001第1章-绪论 《 地基处理新技术》.ppt
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1、地基处理新技术地基处理新技术主讲:王俊杰主讲:王俊杰 教授教授Tel:13883116938Email:课程基本信息v教材:地基处理(第3版),叶观宝、高彦斌主编,中国建筑工业出版社,2009年v学时:40v考核方式:笔试v成绩核定:100分制,考试70,平时成绩30。1绪论绪论1.1 地基处理的定义地基处理的定义1.1.1 场地场地 场地是指工程建设所直接占有并直接使用的有限场地是指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着场地的稳定性。直接影响着场地的稳定性。1.1.2 地基地基 地基是指承托建筑物基
2、础的这一部分范围很小的地基是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地。场地。建筑物的地基所面临的问题有四个方面,即:建筑物的地基所面临的问题有四个方面,即:1)强度及稳定性问题、强度及稳定性问题、2)变形问题、变形问题、3)渗漏问题、渗漏问题、4)液化问题液化问题。一、强度及稳定性问题一、强度及稳定性问题 当地基的抗剪强度不足支承以上部结构的自重当地基的抗剪强度不足支承以上部结构的自重及外荷载时,地基就会产生局部或整体的破坏。从及外荷载时,地基就会产生局部或整体的破坏。从而影响建筑物的正常使用,甚至引起开裂或破坏。而影响建筑物的正常使用,甚至引起开裂或破坏。土的抗剪强度不足除了会引起建筑物地基
3、失效外,土的抗剪强度不足除了会引起建筑物地基失效外,还会引起其它一系列岩土工程稳定性问题,如边坡还会引起其它一系列岩土工程稳定性问题,如边坡失稳、基坑失稳、挡土墙失稳等。失稳、基坑失稳、挡土墙失稳等。二、变形问题二、变形问题 当地基上部结构的自重及外界荷载的作用下产当地基上部结构的自重及外界荷载的作用下产生过大变形时,会影响建筑物的正常使用,超过容生过大变形时,会影响建筑物的正常使用,超过容许的不均匀沉降时,结构可能开裂。许的不均匀沉降时,结构可能开裂。高压缩性土的地基容易产生变形。高压缩性土的地基容易产生变形。三、渗漏问题三、渗漏问题 渗漏是由于地基中地下水运动产生的问题。包渗漏是由于地基中
4、地下水运动产生的问题。包括两方面:水量流失和渗透变形。括两方面:水量流失和渗透变形。1)水量流失)水量流失 由于地基土的抗渗性能不足而造成水量流失,从由于地基土的抗渗性能不足而造成水量流失,从而影响工程的储水或防水性能,或者造成施工不便。而影响工程的储水或防水性能,或者造成施工不便。如水库库底漏水导致储水功能失效、垃圾填埋场中如水库库底漏水导致储水功能失效、垃圾填埋场中地基防渗性能不足导致污染物随地下水的扩散及迁地基防渗性能不足导致污染物随地下水的扩散及迁移造成环境污染等。移造成环境污染等。2)渗透变形)渗透变形 渗透变形是指渗透水将土体的细颗粒冲走、带渗透变形是指渗透水将土体的细颗粒冲走、带
5、走或局部产生移动,导致土体变形。此变形又分为走或局部产生移动,导致土体变形。此变形又分为流土和管涌。流土和管涌。四、液化问题四、液化问题 在动力荷载(地震、机器、车辆、爆破、波浪在动力荷载(地震、机器、车辆、爆破、波浪等)作用下,会引起饱和松散砂土(包括部分粉土)等)作用下,会引起饱和松散砂土(包括部分粉土)产生液化。它是一种使土体失去抗剪强度近似液体产生液化。它是一种使土体失去抗剪强度近似液体特性的一种动力现象,并使地基失稳和震陷。特性的一种动力现象,并使地基失稳和震陷。1.1.3 基础基础 基础(基础(Foundation,Footing)是指建筑物向)是指建筑物向地基传递荷载的下部结构,
6、它具有承上取下的作用。地基传递荷载的下部结构,它具有承上取下的作用。1.1.4 地基处理地基处理 天然地基是指未经加固的天然土层。天然地基是指未经加固的天然土层。地基处理也叫地基加固地基处理也叫地基加固(Ground Treament,Ground Improvement),是针对那些不能满足地基,是针对那些不能满足地基强度和变形等要求,需经过人工处理后方能建造基础强度和变形等要求,需经过人工处理后方能建造基础的地基。的地基。地基处理的方法多种多样,加固原理和适应范地基处理的方法多种多样,加固原理和适应范围也不尽相同。因此,对某一具体工程来讲,在选择围也不尽相同。因此,对某一具体工程来讲,在选
7、择处理方法时需要综合地质条件、上部结构要求、周围处理方法时需要综合地质条件、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术条件、环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术条件、设备状况和经济指标等科学地制定地基处理方案,必设备状况和经济指标等科学地制定地基处理方案,必要时可以进行现场试验以确定设计、施工参数。要时可以进行现场试验以确定设计、施工参数。1.2 地基处理的对象及其特征地基处理的对象及其特征 地基处理的对象是软弱地基地基处理的对象是软弱地基(Soft Foundation)特殊土地基(特殊土地基(Special Ground)。)。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规
8、范(GB50007-2002)“软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压性土层构成的地基冲填土、杂填土或其他高压性土层构成的地基”。“特殊土包括软土、湿陷性土、膨胀土、特殊土包括软土、湿陷性土、膨胀土、红粘土、冻土等红粘土、冻土等”。1.2.1 软弱地基软弱地基一、软土一、软土 软土是淤泥和淤泥质土的总称。软土是淤泥和淤泥质土的总称。软土的特性:天然含水量高、天然孔隙比软土的特性:天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在外荷载作用下地基承载力低、地基变形大,在外荷载作用下地基承
9、载力低、地基变形大,不均匀变形也大,且变形稳定历时较长,在比较不均匀变形也大,且变形稳定历时较长,在比较深厚的软土层上,建筑物基础的沉降往往持续数深厚的软土层上,建筑物基础的沉降往往持续数年乃至数十年之久。年乃至数十年之久。施工时应注意对软土基槽底面的保护,减少施工时应注意对软土基槽底面的保护,减少扰动;对荷载差异较大的建筑物,宜先建重、高扰动;对荷载差异较大的建筑物,宜先建重、高部分,后建轻、低部分。部分,后建轻、低部分。二、冲填土二、冲填土 冲填土冲填土(Hydraulic Fill)是指整治和疏浚江河是指整治和疏浚江河航道,用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹航道,用挖泥船通过泥浆泵将泥
10、砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土,南方地区称吹填土。到江河两岸而形成的沉积土,南方地区称吹填土。冲填土是否需要处理和采用何种处理方法,冲填土是否需要处理和采用何种处理方法,取决于冲填土的工程性质中颗粒组成、土层厚度、取决于冲填土的工程性质中颗粒组成、土层厚度、均匀性和排水固结条件。均匀性和排水固结条件。三、杂填土三、杂填土 杂填土杂填土(Miscellaneous Fill)是指由人类活动是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾而而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾而形成的土。杂填土的成因很不规律,组成的物质形成的土。杂填土的成因很不规律,组成的物质杂乱,分布极不均匀,
11、结构松散。杂乱,分布极不均匀,结构松散。四、其他高压缩性土四、其他高压缩性土 主要指饱和松散粉细砂和部分粉土,在动力荷主要指饱和松散粉细砂和部分粉土,在动力荷载载(机械振动、地震等机械振动、地震等)重复作用下将产生液化;在重复作用下将产生液化;在基坑开挖时也会产生管涌。基坑开挖时也会产生管涌。1.2.2 1.2.2 特殊土地基特殊土地基一、湿陷性土一、湿陷性土 定义:是指在上覆土层自重应力作用下,定义:是指在上覆土层自重应力作用下,或自重应力和附加应力共同作用下,受水浸湿时或自重应力和附加应力共同作用下,受水浸湿时产生附加湿陷变形的土。具体指标是指在产生附加湿陷变形的土。具体指标是指在200K
12、Pa200KPa压力下,浸水荷载试验的陷量与承压板宽度之比压力下,浸水荷载试验的陷量与承压板宽度之比大于大于0.0230.023的土。包括:湿陷性黄土、干旱和半干的土。包括:湿陷性黄土、干旱和半干旱地区的具有崩解性的碎石土或沙土等。在我国旱地区的具有崩解性的碎石土或沙土等。在我国东北、西北和华北部分地区分布较多。东北、西北和华北部分地区分布较多。湿陷性黄土又有自重湿陷性黄土和非自重湿湿陷性黄土又有自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。在陷湿性土地基上进行工程建设时,陷性黄土。在陷湿性土地基上进行工程建设时,必须考虑因地基湿陷引起的不均匀沉降可能对工必须考虑因地基湿陷引起的不均匀沉降可能对工程造成的
13、危害。故应选择适宜的地基处理方法,程造成的危害。故应选择适宜的地基处理方法,消除这类土的湿陷性。消除这类土的湿陷性。特征:压缩性高;抗剪强度低;渗透性强;特征:压缩性高;抗剪强度低;渗透性强;湿陷性大。干密度越小,湿陷性越强。湿陷性大。干密度越小,湿陷性越强。二、膨胀土二、膨胀土 定义:指土中粘粒含量成分主要由亲水性定义:指土中粘粒含量成分主要由亲水性矿物组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩矿物组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形的粘性土。两种变形的粘性土。工程特性工程特性 高分散性:高分散性:0.002mm0.002mm的粘粒含量一般的粘粒含量一般30%30%;高塑性:高塑性:I
14、pIp20%20%;高液限:;高液限:IwIw40%40%;膨胀性:膨胀率一般为膨胀性:膨胀率一般为4%4%5%5%,大的达,大的达10%10%;收缩率:线收缩率收缩率:线收缩率3%3%8%8%,收缩系数,收缩系数0.30.30.60.6,大的达大的达0.70.71.01.0胀缩具有可逆性。胀缩具有可逆性。三、红粘土三、红粘土 红粘土(红粘土(Red ClayRed Clay)指颜色为褐红、褐黄色、)指颜色为褐红、褐黄色、覆盖在碳酸岩系之上,其液限等于或大于覆盖在碳酸岩系之上,其液限等于或大于50%50%的高的高塑性粘土。塑性粘土。四、季节性冻土四、季节性冻土 冻土冻土(Frozen Soil
15、)(Frozen Soil)是指气候在负温条件下,是指气候在负温条件下,其中含有冰的各种土。其中含有冰的各种土。季节性冻土季节性冻土(Seasonally Frozen Ground)(Seasonally Frozen Ground)是是指在冬季冻结,而夏季融化的土层。指在冬季冻结,而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土多年冻土或永冻土(Permafrost)(Permafrost)是指冻结状是指冻结状态持续三年以上的土层。态持续三年以上的土层。五、岩溶(喀斯特)五、岩溶(喀斯特)岩溶(岩溶(KarstKarst)是石灰岩、白云岩、泥)是石灰岩、白云岩、泥灰岩、岩盐、石膏等可溶性岩层受水的化学灰
16、岩、岩盐、石膏等可溶性岩层受水的化学和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙,以和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙,以及由于溶洞的顶板塌落使地面产生陷坑、洼及由于溶洞的顶板塌落使地面产生陷坑、洼地等现象和作用的总称。地等现象和作用的总称。我国岩溶地基广泛分布在贵州和广西两我国岩溶地基广泛分布在贵州和广西两省区。岩溶是以岩溶水的溶蚀为主,由潜蚀省区。岩溶是以岩溶水的溶蚀为主,由潜蚀和机械塌陷作用而造成的。和机械塌陷作用而造成的。1.3 地基处理的目的地基处理的目的 地基处理的目的是利用换填、夯实、挤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密、排水、胶结、加筋和热学等方法
17、对地基土进行加固,用以改良地基土的工程特性。土进行加固,用以改良地基土的工程特性。提高地基土的抗剪强度提高地基土的抗剪强度 地基的剪切破坏表现在:建筑物的地基地基的剪切破坏表现在:建筑物的地基承载力不够;偏心荷载或侧向土压力作用导承载力不够;偏心荷载或侧向土压力作用导致结构物失稳;填土或建筑物荷载,使邻近致结构物失稳;填土或建筑物荷载,使邻近地基产生隆起;土方开挖时边坡失稳;基坑地基产生隆起;土方开挖时边坡失稳;基坑开挖时坑底隆起。开挖时坑底隆起。降低地基的压缩性降低地基的压缩性 地基的压缩性表现在建筑物的沉降和差地基的压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大;填土或建筑物荷载,使地基产生异沉降大
18、;填土或建筑物荷载,使地基产生固结沉降;作用于建筑物基础的负摩擦力引固结沉降;作用于建筑物基础的负摩擦力引起建筑物的沉降;大范围地基的沉降和不均起建筑物的沉降;大范围地基的沉降和不均匀沉降;基坑开挖引起邻近地面沉降;降水匀沉降;基坑开挖引起邻近地面沉降;降水地基产生固结沉降。地基产生固结沉降。地基的压缩性反映在地基土的压缩模量地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小。指标的大小。因此,需要采取措施以提高地基土的压因此,需要采取措施以提高地基土的压缩模量,以减少地基的沉降或不均匀沉降。缩模量,以减少地基的沉降或不均匀沉降。改善地基的透水特性改善地基的透水特性 地基的透水性表现在堤坝等基础产生
19、的地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏;基坑开挖工程中,因土层内夹薄地基渗漏;基坑开挖工程中,因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。以上都是在地下水的运动中所出现的问以上都是在地下水的运动中所出现的问题。题。为此,必须采取措施使地基土降低透水为此,必须采取措施使地基土降低透水性或减少其水压力。性或减少其水压力。改善地基的动力特性改善地基的动力特性 地基的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂地基的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂(包括部分粉土包括部分粉土)将产生液化;由于交通荷载或打桩将产生液化;由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基产生振动下沉。等原因,使
20、邻近地基产生振动下沉。为此,需要采取措施防止地基液化,并改善其为此,需要采取措施防止地基液化,并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。振动特性以提高地基的抗震性能。改善特殊土的不良地基特性改善特殊土的不良地基特性 主要是消除或减少特殊土地基的一些不良工程主要是消除或减少特殊土地基的一些不良工程性质,如湿陷性黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性性质,如湿陷性黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性和冻土的冻胀融沉性等。和冻土的冻胀融沉性等。1.4 地基处理方法的分类、原理及适用地基处理方法的分类、原理及适用范围范围1.4.1 1.4.1 地基处理方法分类地基处理方法分类一、分类方法一、分类方法 按原理、目的、施工工艺
21、、地基土性质等按原理、目的、施工工艺、地基土性质等分类。在阐述时,一般按原理分类。分类。在阐述时,一般按原理分类。二、常用的地基处理方法分类(按主要原理)二、常用的地基处理方法分类(按主要原理)及应用范围,主要有:置换、夯实、挤密、及应用范围,主要有:置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、热学等方法。排水、胶结、加筋、热学等方法。1.4.2 1.4.2 各种地基处理方法原理简介各种地基处理方法原理简介一、换土垫层法一、换土垫层法 1 1)概念:是指用物理力学性质较好的岩土材)概念:是指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体,以形成料置换天然地基中部分或全部软弱土体,以形成双
22、层地基或复合地基,达到提高承载力和减少沉双层地基或复合地基,达到提高承载力和减少沉降的目的。降的目的。1 1、垫层法、垫层法 1)1)基本原理:挖除浅层软弱土或不良土,采用基本原理:挖除浅层软弱土或不良土,采用物理力学性质良好的材料进行换填,并分层碾压物理力学性质良好的材料进行换填,并分层碾压或夯实,以提高持力层的承载力,减少沉降量。或夯实,以提高持力层的承载力,减少沉降量。2)2)分类(按常用材料分):砂分类(按常用材料分):砂(或砂石或砂石)垫层、垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰土、二灰灰)垫层等。垫层等。A A、干渣:分级干渣、混合干
23、渣和原状干渣;、干渣:分级干渣、混合干渣和原状干渣;B B、粉煤灰:湿排灰和调湿灰。、粉煤灰:湿排灰和调湿灰。3)3)施工方法:常用机械碾压、平板振动和重施工方法:常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。锤夯实进行施工。4)4)适用范围:常用于基坑面积宽大和开挖土适用范围:常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程,一般适用于处理浅层方量较大的回填土方工程,一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土以及软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为一般处理深度为2 23m3m
24、。2、挤淤法挤淤法 1 1)基本原理:采用边强夯或爆破,边填碎石或块石等)基本原理:采用边强夯或爆破,边填碎石或块石等材料、边挤淤的方法,在地基中形成碎石墩体,以提高地材料、边挤淤的方法,在地基中形成碎石墩体,以提高地基承载力和减小变形。基承载力和减小变形。2 2)适用范围:适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基,)适用范围:适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基,应通过才能确定其适应性。应通过才能确定其适应性。附:附:爆破挤淤法是换填法的一种,它是一种先在淤泥地基爆破挤淤法是换填法的一种,它是一种先在淤泥地基上抛填石堤,并在其外缘淤泥地基中埋置炸药,炸药引爆上抛填石堤,并在其外缘淤泥地基中埋置炸药,
25、炸药引爆时淤泥被爆炸成流塑状并被强制排除,抛填石堤随之坍落时淤泥被爆炸成流塑状并被强制排除,抛填石堤随之坍落于原淤泥处,形成着底于良好地基上并较为密实的抛石堤于原淤泥处,形成着底于良好地基上并较为密实的抛石堤的强制置换法。的强制置换法。该法的最大挤淤深度与炸药量及淤泥强度该法的最大挤淤深度与炸药量及淤泥强度等密切相关;一般而言,当淤泥强度较低时,使等密切相关;一般而言,当淤泥强度较低时,使用目前的施工工艺与常规药量,最大挤淤深度可用目前的施工工艺与常规药量,最大挤淤深度可达达12m12m(个别工程达(个别工程达21m21m)。该法具有施工工艺简)。该法具有施工工艺简单、施工速度快,工程造价低,
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