水利工程地基处理绪论及基础知识.ppt

第一节 水工地基处理的任务、目的和方法,第一章 地基处理基础知识Introduction,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、地基处理的重要性和目的,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、差异沉降(3)渗漏：渗透破坏(4)液化：抗震,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：为提高地基的承载、抗渗能力，防止过量或不均匀沉陷，以及为了处理地基的缺陷而采取的加固、改进措施。水工建筑物的地基处理目的主要是加固和防渗。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：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,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。,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：见书，也称吹填土。如填塘、填海工程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 灌浆加固处理,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，再考虑如何进行地地基。,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、桩基法、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。本节完,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、膨胀土等本节完,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 见教材表11：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,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,设计前调查研究和方案选择,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（具体见书）,设计前调查研究和方案选择,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,设计前调查研究和方案选择,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,设计前调查研究和方案选择,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,设计前调查研究和方案选择,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。本节完,设计前调查研究和方案选择,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,本节完,1、时间：施工结束后一定时间2、方法：钻孔取样、静力触探、标贯、载荷试验等3、判断：承载力、强度、变形等本节完,地基处理效果检验,1、质量控制、监测以及监理：施工单位自身、监理单位、第四方单位2、观测项目：沉降、位移、应力、应变等3、观测周期：按照规范，直到稳定4、观测精度：按照规范本节完,地基处理的监测和监理,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、期刊规范本节完,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？本章完,思考题,