地基处理基础知识.ppt

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1、地基处理常识,董宝志2015年2月,一、地基与基础的概念,1、基 础：建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大，它承受建筑物的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。建筑物的基础，一般按其构造形式分类：条形基础、独立基础、井格基础、筏式基础、箱形基础和桩基础等。这里不再详述。2、地 基：承受由基础传来荷载的土层，不是建筑物的组成部分。其中：持力层：具有一定的地耐力，直接承受建筑荷载，并需进行力学计算的土层。下卧层：持力层以下的土层。（下卧层最好是坚硬的土层）,基础示例图,地基的分类天然地基：凡天然土层具有足够的承载力，不需经人工加固或改良便可作为建筑物地基。如基岩。戈壁。人工地基：当建筑

2、物上部的荷载较大或地基的承载力较弱，须预先对土壤进行人工加固或改良后才能作为建筑物地基。我们讨论的都是人工地基。如强夯后的地基，桩基等。复合地基是指天然地基在地基处理过程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。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。,二、土力学常识,土的生成 1、什么是土 土的定义：地球表面3080KM厚的范围

3、是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、侵蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。（风化作用是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。侵蚀作用包括岩石和矿物经由媒介如水、冰、风及重力等引起其移动与瓦解。搬运作用是指地表和近地表的岩屑和溶解质等风化物被外营力搬往他处的过程，是自然界塑造地球表面的重要作用之一。风化作用伴有化学变化且不移动，侵蚀作用和搬运作用都是物理变化，且都会移动。两者区别在于，侵蚀作用会使物体瓦解，而搬运作用，只是移动而已。）,2、风化作用的概念、分类由于外动力作用，使地表岩石或矿物在原地发生物

4、理、化学变化的过程叫风化作用。不同的风化作用，形成不同性质的土，风化作用有下列三种：1）物理风化岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化作用，只改变颗粒形状及大小，不改变矿物成分，称为物理风化。由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等。呈松散状态，总称无粘性土。2）化学风化岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生了化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生了一种新的成分次生矿物，土的颗粒变的很细，具粘结力，如粘土、粉质粘土，总称为粘性土。3）生物风化由动、植物和人类活动对岩体的破坏，称生物风化，例如开山、打隧道

5、等活动形成的土，其矿物成分没有变化。,土的三相组成土由固体矿物、液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。土的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同，例如：固体+气体（液体=0）为干土，干粘土坚硬，干砂松散。固体+液体+气体为湿土，湿的粘土多为可塑状态。固体+液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化，饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的，组成土的三相，即固体、水和气体本身开始研究。,土的固体颗粒土的三相组成中，土的固体颗粒是决定土的工程性质的主要成分。1、土粒的矿物成分1原生矿物由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同。2次生矿物岩屑经化

6、学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物，颗粒细。3腐植质土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。2、土颗粒的大小与形状土的大颗粒漂石，粒径d200mm，土的细颗粒粘粒，d0.005mm，二者粒径相差几万倍。颗粒大小不同的土，其工程性质也各异。为了便于研究，把土的粒径按性质相近原则，划分为六个粒组。,土的粒径级配自然界里的天然土往往由几种粒组混合而成，颗粒有粗有细，这种天然土如何表示，怎样定名？通常，用土中各粒组的相对含量，占总重的百分数来表示，称为土的粒径级配。这是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土分类定名的标准。粒径分析方法，工程中常用两种方法，配合使用。1筛分法 用一套标准筛，将粗

7、粒土进行筛分。适用于粒径d0.075mm的土。2比重计法 根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重计进行测定分析，适用于粒径d0.075mm的细粒土。,如何判断土的级配是否良好不均匀系数：Cu=d60/d10曲率系数：Cc=d302/（d60d10）不均匀系数Cu反映粒径曲线坡度的陡缓，表明土粒大小的不均匀程度，是反映土粒组成不均匀程度的参数。工程上常把Cu 5的土称为匀粒土；反之Cu5的土则称为非匀粒土。曲率系数Cc反映粒径分布曲线的整体形状及细粒含量。研究指出：Cc3的土也是不连续，细粒含量小于30；故Cc13时土粒大小级配的连续性较好。所以，在工程中，对粗粒土级配

8、是否良好的判定规定如下：(1)良好级配的材料。一般来说，多数累积曲线呈凹面朝上的形式，坡度较缓，粒径级配连续，粒径曲线分布范围表现为平滑。同时满足Cu5及Cc13的条件。(2)不良级配的材料。这类材料颗粒较均匀，曲线陡，分布范围狭窄。不能同时满足Cu 5及Cc13的条件。,土的物理性质指标,工业与民用建筑地基基础设计中，一个关键问题是确定地基土的承载力f（KPa）。f值不同，采用地基基础方案不同。f值如何确定？常用方法是根据土的物理性质来定。土有三项基本物理性指标：此三项基本物理性指标，由实验室直接测定其数值。1、土的天然容重，即天然重度（KN/m3）2、土粒比重 ds（不作介绍）,3、土的含

9、水量（%）及液限、塑限,土层的最优含水量最好在塑限上下值附近,粘性土液态与塑态之间的分界含水量称为液限。（锥式液限仪下沉10mm时的含水量）粘性土塑态与半固态的分界含水量称为塑限。（锥式液限仪下沉2mm时的含水量）,三、地基土的工程分类,三七灰土与三合土,三七灰土：石灰和土的体积比为37。一般情况下，以粘性土配制的灰土强度比砂性土配制的强度高12倍。房渣土作为灰土的土料也是可用的，石灰和土必须过筛。土的粒径不得大于15毫米；灰粒不得大于5毫米。须拌合均匀,并控制最佳含水量作为灰土的含水标准。灰土下入基槽前，应先将基槽底部夯打一遍，然后将拌好的灰土按指定的地点倒入槽内，但不得将灰土顺槽帮流入槽内

10、。用人工夯筑灰土时,第一层铺虚土25厘米,第二层为22厘米，以后各层为 21厘米，夯实后均为15厘米。采用蛙式夯须铺虚土2025厘米。夯实是保证灰土基础质量的关键。施工工具过去沿用木夯与铁硪。夯打时要求夯窝、硪花各自相互搭接。夯的遍数以使灰土的干容重达到规范所规定的数值为准。夯打完毕后及时加以覆盖，防止日晒雨淋。28天龄期的灰土抗压强度约可达到500700kPa，200300年龄期的灰土抗压强度可高达810兆帕。不论是用亚粘土或粘土制作的三七灰土,在室内养护7天后浸水48小时的形变模量为1015兆帕，养护28天浸水48小时的形变模量为3240兆帕。打好的三七灰土的性能之好可能出乎你的意料之外，

11、如果用水长期浸泡，最 多也只能泡透1-2公分，可以说防水功能超强。砼里的钢筋有可能生锈，但如果你在三七灰土里放一个钉子，可能几十年都不会生锈，可以说气密性极好。打好的三七灰土上面如果你想钉上一根钉子都很难，可以说紧密性、强度很高。我国有许多古老的建筑物千年几屹立不倒，其下部的灰土基础可以说是功不可没，可以说三七灰土的抗变形能力极强。为什么灰土具有这么好的性能，建筑学界历来也是众说纷纭，至今仍无定论简单地说，三七灰土是一个缓慢的化学变化过程 随着时间的积累会逐渐向岩石转变。三合土：三合土地材料为：泥土、熟石灰、沙。其实际配比视泥土的含沙量而定。即泥土地含沙量多，则沙的量减少。熟石灰一般占30性能

12、极佳，过去有一碗三合土换一碗猪肉的说法，三合土曾用来做炮台，据载在与洋舰炮战中经历了考验，不塌不毁，还有一项功能是不会溅起碎石伤人。用 三合土做的土楼据载在军阀进攻时，经受了加农炮的直射，未受损伤，在60年代，曾有人试图拆掉一座土楼，结果刀枪棍棒齐上阵，硬没搞开，最后用了几十公斤 炸药炸，也没崩下一块。,四 主要地基处理手段列表,五、常用地基处理手段简介,强夯法：反复将夯锤提到一定高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法。强夯置换法将重锤提到高处使其自由下落形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料，使其形成密实的墩体的地基处理方法,1、强夯法与强夯置换法,2

13、、复合载体夯扩桩,复合载体夯扩桩的工艺（大头桩）复合载体夯扩桩作为一门新的专利技术，它选择下部层位稳定、土性较好的土层作为被加固土层，以桩端土体为研究对象，利用重锤冲击成孔、沉管，当沉管到设计标高时，对桩端连续进行填料、夯实操作，并用三击贯入度作为控制指标（三击贯入度为锤重35kN，上提6.0m，自由落体时贯入的深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料进行夯实，使桩端以下深度为35m、直径为23m约10m3的土体得到最有效的加固挤密，自上而下形成了由干硬性混凝土（水硬性材料）、填充料、挤密土体和影响土体组成的复合载体，然后再放置钢筋笼、灌注混凝土形成复合载体夯扩桩，如图1。,施工工艺：1)在桩位

14、处挖直径等于桩身直径、深度约为500mm的桩位圆柱孔，移机就位；2）提起夯锤后快速下放，使夯锤出护筒，入土一定深度；3）用副卷扬机钢丝绳对护筒加压，使护筒底面与锤底齐平；4）重复2）、3）的步骤，将护筒沿垂直沉入到设计深度；5）提起夯锤，通过护筒投料孔向孔底分次投入填充料，并进行大能量夯击；6）填充料被夯实后，在不再填料的情况下连续夯击三次并测出三击贯入度，若三击贯入度不满足设计要求，重复5）和6）的步骤，直至三击贯入度满足设计要求为止；7）通过护筒投料孔再向孔底分次投入设计需要的干硬性混凝土，并进行夯击；8）放入钢筋笼；9）灌注桩身混凝土。,3、柱锤冲扩桩,柱锤冲扩桩法：指反复将柱状重锤提到

15、高处使其自由落下冲击成孔，然后分层夯实填料形成扩大桩体，与桩间土组成复合地基的地基处理方法。该法施工简便易行，振动及噪音小。适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基。,对地下水位以下饱和松软土层应通过现场试验确定其适用性。对大型的、重要的或场地复杂的工程，在正式施工前应在有代表性的场地上进行试验。,当质量1-8t的柱锤，提升5-10m高自由下落冲击成孔及夯实成桩过程中，其冲击能可达50-80kNm，较大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，导致柱锤底土体被竖向挤密的同时桩周围土体被侧向挤密。与此同时，夯实成桩过程中强大的夯击振动迫使部分碎砖挤

16、入桩周围土中，使桩间土孔隙比减少，土体性质得到改善。目前成孔工艺已经多样化，锤重也有所提高，加固深度可达40米，复合承载力可达600kPa.,3、混凝土预制桩,预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。中国建筑施工领域采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类。钢筋混凝土预制桩基础施工技术（一）锤击法 1.施工程序：确定桩位和沉桩顺序打桩机就位吊桩喂桩校正锤击沉桩接桩再锤击沉桩送桩收锤切割桩头。2.确定桩位和沉桩顺序3.桩机就位：4.吊桩喂桩和校正 5.打桩：“重锤低击，低锤重打”6.接桩：当

17、桩需接长时，接头个数不宜超过3个，尽量避免桩尖落在厚黏性土层中接桩。7.桩的人土深度的控制，对于承受轴向荷载的摩擦桩，以标高为主，贯人度作为参考；端承桩则以贯入度为主，以标高作为参考。8.施工时，应注意做好施工记录；同时，还应注意观察打桩人土的速度、打桩架的垂直度、桩锤回弹情况、贯入度变化情况等；发现异常，应立即通知有关单位和人员及时处理。,（二）静力压桩法静力压桩是通过静力压桩机的压桩机构，将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土层中成桩。一般都采取分段压人、逐段接长的方法。施工程序：测量定位压桩机就位吊桩、插桩桩身对中调直静压沉桩接桩再静压沉桩送桩终止压桩检查验收转移桩机。同一根（节）桩时应连续进

18、行，当压力表读数达到预先规定值，便可停止压桩。压桩用压力表必须标定合格方能使用，压桩时桩的入土深度和压力表数值是判断桩的质量和承载力的依据，也是指导压桩施工的一项重要参数，必须认真记录。,4、钢筋混凝土灌注桩,钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。钢筋混凝土灌注桩基础施工技术（一）.钻孔灌注桩钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土（或先在孔中吊放钢筋笼）而成的桩。根据工程的不同性质、地下水位情况及工程土质性质，钻孔灌注桩有冲击钻成孔灌注桩、回转钻成孔灌注桩、潜水电钻成孔灌注桩及钻孔压浆灌注桩等。除钻孔压浆灌注桩外，

19、其他三种均为泥浆护壁钻孔灌注桩。1.施工工艺流程：泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺流程是：场地平整桩位放线开挖浆池、浆沟护筒埋设钻机就位、孔位校正成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣清孔换浆终孔验收下钢筋笼和钢导管浇筑水下混凝土成桩。2.泥浆护壁钻孔灌注桩施工，在冲孔时应随时测定和控制泥浆密度，如遇较好土层可采取自成泥浆护壁。3.灌注桩的质量检验应较其他桩种严格，因此，现场施工对监测手段要事先落实。4.灌注桩的沉渣厚度应在钢筋笼放入后，混凝土浇注前测定，成孔结束后，放钢筋笼、混凝土导管都会造成土体跌落，增加沉渣厚度。因此，沉渣厚度应是二次清孔后的结果。沉渣厚度的检查目前均用重锤，但因人为因素影响很大，应专

20、人负责，用专一的重锤，有些地方用较先进的沉渣仪，这种仪器应预先做标定。,2.沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边浇筑混凝土（或先在管内放入钢筋笼）边锤击或振动边拔管而成的桩。前者称为锤击沉管灌注桩及套管夯扩灌注桩，后者称为振动沉管灌注桩。1.沉管灌注桩成桩过程为：桩机就位锤击（振动）沉管上料边锤击（振动）边拔管，并继续浇筑混凝土下钢筋笼，继续浇筑混凝土及拔管成桩。2.锤击沉管灌注桩劳动强度大，要特别注意安全。该种施工方法适于黏性土、淤泥、淤泥质土、稍密的砂石及杂填土层中使用，但不能在密实的中粗砂、砂砾石、漂石层中使用。3.套管夯

21、扩灌注桩套管夯扩灌注桩简称夯压桩，是在普通锤击沉管灌注桩的基础上加以改进发展起来的一种新型桩。4.振动沉管灌注桩适用于在一般黏性土、淤泥、淤泥质土、粉土、湿陷性黄土、稍密及松散的砂土及填土中使用，在坚硬砂土、碎石土及有硬夹层的土层中，由于容易损坏桩尖，不宜采用。根据承载力的不同要求，拔管方法可分别采用单打法、复打法、反插法。,3.人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。为了确保人工挖孔桩施工过程中的安全，施工时必须考虑预防孔壁坍塌和流砂现象发生，制定合理的护壁措施。人工挖孔灌注桩的施工程序是：场地整平放线、定桩位挖第一节桩孔土方支模浇筑

22、第一节混凝土护壁在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线安装活动井盖、垂直运输架、起重卷扬机或电动葫芦、活底吊土桶、排水、通风、照明设施等第二节桩身挖土清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度进行扩底（当需扩底时）清理虚土、排除积水，检查尺寸和持力层吊放钢筋笼就位浇筑桩身混凝土。,5、CFG桩复合地基,现在很多CFG桩就是素混凝土桩，加粉煤灰的主要作用有三点：1.提高混凝土的和易性，使砂、石子均匀分布，同时便于混凝土泵送施工。目前，商品混凝土通常也使用粉煤灰。2.粉煤灰是工业废料，价格低廉，使用粉煤

23、灰不但可以废物利用还可以降低工程造价。CFG桩粉煤灰掺量一般是水泥量的1012。3.粉煤灰可降低混凝土的水化热，减少混凝土的收缩裂缝，提高CFG桩桩身质量。作为复合地基桩（增加体），C10C15确实就够用了。,CFG即：水泥粉煤灰碎石桩（Cement-Flash-Gravel Pile)。在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的强度较高的粘结材料桩。,CFG桩的成桩方式：长螺旋钻孔灌注成桩：适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的桩土。,振动沉管成桩：适用于粉土、粘性土及素填土地基,六、地基处理的其他问题,（一）勘察勘察，是指根据建设工程的要求，查明、分析、评价

24、建设场地的地质、地理环境特征和岩土工程条件并提出合理基础建议，编制建设工程勘察文件的活动。对于我们施工单位来说，主要是要读懂勘察报告和相关资料，比如剖面图。（二）设计根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析，提出经济合理、技术先进的设计方案；提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数，提出施工参数。设计方案是施工的基本依据。,（三）检测地基处理效果的检验是地基处理工程施工的一项很重要的工作，它包括施工过程中的质量检测和竣工后地基的质量检验。常规检测手段主要有载荷试验、标准贯入试验、静力触探、动力触探、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速试验等。随着物探技术的不断发展，物探方法在地基检测中也得到推广应用。（四）褥垫层的概念复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。,谢谢大家，并祝新年快乐，万事如意！,