地基处理-课件

地基处理--课件第一页，共88页。第1节概述

第2节置换法

第3节加密法

第4节灌浆法

第5节加筋法第五章地基处理地基处理目的

地基处理对象

处理方法分类2第二页，共88页。一地基处理的目的1提高土的强度-地基承载力2增加土的刚度-减少地基沉降量3改善地基土的水力特性

(1)防渗:堤坝,闸基,池(湿陷,膨胀性土)(2)排水:软基固结渗流,挡土墙排水

(3)渗透稳定性:长江大堤的管涌,流土.采用反滤

(4)抗冻性:实质是渗透性,减少毛细现象,加强排水4改善抗震性能(1)液化:加密,围封;(2)震陷:干松砂和溶洞.第1节概述第1节概述3第三页，共88页。淤泥土与淤泥质土muck,muckysoil泥炭,泥炭质土Peat填土,回填土Fill,backfill松砂Loosesand区域性特殊土Regionalsoils第1节概述第1节概述二地基处理对象素土夯实4第四页，共88页。1淤泥土与淤泥质土muck,muckysoil(1)定义淤泥土孔隙比e>1.5,>L(IL>1.0)

淤泥质土孔隙比e=1.0~1.5,>L(IL>1.0)(2)土性*高含水量*高压缩性a=0.5~3.0MPa-1*高流变性:次固结量随时间增加*低强度Cu<30kPavanesheartest*低渗透性10-6~10-8cm/s,固结过程长软土

a>0.5MPa-1Cu<30kPa第1节概述二地基处理对象5第五页，共88页。2泥炭,泥炭质土

Peat定义:

泥炭e>1.5,>L(IL>1.0)有机含量>60%

泥炭质土e=1.0~1.5,>L(IL>1.0)有机含量10-60%土性*高含水量*高压缩性,不均匀*高流变性*低强度Cu<30kPa*渗透性不均匀第1节概述二地基处理对象6第六页，共88页。3填土,回填土Fill,backfill杂填土Miscellaneousfill:建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定冲填土Hydraulicfill:细欠固结素填土Plainfill,砾石，砂，粉土，粘性土4松砂LoosesandDr<1/3ore>0.85易液化，振陷新加坡人工填海第1节概述二地基处理对象7第七页，共88页。5区域性土Regionalsoil湿陷性黄土Collapsibleloess(silt)

广泛分布，大孔隙，高结构强度200kPas=(hd-hw)/h00.015s=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa

荷载板试验200kPa,荷载不变注水沉降/b=0.023黄土学家-刘东升

室内压缩试验200kPa,荷载不变第1节概述二地基处理对象8第八页，共88页。黄土高原上的湿陷性黄土渤海华北平原东南季风太行山黄土高原沙漠戈壁降雨降尘西风第1节概述5区域性土Regionalsoil二地基处理对象9第九页，共88页。湿陷性黄土Collapsibleloess(silt):广泛分布，大孔隙

天然状态高结构强度遇水浸湿结构破坏膨胀土Expansivesoil蒙特石含量高冻土Frozensoil,冻胀性第1节概述5区域性土Regionalsoil二地基处理对象某援外工程未查明膨胀土层导致建筑开裂冻胀10第十页，共88页。1置换法Soilreplacement2加密法Densification3胶结法Cementation4加筋法Soilreinforcement选择原则：技术经济第1节概述二地基处理方法分类机械压密水泥搅拌桩11第十一页，共88页。哪些土需要处理？淤泥土与淤泥质土泥炭,泥炭质土填土,回填土松砂区域性特殊土

目的是什么？

1提高土的强度-地基承载力

2增加土的刚度-减少地基沉降量

3改善地基土的水力特性

4改善抗震性能第1节概述12第十二页，共88页。第1节概述

第2节置换法

第3节加密法

第4节灌浆法

第5节加筋法第5章地基处理一垫层置换法二土桩置换法软土垫层13第十三页，共88页。第2节置换法一垫层置换法软土垫层置换法1材料块石:抛石挤淤砾,中粗砂:压实,防冻,防液化,加速固结灰土:石灰:粉土(粉质粘土)为2:8,3:7,三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦工业废渣:粉煤灰,矿渣素土:Ip=10~17湿陷性黄土换除分层压实加筋土:土工合成材料b回填土B’=b+2ztg14第十四页，共88页。2垫层法的适用性软粘土和淤泥湿陷性土填土,一般粘性土(承载力低)3垫层设计人工持力层,软弱下卧层控制

(1)垫层承载力

确定垫层宽度

(2)垫层厚度设计一般要求>0.5m垫层的扩散和技术要求

<3.0m工程量，经济性要求垫层置换法b回填土B’=b+2ztg一垫层置换法15第十五页，共88页。z

+cz

f(z+d)Bb+2ztg+230cm便于压实机械施工Bb+z

=0~2.0b回填土B’=b+2ztgdz填zCZCD垫层置换法B一垫层置换法3垫层设计–下卧层承载力验算基底压力16第十六页，共88页。第1节概述

第2节置换法

第3节加密法

第4节灌浆法

第5节加筋法第七章地基处理一垫层置换法二土桩置换法就地取材人工持力层承载力软弱下卧层承载力验算垫层厚度限制17第十七页，共88页。1桩身材料1）

散体材料桩砂、石，灰土、粘性土2）

胶结掺和料桩水泥粉煤灰碎石桩水泥土桩高压喷射注浆桩土桩置换构成复合地基土桩置换法第2节置换法二土桩置换法18第十八页，共88页。1桩身材料1）

散体材料桩砂、石，灰土、粘性土2）

胶结掺和料桩水泥粉煤灰碎石桩水泥土桩高压喷射注浆桩土桩置换构成复合地基土质桩或胶结掺料桩砂石垫层、基础土桩置换法第2节置换法二土桩置换法砂石垫层土质桩或胶结掺料桩基础19第十九页，共88页。2复合地基概念Compositeground在软土内造孔回填土石料或掺和料，形成刚度比四周软土大的土质桩，与桩周土一起共同承受建筑物荷载。这种地基称为复合地基tdtd布置方式：梅花形正方形土桩置换法二土桩置换法20第二十页，共88页。复合地基桩材料：碎散料或胶结掺料与地基共同承担荷载浅基础布置在复合地基上复合地基桩基础桩材料：混凝土或钢筋混凝土侧摩阻和端阻承担荷载承台连接桩基础二土桩置换法2复合地基概念Compositeground21第二十一页，共88页。3复合地基设计适用土性适用：软弱粘性土，粉土砂土和人工填土处理深度：穿越软土层达到良好土层

如果没有穿透软土，要求控制变形量。布置：(等价成圆)有效直径de

梅花形：de=1.05Sa

正方形：de=1.13Sa良好土层d0d0软土土桩置换法二土桩置换法面积置换率m

＝(d0/de)2Sa桩中心距Sad0de22第二十二页，共88页。复合地基的承载力1)现场载荷试验取包含桩土的代表单元直接测定桩土分开的载荷试验采用公式fspk=mfpk+(1-m)fskfspk

复合地基承载力特征值kPa

fpk桩体承载力特征值

fsk桩间土承载力特征值

m

面积置换率

=Ap/A包含桩土的载荷试验土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法23第二十三页，共88页。2)无载荷试验资料(小型工程)fspk=[1+m(n-1)]fsk

桩土应力比n=p/s

与土性有关,随荷载变化对于碎石桩n=2~4m

面积置换率=Ap/A

复合地基承载力特征值土桩置换法包含桩土的地基Afspk=App+

(ApAp)sfspk=mp+

(1m)s

=

[1+m(n-1)]fsk复合地基的承载力3复合地基设计二土桩置换法24第二十四页，共88页。复合地基的变形验算计算方法与多层地基相同复合土层的压缩模量

Esp=[1+m(n-1)]Es

Es

为砂石桩置换前的压缩模量，MPa

为成桩对周围土的挤密效应系数，砂石桩取1.0,石灰桩取1.1~1.3土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法25第二十五页，共88页。胶结掺料桩复合地基:按材料分类常用材料：水泥粉煤灰砂石桩CFG，水泥土桩，高压喷射注浆桩

CFG桩适用于粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的人工填土水泥土桩适用于正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土和饱和松散砂土(静水位)高压喷射注浆桩适用于土类与与水泥土桩类似土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法26第二十六页，共88页。胶结掺料桩复合地基:按施工方法分类土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法深层搅拌法施工工艺流程定位预搅拌下沉喷浆搅拌上升重复搅拌下沉重复搅拌上升完毕27第二十七页，共88页。胶结掺料桩复合地基:按施工方法分类土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法深层搅拌桩载荷试验前后28第二十八页，共88页。胶结掺料桩复合地基:按施工方法分类土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法高压喷射注浆法高压旋喷单管:浆液双管:内浆外气三管:气,水,浆适用于:人工填土;黄土粉土，一般粘性土;软粘土;砂石单管双管三管29第二十九页，共88页。胶结掺料桩复合地基:按施工方法分类土桩置换法3复合地基设计二土桩置换法高压喷射注浆法旋喷桩施工顺序振动打桩机硬化剂(浆液)高压水压缩空气高压水压缩空气硬化剂(浆液)成桩30第三十页，共88页。置换法Soilreplacement一垫层置换法软弱下卧层控制垫层厚度确定

0.5-3.0m二土桩置换法复合地基承载力

fspk=[1+m(n-1)]fsk

变形计算

Esp=[1+m(n-1)]Es置换法小节31第三十一页，共88页。砂土粘性土在标准压实功下达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度砂土：不存在最优含水量；完全风干和饱和两种状态易于击实；潮湿状态不易击实第3节加密法Densification目的：降低压缩性，提高强度

饱和曲线粘性土dd32第三十二页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

1、堆载预压2、真空预压

加密法33第三十三页，共88页。1静重碾压Compactionbyrolling

羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller一机械压密加密法一机械压密法34第三十四页，共88页。1静重碾压Compactionbyrolling

加密法羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller一机械压密法35第三十五页，共88页。1静重-振动碾压Compactionbyrolling加密法一机械压密法36第三十六页，共88页。2冲击荷重压密

夯板压密：适用于填土松砂和湿陷性土影响深度：1.5~2.5m加密法一机械压密法37第三十七页，共88页。振动平板碾－级配砂或者砂、砾和粘性土的混合土Vibratingplateforhandoperation3振动板压密加密法一机械压密法38第三十八页，共88页。3振动碾压Compactionbyrolling

平滑鼓型振动碾Vibrocompactionforsand加密法一机械压密法39第三十九页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法40第四十页，共88页。二深层挤密法1砂桩、土桩和灰土桩

1）沉管、柱锤冲扩法

2）材料：砂桩，土桩(原状粉土,粉质粘土再夯入);灰土桩,砂石桩;夯实水泥土桩，二灰桩(加粉煤灰)，

3）适用于填土,松砂,湿陷性黄土,一般粘性土Sr<60%.饱和度较高的粘性土不宜。

4）砂桩挤密后作为均匀地基灰土桩与挤密土构成复合地基加密法-深层挤密法

砂桩套管管嘴南水北调中线挤密桩41第四十一页，共88页。进料口管嘴以砂桩为例套管管嘴加密法-深层挤密法二深层挤密法1砂桩、土桩和灰土桩42第四十二页，共88页。Sad加密法加密法-砂桩二深层挤密法1砂桩、土桩和灰土桩砂桩直径、间距设计Hhs1e1hs1Hhs2e2hs2A1=A2=d43第四十三页，共88页。加密法加密法-砂桩Hhs1e1hs1Hhs2e2hs2A1=A2=d二深层挤密法1砂桩、土桩和灰土桩砂桩直径、间距设计条件：Vs1=Vs2A1A2=1+e11+e2总断面积高度固相比例固相体积

H

1/(1+e1)Vs1=A1H/(1+e1)H1/(1+e2)Vs1=A2H/(1+e2)A1=A2=d44第四十四页，共88页。例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩(1)Sa

=90cm,d0

=40cm加密前e1=0.96,d=1.379加密后e2=0.61,d=1.679(15点平均)d0(2)承载力，原状土f0k=132kPa桩土应力比n=p

/s=3.48,置换率m=0.179,确定其加密后的承载力？加密法-实例二深层挤密法1砂桩、土桩和灰土桩公式计算：fk=[1+m(n-1)]s=228kPa载荷试验得到fk=228kPa,s=158kPa,p=550kPa;s/d=0.008.45第四十五页，共88页。第2节置换法

第3节加密法

第4节灌浆法

第5节加筋法第七章地基处理一垫层置换法二土桩置换法软弱下卧层承载力验算垫层厚度限制复合地基承载力土桩周围土体没有挤密一土桩挤密法复合地基承载力土桩周围土体被挤密二预压固结46第四十六页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法47第四十七页，共88页。源于德国我国70年代引入1)设备,振冲器d=270~420mml=2~3mG=8~20kN2)原理:

振:偏心轮旋转,使颗粒移动,振动加密冲:高压水使土颗粒振浮液化固结加密法-深层挤密法二深层挤密法2振冲桩48第四十八页，共88页。3)填料粗颗粒(粘细粒少);级配好;最大颗粒<50mm0~10最好10~2020~3030~50差>50不宜4)适用于松砂，粉土，素填土,杂填土和一般粘性土,不适用于淤泥和淤泥质土加密法-深层挤密法二深层挤密法2振冲桩49第四十九页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法50第五十页，共88页。1969年法国1978年中国锤重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承载力：180~250kPa强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置加固机理：动态能量

冲击波的传播挤密土体

产生裂缝形成排水通道加快孔压消散加固效果：提高承载力减小沉降降低液化可能降低湿陷性加密法三强夯法优缺点：经济；噪音适用土类：适用土类广高饱和度软粘土慎用51第五十一页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法堆载预压

降水预压适用饱和软粘土真空预压52第五十二页，共88页。四预压固结法1堆载预压(Preloading)

加密法-深层挤密法pkPa变形eze1ste21）

预压原理，原位自重应力s，建筑物附加应力z,预加压力t=(1.2~1.5)z

，降低沉降53第五十三页，共88页。四预压固结法1堆载预压(Preloading)

加密法-深层挤密法1）

预压原理，原位自重应力s，建筑物附加应力z,预加压力t=(1.2~1.5)z

，降低沉降、提高强度强度适用于饱和软粘土:淤泥及淤泥质土、冲填土（填海湖造田）超固结土正常固结tz54第五十四页，共88页。2)预压历时和加速排水方法例:10m厚饱和软粘土单向渗流固结

a=0.5MPa-1

k=510-7cm/se0=1.0达到固结度U=94%需要t=1.6年这显然不合适不透水层加密法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

因此需要采用：砂井固结：加快固结速度，增加水平向渗流55第五十五页，共88页。加密法3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

不透水层d0平面布置和影响范围单个砂井孔压分布56第五十六页，共88页。砂井预压固结3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

塑料排水板替代砂井：等效直径砂井缺点:(1)用砂量大造价高(2)颈缩易断dp=

=0.751.057第五十七页，共88页。例：新加坡人工填海吹砂Depositingsand插塑料排水板砂井预压固结3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

58第五十八页，共88页。例：新加坡人工填海Depositingsand

吹砂插塑料排水板堆载（ApplicationofSurcharge）

加载过快会失稳砂井预压固结3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

59第五十九页，共88页。砂井预压固结度计算微分方程三维渗流固结问题－轴对称Carrillo假设成两个方向的渗流固结问题叠加砂井预压固结v++=cvz+=cvrc=vzc=vr3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

60第六十页，共88页。微分方程按各自边界条件分别求解，积分后得到固结度，假设n为井径比=de/dw砂井预压固结1-U=(1-Uzt)

(1-Urt)Uzt=1-eUrt=1-eT=vHT=rde3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

思考题：对于加速固结，用砂量不变A增加井径dW、

增大间距

B减小井径、减少间距de哪个更有效？61第六十一页，共88页。例单向渗流固结

a=0.5MPa-1

k=510-7cm/se0=1.0，10m厚U=94%t=1.6年不透水层加密法T=vHT=rde3)砂井预压固结方法四预压固结法1堆载预压(Preloading)

上例采用砂井固结

dW=25cm,Sa

=2.5m，U=94%只需要20天62第六十二页，共88页。加密法pkPa变形eze1ste2四预压固结法1堆载预压小结加载过快会失稳砂井预压固结度计算1-U=(1-Uzt)

(1-Urt)T=rde63第六十三页，共88页。第3节加密法Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法堆载预压

降水预压适用饱和软粘土真空预压64第六十四页，共88页。设计坑底坑底降水深度D坑底降水线板桩降水预压固结四预压固结法2降水预压例建筑基坑65第六十五页，共88页。降水预压固结四预压固结法2降水预压’zz井点抽水降低地下水位提高自重应力，压密地基土地基土中剪应力没有增加地下水位降低后自重应力增加’=(sat

-’)z66第六十六页，共88页。真空预压固结四预压固结法3真空预压地基土中剪应力没有增加不必控制加载速率-u67第六十七页，共88页。为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏？堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？预压固结四预压固结法4讨论三种预压固结的应力路径K’0K’fqpp’总应力路径有效路径快加载—不排水—破坏分级慢—排水—密实固结68第六十八页，共88页。为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏？堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？预压固结四预压固结法4讨论三种预压固结的应力路径K’0K’f降水真空预压qp’总应力路径有效路径tan=sinK’fK’0=69第六十九页，共88页。第七章地基处理主要内容为什么要进行地基处理？强度变形渗透性抗震对哪些土进行处理？采用什么样的方法？适用土类、环境1置换法换土垫层

复合地基2加密法复合地基

砂井预压固结计算3胶结法4加筋法70第七十页，共88页。第4节胶结法一灌浆1水泥和粘土浆可灌物—净空比R=Dpore/d=2~3;Dpore、d

被灌材料孔隙尺寸和灌浆材料粒径

防止堵塞可灌比N=D15/d8510~15,85%的灌浆材料充填适用于砾石,粗砂，用以防渗，加密、灌注桩加固按照功能分：渗透灌浆、劈裂灌浆和压密灌浆胶结法粘土灌浆71第七十一页，共88页。单液硅化法和碱液法硅酸钠，氢氧化钠＋氯化钙3化学灌浆丙烯酰胺，聚氨酯真溶液易灌，凝固时间和强度可控，污染，造价高化学灌浆粘土灌浆击实灌浆胶结法一灌浆1水泥和粘土浆72第七十二页，共88页。胶结法一灌浆1水泥浆已有桩或墩的持力层加固已有结构地基加固结构持力层73第七十三页，共88页。提高水平抵抗力抵抗上浮沉井胶结法一灌浆1水泥浆74第七十四页，共88页。第5节加筋法土工合成材料功能

1

防渗，不透水膜

2

反滤，防冲防止渗透破坏

防水土流失(护坡)3加筋:格栅,土工布,条带,纤维加筋

4

隔离

5

排水