一土方工程PPT课件

1 1 6软土地基加固 软土地基定义 由软弱土层构成的地基就是软土地基 软弱土 1 从性质上理解 滨海 湖沼 谷地 河滩沉积的天然含水量高 孔隙比大 压缩性高 抗剪强度低的细粒土 2 从具体土层上理解 由淤泥 淤泥质土 松软冲填土与杂填土 或其他高压缩性软弱土层 2 软土地基的基本特点 1 高压缩性 软土由于孔隙比大于1 含水量大 容重较小 且土中含大量微生物 腐植质和可燃气体 故压缩性高 且长期不易达到固结稳定 2 抗剪强度低 一般由淤泥 泥炭 有机质组成 因此 抗剪强度低 所以软土的抗剪强度最好在现场作原位试验 3 透水性小 软土的透水性能很低 垂直层面几乎是不透水的 对排水固结不利 反映在建筑物沉降延续时间长 同时 在加荷初期 常出现较高的孔隙水压力 影响地基的强度 3 软土地基的基本特点 4 触变性 软土是絮凝状的结构性沉积物 当原状土未受破坏时常具一定的结构强度 但一经扰动 结构破坏 强度迅速降低或很快变成稀释状态 软土的这一性质称触变性 所以软土地基受振动荷载后 易产生侧向滑动 沉降及其底面两侧挤出等现象 5 流变性 是指在一定的荷载持续作用下 土的变形随时间而增长的特性 使其长期强度远小于瞬时强度 这对边坡 堤岸 码头等稳定性很不利 因此 用一般剪切试验求得抗剪强度值 应加适当的安全系数 6 不均匀性 软土层中因夹粉细砂透镜体 在平面及垂直方向上呈明显差异性 易产生建筑物地基的不均匀沉降 4 软土地基要解决的问题 1 强度和稳定性问题 当地基的抗剪强度不足以承受外荷载时 可能会产生局部或整体剪切破坏 造成塌方 失稳 破坏 2 沉降变形问题 当地基产生过大的沉降变形 建筑结构会产生不均匀沉降等 3 在外来 地震 车辆振动 动力荷载作用下 可引起地基土特别是饱和无粘性土的液化 失稳及震陷 5 软土地基处理的目的是利用换填 夯实 挤密 排水 胶结 加筋等方法对地基土进行加固 改良地基土的工程特性 1 提高地基的抗剪强度 2 降低地基的压缩性 3 改善地基的透水特性 4 改善特殊土的不良地质特性最终目的 提高地基的稳定性和承载能力 软土地基处理的目的 6 常见加固施工方法 换填垫层处理当软弱土层厚度不很大时 可将基础底面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除 然后换填强度较大的土或其它稳定性能好 无侵蚀性的材料 通常是渗水性好的砾料 称为换填或垫层法 换填材料 海砂 河沙 碎石 石渣 宕碴 煤灰 矿渣等 1 适用条件 处理的经济实用高度一般为0 3 3m 特别对于软基较浅 1 2m 的泥沼地特别有效 如果软弱土层厚度过大 则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本 7 2 作用机理提高地基承载力 以强度较大的土代替可能产生剪切破坏的软弱土 就可避免地基的破坏 减少沉降量 一般情况下 基础下浅层地基的沉降量在总沉降量中所占比例是比较大的 若以密实的土代浅层软弱土 那么就可以减少大部分沉降量 加速软弱土层的排水固结 基础与软弱土层接触时 在荷载作用下软弱土层中的水易绕基础两侧排出因而使基底下的软弱土不易固结 甚至导致地基土强度降低而产生破坏 防止冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大 不易产生毛细现象 因此可以防止寒冷地区土中水的迁移和积聚所造成的冻胀 调整不均地基的刚度 8 垫层厚度设计 垫层厚度根据垫层底面下卧层承载力及建筑物对地基变形要求确定 按下卧层的承载力确定 PZ pCZ faz PZ 垫层底面处的附加应力设计值 PCZ 垫层底面处的土的自重应力设计值 faZ 经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值 9 各参数的计算 条形基础 矩形基础 平面分布 PZ pCZ faz 压力扩散角详见P68表1 22 计算时 先假设一个垫层的厚度 验算 如不合要求 则改变厚度 重新验算 直至满足为止 一般砂垫层的厚度为1 2m左右 过薄的垫层 3m 则施工较困难 10 垫层的宽度确定 JGJ79 2002 11 垫层承载力的确定 垫层的承载力决定于填筑材料的性质 施工机具能量大小及施工质量的优劣等 一般应通过试验现场确定 另外垫层承载力的设计值尚必须对软弱下卧层的承载力验算后再确定 12 沉降计算 当垫层断面确定后 对于重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物 还应进行地基的变形计算 13 垫层材料选择 砂石黏土灰土素土粉煤灰干渣 14 预压法对天然地基或先在地基中设置砂井 袋装砂井或塑料排水板 等竖向排水体 在建筑物建造前在场地上先行加载预压 使土体中的空隙水排出 逐渐固结 减少沉降量 同时强度逐步提高的方法 预压法包括 砂井法 普通砂井 袋装砂井和塑料排水带法 真空预压与堆载预压联合作用降低地下水位法 15 排水系统 主要在于改变地基原有的排水边界条件 增加孔隙水排出的途径 缩短排水距离 加压系统 通过对地基施加预压荷载 使地基土的固结压力增加而产生固结 16 预压法主要是增加排水系统和加压系统 通过增加排水途径 缩短排水距离 加快地基软土的固结 排水系统是一种手段 如没有加压系统 孔隙中的水没有压力差就不会自然排出 地基也就得不到加固 如果只增加固结压力 不缩短土层的排水距离 则不能在预压期间尽快的完成设计要求的沉降量 强度不能及时提高 加载也不能顺利进行 所以以上两个系统总是联系起来考虑的 地基中设置竖向排水体 常用砂井 它是先在地基中成孔 然后灌砂使之密实而成 袋装砂井是在砂井的基础上发展的新技术 它与砂井相比具有用砂料省 连续性好 不会因地基变形而折断 施工简便的优点 塑料排水板 带 可以在工厂制作 运输方便 在没有砂料的地区尤为合适 17 1 砂井施工砂井施工一般先在地基中成孔 再在孔内灌砂形成砂井 砂井的灌砂量 应按井孔的体积和砂在中密时的干密度计算 其实际灌砂量不得小于计算值的95 材料要求 砂 含泥量不大于3 或砂和角砾混合料 含泥量不大于5 2 袋装砂井施工袋装砂井是普通砂井的改良和发展 对含水量很高的软土 普通砂井容易产生缩颈 断颈或错位现象 普通砂井即使在施工时能形成完整的砂井 当地面荷载加大时 软土层会产生侧向变形 可能是砂井错位 袋装砂井是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编织袋装满砂子 它基本上解决了大直径砂井中所存在的问题 使砂井的设计和施工更加科学化 保证了砂井的连续性 打设设备实现了轻型化 比较适应在软弱地基上施工 用砂量大为减少 施工速度加快 工程造价降低 是一种比较理想的竖向排水体 18 3 塑料排水板 带 施工插塑料排水板法是利用设置在地基中的竖向排板和地表进行加载预压或利用构造物自身重量的共同作用使饱和软土中的孔隙水逐渐排出地表 土体固结提高密实度和强度 消除大部分的水后沉降使地表稳定 主要运用于活淤泥 淤泥质土 冲填土等饱和粘性土及杂填土的软土地基 对沿海地区的应用非常合适 对于深厚 可处理35m以上 的软土地基加固 从技术上和经济上考虑 排水板几乎是唯一经济 有效 可行的方法 19 4 加载预压法施工进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载 称为超载预压 预压荷载等于道路工程荷载 称为等载预压 a堆载预压法对各类软弱地基均有效 但堆载预压需要一定的时间 适合工期要求不紧的项目 b真空预压法 该法适用于含水量高 孔隙比大 强度低 渗透系数和固结系数均较小的黏土 c真空预压加堆载预压法 是堆载预压和真空预压两种方法的结合 原理与真空预压相同 但加载更大 预压时间缩短了一半 20 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法 我国于1978年首次由交通部一航局科研所及其协作单位在天津新港三号公路进行了强夯法试验研究 它通过一般8 30t的重锤 最重可达200t 和8 20m的落距 最高可达40m 对地基土施加很大的冲击能 提高地基土的强度 降低土的压缩性 改善砂土的抗液化条件等 强夯法 21 等等 对于高饱和度的可采用强夯置换法 22 夯锤 地面 挤压土体 隆起 夯击能 冲击力 冲击波 冲切上部土体 结构破坏形成夯坑 挤压周围土体 1加固机理 23 动力密实 动力荷载减小土孔隙 提高强度 处理细颗粒饱和土 1加固机理 动力固结 动力置换 24 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 就是土中的气相被挤出的过程 其变形主要是由于土颗粒的相对位移引起 1加固机理 实际工程表明 在冲击动能作用下 地面会立即产生沉降 一般夯击一遍后 其夯坑深度可达0 6 1 0m 夯坑底部形成一层超压密硬壳层 承载力可比夯前提高2 3倍 非饱和土在中等夯击能量1000 2000kN m的作用下 主要是产生冲切变形 在加固深度范围内气相体积大大减少 最大可减少60 25 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 1加固机理 26 在冲击动能作用下 地面会立即产生沉降 一般夯击一遍后 其夯坑深度可达0 6 1 0m 夯坑底部形成一层超压密硬壳层 承载力可比夯前提高2 3倍 27 夯坑 28 动力密实的应用 29 2设计计算 夯锤和落距 30 2设计计算 夯击点的布置 夯击点的间距 确定原则 一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定 以保证使夯击能量传递到深处和保护邻近夯坑周围所产生的辐射向裂隙 1 强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2 5 3 5倍 第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间 以后各遍夯击点间距可适当减小 2 对处理深度较深或单击夯击能较大的工程 第一遍夯击点间距宜适当增大 3 强夯置换墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定 当满堂布置时可取夯锤直径的2 3倍 对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1 5 2 0倍 墩的计算直径可取夯锤直径的1 1 1 2倍 31 夯击点布置及间距 等边三角形或正方形布置夯击点 工业厂房可根据柱网来布置夯击点 夯距通常为5 15m 2设计计算 夯击点的布置 32 AbuDhabiCorniche UnitedArabEmirates 33 2设计计算 夯击击数和遍数 夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定 可采用点夯2 3遍 对于渗透性较差的细颗粒土 必要时夯击遍数可适当增加 最后再以低能量满夯2遍 满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击 锤印搭接 34 爆破在土木工程施工中应用较广 如石方开挖 施工现场树根和障碍物的清除 冻土开挖 场地平整以及清除旧的建筑物或构筑物等 都需要采用爆破 一 爆破原理二 爆破材料三 爆破药包量计算四 爆破安全措施 1 6爆破工程 35 一 爆破原理炸药引爆后 由原来体积很小的炸药 经过化学变化 在极短的时间内 由固体状态转变为气体状态 体积增加数百倍甚至数千倍 同时产生很高的温度和巨大的冲击力 使周围的介质受到程度不同的破坏 叫做爆破 一 爆破作用圈 二 爆破漏斗 36 爆破时距离爆破中心近的 受到的破坏就大 远的 受到的破坏就小 通常将爆破影响的范围分为以下几个爆破作用圈 见图1 27所示 压缩圈抛掷圈破坏圈振动圈 37 图1 27爆破作用圈 在压缩圈和破坏圈内为破坏范围 其半径R称为破坏半径或药包的爆破作用半径 38 当埋设在地下的药包爆炸后 地面就会出现一个爆破坑 一部分炸碎了的介质被抛至坑外 一部分仍坠落在坑内 形成爆破漏斗 见图1 29所示 爆破漏斗有以下几个参数 图1 29爆破漏斗 图1 69爆破漏斗 39 1 最小抵抗线W 即从药包中心到临空面的最短距离 2 爆破漏斗半径r 即漏斗上口的圆周半径 3 最大可见深度h 即从坠落在坑内的介质表面到临空面最大距离 4 爆破作用半径R 即从药包中心到爆破漏斗上口边沿的距离 爆破漏斗的大小一般以爆破作用指数 n 来表示 即n r W当n 1时 称为标准抛掷爆破漏斗 n1时 称为加强抛掷爆破漏斗 40 二 爆破材料炸药工程中常用的炸药有以下几种1 硝铵炸药它是硝酸铵 梯恩梯和少量木粉的混合物 工程中常用的2号岩石硝铵炸药 其受潮和结块后 爆破性能会降低 2 梯恩梯 三硝基甲苯 它呈结晶粉末状 淡黄色 压制后呈黄色 熔铸块呈褐色 不吸湿 爆炸威力大 但本身含氧不足 爆炸时产生有毒的一氧化碳气体 不宜用于地下作业及通风不良的环境下 当掺有砂石粉类固体杂质时 对撞击和摩擦有较高的敏感度 41 3 胶质炸药它是由硝化甘油和硝酸铵 有时用硝酸钾或硝酸钠 的混合物 另加入一些木屑和稳定剂制成的 它的爆炸威力大 不吸湿 有较高密度和可塑性 适用于水下和坚硬岩石爆破 4 铵油炸药它是硝酸铵和柴油 或加木粉 的混合物 通常两者的比例为94 5 5 5 当加木粉时 其比例为92 4 4 称为1号铵油炸药 铵油炸药取材方便 成本低廉 使用安全 但具有吸湿结块性 不能久存 最好现拌现用 5 黑火药用硝酸钾 硫磺和木炭按一定比例 最佳为75 10 15 混合而成 好的黑火药为深灰色的颗粒 不沾手 对火星和撞击极敏感 吸湿性强 威力低 适用于开采石料 42 三 爆破药包量计算药包的重量叫做药包量 药包量的大小 与岩石的软硬 缝隙情况 临空面的多少 预计爆破的石方体积有关 1 标准抛掷药包量计算 标准爆破漏斗的体积 V 1 3 w3药包量 Q qW3e式中 Q 药包量 kg q 标准抛掷药包的炸药单位消耗量 按所爆除的岩石的体积计 kg m3 e 炸药换算系数 43