基础工程及浅基础处理工程.ppt

第3章 基础工程（一）,Processing by constructing。,目的要求了解:主要的施工机具熟悉：基础的概念。掌握：地基处理的基本原则、主要的处理方法、浅基础施工的要点。讲授重点主要的处理方法、浅基础施工的要点。讲授难点主要的处理方法、浅基础施工的要点。,在土建、交通、水利工程中，当天然的地基强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要，保证建筑安全可靠。地基处理方法众多，对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有：排水固结法，振密、挤密法，置换及拌入法，灌浆法，加筋法等。具体我们通常将基础分为浅基础和深基础。,概 述,什么是地基？,地基是指建筑物基础底部下方一定深度与范围内的土层。工程上，一般把地层中由于承受建筑物全部荷载而引起的应力和变形不能忽略的那部分土层，称为该建筑物的地基。,建筑物基础底面直接接触的土层，称为持力层。持力层以下的土层称为下卧层，低于持力层强度的下卧层称为软弱下卧层。,所以，在设计与施工中，应针对具体工程明确其地基的范围。,建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）第条 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/181/20。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。,地基的分类?,经过处理达到设计要求的地基称为人工地基；反之称为天然地基。,建筑物对地基的基本要求？,不论是天然地基还是人工地基，均应保证其有足够的强度和稳定性，在荷载作用下地基土不发生剪切破坏或丧失稳定；不产生过大的沉降或不均匀的沉降变形，以确保建筑物的正常使用。,什么是地基处理？,地基处理是指，为了提高地基承载力，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。地基处理除应满足工程设计要求外，尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源等。,地基处理是涉及面广、影响因素多、技术复杂的工程问题。涉及到地基土的强度和稳定性、地基的压缩和变形、水文地质条件的影响、软弱下卧层的影响、动力荷载作用下的液化、失稳和震陷等问题。,地基的局部处理 在施工过程中如发现局部地基土质过软或过硬，不符合设计要求时，应本着使建筑物各部位沉降尽量趋于一致，以减小地基不均匀沉降的原则对地基进行处理，即地基的局部处理。地基的整体加固 在软弱地基上建造建筑物或构筑物，利用天然地基有时不能满足设计要求，需要对地基进行人工处理，提高其承载力、减小沉降，以满足结构对地基的要求，即地基的整体加固。,地基局部处理,松土坑（填土、墓穴、淤泥等）的处理 砖井或土井的处理 局部范围内硬土(或其他硬物)的处理 橡皮土的处理,一、松土坑（填土、墓穴、淤泥等）的处理,当坑的范围较小(在基槽范围内)，可将坑中松软土挖除，使坑底及四壁均见天然土为止，回填与天然土压缩性相近的材料。当坑的范围较大(超过基槽边沿)或因条件限制，槽壁挖不到天然土层时，则应将该范围内的基槽适当加宽。如坑在槽内所占的范围较大(长度在5m以上)，且坑底土质与一般槽底天然土质相同，可将此部分基础加深，做1：2踏步与两端相接。对于较深的松土坑(如坑深大于槽宽或大于1.5m时)，槽底处理后，还应适当考虑加强上部结构的强度。如遇到地下水位较高，坑内无法夯实时，可用砂土、碎石或混凝土代替灰土回填。,二、砖井或土井的处理,井内填土已较密实将井的砖圈拆除至槽底以下1m(或更多些)，在此拆除范围内用2：8或3：7灰土分层夯实至槽底。井内填土不密实可用大块石将下面软土挤紧，再选用上述办法回填处理。若井内不能夯填密实时，则可在井的砖圈上加钢筋混凝土盖封口，上部再回填处理。如井的直径大于1.5m时，则应适当考虑加强上部结构的强度。,基槽下砖井处理方法,三、局部范围内硬土(或其他硬物)的处理,当柱基或部分基槽下，有较其它部分过于坚硬的土质时，例如：基岩、旧墙基、老灰土、化粪池、大树根、砖窑底、压实的路面等，均应尽可能挖除硬土(或硬物)挖除后，并视具体情况回填土砂混合物或落深基础。,四、橡皮土的处理,在含水量很大的粘土或粉质粘土、淤泥质土、腐殖土等原状土地基土进行回填，或采用这种土作土料进行回填时，由于原状土被扰动，颗粒之间的毛细孔遭到破坏，水分不易渗透和散发。当施工时气温较高，对其进行夯击或碾压，表面易形成一层硬壳，更加阻止了水分的渗透和散发，因而使土形成软塑状态的橡皮土。这种土埋藏越深，水分散发越慢，长时间内不易消失。如发现地基土含水量很大趋近于饱和时，要避免直接夯拍，这时，可采用晾槽或掺石灰粉的办法降低土的含水量。如已出现橡皮土，可铺填一层碎砖或碎石将土挤紧，或将颤动部分的土挖除，填以砂土或级配砂石。,地基处理的基本原理,1、完全换土：2、拌土置换：形成复合地基3、挤密：“土的三相”组成：水、气、土颗粒4、排水固结5、灌浆,地基处理方法,1 换土垫层法 将基础下一定深度、宽度范围内的土层挖去，然后用强度较大的灰土、砂或砂石等回填，并经分层夯实至密实，以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩等作用形成垫层的地基处理方法。,（一）灰土垫层法,（二）砂垫层法,砂垫层法,施工方法：用强度较大的砂或砂石等回填，并经分层夯实至密实，适用于具有透水性的基础。质量检查：灌砂法或灌水法、动力触探试验、复合地基载荷试验。,厚度确定,宽度确定,“建筑地基处理技术规范表4.2.1”确定扩散角,各种垫层承载力,垫层沉降量计算,灰土垫层法,灰土垫层法就是用石灰与黏性土拌和均匀，分层夯实而成。采用的体积配合比，一般为灰：土=2：8（或3：7），通常称为二八灰土或三七灰土。一般灰土垫层的强度是随着用灰量的增大而提高，超过一定比例提高不明显.灰土垫层的承载能力可达300kpa。适用于一般黏性土地基加固，施工简单、取材方便、费用较低。,2 强夯法 强夯法是用起重机械将重达80400KN的夯锤吊起，自由下落的落距为630m。是一种对土体进行强力夯实的地基加固方法。,强夯法适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土及杂填土地基的深层加固。,强夯法属于高能量夯击，是用巨大的冲击能，使土中出现冲击波和很大的应力，迫使土颗粒重新排列，排除空隙中的气和水，从而提高地基强度，降低其压缩性，改善砂性土抵抗振动液化的能力。,强夯法是一种效果好、速度快、节省材料、施工简便的地基加固方法。,缺点是施工时噪声和振动很大。,工程实例,施工要点：现场进行试夯，选定夯锤重量、底面直径和落距，确定最后下沉量及相应的最少夯击遍数和总下沉量。基槽(坑)的夯实范围应大于基础底面，每边应比设计宽度加宽0.3m以上。一夯压半夯 夯实完后，应将基槽(坑)表面修整至设计标高。质量检查 检查施工记录，除应符合试夯最后下沉量的规定外，并应检查基槽(坑)表面的总下沉量，以不小于试夯总下沉量的90为合格。选取点数至少3个。,3 振冲法 利用振动和水冲加固地基的方法称为振冲法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。（1）振冲挤密机理 振冲法应用于砂类土层时，对砂层产生两个方面的挤密作用，一是振冲器的强力振动使饱和砂层液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少；二是通过振冲器的水平振动通过回填料使周围砂层挤压密实。,（2）振冲置换,振冲法应用于黏性土层时，是利用振冲器在高压水流下边振边冲，在软弱黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石等坚硬粒料制成一根根桩体，称为“碎石桩”。,振冲法的施工工艺,施工前，应通过现场试成桩确定施工参数，包括振冲孔间距、达到土体密实度时的密实电流值、成孔速度、留振时间、填料量等。,碎石桩成桩施工过程：定位、成孔、清孔和振密。,质量控制密实电流值 留振时间 填料量 质量检查 振冲地基的质量检验应抽取振冲总桩数的35在桩体中心进行动力触探试验。桩间土可用静力触探、动力触探、标准贯入试验或土工试验进行检验。并选取桩体质量较差的3个点进行复合地基载荷试验。,动力触探试验(英文缩写DPT)是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，根据每打入土中一定深度的锤击数(或以能量表示)来判定土的性质，并对土进行粗略的力学分层的一种原位测试方法。动力触探技术是一种主要的土的原位测试技术。其优点是：设备简单且坚固耐用；操作及测试方法容易；适应性广，砂土、粉土、砾石土、软岩、强风化岩石及粘性土均可；快速、经济，能连续测试土层；有些动力触探测试(如标准贯入)，可同时取样观察描述。动力触探试验方法可以归为两大类，即圆锥动力触探试验和标准贯入试验。前者根据所用穿心锤的重量将其分为轻型、重型及超重型动力触探试验。一般将圆锥动力触探试验简称为动力触探或动探，将标准贯入试验简称为标贯。,轻、重型动力触探仪,动力触探,标贯试验,贯入器打入土中15cm 后，开始记录每打入10cm 的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数N。当锤击数已达50 击，而贯入深度未达30cm 时，可记录50 击的实际贯入深度，按下式换算成相当于30cm 的标准贯入试验锤击数N，并终止试验。,标准贯入试验,静力触探试验(英文缩写CPT)，是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探头阻力等参数的一种原位测试方法。,4、深层搅拌法,深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特定的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土与固化剂强制搅拌，利用软土与固化剂之间产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。,水泥土搅拌法有深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）之分。适用于加固饱和软黏土地基。,施工要点：定位 预搅下沉 制备水泥浆 喷浆、搅拌和提升 重复上、下搅拌 清洗质量检查：深层搅拌施工完毕后，应在15天以后进行质量检验。抽取总搅拌桩数的1且不少于3根进行复合地基载荷试验。,粉体喷射搅拌法,施工原理：由压缩空气输送的加固材料通过搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷出，并随着搅拌叶片的旋转和原位地基土搅拌均匀混合一起，和加固材料分离后的空气，就沿着搅拌轴，由轴与土的缝隙处排出地面。,固结原理：粉体喷射搅拌法使用的固化剂，主要有石灰、水泥，还有石膏及矿渣，可使用粉煤灰作为掺合料。通过固结反应而形成稳定的石灰粉体，在软土中加入生石灰，生石灰和土中的水分发生化学反应成熟石灰，水分被吸收，起到了胶结作用，并产生热量，柱体消化而产生体积膨胀1-2倍，促进周围土体的固结。,5、高压喷射处理方法 高压喷射处理方法：就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，以高压设备使浆液或水成为200Mpa左右的高压流从喷嘴中射出来，冲击破坏土体。,以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基方法，驱走岩石裂隙中或土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，硬化后将土体胶结成一个整体。,工程分类：水泥压浆：所用的浆液是以水泥作为胶结材料。硅化压浆：采用硅酸钠(水玻璃)溶液或以这种化学溶液为主，同时灌入氯化钙等附加剂施工要点：加固地基前，应通过试验确定压浆段长度、压浆孔距、压浆压力等有关技术参数 压浆应连续一次压入不得中断 灌浆完后，拔出灌浆管，留孔用1：2水泥砂浆或砂砾石填塞密实。压浆次序一般把射管一次沉入整个深度后自下而上分段连续进行，直至孔口为止,施工过程：按规定位置用钻机或手钻钻孔到要求的深度 用压力水冲洗孔内污物和石料碎屑 在孔内插入射管，并密封四周压浆，先从稀浆开始，逐渐加浓 质量检查：注浆施工完毕后，应在15天以后进行质量检测。注浆加固后的地基按如下方式检测；1）对一、二级建筑，可采用动力触探进行检测 2）除以上检测外，应选取3点进行复合地基载荷试验，试验宜在加固层顶面进行。,6、旋喷地基,施工方法：用钻机钻到预定深度，然后用高压泵把浆液通过钻杆端头的特殊喷嘴，以高压水平喷入土层，喷嘴在喷射浆液时，一面缓慢旋转，一面徐徐提升，借助高压浆液的水平射流不断切削土层并与切削下来的土充分搅拌混合，最后在喷射力的有效射程范围内，形成一个由圆盘状混合物连续堆积成的圆柱状凝固体，即旋转喷射桩。适用范围：防水帷幕墙,浅基础的施工,建筑物基础按照其埋置深浅，可分为浅基础和深基础。,浅基础一般是指埋置深度小于基础宽度，或埋置深度小于5m，建造在天然地基上，可用一般方法施工的基础。,按受力特点浅基础可分为刚性基础和柔性基础。,浅基础按其构造形式可分为：单独基础、条形基础、筏片基础和箱形基础等。单独基础有刚性单独基础和钢筋混凝土单独基础。条形基础也有刚性条形基础和钢筋混凝土条形基础。筏板基础在构造上像倒置的钢筋混凝土楼盖，可分为平板式和梁板式两种。由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大，地基承载力较弱，常采用砼底板，承受建筑物荷载，形成筏基，其整体性好，能很好的抵抗地基不均匀沉降 箱形基础是箱型基础主要是由钢筋砼底板、顶板、侧墙及一定数量纵墙构成的封闭箱体。当上部建筑物为荷载大、对地基不均匀沉降要求严格的高层建筑、重型建筑以及软弱土地基上的多层建筑时，为增加基础刚度，将地下室的底板、顶板和墙体整体浇筑成箱子状的基础，称为箱型基础。此基础的刚度较大，抗震性能较好，有较好的地下空间可以利用，能承受很大的弯矩，可用于特大荷载且需设地下室的建筑。,刚性基础,刚性基础是用灰土、三合土、砖石材料和混凝土这类材料建造，刚性基础所采用的构造形式能够充分利用这类材料良好的抗压性能，回避其抗拉、抗弯性能差的缺陷。,刚性基础适用于六层和六层以下（三合土基础不超过四层）的一般民用建筑和墙体承重的轻型厂房。,地基反力均匀,力在一种特定的材料中是按一定的角度分布与传递,这个角叫力的分布角,也叫这种材料的。当刚性基础底部宽度超过刚性角控制范围时,基础底部就容易因受剪而开裂。因此,刚性材料基础设计时为避免受拉或受剪而破坏必须使基底宽度在刚性角控制范围内.,刚性角,基础刚性角a大小主要取决于（）。A.大放角尺寸 B.基础材料的力学性质C.地基的力学性质 D.基础承受荷载大小,B,砖基础hd一般取1.52.0，混凝土基础取1.0。,柔性基础,刚性基础的主要形式是钢筋混凝土板式基础，柔性基础不仅抗压性能好，而且具有良好的抗拉、抗弯性能和一定的变形能力。因此，柔性基础在工程上有着广泛的应用。,说明：在天然地基上建造浅基础，施工方便、经济合理，一般应优先考虑。如果天然地基的浅表土层软弱，不适合作为建筑物的持力层，则可以对地基进行人工加固处理，形成人工地基浅基础。,地基反力分布不均,注意：如果地基土软弱，工程对象为高层建筑、荷载很大的工业建筑以及对变形和稳定有严格要求的特殊建筑，当无法采用浅基础时，应在经过技术经济比较后采用深基础。,一、刚性基础施工,刚性条形基础的断面常制成阶梯形，只要控制阶梯的宽高比不超过某一允许的比值(刚性角），就可以保证基础不因受弯而破坏。,（1）砖基础施工,（2）毛石基础施工,（3）混凝土和毛石混凝土基础施工,二、钢筋混凝土基础施工,钢筋混凝土基础能与上部结构形成整体，其强度、耐久性和抗冻性都较高，并且可以承受一定的弯矩和弯曲变形，故在相同的基底面积下，基础高度可相应减小，实现基础的浅埋，可节省开挖基坑的费用。,（1）独立基础与条形基础,（2）杯形基础,（3）片筏基础（梁板式和平板式）,工业与民用建筑基础设计,设计思路:在掌握地基土工程地质资料的基础上，选择基础类型，计算上部荷载，拟定基础埋深，确定基础尺寸，然后再按照地基土强度、变形和稳定性要求进行各项检算，使基础设计满足安全、经济、合理的要求。,在选择了基础类型和埋置深度以后，就可根据持力层土的承载力设计值计算基础底面尺寸。如果地基压缩层范围内有承载力显著低于持力层的下卧层时，所选基底尺寸，尚须满足对软弱下卧层验算的要求。在选择基底尺寸后，必要时应对地基变形或稳定性进行验算。,1、基础底面尺寸的确定,一是，从保证持力层不受外界破坏因素的影响考虑，基础埋深不得小于按各种破坏因素而定的最小埋深；二是，从满足各项力学验算的要求考虑，在最小埋深以下各土层中找一个埋深较浅、压缩性较低、强度较高的土层，即地基承载力较高的土层作为持力层。,确定基础的埋置深度主要从以下两方面考虑：,通过上部结构传下来作用在基础上的荷载可分为以下4种情况：中心荷载F；中心荷载F和弯矩M；中心荷载F和水平荷载T；中心荷载F、水平荷载T和弯矩M。均由恒载和活载两部分组成。基础在中心荷载作用下，将发生沉降；在弯矩作用下，将发生倾斜；在水平荷载作用下，将发生滑移，因此，应进行相应的验算。,计算荷载,沉降量基础中心的沉降值；沉降差相邻两单独基础沉降量之差；倾斜基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比值；局部倾斜砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。,沉降量验算,建筑物地基稳定性破坏的形式主要表现为：倾覆；沿基础底面滑移；基础与地基一起整体失稳。基础倾覆失稳和沿基底滑移失稳情况，一般出现在水平荷载较大而竖向荷载相对较小，结构型式为高层建筑或高耸结构等不利情况，其验算方法可参照其他设计（如：挡土墙设计）。基础连同地基一起滑动失稳，常发生在地基内存在软弱土或软夹层的情况，一般采用圆弧滑动条分法原理进行验算。,稳定性验算,