tlxdjjc13《土力學與地基基礎》第十三章地基處理.ppt

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1、第十三章 地基處理,本章提要與學習目標 我國地域遼闊、幅員廣大、自然地理環(huán)境不同、土質(zhì)各異、地基條件區(qū)域性較強，隨著當前經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場地從事建設，而且有時也不得不在地質(zhì)條件不好的地方進行修建，因此就需要對天然的軟弱地基進行處理。 地基處理的主要目的是提高軟弱地基的強度、保證地基的穩(wěn)定；降低軟弱地基的壓縮性、減少基礎的沉降和不均勻沉降；防止地震時地基土的振動液化；消除特殊土的濕陷性、脹縮性和凍脹性。,本章對國內(nèi)外常用的地基處理方法進行介紹，并著重于各種地基處理方法的適用范圍、加固機理和設計計算。,本章重點,地基處理的目的及方法選擇 置換法 深層密實法 排水固

2、結(jié)法 化學加固法,13.1 概述,一、地基處理的目的和意義 地基是指承托建筑物基礎的這一部分范圍很小的場地。也就是說承受由基礎傳來荷載的土層（或巖層）稱為地基。 基礎是指建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)。它具有承上啟下的作用。,二、建筑物的地基所面臨的問題,地基承載力及穩(wěn)定性 天然地基承載力主要與土的抗剪強度有關(guān)，也與基礎型式和埋深有關(guān)。,加拿大特朗斯康谷倉地基,2.沉降、水平位移及不均勻沉降,不均勻沉降,3.滲漏,主要分兩類： 一類是堤壩蓄水構(gòu)筑物地基滲流量超過其允許值時，其后果是造成較大水量損失； 另一類是地基中水力比降超過其允許值時，地基土會潛蝕和管涌產(chǎn)生破壞而導致建（構(gòu)）筑物破壞，造成工

3、程事故。 天然地基滲漏問題主要與土的滲透性有關(guān)。若天然地基不能滿足要求，則需對地基進行改良，減小土的滲透性，或在地基中設置止水帷幕，阻截滲流。,4.液化,在動荷載（地震、機器以及車輛振動、波浪和爆破等）作用下，會引起飽和松散粉細砂（包括部分粉土）產(chǎn)生液化，它是使土失去抗剪強度的一種現(xiàn)象，并會造成地基失穩(wěn)和震陷。 液化的宏觀標志是在地表出現(xiàn)噴砂冒水,二、地基處理的對象及其特性,地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基 。 軟黏土 人工填土（包括素填土、雜填土和沖填土） 飽和粉細沙（包括部分輕亞粘土） 濕陷性黃土 有機質(zhì)土和泥炭土 膨脹土 多年凍土 巖溶、土洞 山區(qū)地基等。,三、地基處理的方法和分類,

4、（一）置換 （二）排水固結(jié) （三）振密、擠密 （四）灌入固化物 （五）加筋法 （六）冷熱處理法 （七）托換 （八）糾偏,可以按下述方法分類：,地基處理方法可分為物理的地基處理方法、化學的地基處理方法、以及生物的地基處理方法。 也可根據(jù)地基處理加固區(qū)的部位分為淺層地基處理方法、深層地基處理方法和斜坡面土層處理方法三大類。 還可視用途將地基處理方法分為臨時性地基處理方法和永久性地基處理方法兩種。,通過地基處理形成的人工地基,1、均質(zhì)地基（多層地基）：通過土質(zhì)改良或置換，全面改善地基土的物理力學性質(zhì)，提高地基土抗剪強度，增大土體壓縮模量，或減少土的滲透性。該類人工地基屬于均勻質(zhì)地基，或多層地基。 2

5、、復合地基：通過在地基中設置增強體，增強體與原地基土體形成復合地基，以提高地基承載力，減少地基沉降。 復合地基（補充）：由兩種剛度（或模量）的不同材料（樁體或樁間土）所組成，在剛性基礎下兩者共同分擔上部荷載并協(xié)調(diào)變形的地基。,3、樁基礎：通過在地基中設置樁，荷載由樁體承擔。特別是端承樁，通過樁將荷載直接傳遞給地基中承載力大，模量高的土層。,四、地基處理方法選用原則和規(guī)劃程序,合理的地基處理方法總的原則是： 技術(shù)先進可靠 經(jīng)濟合理 安全適用 確保質(zhì)量 能滿足施工進度要求,建（構(gòu)）筑物對地基要求,天然地基條件,天然地基是 否滿足要求,天然地基,機具、材料條件 經(jīng)驗教訓 地基處理原理,地基處理,處理

6、方案可行性研究 提出多種可行性方案,技術(shù)、經(jīng)濟、進度比較 分析，并滿足環(huán)保要求,必要時進行現(xiàn)場試驗、補充、調(diào)查,地基處理設計,地基處理施工,質(zhì)量檢驗是否符合要求,人工地基,補救措施,地基處理規(guī)劃程序,13.2 置換法,一、概述 定義：置換法是指應用物理力學性質(zhì)較好的巖土材料置換天然地基中的部分或全部軟弱土體或不良土體，形成雙層地基或復合地基，以達到提高地基承載力、減少沉降目的的一類地基處理方法。 分類：以置換為主的地基處理方法主要有：換土墊層法、擠淤置換法、褥墊法、強夯置換法以及碎石樁置換法和砂樁置換法等。,二、換土墊層法,換土墊層法是將基礎下不太深的一定范圍內(nèi)軟弱土層一部分或全部挖去，然后換

7、填密度大、強度高、水穩(wěn)性好的砂土、碎（卵）石土、灰土、素土、礦渣以及其它性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，并分層（振、壓）實至要求的密度。 換土墊層法一般多用于上部荷載不大，基礎埋深較淺的中、低層民用建筑的地基處理工程中，一般開挖深度不超過3m。,換土墊層設計,1 墊層材料的選用,2 墊層厚度的確定,3 墊層鋪設范圍,4 承載力確定,根據(jù)換填的材料不同，墊層可分為砂石（砂礫、碎卵石）墊層、土墊層（素土、灰土、二灰土墊層）、粉煤灰墊層、礦渣墊層、加筋砂石墊層等。,圖13-2,墊層的寬度確定主要依據(jù)是基礎底面應力擴散的要求，其次也要考慮墊層側(cè)面土的允許承載力，以防止墊層向兩側(cè)擠入軟弱土層中,通過現(xiàn)場試驗確

8、定,5 沉降計算,一般墊層僅考慮下臥層的變形，對沉降要求較嚴或墊層較厚的情況，應計算墊層自身的變形，分層總和法。,圖13-2 墊層內(nèi)應力的分布,表達式為： 式中 pz墊層底面處的附加應力值，kPa； pcz墊層底面處土的自重應力，kPa； faz 經(jīng)深度修正后墊層底面處軟弱下臥層土的地基承載力特征值，kPa。,地基處理的換填法墊層厚度應由（ A ） A 下臥層承載力確定； B 基礎底面應力擴散角確定； C 墊層的密實程度確定； D 墊層的承載力確定。,施工,換土墊層法施工包括開挖換土和鋪填墊層兩部分。 開挖換土應注意避免坑底土層擾動，應采用干挖土法。 鋪填墊層應根據(jù)不同的換填材料選用不同的施工

9、機械。墊層需分層鋪填，分層密實。砂石墊層宜采用振動碾壓；粉煤灰墊層宜采用平碾、振動碾、平板碾動器、蛙式夯等碾壓方法密實；灰土墊層宜采用平碾、振動碾等方法密實。,振動壓路機,質(zhì)量檢驗,墊層法施工質(zhì)量檢驗應分層進行。每層施工后經(jīng)檢驗復合設計要求后才能進行下一層施工。 對灰土、粉煤灰和砂石墊層的施工質(zhì)量可采用環(huán)刀法、貫入儀、靜力觸探、輕型動力觸探或標注貫入試驗等方法進行質(zhì)量檢驗； 對砂石、礦渣墊層可用重型動力觸探檢驗墊層質(zhì)量。,69 地基處理的換填法墊層厚度應由（ a ） a 下臥層承載力確定；b 基礎底面應力擴散角確定；c 墊層的密實程度確定；d 墊層的承載力確定。,三、強夯置換法,（一）加固機理

10、和適用范圍 強夯置換可分為整式置換和樁式置換。 強夯置換法適用于加固粉土地基、黏性土地基等。常應用于堆場、高等級公路地基處理，有時也應用于多層住宅地基處理。,動力置換類型,(a)整式置換 (b)樁式置換,強夯置換法設計,1 置換材料選用,2 墩體設置深度、夯錘和落距的選用,3 置換點范圍和置換點布置,4 墊層,5 檢測方法,用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，應充分利用地方材料。,設置深度可根據(jù)設計承載力要求確定，錘重和落距需要通過試驗確定,等邊三角形或正方形布置,在墩間土和墩頂應鋪設一厚度不小于300mm的砂石墊層,測定墩體和復合地基承載力,13.3 深層密實法,一、概述

11、 定義：深層密實是指采用爆破、夯擊、擠壓和振動等方法，對松軟地基土進行振密和擠密，使土體抗剪強度提高，壓縮性減小，從而達到提高地基承載力和減小沉降為目的的一類地基處理方法。 分類：這類地基處理方法主要有爆破擠密法、碎（砂）石樁法、強夯法、石灰樁法、土樁、灰土樁法等等。,二、強夯法,兩種不同的加固機理：動力密實和動力固結(jié) 1、動力密實 對象：多孔隙、粗顆粒的非飽和土 機理：土中的空氣被擠出的過程，其夯實變形主要是由于土顆粒的相對位移引起 2、動力固結(jié) 對象：碎石土、砂土、低飽和度的黏性土、素填土、雜填土、濕陷性黃土等 機理：動力固結(jié)理論巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)，

12、使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)。,強夯法常用來加固碎石土、砂土、低飽和度的黏性土、素填土、雜填土、濕陷性黃土等地基。對于飽和度較高的黏性土地基等，如有工程經(jīng)驗或試驗證明采用強夯法有加固效果的也可采用。通常認為強夯擠密法只適用于塑性指數(shù)小于等于10的土。對淤泥與淤泥質(zhì)土地基不宜采用強夯法加固。,強夯法加固地基的機理和適用條件？,強夯法加固地基設計內(nèi)容,1、有效加固深度和單擊夯擊能的確定,2、夯錘和落距的選用,3、夯擊范圍和夯擊點布置,4、夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù),5、間歇時間,6、墊層設計,1、有效加固深度H和單擊夯擊能的確定 2、夯

13、錘和落距的選用 實踐證明，圓形和帶有氣孔的錘較好 。 夯錘確定后，根據(jù)要求的單擊夯擊能量，就能確定夯錘的落距。國內(nèi)通常采用的落距為825m。 3、夯擊范圍和夯擊點布置 強夯加固范圍應大于建筑物基礎范圍，每邊超出基礎外邊緣的寬度宜為設計處理深度的1/21/3，并不宜小于3.0m。 夯點布置：對某些基礎面積較大的建筑物或構(gòu)筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點；對辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點。,4、夯擊擊數(shù)和夯擊遍數(shù) 國內(nèi)外目前一般每夯擊點夯520擊，根據(jù)土的性質(zhì)和土層的厚薄不同，夯擊擊數(shù)也不同。 一般情況下，對碎石、礫砂、砂質(zhì)土或垃圾土，夯擊遍數(shù)為3遍左右。粘性土為38遍，泥炭為

14、35遍。在我國大多數(shù)工程中為25遍。最后以低能量滿夯一遍。 5、間歇時間 可根據(jù)地基水的滲透性確定間歇時間，對于滲透性較差的粘性土地基的間隔時間，一般不少于34周，一般滲透性較好的粘性土12周，對滲透性好的地基可連續(xù)夯擊。 6、墊層設計 墊層厚度隨場地的土質(zhì)條件、夯錘重量及形狀等條件而定。一般為50150cm。墊層材料宜采用粗顆粒的碎石、礦渣、砂礫石、粗顆粒粒徑宜小于10cm。對處理土層為飽和砂、軟土時，坑底易涌土涌砂，故墊層材料不宜用砂。,三、擠密碎（砂）石樁法,定義:碎石樁法和砂樁合稱為粗顆粒土樁，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入土孔中，形成大直徑的碎石或

15、砂所構(gòu)成的密實樁體。 適用范圍：碎石樁和砂樁適用處理松散地基、粉土、素填土、雜填土、粘性土地基、濕陷性黃土地基等，可用于散料堆場、路堤、碼頭、油罐、廠房和住宅等工業(yè)與民用建筑地基加固工程中。,對松散砂土加固機理,主要目的是提高地基土承載力，減少變形和增強抗液化能力。 主要作用： （1）擠密作用 （2）排水減壓作用 （3）砂土地基預振作用,在軟弱粘土中的加固機理,機理：碎石（砂）樁在軟弱粘性土地基中，主要通過樁體的置換和排水作用加速樁間土體的排水固結(jié)，并形成復合地基，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，改善地基土的力學力性能。 作用： （1）置換作用 （2）排水作用 （3）加筋作用 （4）墊層作用 碎石（

16、砂）樁處理軟弱粘性土地基的機理是什么？,煙臺濱海路砂樁處理軟土地基,設計計算,加固范圍,樁位布置,通常都大于基底面積。對一般地基，在基礎外邊緣宜擴大12排，對可液化地基，在基礎外邊緣應擴大24排。,加固深度,樁徑,碎石樁和砂樁的直徑應根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設備等因素確定,材料,使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂礫石等，含泥量不大于5%。材料最大粒徑一般不大于8cm，對碎石，一般為25cm。,圖13-5樁位布置,墊層,施工完畢后，基礎底面應鋪設3050cm厚度的碎（砂）石墊層，分層鋪設，用平板振動器振實。,根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求,圖13-5樁位布置 ( a )正方形 ( b )矩形 (

17、 c )等腰三角形 ( d )放射形,用于砂性土設計計算方法,首先根據(jù)工程對地基加固的要求（如提高地基承載力、減小變形或抗地震液化等）確定達到的密度和孔隙比，并考慮樁位布置型式和樁徑大小，計算樁的間距。 考慮振密和擠密兩種作用，平面布置為正三角形和正方形 當正方形布樁時： 當?shù)冗吶切尾紭稌r：,圖13-6 加密效果計算,注意事項,（1）地基含水量的影響 地基含水量對處理效果影響很大，實踐證明，只有安全干燥或飽和狀態(tài)的砂土才可能獲得最大的振動密實度。 （2）粘土顆粒含量的影響 粘土顆粒含量的多少對處理效果有一定的影響。粘土顆粒含量過高，振動和沖擊荷載難以破壞樁周粘土顆粒間的物理、化學力，因而會影

18、響擠密效果。 （3）靠近地表的擠密情況 地表層約12m內(nèi)樁間土所受的約束力較小，在這深度范圍內(nèi)，很難做到充分擠密，往往滿足不了設計要求，常需要結(jié)合其它的表層壓實方法進行處理。,四、石灰樁法,定義：石灰樁是指用人工或機械在土中成孔，然后灌入生石灰塊（還可摻入其它活性與非活性材料），經(jīng)夯壓后形成一根一根的樁體。 加固機理 1、擠密作用 成孔擠密作用； 吸水膨脹擠密作用；脫水擠密 2、吸水、升溫使樁間土強度提高 3、石灰樁的排水固結(jié)作用 4、膠凝、離子交換和碳化作用使樁周土強度提高。 5、生石灰的置換作用。,13.4 排水固結(jié)法,一、概述 定義：排水固結(jié)法是對天然地基，或先在地基設置砂井（袋裝砂井或

19、塑料排水帶）等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或在建筑物建造前在場地先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降時，同時強度逐漸提高的方法。 組成：排水固結(jié)法主要是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩個部分組成。圖13-7,排 水 固 法,加壓系統(tǒng),排水系統(tǒng),加載法,真空預壓,降水預壓,電滲法,聯(lián)合法,豎向排水體,水平排水體,堆載預壓法,超載預壓法,建筑自重分級 加載法,塑料排水板,袋裝砂井,普通砂井,其它,砂墊層,圖13-7 排水固結(jié)組成,系統(tǒng)組成排水系統(tǒng),系統(tǒng)組成加壓系統(tǒng),場地高填土堆載預壓,二、加固機理和計算理論,原理：將土在某一壓力作用下，自由水逐漸排出，土體隨之壓縮，

20、土體的密度和強度隨時間增長的過程稱為土的固結(jié)過程。所以，固結(jié)過程就是超靜孔隙水壓力消散、有效應力增長和土體逐步壓密的過程。 計算理論：根據(jù)太沙基一維固結(jié)理論，粘性土達到一定固結(jié)度所需時間與其最大排水距離的平方成正比。,排水固結(jié)法原理(a)豎向排水情況 (b)砂井地基排水情況,排水固結(jié)法適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和粘性土地基。砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。,排水固結(jié)法的原理,加 固 軟 土 層,豎 向 排 水 體,排水墊層,水平排水盲溝,排水固結(jié)法適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和粘性土地基。砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。砂井只能加速主固結(jié)而不能減少次固結(jié)，

21、對有機質(zhì)土和泥炭等次固結(jié)土，不宜采用砂井法。降低地下水位法、真空預壓法和電滲法由于不增加剪應力，地基不會產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。,排水固結(jié)法加固軟粘土地基的原理？,四、堆載預壓法,定義：堆載預壓是在建筑施工前通過臨時堆填土、砂、石、磚等散料對地基加載預壓，使地基土的沉降大部分或分基本完成，并因固結(jié)而提高地基承載力，然后除去堆載，再行建筑施工的一種處理方法。 該法適用于各種軟粘土地基。,臨時填土堆載預壓,五、真空預壓法,定義：真空預壓法是通過在砂墊層和豎向排水體中形成負壓區(qū)，在土體內(nèi)部與排水體間形成壓差，迫使地基土中水排出，地基土體產(chǎn)生固結(jié)。 真空預壓法加固地基原理是土體在壓

22、差作用下固結(jié)。真空預壓下地基土體固結(jié)計算可采用Rendulic-Terzaghii固結(jié)理論或Biot固結(jié)理論計算。,圖13-14 真空預壓法示意圖,真空預壓模型試驗,13.5 化學加固法,定義：化學加固法是指在軟弱地基中灌入水泥漿液、黏土漿液或其他化學漿液，通過灌注壓入、高壓噴射或機械攪拌，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理和力學性質(zhì)的地基處理方法。 屬于化學加固法的地基處理方法主要有：水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法和灌漿法。,二、水泥土攪拌法,水泥土攪拌樁是一種用于加固飽和粘土地基的常用軟基處理技術(shù)，它將水泥作為固化劑與軟土在地基深處強制攪拌，由固化劑和軟土產(chǎn)生一系列物理化學反應，使軟

23、土硬結(jié)成一定強度的水泥加固體，從而提高地基土承載力和增大變形模量。 水泥土攪拌樁從施工工藝上可分為濕法（漿噴攪拌法）和干法（粉噴攪拌法）兩種。,水泥攪拌樁在施工,粉噴樁,三、高壓噴射注漿法,定義：高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。 分類：固結(jié)體的形狀和噴射流移動方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡稱旋噴)、定向噴射(簡稱定噴)和擺動噴射(簡稱擺噴)三種型式,高壓噴射注漿的三種形式,高壓噴射注漿法的工藝

24、類型,工藝類型有：單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種方法。,單管旋噴注漿示意圖,二重單管旋噴注漿示意圖,三重管旋噴注漿示意圖,多重管旋噴示意圖,高壓噴射注漿法的特征及適用范圍,工程應用范圍：增加地基強度；擋土圍堰及地下 工程建設；增大土的摩擦力和黏聚力；減少振動、 防止液化；降低土的含水量；防滲帷幕。,特征：適用范圍較廣；施工簡便；可控制固結(jié) 體形狀；可垂直、傾斜和水平噴射；耐久性較 好；料源廣闊；設備簡單。,加固機理,高壓噴射流對土體的破壞作用,水(漿)、氣同軸噴射流對土的破壞作用,水泥與土的固結(jié)機理,四、灌漿法,定義：灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入

25、地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，使土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣排出，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學性良好的結(jié)石體。 灌漿工藝所依據(jù)的理論主要可歸納為以下四類： （1）滲透性灌漿理論. （2）劈裂灌漿理論 （3）壓密灌漿理論 （4）電動化學灌漿原理,灌漿的主要目的,1、防滲：增加地基土的不透水性。防止流砂、鋼板樁滲水、壩基漏水和隧道開挖時涌水，以及改善地下工程的開挖條件； 2、防止橋墩和邊坡護岸的沖刷； 3、整治塌方滑坡、處理路基病害； 4、加固、提高地基土的承載力，減少地基的沉降和不均勻沉降； 5、進行托換技術(shù)，既有建筑物的地基加固與糾偏。,復習要點及作業(yè),復習要點： 地基處理的方法 各種方法的特點及適用性 作業(yè)： P333，思考題13-2,13-5,計算題13-1,課程學習結(jié)束 ?？荚嚦煽儍?yōu)異,