第5章软弱地基处理介绍.ppt

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1、普通高等教育“十二五”土木工程系列规划教材基 础 工 程Foundation Engineering西南科技大学土木工程与建筑学院土木教研室品牌课程第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1、概述、概述2、换填垫层法换填垫层法3、强夯法和强夯置换法强夯法和强夯置换法 4、排水固结法排水固结法5、复合地基理论复合地基理论6、砂石桩法、砂石桩法 7、水泥土搅拌法水泥土搅拌法 8、水泥粉煤灰碎石桩法水泥粉煤灰碎石桩法 本章内容简介本章内容简介第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理学习目的和要求学习目的和要求 通过本章学习，了解软土地基的特性、处理方法及适用范围；通过本章学习，了解软

2、土地基的特性、处理方法及适用范围；掌握常见地基处理方法的加固机理和设计计算过程，能够根掌握常见地基处理方法的加固机理和设计计算过程，能够根据不同软弱土地基选择适合的地基处理方法；了解常见地基据不同软弱土地基选择适合的地基处理方法；了解常见地基处理方法的施工过程及检测要求；理解复合地基的概念；掌处理方法的施工过程及检测要求；理解复合地基的概念；掌握复合地基承载力计算、变形计算及复合地基的一般设计过握复合地基承载力计算、变形计算及复合地基的一般设计过程。程。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.1 5.1 概论概论软弱土地基的特征软弱土地基的特征含水量较高，孔隙比较大。压缩性较高。抗

3、剪强度很低。渗透性较差。具有显著的结构性。具有明显的流变性 地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。1)提高地基的抗剪强度；2)降低地基的压缩性；3)改善地基的适水特性；4)改善地基的动力特性；5)改善特殊土的不良地基特性。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理地 基 处 理 的 目 的 改善剪切特性 改善动力特性 改善压缩特性 改善透水特性 改善特殊土的不良地基的特性 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理地基处理方法分类及应用范围 地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方

4、法，这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。软弱土地基处理方法分类碾压及夯实换填垫层排水固结振密挤密置换及拌入加筋其它第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理常用地基处理方法及适用范围 1、碾压夯实(1)重锤夯实 适用于碎石、砂石、粉土、低饱和度的粘性土、杂填土等(2)机械碾压(3)振动压实(4)强夯法 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理重锤夯实第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处

5、理机械碾压第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理强夯第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理青岛港8号码头强夯挤淤工程第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2、换填垫层(1)砂石垫层(2)素土、灰土垫层(3)矿碴垫层 适用于处理浅层软弱土地基，一般只应用于荷载不大的建筑物基础 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3排水固结(1)预压法(2)砂井预压(3)塑料排水带预压(4)降水预压 适用于处理饱和软弱土层；对于渗透性极低的泥炭土，必须慎重对待 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理排水系统加压系统堆载预压法第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱

6、土地基处理砂井预压(包括袋装砂井、塑料排水带等)第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理真空膜真空预压第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理降水预压第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理4振密挤密(1)振冲桩(2)灰土挤密桩(3)砂石桩 适用于处理松砂、粉土、杂填土及湿陷性黄土 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理振冲挤密第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理振冲挤密法第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5置换及拌入(1)振冲置换(2)深层搅拌(3)高压喷射注浆(4)石灰桩(5)CFG桩 粘性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法对于

7、排水剪强度 kPa时慎用 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理振冲置换第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理深层搅拌第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理注浆第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理喷粉桩施工第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理6加筋(1)土工合成材料加筋(2)树根桩(3)加筋土 软弱土地基、填土及高填土、砂土 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理三、地基处理的基本原则 在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受

8、力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值，地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.2 5.2 换填垫层法换填垫层法 b 回填土回填土土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理换填垫层法换填垫层法:将基础底面以下处理范围内的软弱土层的将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或

9、全部挖去，然后分层换填强度较大的砂部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为方法称为换填法换填法.第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理垫层的类型及适用范围表垫层的类型及适用范围表垫层种类垫层种类适用范围适用范围砂垫层（碎砂垫层（碎石、砂砾）石、砂砾）中、小型建筑工程的滨、塘、沟等局部处理；软弱中、小型建筑工程的滨、塘、沟等局部处理；软弱土和

10、水下黄土处理（不适用于湿陷性黄土）。可有土和水下黄土处理（不适用于湿陷性黄土）。可有条件用于膨胀土地基。条件用于膨胀土地基。素土垫层素土垫层中小型工程，大面积回填，湿陷性黄土中小型工程，大面积回填，湿陷性黄土灰土垫层灰土垫层中小型工程，膨胀土，尤其湿陷性黄土中小型工程，膨胀土，尤其湿陷性黄土粉煤灰垫层粉煤灰垫层厂房、机场、港区路域和堆场等大、中小型大面积厂房、机场、港区路域和堆场等大、中小型大面积填筑填筑干渣垫层干渣垫层中小型建筑工程。尤其适用于地坪、堆场等大面积中小型建筑工程。尤其适用于地坪、堆场等大面积地基处理和场地平整；铁路、道路路基处理。地基处理和场地平整；铁路、道路路基处理。土力学与

11、基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1、提高浅层地基承载力、提高浅层地基承载力通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少；力减少；2、减小沉降量、减小沉降量换填材料代替上部软弱土层，可减小这部换填材料代替上部软弱土层，可减小这部分的沉降量、垫层扩散作用，使得下卧土层的分的沉降量、垫层扩散作用，使得下卧土层的压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；1、加固机理、加固机理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3、加速软弱土层的排水固结、加速软弱土层的排水

12、固结不透水基础直接与软弱土层相接触时，在不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，产生塑性破坏的危险。产生塑性破坏的危险。加固机理加固机理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理4、防治冻胀、防治冻胀垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。可防治冻胀。5、消除膨胀土的胀缩作用、消除膨胀土

13、的胀缩作用 加固机理加固机理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2、垫层设计、垫层设计垫层设计要点1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，2、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 b 回填土回填土垫层厚度应根据垫层厚度应根据垫层底部下卧土层垫层底部下卧土层的承载力确定，的承载力确定，并符合下式要求：并符合下式要求：垫层厚度的确定垫层厚度的确定 pZ+pCZ faz式中垫

14、层底面处的附加应力设计值（kPa）;垫层底面处土的自重压力值（kPa）；经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 b 回填土回填土B=b+2ztg dz 填填z pCZ pCDpZ+pCZ faz条基条基独立基础独立基础土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 压力扩散角（压力扩散角（）换填材料粘性土和粉土(8 14)中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾卵石、碎石灰土0.25206280.503023注：当 0.25时，除灰土仍取 28外，其余材料均取 0；当0.25 0

15、.5时，值可内插求得。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理垫层宽度的确定垫层宽度的确定 垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。b 回填土回填土垫层顶面每边宜比基础垫层顶面每边宜比基础底面大底面大0.3m 按当地开挖基坑经验的按当地开挖基坑经验的要求放坡要求放坡 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理垫层承载力的确定垫层承载力的确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定 土力学与基础工程 西南科技大学表表5-3 5-3 各种垫层的承载力表各种垫层的承载力表压实系数施工方法换填材料类别承

16、载力标准值（kPa）碾压振实或夯实碎石、卵石0.97200300砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%50%）200250土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%50%）150200中砂、粗砂、砾砂、角砾、圆砾、石屑150200粉质粘土130180灰土0.95200250粉煤灰0.95120150第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理沉降计算沉降计算 对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3.垫层施工1）粒径小于0.002mm的

17、胶体含量20%；2）液限L 40%；塑性指数Ip 17,在2235之间。3）自由膨胀率40%。1）机械碾压法：机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程；2）重锤夯实法：重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土；3）平板振动法：平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格。振实后地基承载力宜通过现场载

18、荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100120kPa。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理4.例题土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.3 5.3 强夯法和强夯置换法强夯法和强夯置换法土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理强夯法是通过840t的重锤(最重可达200t)和825m 的落距(最高可达40m)，对地基土反复施加冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法）；强夯置换法是将重锤提到高处使其自由落下形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料，使其形成

19、密实的墩体的地基处理方法。可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.加固机理 目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.动力密实 采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。Dynamic compactio

20、n土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.2.动力固结动力固结 Menard根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。静

21、力固结理论与动力固结理论的模型比较a）静力固结理论模型；b）动力固结理论的模型Dynamic consolidation土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理由于土体产生裂隙或趋于液化，引起渗透性增大。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1）饱和土的压缩性；2）产生液化；3）渗透性变化；4）触变恢复夯击一遍的情况 夯击三遍的情况 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3.动力置换 Dynamic replacement土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土

22、地基处理软弱土地基处理动力置换类型 整式置换 桩式置换土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.强夯法设计与施工（1）有效加固深度有效加固深度 H有效加固深度(m)M夯锤重(t)h落距(m)系数 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（2）夯锤和落距）夯锤和落距 单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积，一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重落距总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章

23、章 软弱土地基处理软弱土地基处理（3）夯击点布置及间距夯击点布置及间距 等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为515m 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（4）夯击击数与遍数夯击击数与遍数 夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定量应同时满足下列条件：1)最后两击的夯沉量不大干50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm；2)夯坑周围地面不风发生过大隆起；3)不因夯坑过深而发生起锤困难。一般为410击。遍数一般24遍。最后一遍是以低能量“搭夯”即锤印彼此搭接。土力学与基础工程 西南科技大学第第

24、 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（5）垫层铺设垫层铺设 垫层厚度一般为0.52.0m。铺设的垫层不能含有粘土。（6）间歇时间间歇时间 砂土连续，粘性土24周。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 效效果果检检验验 强夯施工结束后应间隔定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周：对粉土和粘性土地基可取34周。室内试验 十字板试验 动力触探试验 静力触探试验 旁压试验 载荷试验 波速试验 旁压试验 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5

25、5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.4 5.4 排水固结法排水固结法土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 排水固结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），使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的一种软土地基处理方法。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理排水系统加压系统排水固结法是由排水

26、系统和加压系统两部分共同组合而成的。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类排水固结法的种类 堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.1.排水固结法的原理排水固结法的原理 加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟土

27、力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理堆载预压法就是用填土等外加荷载来增加总应力并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力的方法。排水固结法的原理排水固结法的原理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理排水固结法的应用范围排水固结法的应用范围用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。按照使用目的可以解决两个问题沉降问题 稳定问题 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.堆载预压法设计堆载预压法设计堆载预压的计算

28、内容堆载预压的计算内容 1.选择竖向排水井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度 2.确定预压区范围、预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间 土力学与基础工程 西南科技大学3.计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.1.砂井尺寸砂井尺寸 砂井的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度(通常定为80)。（1）砂井直径和间距）砂井直径和间距常采用“细而密”原则。一般砂井直径：300500mm；间距：68倍井径。袋装砂井直

29、径：70120mm；间距：1522倍井径。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（2）砂井的布置）砂井的布置正三角形排列 正方形排列 排水路径土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理lldede土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（3）砂井深度）砂井深度 根据现场各种因素定。（土层厚、有无透水层、压缩层厚度、承压水、稳定控制、沉降控制量等）一般1025米。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（4）砂垫层）砂垫层在砂井顶面应铺设排水砂垫

30、层，以连通各个砂井形成通畅的排水面，将水排到场地以外。砂垫层厚度不应小于0.5m；水下施工时，砂垫层厚度一般为1.0m左右。土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1、预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常可与建筑物的基底压力大小相同。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基 土力学与基础工程 西南科技大学2.2.确定加载的数量、范围和速率确定加载的数量、范围和速率 2、加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。3、加载速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施下一

31、级荷载。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（1）地基固结度计算：在一级或多级等速加载条件下，某一时间t对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：土力学与基础工程 西南科技大学3.3.计算地基的固结度、强度增长和变形计算地基的固结度、强度增长和变形 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（2）地基强度计算：预压荷载下，正常固结饱和粘性土地基中某点任意时间的抗剪强度可按下式计算：土力学与基础工程 西南科技大学3.3.计算地基的固结度、强度增长和变形计算地基的固结度、强度增长和变形 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（3）预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算

32、：土力学与基础工程 西南科技大学3.3.计算地基的固结度、强度增长和变形计算地基的固结度、强度增长和变形 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.5 5.5 复合地基理论复合地基理论复合地基（复合地基（Composite Foundation）一词,国外最早见于1962年。复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。初期 后来 主要指天然地基中设置碎石桩而形成的碎石桩复合地基 深层搅拌法和高压喷射注浆法的应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究 第第 5 5 章章 软弱土地

33、基处理软弱土地基处理?复合地基定义的争论 复复合合地地基基是指两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。砂石桩复合地基或水泥土桩复合地基根据桩体的刚度桩体与基础不相连与桩体刚度无关桩和桩间土共同承担荷载根据其工作状态第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理复合地基计算简图第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1 1 复合地基的分类复合地基的分类（1）根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。均质人工地基双层地基水平向增强复合地基竖直向增强复合地基第第 5 5 章章 软弱

34、土地基处理软弱土地基处理（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；复合地基常用的形式水平向增强复合地基竖直向增强复合地基斜向增强复合地基长短桩复合地基第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理地基复合地基桩基 的区别天然地基复合地基桩基础第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2 2 复合地基作用机理和设计参数复合地基作用机理和设计参数2.1 2.1 作用机理作用机理 桩体作用 垫层作用加速固结作用挤密作用加筋作用 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（1）面积置换率 土力学与基础工程 西南科技大学2.2 2.2 设计参数

35、设计参数 桩体的横截面积(Ap)与该桩体所承担的复合地基面积(Ae)之比称为复合地基面积置换率(m)，第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学等边三角形布桩：正方形布桩：矩形布桩：第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（2）桩土应力比 土力学与基础工程 西南科技大学 桩土应力比是指复合地基中桩体的竖向平均应力与桩间土的竖向平均应力之比。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理（3）复合压缩模量 土力学与基础工程 西南科技大学 在复合地基计算中，为了简化计算，将其视为一均质的复合土层，那么与原非均质复合土层沉降量等价的均质复合土层的压缩模量

36、称为复合压缩模量 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学3.1 3.1 复合地基承载力确定复合地基承载力确定 复合地基承载力一般应通过现场复合地基荷载试验确定，应按地基处理规范的附录进行。3 3 复合地基承载力的确定复合地基承载力的确定 初步设计时也可按复合求和法估算。复合求和法应力复合法 变形复合法 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理应力复合法土力学与基础工程 西南科技大学 应力复合法认为复合地基在达到其承载力的时候，复合地基中的桩与桩间土也同时达到各自的承载力 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理变形复合法土力学与基础工程

37、西南科技大学 变形复合法认为复合地基在达到其承载力的时候，复合地基中的桩与桩间土并不同时达到各自的承载力，桩的承载力全部发挥而土的承载力并未全部发挥 式中：第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学应力复合法砂石桩复合地基 石灰桩复合地基 其它柔性桩复合地基 变形复合法水泥土搅拌桩复合地基 CFG桩复合地基 旋喷桩复合地基 其它半刚性、刚性桩复合地基 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学3.2 3.2 复合地基承载力的修正复合地基承载力的修正 经处理后的地基，仅根据基础埋深对地基承载力特征值进行修正。第第 5 5 章

38、章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学变形计算深度变形计算深度 复合地基变形计算深度的确定方法与天然地基相同 4 4 复合地基变形计算复合地基变形计算 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理若若zn小于加固深度小于加固深度H1 ，则zn=H1 若若zn大于加固深度H1 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理地基（包括加固区和下卧层）压缩变形量计算通常采用分层总和法或建筑地基规范提供的方法，表达式为 s=ss=s 加固区土层的复合压缩模量Esp 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学1.资料分析 5 5 复合地基

39、一般设计过程复合地基一般设计过程 2.复合地基处理方案的确定3.选择桩截面尺寸4.加固深度选择5.加固范围的确定6.桩体承载力的确定7.复合地基承载力特征值的确定8.确定面积置换率9.确定复合地基桩的平面布置和桩间距10.复合地基承载力验算11.其它验算12.绘制施工图第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.6 5.6 砂石桩法砂石桩法 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对大型的、重要的或场地地层复杂的工程，以及对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工

40、前通过现场试验确定其适用性。土力学与基础工程 西南科技大学碎石桩碎石桩 砂桩砂桩 适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂桩也可用于处理可液化地基。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.加固机理1）松散砂土和粉土中的作用土力学与基础工程 西南科技大学在松散砂土和粉土中成桩时对周围砂层产生挤密作用或同时产生振密作用。2）软弱粘性土中的作用 在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，即起置换作用并形成“复合地基”第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.砂石桩设计 1）处理范围土力学与基础工程

41、西南科技大学砂石桩处理范围应大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大13 排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m 2）桩直径及桩位布置 振冲碎石桩桩径宜为8001200mm；沉管砂石桩桩径宜为300800mm。对饱和粘性土地基宜选用较大直径 砂石桩孔位宜采用等边三角形或正方形布置。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理3）砂石桩桩长 土力学与基础工程 西南科技大学砂石桩桩长可根据工程要求和工程地质条件通过计算确定：（1）当相对硬土层埋深较浅时，可按相对硬层埋深确定；（2）当相对硬土层埋深较大时，应按建筑物地基变形允许值确定；（3）对按稳定性

42、控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面以下2m的深度；（4）对可液化的地基，桩长应按要求处理液化的深度确定；（5）桩长不宜小于4m。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理4）砂石桩间距 土力学与基础工程 西南科技大学一般经验：振冲碎石桩：30kW振冲器布桩间距可采用1.3m2.0m；55kW振冲器布桩间距可采用1.4m2.5m；75kW振冲器布桩间距可采用1.5m3.0m；不加填料振冲挤密孔距可为2.0m3.0m。沉管砂石桩：对于粉土和砂土地基不宜大于砂石桩直径的4.5倍，对于粘性土地基不宜大于砂石桩直径的3倍。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理桩间距的计算 土力学与基础

43、工程 西南科技大学（1）松散砂土和粉土 初步设计时松散砂土和粉土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比来确定。等边三角形布置 正方形布置第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理桩间距的计算 土力学与基础工程 西南科技大学（2）粘性土地基 初步设计时由复合地基的面积置换率m 确定三角形布桩正方形布桩 矩形布桩 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学需要指出的是由于在此步计算过程中砂石桩的承载力并未确定，可先根据当地施工经验初选桩身承载力进行试算，如试算的桩间距不满足下一步的复合地基承载力验算，则应重选选择桩间距，直到满足设计要求为止。第第 5 5 章章

44、软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学5）承载力计算初步设计按下列公式估算对于松散砂土和粉土可取原天然地基承载力特征值的1.21.5倍，对于粘性土可取天然地基承载力特征值。复合地基桩土应力比n，宜采用实测值确定，如无实测资料时，对于砂土、粉土可取1.53.0，对粘性土可取2.04.0 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学6）砂石垫层砂石桩顶部宜铺设一层厚度为 300500mm的砂石垫层 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学4.施工第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工

45、程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学5.例题第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.7 5.7 水泥土搅拌法水泥土搅拌法 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量 土力学与基础工程 西南科技大学深层

46、搅拌法（以下简称湿法）粉体喷搅法（以下简称干法）第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理1.加固机理1）水泥土硬化机理（微观机理）土力学与基础工程 西南科技大学2）复合地基加固机理（宏观机理）第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.水泥土搅拌桩的设计要点 1）对地质勘察的要求 土力学与基础工程 西南科技大学(1)填土层的厚度和组成；(2)软土层的分布范围、分层情况；(3)地下水位及酸碱度(PH值)；(4)土的含水率、塑性指数和有机质含量等 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2）布桩型式 土力学与基础工程 西南科技大学布桩型式可根据上部结构特点及对地基承载力和变

47、形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等不同形式 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理4）桩长和桩径的确定 土力学与基础工程 西南科技大学原则要求：竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧面以下2m。湿法的加固深度不宜大于20m，干法的加固深度不宜大于15m。一般要求：水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学4）单桩竖向承载力的设计计算 单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计按下列

48、公式最小值估算第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学5）复合地基的设计计算 加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学根据设计要求的单桩竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值计算搅拌桩的置换率和总桩数：第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学3.施工工艺第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技

49、大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理土力学与基础工程 西南科技大学4.例题第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理5.8 5.8 水泥粉煤灰碎石桩法水泥粉煤灰碎石桩法 土力学与基础工程 西南科技大学第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩。土力学与基础工程 西南科技大学水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土地基。水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土

50、地基处理1.加固机理1）桩体作用 土力学与基础工程 西南科技大学2）挤密与置换作用 3）褥垫层作用 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理2.CFG桩的设计 1）桩径尺寸及桩的布置 土力学与基础工程 西南科技大学水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置 长螺旋钻中心压灌、干成孔和振动沉管成桩桩径可取350600mm 泥浆护壁钻孔成桩宜为600800mm 布桩范围 桩径 第第 5 5 章章 软弱土地基处理软弱土地基处理桩间距 土力学与基础工程 西南科技大学采用非挤土成桩工艺和部分挤土成桩工艺，桩间距宜为35倍桩径 采用挤土成桩工艺和墙下条形基础单排布桩的桩间距宜为36倍桩径 一般要求 桩长