地基处理讲义5(1).ppt

第五章 地基处理,第五章 地基处理,第一节 概 述,人工地基：土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。地基处理：是为提高地基土的承载力、改善其变形性质或渗透性质而采取的工程措施。,5-1 概述 第五章 地基处理,第一节 概 述,地基处理方法的分类,5-1 概述 第五章 地基处理,地基处理的目的和内容：1.提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破换或减轻土压力；2.改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降；3.改善其渗透性，加速固结沉降过程；4.改善土地动力特性，防止液化；5.消除或减少特殊土的不良工程特性（如黄土的湿陷性，膨胀土的膨胀性）。,5-1 概述 第五章 地基处理,公路工程地基处理方法分类及其适用范围 表6-1,5-1 概述 第五章 地基处理,公路工程地基处理方法分类及其适用范围 表6-1,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,5-1 概述 第五章 地基处理,注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。,因此：对于每一工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，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，也可以是多种方法的综合处理。,5-1 概述 第五章 地基处理,第二节 软土地基,软土的分布：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土。软弱土：是指抗剪强度较低、天然含水率高、天然孔隙比大、压缩性较高、渗透性较小的饱和黏性土。软土的分类：主要包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,一软土,一软土,5-2 软土处理 第五章 地基处理,淤泥是指天然含水率大于液限，天然空隙比大于1.5的黏性土。（e1.5）淤泥质土是指天然空隙比小于1.5但大于1.0的黏性土。（1.5 e1.0）无机土为土中的有机质含量小于5%；有机土为土中的有机质含量小于等于10%、大于等于5%；泥炭质土为土中的有机质含量小于60%、大于10%;泥炭为土中的有机质含量大于60%。,2.软弱土的物理力学特性：天然空隙比大：e1 天然含水量高：wwL 抗剪强度低：压缩系数高：渗透系数小：灵敏度高；具有明显的流变性。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,一软土,流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。,二、软土的工程特性,地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长,5-2 软土处理 第五章 地基处理,三大特性,三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算,(一)软土地基的承载力,软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：软土成层条件、应力历史、力学特性及排水条件；上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；施工方法和程序；采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,1根据极限承载力理论公式确定,公桥基规提出软土地基承载力容许值(kPa)为,2根据土的物理性质指标确定,一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料w与软土的承载力基本容许值 关系如下表所示。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,3按临塑荷载估算,软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载pcr公式估算，以控制沉降在一般建筑物容许范围。条形基础临塑荷载pcr(kPa)计算式为,饱和软土 时，Nq=1，Nc=则,5-2 软土处理 第五章 地基处理,4用原位测试方法确定,由于室内试验测定土的物理力学指标(如cu等)常受土被扰动影响使结果不正确；而一般土的承载力理论公式用于软土也会有偏差，因此采用现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。软土地基常用的原位测试方法：载荷试验、旁压试验 十字板剪切试验 按标准贯入试验 静力触探试验,5-2 软土处理 第五章 地基处理,（二）软土地基的沉降计算,软土地基在荷载下沉降变形的主要部分为固结沉降Sc，此外还包括瞬时沉降Sd与次固结沉降Ss，如图所示。软土地基的总沉降量S为Sd、Sc、Ss之和。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,图5-1 软土地基沉降的组成,1固结沉降Sc,在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结发生的沉降称为（主）固结沉降，常用的计算方法如下。,（1）采用ep曲线计算,（2）采用压缩模量计算,(3)采用elogp曲线计算,5-2 软土处理 第五章 地基处理,2瞬时沉降Sd,瞬时沉降包括土的两种沉降，一种由地基土弹性变形引起；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由软土侧向剪切变形引起。前一部分可用弹性理论公式计算,有时也用Sd(0.20.3)Sc对瞬时沉降进行估算。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,3次固结沉降Ss,长期现场观测表明，在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动而继续发生长期(长达数年以上)的、缓慢的压缩，称为次固结沉降。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,计算公式：,图5-2 次固结沉降图,(三)软土地基的稳定性分析,分析软土地基上建筑物承受水平推力后，由于地基土抗剪强度低，发生基础连同部分地基土在土中剪切滑移失稳的可能性。在软土地基上桥台、挡土墙等承受侧向推力的建筑物在保证其地基承载力、沉降验算。同时，应进行稳定性的分析。,5-2 软土处理 第五章 地基处理,四、软土地基基础工程应注意的事项,5-2 软土处理 第五章 地基处理,（一）要取得代表性很好的地质资料,（二）软土地基路堤地基处理设计应注意的事项,1软土路堤的稳定性分析2软土路堤的变形分析3软土地基处理方案的合理选择4观测和试验,（三）软土地区的桥涵基础设计应注意的事项,（四）软土地基桥台及桥头路堤的稳定设计应注意的事项,第三节 换土垫层法,换土垫层法是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗料径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。,换填的材料要求：主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。,适用条件：主要用于浅层地基处理，一般适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、古井、古墓等处理深度不大（通常控制在3m以内）的各类软弱土层。,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,砂垫层,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,一、砂垫层的设计计算,(一)砂垫层厚度的确定,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,砂垫层厚度计算实质上是软弱下卧层顶面承载力的验算，根据需要置换的软弱下卧层顶面承载力确定垫层厚度，应满足下式要求，通过试算求得：,（6-12）,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,设计时，一般采用试算法，即先根据上部结构、基础的荷载情况以及软弱下卧层的承载力情况初步取定垫层的厚度，然后验算承载力是否满足要求。不满足时调整初选值再进行验算直至符合要求。垫层的厚度通常不宜小于0.5m，也不宜大于3m。,(二)砂垫层的宽度,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,（1）垫层的顶宽,为防止垫层向两侧挤出，垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上，按当地开挖基坑经验要求的坡度延伸到地面。,（2）垫层的底宽,垫层的宽度应满足基底压应力扩散的要求，可按下式或根据当地经验确定：,(三)垫层的承载力,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,垫层承载力容许值fcu宜通过现场确定，当无试验资料时，可按表6-4参考采用。,各种垫层承载力容许值fcu 表6-4,(四)沉降验算,垫层地基的变形包括垫层自身变形及压缩层范围内下卧层的变形。垫层地基的沉降量按下式计算：,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,（6-16）,（6-17）,二、垫层施工与质量检验,软土地区采用换填地基时，其填筑、压实的施工及检测应符合公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）规定。垫层施工应严格控制垫层材料的颗粒成分和质量。在地下水位高于基坑底面时，应采取排水或降低水位措施。在基坑挖好经检验后，应迅速进行铺压垫层材料，避免坑底暴露过久，或被践踏、浸水使土结构遭到破坏，强度降低。施工时应严格保证垫层材料的密实度，应选择合格的铺压厚度，确定最优含水量。分层压实可采用机械碾压、重锤夯实、振动压实等。要求分层压实达到设计要求的压实度(应在90%以上)。砂垫层的质量检验，可选用环刀取样法或贯入测定法进行，采用应达到的干重度或贯入度作为控制指标。垫层材料除砂、砂砾外，也可考虑用石灰土、二灰土(石灰加粉煤灰)、加筋土等，可根据具体情况因地制宜、就地取材选择，并正确选用有关设计参数。,5-3 换土垫层法 第五章 地基处理,第四节 排水固结法,排水固结法是使天然地基在建筑物投入使用之前完成大部分固结沉降，从而减少建筑物或构筑物使用期的沉降，保证建筑物的沉降和沉降差在允许的范围内。,图6-5 室内压缩试验说明排水固结法原理a)e-曲线 b)-曲线,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,一、砂井堆载预压法,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,图6-6 砂井堆载预压,砂井堆载预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏土地基。饱和黏土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,1排水竖井设计,（1）砂井的直径和间距：,以“细而密”为佳，普通砂井的直径为300500mm，间距可按为直径的68倍选用。,（2）砂井深度：,当软土不厚（一般为1020m）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超过20m）,不必打穿黏土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。,（3）砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：,等边三角形布置,正方形布置,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,图6-7 砂井的平面布置及固结渗透途径,（4）砂井的布置范围：由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加24m。（5）砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于103cm/s。,（6）砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5 m1 m。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,2预压荷载,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理，超载量大小应根据预压时间内要求完成的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加应力。在公路工程中，预压分欠载预压、等载预压和超载预压。预压高度应根据软土性质、路堤设计高度、填料情况及施工工期等确定，并考虑路面结构层材料重度与填料重度不同的因素。,3砂井地基的固结度计算。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,一级或多级等速加载条件下，当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：,（6-18）,4预压荷载下地基土体的抗剪强度验算,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,计算预压荷载下饱和黏性土地基中某点的抗剪强度时，应考虑土体原来的固结状态，对正常固结饱和黏性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下式计算：,（6-24）,5预压荷载下地基的最终竖向变形量计算,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算：,（6-25）,二、袋装砂井和塑料排水板预压法,用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,(一)袋装砂井预压法 目前国内应用的袋装砂井直径一般为70120mm，间距为1.0m2.0m(井径比n约取1520)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,袋装砂井的设计理论、计算方法基本与普通砂井相同，它的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，优点是：施工工艺和机具简单、用砂量少；间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,(二)塑料排水板预压法 塑料排水板预压法是将塑料排水板用插板机插入加固的软土中，然后在地面加载预压，使土中水沿塑料板的通道逸出，经砂垫层排除，从而使地基加速固结。塑料板排水与砂井比较具有如下优点：1，塑料板由工厂生产，材料质地均匀可靠，排水效果稳定；2塑料板重量轻，便于施工操作；3施工机械轻便，能在超软弱地基上施工；施工速度快，工程费用便宜。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,多孔单一结构型塑料排水板,复合结构塑料排水板,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,塑料排水板,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,三、天然地基堆载预压法 天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。此方法费用较少，但工期较长。如软土层不太厚，或软土中夹有多层细、粉砂夹层渗透性能较好，不需很长时间就可获得较好预压效果时可考虑采用，否则排水固结时间很长，应用就受到限制。此法设计计算可用一维固结理论。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,四、真空预压法和降水位预压法,真空预压法实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道(普通砂井、袋装砂井或塑料排水板)，再用不透气的封闭薄膜覆盖软土地基，使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空泵进行抽气，使其形成真空，当真空泵抽气时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐渐形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，在此压力差作用下，土体中的孔隙水不断排水，从而使土体固结。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况，使用前应摸清土层分布及地下水位情况等。,5-4 排水固结法 第五章 地基处理,第五节 挤(振)密法,一、挤密砂桩法,概念：是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm600mm)然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入25%35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。作用：对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用，对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,（一）砂桩的设计,5-5 挤密法 第五章 地基处理,1加固范围,通常砂桩挤密地基的面积应超出基础的面积，每边放宽不应少于13排；用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，且不宜小于5m；对高速公路，一般应处理至边缘外13m。,2桩直径及桩位布置,图6-12 砂桩的布置及中距,5-5 挤密法 第五章 地基处理,3砂桩的间距,一般对粉土和砂土地基，不宜大于砂桩直径的4倍；对黏性土地基不宜大于砂桩直径的3倍。初步设计时，砂桩的中距也可按下列公式估算。,(1)松散粉士和砂土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比e1来确定。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,（2）黏性土地基,正方形布置：,（6-31）,5-5 挤密法 第五章 地基处理,4砂桩桩长,砂桩桩长不宜小于4m 当软弱土层厚度不大时，砂桩桩长宜穿过松软土层；当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂石桩桩长不应小于最危险滑动面以下2m的深度；对按变形控制的工程，砂桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求；对可液化的地基，砂石桩桩长应按现行相关国家标准中的有关规定采用。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,5砂桩孔内的填料和填砂量,砂桩内填料宜用砾砂、粗砂、中砂、圆粒、角砾、卵石、碎石等，填料中含泥量不应大于5%，并不宜含有粒径大于50mm的粒料。,6垫层,砂桩施工完成后，桩顶部分的桩体比较松散，密实度较小，应采用碾压或夯实的方法将其压密，然后在砂桩顶部宜铺设一层厚度为300500mm的砂石垫层。必要时可在垫层中增设加筋织物，加大地基抗剪强度。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,7强度验算,计算中设有砂桩的复合地基的路堤整体抗剪稳定安全系数时，复合地基内滑动面上的抗剪强度采用复合地基抗剪强度，该强度可按下式计算：,（6-34）,（6-35）,（6-36）,（6-37）,5-5 挤密法 第五章 地基处理,8沉降计算,在砂桩桩长深度内地基的沉降 按下式计算：,（6-38）,（6-39）,5-5 挤密法 第五章 地基处理,（二）砂桩施工,可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法。当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩法。振动式是靠振动机的垂直上下振动作用，把带桩靴或底盖的钢套管打入土中成孔，填入砂料振动密实成桩(一面振动一面拔出套管)；锤击式是将钢套管打入土中，其他工艺与振动式基本相同，但灌砂成桩和扩大是用内管向下冲击而成。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,（三）质量检验,应在施工期间及施工结束后，检查砂桩的施工记录。对沉管法，尚应检查套管往复挤压振动次数与时间、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等施工记录。施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和黏性土地基应待孔隙水压力消散后进行，间隔时间不宜少于28d；对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。,二、夯（压）实 法,夯（压）实法对砂土地基及含水率在一定范围内的软弱黏性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。填方或地面浅表层常用的压实方法是碾压法、夯实法和振动压实法，而浅层处理可采用重锤夯实法，深层处理可选择强夯法。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,(一)重锤夯实法 重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提到一定高度(34m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍湿的黏性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基加固方法。,重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为1530kN，锤底直径0.7m1.5m，锤底面自重静压力约为1525kPa，落距一般采用2.54.0m。,有效影响深度：重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土，当锤重为15kN，锤底直径1.15m，落距34m时，夯击68遍，夯击有效深度约为1.101.20m，为达到预期加固密实度和深度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,5-5 挤密法 第五章 地基处理,重锤的式样常为一截头圆锥体(图6-13)，重为1530kN，锤底直径0.7m1.5m，锤底面自重静压力约为1530kPa，落距一般采用2.54.0m。,图6-13 夯锤,(二)强夯法 强夯法概念：用质量达数十吨的重锤自数米高处自由下落，给地基以冲击（图6-14），从而提高一定深度内地基土的密度、强度并降低其压缩性的方法。,特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,强夯法适用范围：处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。对饱和软黏土地基中夹有多层粉砂可采用在夯坑中回填块石、碎砾石、卵石等粒料进行强夯置换处理，,5-5 挤密法 第五章 地基处理,1强夯法加固的机理,图6-14 强夯法示意图,（1）动力密实（2）动力固结（3）动力置换,5-5 挤密法 第五章 地基处理,2强夯法设计,(1)有效加固深度：,(2)夯点的夯击次数（最佳夯击能）：,以夯坑的压缩量最大，夯坑周围地面隆起最小为原则，且最后两击或三击的平均夯沉量不大于50100mm。,(3)夯点可采用正方形或等边三角形布置，间距以57m为宜。一般夯锤有效加固面积可以相连或重合。(4)夯击遍数通过试夯确定。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,(5)间歇时间：,两遍夯击之间留出使土中超孔隙水压力消散的时间，可以通过试夯过程中孔隙水压力测量确定，当缺少实测资料时，可按37d考虑（适用条件是：饱和软黏土地基中夹有多层粉砂或采用在夯坑中回填块石、碎砾石、卵石等粒料进行强夯置换时）。,强夯法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,强夯法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,强夯法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,强夯法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,王曲电厂8000KN.M强夯2,5-5 挤密法 第五章 地基处理,榆次大乘寺2000KN.M强夯,5-5 挤密法 第五章 地基处理,三、振冲法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,概念：利用振冲器在土层中振动和水流喷射的联合作用成孔，然后填入碎石料并提拔振冲器逐段振实形成刚度较大的碎石桩的地基处理方法。,适用范围：适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲法对砂性土地基的加固原理：,振动力除直接将砂层挤压密实外，还向饱和砂土传播加速度，因此在振冲器周围一定范围内砂土产生振动液化，液化后的土颗粒在重力、上覆土压力及外添填料的挤压下重新排列变得密实，孔隙比大为减小，从而提高地基承载力及抗振能力；另一方面，依靠振冲器的重复水平振动力，在加回填料情况下，通过填料使砂层挤压加密。,图6-15 振冲器构造示意图 图6-16 振冲施工过程,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲法主要的施工机具和施工工艺：,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,振冲桩方法,5-5 挤密法 第五章 地基处理,第六节 化学固化法,概念：指在软土地基土中掺入水泥、石灰等，采用喷射、搅拌等方法使其与原土体充分混合，产生固化作用；或把一些具有固化作用的化学浆液(如水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)灌入地基土体中，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,分类：按加固材料的状态可分为粉体类(水泥、石灰粉末等)和浆液类(水泥浆及其他化学浆液)。按施工工艺可分为低压搅拌法(如粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩等)、高压喷射注浆法（如高压旋喷桩等）和胶结法(如灌浆法、硅化法)三类。,一、粉体喷射搅拌(桩)法和水泥浆搅拌(桩)法,概念：深层搅拌法是利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械将其与地基深层土体强制搅拌，经物理化学作用、硬化或形成整体的浆液搅拌法和粉喷搅拌法。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,1.加固机理：(1)水泥的水化反应(2)阳离子交换与团粒化作用(3)硬凝反应(4)碳酸化反应,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,2.水泥土搅拌法设计,(1)对工程地质勘察的要求和适用范围(2)布桩形式(3)桩长、桩径和间距的确定(4)固化剂及外掺剂类型和用量(5)水泥土桩复合地基稳定计算(6)水泥土桩复合地基沉降计算,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,3.水泥土搅拌施工,水泥搅拌桩分为干喷法与湿喷法两种方法，干喷法是把水泥粉喷入地下，与软土搅拌成桩，俗称粉喷桩。湿法是把水泥浆喷入地下，与软土搅拌成桩，又称浆喷桩或深搅桩。其主要步骤应为：搅拌机械就位、调平；预搅下沉至设计加固深度；边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；重复搅拌下沉至设计加固深度；根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；关闭搅拌机械；在预（复）搅下沉时，也可采用喷浆（粉）的施工工艺，但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。,二、高压喷射注浆法,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,概念：高压喷射注浆法是采用注浆管和喷嘴，借高压将水泥浆等从喷嘴射出，直接破坏地基土体，并与之混和，硬凝后形成固结体，以加固土体和降低其渗透性的方法。,适用范围：适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑黏性土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。,分类：高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种类别。按注浆的基本工艺可分为单管法（浆液管）、二重管法（浆液管和气管）、三重管法（浆液管、气管和水管）和多重管法（水管、气管、浆液管和抽泥浆管）等。加固形状可分为柱状、壁状、条状和块状。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,1加固机理,对天然地基土的加固硬化机理和形成复合地基以加固地基土、提高地基土强度、减少沉降量。,2高压喷射注浆法的施工,首先进行施工前的准备；桩机按布好的桩点就位；开机钻孔至设计深度；高压喷射注浆；边注浆边提升；成桩结束提管冲洗。,三、胶结法,(一)灌浆法,概念：亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,按照施工工艺和灌浆工作原理的不同，灌浆方法可分为下列几种：,1灌浆方法,(1)渗透灌浆(2)劈裂灌浆(3)压密灌浆(4)电化学灌浆（或电渗法）,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,按浆液所处状态可分为真溶液、悬浮液和乳化液；按工艺性质可分为单浆液和双浆液；按浆液主剂分为无机系列和有机系列；按浆液颗粒可分粒状浆液（纯水泥浆、水泥黏土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸酯类和聚氨酯等）两大类。,2浆液材料,(二)硅化法 利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的化学浆液加固方法称为硅化法。,1硅化法的加固机理 硅化法按浆液成分可分为单液法和双液法。单液法使用单一的水玻璃溶液，它较适用于渗透系数位0.10.2m/d的湿陷性黄土等地基的加固。此时，水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,2硅化法的设计计算,加固范围及深度应根据地基承载力和要求沉降量验算确定，一般情况加固厚度不宜小于3m，加固范围的底面不小于由基底边缘按30度扩散的范围。化学浆液的浓度，水玻璃溶液自重为1.351.44，氯化钙为1.201.28，土的渗透系数高时取高值，渗透系数低时取低值。,5-6 化学加固法 第五章 地基处理,第七节 土工合成材料加筋法,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,一、土工合成材料的发展及分类,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,各类土工合成材料应用中的主要功能：,注：P表示主要功能，S表示辅助功能。,二、土工合成材料的排水反滤作用,（一）排水作用,具有一定厚度的土工合成材料具有良好的三维透水特性，利用这一特性可以使水经过土工合成材料的平面迅速沿水平方向排走，也可和其他排水材料（如塑料排水扳等）共同构成排水系统或深层排水井，如后图所示土工合成材料埋设方法。,（二）反滤作用,在渗流出口铺设土工合成材料作为反滤层，这和传统的砂砾石滤层一样，均可以提高被保护土的抗渗强度。,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,图6-17 土工合成材料用于排水过滤的典型实例,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,三、土工合成材料的加筋作用,1土工合成材料加筋路堤 2台背路基填土加筋 3加筋软土地基,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,图6-18 土工合成材料加固路堤,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,5-7 土工合成材料加筋法 第五章 地基处理,四、土工合成材料在应用中的问题,1土工合成材料的理论研究工作滞后于应用，制约了土工合成材料技术的深入发展。2必须依据具体工程的要求，寻找性能改善的程度与土工合成材料成本之间的平衡。3土工合成材料的耐久性包括很多方面，应综合考虑。4土工合成材料的施工损伤可引起强度降低，对土工合成材料的耐久性影响较大。5为了选择和应用土工合成材料，必须了解材料的工程性质，以便确定设计参数。,第八节 复合地基理论,广义复合地基是指天然地基在地基处理中部分土体得到增强、或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,一、复合地基的基本概念,1复合地基的涵义和分类,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,根据复合地基工作分类：,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,2复合地基的作用机理,桩体作用 排水作用 挤密作用 加筋作用 垫层作用,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,3复合地基的常用概念,(1)复合地基置换率,复合地基面积置换率m定义为：,（6-43）,(2)桩土应力比,桩土应力比(n)是指复合地基中桩体的竖向平均应力(p)与桩间土的竖向平均应力(s)之比。,(3)复合压缩模量,将加固区视为一均质的复合土体，与原非均质复合土体等价的均质复合土体的压缩模量称为复合压缩模量(Esp)。,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,二、复合地基承载力确定,在工程应用中，复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。由理论公式确定复合地基承载力，目前主要有两种计算模式：第一种是将复合地基作为整体来考虑，这方面的研究成果不多；第二种是分别确定桩体和土的承载力，然后按一定的原则将这两部分承载力叠加得到复合地基的承载力。,5-8 复合地基理论 第五章 地基处理,三、复合地基变形验算,通常把复合地基沉降量分为加固区的沉降量s1和下卧层的沉降量s2两部分，基础和复合地基之间垫层的压缩量常被忽略。如图6-19所示，复合地基的总沉降量s可表示为：,s=s1+s2（6-50）,图6-19 复合地基沉降,