第5章 地基处理

1、第第5章章 地基处理地基处理 本章主要内容 垫层法垫层法 排水固结法排水固结法 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 强夯法强夯法 振冲法振冲法 第第5章章 地基处理地基处理 5.1 5.1 概述概述 工程上需要处理的土类 淤泥及淤泥质土 粉质粘土 细粉砂土 砂石类土 特殊土（膨胀土，黄土等） 岩溶 第第5章章 地基处理地基处理 地基处理的目的： 1. 提高地基土的抗剪强度，满足设计对地基承载力和稳定 性要求； 2.改善地基的变形性质，防止建筑物产生过大沉降和不均 匀沉降以及侧向变形； 3.改善地基的渗透性和渗透稳定，防止渗流过大和渗透破坏； 4.提高地基土的抗震性能，防

2、止液化； 5.消除黄土湿陷性，膨胀土胀缩性等。 第第5章章 地基处理地基处理 历史回顾历史回顾： v解放前：以经验积累阶段； v50年代70年代：技术引进 v70年代末：技术研发 v地基处理学术委员会：1984，杭州 v地基处理学术讨论会： 上海，1986；烟台，1989；秦皇岛，1992；肇庆 ，1995；武夷山，1997；温州，2000；长沙， 2004；太原，2006。 第第5章章 地基处理地基处理 地基处理方法 v 碾压及夯实 v 换土垫层法 v 排水固结法 v 振密挤密法 v 置换及拌入 v 加筋 v 其它 第第5章章 地基处理地基处理 地基处理的基本原则地基处理的基本原则 v力求“

3、安全适用、确保质量、经济合理、技术先进、 保护环境” v当天然地基不能满足构筑物对地基的要求时，要考虑 的有：如何加固地基；上部结构体型合理性；整体刚 度是否足够。 v在考虑地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础 和地基的共同作用，决定选用地基处理方案或选用加 强上部结构刚度和地基处理相结合。 第第5章章 地基处理地基处理 1.结构条件 建筑物体型、刚度、受力体系、建筑材料；荷载大小、 分布、种类；基础类型、布置、埋深；变形允许值、 稳定安全系数等 2.地基条件 地形及地质成因、地基成层状况；软弱土层厚度、不均 性和分布范围；持力层位置及状况；地下水及地基土的 物理力学性质 第第5章章 地基

4、处理地基处理 3.环境影响 如强夯法和砂桩挤密法施工振动噪音对邻近建筑物和居 民干扰；又如灌浆法有时会污染环境。 4.施工条件 用地条件；工期；工程材料；其他条件等。 第第5章章 地基处理地基处理 地基处理有许多方法，各种方法都有 各自的特点和作用机理。没有哪一种方法 是万能的，对于每一个工程都必须进行综 合考虑，通过几种可能采用的地基处理方 案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、 施工可行的方案，既可以是单一的地基处 理方法，也可以是多种地基处理方法的综 合。 第第5章章 地基处理地基处理 10 n 复合地基复合地基指天然地基在地基处理过程中部分土体指天然地基在地基处理过程中部分土体 得到增

5、强或被置换，或设置加筋材料，加固区由得到增强或被置换，或设置加筋材料，加固区由基基 体体( (天然地基土体天然地基土体) )和和增强体增强体两部分组成的人工地基。两部分组成的人工地基。 散体材料桩复合地基 竖向增强体复合地基 柔性桩复合地基 复合地基 刚性桩复合地基 水平向增强体复合地基 竖向增强体复合地基水平向增强体复合地基 5.2 5.2 复合地基复合地基 第第5章章 地基处理地基处理 11 n 作用机理作用机理 桩体作用桩体作用 排水固结排水固结 挤密作用挤密作用 加筋作用加筋作用 n 破坏模式破坏模式 刺入破坏刺入破坏 鼓胀破坏鼓胀破坏 整体剪切破坏整体剪切破坏 滑动破坏滑动破坏 第第

6、5章章 地基处理地基处理 二、复合地基的构成形式二、复合地基的构成形式 1. 基本条件：增强体与天然地基土共同承受上部结构传来的荷载 2. 垫层：垫层用来调节和改善地基中浅层土的受力状态，减少桩土荷载分担 比（桩土应力比） 3. 面积置换率：复合地基中竖向增强体的实际面积与该竖向增强体分担的地 基面积的比率；m=ap/a 4. 桩土应力比：竖向增强体上承担的应力与桩间土所承担应力的比值。 n=pp/ps la ap l l 第第5章章 地基处理地基处理 13 n 面积置换率面积置换率 m 定义：定义：桩体截面积桩体截面积ap与其承担的复合地基面积与其承担的复合地基面积a之比之比 a a m p

7、 2 2 4l d m 2 2 32l d m 矩矩 形形布桩：布桩： 梅花形梅花形布桩：布桩： 其中：其中：d桩体直径；桩体直径；l桩间距。桩间距。 第第5章章 地基处理地基处理 14 n 桩土应力比桩土应力比 n 定义：定义：桩体竖向应力桩体竖向应力s sp p与桩间土竖向平均应力与桩间土竖向平均应力s ss s之比之比 s p s s n n 复合模量复合模量 eps 定义：定义：将加固区视为一均质复合土体，则与原复合地基将加固区视为一均质复合土体，则与原复合地基 等价的均质复合土体模量称为复合模量。等价的均质复合土体模量称为复合模量。 psp s (1) 1(1) s emem e m

8、 ne 第第5章章 地基处理地基处理 15 n 复合求和法复合求和法 n 稳定分析法稳定分析法 第第5章章 地基处理地基处理 16 n 复合求和法复合求和法 对散体材料桩复合地基对散体材料桩复合地基 式中：式中：fspk spk、 、fpk、fsk分别为复合地基、桩体和桩间土承载分别为复合地基、桩体和桩间土承载 力特征值力特征值。 (1) spkpksk ff mm f 第第5章章 地基处理地基处理 17 n 复合求和法复合求和法 对柔性桩复合地基对柔性桩复合地基 式中：式中：b b 桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取 0.51.0，对摩擦支承型桩取，对摩擦支

9、承型桩取0.10.4。 (1) spkpksk ff mm fb 第第5章章 地基处理地基处理 18 n 复合求和法复合求和法 对刚性桩复合地基对刚性桩复合地基 式中：式中：n 基础下桩数；基础下桩数； 单桩承载力特征值；单桩承载力特征值； a 基础面积；基础面积； as 桩间土面积；桩间土面积； b b 桩间土承载力折减系数，取桩间土承载力折减系数，取0.80.81.01.0。 / d k spksks n r ffaa a b d k r 第第5章章 地基处理地基处理 19 n 稳定分析法稳定分析法 稳定分析方法很多，常采用稳定分析方法很多，常采用圆弧分析法圆弧分析法。 假设圆弧滑动面经过

10、加固区和未加固区，取不同滑动假设圆弧滑动面经过加固区和未加固区，取不同滑动 面进行计算，找出最小安全系数，即可根据要求的安面进行计算，找出最小安全系数，即可根据要求的安 全系数计算地基承载力。全系数计算地基承载力。 地基土强度应分区计算：地基土强度应分区计算：未加固区未加固区采用天然地基土的采用天然地基土的 强度指标，强度指标，加固区土体加固区土体强度指标可分别采用桩体和桩强度指标可分别采用桩体和桩 间土的强度指标，也可采用复合土体综合强度指标。间土的强度指标，也可采用复合土体综合强度指标。 第第5章章 地基处理地基处理 20 n 稳定分析法稳定分析法 按分别强度指标计算按分别强度指标计算 式

11、中式中： 分别为复合地基、桩体和桩间土抗分别为复合地基、桩体和桩间土抗 剪强度。剪强度。 spps mm)1 ( psps 、 、 第第5章章 地基处理地基处理 21 n 稳定分析法稳定分析法 按综合强度指标计算按综合强度指标计算 复合土体粘聚力复合土体粘聚力cc和内摩擦和内摩擦j jc c可按以下两公式计算：可按以下两公式计算： 式中：式中： 桩体与桩间土相对的应力分布，桩体与桩间土相对的应力分布， spc tgtgtgjjj1 sc cc1 bnm 第第5章章 地基处理地基处理 22 复合地基的沉降复合地基的沉降; ; 复合地基加固区的压缩量复合地基加固区的压缩量; ; 地基压缩层厚度内加

12、固区下卧层的压缩量。地基压缩层厚度内加固区下卧层的压缩量。 1 s 12 sss 2 s s 2 s s h z 加固区 下卧层 第第5章章 地基处理地基处理 23 n总沉降量：总沉降量：复合地基加固区变形量和加固区下卧层变形量复合地基加固区变形量和加固区下卧层变形量。 n加固区下卧层的变形计算一般采用加固区下卧层的变形计算一般采用分层总和法分层总和法。 n加固区的变形计算可采用复合法模量。加固区的变形计算可采用复合法模量。 n采用分层总和法计算加固区变形量采用分层总和法计算加固区变形量s： n i i psi i h e p s 1 i p psi e 式中：式中：s加固区土层变形量加固区土

13、层变形量； 第第i 层复合层复合土体上附加应力增量土体上附加应力增量； 第第i 层复合地基的压缩模量层复合地基的压缩模量； hi 第第i 层复合土体的厚度层复合土体的厚度； n 复合土体分层总数。复合土体分层总数。 第第5章章 地基处理地基处理 5.3 换填垫层法换填垫层法 一. 垫层的作用垫层的作用 垫层法原理：以砂石，素土，灰土等强度较高的材料， 置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力， 减少沉降。 垫层分类 按组成材料 砂垫层 碎石垫层 灰土垫层 素土垫层 按垫层的作用 换土垫层 排水垫层 加筋土垫层 第第5章章 地基处理地基处理 1. 换土垫层换土垫层 定义：挖去地基表层软土

14、，换填强度较大的砂，碎石， 灰土和素土等构成的垫层。用于处理基础尺寸不很大的 建筑物软基 作用 （1）提高基底持力层抗剪强度，降低其压缩性，防止 剪切局部破坏和挤出变形； （2）扩散基底压力，降低下卧软土层附加应力； （3）作为基底排水层，加速固结，提高下卧软土层强度 适用：基础尺寸不很大的建筑物软基 第第5章章 地基处理地基处理 2. 排水垫层排水垫层 定义：软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设 的水平排水层 作用：加速地基排水固结，提高浅层地基的抗剪强度 配合沙井，加固深部软土层。 适用：处理铁路公路路基，机场跑道，海堤和土石坝 软基以及沙井地基的顶部排水层。 第第5章章 地基处理地基处

15、理 3.加筋土垫层加筋土垫层：由砂，石和素土垫层中增设各种类型 加筋材料组成的复合垫层。 作用：承载较大的基础荷载和扩散基底应力，约束基 底应力，改善应力场和应变场，调整部均匀沉降，提高 地基承载力。 适用：处理房屋建筑物软基，和路堤，堤坝，油罐等 工程地基 第第5章章 地基处理地基处理 二二. 换填垫层的设计换填垫层的设计 设计原则：既满足建筑物堆地基变形和承载力与 稳定性要求，又要符合技术经济的合理性。 第第5章章 地基处理地基处理 1. 砂垫层厚度的确定 附加应力与垫层自重之和应满足下卧土层地基承载 力的要求： azczz fss 垫层底面处的附加压力设计值（kpa）； 垫层底面处土的自

16、重压力标准值（kpa）； 垫层底面处土层的地基承载力设计值（kpa） 第第5章章 地基处理地基处理 垫层底面处的附加压力设计值 对于条形基础： s s tan2 )( zb pb cdk z 对于矩形基础： )tan2)(tan2( )( s s zlzb pbl cdk z 第第5章章 地基处理地基处理 换填材料 z/b 中、粗砂、砾石、 卵石、碎石 粘性土和粉土 (8ip=0.503023 压力扩散角(单位：度) 注：当z/b0.25时，除灰土取=30o外，其余材料=0； 当0.25z/b0.5m，砂垫层承载 力需要根据规范gb50007-2002有关条款进行修正：查表可知 b=0；d=1

17、.0；则垫层承载力设计值为： (0.5) kdo ffd =150+1.0 17.2(1.0-0.5) =158.6 kpa 第第5章章 地基处理地基处理 (4) 确定垫层厚度： 试取垫层厚度z=2.0m。软弱下卧层(淤泥质土层)以上土 的加权平均重度为： 3 17.2 1.2(17.8 10.0) 1.8 11.6/ 1.2 1.8 o kn m 垫层下淤泥承载力(根据gb50007-2002查表可知：b=0；d=1.0) ： (0.5) 65 1.0 11.6(1.02.00.5)94.0 ()11.6(1.02.0)34.8 zkdo czo ffd kpa pdzkpa 基础底面处的压

18、力为： 1.0 1.0 2001.01.51.020 1.01.5 153.3 c fbd p b kpa 第第5章章 地基处理地基处理 查表砂垫层的压力扩散角=30o，所以： ()1.5(153.3 11.6 1.0) 55.8 21.522.030 o z o b pd pkpa bztgtg 于是： 34.855.890.6 czzz ppf (5) 确定垫层宽度： 21.52 2.0303.8 o bbztgtgm 取垫层宽度 4.0bm 根据规范gb50007-2002，该建筑物不须做地基变形验算。 第第5章章 地基处理地基处理 换填垫层施工方法： 1. 碾压法； 2. 夯实法； 3

19、. 振动压实法 第第5章章 地基处理地基处理 碾压法 碾压法是采用压路机、推土机、振动碾或其他压实机械压 实松散土层的施工方法。该法多用于含水量较低的大面积填 土 的压实和杂填土地基的处理。 第第5章章 地基处理地基处理 重锤夯实法是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由落下，重 复夯击加固地基的方法。 该法适用于地下水位低于有效夯实深度0.8m以上。稍湿的粘性土、砂土、 湿陷性黄土、杂填土等类地基的加固。必须注意，夯击振动对邻近建筑物或 其他设施会产生有害影响。必须采取有效预防措施，否则不族采用该法施工。 1、主要设备和机具 重锤夯实法的主要设备和机具有：起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。

20、2、夯实工艺 一般来说，重锤夯实的有效夯实深度可达1m左右(与锤底直径相当)，并 可消 除1.0一1.5m厚度范围土层的湿陷性。夯实效果和影响深度除与锤重、 锤底直径、夯距有关外还与夯实工艺、夯击遍致以及土 的含水量密切相 关。 夯实法 第第5章章 地基处理地基处理 振动压实法是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗粒 受振移动至稳固位置并减小孔隙，而使土层密实的地基 加固方法。该法适 用于处理地下水位在0.6m以上的无粘 性土或粘粒含量低、透水性较好的松散杂场土地基。 振动压实法 第第5章章 地基处理地基处理 (一)对材料的要求 砂和砂石垫层用料虽不很严格，但一般要求含泥量低(不大 于 5)，且

21、不合植物残体、垃圾等有机物或其它异物。 宜选质地坚硬的粒料。 用于排水固结地基时，含泥量以不超过3为宜。 砂石料粒度构成要求级配良好，颗粒不均匀系数大于10为 宜，且以中超砂为好。 使用细砂时，应掺入25一30的碎石或卵石， 其最大粒 径不宜大于50mm。 第第5章章 地基处理地基处理 颗粒不均匀系数 cu=d60/d10 不均匀系数越大，土粒越不均匀。工程上把 cu5的土看作是均匀的，级配不好；cu10的土 看作是不均匀的，级配良好。 6010 2 30 dd d cc 曲率系数 式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上 小于某粒径的土粒含量分别为10，30 和60时所对应的粒径。d10

22、称为有 效粒径；d60称为限制粒径。 土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒 的均匀程度和曲线的形状可用不均匀系数和曲率系数来衡量。 cu小，曲线陡；cu大，易压密； cc过大，台阶在d10d30间； cc过小，台阶在d30d60间； 第第5章章 地基处理地基处理 (二)施工要点 (1)对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然 土层 密度的垫层，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近建 筑 的影响。 (2)在地下水位高于基坑底面时应采取排水或降低地下水位的措 施；使基坑保持无积水状态 (3)基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动下卧软层，防止其被践踏、 浸

23、泡或冻结。为此，基坑开挖时应在坑底保留厚约200mm的一层原 土待铺填垫层时再挖至设计标高。 (4)垫层铺填前，应做好验槽工作。于地基的孔洞、沟、井、暗塘、 墓穴等，应将其挖除并核实。垫层铺筑时， 应稳定，防止塌土混人 垫层中。 第第5章章 地基处理地基处理 (5)用碎石或卵砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填一层厚 150一300mm的砂垫层，并用木夯夯实。不得使用振捣器，以防下 部 软弱土层(特别是淤泥或淤泥质土层)表面受到局部破坏。如果 淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面 时，可 采用抛石挤淤处理。即先在软弱土层上堆填块石，然后将 其压入以置换和挤出软弱土。 (6)垫

24、层底面宜设在同一标高上如深度不同，基坑底面应挖 成阶锑形或斜坡搭接形，备分层搭接位置应错开0.5-1.0m水平距离。 搭接处注意夯压密实并按先探后浅的顺序进行垫层施工。 (7)砂或砂石垫层的密实化处理是关键工序之一，直接影响垫 层质量。常用的密实处理方法包括：振动法(平振、插振和夯实)、 碾压法等。施工时在基坑内分层铺填砂或砂石，并逐层进行密实 化处理，在下层密实度经检验合格后，方可进 行上层施工。每层 铺填厚度主要根据振动能量大小、设备重量和密实化原理的不同 确定，一般在150一350mm。 第第5章章 地基处理地基处理 垫层质量检验必须分层进行。每层压实系数达到设计要求后， 方可继续铺上层

25、。可采用下述两种方法检验。 (三)质量检验 1环刀取样法 将容积不小于200cm3的环刀压人垫层中取样，测定其干重度， 以不小于砂料在中密度状态时的干土重度为合格，如中砂一般为 15.5一16kn/m3。 2钢筋贯入法 先将垫层表面的砂刮掉30mm，再将直径20mm，长度1250mm的 平头钢筋以700mm的落距自由下落贯入垫层中。钢筋 贯入度的合 格值，可根据控制压实系数或控制干重度通过现场试验确定。钢 筋贯人法检验点的间距应小于4m。 第第5章章 地基处理地基处理 5.4 5.4 排水固结法排水固结法 一. 原理与应用原理与应用 排水固结压缩与强度变化图 第第5章章 地基处理地基处理 排水

26、固结的两大应用： （1）提高建筑物软土地基的承载力和稳定性， 第第5章章 地基处理地基处理 （2）消除或减少建筑基础的沉降， 预压法预压法preloading示意图示意图 第第5章章 地基处理地基处理 取得良好排水固结效果的两个基本条件： 必要的预压荷载 方法 堆载预压 自重预压 真空预压 降水预压 必要的排水条件和 足够的排水固结时间 措施 普通砂井 袋装砂井 塑料排水带 水平排水垫层 排水固结法主要适用于：淤泥、淤泥质土及其排水固结法主要适用于：淤泥、淤泥质土及其 它饱和软土。它饱和软土。 第第5章章 地基处理地基处理 预压的具体方法： 1. 堆载预压法。 第第5章章 地基处理地基处理 2

27、. 真空预压法 加固机理加固机理 1. 内外大气压差产生的荷载-预压载荷 2. 地下水位降低-增加附加应力 3. 封闭气泡排出-渗透系数增大 pa pa pa pv pa-pv 处理前水位h1 处理后水位h2 h1-h2 第第5章章 地基处理地基处理 真空预压设计与计算真空预压设计与计算 1.膜内真空度：最大真空度为600mmhg左右 2.设计固结度：80% 3.竖向排水体：袋装砂井或塑料排水袋 4.沉降计算 计算未处理前的沉降量 计算预压期间的沉降量-根据固结度推算平均有效应力推算孔隙比，最终确定沉降量 注意事项 1. 真空预压每一边应外扩2-3m； 2. 每一单块真空膜的面积越大越好，目前

28、最大单块真空膜面积为3万m2； 3. 要提高真空预压的效果，可以采用堆载-真空联合法； 4. 真空膜的边缘应当进行密闭。 第第5章章 地基处理地基处理 3. 降水预压法。 第第5章章 地基处理地基处理 土层的排水固结效果和它的排水边界条件 有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小 时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而 使土层发生固结，称为竖向排水固结。根 据固结理论，粘性土固结所需时间与排水 距离的平方成正比。因此，为了加速土层 的固结，最有效的方法是增加土层的排水 途径，缩短排水距离。 第第5章章 地基处理地基处理 竖向排水体的原理 竖向排水情况砂井地基排水情况 第第5章章 地基处理地基处理 二

29、二. 砂井地基固结理论（略）砂井地基固结理论（略） 砂井的平面布置有梅花 形和正方形两种 等效影响直径的计算： 梅花形布置 llde05. 1 32 正方形布置 llde128. 1 4 第第5章章 地基处理地基处理 理论分析取以单井，其排水固结条件简化如图所示 分析时所作的假设： 应变条件成立，即砂井地基中无侧向变形同一水平 面上的任一点的垂直变形相等； 砂井的渗流路径，既有竖向分量，也有径向分量， 两者分别考虑； 砂井内的孔隙水压力可以忽略不计，任一深度处流入 砂井的水量等于砂井向上流出的增量，孔隙水压力与径 向和竖向孔隙水压力的关系为： 除渗透系数外，井料和涂抹区内的其它性质均与天然 地

30、基一样； 荷载一次瞬时加载。 000 u u u u u u zrrz 第第5章章 地基处理地基处理 1.径向固结基本方程及其解答 r u rr uek t u rr w ssr 1 2 2 sw rrr r u rr uek t u rr w shr 1 2 2 es rrr rk uk z u ww rsw 2 2 2 第第5章章 地基处理地基处理 任一深度的径向固结度： t m r r e h mz m u b sin 2 1 0 平均固结度： 0 2 2 1 m t r r e m u b 第第5章章 地基处理地基处理 2.等应变条件下竖向和径向固结的组合解等应变条件下竖向和径向固结的

31、组合解 单井的固结微分方程式为： r u rr u c z u c t u rzrz h rz v rz 1 2 2 2 0 u u u r uz rz 任一深度径向组合的固结度为： t m rz r e h mz m u b sin 2 1 0 第第5章章 地基处理地基处理 砂井打入范围内地基的总平均固结度为： t rz r eu b 2 9 1 简化 0 2 2 1 m t rz r e m u b 第第5章章 地基处理地基处理 理论解的平均固结度的简化式为： )( 8 )( 1 2 1 nrznrzrz ttt rz nn t n rz eeett p q u bbb b 3.一级或多级

32、等速加载情况平均固结度的计算 第第5章章 地基处理地基处理 4.砂井未打穿固结土层的固结度计算砂井未打穿固结土层的固结度计算 2 1 111 2 1 32 , eh evv dc hd cc hf gjff n 第第5章章 地基处理地基处理 三三. 排水固结法设计排水固结法设计 1.竖向排水体的类型的选用 类型 普通砂井 袋装砂井 塑料排水带 排水体性能质量要求： 井料和排水带芯片应具有足够的通水能力或渗透性， 外包滤膜满足反滤性能，降低井阻影响，防止滤膜淤堵； 排水带和袋装砂井应具有一定的抗拉强度。 采用排水带时，条带截面换 算成相当于砂井的直径为： )(2 b d w 第第5章章 地基处理

33、地基处理 2.竖向排水体布置间距和打入深度的确定竖向排水体布置间距和打入深度的确定 合理的间距由 经验公式得： 6.5 0.81 ( /) (1 h w rz c t l in l din u 打入深度的确定： 当软土层厚度不大（10m），打入深度应贯穿该土层； 当厚度较大（10m），则按设计建筑物稳定性和变形 的要求确定 第第5章章 地基处理地基处理 3.地基强度增长的计算地基强度增长的计算 预压排水固结引起的地基强度增长为： )( 0cft cuzc ccc ujs js tan tan 地基强度的增长值为： )tan( cutzuft ucjs 第第5章章 地基处理地基处理 4.堆载预压

34、设计堆载预压设计 （1）为消除基础沉降的预压设计 第第5章章 地基处理地基处理 预压消除沉降的设计应满足下式： appt p f sss a tt i i ii f z e ee s 0 10 1 1 ) 1()( ppt pp fppt uss 预压持续时间： )(1 81 2 2 1 ppt u in t t b 第第5章章 地基处理地基处理 （2）提高地基承载力与稳定性的预压设计）提高地基承载力与稳定性的预压设计 确定施加分级预压荷载的大小； 确定每一级荷载预压需要达到的固结度或预压持续时间 1）估算施加第一级荷载的大小： 对于堤坝地基或条形基础： u c k p14. 5 1 1 对于

35、建筑物矩形或圆形基础： d b d l b cn k p uc 2 . 012 . 01 1 1 第第5章章 地基处理地基处理 2）估算加荷速度和预压固结时间 恒载预压持续的时间： )1 ( 81 2 trz u int b 2 1 2 t tt 3）计算地基强度增长和估算第二级荷载的容许值 第第5章章 地基处理地基处理 四四. 施工与监测简述施工与监测简述 1.竖向排水体的打设工艺与质量要求 质量要求 按设计要求，准确定位 井料和排水带满足设计要求 施工质量控制 2.水平排水垫层的施工 质量要求 排水材料满足渗透性和反滤性要求 垫层厚度满足设计要求 垫层必须碾压密实 第第5章章 地基处理地基

36、处理 3.施加预压荷载和现场监测 荷载压力、孔隙水压力、 沉降、侧向位移时程曲线 第第5章章 地基处理地基处理 5.5 强夯法强夯法 强夯法是法国梅纳 （l.menard,1969) 首创的一种地基处 理方法。 第第5章章 地基处理地基处理 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高 处落下，反复多次夯击地面，对地基进行 强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产 生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横 波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和 深处产生不同程度的加固作用。 第第5章章 地基处理地基处理 75 一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究 表明，控制土的压实效果的主要因素是： 土的含水量，压实机械及其压

37、实功能等。 土的压实效果常用干密度d（单位土体积 内土粒的质量）来衡量。 第第5章章 地基处理地基处理 76 1.最优含水量 对粘性土，当压实功能和 条件相同时，土的含水量过大或过小，土 体都不易压实，只有把土的含水量调整到 某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能条件下，土最 易于被压实，并能达到最大密度时的含水 量，称为最优含水量wop，相应的干密度则 称为最大干密度dmax。 第第5章章 地基处理地基处理 77 试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限 wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量 大，则最优含水量大。 2.压实功能 对于同类土，随着压实功能的

38、变化，最大干 密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小 时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含 水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含 水量则较小。 第第5章章 地基处理地基处理 二二. 强夯的机理强夯的机理 机理：以强大的夯击动能产生强烈的应力波和动应力 堆地基土作用的结果。 强夯的过程中，根据加固区的地基中的孔隙水压力与 动应力和应变的关系，可分为三个阶段 （1）加载阶段 （2）卸载阶段 （3）动力固结阶段 第第5章章 地基处理地基处理 三三. 强夯实施的要点强夯实施的要点 1.夯击能与影响深度 夯击能量与加固区影响深度的关系式用经验公式： 10/whmemx 第第5章章 地基处

39、理地基处理 2. 夯击点的布置和间距 对于基础面积较大的建筑物 一般采用等边三角形或正方 形排布; 办公楼或民宅依据承重墙布 置; 工业厂房根据柱网布置; 强夯处理的地基范围应大于 基础范围,每边超出基础外缘 为设计处理深度的1/2-2/3, 并不小于3m. 第第5章章 地基处理地基处理 3.夯击的遍数 根据现场试验确定夯击次数： 最后两击的平均夯沉量不大于mmmm; 夯坑周围地面不发生过大隆起； 不因夯坑过深而发生起锤困难； 竖向压缩最大侧向位移最小原则 一般为击 第第5章章 地基处理地基处理 4.两遍间的间歇时间 v 各遍间的间歇时间取决于孔隙水消散所需要的时间； v 对于砂性土由于孔隙水

40、消散时间短（2-4min），可以连续夯击； v 对于粘性土由于孔隙水消散时间长，一般取2-4周； v 可以通过埋设砂井等方法加速孔隙水消散，缩短间歇时间； v 可以通过合理设计施工顺序，实现粘性土的连续夯击。 5.强夯效果检验 v现场取样进行室内试验 v现场十字板试验 v静力触探试验 方法 第第5章章 地基处理地基处理 四四. 适用的条件与工程应用适用的条件与工程应用 适用于：处理砂土、碎石类土、低饱和度的粘性土和 湿陷性黄土等。 工程应用 （1）加固建筑物松散软弱土地基，提高地基承载力、 减少沉降和不均匀沉降； （2）处理非均匀性土层； （3）处理可液化地基等。 第第5章章 地基处理地基处理

41、 五五. 现场监测现场监测 1. 测量地面及深层变形 v目的： 1.了解地表隆起的影响范围 2.了解垫层密实度的变化 3.夯击能与夯沉量的关系，确定单点最佳夯击能 4.确定场地沉降量，研究加固效果 v手段： 1.地面沉降量观测 2.深层沉降量观测 3.水平位移观测 第第5章章 地基处理地基处理 2. 孔隙水压力 v目的： 1.研究孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的 分布规律； 2.确定夯距 3.确定夯击的影响范围 4.确定间歇时间 5.确定饱和夯击能 v手段： 1.沿夯击点等距离不同深度埋设孔隙水压力仪 2.沿夯击点等深度不同距离埋设孔隙水压力仪 第第5章章 地基处理地基处理 3. 侧向

42、挤压力 v目的： v研究压力增量沿深度的分布规律 v手段： v埋设土压力盒 第第5章章 地基处理地基处理 4.振动加速度 【目的】 研究振动对周围建筑物的影响 【手段】 1.绘制距离-加速度曲线； 2.确定最大振动加速度为 0.98m/s2的距离为安全影响距离； 3.通过设置隔振沟来减少强夯施 工对周围建筑物的影响。 第第5章章 地基处理地基处理 5.6 振冲法振冲法 原理：利用振动和水力冲切加固地基 该方法首创于德国 （s.steueman，1936） 振冲法分为：振冲密实和振冲 置换两种，分别适用于砂类土 和粘性土。 第第5章章 地基处理地基处理 一一. 振冲密实振冲密实 1.作用原理 ：

43、振冲器载砂土中振冲对地基土施加水平 向的振动和挤压，使土体由松散变为密实或使孔隙压力 升高而液化，其主要作用就是振动密实和振动液化 第第5章章 地基处理地基处理 2.设计原理 根据工程对砂 土地基的承载 力、沉降和抗 液化要求 确定所要的 密实度或孔 隙比 估算振冲布置 形式、间距、 深度和范围 验算是否 满足设计 要求 设计的间距按下式计算： )1)(1 ( )(1 ( / 10 10 ee eee v vvd p v 第第5章章 地基处理地基处理 3.施工与检验 加料振冲密实施工工序： 1) 清理场地，布置振冲点 2) 机器就位 3) 启动水泵振冲器 4) 保持一定的振冲水流 5) 投料振

44、冲 6) 重复上述步骤直至达到要求 7) 关闭振冲器和水泵 4.工程应用 处理多层建筑物松散地基，提高地基承载力，减少沉降 处理堤坝可液化的细粉砂地基 处理其它类建筑物的可液化地基 第第5章章 地基处理地基处理 二二. 振冲置换振冲置换 1.作用机理：通过振冲成孔，以碎石置换并振动密实， 形成碎石桩体，与地基共同作用，提高地基承载力，改 善其变形性质。 2.设计基本原理：与振冲密实的设计过程类似。 地基承载力与稳定性和沉降的分析方法： （1）复合地基承载力的估算： 1）按现场复合地基载荷试验确定； 2）用单桩载荷试验和天然地基载荷试验结果配合下式： skpkspk fmmff)1 ( 第第5章

45、章 地基处理地基处理 3）半经验公式估算： vspk snmf3)1(1 （2）复合地基沉降计算： ssp iiii sp sp enme zz e p s )1(1 )( 11 0 （3）振冲置换碎石复合地基的稳定性计算：采用圆弧 滑动稳定性分析法计算 第第5章章 地基处理地基处理 复合强度按平面面积加权计算： cos)1 ( pusp mscms jcostan pzsp ps zppz zps mn n p )1(1 第第5章章 地基处理地基处理 3.施工要点 合力安排好振冲桩的顺序； 宜用“先护壁后振密，分段投料，分段振密”的振冲工艺 严格控制施工过程中水冲的流量、水压、电流值、投 料

46、量和振留的时间水压和流量以保证护壁的要求为原则。 第第5章章 地基处理地基处理 三. 工程应用工程应用 振冲置换法主要适用与处理不排水抗剪强度大于 20kpa的粘土、粉质粘土地基。 第第5章章 地基处理地基处理 5.7 拌入法拌入法 一. 深层水泥搅拌法（deep mixing methoddmm） 深层水泥搅拌法：利用水泥（或石灰）作为固化剂， 通过特制机械，在一定范围内把地基土与水泥强行搅拌 固化后形成具有水稳定性和足够强度的水泥土，制成桩 体、块体和墙体等类加固体，并与地基土共同作用，提 高地基承载力，改善地基变形特性。 喷射水泥的方法有：水泥浆喷射和水泥粉喷射。 适用于：处理淤泥质土、

47、粉质粘土和低强度粘性土地基 第第5章章 地基处理地基处理 水泥土形成的机理及其性质水泥土形成的机理及其性质 1. 水泥土形成的机理 第第5章章 地基处理地基处理 2.影响水泥土力学性质的因素影响水泥土力学性质的因素 固化剂和外加剂 水泥的掺合量 龄期 土的含水量 土质的性质 有机质含量合砂粒的含量 搅拌的方法和时间 室内试验强度与工程原位搅拌的强度差异 第第5章章 地基处理地基处理 3.水泥土的物理力学性质水泥土的物理力学性质 重度 比重 渗透系数 无侧限抗压强度 抗拉强度 变形模量 泊松比 压缩系数 压缩屈服压力 第第5章章 地基处理地基处理 设计的内容： 根据地基土的性质选择合理的配方；

48、制订可靠的搅拌工艺及其流程； 选择合适的水泥土形式及其合理布置 水泥土的配方确定 根据设计工程荷载大小的要求，确定水泥土标准强 度和相应的室内试验强度； 根据地基土的情况，选择水泥土的配方； 最终确定水泥土的配方 第第5章章 地基处理地基处理 水泥土加固地基的设计与计算水泥土加固地基的设计与计算 （1）水泥土加固体的布置形式 （2）水泥土地基设计计算 水泥土复合地基承载力特征值为： sk p a spk fm a r mf)1 ( b pappsaa pcua qaluqr afr min 第第5章章 地基处理地基处理 二二. . 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法（high pre

49、ssure jet grouting）是利用高压射流技术，喷射化 学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学 浆液混合，形成具有一定强度的加固体， 来处理软弱地基的一种方法。 第第5章章 地基处理地基处理 喷管类型 单喷管 二重喷管 三重喷管 多重喷管 喷射注浆形式 旋转喷射注浆 钉喷注浆 摆喷注浆 第第5章章 地基处理地基处理 喷射注浆的应用设计喷射注浆的应用设计 1.应用 （1）利用加固体与地基土共同作用，提高地基的承载力 改善地基的变形特性；也可加固边坡，基坑底部，深部 地基，提高基底强度和边坡稳定性； （2）利用旋喷、定喷和摆喷载地基土中形成防渗帷幕， 提高地基的抗渗能力和防止渗漏等。 2.设计 喷射注浆直径的估计； 确定地基的承载力； 沉降计算 稳定性分析 防渗帷幕设计 第第5章章 地基处理地基处理 5.8 灌浆