第13讲地基处理

2008年3月17日,黑龙江工程学院土木工程系,黑龙江工程学院王丽83366566)wanglr1995,基础工程,第五章地基处理16.1概述,地基定义：结构物最下部，受结构物影响的那一部分土层。人工地基：土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。,地基处理的目的：软弱地基人工处理人工地基,地基处理方法的分类,1、强度和稳定性问题2、压缩及沉降问题3、渗漏及渗透破坏4、动力稳定问题,1、提高强度2、减小变形3、改善渗透性4、防治液化5、减小或消除不良工程特性,1、因地制宜2、就地取材3、技术上可能4、经济上合理,建筑物地基问题：,地基处理的目的：,处理原则：,16.2软土地基,一、软土定义：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。,二、软土的工程特性,（一）含水量较高，孔隙比较大（二）抗剪强度低（三）压缩性较高（四）渗透性很小（五）结构性明显（六）流变性显著,16.3换土垫层法,适用：当冲刷较小且厚度不大的软弱地基，中小桥或一般结构物承载力不足或沉降过大时。厚度3m，且接近地面定义：采用较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理，将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实。材料：主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等。具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。,砂垫层,一、换填灰土：全部挖除,适用：不渗水基坑材料要求：保证强度：以干重度控制。粘性土：打碎，过筛d15mm石灰：前12天浇水粉化d5mm灰体积：土体积2：83：7颜色均一，握成团，捏即碎。施工：夯打4遍，分层填分层捣实，每层200300mm。捣实方法：振实、夯实、压实。接缝错开0.5m。当日打完,换填碎卵石：全部挖除,材料要求：1、级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、碎石、卵石2、含泥3，d50mm。,二、垫层法：部分挖除：,适用：厚度较大的软弱地基结构：砂垫层或碎石软弱下卧层软弱下卧层定义：持力层下，容许承载力小于持力层的土层。砂垫层的作用1、提高浅基础下的地基的承载力，以强度大的砂代替剪切破坏的软弱土。2、减少沉降量：一般浅层沉降量占总沉降比例很大50以上。3、加速软弱土层的排水固结：砂垫层提供基底下排水面。4、具有消除冻涨作用。,三、砂垫层的设计计算,(一)砂垫层厚度的确定,厚度：扩散角理论：即认为砂垫层以“”角向下扩散基底附加压力，砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即：（0.53m）注意：弹性理论法和扩散角理论垫层底面厚度均过大，应力偏大（偏安全）。,设计指标：垫层厚度和宽度,(二)砂垫层平面尺寸的确定,宽度：应力扩散足够宽度防止砂垫层向两侧挤动产生局部剪切破坏。,二、垫层施工与质量检验,控制：颗粒成分、质量、地下水位、密实度、最佳含水量、铺压厚度检验：环刀、贯入度（干重度或贯入度）,16.4挤(振)密法,适用：不冲刷或小冲刷，松散、厚度较大的地基目的：提高强度、减小沉降方法：砂（石）桩挤密法夯实法振动水冲法,一、砂桩挤密法,方法：成孔（振动、冲击、打入套管），D=300600mm填中粗砂夯挤密实原理：1、对松散的砂质土层：挤密、增加容重、减小孔隙比：提高强度、减小沉降。2、对松软粘性土：形成复合地基，提高承载力、稳定性。3、对砂质土与粘性土互层：一定的挤密作用。设计内容：加固范围砂桩总截面积桩数及排列砂桩长及灌砂量估算,(1)砂桩根数确定A1后，可根据施工设备的能力，地基的类型和地基处理的加固要求，确定砂桩的直径d(m)，目前国内实际采用的直径一般为0.30.6m，由此求出砂桩根数n，则砂桩根数约为：,(2)砂桩的布置及其间距,为了使挤密作用比较均匀，砂桩的可按正方形、梅花形布置或等边三角形，也可以为其他形式，如放射形等。,二、夯（压）实法：1969年，法国Nenard技术公司首次,适用：砂土含水量在一定范围的软弱粘性土杂填土黄土方法：机械碾压振动压实分层锤击：浅层处理的重锤夯实法深层处理的强夯法(也称动力固结法）,方法：重锤（15KN）落距34m重复夯实适用：砂土、稍湿粘性土、杂填土、湿陷性黄土浅层加固注意：含水量接近最佳塑限与液限间接近塑限地下水位应低于夯击影响范围夯击遍数（812）遍,(一)重锤夯实法,方法：重锤（80400KN2000KN）落距（820m40m）适用：砂土、碎石、杂填土、砂类土、粘土、湿陷性黄土,特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。,(二)强夯法,原理：巨大冲击波于非饱和土强制压缩和振密饱和无粘性土液化、密实压缩饱和细粒土排水固结注意：无完整的设计计算方法施工前后及过程中监测躁声大振动大加固范围小时，不经济（小于5000平方米）,强夯法,强夯法,强夯法,强夯法,强夯法,王曲电厂8000KN.M强夯,榆次大乘寺2000KN.M强夯,三、振冲法,起源：30年代，德国适用：松散砂、粘性土施工机具：振冲器、吊机和水泵。振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2m0.45m，长25m，重约2050kN。振冲器功能：一是产生水平向振动力(4090kN)作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。,振冲器构造示意图振冲施工过程,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,16.5排水固结法,原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。,室内压缩试验说明排水固结法原理,（一）砂井堆载预压法,1、过程：无砂井竖向排水：砂井竖向排水：竖向排水固结：土层中孔隙水向上、下两面排出使土层发生固结2、砂井竖向排水机理：增加排水途径，缩短排水距离，加速固结3、运用：厚的饱和软弱粘性土4、桩径：d=3040cm（水下）径小：利于排水（试验表明：3cm即可）径大：机具要求。,砂井堆载预压,5、中距：68d1.5m（多数23m）井距越小，固结越快。6、桩顶：3040cm砂层7、桩长：打至下砂层最好砂层太远算。一般为1020m。8、施工：（1）打入式：把底端封闭的钢管打入土中，钢管用锤和振动法打入，也可用压力压入，在其内部灌入砂料，然后提管，同时将底端封闭打开，砂料留在孔内作为排水体。（2）射水式：使高压水从钻头顶端喷射出去，在粘土中打孔洞，把砂料投进孔洞中的方法。9、改进措施：袋装砂井。砂袋砂井。,与砂桩挤密区别：相同：以砂为填料不同：砂桩挤密，桩径大，桩距小。砂井，排水固结，井径小，间距大，避免破坏天然结构。,（二）袋装砂井和塑料排水板预压法,用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。,1、袋装砂井预压法袋装砂井直径：一般为70120mm，间距为1.0m2.0m(井径比n约取1520)。砂袋：采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。材料：中、粗砂并振捣密实。长度：砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。优点：施工工艺和机具简单、用砂量少；它间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。,袋装砂井,2、塑料排水板预压法定义：塑料排水板预压法是将塑料排水板用插板机插入加固的软土中，然后在地面加载预压，使土中水