第1章绪论及基础知识ppt课件.ppt

地基处理技术Ground Treatment Techniques,重庆交通大学河海学院吴文雪,课 程 简 介Course Introduction,一、课程性质和目的本课程为土木工程、交通工程及水利工程等专业的专业课，32学时。本课程主要结合地基处理技术新规范和工程实际，详尽地介绍建筑工程、道桥工程、水利工程等领域中各种常用的和最新的地基处理技术的设计计算方法、施工工艺和质量检测方法，提高学生解决工程实际问题的能力。,课 程 简 介Course Introduction,二、课程的基本要求 本课程是一门既古老又年轻的学科，由于天然地基土的复杂多变及特殊性，在学习中，应理解问题的实质，掌握原理，明确方法和步骤，对教材所述的设计基本理论、具体计算方法和应用的工程算例，应融会贯通；并且注意结合工程实践，理论联系实际，提高对理论的认识，增加处理实际工程地基问题的能力。 关键要灵活应用。,课 程 简 介Course Introduction,三、教材选择及教学内容 地基处理技术郑俊杰编著，华中科技大学出版社，2004 由于课时较少（32h），只能讲主要内容，按照：地基处理方法-原理-设计要点-施工及实例的顺序四、考试及学分 总成绩平时成绩30%+卷面成绩70%(闭卷) 平时成绩包括：考勤、作业 学分2个,课 程 简 介Course Introduction,六、与其他课程的联系与分工 本课程内容涉及其他学科较多，如工程地质、岩土力学、材料力学、结构力学、结构设计原理和水工建筑物等。而联系较为密切的是岩土力学，是学习地基处理的基础课程。七、主要参考资料建筑地基处理技术规范JGJ79-2002土力学地基处理-同济大学，叶书麟,首先理解几个基本概念1、场地(Site)：概念：指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地。内涵：不同于建筑占地或建筑面积，包括地形、地貌、地质单元等。,一、地基处理的目的和意义,2、地基(Foundation，Subgrade，Foundation Soils)：概念：指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。建筑物地基面临的问题：(1)强度和稳定性：承载力、整体稳定(2)变形：大变形、水平位移 差异沉降(3)渗漏：渗透破坏(4)液化：抗震,美国北达科他州的Fargo 装运谷仓（ 10 个筒仓） 1955 年 因地基破坏而倒塌。,加拿大某容量为 2500t 的饲料筒仓，建于粘土地基上。在首次使用时，填料太快，由于地基土层尚未充分固结，地基发生破坏。,墨西哥城某建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地基土层为深厚的湖相沉积层，天然含水量高达 650 ，液限 500 ， 塑性指数 350 ，孔隙比 15 ，具有极高的压缩性。,砂土液化造成桥梁地基及结构破坏,1964年日本新泻地震， 砂土液化造成房屋倒塌或倾斜,三、基础(Foundation，Footing)：1、概念：指建筑物向地基传递荷载的下部结构。2、作用及荷载传递： 具有承上启下作用 上部荷载-基础-地基土。,地基与基础关系示意图,四、地基处理(Ground Treatment, Ground Improvement)： 概念：土木工程建设中，当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。(Ground Treatment或Ground Improvement)。建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002中定义： 为提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。,五、需说明： 天然地基是否需要进行地基处理取决于地基土的性质和建（构）筑物对地基的要求两个方面。 地基处理是采用人工方法来得到满足要求的地基，本课程学习对象是地基而非基础，也就是本课程解决地基处理设计而不是基础设计，基础设计见基础工程和建筑地基基础设计规范GB50007-2002，当然二者有交叉。本节完,一、地基处理的对象： 主要是软弱地基(Soft Foundation)和特殊土地基(Special Ground)。 裂隙渗透性较大的岩基裂隙灌浆处理,地基处理的对象及其特征,地基处理对象,软弱地基,特殊土地基,软弱地基 ：淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等,冲填土,杂填土,湿陷性黄土,膨胀土,盐渍土,季节性冻土,二、软弱地基(Soft Foundation)： 建筑地基基础设计规范GB50007-2002规定： 软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。,地基处理的对象及其特征,二、软弱地基(Soft Foundation)：(一)、软土 (Soft Soil)1、定义：软土是淤泥土(Muck)与淤泥质土(Mucky Soil)的总称。在静水或非常缓慢的流水中沉积、经生化作用形成的。 软土按沉积环境分为下列四类：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。 实际上还包括泥炭土和泥炭质土。,地基处理的对象及其特征,二、软弱地基(Soft Foundation)：(一)、软土(Soft Soil)2、基本特征： 具有高含水量、低密度、大孔隙比、低强度、高压缩性、低透水性和高灵敏度的特点。 一般淤泥土孔隙比 e 1.5, L (IL1.0)；淤泥质土e = 1.01.5, L (IL1.0)。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 30 kPa ，低渗透性 10-6 10-8cm/s, 固结过程长，一般需要几年甚至几十年。,地基处理的对象及其特征,二、软弱地基(Soft Foundation)：(一)、软土(Soft Soil)2、基本特征： 泥炭e1.5, L (IL1.0)， 有机含量 30% 泥炭质土 e=1.01.5,l (Il1.0)，有机含量10-30% 设计、施工时需特别注意,地基处理的对象及其特征,主要分布在我国东南沿海、内陆平原和山区，如天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门和广州等沿海地区,二、软弱地基(Soft Foundation)：(二)、冲填土(Hydraulic Fill)1、定义： 由水力冲填泥沙形成，也称吹填土。如填塘、填海工程。冲填土的性质与冲填泥沙的来源以及冲填时的水利条件有关。2、基本特征 以砂性土为主时，固结较快，不属于软弱土； 以粘性土为主时，欠固结、不均匀、高压缩、强度低。,地基处理的对象及其特征,新加坡人工填海,二、软弱地基(Soft Foundation)：(三)、杂填土(Miscellaneous Fill)1、定义： 是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料、生活垃圾而形成的土。常见城市河岸边。2、基本特征 欠固结、不均匀、高压缩、强度低、浸水沉陷。 未经处理不可作为持力层，在同一场地的不同位置，地基承载力和压缩性可能有较大的差异。,地基处理的对象及其特征,二、软弱地基(Soft Foundation)：(四)、高压缩性土(High Compressible Soils) 如含有有机质的土、腐烂植物、泥炭土等。 另外，饱和松散粉细砂(Loose Sand)（包括部分粉土）也应属于软弱地基范畴，在动力菏载(机械振动、地震等）重复作用下将产生液化、振陷；基坑开挖时也会产生管涌。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)： 主要包括湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等。(一)、湿陷性黄土(Collapsible Loess)1、定义： 凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土，称为湿陷性黄土。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、湿陷性黄土(Collapsible Loess),地基处理的对象及其特征,200kPa,s=(hd-hw)/h00.015,s=(ed-ew)/(1+e0),三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、湿陷性黄土(Collapsible Loess)2、我国分布及存在问题： 我国湿陷性黄土广泛分布在甘肃、陕西、宁夏、山西、青海、河北、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河南和新疆等地。 由于黄土的浸水湿陷而引起建筑物的不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。设计时首先要判断是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、湿陷性黄土(Collapsible Loess),地基处理的对象及其特征,黄土高原上的湿陷性黄土,三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、湿陷性黄土(Collapsible Loess)3、常用处理方法： 垫层法、强夯法、土挤密桩法、预浸水法、化学法等。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(二)、膨胀土(Expansion Soil)1、定义： 是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（蒙脱石）组成的粘性土，它是一种吸水膨胀和失水收缩并具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。2、我国分布及存在问题： 分布范围很广，在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等省均有不同范围的分布。其作为筑路材料或建筑物地基时，如果不进行地基处理，常会造成较大的危害。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(三)、红粘土(Red Clay)1、定义： 是指石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色粘性土，称为红粘土。2、我国分布及存在问题： 分布在广西、云南、贵州等省。 通常红黏土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀变化。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(四)、季节性冻土(Seasonally Frozen Ground)1、定义： 凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土都称为冻土；而冬季冻结、夏季融化的土层，称为季节性冻土；对冻结状态持续3年以上的土层，则称为多年冻土或永冻土。2、我国分布及存在问题： 季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布。因其呈周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大。,地基处理的对象及其特征,三、特殊土地基(Special Ground)：(五)、岩溶(Karst) 主要出现在碳酸类岩石地区；其基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。,地基处理的对象及其特征,一、地基处理的目的： 地基处理的目的是利用各种地基处理方法（夯实、置换、排水固结、加筋和热力学等）对地基土进行加固，以改善地基土的特性，使之满足工程建设的要求。 因此，地基处理措施包括5个方面的内容：改善剪切、压缩、透水、动力特性，以及改善特殊土的不良特性。,地基处理的目的,二、5方面内容1、改善剪切特性（Shear Strength） 地基土的剪切破坏反映在土体的抗剪强度不足，需采取措施增大抗剪强度。2、改善压缩特性（Compressibility） 沉降问题3、改善透水特性（Hydraulic Conductivity） 包括增大和减小渗透系数两种。防渗、排水、渗透稳定等。,地基处理的目的,二、5方面内容4、改善动力特性（Dynamic Characteristics） 液化、震陷5、改善特殊土的不良地基特性 湿陷性黄土、膨胀土等,地基处理的目的,一、我国地基处理的历史 2000年前软土中夯入碎石等压密土层的夯实法 灰土和三合土的垫层法 沿海地区修建海塘，堆载预压,地基处理方法的分类,二、地基处理方法分类1、按时间分类 临时、永久2、按处理深度分类 浅层处理和深层处理3、按处理土性对象分类 砂性土处理和粘性土处理,地基处理方法的分类,二、地基处理方法分类4、按作用机理分类 见教材：换土垫层法、深层密实法、排水固结法、加筋法、胶结法、热学法。 机理：置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、冷热。 每种方法都可能包括不同加固机理。 对每种地基处理方法，在使用时必须注意其加固机理、适用范围、优点和局限性。,地基处理方法的分类,换土垫层法,深层密实法-强夯碎石桩,强夯施工,排水固结法,加筋法,路堤加筋,胶结法,高压喷射注浆法,深层搅拌法,一、地基处理设计前调查研究 主要内容包括以下4个方面：(一)、结构条件1、建筑物的体形、刚度、受力体系、材料及使用2、结构荷载大小、分布、种类3、基础类型、布置和埋深4、基底压力、地基承载力、变形允许值,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,一、地基处理设计前调查研究(二)、地基条件1、地形、地质、地层基本状况2、软弱地层厚度、分布3、持力层位置及状况4、地下水及地基土物理力学参数5、根据软弱土层不同及工程设计需要选择合理的地基处理方法,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,一、地基处理设计前调查研究(三)、环境条件1、施工场地周边环境2、施工振动、噪音的影响3、废水、废气、固体垃圾等污染物4、减少施工对周边环境的影响,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,一、地基处理设计前调查研究(四)、施工条件1、用地条件2、工期3、工程用料4、其他：施工机械、质量控制、管理水平、造价等,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,二、地基处理方案确定步骤(一)、确定方案前应具备的资料1、详勘资料，地下管线、障碍物分布2、地基处理范围3、类似工程的资料搜集和分析,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,二、地基处理方案确定步骤(二)、确定地基处理方案的步骤1、初拟：搜集上述资料，初选几种地基处理方案2、比选：从预期处理结果、材料来源及消耗、施工机具和进度、对环境影响等，进行技术经济比较，优选方案3、试验：对选定的方案进行现场实体试验，检验设计参数、选择合理施工方法、确定施工效果。,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,地基处理的设计程序,对地基的要求,地基处理范围、指标,天然地基条件,地基处理方法原理,过去的经验,机械设备材料条件,提出多个可行性方案,技术经济进度环保比较,初步方确定方案,现场小型试验,地基处理施工设计,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Treatment Techniques,选用地基处理方法应力求做到技术先进、 经济合理、安全适用、确保质量。地基处理方法很多，没有一种方法是万能的。对每一具体工程均应进行具体细致分析，从地基条件、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）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。,1.4 地基处理工程的施工管理1.4 Construction Management of Ground Treatment,1 地基处理工程的特点 （1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥； （2） 每一项地基处理工程都有它的特殊性； （3） 地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。,2 地基处理工程的施工管理 在地基处理施工过程中，只让现场人员了解如何施工是不够的，还必须使他们很好地了解所采用的地基处理方法的原理、技术标准和质量要求，经常进行施工质量和处理效果的检验，使施工符合规范要求，以保证施工质量。,地基处理工程的效果检验Testing of Construction Effects of Ground Treatment,对地基处理的效果检验,应在地基处理施工结束后一定时间再进行检验。效果检验的方法有：载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、取芯试验等。有时需要采用多种手段进行检验，以便综合评价地基处理效果。,近50年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速在20世纪60年代中期，如何提高土的抗拉强度-土的加筋法从如何有利于土的排水和排水固结-土工合成材料、砂井预压和塑料排水带从如何进行深层密实处理-强夯法和振动水冲法机械设备制造业的发展的影响，如高压喷射注浆等成立专门委员会著作、期刊规范,地基处理技术国内外发展情况,地基与基础的区别？何谓软土、软弱土、软弱地基？地基存在的问题主要是哪4方面？地基处理主要包括哪5方面内容？地基处理从机理上主要为哪几个方面？地基处理设计步骤？地基处理的检验和监测主要包括哪些方面？,思考题,