东南大学-基础工程-第五章-地基处理ppt课件.ppt

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1、第第5章章 地基处理地基处理5.1 概述概述5.2 垫层法垫层法5.3 排水固结法排水固结法5.4 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法5.5 高压喷射注浆法高压喷射注浆法5.6强夯法强夯法5.7振冲法振冲法1浅基础,当承载力,沉降,液化,冻胀不满足设计要求(1)采用深基础,（桩基础、沉井）(2)处理地基土,改善土性5.1 概述概述25.1 5.1 概述概述地基处理的目的地基处理的目的1 1 提高土的强度提高土的强度-地基承载力地基承载力2 2 增加土的刚度增加土的刚度-减少地基沉降量减少地基沉降量3 3 改善地基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)(1)防渗：防渗：堤坝、闸基、池堤坝、闸基、池

2、(2)(2)排水：排水：软基固结渗流、挡土墙排水软基固结渗流、挡土墙排水 (3)(3)渗透稳定性：渗透稳定性：长江大堤的管涌、流土（采用反滤）长江大堤的管涌、流土（采用反滤）(4)(4)抗冻性抗冻性4 4 改善抗震性能改善抗震性能 (1)(1)液化：液化：加密加密 (2)(2)震陷：震陷：干松砂和溶洞干松砂和溶洞5 5 改善特殊土不良地基特性改善特殊土不良地基特性 黄土湿陷性黄土湿陷性 膨胀土的胀缩性膨胀土的胀缩性3哪些土需要处理？淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土muck,mucky soil 泥炭泥炭,泥炭质土泥炭质土Peat:有机质含量超过有机质含量超过25的软土的软土填土填土,回填土回填

3、土Fill,backfill松砂松砂Loose sand区域性土区域性土Regional soil4 软弱土软弱土系指系指淤泥淤泥、淤泥质土淤泥质土和和部分冲部分冲填土填土、杂填土杂填土及其他及其他高压缩性土高压缩性土。软弱土地基软弱土地基:由软弱土组成的地基。由软弱土组成的地基。淤泥、淤泥质土淤泥、淤泥质土在工程上统称为在工程上统称为软土软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。其特有的工程性质。5 软土软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的天然孔隙比沉积，经生物化学作用下形成的天然

4、孔隙比e 1.0、且天然含水量且天然含水量wwl的软弱土。的软弱土。物物理理力力学学特特性性软软土土的的天然孔隙比大天然孔隙比大：e 1天然含水量高天然含水量高：w wl压缩系数高压缩系数高 a1-2=051.5MPa-1渗透系数小渗透系数小 k=10-610-8cm/s抗剪强度低别抗剪强度低别cu=525kPa灵敏度高灵敏度高 St=48具有明显的流变性具有明显的流变性6淤泥：淤泥：IL1.0；e1.5淤泥质土：淤泥质土：IL1.0；1.5 e1.0软软土土工工程程特特性性软软土土地地基基的的地基承载力低地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长建筑物沉

5、降历时长 流变流变：在应力不变的情况下，土体的剪应在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。变和体应变仍随时间而增长的现象。7地基处理方法分类地基处理方法分类置换法置换法排水固结法：排水固结法：堆载、砂井等振密挤密法：振密挤密法：表层压实法，重锤夯实法，强夯法，振冲挤密法，土桩法，砂桩法，夯实水泥土桩，爆破法加筋法加筋法化学加固法化学加固法原则：原则：技术经济技术经济85.2 垫层法垫层法Soil replacement范围：中小型建筑工程，处理深度(0.53)m。类型：换土垫层、排水垫层、加筋土垫层1 垫层法1.1 材料(1)堆石,块石,毛石,抛石挤淤(2)砾,中粗砂(3

6、)灰土,三合土(有一定胶结)灰土2:8,3:7,土-粉土,粉质粘土;三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦(4)工业废渣:粉煤灰,矿渣(5)素土:Ip=1017,湿陷性黄土换除,分层垫入,压实b回填土回填土9设 计由垫层底软弱下卧层承载力确定垫层厚度由基底面积应力扩散和防止垫层向两侧挤出确定垫层宽度；现场试验确定垫层的承载力压实度沉降计算控制指标：控制指标：最优含水量最优含水量opt压实系数压实系数c=d/dmax102 垫层法的适用性(1)软粘土和淤泥(2)湿陷性土(3)填土,一般粘性土承载力低3 垫层设计 人工持力层,因此要对软弱下卧层验算(1)持力层承载力 pf,确定材料及密度(2)深度设计 一般要

7、求0.5m垫层的扩散和技术的要求 0.5,2330oBb+2ztg 便于压实机械施工b回填土回填土B=b+2ztg dz填zCZCDB4 垫层平面尺寸确定垫层平面尺寸确定125 5 沉降计算沉降计算包括：垫层本身的压缩沉降包括：垫层本身的压缩沉降Sm和垫层下地和垫层下地基土的沉降基土的沉降Sg S Sm+Sg 用用分层总和法分层总和法计算计算13垫层置换法小结垫层置换法小结可以就地取材可以就地取材人工持力层人工持力层要进行软弱下卧层承载力验算要进行软弱下卧层承载力验算垫层厚度有限制垫层厚度有限制垫层置换法垫层置换法14例例 题题某建筑物承重墙下为条形基础，基础宽度某建筑物承重墙下为条形基础，基

8、础宽度1.5m1.5m，埋，埋深深1m1m，相应于荷载效应标准组合时上部结构传至条，相应于荷载效应标准组合时上部结构传至条形基础顶面的荷载形基础顶面的荷载F Fk k=247.5kN/m=247.5kN/m；地面下存在；地面下存在5.0m5.0m厚的淤泥层厚的淤泥层,=18.0kN/m=18.0kN/m3 3,satsat=19.0kN/m=19.0kN/m3 3 ，淤，淤泥层地基的承载力特征值泥层地基的承载力特征值f fakak=70kPa=70kPa；地下水位距地；地下水位距地面深面深1m1m。试设计砂垫层。试设计砂垫层。15【解】（1 1）垫层材料选用中砂，设垫层厚）垫层材料选用中砂，设

9、垫层厚度度z z=2.0m=2.0m，则垫层的压力扩散角，则垫层的压力扩散角=30=300 0。（2 2）垫层厚度验算）垫层厚度验算相应于荷载效应标准组合时基础底面平相应于荷载效应标准组合时基础底面平均压力值为：均压力值为：基础底面处土的自重压力基础底面处土的自重压力 16垫层底面处的附加压力值垫层底面处的附加压力值 垫层底面处土的自重应力垫层底面处土的自重应力 淤泥层地基经深度修正后的地基承载力淤泥层地基经深度修正后的地基承载力特征值为：特征值为：垫层厚度选定为垫层厚度选定为2.0m2.0m是合适的。是合适的。17确定垫层宽度确定垫层宽度 取取b b=3.85m=3.85m，按，按11.51

10、1.5边坡开挖。边坡开挖。185.3 排水固结法排水固结法概述加固机理：加载系统(堆载预压、真空预压)排水系统设计计算：瞬时加载、逐级加载堆载预压法，真空预压施工方法和质量检验19概述排水固结法：排水固结法：对天然地基，和先在地基中设置砂井对天然地基，和先在地基中设置砂井(袋袋装砂井、塑料排水带装砂井、塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，逐渐固结，地基行加载预压，使土体中孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步增加提高的方法。发生沉

11、降，同时强度逐步增加提高的方法。目的：目的：沉降问题：沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大部分或使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差；降和沉降差；稳定问题：稳定问题：加速地基土的强度的增长，提高地基的加速地基土的强度的增长，提高地基的承载力和稳定性。承载力和稳定性。20应用沉降要求较高的建筑物，常用超载预压，如冷藏库，机场跑道等；加快固结增加土强度:路堤和土坝等适用地基土质：各类淤泥、淤质土及冲填土等饱和粘性土。砂井法尤其适用于存在连续砂层的地基，不适用于有机质土和泥炭土等。真空预压法、降低地下位

12、法、电渗法适用特别软弱的粘性土地基，可克服次固结变形。21砂井地基排水情况砂井地基排水情况22（一）预压原理一）预压原理，原位自重应力，原位自重应力 c，建筑建筑物附加应力物附加应力 z,预加压力预加压力 t=(1.21.5)z te2epze1c加载后在土中形成超孔隙水压力，随着时间加载后在土中形成超孔隙水压力，随着时间增长，孔压消散，有效应力增加，孔隙比减增长，孔压消散，有效应力增加，孔隙比减小，强度增长。小，强度增长。23强度超超固结土固结土正常固结正常固结242 预压方法 preloading（1）堆载预压(包括建筑物自重预压)（2）降水预压 增加有效应力wellpoint syste

13、m（3）真空预压 密封层25z降水预压降水预压z26-u真空预压真空预压 密封层密封层27思考？为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏。堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？285.4 深层搅拌法深层搅拌法 深层搅拌法深层搅拌法（Deep mixing methodDMM）是一种化学加固地基的是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械方法。它通过特制机械各种深层搅拌机，各种深层搅拌机，沿深度将沿深度将固化剂固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的利用固化剂

14、自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成强度的复合土桩（体），或与地基土构成复复合地基合地基，从而提高软土地基的承载力、减小，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。地基的变形。29加固机理水泥的水解和水化反应CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3生成化合物土颗粒与水泥水化物的作用离子交换和团粒化强度高硬凝反应结晶碳酸化作用固化剂水泥类：普通硅酸盐水泥、矿渣水泥；石灰类：生石灰、消石灰；沥青类：地沥青、沥青乳剂；化学

15、材料类：水玻璃、氯化钙、尿素树脂、丙烯酸盐等。30(a)定位定位 (b)喷浆喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (c)搅拌上升搅拌上升(d)重复喷浆重复喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (e)重复搅拌上升重复搅拌上升(完毕完毕)(a)(b)(c)(d)(e)软粘土加固1 工艺和机械2 地基，高速公路，基坑31影响水泥土力学性质的因素影响水泥土力学性质的因素固化剂和外加剂固化剂和外加剂水泥掺合量水泥掺合量龄期龄期土的含水量土的含水量土质土质有机质含量和砂粒的含有机质含量和砂粒的含量量搅拌的方法与时间搅拌的方法与时间室内强度与原位强度室内强度与原位强度32复合地基承载力复合地基承载力 第一种思路：将第一种思

16、路：将增强体和基体分开增强体和基体分开，分别确，分别确定各自的承载力，再根据一定原则叠加，从而得到定各自的承载力，再根据一定原则叠加，从而得到复合地基承载力。复合地基承载力。第二种思路：将增强体和基体组成的复合体作第二种思路：将增强体和基体组成的复合体作为为整体考虑整体考虑，根据地基极限平衡理论确定复合地基，根据地基极限平衡理论确定复合地基承载力。承载力。载荷试验法载荷试验法 s/d=0.015-0.02时的时的p33复合地基的承载力复合地基的承载力1）第一种思路）第一种思路桩土应力比 n=p/s与土性有关,随荷载过程变化,对于碎石桩n=24 面积置换率m=Ap/A复合地基承载力标准值td桩桩

17、间土承载力间土承载力折减系数折减系数增强体承载力增强体承载力桩间土承载力桩间土承载力342）第二种思路）第二种思路桩体抗剪强桩体抗剪强度度复合地基抗复合地基抗剪强度剪强度基体抗剪强度基体抗剪强度35平面布置和设计参数平面布置和设计参数有效排水圆柱体直径有效排水圆柱体直径de梅花形：梅花形：de=1.05 Sa正方形：正方形：de=1.13 Sa面积置换率面积置换率m (d0/de)2Sa 桩中心距桩中心距Sad0ded0Sa36复合地基沉降计算原理复合地基沉降计算原理 复合地基沉降的沉降复合地基沉降的沉降S由两部分组成：加由两部分组成：加固区沉降固区沉降S 1和下卧层土体压缩量和下卧层土体压缩

18、量S 2 S=S 1+S 2 37Lb下卧区下卧区ZnP加固区加固区Pbb下卧区下卧区ZnP加固区加固区L应力扩散应力扩散等效实体法等效实体法385.5 高压喷射注浆法高压喷射注浆法高压旋喷旋喷单管单管:浆液浆液双管双管:内浆外气内浆外气三管三管:气气,水水,浆浆适用于适用于:人工填土人工填土;黄土及黄土及一般粘性土一般粘性土;软粘土软粘土;砂砂石石三种形式三种形式：旋喷旋喷定喷定喷摆喷摆喷39单单管管浆液浆液双管双管内浆外气内浆外气三管三管气水浆气水浆40工艺类型单管法一根注浆管、喷嘴(20MPa);二重管法注浆管(20MPa)、空气管(0.7MPa)、喷嘴;三重管法注浆管(0.53MPa)

19、、压缩空气管(0.50.7MPa)、高压水管(2030MPa)、喷嘴;41旋喷桩施工顺序旋喷桩施工顺序振动打桩机振动打桩机硬化剂硬化剂(浆液浆液)高压水高压水压缩空气压缩空气高压水高压水压缩空气压缩空气硬化剂硬化剂(浆液浆液)425.6 强夯法强夯法dynamic consolidation强夯法，动力固结法，动力密实法；反复将很重的锤(1040t)提高(1040m)后自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基的强度并降低其压缩性。适用：砂土、碎石地基，推广后各种粉土、粘性土、杂填土和素土地基。43锤重 落距10 kg,100cm12t,34m10t,10mHeavy tamping44静力固

20、结和动力固结理论对比45加固机理动力密实：加固非饱和土，冲切中气相挤出，液相排出，固相密实。动力固结：加固饱和土，1压缩；2液化，总应力是垂直应力不变,水平拉应力不断增大,孔隙水压力不断增大；3渗透性变大；4触变恢复，有效应力是水平有效应力逐渐接近垂直应力。动力置换：复合地基。46设计计算参数：有效加固深度：Menard公式：实测确定。夯击能单位夯击能：锤重落距总夯数/面积单击夯击能：夯锤重落距与土质、结构类型、荷载大小等相关。47夯击点布置：正三角形或正方形，边缘稍超出处理深度的1/22/3，并不小于3m。夯击点间距：515m，由试验确定。48夯击击数：由试验系确定夯击数与夯沉量关系确定最后

21、两击的夯沉量不大于50100mm,地面隆起不大，起锤不难。夯击遍数：由土质确定。砂性土少，23；粘性土多，38。垫层铺设：0.52m。间歇时间：由土质透水性确定。砂性土连续；粘性土不少于34周。49实例：大连石化公司填海地基拟在在海边堆填碎石地基上建设渣油催化装置，根据设计要求，地基容许承载力应达250kPa，沉降量不得大于5cm，并对不均匀沉降也严格控制。堆填后的碎石地基，填石厚度大,约78m，块石较大,级配差,场地非常疏松，极不均匀,难以达到设计要求。要求进行地基处理方案设计(2)。50方案设计预制桩基：经试打，因遇大块石无法打入。进行强夯法：如何确定设计参数？如何测试地基加固的效果？强夯

22、法对已建海堤影响如何？51由现场试验确定设计参数单点夯击不同夯击遍数的比较有效加固深度地基土的水平位移夯坑周围地表变形地基承载力变形模量的确定52测试地基加固的效果夯坑变形测试深度变形测试地面变形测试水平位移测试荷载试验等53试验结果用15t的锤，落距20m，单击夯击能3000kNm，试验结果为夯14次，总夯沉量的86%，为最大夯击击数。有效加固深度6m地基土的水平位移:5m处1.4cm，10m外近为0，对海堤影响小。坑周地表变形:平均夯沉量101.6cm地基承载力和变形模量满足。54 设备：设备：振冲器振冲器 d=270d=270450mm450mm，L=1.6L=1.63m3m 原理：振：

23、原理：振：偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动 冲：冲：高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结 加固挤密、振动液化、渗流固结加固挤密、振动液化、渗流固结 填料：填料：粗颗粒粗颗粒(粘细粒少粘细粒少)；级配好；最大颗粒；级配好；最大颗粒50mm50mm适用于松砂适用于松砂,杂填土和一般粘性土，杂填土和一般粘性土，不适用于淤泥和淤泥质土不适用于淤泥和淤泥质土5.7 振冲法振冲法55其他方法其他方法 土工加筋法土工加筋法加筋法：在土中加入条带、纤维或网格等抗拉材料，依靠它改善土的软土的性质，提高土的强度和稳定性。筋带：金属条带或土工合成材料或土钉、锚杆等。56