地基处理监测与检验方法(1).ppt

地基处理技术,Ground Improvement Techniques郑俊杰（ZHENG Jun-Jie),一、课程的性质和目的1 General Description of the Course,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或40学时（24学时课程可选讲一部分）。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。,二、典型工程案例2 Typical Case Histories,比萨斜塔(Leaning Tower of Pisa),意大利比萨斜塔自 1173年9月8日 动工，至1178年建至第4层中部，高度 29m 时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高 48 m，再次停工中断82年。1360年再次复工，至1370年竣工，前后历经近200年。该塔共8层，高 55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差 1.8m，塔顶离中心线已达 5.27 m，倾斜5.5度，成为危险建筑。,比萨斜塔纠偏,苏州虎丘塔建于公元959 961年，为七级八角形砖塔，塔底直径1366m，塔身高47.5m,塔重63000 kN。1978年，塔顶位移2.3m，塔的重心偏离基础轴线0.924m。1978年6月开始对地基加固，1983年5月完成，地基沉降趋于稳定。,加拿大特朗斯康谷仓（Transcona Grain Elevator）,加拿大 Transcona 谷仓，南北长 59.44m，东西宽 23.47 m,高 31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚 61cm，埋深 3.66m。谷仓 1911 年动工，1913 年秋完成。谷仓自重 20000 t，相当于装满谷物后总重的 42.5%。1913 年 9 月装谷物，至 31822m 3 时，发现谷仓 1 小时内沉降达 30.5cm，并向西倾斜，24 小时后倾倒，西侧下陷 7.32m，东侧抬高 1.52m，倾斜 27 度。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用 388 个 50t 千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降 4m。事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，而采用了邻近建筑地基 352kPa 的承载力，事后 1952 年的勘察试验与计算表明，基础下埋藏有厚达16m的软黏土层，该地基的实际承载力为 193.8 276.6kPa，远小于谷仓地基破坏时 329.4 kPa 的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。,加拿大特朗斯康谷仓（Transcona Grain Elevator）,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，建于黏土地基上。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。,砂土液化造成建筑物严重倾斜或倾倒,砂土液化造成桥梁地基及结构破坏,三、课程教学的主要内容3 Contents of the Course,第1篇 总 论 Part 1 Basic Knowledge,第1章 绪论（Preliminary Description）1.1 地基处理的目的和意义 1.2 地基处理方法分类及应用范围 1.3 地基处理方法的选用原则 1.4 地基处理工程的施工管理 1.5 地基处理技术最新发展,第2章 地基处理监测与检验方法Chapter 2 Monitoring and Testing Methods 2.1 概述 2.2 地基水平位移及沉降观测 2.3 地基土应力测试 2.4 载荷试验 2.5 静力触探试验 2.6 圆锥动力触探试验,第2篇 均质人工地基处理方法 Part 2 Homogeneous Artificial Ground,第3章 换填垫层法 Chapter 3 Replacement and Cushion 3.1 概述 3.2 垫层的作用 3.3 土的压实原理 3.4 垫层设计 3.5 粉煤灰垫层 3.6 垫层施工方法 3.7 质量检验,第4章 排水固结法 Chapter 4 Consolidation Method 4.1 概述 4.2 排水固结法的原理 4.3 堆载预压设计计算 4.4 砂井排水固结设计计算 4.5 真空预压设计计算 4.6 施工方法 4.7 真空-堆载联合预压法 4.8 质量检验 4.9 工程实例,第5章 强夯法和强夯置换法Chapter 5 Dynamic Consolidation and Dynamic Consolidation with Replacement 5.1 概述 5.2 加固机理 5.3 设计 5.4 施工 5.5 质量检验 5.6 工程实例,第3篇 复合地基处理方法Part 3 Composite Foundation,第6章 复合地基基本理论 Chapter 6 Design Principles of Composite Foundation6.1 复合地基的定义与分类6.2 复合地基的常用型式6.3 复合地基的常用概念6.4 竖向增强体复合地基承载力计算6.5 水平向增强体复合地基承载力计算6.6 复合地基沉降计算方法,第7章 灰土挤密桩法和土挤密桩法Chapter 7 Lime Soil Column and Earth Column 7.1 概述 7.2 加固原理 7.3 设计计算 7.4 施工 7.5 质量检验 7.6 工程实例,第8章 砂桩法 Chapter 8 Sand Column 8.1 概述 8.2 加固原理 8.3 设计计算 8.4 施工 8.5 质量检验 8.6 工程实例,第9章 碎石桩法 Chapter 9 Gravel Column 9.1 概述 9.2 振冲碎石桩法 9.3 其他碎石桩法 9.4 碎石桩复合地基设计 9.5 质量检验 9.6 工程实例,第10章 石灰桩法 Chapter 10 Lime Column 10.1 概述 10.2 加固原理 10.3 设计计算 10.4 施工 10.5 质量检验 10.6 工程实例,第11章 水泥土搅拌法Chapter 11 Soil-Cement Mixing Method 11.1 概述 11.2 加固机理 11.3 室内试验 11.4 设计计算 11.5 施工 11.6 质量检验 11.7 工程实例,第12章 夯实水泥土桩法Chapter 12 Rammed Soil-Cement Column 12.1 概述 12.2 作用机理 12.3 设计计算 12.4 施工 12.5 质量检验 12.6 工程实例,第13章 高压喷射注浆法Chapter 13 High Pressure Jet Grouting 13.1 概述 13.2 定义及其种类 13.3 特点及适用范围 13.4 设计计算 13.5 施工 13.6 质量检验 13.7 工程实例,第14章 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法Chapter 14 Cement Flyash Gravel Pile 14.1 概述 14.2 褥垫层技术 14.3 CFG桩复合地基工程特性 14.4 CFG桩复合地基设计计算 14.5 CFG桩复合地基施工 14.7 施工检测及验收,第15章 多元复合地基法 Chapter 15 Multi-element Composite Foundation 15.1 概述 15.2 多元复合地基的定义及分类 15.3 多桩型复合地基法 15.4 双向增强体复合地基法,第4篇 其他地基处理方法Part 4 Other Ground Improvement Techniques,第16章 加筋法 Chapter 16 Reinforcement 16.1 概述 16.2 加筋土挡墙 16.3 土钉 16.4 土工合成材料 16.5 工程实例,第17章 灌浆法 Chapter 17 Grouting 17.1 概述 17.2 灌浆材料 17.3 灌浆法分类及其原理 17.4 灌浆设计 17.5 灌浆施工方法 17.6 质量检验 17.7 工程实例,第18章 特殊土地基处理Chapter 18 Ground Improvement for Special Soil 18.1 概述 18.2 膨胀土地基处理 18.3 湿陷性黄土地基处理 18.4 液化地基处理 18.5 工程实例,四、学时分配4 Schedule of the Course,第1章 绪 论Chapter 1 Preliminary Description,1.1 地基处理的目的和意义1.1 Aims and Functions,地基指承受建（构）筑物荷载的地层。建（构）筑物的地基所面临的问题有以下 四方面：（1）承载力及稳定性问题；（2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题；（3）渗透问题；（4）液化问题。,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)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。,地基处理的概念Concept of Ground Improvement,在土木工程建设中经常遇到的软弱土和不良土主要包括：软黏土、人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。,主要软弱土和不良土The Types of Soft and Poor Soils,软黏土(Soft Clayey Soil),软黏土是软弱黏性土的简称。大部分是饱和的，其天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0。当天然孔隙比大于1.5时,称为淤泥;当天然孔隙比大于1.0而小于1.5 时,称为淤泥质土。软黏土的特点：天然含水量高（3580）；天然孔隙比大（1.02.0)；抗剪强度低（不排水抗剪强度约5 25kPa）；压缩系数高（0.5 1.5MPa-1）；渗透系数小（10-6 10-8 cm/s）。它广泛分布在我国沿海以及内地河流两岸和湖泊地区。软黏土一般固结时间很长，固结沉降较大。,人工填土Artificial Fill,人工填土按照物质组成和堆填方式可以分为素填土、杂填土和冲填土三类。按堆填时间分为老填土和新填土两类。黏性土堆填时间超过10年，粉土堆填时间超过5年，称为老填土。填土一般会产生较大的固结沉降。,1.2 地基处理方法分类1.2 Classification of Ground Improvement Techniques,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 冷热处理法（1）冻结法；（2）烧结法,1.3 地基处理方法选用原则1.3 Selection of Ground Improvement 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 Improvement,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。,1.5 地基处理技术的最新发展1.5 Advances in Ground Improvement Techniques,1 地基处理新方法的涌现2 地基处理施工机械的发展3 地基处理材料的发展4 地基处理设计计算理论的发展5 地基处理施工工艺的发展6 地基处理现场监测技术的发展7 多种地基处理方法的综合应用,思考题(Problems),（1）地基所面临的问题有哪些方面？（2）地基处理的目的是什么？（3）土木工程中经常遇到的不良土有哪些？（4）地基处理方法可分为哪几大类？简述每一种地基处理方法的应用范围。,（5）地基处理方法的选用原则是什么？简述地基处理方案的确定步骤。（6）地基处理工程的特点是什么？（7）如何进行地基处理的施工管理？（8）地基处理的最新发展表现在哪些方面？,第2章 地基处理监测与检验方法Chapter 2 Monitoring and Testing Methods of Ground Improvement,2.1 概 述2.1 Introduction,地基处理现场监测和质量检验测试是地基处理工程的重要环节。2.1.1 现场监测与质量检验的目的(1)为工程设计提供依据；(2)作为大面积施工的控制和指导；(3)为地基处理工程验收提供依据；(4)为理论研究提供实验依据。,软土地基处理现场监测,软土地基处理现场监测,2.1.2 现场监测与质量检验的内容与方法（1）地基与桩体强度：包括单桩和复合地基静载荷试验、标准贯入试验、静力触探与动力触探试验、桩身高应变检测、钻芯法等；（2）地基变形：包括地基沉降与水平位移测试；（3）应力监测：包括土压力和孔隙水压力测试；（4）桩身完整性：采用桩身低应变检测和声波透射法测试；（5）动力特性：采用波速测试、地基刚度测试等。,2.1.3 现场监测与质量检验应注意的问题(1)前后两次测试应尽量使用同一仪器、同一标准进行；(2)由于各种测试方法都有一定的适用范围，因此必须根据测试目的和现场条件，选择最有效的方法；(3)无论何种方法，都有一定的局限性，故应尽可能采用多种方法，进行综合评价；(4)测试位置应尽量选择有代表性的部位，测试数量按有关规定要求进行。,2.2.1 测斜仪,2.2 地基水平位移及沉降观测2.2 Measurement of Deformation of Ground,型号:MZ5514用途特点：各种静态角度的测量或控制如平台水平位置的测量和控制；水坝，高层建筑大型构件等测斜的测量,角度测量仪,滑动式测斜仪,规格:MZ5515A用途特点:土石坝、岩土边坡、建筑物基坑、堤防、地下建筑工程、港务工程、打桩等引起的土提内部水平位移的测量。电压敏感度归化为2.5伏/伏/g，因此电压读数既是土体水平位移毫米数。,2.2.2 分层沉降仪,用途特点：5515-1滑动式沉降仪是石英桡性伺服加速度计为敏感元件的滑动式沉降仪，它是在5515滑动式测斜仪基础上开发研制的横向测量沉降的一种测量仪器。广泛用于铁路、公路工程等路基土体工程中的精密测量仪器。,产品名称：滑动式沉降仪,2.3 地基土应力测试2.3 Measurement of Stress in Ground,2.3.1 土压力计,钢弦式（贴片式）土压力计,应变式土压力计,适用于测量土石坝、防波堤、护岸、码头岸壁、高层建筑、桥墩、挡土墙、隧道、地铁、机场、公路、铁路、防渗墙结构等建筑基础与土体的压应力，是了解被测物体内部土压力变化量的有效监测设备；并可同步测量埋设点的温度。,TYJ-20型振弦式土压力计,GYH系列单膜/双膜/分离式/土压力计,DYB系列电阻应变式土压力计,2.3.2 孔隙水压力计,振弦式孔隙水压力计具有二次密封性能，广泛适用于钻孔法安装，能长期埋设在水工建筑物或其他建筑物地基内，测量结构物地基内的孔隙(渗透)水压力。并可同步测量埋设点的温度,KYJ-37型振弦式孔隙水压力计具有二次密封性能，广泛适用于填筑法施工安装，能长期埋设在水工建筑物或其他建筑物地基内，测量结构物地基内的孔隙(渗透)水压力。并可同步测量埋设点的温度。,载荷试验是在一定面积的承压板上（或桩顶上）向地基土（或桩）逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土（或桩）的变形特征。其优点是对地基土基本不产生扰动。利用其成果确定地基（或桩）的承载力是可靠的，既可直接用于工程设计，也可用于检验施工效果，另外对于预估建筑物的沉降也很有效。载荷试验可分为地基载荷试验和单桩载荷试验。,2.4 载荷试验(Load Test),静载荷试验（堆载方式）,复合地基载荷试验承压板、千斤顶及百分表,手动油泵,2.4.1 单桩竖向静载荷试验（Vertical Static Load Test of Pile）一、试验开始时间 二、试验加载装置 三、试验加载方式 四、荷载分级 五、沉降测读及稳定标准 六、试验终止加载的条件 七、单桩竖向极限承载力的确定,桩基及地基静载荷试验,桩基静载荷试验,桩基静载试验,2.4.2 天然地基平板载荷试验（Plate Loading Test of Natural Ground）浅层平板载荷试验的目的是确定地基土层的层压板下应力主要影响范围内的承载力。浅层平板载荷试验只适用于地表浅层地基和地下水位以上的地层。一、试验设备(1)承压板；(2)加载装置；(3)沉降观测装置 二、试验方法 三、资料整理 四、成果应用 五、影响试验精度的主要因素,2.4.3 复合地基载荷试验(Static Load Test of Composite Ground)复合地基载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数。复合地基载荷试验包括:(1)单桩复合地基载荷试验(2)多桩复合地基载荷试验。,一、试验要点（1）复合地基荷载试验的承压板应为刚性。单桩复合地基荷载试验的承压板可采用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基荷载试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。桩的中心(或形心)应与承压板的中心保持一致，并与荷载作用点相重合。,（2）承压板高程宜接近基础底面设计高程。承压板底面下宜铺设与设计复合地基垫层相应的垫层，垫层厚度宜取50150mm，桩身强度高时宜取大值。垫层上宜设中砂或粗砂找平层。试验标高处的试坑长度和宽度，应不小于承压板尺寸的3倍。基准梁的支点应设在试坑之外。（3）加荷等级可分为812级，最大加载压力不宜小于设计要求压力值的2倍。（4）每加一级荷载前后均应测读承压板的沉降量一次，以后每半小时测读一次。当一小时内沉降量小于0.1 mm时，即可加下一级荷载。,（5）当出现下列现象之一时可终止试验：1）沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显的隆起；2）承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%；3）当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。（6）卸载级数可为加载级数的一半，等量卸载，每卸一级，间隔半小时，测读回弹量，待卸完全部荷载后间隔三小时测读总回弹量。,二、复合地基承载力特征值的确定（1）当压力沉降曲线上能确定出极限荷载，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限作为复合地基承载力特征值；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半作为复合地基承载力特征值。,（2）当压力沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定复合地基承载力特征值：对于砂石桩、振冲桩或强夯置换墩：当以黏性土为主的地基，可取或等于0.015所对应的压力（为载荷试验承压板的沉降量；和分别为承压板宽度和直径，当其值大于2 m时，按2 m计算）；当以粉土或砂土为主的地基，可取或等于0.01所对应的压力。对土挤密桩、石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基，可取或等于0.012所对应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取或等于0.008所对应的压力。,对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取或等于0.008所对应的压力；当以黏性土、粉土为主的地基，可取或等于0.01所对应的压力。对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取或等于0.006所对应的压力。对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变形值。按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。,（3）复合地基载荷试验的试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30时，可取其平均值作为复合地基承载力特征值。,静力触探试验（CPT）（cone penetration test）是用静力匀速将标准规格的圆锥形探头按一定的速率压入土（或其他介质）中，同时量测探头阻力，测定土（或其他介质）的力学特性。静力触探试验具有勘探和测试双重功能。在地基处理过程中，可用静力触探试验对灰土桩、石灰桩等桩体进行触探，由量测到的探头阻力来推求桩身强度，进而判断桩身质量。,2.5 静力触探试验2.5 Cone Penetration Test,一、静力触探的具体用途二、试验设备三、试验要点四、资料整理五、在石灰桩桩身质量检测中的应用,静力触探头,静力触探十字板试验两用仪,法国PANDA-可变能量动力触探仪,圆锥动力触探试验（DPT）（dynamic penetration test）是用一定质量的重锤，以一定高度的自由落距，将标准规格的圆锥形探头贯入土（或其他介质）中，根据打入土（或其他介质）中一定距离所需的锤击数，判定土（或其他介质）的力学特性。圆锥动力触探试验具有勘探和测试双重功能。,2.6 圆锥动力触探试验2.6 Dynamic Penetration Test,圆锥动力触探试验的类型可分为轻型、重型和超重型三种。锤重分别为10kg、63.5kg和120kg。轻型动力触探可应用于石灰桩的施工检测，即通过锤击数来判定石灰桩桩体的密实度。重型动力触探可应用于碎石桩的桩体密实度检验。,思考题(Problems),（1）为什么说地基处理现场监测和质量检验是地基处理工程的重要环节？（2）试述地基处理现场监测与质量检验的目的、内容与方法以及应注意的问题。（3）简述单桩竖向静载荷试验、天然地基载荷试验和复合地基载荷试验的试验方法及承载力确定方法。（4）了解静力触探和动力触探在地基处理工程监测中的应用。,