流体力学课件

1、地基处理地基处理 ( (第第1 1 讲讲) ) 5.1 5.1 概概 述述 一、地基处理的目的一、地基处理的目的（1 1）改善地基的剪切性能、）改善地基的剪切性能、提高地基承载力提高地基承载力及其稳定性。及其稳定性。（2 2）改善地基的变形性质、）改善地基的变形性质、减少其沉降及不均匀沉降变形量减少其沉降及不均匀沉降变形量。（3 3）改善地基的渗透性、加强其渗透稳定性。）改善地基的渗透性、加强其渗透稳定性。（4 4）改善地基的动力特性、提高其抗震性能。）改善地基的动力特性、提高其抗震性能。（5 5）改善地基的不良特性、满足其工程的需要。）改善地基的不良特性、满足其工程的需要。二、处理对象二、处

2、理对象 淤泥和淤泥质土、软粘土、人工淤泥和淤泥质土、软粘土、人工填土、细粉砂土和粉土、湿陷性填土、细粉砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和膨胀土、多年冻土、有机质土和膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等土、岩溶、土洞和山区地基等1、淤泥土与淤泥质土、淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土简称软土淤泥土与淤泥质土简称软土淤泥淤泥:孔隙比孔隙比 e1.5, wwl (Il1.0)淤泥质土淤泥质土:孔隙比孔隙比 e=1.01.5,wwl (Il1.0)土性土性*高含水量 =4090% 甚至100%*高压缩性 a 0.53.0MPa-1*高流变性 : 次固结量随时间增加*低强度 Cu 1.5, wwl (I

3、l1.0)，有机含量有机含量 360%泥炭质土泥炭质土 e=1.01.5, wwl (Il1.0)，有机含量有机含量10-60%*强度低、压缩性很大强度低、压缩性很大2、粉细砂、粉土和粉质土粉细砂、粉土和粉质土：易震陷、液化：易震陷、液化3、砂土、砂砾石等砂土、砂砾石等：透水性大、抗渗、防止管涌和流土：透水性大、抗渗、防止管涌和流土4、其他类土、其他类土湿陷性黄土湿陷性黄土：消除湿陷：消除湿陷膨胀土膨胀土：胀缩性：胀缩性红粘土红粘土：特殊结构性：特殊结构性岩溶岩溶：塌陷：塌陷 地基处理方法的分类可有多种多样。如：按时间按时间可分为临时处理和永久处理； 按处理深度按处理深度可分为浅层处理和深层处

4、理； 按处理土性对象按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理； 按地基处理作用机理按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋等处理方法。 其中最本质的是根据地基处理作用机理进行分类。 三三、地基处理方法分类及应用范围地基处理方法分类及应用范围三三、地基处理方法分类及应用范围地基处理方法分类及应用范围 1）换土垫层法 2）振密、挤密法 （1）表层压实法；（2）重锤夯实法； （3）强夯法；（4）振冲挤密法；（5）土桩与灰土桩法；（6）砂桩；（7）爆破法 3）排水固结法 （1）堆载预压法；（2）砂井法；（3）真空预压法；（4）降低地下水位法；（5）电渗排水

5、法 4）置换法 （1）振冲置换法（碎石桩法）；（2）石灰桩法；（3）强夯置换法；（4）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法） 5）加筋法 （1）土工聚合物；（2）加筋土；（3）土层锚杆；（4）土钉；（5）树根桩法 6）胶结法 （1）灌浆法；（2）高压喷射注浆法；（3）水泥土搅拌法 7）其他处理法 （1）冻结法；（2）托换法 （3）纠倾技术四四、 地基处理方法选用原则 技术先进技术先进、经济合理经济合理、安全适用安全适用、确保质量确保质量 地基条件 处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等） 工程费用 材料、机具来源选择地基处理方法步骤选择地基处理方法步骤 （1）根据上部结构及建筑

6、场地条件和环境，初步选初步选定几种可供考虑的处理方案；定几种可供考虑的处理方案； （2）对初步选定的各种地基处理方案进行综合分析，进行技术经济分析和对比，确定最佳的地基处理方确定最佳的地基处理方案案； （3）对已确定的地基处理方案对已确定的地基处理方案，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工及现场试验或试验性施工及必要的测试，以期达到最佳处理效果。5.2.1 垫层法 5.2.1概述 1）垫层法定义 当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填

7、强度较大的砂（碎石、弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为垫层法。2）垫层的类型按常用的垫层材料，可分为 砂垫层 碎石垫层 素土垫层 灰土垫层3）换土垫层的作用 （1）提高持力层的承载力； （2）减少沉降量； （3）加速软弱土层的排水固结； （4）防止冻胀； （5）消除膨胀土的胀缩作用。 1） 垫层厚度的确定垫层厚度的确定 垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要

8、求： 式中 相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值（kPa）； 垫层底面处土的自重压力值（kPa）； faz 垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。 垫层厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。5.2.2 垫层设计（以砂垫层为例）zazzczfczczb回填土回填土b= b+2ztan dzCZ用试算法确定垫层的厚度z（1）初定z为12m；（2）计算； 、（3）按式 验算；若不满足要求，则重新取值，直到满足要求为止。zczzczazf垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算： 式中 b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； l 矩形基础底面的长度（m）； pk 相应于荷载效

9、应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）； 基础底面处土的自重压力值（kPa）； z 基础底面下垫层的厚度（m）； 垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按表5-2采用。()(2tan )(2tan )kcdzbl pbzlz()2tankcdzb pbz条形基础条形基础矩形基础矩形基础cd注 意 垫层厚度的确定仅考虑了应力扩散的作用，忽略了垫层约束作用和排水固结对地基承载力提高的影响，所以实际的承载力比考虑深度修正后的天然地基承载力大。对重要工程，建议通过现场载荷试验来确定。 2） 垫层宽度的确定垫层宽度的确定 要求：满足基础底面应力扩散的要求满足基础底面应力扩散的要求

10、防止垫层向两侧挤压防止垫层向两侧挤压。 常用经验的扩散角法按下式确定： 垫层底宽 垫层顶宽开挖坡度确定 （便于压实机械施工、防侧向挤压(淤泥) ） 垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。2 tanbbz3） 地基变形计算地基变形计算 采用换填法对地基进行处理后，由于垫层下软弱土层的变形，建筑物地基往往仍将产生一定的沉降量及差异沉降量。因此，在垫层的厚度和宽度确定后，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。 换土垫层后的建筑物地基沉降由垫层自身的变形量和下卧土层的变形量两部分所构成，即 式中 基础沉降量(cm)； 垫层自身变形量(cm)； 压缩层厚度范围内，

11、自垫层底面算起的各土层压缩变形量之和(cm)。sss12ss1s2 4） 垫层材料的选用垫层材料的选用 （1）砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重30的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。 （2）粉质粘土。土料中有机质含量不得超过5，当含有碎石时，粒径不宜大于50mm。 （ 3）其他材料如灰土、 粉煤灰、 矿渣等。在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等

12、均可用于填筑换填垫层。也可由土工合成材料与地基土构成加筋垫层。 注意：注意：砂垫层不宜用于处理湿陷性黄土地基5） 垫层施工要点 （1）关键是如何将砂土加密到设计要求的密关键是如何将砂土加密到设计要求的密实度实度。加密方法可采用机械碾压法、重锤夯实法和平板振动法。应根据不同的换填材料选择施工机械。 （2）分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。 （3） 基坑开挖时应基坑开挖时应避免坑底土层受扰动避免坑底土层受扰动。 （4）作好基坑的）作好基坑的排水排水工作，必要时应采取降低地下水工作，必要时应采取降低地下水位的措施。采用振实时，应保证水源补

13、给与位的措施。采用振实时，应保证水源补给与 排水畅通，水排水畅通，水面宜保持与砂面齐平。面宜保持与砂面齐平。 可用作垫层的材料很多，除砂和碎石外，还有素土、可用作垫层的材料很多，除砂和碎石外，还有素土、灰土垫层，以及粉煤灰垫层等。国外还在垫层中铺设塑料灰土垫层，以及粉煤灰垫层等。国外还在垫层中铺设塑料网片（加筋）来提高垫层的强度。网片（加筋）来提高垫层的强度。 5.2.2 5.2.2 复合地基理论复合地基理论 一、复合地基的概念一、复合地基的概念 复合地基是由复合地基是由基体基体（天然地基土体）和（天然地基土体）和增强体增强体（桩体或带形体）两部分组成，共同承受上部结（桩体或带形体）两部分组成

14、，共同承受上部结构荷载并协调变形的人工地基。构荷载并协调变形的人工地基。二、复合地基二、复合地基有两个基本特点：有两个基本特点： （1 1） 复合地基是复合地基是由两种刚度（或模量）不同的材料由两种刚度（或模量）不同的材料（增强体和基体）两部分组成（增强体和基体）两部分组成，是非均质和各向异是非均质和各向异性的；性的；（2 2） 复合地基在荷载作用下，复合地基在荷载作用下，基体和增强体共同承基体和增强体共同承担荷载并协调变形担荷载并协调变形。区别于桩基础。区别于桩基础。区别于均质地基区别于均质地基三、复合地基的分类三、复合地基的分类按成桩材料分类1）散体材料桩：如砂桩、碎石桩、矿渣桩等；2）水

15、泥土类桩：水泥搅拌桩、高压旋喷桩等；3）混凝土类桩：CFG桩、树根桩、锚杆静压桩等。按成桩后桩体的刚度（或强度）分类1）柔性桩：散体材料类桩；2）半刚性桩：水泥土类桩；3）刚性桩：混凝土类桩。3.按增强体的方向分类1）竖向增强体复合地基：由不同材料形成不同强度桩体的复合地基。 2）横向增强体复合地基： 由土工合成材料、金属材料格栅等形成的复合地基。 四、复合地基作用机理四、复合地基作用机理（1 1） 桩体作用。桩体作用。（2 2） 排水固结作用。排水固结作用。（3 3） 挤密作用。挤密作用。（4 4） 加筋作用。加筋作用。( (一一) ) 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法 水泥搅拌桩法水泥搅拌桩法

16、是以水泥作为固化剂，通过特制的是以水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂（浆液或粉体）和地基深层搅拌机械，将固化剂（浆液或粉体）和地基土强制搅拌，由固化剂与软土间所产生的一系列土强制搅拌，由固化剂与软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水物理和化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。深层搅拌的工艺流程图水泥搅拌机水泥搅拌机三轴水泥搅拌机三轴水泥搅拌机加固的机理 (1)(1)水泥的水解和水化反应。水泥的水解和水化反应。 (2)(2)离子交换和团粒化作用。离子交换和团粒化作用。 (3)(3)硬凝反应。硬凝反应。 (4)(4)碳酸化作用。碳酸化作用。（二）（二）高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法又称旋喷法，它是利用钻机把高压喷射注浆法又称旋喷法，它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后, 高高压脉冲泵（工作压力在压脉冲泵（工作压力在20MPa以上），将水浆以上），将水浆通过钻杆下端的喷射装置形成高压射流喷射出通过钻杆下端的喷射装置形成高压射流喷射出来来, 冲击破坏土体冲击破坏土体, 同时钻杆以一定速度渐渐向同时钻杆以一定速度渐渐向上提升上提升,使浆液与土粒强制搅拌混合使浆液与土粒强制搅拌混合, 浆液凝固浆液凝