软弱地基处理讲义.ppt

第五章 软弱地基处理,第十一章 软弱地基处理,本 章 提 要 软弱土地基系指由强度较低压缩性较高及其它不良性质的软弱土组成的地基。地基处理的目的是通过人工方法，采取切实有效的措施，改善地基土的工程力学性质，使其满足建筑物对地基稳定和变形的要求。,第五章 软弱地基处理,第一节 概 述第二节 碾压法与夯实法第三节 换土垫层法第四节 排水固结预压法第五节 挤密法和振冲法第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法 第七节 土工聚合物,第一节 概 述,一、软弱地基土的特征由软弱土组成的地基称为软弱地基。软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它高压缩性土。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土。,第一节 概 述,1、软土 软土的工程特性如下：(1)含水率高，孔隙比大；(2)压缩性高；(3)抗剪强度低；(4)渗透性较差；(5)具有显著的结构性；(6)具有明显的流变性。,第一节 概 述,由于软土具有强度低、压缩性高和渗透性差等特点，在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。软土地基的承载力一般为5080KPa，如果不作处理，就不能承受较大的建筑物荷载。,第一节 概 述,2、冲填土 冲填土是在整治和疏通江河时，用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填形成的。冲填土的物质成分比较复杂：（1）若以粉土、粘土为主，则属于欠固结的软弱土；（2）当冲填土主要由中砂粒以上的粗颗粒组成时，则不属于软弱土。,第一节 概 述,3、杂填土 杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物。包括：碎砖瓦块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。杂填土主要特性：（1）强度低；（2）压缩性高；（3）均匀性差。,第一节 概 述,二、地基处理的目的目的 改善地基土的性质，满足建筑物地基的稳定和变形要求，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度和抗液化能力。方法 每一具体工程都应从地基条件、目标要求、工程费用及材料、机具来源等方面进行综合分析，以确定合适的地基处理方法。,表11-1 软弱土地基处理方法分类表,第二节 碾压法与夯实法,碾压与夯实是修路、筑堤、加固地基表层最常用的地基处理方法。通过处理，可使填土或地表疏松土的孔隙体积减小，密实度提高，从而降低土的压缩性，提高抗剪强度和承载力。目前国内常用的有机械碾压法、振动压实法和重锤夯实法及强夯法等。,第二节 碾压法与夯实法,一、机械碾压法 机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等机械将地基土压实。对于大面积填土，应分层碾压并逐步升高填土面标高；对于杂填土地基，应把影响深度以上部分挖去，然后分层碾压并逐层回填碾压；对于粘性土地基的碾压，一般用质量为810315103kg的平碾（或振压机）或12103kg的羊足碾，每层铺土厚度为2030cm，碾压数遍。,第二节 碾压法与夯实法,一、机械碾压法 碾压效果除了与压实能量有关外，还与土的含水率有关。碾压时必须使土体保持佳含水率，一般来说，最佳含水率可取WP2%（WP为塑限）。压实系数一般控制在0.940.97之间。,第二节 碾压法与夯实法,二、振动压实法振动压实法是通过在地基表面施加振动把浅层松散土振实的方法，可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。竖向振动力（50100kN）由偏心块产生，振动压实的效果与振动力的大小、填土成分和振动时间有关。当杂填土的颗粒或碎块较大时，应采用振动力较大的机械。,第二节 碾压法与夯实法,二、振动压实法一般来说，振动时间越长，效果越好，但振动超过一定时间后振实效果将趋于稳定。在施工前应进行试振，找出振实稳定所需要的时间，振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间。经过振实的杂填土地基，承载力基本值可达100120kPa。,第二节 碾压法与夯实法,三、重锤夯实法 重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度（2.54.5m），然后使夯锤（锤重一般不小于15kN）自由落下并重复夯击，以加固地基。机理 经夯击后，地基表层土体的干密度将增加，从而提高表层地基的承载力，降低压缩性：对于湿陷性黄土，重锤夯实可减少表层土的湿陷性；对于杂填土，可减少其不均匀性。,第二节 碾压法与夯实法,三、重锤夯实法 适用范围 处理距地下水位0.8m以上稍湿的杂填土、粘性土、湿陷性黄土和分层填土等地基，在有效夯实深度内存在软粘土时不宜采用此法。停夯标准 随着夯击遍数的增加，土的每遍夯沉量逐渐减少，对于粘性土及湿陷性黄土，一般要求最后两遍平均夯沉量不大于1.02.0cm；对于砂性土，不大于0.51.0cm。,第二节 碾压法与夯实法,四、强夯法 强夯法是用起重机械将80400kN的夯锤起吊到630m高度后，将夯锤自由落下，产生强大的冲击能量，对地基进行强力夯实，从而提高地基承载力，降低压缩性。强夯法是工程中最常用的地基处理方法之一。强夯法的加固机理 强夯法的特点与适用范围 强夯法施工技术参数,第二节 碾压法与夯实法,(一)强夯法的加固机理1、饱和土的强夯加固机理可分为三个阶段：(1)加载阶段：即夯击的一瞬间，夯锤的冲击使地基土体产生强烈振动和动应力，在波动影响带内，动应力和孔隙水应力急剧上升，而动应力往往大于孔隙水应力，动有效应力使土体产生塑性变形，破坏土的结构。,第二节 碾压法与夯实法,(一)强夯法的加固机理1、饱和土的强夯加固机理可分为三个阶段：(2)卸载阶段：即夯击动能卸去的一瞬间，动的总应力瞬息即逝，然而土中孔隙水应力仍然保持较高的水平，此时孔隙水应力可大于有效应力，引起砂土液化。在粘性土地基中，当最大孔隙水应力大于小主应力、静止侧压力及土的抗拉强度之和时，土体开裂，渗透性迅速增大，孔隙水应力迅速下降。,第二节 碾压法与夯实法,(一)强夯法的加固机理1、饱和土的强夯加固机理可分为三个阶段：(3)动力固结阶段：卸载之后，土体中仍然保持一定的孔隙水应力，从而产生排水固结。对于砂土，孔隙水应力的消散使砂土进一步密实；对于粘性土，孔隙水应力消散较慢，可能要延续24周。,第二节 碾压法与夯实法,(一)强夯法的加固机理 2、非饱和土的强夯加固机理 夯击能量产生的冲击波和动应力的反复作用，迫使土骨架产生塑性变形，由夯击能转化为土骨架的变形能，使土体密实，提高土的抗剪强度，降低土的压缩性。,第二节 碾压法与夯实法,(二)强夯法的特点与适用范围1、强夯法的特点：（1）施工工艺和施工设备简单，适用土质范围广，加固效果显著，可取得较高的承载力；（2）具有工效高、施工速度快、节省加固原材料、施工费用低、耗用劳力少等优点。,第二节 碾压法与夯实法,2、强夯法适用于：（1）加固碎石土、砂土、低饱和度粉土、粘性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土、工业废渣等地基处理；（2）用于防治粉土及粉砂的液化。对于饱和软粘土，如采取一定技术措施也可采用此法进行加固，另外，还可用于水下夯实。但强夯法对工程周围建筑物和设备有一定的振动影响，必需时，应采取防振、隔振措施。,第二节 碾压法与夯实法,（三）强夯法施工技术参数1、单位夯击能2、夯击点的布置及间距3、单点夯击击数与夯击遍数4.、夯击间隔时间5、处理范围6、加固影响深度,一、单位夯击能,锤重与落距的乘积称为夯击能。强夯法的单位夯击能（指单位面积上所施加的夯击能），应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和处理深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。一般对粗粒土可取10003000kN.m/m2，细粒土取15004000kN.m/m2。,二、夯击点的布置及间距,夯击点的布置应根据基础型式和加固要求而定。对大面积地基，夯点一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置；对条形基础，夯点可成行布置；对独立柱基础，可按柱网设置采取单点或成组布置，并在基础下面布置夯点。夯击点间距通常可取夯锤直径的3倍，第一遍夯击点间距为59m，以后可适当减小。对处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。,三、单点夯击击数与夯击遍数,单点夯击击数指单个夯点一次连续夯击的次数。夯击遍数是对整个场地完成全部夯击点称为一遍，单点夯击遍数加满夯夯击遍数为整个场地的。单点夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足：(1)最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，夯沉量不大于100mm；(2)夯坑周围地面不应发生过大隆起；(3)不因夯坑过深而发生起锤困难。,三、单点夯击击数与夯击遍数,每夯击点的夯击数一般为310击。夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般可取23遍，最后再以较低能量（如前几遍能量的1/41/5，击数为24击）满夯一遍，以加固前几遍之间的松土和被振松的表层土。,四、夯击间隔时间,两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水应力的消散，待地基稳定后再夯下遍，一般两遍之间间隔为14周。透性较差的粘性土不少于3周；对无地下水或地下水在地面以下5m，含水率较低的碎石类土和透水性强的砂性土，可取12天间隔时间，甚至不需间隔时间，夯完一遍后，将土推平，连续夯击。,五、处理范围,强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/21/3，并不小于3m。,六、加固影响深度,强夯法的有效加固深度H与夯实击能的关系，可用经验公式估算，即:式中：折减系数，粘性土取0.5，砂性土取0.7；W 夯锤重(kN)；h 落距(m)。,第二节 碾压法与夯实法,(四)质量控制夯击前后应对地基土进行测试。包括：室内土工试验、现场标准贯入、静力触探、旁压试验及现场载荷试验等，检验地基的实际影响深度。,第二节 碾压法与夯实法,(四)质量控制 检测要求：1、每个建筑物地基的检测点数不少于3处，检测深度和位置按设计要求；2、测定每点夯击后的地基平均变形值，以检测强夯效果。因强夯后土体的强度随夯击后间歇时间的增加而增加，故测试工作宜在强夯后14周进行。,第三节 换土垫层法,一、换土垫层法的原理换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯击、碾压至密实的一种地基处理方法。1、工程中常用的垫层有：砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层及其它性能稳定、无侵蚀性的材料做成的垫层。,第三节 换土垫层法,一、换土垫层法的原理 2、换土垫层法具有下列作用：(1)提高浅层地基承载力；(2)减少沉降量；(3)加速软弱土的排水固结；(4)防止冻胀；(5)消除膨胀土的胀缩性。,第三节 换土垫层法,一、换土垫层法的原理3、适用范围：建筑物荷载不大、软弱土层厚度较大时，采用换土垫层法能取得较好的加固效果。,第三节 换土垫层法,二、垫层设计要点 垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。设计内容主要是确定垫层断面合理的厚度和宽度。对于有排水要求的垫层来说，除要求有一定厚度和宽度外，还需形成一个排水面，促进软弱土的固结，提高强度，以满足上部结构的要求。,第三节 换土垫层法,(一)垫层厚度的确定 垫层厚度一般是根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层的承载力设计值进行确定。其表达式为：czz f f 垫层底面处软弱土层的承载力设计值；cz 垫层底面处土的自重应力(KPa)；z 垫层底面处土的附加应力(KPa)。,第三节 换土垫层法,垫层底面处的附加应力z，按计算即：条形基础矩形基础,p 基础底面平均压力设计值(kPa)；C 基础底面标高处的自重应力(kPa)；l、b 基础底面的长度和宽度(m)；z 垫层的厚度(m)；垫层的应力扩散角，按表11-2选取。,第三节 换土垫层法,(二)垫层宽度的确定 垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，就有可能部分挤入侧面软弱土中，增大基础沉降。宽度计算通常可按应力扩散角法。扩散角仍可按表11-2选取。底宽确定后，再根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计断面。,第三节 换土垫层法,例11-1 某砖混结构办公楼，承重墙下为条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，承重墙传至基础的荷载F=180kN/m；地表为1.5m厚的杂填土，=16kN/m3，sat=17kN/m3；下面为淤泥层，含水率w=50%,sat=19kN/m3；回归修正系数k=0.95，地下水埋深1.0m。试设计基础的垫层。,垫层材料选中砂，并设垫层厚度z=1.5m，则垫层的应力扩散角=30o。垫层厚度的验算。据题意，基础底面平均压力设计值p 为：基底处的自重应力 c=161.0=16 kPa 垫层底面处的附加应力得：垫层底面处的自重应力 cz=161.0(17-10)0.5(19-10)1.0=28.5 kPa,根据淤泥层的含水率w=50%，查得地基承载力基本值fo=70kPa，故地基承载力标准值fk=700.95=66.5 kPa。再经深度修正得地基承载力设计值f（查表得深度修正系数d=1.1）。f=fk+do（d-0.5）=66.5+1.1（2.5-0.5）161+（17-10）0.5+（19-10）1.0/2.5=91.6 kPa ccz=63.028.5=91.5 kPa f=91.6 kPa 说明满足强度要求，垫层厚度选定为1.5m合适。（3）确定垫层底宽b b=b2z tan=1.221.5 tan30o=2.93 m 取b为3m，按1：1.5边坡开挖。,第三节 换土垫层法,三、施工要点1、垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、碾压法等。这些方法都要求控制一定的含水率，分层铺砂厚约2030cm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。2、垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，可在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。,第三节 换土垫层法,三、施工要点 3、开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏坑底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。,第四节 排水固结预压法,排水固结预压法是利用地基排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结，提高土体强度的一种软土地基处理方法。加固原理与应用条件 堆载预压法 砂井堆载预压法 真空预压法,第四节 排水固结预压法,一、加固原理与应用条件1、加固原理 饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙水不断地排出，孔隙体积逐渐减小，地基发生固结变形，同时，随着超静孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长，地基变形也会相应减小。超载预压 在建筑场地先加一个和上部建筑物相当的压力进行预压，待强度变形达到设计要求后，将预压荷载搬走，而后在经预压过的地基上修建建筑物，建筑物所引起的沉降即可大大减小。,第四节 排水固结预压法,2、排水固结预压法主要适用于：处理淤泥、淤泥质土及其它饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因透水性良好，无需用此法处理。对于含砂夹层的粘性土，因其具有较好的横向排水性能，可以不用竖向排水体（砂井等）处理，也能获得良好的加固效果。,第四节 排水固结预压法,二、堆载预压法 机理 堆载预压法是在建筑物施工前，在地基表面分级堆土或加其它荷重，使地基土压密、沉降、固结，待达到预定的强度变形标准后再卸载，建造建（构）筑物。从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。,第四节 排水固结预压法,二、堆载预压法1、堆载预压法的特点：（1）使用的材料、机具和方法简单直接，施工操作方便；（2）堆载预压需要一定时间，对厚度大的饱和软粘土，排水固结所需的时间很长；（3）需要大量堆载材料，在使用上受到一定限制。,第四节 排水固结预压法,二、堆载预压法2、堆载预压法适用范围：各类软弱地基，包括天然沉积土层和人工冲填土层，如沼泽土、淤泥、淤泥质土以及水力冲填土，广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头等沉降要求比较高的地基。,第四节 排水固结预压法,二、堆载预压法 3、堆载预压法材料 堆载材料一般以散料为主，如采用施工场地附近的土、砂、石子、砖、石块等。堤坝、路基的预压可用其填土本身作为堆载；大型油罐、水池地基，常以容器充水对地基进行预压。,第四节 排水固结预压法,三、砂井堆载预压法 机理 在软弱地基中用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，在砂垫层上部堆载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井和砂垫层排出，以达到加速土体固结，提高地基土强度的目的。图,第四节 排水固结预压法,三、砂井堆载预压法(一)特点及适用范围1、砂井堆载预压法的特点：（1）可加速饱和软粘土的排水固结（沉降速度可加快2.02.5倍），提高地基的抗剪强度和承载力，防止基土滑动破坏；（2）施工机具和方法简单，能就地取材，缩短工期，降低工程造价。,第四节 排水固结预压法,三、砂井堆载预压法(一)特点及适用范围 2、砂井堆载预压法适用范围：加固透水性低的饱和软粘土，用于机场跑道、工业建筑、油罐、水池、水工建筑、道路、码头、岸坡等工程地基处理。对于泥炭等有机沉积土地基则不适用。,第四节 排水固结预压法,三、砂井堆载预压法(二)砂井的构造和布置 1、砂井的直径和间距 砂井的直径和间距由粘性土层的固结特性和施工期限确定。常用直径为300400mm。砂井的间距常为砂井直径的69倍，一般不应小于1.5m。,第四节 排水固结预压法,(二)砂井的构造和布置2、砂井长度（1）软粘土层不厚、底部有透水层时，砂井应穿透软粘土层；（2）软粘土层较厚，但间有砂层或砂透镜体时，砂井应尽可能打至砂层或砂透镜体；（3）软粘土层很厚，其中又无透水层时，可按地基的稳定性及建筑物变形量要求来决定砂井长度。,第四节 排水固结预压法,(二)砂井的构造和布置2、砂井长度 按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料场等，砂井长度应通过稳定分析确定，砂井长度应超过最危险滑动面的深度。从沉降考虑，砂井应穿过主要的压缩层。砂井长度一般为1020m。,第四节 排水固结预压法,(二)砂井的构造和布置3、砂井的布置和范围 砂井常按梅花形和正方形布置。图 假设每个砂井的有效影响面积为圆面积，如砂井间距为L，则等效圆（有效影响范围）的直径de与L的关系为：梅花形de=1.05L；正方形 de=1.13L。砂井的布置范围应稍大于建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大约24m。,第四节 排水固结预压法,(二)砂井的构造和布置4、砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通各个砂井形成通畅的排水面，将水排到场地以外。砂垫层厚度一般为0.30.5m；水下施工时，砂垫层厚度一般为1m左右。为节省砂子，也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层，砂沟的高度一般为0.51.0m，宽度取砂井直径的2倍。,第四节 排水固结预压法,(三)地基固结度计算 1、竖向平均固结度Uz可按太沙基固结理论计算。如果考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算；如为双面排水，H取土层厚度的一半。2.根据Barron的解法计算径向平均固结度Uz,第四节 排水固结预压法,TH 水平向固结时间因素，CH 水平固结系数，KH 水平渗透系数(cm/s)；F 与n有关的系数，n 井径比，n=de/dw；一般取为412。3.砂井的平均固结度为,第四节 排水固结预压法,例11-2 某工程建在饱和软粘土地基上，砂井长H=12m，间距l=1.5m，梅花形布置，dw=30cm，CH=Cv=1.010-3cm2/s，求一次加荷3个月时砂井地基的平均固结度。,解竖向平均固结度 水平向平均固结度,地基的平均固结度,第四节 排水固结预压法,四、真空预压法 真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封，与大气隔绝。在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。图,第四节 排水固结预压法,(一)加固机理真空预压在抽气前，薄膜内外均承受一个大气压pa（98 kPa）的作用，抽气后薄膜内形成一个压力差：首先使砂垫层，其次是砂井中的气压降到pv，使薄膜紧贴砂垫层，由于土体与砂垫层和砂井间的压差，产生水力梯度，发生渗流，使孔隙水沿着砂井或塑料排水板上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外；,第四节 排水固结预压法,(一)加固机理 地下水在上升的同时，形成排水体附近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水应力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结。土体和砂井间的压差，开始时为 papv，随着抽气时间的增长，压差逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。所以真空预压过程，实质是利用大气压差作为预压荷载，使土体逐渐排水固结的过程。,第四节 排水固结预压法,(二)特点及适用范围1、真空预压法的特点：（1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量材料、能源和运输能力，缩短预压时间；（2）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果；负压可通过管路传到任何场地，适应性强；,第四节 排水固结预压法,（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体，周围土体向预压区移动使整个加固地基呈收缩的趋势；（4）适用于超软粘土以及边坡、码头等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显；（5）真空预压加固地基影响范围广而深；（6）无噪声、无振动、无污染，可做到文明施工。,第四节 排水固结预压法,(二)特点及适用范围2、真空预压法适用范围 真空预压法适用于饱和均质粘性土及含薄层砂夹层的粘性土，特别适于新吹填土、超软粘土地基的加固。但不适于在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面工程进行地基处理。,第四节 排水固结预压法,(三)真空预压的设计要点1、膜内真空度；2、加固区要求达到的平均固结度，一般可取80%；如工期许可；3、竖向排水体的尺寸；竖向排水体可采用直径7cm的袋装砂井或排水能力相当的宽度为10cm，厚度为0.30.4 cm的塑料排水板。4、沉降计算；5、分段施工。,第五节 挤密法和振冲法,挤密法是指在软弱土层中挤土成孔，从侧向将土挤密，然后再将碎石、砂、灰土、石灰或炉渣等填料充填密实成柔性的桩体，并与原地基形成一种复合地基，从而改善地基的工程性能。一、挤密砂桩 二、挤密土桩和灰土桩 三、振冲法,第五节 挤密法和振冲法,一、挤密砂桩(一)作用原理 1、松散砂土中的作用 由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层产生挤密作用和振密作用。采用冲击法或振动法往砂土中下沉桩管和拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向挤压力，孔隙比减小，密度增大。有效挤压密范围可达34倍桩径。,第五节 挤密法和振冲法,一、挤密砂桩(一)作用原理 当采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔管成桩时，下沉桩管对周围砂层产生的振密作用，有效振密范围可达6倍桩径左右。振密比挤密作用更显著，其主要特点是砂桩周围一定距离内地面发生较大的下沉。,第五节 挤密法和振冲法,2、软弱粘性土中的作用 由于软粘土的透水性很小，成桩时并不能导致土体孔隙水迅速排出使孔隙比减小，土体密实。而是密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，起置换作用并形成“复合地基”，使地基承载力有所提高，沉降变小。同时，砂桩在软弱粘性土地基中像砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。,第五节 挤密法和振冲法,（二）砂桩设计要点 由于砂桩在松散砂土中和软弱粘性土中的作用原理不同，因此砂桩间距计算方法也有不同。在砂土地基中，基本假定是挤密后土体中土颗粒增加而体积不变，控制加固后的孔隙比，从而根据设计要求的孔隙比计算桩距l。,第五节 挤密法和振冲法,按梅花形布置时 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2按正方形布置时 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2 式中：l 桩距（cm）；d 桩径（cm）；eo 天然孔隙比；e1 设计要求的孔隙比。,第五节 挤密法和振冲法,e1可按下式计算：e1=emax-Dr（emax-emin）式中 emax最大孔隙比；emin最小孔隙比；Dr相对密实度，一般取0.70.8。在软弱粘性土地基中桩距可按置换率要求来计算，如对正方形布置的桩距可按下式计算：l=（Ap/m）1/2式中 m 置换率。,第五节 挤密法和振冲法,二、挤密土桩和灰土桩 土、灰土或石灰、粉煤灰混合物（简称二灰）挤密桩是利用沉管、冲击、爆破等方法将钢管打入土中侧向挤密成孔，然后在孔中分层填土、灰土或二灰土，夯实而成的桩，它与周边土共同组成复合地基，承受上部荷载。,第五节 挤密法和振冲法,（一）特点及适用范围1、土和灰土挤密桩的主要特点是：（1）土和灰土挤密桩成桩时为横向挤密，同样达到所要求的干密度指标，消除地基土的湿陷性，提高承载力，降低压缩性；（2）与换土垫层相比，不需大量开挖回填土方工程量；处理深度较大，可达12-15m；成桩材料可就地取材，降低工程造价，二灰桩可利用工业废料粉煤灰，变废为宝；（3）机具简单，施工方便，工效高。,第五节 挤密法和振冲法,（一）特点及适用范围 2、土和灰土挤密桩的适用范围：土和灰土（或二灰土）挤密桩适于加固地下水位以上，天然含水率12%-25%，厚度5-15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土及含水率较大的软弱地基。,第五节 挤密法和振冲法,（二）桩的构造和布置 1、桩孔直径：根据工程量、挤密效果、施工设备、成孔方法等情况而定，一般选用30-60cm。2、桩长：根据土质情况、桩处理地基深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般为5-15m。3、桩距和排距：桩孔一般按梅花形布置，其间距和排距可按下列公式计算：,式中:l 桩的间距(cm)；d 桩孔直径(cm)；地基挤密后，桩间土的平均压实系数，宜取0.93；桩间土的最大干重度(kN/m3)；地基挤密前土的平均干重度(kN/m3)；h 桩的排距(cm)。一般土桩不少于2排，灰土（二灰）桩不少于3排。,第五节 挤密法和振冲法,4、处理宽度：处理地基的宽度应大于基础的宽度。局部处理时，对非自重湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，每边超出基础的宽度不应小于0.25b(b为基础短边宽度)，并大于0.5m；对自重湿陷性黄土地基不应小于0.75b，并大于1.0m。,第五节 挤密法和振冲法,三、振冲法（一）振冲法加固机理 振冲法是以起重机吊起振冲器，潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时启动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，用循环水带出孔中稠泥浆；在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度；经清孔后，从地面向孔内逐段填入砂石，或不加填料，使土体在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器。图,第五节 挤密法和振冲法,（二）分类 振冲法按加固机理和效果的不同，分为振冲置换法和振冲密实法两类。1、振冲置换法是在地基中借振冲器成孔，振密填料置换，形成一群以碎石、砂砾等散粒材料组成的桩体，与原地基土一起构成复合地基，使其排水性能得到很大改善，加速土层固结，使承载力提高，沉降量减少，它又名振冲置换碎石桩法。,第五节 挤密法和振冲法,（二）分类 2、振冲密实法主要是利用振动和高压水流使砂层液化，砂颗粒相互挤密，重新排列，孔隙减少，从而提高砂层本身的承载力和抗液化能力，它又名振冲挤密砂桩法。振冲密实法桩根据砂土质的不同，又有加填料和不加填料两种。,第五节 挤密法和振冲法,(三)振冲法加固地基的特点是：（1）技术可靠，机具设备简单，操作技术易于掌握，施工简便；（2）可节省三材，因地制宜，就地取材，可采用碎石、卵石、砂、矿渣等作填料；（3）加固速度快，节约投资，碎石桩具有良好的透水性，加速地基固结，地基承载力可提高1.2-1.35倍；（4）振冲过程中的预震效应，可增加砂土地基抗液化能力。,第五节 挤密法和振冲法,（四）振冲密实法适用范围振冲置换法适用于：处理不排水抗剪强度小于20KPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基，如果桩周土的强度过低，则难以形成桩体。,第五节 挤密法和振冲法,（四）振冲密实法适用范围振冲密实法适用于：处理砂土和粉土等地基，不加填料的振冲密实法仅适用于处理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。振冲法不适于在地下水位较高、土质松散易塌方和含有大块石等障碍物的土层中使用。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,一、高压喷射注浆法高压喷射注浆法又称旋喷法，是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，以高速高压射流喷入土体，冲击切削土层，使喷射流射程内的土体遭受破坏，同时，钻杆边转动边提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，凝聚固结后即在地基中形成一定强度的水泥土混合体，从而使地基得到加固。图,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(一)分类及形式 1、根据使用机具设备不同，高压喷射注浆法分为：单管法、二重管法和三重管法。（1）单管法用一根单管喷射高压水泥浆液作为喷射流，由于高压浆液射流在土中衰减快，破碎土的有效射程短，成桩直径一般为0.30.8m。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,（2）二重管法用同轴双通道二重注浆管同时喷射高压浆液和压缩空气，形成复合喷射流，成桩直径1m左右。（3）三重管法用同轴三重注浆管同时喷射高压水流、压缩空气和水泥浆液。机理 高压水、气射流的共同作用，破坏土体并造成较大的空隙，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压浆液随之填充空隙。成桩直径一般为1.02.0m，但桩体强度较低。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(一)分类及形式 2、注浆形式分为：（1）旋转喷射注浆（旋喷法）；（2）定向喷射注浆（定喷法）；（3）在某一角度范围内摆动喷射注浆（摆喷法）。加固体形状可分为立柱、壁状和块状等。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(二)特点及适用范围1、高压喷射注浆具有以下特点：（1）提高地基土的抗剪强度，改善土的变形性质；（2）利用小直径钻孔旋喷成比孔径大810倍的大直径固结体；可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力及旋转角度形成各种形状桩体；可制成垂直桩、斜桩或连续墙，并获得需要的强度；,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(二)特点及适用范围1、高压喷射注浆具有以下特点：（3）可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体，施工噪音低，振动小；（4）用于各种软弱土层，可控制加固范围；（5）设备轻便，机械化程度高，能在狭窄场地施工；（6）施工简便，操作容易，速度快，效率高，用途广，成本低。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,2、适用范围：（1）淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土等地基的加固，（2）用于既有建筑和新建建筑的地基处理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部防止管涌与隆起、坝的防渗加固等。若喷射浆液无法在土层中凝聚，则不宜采用。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(三)桩径的选择 桩径的大小由注浆方法、土类、密度、施工条件等确定，表11-3桩直径设计值（m）供参考。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,二、深层搅拌法深层搅拌法系利用水泥（石灰）等材料作为固化剂，通过深层搅拌机在地基深部，就地将软土和固化剂（浆体或粉体）强制拌和，利用固化剂和软土发生一系列物理化学反应，使其凝结成具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥土（灰土），与天然地基形成复合地基。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(一)加固机理水泥加固土由于水泥用量少（8%18%），水泥水化反应完全是在土粒周围产生的，水泥与软粘土拌和后，水泥中的矿物和土中水发生强烈的水解和水化反应，生成水化物。石灰加固土除利用生石灰的吸水、膨胀和发热性能外，还利用石灰与软粘土发生离子交换和化学反应达到加固地基的目的。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(二)特点适用范围1、深层搅拌法的特点是：（1）在地基加固过程中无振动、无噪音、无污染；（2）对被加固土体无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小；（3）有效提高地基强度；（4）施工工期短，造价低廉。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(二)特点适用范围 2、适用范围：（1）加固深厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水率较高、地基承载力不大于120KPa的粘性土地基。（2）多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基、深基坑支护与防渗、坑底抗隆起及地下防渗墙等工程。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,(三)复合地基承载力及桩平面布置 深层搅拌桩复合地基承载力可按下式计算：（11-13）式中:fsp,k 复合地基的承载力标准值；m 面积置换率；AP 桩截面积；fs，k 桩间天然地基土承载力标准值；桩间土承载力折减系数；Rkd 单桩竖向承载力标准值。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,Rkd应通过现场单桩载荷试验确定。单桩竖向承载力标准值可按下列二式计算，取其中较小值：（11-14）（11-15）,式中:fcu,k 加固土立方体试块的无侧限抗压强度值 强度折减系数，可取0.350.50；桩周土的平均摩擦力；Up 桩周长；l 桩长；qp 桩端天然地基土的承载力标准值；折减系数，可取0.40.6。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,设计时，可根据所要求达到的地基承载力，按式（11-13）求得面积置换率。深层搅拌桩平面布置可根据上部结构及加固目的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等形式，可只在基础范围内布桩，可采用正方形或梅花形布桩形式。,第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法,第七节 土工聚合物,土工聚合物是岩土工程应用的各种聚合材料的总称。包括：各种土工纤维（又称土工织物）、土工膜、土工格栅、土工垫等高分子聚合物。图由于土工聚合物具有优良的力学、水理及抗腐蚀等性能，因而在软弱地基处理中得到较广泛的应用。,第七节 土工聚合物,一、特点和适用范围 1、特点（1）质地柔软，重量轻，整体连续性好，抗拉强度高，没有显著的方向性，各向强度基本一致；（2）弹性、耐磨、耐腐蚀性、耐久性和抗微生物侵蚀性好，不易霉烂和虫蚀；（3）土工纤维具有毛细作用，内部具有大小不等的网眼，有较好的渗透性和良好的疏导作用。（4）抗紫外线能力低，如暴露在外受到紫外线（日光）直接照射则容易老化。,第七节 土工聚合物,2、土工聚合物适用于：（1）加固软弱土地基，以加速土的固结，提高土的强度；（2）用于公路、铁路路基作加强层，防止路基翻浆、下沉；（3）用于堤岸边坡，可加大结构坡角，稳定性增加；（4）用于河道和海港岸坡的防浪、护坡，水库、渠道、堤坝的防渗以及土石坝、灰坝、尾矿坝、水闸、透水式船坞的反滤层和排水层，可取代砂石级配良好的反滤层，达到节约投资、缩短工期、保证工程安全使用。,第七节 土工聚合物,二、作用原理土工聚合物在岩土工程中应用的主要作用有排水、反滤、隔离、加固补强等。1、排水作用土工聚合物具有良好的透水特性，使水经过它的平面迅速沿水平方向排走，构成水平排水层。还可与其他材料共同构成排水系统或深层排水井。土工聚合物所形成的排水层其排水作用的效果取决于在相应的受力条件下导水性的大小（导水性为水平向渗透系数和厚度的乘积）及其所需排水量和所接触土层的土质条件。,第七节 土工聚合物,2、反滤作用多数渗水性土工聚合物在单向渗流的情况下，发生细粒逐渐向渗滤层移动，自然形成一个反滤带和一层骨架网阻止细的颗粒被滤过防止土粒的继续流失，最后趋向平衡，使土工聚合物与其相接触的部分土层共同形成一个完整的反滤体系，起到反滤作用，防止土粒流失，保持土体稳定。,第七节 土工聚合物,3、隔离作用土工聚合物可设置在两种不同土或材料之间，将他们相互隔离，避免混杂产生不良效果，并可依靠其优良特性以适应受力、变形和各种环境变化的影响而不破损。当用于受力的结构体中，则有助与保证结构的状态和设计功能。当用于材料的存储堆放场地，可以避免材料损失和劣化。承受动荷载作用的土工织物应有足够的耐磨性和抗拉强度。,第七节 土工聚合物,3、隔离作用土工聚合物用于路基工程，可防止软弱土层侵入路基引起翻浆冒泥，同时有利于排水，加速土体固结，增强地基承载能力。堤坝防渗加固中可应