地基处理新技术大全

1、地基处理新技术,课程内容 地基处理基本方法 复合地基理论 真空预压法 长短桩复合地基 气泡混合轻质土 冻结法 土工材料,地基处理目的与意义,提高地基强度 减少地基变形 降低地基渗透性 避免地基液化 其他,绪论,软弱地基类型,1、淤泥和淤泥质土 2、松沙 3、充填土 4、杂填土 5、泥炭土 6、湿陷性黄土 7、冻土,地基处理方法,换填： 强夯： 桩基： 深层搅拌： 高压旋喷： 注浆： 排水固结： 加筋技术： 托换技术： 其它,绪论,换填法(Replacement Method)： 把基础底面下一定范围内的软弱地基土挖除，然后回填以工程性能好的土，压密后作为地基持力层。,换填法,作用 提高地基承载

2、力；减少基础沉降量；加速软土的固结排 水；防止地基冻胀；减少地基的湿陷和胀、缩 应用范围 1.土层： 淤泥、湿陷性黄土、膨胀土、杂填土、冻土等 2.建筑物基础： 中、小型建筑物为主 3.深度： 一般3米以下。 垫层材料 中粗砂、卵石、砾石、素土、灰土、矿渣,换填法(Replacement Method),换填法,垫层设计,一、垫层厚度 二、垫层宽度,换填法,换填法施工,一、施工方法 1. 碾压法； 2. 夯实法； 3. 振动压实法 二、垫层材料 砂、砂石垫层 素土垫层 粉煤灰垫层 干渣垫层,换填法,强夯,方法： 强夯(Heavy Tamping)：通过重锤(830吨) 利用一定的落差(820米

3、) ，对地基施加很大的冲击能，以达到地基加固的目的。,应用范围 应用地层： 砂土、碎石土、低饱和度的粉土与粘土、湿陷性 黄土、杂填土和素填土等 应用工程： 工业与民用建筑、仓库、储油罐、公路与铁路、 机场跑道以及码头等设施的地基处理,强夯法,加固机理 动力密实： 非饱和饱和 动力固结： 降低含水量； 排水固结(强度提高)； 结构破坏(渗透性增强)； 触变恢复(强度恢复)； 振动液化：,动力固结模型,强夯法,设计计算,一、有效加固深度 二、夯锤重量和落距 三、夯击点布置 四、夯击次数与遍数 五、垫层铺设,强夯法,有效加固深度,单击强夯的有效加固深度H可按下式确定：,M夯锤重量(10kN)； h夯

4、锤落距(m)； K修正系数，粘性土取0.5，砂性土取0.7，黄土取0.350.5,强夯法,夯锤重量M和落距h,总夯击能量：,E总夯击能量(kN.m)； n总夯击次数；,单位夯击能量：,e单位夯击能量(kN.m/m2)； A被夯击场地面积(m2)；,对粗颗粒土e取10003000kN.m/m2；细颗粒土e取15004000 kN.m/m2； 夯锤重一般1025吨；落距一般 820米。,强夯法,夯击次数与遍数,1、夯击次数,夯击次数应按照现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并且应该同时满足以下条件： 最后两击的平均夯沉量不大于50mm(对于这等夯击能) ； 夯坑周围不应该发生过大的隆起；

5、不因夯坑过深而发生起锤困难； 各夯击点夯击数应该使土体竖向压缩量最大，而侧向位移量最小为原 则。一般为410击。,2、夯击遍数与间隔,遍数：夯击一般采用23遍。 间隔：取决于空隙水压力的消散时间。对于砂土，一般 24min，对于粘性土，一般24周。,强夯法,垫层铺设,作用：扩散夯击能、增强地下水位与地表面距离、支承起重设备。 材料：砂、砾石、碎石。 厚度：0.52.0 m。,强夯法,用振动、冲击或水冲等方法在软弱地层中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的由碎石或砂所构成的密实桩体称碎石桩(Stone Column)或砂桩(Sand Pile，总称粗颗粒桩(Granular Pile)

6、。,方法,成桩方法： 沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法以及强夯置换法等,碎石桩与砂桩,中小型工业与民用建筑 港湾构筑物：如码头、护岸等 土工构筑物：如土石坝、路基等 材料堆置场：如矿石场、原料场等 其它：如轨道、滑道、船坞等。,应用范围,碎石桩与砂桩,加固机理,一、对松散砂土的加固机理,挤密作用； 排水减压作用； 砂基预振作用。,二、对粘性土的加固机理,置换作用； 排水固结； 加筋作用。,碎石桩与砂桩,设计计算,一、一般设计原则 二、砂性土 1、桩距确定 2、液化判别 三、粘性土 1、承载力计算 2、沉降计算 3、固结度计算 4、稳定分析,碎石桩与砂桩,石灰桩：方法,一、块灰灌入法 块灰灌入法

7、，亦称石灰桩法。采用钢套管成孔，然后在孔中灌入新鲜生石灰块，或在生石灰块中加入少量水硬性材料(如粉煤灰和火山灰) ，一般配比为：8：2或7：3。在拔管时同时捣实。 二、粉灰搅拌法 粉灰搅拌法，亦称石灰柱法。采用粉体喷射搅拌方法，将石灰粉与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结。 三、石灰浆压力喷注法 石灰浆压力喷注法是压力注浆法的一种，采用压力将石灰浆或石灰-粉煤灰浆喷注于地基的孔隙或预先钻好的孔内，使灰浆在地基土中扩散和硬凝，形成网状结构，从而达到加固目的。,此法主要可应用于：,处理膨胀土；加固破坏的堤岸岸坡；处理松动下沉的铁路路基等。,石灰桩：加固机理,一、桩间土 1、成孔挤密 2、膨胀挤密：生石

8、灰膨胀1.53.5倍。 3、脱水挤密：1kg生石灰消解反应吸收0.32kg水, 而且使桩间温度达到50度 左右，形成一定的汽化脱水。 4、胶凝作用：主要是生石灰吸水产生的Ca(OH)2与土中的SiO2和Al2O3反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等产物。 二、桩身 桩身膨胀1倍左右，但一般桩身强度不大，而且桩心有软化现象。增加桩身初始密度或则采用搀和料(粉煤灰、火山灰、钢渣或粘性土) 等可以防止石灰桩软心。,石灰桩：设计计算,一、桩径 石灰桩的桩径一般为150400mm。 二、桩的布置 桩距一般为桩径3倍。平面布置一般为梅花形或正方形。场地边缘一般要两排以上的护桩。 三、桩长 桩长取决于加固目的

9、和上部构件要求。如果只是为了形成一个压缩性较小的垫层，桩长L=4米即可。如果为了减少沉降或解决深部滑移问题，则应该采用长桩。 四、承载力,石灰桩：设计计算承载力,1、桩间土体强度 石灰桩加固软弱地基的强度可以按复合地基计算。设计时只考虑桩身四周的早期强度，后期强度作为安全储备。 桩间土的强度可按加固后桩间土的平均含水量、孔隙比等物理指标查有关规范得到。,土的脱水量可以按下式计算,石灰桩：设计计算承载力,当地基土为饱和土时，地基土的孔隙比降低量为：,e0-天然地基土的孔隙比； e加固后地基土的孔隙比； ds土颗粒相对密度； w含水量降低值。,石灰桩,石灰桩：设计计算承载力,(1) 桩身变形模量

10、Es=1030MPa； Es=(35)Ec (Ec为桩 间土变形模量) ； (2) 加固后地基承载力可达原地基承载力23倍； (3) 桩间土的粘聚力和无侧陷抗压强度提高4070%。,石灰桩,土桩及灰土桩,主要特点 1、土(灰土、二灰) 桩挤密属于横向挤密，但可以使桩 间土达到设计要求的最大密度指标。 2、与土垫层相比，无须开挖回填，比换填法缩短工期约一半。 3、处理深度可以达到12m左右。 4、处理造价比较底。,土桩及灰土桩,一、挤密作用 桩间土被强制向侧挤压，使桩周围一定范围内的土层密实度提高。孔壁附近，土的密度可以达到甚至超过最大干密度max，即压实系数c大于1。一般压实挤密的影响半径可以

11、达到1.52.0倍桩径。 二、灰土性质作用 1、灰土桩 石灰与土的比例一般为体积比2：8(或3：7) 。灰土混合材料具有水硬性与气硬性。随时间增加，桩体本身强度提高。增加地基强度。 2、二灰桩 粉煤灰中含SiO2和Al2O3，与石灰及水混合后生成硅铝酸钙和水硬性胶凝物质，充填于粉煤灰颗粒的空隙中，提高桩体强度。增加地基强度。,加固机理,土桩及灰土桩,一、桩径与桩深 桩距小有利于桩间土的挤密。桩径一般300600mm。桩深一般大于3m，在1215m之间。 二、桩距与桩排 桩距设计以桩间土的挤密达到一定的平均密实度为目的，即要求桩间土的最小干密度要大于1.5t/m3，平均压实系数c=0.900.9

12、3。（压密系数d为控制干密度c与最大干密度d, max之比）。 为了桩间土能够均匀挤密，一般采用等边三角形布桩。有时为了减少桩数，也采用正方形与梅花形桩。,设计计算,水泥粉煤灰碎石桩,水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile) 简称CFG桩，是在碎石桩的基础上加一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的具有一定粘结强度的桩。与碎石桩相比，水泥粉煤灰碎石桩具有一定的差异,方法,水泥粉煤灰碎石桩,设计计算,1、桩径 2、桩距 3、承载力 4、变形计算,水泥粉煤灰碎石桩,1、桩径 水泥粉煤灰碎石桩一般采用振动沉管法施工，桩径一般为350400mm。 2、桩距 桩距可以按

13、下表选用。选用时遵循以下原则： (1) 对挤密性好的土，如砂土、粉土和松散填土用小桩距； (2) 单、双排布桩的条形基础和面积小的独立基础用小桩距，对满堂布桩的 筏基础、箱基础以及多排布桩的条形基础、设备基础，桩距适当放大； (3) 地下水位高、地下水丰富的地基，桩距适当放大。,水泥粉煤灰碎石桩,RPsCFG桩复合地基承载力(kPa)； N基础下桩数； Q单桩承载力(kPa)； Rs天然地基承载力(kPa)； As桩间土面积(m2)； A基础面积(m2)； 桩间土承载力折减系数，一般取0.81.0,其中：桩间土承载力折减系数，一般取0.8； n桩土应力比，一般取1014； m桩的置换率。,承载

14、力,也可以采用下式计算复合地基承载力：,水泥粉煤灰碎石桩,sPsCFG桩复合地基的变形量，由于比较小，简化计算时取0； ss下卧软弱层的变形量,变形计算,CFG桩复合地基的变形可以按下式计算,高压旋喷（高压喷射注浆 ）,高压旋喷是利用钻机把带有高压喷嘴的注浆管钻入地层预定位置，让浆液以高压射流的形式从喷嘴喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定的速度逐渐提升，使浆液与土体颗粒搅拌混合，浆液凝固后，在地层中形成固结体，从而达到提高地基性能的目的。,方法,单管法： 浆液高压射流：20MPa。,二重管法浆液高压射流：20MPa； 压缩空气：0.7MPa。,三重管法 水高压射流：20MPa； 浆液高压射

15、流：5MPa； 压缩空气：0.7MPa。,使用范围 主要适用于处理淤泥、 粘性土、 粉土、黄土、 砂、 碎石土 人工填土,第三节 设计计算,一、旋喷直径,二、地基承载力,三、地基变形,四、防渗,五、浆量,六、配方,旋喷直径,根据经验或者现场试验确定,影响旋喷直径因素： 地层 喷射压力 喷嘴直径 浆液性能 施工工艺,防渗,在防渗工程中，一般按三排或双排标准桩。在这种情况下，孔距为1.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5R0时最经济,每一排桩之间的交圈厚度e可以按下式计算,e旋喷桩的交圈厚度(m)； L旋喷桩孔位间距(m)。,浆量,体积法,Q需要的浆量(m3); De旋喷体直径(m); D

16、0注浆管直径(m); K1充填率，取0.750.9; h1旋喷桩长度(m); h2未喷长度(m); K2未喷范围土的充填率，取0.50.75; 损失系数，取0.10.2;,工艺法,提升速度(m3/min); H喷射长度(m); q单位时间喷浆量(m3/min);,配方,良好的可喷性， 足够的稳定性， 气泡少， 凝固时间可调范围宽， 良好的力学性能， 安全无污染， 结石率高。,深层搅拌,利用水泥(或石灰) 等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在地层深处就地将软土和固化剂(浆液或者粉体)搅拌，由固化剂和软土之间的物理-化学反应，使软土固结，从而提高地基的性能,深层搅拌法(CDM：Cement Deep

17、Mixture),特点,1、固化剂与软土就地搅拌，地基土层利用率高； 2、对周围建筑物影响小； 3、施工噪音小； 4、加固后的土体重度变化小，对下部地层的附加应力小； 5、加固桩形状可以多样：柱状、壁状、格栅状和块状等。,深层搅拌,适用范围,1、建筑物地基、高填方路基； 2、码头施工、深基坑开挖支护； 3、防渗围幕。,第二节 加固机理,一、水泥水解与水化 水泥中含有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙以及硫酸钙的水泥矿物，水泥水解与水化产生时，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙以及含水铁酸钙等硬化矿物。,二、粘土与水泥的作用 1、离子交换与团粒化作用； 2、硬凝反应，生成不溶于水的稳定化

18、合物： SiO2+Ca(OH)2+nH2OCaOSiO2(n+1)H2O Al2O3+Ca(OH)2+nH2OCaOAl2O3(n+1)H2O,三、碳酸化作用 水泥中游离出的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O,设计计算,柱状加固地基,单桩竖向承载力设计计算 按照以下两式计算，取小值：,-桩土间平均摩擦力，kPa； Up桩周长(m)； l桩长，(m) ； qp桩端天然地基土承载力标准值(kPa); 桩端天然地基土承载力折减系数，0.40.6。,-单桩竖向承载力标准值(kN) ； Ap桩的截面积(m2)； 强度折减系数，0.350.5； fcu,k与搅拌桩桩身

19、加固土配比相同的室内加固土试块(边长 70.7mm的立方体) 的90天龄期无侧限抗压强度(kPa) ；,fsp,k复合地基承载力标准值(kPa)； m面积置换率； fs,k桩间天然地基土承载力标准值(kPa); 桩间天然地基土承载力折减系数，0.11.0。,复合地基设计计算,复合地基承载力标准值：,置换率m和总桩数n可以按下式求得：,A地基被加固面积(m2);,fsp,k复合地基承载力标准值(kPa)； m面积置换率； fs,k桩间天然地基土承载力标准值(kPa); 桩间天然地基土承载力折减系数，0.11.0。,-单桩竖向承载力标准值(kN) ；,Ap桩的截面积(m2)；,排水固结法,排水固结

20、法,第一节 概述 一、方法 二、类型 第二节 固结原理 第三节 设计与计算 一、预压法 二、砂井排水 三、抗剪强度预测 四、稳定分析 五、沉降计算 第四节 施工方法,排水固结法,排水固结法：是对天然地基，采用或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带) 等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前对地基进行加载预压的方法，使土体孔隙水排出，土体逐步固结，从而提高地基的承载力和稳定性。 排水固结系统是由排水系统和加压系统两部分组成,方法,排水固结法,1、排水系统 竖向排水系统： 普通砂井 袋装砂井 塑料排水带 水平排水系统： 砂垫层 2、加压系统 堆载加压； 真空加压； 降

21、低地下水位法； 电渗法； 联合法,类型,根据排水与加压两大系统的不同可以分成很多类型。主要有：,排水固结法,设计与计算,一、预压法 (一)、堆载预压 (二)、真空预压 二、砂井排水 (一)、砂井的布置 (二)、砂井地基固结度 三、抗剪强度预测 四、稳定分析 (一)、地基强度沿深度增加时的稳定分析方法 (二)、有效固结压力强度指标的稳定分析法 五、沉降计算 (一)、单向压缩固结沉降的计算 (二)、瞬时沉降的计算 (三)、最终沉降量计算 (四)、实用实测的沉降-时间曲线推算最终沉降量,排水固结法,设计与计算：堆载预压计算步骤,1、第一级容许载荷 2、第一级载荷下地基的强度增长 3、第一级载荷作用下

22、地基固结时间 4、第二级载荷 5、重复以上步骤，计算各级载荷 6、计算地基在预压载荷下的地基最终沉降量和预压期间的沉降量,继续,方法,加筋土挡土墙是由填土和在填土中布置一定的带状筋体(拉筋) 以及垂直的墙面板三部分组成的整体复合结构,加筋土,挡土墙的型式,单面式 双面分离式 双面交错式,加筋土挡土墙,特点,挡土墙结构轻 面板式样多 墙面垂直 防震性能好 施工简单 成本底,加筋土挡土墙,相当于增加了侧限压力,加固机理,加筋限制了土体的侧向变形，增加了土体的强度,加筋土挡土墙,加筋土挡土墙,拉筋断面,Ai第i单元拉筋设计段面积(mm2); L 拉筋容许应力(MPa)； Ti拉筋所受拉力(kN)。

23、k拉筋容许应力提高系数。 钢带、混凝土带取1.01.5，聚丙烯土工聚合物取1.02.0。,拉筋所受拉力为,拉筋段面积为：,加筋土挡土墙,拉筋长度,Kf拉筋要求的抗拔稳定系数，一般取1.22.0； f拉筋与填土的摩擦系数； bi第i单元拉筋宽度总和(m)； Ti拉筋所受拉力(kN)。,拉筋锚固段长度,路肩式挡土墙,路堤式挡土墙,加筋土挡土墙,拉筋长度,拉筋总长度按照下式计算,L2i主动取拉筋长度(m),当,时,当,时,简化破裂面的倾向部分与水平面的夹角,地基处理新技术,水泥土搅拌桩 地基处理技术,概 述 地基处理方法的选择 水泥土搅拌桩复合地基 搅拌桩复合地基设计与施工中的若干问题,1.概 述,

24、1.1. 地基处理的要求 1.2. 地基处理的分类,1.1 地基处理的要求,1.1.1 强度要求 1.1.2 变形要求 1.1.3 动力稳定性要求 1.1.4 透水性要求 1.1.5 特殊土地基安定性要求,1.1.1 强度要求,满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。,1.1.2 变形要求,满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。,1.1.3 动力稳定性要求,满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、 失稳和震陷等灾害。,1.1.4 透水性要求,满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水

25、压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事故。,1.1.5 特殊土地基安定性要求,满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。,1.2 地基处理的分类,2. 地基处理方法的选择,2.1 地基处理方法的选择原则 2.2 地基处理方法的选择 2.3 地基处理设计程序 2.4 地基处理施工过程与完工后的注意 事项,2.1 地基处理方法的选择原则,2.1.1 各种方法均有其适用范围，各有优点与 局限性； 2.1.2 选择地基处理方法应综合考虑地基条件、 加固要求、工程进度、工程造价、材料 及机具等各方面因素； 2.1.3 选择的方法应注意环境保护（地下水的 污染

26、、振动、噪音等）。,2.2 地基处理方法的选择,2.3 地基处理设计程序,2.4 地基处理施工过程与 完工后的注意事项,2.4.1 施工人员必须掌握施工方法，并了 解地基处理方法的原理、技术标准 与质量要求； 2.4.2 施工中应进行实时监理； 2.4.3 完工后必须进行质量检测。,3.水泥土搅拌桩复合地基,3.1 水泥土的形成 3.2 水泥土的物理力学性质 3.3 水泥土的应用 3.4 水泥土搅拌桩复合地基的设计 3.5 水泥土搅拌桩的施工,3.1 水泥土的形成,水泥土是通过机械强力将水泥与土搅拌形成具有较好物理力学性质的水泥加固土。,3.1 水泥土 的 形成,3.2 水泥土的物理力学性质,

27、3.2.1 水泥土的物理性质 3.2.1.1 重度 当水泥掺入比在8%20%之间，水泥土重度比 原状土增加约3%6% 3.2.1.2 含水量 水泥土的含水量一般比原状土降低715% 3.2.1.3 抗渗性 渗透系数K一般在10-710-8cm/ces,3.2 水泥土的物理力学性质,3.2.2 水泥土的力学性质 3.2.2.1 无侧限抗压强度 水泥土的无侧限抗压强度qu在0.34.0MPa之间，比原状土提高 几十倍乃至几百倍。 3.2.2.2 抗拉强度 水泥土抗拉强度与抗压强度有一定关系，一般情况下，抗拉强 度在（0.150.25）qu之间。 3.2.2.3 抗剪强度 当水泥土qu=0.54MP

28、a时，其粘聚力C在1001000KPa之间，其 摩擦角在2030之间。 3.2.2.4 变形特性 当qu=0.54.0MPa时，其50d后的变形模量相当于（120150）qu。,3.3 水泥土搅拌桩的应用,3.3.1 支护结构 重力式支护结构；止水帷幕；SMW工法 3.3.2 地基加固 提高地基强度；控制沉降；防止液化,支护结构水泥土墙,支护结构水泥土墙,支护结构水泥土墙,支护结构水泥土墙,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工

29、,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,SMW（Soil Mixing Wall）工法施工,3.3 水泥土搅拌桩的应用地基加固,a)柱状布置；b) 壁状布置；c) 格栅状布置；d) 块状布置,3.3 水泥土搅拌桩的应用地基加固,3.4 水泥土搅拌桩 复合地基的设计,3.4.1 设计原理 3.4.2 单桩容许承载力 3.4.3 复合地基承载力 3.4.4 下卧层地基强度验算 3.4.4 沉降计算,3.4.1 设计原理,桩土共同承

30、载 承载 桩的承载力 + 桩间土承载力（折减） 沉降 桩范围的压缩 + 桩端以下土的沉降,3.4.2 单桩容许承载力,及 式中 单桩容许承载力(kN)； 水泥土90d龄期的抗压强度平均值(kPa)； 桩的截面积(m2) 桩身强度折减系数，可取0.30.4； 桩的周长(m)； 桩周第i层土的容许摩阻力。对淤泥可取58kPa； 对淤泥质土可取812kPa；对粘性土可取1215kPa； 桩周第i层土的厚度(m)； 桩端天然地基土的承载力(kPa)； 桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.40.6。,3.4.3 复合地基承载力,式中 复合地基容许承载力(kPa)； 桩间天然地基土容许承载力(kPa)

31、； 桩土面积置换率； 桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时， 可取0.51.0；当桩端为硬土时，可取0.10.4。,3.4.4 下卧层地基强度验算,式中 假想实体基础底面压力(kPa)； 基础底面积(m2)； 假想实体基础的自重(kN)； 假想实体基础侧表面积(m2)； 假想实体基础侧表面平均摩阻力(kPa)； 假想实体基础边缘地基土的容许承载力(kPa)； 假想实体基础底面积(m2)； 假想实体基础底面经修正后的地基容许 承载力(kPa)。,3.4.4 沉降计算,水泥土桩复合地基的变形包括： 水泥土桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形之和。 桩群体的压缩变形值可根据上部结构、桩长、桩

32、身强度等因素按经验取2040mm。 桩端以下未加固土层的压缩变形值可按分层总和法计算。,3.5 水泥土搅拌桩的施工,3.5.1 施工机械 3.5.2 施工工艺 3.5.3 水泥掺量及外加剂 3.5.4 水泥土墙施工要点,3.5 水泥土搅拌桩的施工3.5.1,施工机械 主机,3.5 水泥土搅拌桩的施工 3.5.2 施工工艺,3.5 水泥土搅拌桩的施工 3.5.2 施工工艺,一般的施工工艺流程（一次喷浆、二次搅拌） 就位 预搅下沉 （制备水泥浆） 提升喷浆搅拌 沉钻复搅 重复提升搅拌,3.5 水泥土搅拌桩的施工3.5.3 水泥掺量及外加剂,水泥掺量 水泥掺入比（单位体积搅拌桩中水泥与土的重量比）

33、一般为1216% 水灰比1：0.5 外加剂,3.5 水泥土搅拌桩的施工3.5.4 水泥土搅拌桩施工要点,.（1）复搅工艺 确保搅拌均匀，必要时采用“二喷三搅”工艺 （干法工艺为一次搅拌，因而不均匀）。 （2）提升速度喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于0.5m/min； 提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长 喷浆均匀。,4. 搅拌桩复合地基 设计与施工中的若干问题,4.1 设计中的若干问题 4.2 施工中应注意的有关问题,4.1 设计中的若干问题,4.1.1 设计参数的取值 4.1.2 桩的长度-桩径-桩身强度关系 4.1.3 置换率与桩长的选取 4.1.4 暗浜及回填土的处理,4.1 设计中

34、的若干问题,4.1.1 设计参数的取值 4.1.1.1 复合地基承载力 4.1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素,4.1.1 设计参数的取值,4.1.1.1 复合地基承载力 加固后的地基强度一般可比原地基土的提高20%50%，故设计中不应将设计复合地基承载力取得过大，否则难以达到设计要求。,4.1.1 设计参数的取值,4.1.1.2 、 、 、 等参数的影响因素 桩身强度折减系数（0.30.4） 施工质量、土层情况、室内实验 桩周土的摩阻力 土层情况、工程经验 桩端土承载力折减系数（0.40.6） 土层情况、桩长、工程经验 桩间土承载力折减系数（0.51.0） 桩端土情况、工程经验,4.1

35、 设计中的若干问题,4.1.2 桩的长度-桩径-桩身强度关系 桩的长度较长，相应的桩径应增加、桩身 强度也应相应提高。,4.1 设计中的若干问题,4.1.3 置换率与桩长的选取 a、当地基处理是以提高地基强度为主时，宜用 短桩而提高桩的置换率; b、当地基处理时以减小沉降为主时，可根据桩 端是否达到较硬土层而分别采用“变掺量、 变强度”方法或“变置换率”的方法。,4.1 设计中的若干问题,4.1.3 置换率与桩长的选取 c、最优设计,4.1 设计中的若干问题,4.1.4 暗浜及回填土的处理 a. 设计中不计桩间土的承载力，桩周摩阻力取 下限值； b. 增加水泥掺量（3%5%），遇有泥炭土或 有

36、机质含量较高的土，水泥掺量可增至20%； c. 暗浜与回填土的边界应设过渡区。,4.2 施工中应注意的有关问题,桩顶与桩端的处理 a. 采用复搅工艺 采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺；（一般 的“一次喷浆、二次搅拌”增加一次喷浆 与搅拌）； b. 必要时可增加水泥掺量（2%4%）。,排水固结技术,Drain Consolidation,1 概 述,排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。,排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。,1

37、 基本知识 预压法包括堆载预压法和真空预压法，还可以进行真空-堆载联合预压。 （1）堆载预压 是指在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地用堆土或其他荷载，施加或分级施加与其相当的荷载，对地基土进行预压，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，地基土压密，土体强度增高，增加地基承载力和稳定性；同时可以减小土体的压缩性。,（2）真空预压法 真空预压法是先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使

38、土体固结。 2 适用范围 适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘性土地基。为加速预压过程，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理地基。对真空预压，必须在地基中设竖向排水井。,排水系统,加压系统,根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。,排水固结法的种类,堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。,1.1 排水固结法的原理,加 固 软 土 层,竖 向 排 水 体,排水垫层,水平排水盲沟,堆载预压法就是用

39、填上等外加荷载来增加总应力并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力的方法。,排水固结法的原理,1.3 排水固结法的应用范围,用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。,按照使用目的可以解决两个问题,沉降问题,稳定问题,采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比,系统组成排水系统,Horizontal Drains,水平排水体,系统组成加压系统,堆载,桥头高填土堆载预压,场地高填土堆载预压,临时填土堆载预压,Vacuum Consolidation,系统组成加压系统,真空预压,FLASH,预压法是以事先完成的

40、沉降和由于固结使地基强度增长的两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降，即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。,2 堆载预压法设计计算,2.1 堆载预压的计算步骤,1. 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。对长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即：,2. 计算第一级荷载下地基强度增长值。,通常假设地基的固结度为70，然后计算出强度增长量；为考虑剪切蠕变的强度折减系数。,3. 计算p1作用下达到所定固结度所需要的时间。,达到某一固结度所需时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步计算的目

41、的是确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。,4. 根据第2步所得到的地基强度f1计算第二级所能施加的荷载p2，即,同样求出在p2作用下地基因给度达70时的强度以及所需时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次可计算出以后各级荷载和停歇时间，初步的加荷计划也就确定下来。,5. 对按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足，则调整加荷计划。,6. 计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所剩留的沉降为建筑物所允许。,3 砂井排水固结设计计算,丹尼尔.莫

42、兰（Daniel.E.Moran）最早（1925年）将垂直砂井用于土的深层加固，1926年获得专利。,Sand Drains,3.1 砂井设计,砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度(通常定为80)。,1砂井直径和间距,常采用“细而密”原则。,一般砂井直径：300400mm；间距：68倍井径。,袋装砂井直径：70120mm；间距：1530倍井径。,2砂井长度,根据现场各种因素定。（土层厚、有无透水层、压缩层厚度、承压水、稳定控制、沉降控制量等）一般1025米。,3砂井

43、排列,正三角形排列,正方形排列,排水路径,l,l,de,de,4. 砂井的布置范围:,大出基础轮廓线24m。,5. 砂垫层,在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的渗流水。砂垫层的厚度一股为0.30.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。,horizontal drain system is installed to collect water squeezed into the crushed stone blanket.jpg,4 真空预压法,水气收集管道系统,工作原理,软地基处理新技术,上海港湾软地基处理设计研究所

44、同济大学地下建筑与工程系,一、现有的软地基处理技术,复合地基法：水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等； 优点：承载力高、变形小、稳定快 缺点：造价高 强夯法； 优点：设备简易、施工方便、工期相对较短、节省材料、造价较低 缺点：饱和软土质量不可控，易形成弹簧土,一、现有的软地基处理技术,排水固结法：真空或堆载预 优点：技术成熟；影响深度大 缺点：工期长 采用真空预压的，承载力80kPa,且施工中容易漏气造成质量问题 采用堆载预压的，造价高,二、快速“高真空击密法”软地基处理工法,快速“高真空击密法”软地基处理工法是一种新型快速真空动力排水固结法，它是通过数遍高真空击密制造”压差” 排水，并结合数遍合适

45、的变能量击密，逐步达到降低土体的含水量，提高密实度、承载力，减少地基工后沉降和差异沉降。,2.1 快速“高真空击密法”的理论创新,“压力差主动排水”：人为多次制造“压差”，即利用适当的能量击密产生的超静孔隙水压力为“正压”，然后同步插入高真空管产生“负压”，“正压”和“负压”形成可大于一个大气压的“压差”，进而可以达到低渗透软土含水量逐步降低的目的。 “超固结硬壳层”： 由于“高真空大能量击密”多次相互作用（等效静压力可达300-500MPa），使软土表层形成“超固结硬壳层”，经应力扩散能较好的增大地基的抗变形能力。 “硬壳层作用下不留排水通道工后沉降估算”：通过大量的科研和实践证明，由于高真

46、空击密施工后不留排水通道，工后沉降的速率和工后沉降量将明显小于常规计算。,2.2 快速“高真空击密法”的设计要素,采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量，控制需处理的土体逐步接近最优含水量； 在需处理土体分遍逐步接近最优含水量的同时，采用特制的大型击密设备分遍击密需处理的土体，逐步接近最大密实度； 根据处理土体的自振频率，调整击振频率； 正确计算被处理土体超空隙水压力的消散时间，合理确定土体每遍击密的固结恢复时间，严防“弹簧土”的形成 根据不同土体的渗透系数、含水量，分层多遍强制调整各层的真空度、真空气、平衡参数； 根据地基的处理深度要求，正确计算各层不同土体击密所需的击振能量。,2.3 快

47、速“高真空击密法”的优点,1、造价低： 造价较常规方法节约30%左右； 2、工期短： 工期较常规方法节约50%左右； 3、质量可控： 通过施加不同的夯击能量控制地基承载力，通过控制施工沉降而有效控制工后沉降；通过采用不同的施工参数，区域差异沉降工前有效控制进而可以减小工后差异沉降； 4、施工环保： 地基处理过程中不加入任何添加剂，无泥浆等废弃物排出。,2.4 快速“高真空击密法”施工流程,2.5 快速“高真空击密法”施工工艺,2.6 快速“高真空击密法”的信息化施工,对分部流程各项指标检测并调整施工参数 含水量 静力触探等原位测试 击振频率 击振能量 真空度调整 超孔隙水压力消散时间,三、快速

48、“高真空击密法”技术介绍,3.1压力差排水 适能量击密产生的孔隙水压力为“正压”，高真空通过插入的真空管产生“负压”，从而产生“压差”（可达1.2-1.5个大气压）； “压差”的形成使得低渗透系数软土孔隙水排出； 通过人为多次制造“压差”，使得软土含水量逐步降低，承载力逐步提高。,3.1-1 高真空+多遍击密下土应力的变化,1500kNm冲击荷载下饱和土的塑性区,1500kNm冲击荷载下非完全饱和土的塑性区,3.1.2 结论,如上可见，多遍冲击过程中孔压消散率越高，强度增长也越明显，同时减轻了冲击荷载对土的结构破坏，大大降低了夯击过程中地基土出现“橡皮土”的风险。 高真空击密法就是通过增加多遍

49、高真空排水工序，来达到提高强夯击密效果的目的。但高真空排水不是强夯法的辅助手段，而至少是与强夯法同等重要的工序。,3.2 “快速”的机理,通过调整真空管的间距、真空度、时间等，控制软土中的孔隙水消散时间，使得原规范中的软土孔隙水自然消散时间从3-4周缩短为5-7天。 一般工程设计中采用3-4遍“高真空击密法”，施工总时间仅为21-28天。,3.3 施工参数的控制,工后沉降的控制： 通过调整地基处理深度，“高真空击密”处理遍数等施工参数，有效控制每一区域的施工沉降，从而使工后沉降满足设计要求 差异沉降的控制： 将施工区域按差异沉降的精度要求划分若干施工小区，不同地质的小区通过控制采用不同施工参数

50、，控制处理范围内软土的差异沉降，使得工后的差异沉降满足设计要求,3.4 超固结硬壳层,在“高真空击密”作用下，通过控制“高真空”施工遍数，逐步增大击密的能量，使软土表层形成一个超固结的“硬壳层”，大幅度增加应力扩散角，大大增加地基的抗变形能力。,3.7 硬壳层作用下无排水通道工后沉降估算,采用“高真空击密法”施工，用真空管取代塑料排水板。由于施工结束时拔除真空管，所以施工结束后不留排水通道。不留排水通道的工后沉降与排水固结法工后沉降的修正系数为 （0.3 0.8）,四、工程实例,上海浦东国际机场二号跑道 宁波北仑港三期 常熟兴华港二、三期 青岛大炼油工程 上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲

51、碎石桩效果比较,4.1,上海浦东国际机场二号跑道,上海浦东国际机场二号跑道地质情况,吹填砂：层厚2m左右，砂质相对密实，含泥量较高 褐黄色粉质粘土：层厚0.252.70 m，呈可塑软塑状态，含铁锰结核及侵染锈点，属中压缩性土。 灰色粘质粉土：层厚0.605.90 m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，属中压缩性土。 灰色砂质粉土：层厚1.009.10 m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，夹杂粘土，属中压缩性土。 灰色淤泥质粉质粘土：一般层厚5.0m左右，呈饱和、流塑状态，土质分布不均，夹有砂质粉土，属高压缩性土。 灰色淤泥质粘土：一般层厚11.0m左右，呈饱和、流塑状态，夹有薄层粉细砂。土质比较

52、均匀，粘性大，孔隙比大，含水量高，属高压缩性土。,上海浦东国际机场二号跑道七种方法处理前后对比,综上所述，竞标方案七（快速“高真空击密法”)综合指标最佳,上海浦东国际机场二号跑道与一号跑道处理效果对比,一号跑道：加道碴强夯法 施工沉降35cm 工后沉降30cm 造价高 工期十二个月,二号跑道：高真空击密法 施工沉降55.7cm 工后沉降10cm 比一号跑道节约1.2亿元 工期：四个月,上海浦东国际机场二号跑道施工现场（111万）,上海浦东国际机场二号跑道反馈,上海机场网站(05年3月17日）： 报道本工程建设创造了国内“七个第一”，其中之一国内第一条成功采用高真空击密法 新闻晨报网站(05年3

53、月18日）： 浦东国际机场跑道地基处理国内首次采用高真空降水强夯，大大超过了设计要求，节约资金1.2亿元,4.2,宁波北仑港三期,宁波北仑港三期地质情况,宁波北仑港区三期国际集装箱码头(二区)地基处理工程约46万 0 - 2米为新吹填的粉煤灰，为浆糊状，承载力接近于零，人无法在上面行走 2 - 10米为淤泥质粘土，Ps值约0.10MPa 设计要求 承载力要求fak = 120kPa 工前沉降 600mm,处理前地面状况,处理后地面状况,处理后开挖沟槽情况,北仑港粉煤灰加固前后的ps曲线,大面积加固后的静载试验,03年宁波北仑港三期二种地基处理方法主要成果对比,宁波北仑港反馈,宁波港网站(04年

54、7月23日）视频和文字报道： “宁波北仑港三期二阶段工程地基处理采用了先进的 高真空击密法，具有投资省、工期短、质量可靠等特点”。 宁波北仑港软地基高真空击密法处理工程被评为宁波港第三届科技进步一等奖。 ！宁波北仑港四期、五期、煤码头继续采用快速“高真空击密法”,4.3,常熟兴华港二、三期,常熟兴华港地质情况,表层吹填粉细砂，层厚为13m； 第二层粘土及粉质粘土，平均层厚2m； 第三层为淤泥及淤泥质土，该层分布较不均匀，层厚变化较大，层厚在06m之间变化，夹有粉砂层，属高压缩性的软土； 第四层为粉细砂。,常熟兴华港吹填砂加固前后的地基承载力,常熟兴华港局部加固效果较差区域重新加固前后,常熟兴华

55、港“高真空击密”二遍、三遍加固效果前后对比,常熟兴华港高真空击密处理后标贯试验,常熟兴华港业主评价,一期工程： 粉喷桩复合地基 质量无法保证 造价高,二期工程 高真空击密法 施工质量好 造价比一期节约100元/,！三期工程继续使用高真空击密法，效果良好,4.4,青岛大炼油工程,青岛大炼油工程地质情况,-1素填土：主要回填粘性土、砂；层厚1.5m-3.2m； -1细砂：深灰色-灰色，松散。饱和，含有较多淤泥质；厚度0.4-2.3m； 粉土：灰色，松散-稍密，饱和，层厚4.4-7.9m -1粉质粘土：可塑-硬塑，层厚2.6-9.4米,青岛大炼油工程处理要求,由于本场地层素填土和层粉土属软弱土层，且在抗震设防烈度为7度的情况下属液化土层，不能直接做为待力层，为了满足设计要求，本场地采用快速“高真空击密法”进行地基预处路，地基处理要求如下： 1层素填土地基承载力特征值150kPa，Es10MPa；层粉土地基承载力特征值120