地基处理课件第一章绪论.ppt

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1、地 基 处 理,Ground Treatment,2023/11/1,地基处理,第一章 绪论,1 地基处理的工程应用2 地基处理的基本定义3 软弱地基和特殊土地基的工程性质4 地基处理的目的和意义5 地基处理方法分类及应用范围6 地基处理的基本原则7 地基处理设计前的调查研究和方案选择8 地基处理工程的施工质量管理9 地基处理的效果检验10地基处理的监测和监理11 地基处理的国内外发展情况,2023/11/1,地基处理,1 地基处理的工程应用,1.建筑工程（1）奥运会鸟巢建筑（2）奥运会水立方建筑（3）国家大剧院,2023/11/1,地基处理,（1）奥运会主体育场鸟巢建筑,2023/11/1,

2、地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,（2）奥运会游泳馆水立方建筑,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,（3）国家大剧院,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2.水利水电工程,三峡大坝工程,

3、2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,3.道路铁路工程,京珠高速公路,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,京九铁路,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1

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5、基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,5.隧道及地下工程,秦岭隧道,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,6.矿山工程,矿山巷道,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理

6、,2023/11/1,地基处理,2023/11/1,地基处理,2 地基处理的基本定义,1场地（site）：工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地，场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响场地的稳定性。场地的概念是宏观的，它是指建筑物所直接占有的土地面积。涉及某种地质现象或工程地质问题所包括的地区，如活断层，属工程地质学的内容。场地的评价：是工程选址或工程总体规划的一个组成部分。包括两方面：考虑区域工程地质条件、不良地质因素；如存在以上问题，必须说明可能给工程带来的具体风险、采取措施、额外造价。,2023/11/1,地基处理,2地基（Foundation,Subgrade）：,指承托建筑物

7、基础的这一部分范围很小的场地及其下的土层。我国地基土条件区域性较强、复杂，随城市大规模的建设，好的地基土已经用完，不得不在地质条件不好的地基土上搞建筑，因此必须进行地基处理。,2023/11/1,地基处理,3地基处理：（ground treatment,ground improvement）,天然地基：凡是基础直接建造在未经加固的天然土层之上时，这种地基称之为天然地基。人工地基：凡经人工处理后再建造基础，这种地基称之为人工地基。这种地基加固的方法、技术或过程叫地基处理。,2023/11/1,地基处理,4基础（foundation,footing）：,任何建筑物的荷载最终要传到地基之上，由于上部

8、结构材料强度很高，而相应地基土的强度很低和压缩性较大，因此必须设置一定结构型式和尺寸的基础。基础具有承上启下的作用。基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。关于基础的设计和计算将在基础工程课程中介绍。,2023/11/1,地基处理,3 软弱地基和特殊土地基的工程性质,地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。1、软弱地基：GB 50007-2002规范P39规定：软弱地基系指由淤泥(muck)、淤泥质土(mucky)、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。（1）软土（soft soil）淤泥及淤泥质土总称为软土，是在静水或者非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成

9、。,2023/11/1,地基处理,软土的工程特性：,1)抗剪强度低：据统计其Cu1.0，又把1.0e1.5的称为淤泥质土；1.5e称为淤泥；5)渗透系数小，渗透性低：k一般1.010-61.010-8cm/sec，地基快速加载时，常形成超孔隙水压力uw，对地基强度不利；6)具有明显的结构性：软土未被扰动时，具一定的结构强度，而一旦受到扰动，强度急剧降低，在土力学中称为粘土的灵敏度，St=qu/qu，施工时，（夯实、振动、搅拌）要充分注意，尽量减小对其扰动程度，以免发生施工不了的后果；7)沉降量（s）大，且不均匀沉降速度大，沉降历时长：如上海宝钢铁矿石堆料场，由于大面积荷载引起最大沉降量达120

10、cm，上海市展览馆（箱基）建造在深层软土，结果最终沉降达170cm；8)流变性：蠕变现象，易于蠕变的土，它的长期强度可大大低于室内测得的强度，对 边坡、堤坝、码头稳定性影响很大。,2023/11/1,地基处理,（2）冲填土（Hydraulic fill）,在整治和疏通江河中通道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹填到江河两岸而形成的沉积土，称之为冲填土，南方亦称吹填土。我国长江、上海黄浦江、广州珠江两岸、天津等地分布着不同性质的冲填土，这类土属于强度较低，压缩性较高的欠固结土。其性质主要取决于颗粒组成（粘粒、砂粒），排水固结条件（固结不固结、排水不排水），均匀性等。一般不宜作建筑物地基，如

11、若砂类土，固结排水条件好，也可用作地基土。,2023/11/1,地基处理,（3）杂填土（Miscellaneous fill）,由人类活动而任意堆填的生活垃圾、建筑垃圾、工业废料等。杂填土成因很不规律，组成物质杂乱，分布极不均匀，结构松散。工程特性：强度低，压缩性高，均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。现规范认为：对建筑垃圾、工业废料为主要成份的杂填土，一般适当处理后可作为建筑地基，当均匀性及密实度较好时，均可利用作持力层。,2023/11/1,地基处理,（4）其他高压缩性土,饱和松散粉细砂（部分粉土）也属软弱地基，动荷载液化，基坑开挖管涌、流土工程事故 软弱地基勘察时，查明软弱土层分布、组成、均

12、匀性、土质、杂填土的堆积历史，稳定性及湿陷性等、冲填土的排水固结条件 等。,2023/11/1,地基处理,2、特殊土地基,大都带有地域特点，包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等。（1）湿陷性黄土（Collapsible loess）凡天然黄土，在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力+附加应力作用下，受水浸湿陷，土的结构迅速破坏而发生显著下沉的黄土，我国黄土分布广泛，主要分布于甘肃、陕西、东北三省、河北、山东、山西、河南等地。黄土浸水湿陷建筑物不均匀下沉或沉降量过大事故 地基设计时，首先要考虑是否有湿陷性，若有，则需进行地基处理。黄土的e=1.0，干燥状态下具较大结构强度，一旦浸

13、水，结构破坏湿陷，处理：灰土垫层，桩基、强夯、预浸水法。,2023/11/1,地基处理,（2）膨胀土（Expansive soil）,指由伊利石、蒙脱石等亲水矿物组成的粘性土，性质：吸水膨胀，失水收缩，变形反复，不易治理，稍不注意，就易造成事故发生。如淮南新地层中，有膨胀土，潘三矿风井在建井过程中，由于对此层膨胀土的工程性质不了解，导致风井过此段时发生了井壁变形事故。治理措施：加隔水层，不使其吸水和失水。,2023/11/1,地基处理,（3）红粘土（Red clay）风化残积物,石灰岩、白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带潮温湿气候条件下风化褐红色粘土，通常红黏土是较好的地基土，但由于下卧基岩面起伏及

14、存在软弱土层，容易引起地基不均匀沉降。例如：土层厚薄不一、压缩变形量不一建筑物不均匀沉降，我国滇、贵、桂地区广泛分布。一般红粘土本身压缩性较低，承载力较高，可不作处理。,2023/11/1,地基处理,（4）冻土（Frozen soil）季节性冻土,凡有负温或零温，其中含有水的各种土称为冻土。夏季融化、冬季冻结的土层季节性冻土。我国冻土分布广泛，对地基稳定性影响较大。（5）其他特殊土地基：岩溶、软土等，不再一一介绍。,2023/11/1,地基处理,4 地基处理的目的和意义,1、建筑物地基面临的问题（1）强度及稳定性问题 当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基土就会产生局部和整体

15、剪切破坏。轴心荷载时，pf，p：基础底面处净压力，f：地基承载力设计值（characteristic value of subgrade bearing capacity）偏心荷载时，pmax1.2f 否则，会影响建筑物的正常使用，引起开裂或破坏。,2023/11/1,地基处理,（2）压缩及不均匀沉降变形问题,当地基土在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用。如沉降差（不均匀沉降）过大，会引起建筑物的倾斜。这就是如今的高层建筑为什么都采用桩基础的原因：当表土层不厚，一般都采用嵌岩桩的缘故。例如：安徽理工大学28层学生公寓采用的就是桩箱基础，很好地控制了地基基础的沉

16、降问题。不均匀沉降过大时，超过建筑物容许值，结构也可能开裂，又如：湿陷性黄土遇水湿陷；膨胀土的遇水膨胀、失水收缩。,2023/11/1,地基处理,（3）渗漏问题,地下水运动所造成的水量损失，渗透变形问题：流土，管涌。导致建筑物事故发生屡见不鲜。如深基坑开挖，基坑本身边坡稳定会影响相邻建筑物：如南京新街口国贸大厦在进行基坑开挖时，由于抽排基坑水，而导致邻近新百百货大楼，一昼夜下沉了40cm，不过好在是均匀沉降。,2023/11/1,地基处理,（4）由动力荷载引起的砂土液化问题,在地震、机器及车辆振动（如打预制桩）、波浪、爆破等作用下，会引起饱和松散粉细砂（部分粉土）产生液化，引起地基失稳，建筑物

17、破坏。,2023/11/1,地基处理,（5）特殊土地基问题,湿陷性黄土（湿陷性）、膨胀土（胀缩）、冻土（强度）、岩溶地区地基土（溶洞、强度），则相应采取不同的地基处理方法和工艺。地基处理的目的就是利用置换、夯实、挤密、排水、固结、胶结、加筋、热学等方法对地基土进行加固，从而解决以上所提出的五大问题。当建筑物地基存在上述问题之一时，就必须进行地基处理，地基处理的恰当与否，关系到整个工程的质量、投资、进度，其重要性已被越来越多的人们所认识。,2023/11/1,地基处理,2、地基处理的目的,1、改善剪切特性；2、改善压缩特性；3、改善透水特性；4、改善动力特性；5、改善特殊土的不良地基特性。,20

18、23/11/1,地基处理,5 地基处理方法分类及应用范围,1换土垫层法(cushion)按处理方法不同：机械碾压法：浅层软弱地基和特殊土地基处理重锤夯实法：地下水位以上的粘性土、砂性土、杂填土等平板振动法：无粘性土，杂填土强夯挤淤法：淤泥厚度较小的软土地基 前三种方法是挖除软土或不良土，分层回填、碾压、夯实 按回填材料：砂、碎石、粉煤灰、干渣、灰土、素土垫层等。作用：提高持力层的承载力（f），减小沉降量（s），消除 黄土的 湿陷性、膨胀土的胀缩性，防止冻土的冻胀性，改善抗液化性能。强夯挤淤法（dynamic replacement）：边夯、边填碎石、边挤淤的方法碎石墩体，从而提高地基承载力，减

19、小沉降。,2023/11/1,地基处理,2深层密实法,强夯法（dynamic compaction,dynamic consolidation）：利用强大夯击能，迫使土层液化，动力固结或密实，适用无粘性土、素杂填土、非饱和土。挤密法：通过振动和挤密使无粘性土密实，并在振动挤密过程中，回填砂、石、灰土等，形成碎石桩、灰土桩、石灰桩复合地基，提高f，减小s。砂桩挤密、振动水冲适用于杂填土、砂性土、灰土、二灰、灰土桩挤密，一般用于地下水位以上的黄土、人工填土。,2023/11/1,地基处理,3排水固结法,堆载预压法（preloading）、真空预压法（vacuum preloading）、降水预压法

20、、电渗排水法：通过布置垂直排水体，改善地基土排水条件，采取加压、抽气、抽水、电渗等措施，加速固结，强度增长，使沉降提前完成。适用于厚度大的饱和软土和冲填土，条件：有堆载预压的时间，工期较长。,2023/11/1,地基处理,4化学加固法,灌浆法：注入水泥浆液或其他化学浆液，使土粒胶结，改善土性，f，s，增稳、防渗。高压喷射注浆法：将浆液以高压冲切土体，旋转、喷射、提升水泥土圆柱体，旋喷、定喷、摆喷，f，s，防止液化、防渗。处理岩基砂土、粉土、淤泥质粘土，粉质粘土、填土层，一般地基土均可，除含大块石砾石、大量植物根茎。深层水泥土搅拌法：湿法深层搅拌法，搅拌机将水泥浆和土原地拌和。干法粉体喷射搅拌法

21、，粉喷机将石灰粉或水泥粉与地基土原地拌和，f，s，防渗增稳。,2023/11/1,地基处理,5加筋法,加筋土、土锚、土钉，用于：人工填土的路堤、挡墙结构、土坡稳定；人工聚合物：路堤、坝基铺设，砂土、粘性土、软土；树根桩：基础托换，各类土；碎石桩：f，s增稳，粘性土，经试验证明有效时方可使用。,2023/11/1,地基处理,6热学法,热加固法：对地基土加温、燃烧物燃烧，从而f，s，非饱和粘性土、粉土、湿陷性黄土；冻结法：采用液体N或CO2膨胀的方法，从而使软土冻结，f，s，特别有流砂土层存在时，开挖深度大78m，普遍采用。如煤矿立井井筒施工时（厚表土层），常使用冻结法。,2023/11/1,地基

22、处理,7、托换技术,托换技术（基础托换）：解决对既有建筑物基础下需要修造地下工程和基础需要加固的问题，既有建筑物地基需要处理、邻近建造新工程而影响到既有建筑物的安全。一种特殊施工方法：难度大，费用高，工期较长。需应用各种地基处理方法，属基础工程和地基处理范畴内容。,2023/11/1,地基处理,6 地基处理的基本原则,1先天然后处理的原则：例：有一6层住宅楼，p=105kPa，fs=95kPa，虽pfs，但地基可考虑采用天然地基，改造基础结构和构造的方法，以补偿地基承载力 方法：做架空地板 2.先预防后处理原则：埋设地基沉降观测点：GBJ50007-2002规范 预留压桩孔，预埋抗拨锚杆，如预

23、留压桩孔，例：方桩桩宽基础：筏基，地基土地质条件复杂，工期要求紧，没有地基处理的时间，建至十层时，发现有沉降，在预留孔处加压数根桩，采用反力架、千斤顶、锚杆静压桩，至12层，若再有沉降，再压数根桩，压好后，用砼封顶,2023/11/1,地基处理,3地基处理必须因地制宜，既要坚持原则性（按规范条文），又要坚持科学的灵活性,例如：深圳国际机场跑道工程，中央电视台报道为优质工程，地基处理方案是错误的，劳命伤财。场地土层条件为淤泥，厚913m，跑道处理方案：换填法，一种古老、工艺简单、施工质量易保证的方法，此处软土厚，施工时易塌帮，要支护，劳动量大。此外，淤泥是污染源，招标时，处理费用90元/m2，实

24、际花费385元/m2。停机坪跑道连接处，采用深层搅拌桩，招标时，150元/m2，实际143.5元/m2。规范规定：淤泥厚3m时，可采用换填法。,2023/11/1,地基处理,4施工工艺对地基处理质量的影响,例如：打预制桩施工方法：先钢板桩，隔振，钢板桩起隔墙拱作用；先近后远，先轻后重；再比如：软土特软，间隔跳打，减少对软土的扰动，避免土强度的降低。,2023/11/1,地基处理,5必须高度重视地质勘探资料的重要性,正确的地基处理方案来源于切合实际的地质资料 例：南京铁路局某职工宿舍，7层，砌体结构，设计时，无地质资料，根据相邻建筑物地质资料，施工时，基坑开挖发现枯塘淤泥，工程队请示设计人员，电

25、话答复抛石处理（抛石挤淤），7层楼盖好后，1个月内向枯塘方向倾斜2%，后纠偏处理。抛石要求：a.抛石；b.做反滤层地基处理方案中的许多重要参数来源于地质资料 比如高压喷射注浆法的五大参数：喷嘴大小，喷嘴压力、旋转速度、提升速度、喷浆量，制桩时在不同的土层里，喷嘴压力不一样，如松砂：要压力小；密砂：要压力大。若压力不变，则易造成楔形桩，f 不足，不能达设计要求，反之是大头桩，则浪费浆材。,2023/11/1,地基处理,6任何一种地基处理方法都不是万能的,换土垫层时，有软土厚度限制；碎石桩则要求地基土Cu20kPa；强夯法，不适宜在城市中心，人口密集地区使用等；,2023/11/1,地基处理,7

26、地基处理设计前的调查研究和方案选择,1、设计前调研内容 对建造在软弱土地基上的工程，设计前须了解：（1）结构条件u建筑物的体型、刚度、材料、使用要求设计资料；u 荷载大小、分布、种类；u 基础类型、布置和埋深；基底压力、安全系数、变形容许值等。,2023/11/1,地基处理,（2）地基条件,u 地形、地质条件；u软弱土层厚度、不均匀性、分布范围；u持力层位置及状况；u地下水情况及地基土的物理和力学性质；比如说：软土厚度不大，3m，分布在地表，可考虑换填法；软土厚度很大，持力层很深，可考虑排水固结、挤密桩法、强夯法等；砂性土地基：若主要解决砂土液化问题，则采用强夯、振冲、挤密、灌浆法等；淤泥质土

27、地基：由于土层透水性差，应采用竖向排水井等；杂填土地基：一般可考虑强夯法；,2023/11/1,地基处理,（3）环境影响,在施工中应考虑对场地环境的影响：u如强夯法、振冲法：振动和噪音对邻近建筑物、居民生活的干扰，市中心尤其要考虑，有无精密仪器车间；u换填法、堆载预压法：大量的土方运进运出，堆放场地影响交通；u降水预压法、打预制桩：对邻近建筑物常有影响；u灌注桩法：排污问题 慎重对待，妥善处理。,2023/11/1,地基处理,（4）施工条件,u 用地条件：占地大，施工方便，但增高造价；u 工期：施工单位满足使用单位要求，工期长，可以考虑堆载预压法；工期短，一般不用堆载预压法；u工程用料：尽可能

28、就地取材，当地产砂，则采用砂垫层，挤密砂桩法等方案；当地产石料，则采用碎石桩，碎石垫层等方案；u 其他：如施工队伍素质（甲、乙、丙级）、施工处理方案、技术使用的成熟度、施工机械的有无等；,2023/11/1,地基处理,8 地基处理工程的施工质量管理,应注意的是，有时虽然采用了较好的地基处理方案，但由于施工管理不善，也就丧失了良好地基处理方案的优越性。在施工中对各个环节的质量标准要求严格掌握，如换土垫层压实时的dmax、wop；堆载预压的填土速率，边桩位移的控制；碎石桩的填料量、密实电流、留振时间的掌握。地基处理的施工要尽早安排，因为加固后的地基强度提高，往往需要一定的时间，随t，、C，Ed，通

29、过调整施工速度，确保地基的稳定和安全。一般在地基处理施工前、施工中和施工后，都要对被加固的软弱地基进行现场测试：静探、标贯、旁压、十字板、载荷试验，以便及时了解地基土加固效果，修正加固设计，调整施工进度；有时为了获得施工时的某些参数，多数必须于施工前现场进行地基处理的原位测试；有时在加固前，为保证邻近建筑物的安全，还要对邻近建筑物或地下措施进行沉降和裂缝等监测。,2023/11/1,地基处理,9 地基处理的效果检验,检验方法：1、钻孔取样；2、静力触探试验；3、标准贯入试验；4、载荷试验；5、取芯试验；,2023/11/1,地基处理,10 地基处理的监测和监理,现场监测来指导施工，检验设计参数

30、和处理效果，及时采取措施或修改设计。现场监测内容：地面沉降和深层沉降，地面水平位移和深层土体侧向位移，地基强度，地基中孔隙水压力等。,2023/11/1,地基处理,10 地基处理的国内外发展情况,地基处理的历史可以追溯到古代，人类就已经采用人工地基建造建筑物，如灰土垫层法就是一种在我国很早以前采用的方法，如北京城墙下的灰土垫层、苏州虎丘塔下的块石垫层。近几年发展很快的深层搅拌法、灌浆法、锚杆静压桩、树根桩等。工程实例1：福州东大路华村花园6栋10层商品住宅楼地基土为软土，原设计处理方案：钻孔灌注桩费用225万元，后改为：粉喷桩，费用90万元。工程实例2：南京南湖小区，7层条式楼，地质条件复杂，地基处理方案：地表推平后，采用深层搅拌桩，布桩形式为壁式。工程实例3：秦山核电站十五层高层住宅楼，地基处理原设计方案L=28m，375mm灌注桩，后改用碎石桩变形（土体）。灌注桩承载 总的来说，地基处理的目的就是利用地基处理方法对地基土进行加固，用以改造地基土的压缩性、剪切性、渗透性、振动性、特殊土地基特性。,