 350 问fspk 4 要使处理后的Dr 0 9 问s 一 概述 6 灰土挤密桩法和土挤密桩法 1 适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土 素填土和杂填土等地基 处理深度5 15米 处理湿陷性为主要目的时 宜选用土挤密桩法以提高承载力或增强其水稳定性为主要目的时 宜选用灰土挤密桩法当土的含水量大于24 或饱和度大于65 时 不宜用此类方法 因此时挤密效果差 2 施工 沉管 锤击 振动 成孔H 0 5 0 7米冲击成孔H 1 2 1 5米 设计桩顶以上预留覆盖土层厚度H应满足 成孔时 地基土宜接近最优含水量 wp 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 加水量按下式估算 K为损耗系数 取1 05 1 10应于处理前4 5天 将需要增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔 均匀的浸入拟处理范围内的土层中 二 设计 1 成孔直径 d 300 450mm2 桩距 S 2 2 5 d 或按下式估算 桩间土的平均挤密系数 对重要工程 不宜小于0 93对一般工程 不应小于0 90 3 桩顶标高以上设置300 500mm的2 8灰土垫层 压实系数不小于0 954 承载力由试验确定对灰土挤密桩复合地基 不宜大于处理前的2倍 并不宜大于250kPa 对土挤密桩复合地基 不宜大于处理前的1 4倍 并不宜大于180kPa 5 处理面积大于基底面积 满堂布桩时 处理土层厚度的1 2 且 2米对于局部处理时 非自重湿陷性黄土 素填土 杂填土 0 25b 且 0 5米自重湿陷性黄土 0 75b 且 1米 6 桩体的夯实质量宜用平均压实系数控制 当孔内用灰土或素土分层回填 分层夯实时 平均压实系数均不应小于0 96消石灰与土的体积配合比 宜为2 8或3 7 例题 某湿陷性黄土场地 长50米 宽30米 湿陷性土层厚度12米 采用土挤密桩法处理 等边三角形布桩 d 0 4米 要求平均挤密系数不小于0 93 场地土天然含水量10 最优含水量为18 天然重度为1 63t m3 最大干密度1 86t m3 按规范确定 1 S2 挤密后桩间土的平均干密度不宜小于3 n4 Q 一 概述 7 水泥土桩复合地基 1 定义 泛指用机械或人工将土与水泥或水泥系材料混合所形成的圆柱形水泥土柱体 水泥系材料 日本 水泥 火山灰质材料和无机化合物 我国 水泥与废石膏和活性废渣按不同比例配制的各种固化剂 水泥土桩按施工方法可分为 a 深层搅拌水泥土桩b 旋喷桩c 夯实水泥土桩d 搅喷桩 2 发展 a 深层搅拌水泥土桩的发展单轴 双轴 多轴 日本8轴干法 湿法应用 竖向承载 复合地基的桩止水帷幕重力式挡土结构 基坑支护 被动区加固大体积水泥稳定土 b 旋喷桩的发展旋喷 摆喷 定喷单管 双重管 三重管 加固体可以为 柱状 壁状 格栅状 块状 单管 高压水泥浆液双管 同轴喷射高压水泥浆液 空气 三管 同轴喷射高压水 空气 水泥浆液 土质 粘性土 砂土 砂砾 N 0 56 1011 12 10 8 0 20 6 单 三 双 21 5 0 21 0 1 51 2 0 20 8 0 1011 2021 30 20 30 1 41 2 0 21 0 1 00 8 0 20 6 2 01 5 0 21 0 1 2 0 2 1 0 0 2 0 6 0 2 c 夯实水泥土桩的发展90年代建研院地基所开发 3 工程应用情况地基加固 基坑工程 支护 止水帷幕 被动区加固 SMW桩等 水利工程 既有建筑物的加固等 十分广泛 建材地质何世鸣新技术 长螺旋引孔搅拌旋喷桩 二 水泥土桩的作用机理 对不同的土质有不同的机理 1 在砂性土中 类似于水泥砂浆 此时具有很高的强度 固化时间短 2 粘性土 机理复杂 固化时间长 过程慢 水泥土的固化机理 1 水泥的水解和水化反应2 离子交换团粒化作用3 凝硬反应 三 桩体的物理力学性质 1 桩体材料固化剂 水泥 一般425 普硅 是主固化材料或水泥系材料 用于采用水泥固化效果不好的特殊环境 如腐植土 孔隙水中CaO OH 浓度较小的土 土 占水泥土总重的80 以上 深搅和旋喷 原土夯实 原土或新土 2 桩体的物理力学性质 主要有 qu E0 抗剪强度 抗拉强度 密度 k 1 qu取决于以下因素a混合料种类b固化剂掺量c龄期d土的含水量e土的渗透系数f施工工艺 2 桩体的模量 3 抗剪强度 4 抗拉强度 5 密度 6 渗透系数 7 抗冻性 8 应力 应变关系 2 水泥土的工程性质通过搅拌后形成的水泥土体 其主要物理力学性质如下 1 重度 一般掺入量的水泥土其重度比原地基土增大0 5 3 左右 相差甚小 2 含水量 随水泥掺入量增大含水量降低 约降低0 5 7 水泥土的无侧限抗压强度随土样含水量的降低而增大 当土的含水量从157 降低到47 时 无侧限抗压强度则从260kPa增加到2320kPa 一般土样含水量每降低10 则强度可增加10 50 3 渗透系数 随水泥掺合量的增大渗透系数一般降低1个数量级 约为10 7 10 8cm s 4 无侧限抗压强度 它与地基土的性质 固化剂的种类及掺入量有关 一般qu 1000 5000kPa 原地基土强度较高者可qu 5000 9000kPa 有机质含量较高的土qu 300 1000kPa 不同养护条件下水泥土强度 5 抗拉强度 当qu 1000一2000kPa时 其抗拉强度ft 0 1 0 2 qu 当qu 2000 4000 kPa时 ft 0 008 0 15 qu 6 变形模量E50 当垂直应力达到50 无侧限抗压强度时 水泥土的应力与应变的比值 对于淤泥质粘土E50 120 150 qu 对于含砂粒土量在 10 15 的性土E50 400 600 qu 7 抗剪强度约为 内摩擦角 200 300 8 泊松比 根据室内试验结果 泊松比 0 3 0 45 1 夯实水泥土桩 水位以上 10米以内 洛阳铲6米内 a布桩范围 只在基底内布b桩径 桩距 300 600 s 2 4 dc桩长 相对硬层 沉降两方面d复合地基承载力 e沉降计算 f褥垫层 100 300mm Dmax 20mm 四 设计计算 2 水泥土搅拌桩 主要是确定m和La布桩范围 只在基底内布 独立承台下 3根b桩径 桩距 500 s 2 3 dc桩长 相对硬层 沉降两方面湿法20米内 干法15米内d复合地基承载力 e沉降计算 f褥垫层 竖向承载时200 300mm Dmax 20mm 水泥掺量 1 块状加固7 12 2 其他 12 20 多用15 水灰比0 45 0 55 单桩容许承载力 及式中 单桩容许承载力 kN 水泥土90d龄期的抗压强度平均值 kPa 桩的截面积 m2 桩身强度折减系数 可取0 3 0 4 桩的周长 m 桩周第i层土的容许摩阻力 对淤泥可取5 8kPa 对淤泥质土可取8 12kPa 对粘性土可取12 15kPa 桩周第i层土的厚度 m 桩端天然地基土的承载力 kPa 桩端天然地基土的承载力折减系数 可取0 4 0 6 复合地基承载力 式中 复合地基容许承载力 kPa 桩间天然地基土容许承载力 kPa 桩土面积置换率 桩间土承载力折减系数 当桩端为软土时 可取0 5 1 0 当桩端为硬土时 可取0 1 0 4 3 旋喷桩a布桩范围 只在基底内布 独立柱基下不少于4根b桩径 桩距 500 s 2 3 dc桩长 相对硬层 沉降两方面d复合地基承载力 e沉降计算 f褥垫层 竖向承载时200 300mm Dmax 30mmg用于防渗时 相邻桩搭接 300h水灰比0 8 1 5 常用1 0 例题 第四章地基处理 4 1地基处理方法4 2地基处理方案4 3地基处理设计4 4防渗处理4 5既有工程地基处理与基础托换技术 4 4防渗处理 了解地基的防渗处理技术及其工程应用 4 4防渗处理 一 常用的防渗措施二 堤坝地基的防渗三 有毒有害废弃物防渗四 基坑的防渗 一 常用的防渗措施 1 帷幕灌浆2 地下连续墙3 截水槽4 板桩5 高压喷射注浆法6 水泥土搅拌法7 土工合成材料 土工膜 CGR 二 堤坝地基的防渗 1 岩基2 砂砾