土力学与地基基础第九章.ppt

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1、第九章 地基处理9.1概 述（一）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（二）地基处理的对象n对象：对象：软弱地基软弱地基、不良地基不良地基n1）软弱地基软弱地基n（1）软弱土的特性n天然含水量高天然含水量高；n孔隙比大孔隙比大；n压缩性高压缩性高；n渗透性差渗透性差；n具有结构性。具有结构性。（2）软弱土的分布n 淤泥和淤泥质土广泛地分布在上海、天津、宁波、连云港、广州、厦门等沿海地区，及昆明、武汉内陆平原以及山区。n冲填土分布在长江、黄浦江、珠江两岸等地区。n杂填土的分布最广。杂填土是由于人类活动而任意堆填的建筑

2、垃圾、工业废料和生活垃圾。2）不良地基n 不良地基包括饱和松散粉细砂、湿陷性黄土、膨胀土和季节性冻土、泥炭土、岩溶与土洞地基、山区地基等特殊土，都需要进行地基处理。（三）地基处理方法的分类n按处理深度分：浅层处理、深层处理；n按时间分：临时处理、永久处理；n按土的性质分：砂性土处理、粘性土处理；n按地基处理的作用机理大致分：土质改良；土的置换；土的补强。（四）地基处理方法的选用原则编号分 类处理方法原理及作用适用范围1碾压及夯实重锤夯实法，机械碾压法，振动压实法，强夯法（动力固结）利用压实原理，通过机械碾压夯击，把表层地基土压实，强夯则利用强大的夯击能，在地基中产生强烈的冲击波和动应力，使土体

3、动力固结密实碎石、砂土、粉土、低饱和度的粘性土、杂填土等。对饱和粘性土可采用强夯法。2换土垫层砂石垫层、素土垫层，灰土垫层，矿碴垫层以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，减少沉降量暗沟、暗塘等软弱土地基编号分 类处理方法原理及作用适用范围3排水固结天然地基预压，砂井预压，塑料排水板预压，真空预压，降水预压通过改善地基排水条件和施加预压荷载，加速地基的固结和强度增长，提高地基的稳定性，并使基础沉降提前完成饱和软弱土层；对于渗透性很低的泥炭土，则应慎重4振密挤密振冲挤密，灰土挤密桩，砂桩，石灰桩，爆破挤密采用一定的技术措施，通过振动或挤密，使土体孔隙减少

4、，强度提高；也可在振动挤密的过程中，回填砂、砾石、灰土、素土等，与地基土组成复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量松砂、粉土、杂填土及湿陷性黄土编号分 类处理方法原理及作用适用范围5置换及拌入振冲置换，深层搅拌，高压喷射注浆，石灰桩等采用专门的技术措施，以砂、碎石等置换软弱土地基中部分软弱土，或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与周边土组成复合地基，从而提高地基的承载力粘性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法对于不排水抗剪强度f20kPa时慎用6土工聚合物土工膜、土工织物、土工格栅等合成物一种用于土工的化学纤维新型材料，可用于排水、隔离、反滤和加固补强等方面软土地基、填土

5、及陡坡填土、砂土7其 它树根桩、灌浆，冻结，托换技术，纠偏技术通过独特的技术措施处理软弱土地基根据建筑物和地基基础情况确定9.2 换填法n换填法换填法：将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖除，然后回填砂、碎石、灰土或素土等强度较大的材料，分层夯压密实后作为地基垫层，也称换土换土垫层法垫层法。n按回填材料的不同可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和素土垫层等。1）换土垫层的作用n（1）提高地基的承载力n（2）减少地基沉降量n（3）加速软弱土层的排水固结n（4）防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用2）换土垫层的适用范围n换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘等的浅层处理。

6、9.2.2 砂垫层的设计与计算n1）砂垫层的厚度n上部荷载通过砂垫层按一定扩散角传递到下卧 土层顶面上的全部压力，不应超过下卧土层的容许承载力：nPz+Pczfaz(9-1)n垫层的厚度不宜大于3m。垫层底面处的附加压力值Pz可分别按式(9-2)与式(9-3)简化计算。n 条形基础：n n矩形基础：n式中b矩形基础或条件基础底面宽度，m；n l矩形基础底面长度，m；n pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面平均压力值，kPa；n pc基础底面处土的自重压力值，kPa；nz基础底面下垫层的厚度，m；垫层的压力扩散角，按表9-2釆用。压力扩散角，按压力扩散角，按下下表釆用表釆用z/b换填材料碎石土

7、、砾砂、粗中砂、石屑、矿渣粉质粘土和粉煤灰(8lp 14)灰土0.25206280.503023282)砂垫层的宽度n砂垫层宽度应满足两方面要求：一是满足应力扩散要求；二是防止侧面土的挤出。目前常用地区经验确定，或依下式计算：n b=b+2ztan (9-4)n式中 b垫层底面宽度，m。n当z/b0.25时，取=0；当0.25z/b0.5时，可由内插值法求得。n垫层顶面宽度宜超出基础底面每边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡。9.2.3 砂垫层的施工要点n（1）砂垫层所用材料必须具有良好的压实性。n（2）在地下水位以下施工时，应釆用排水或降低地下水位的措施，使基坑保持无

8、积水状态。n（3）砂和砂石垫层底面宜铺设在同一标高处，若深度不同，基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。n（4）砂垫层的施工方法可釆用碾压法、振动法、夯实法等多种方法。n（5）人工级配的砂石地基，应将砂石拌和均匀后，再进行铺填捣实。9.2.4 施工质量检测n对粉质黏土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的分层施工质量检验可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。n工程质量验收可通过荷载试验进行，在有充分试验依据时，也可采用标准贯入试验或静力触探试验。采

9、用载荷试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3个点；对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。9.3 排水固结法n9.3.1 概述n排水固结法是指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设 置竖向和横向的排水通道，使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度 逐步提高的方法。9.3.29.3.2加固机理加固机理n根据太沙基固结理论，饱和粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。为了加 速土层固结，最有效的方法就是增加土层排水途径，缩短排水距离，排水固结法就是在被加固地基中置入砂井、塑料排水板等竖向排水体如图9.3所示，使土层中孔隙水主要从水

10、平向通过砂井和部分从竖向排出。因而极大加速了地基的固结速率。（a）剖面图 （b）砂井排水途径1堆载；2砂垫层；3砂井图9.3 砂井排水示意图9.3.3 排水系统n排水系统的作用，主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，排水系统由竖向的排水体和水平向的排水垫层构成。n竖直排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排水板。9.3.4 加载系统n加载系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。加压系统的作用，通过对地基施加预压荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。其材料有固体(土、石料等)、液体(水等)、真空负压力荷载等。加载系统包括堆载预压法、真空

11、预压法、降低地下水位法、电渗法、联合法等。9.4密实法9.4.1碾压法n碾压法是用压路机、推土机或羊足碾、平碾等机械在需压实的场地上，按计划与次序反复碾压，分层铺土，分层压实。通过处理，可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小，密实度提高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度和承载力。9.4.2 夯实法n夯实法分为重锤夯实法和强夯法n1）重锤夯实法n重锤夯实法的原理是：利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由下落产生很大的冲击能来挤密地基、减小孔隙、提高强度，经不断重复夯击，使整个建筑物地基得以加固，达到满足建筑物对地基土强度和变形的要求。2）强夯法n强夯法是用大吨位的起重机，把很重的锤(一般为8

12、0400kN)从高处自由下落(落距为 830m)给地基以冲击力和振动，强力夯实地基以提高其强度、降低压缩性。n强夯法还可改善地基土抵抗振动液化能力和消除湿陷性黄土的湿陷性；同时，夯击还 提高了土的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。9.4.3挤密法及振冲法n1）挤密法n挤密砂粧是属于柔性粧加固地基的范畴，它主要靠粧管打入地基时，对土的横向挤密作用，使土粒彼此移动，颗粒之间互相靠紧，空隙减小，土的骨架作用随之增强。所以挤密法加固地基使松软土发生挤密固结，从而使土的压缩性减小，抗剪强度提高。软弱土被挤密后与粧体共同作用组成复合地基，共同传递建筑物的荷载。2）振冲法n在砂土中，利用加水和振动可以使地基

13、密实。振冲法就是根据这个原理而发展起来的一种加固深厚软弱土的方法。振冲法施工的主要设备为振冲器，它类似插入式混凝土振捣器，由潜水电动机、偏心块和通水管三部分组成。3）复合地基的变形模量和地基承载力（1）变形模量n在设计上可用碎石粧与粧间土的面积加权平均法确定复合地基的E值：(2)地基承载力图中：P，Pp，Ps分别为作用于复合地基、碎石粧及粧间土的压力，t/m2；L为碎石粧的粧长，m；l为碎石粧的粧距，m；A为一根碎石粧所承担的加固面积，m2，A=Ap+As；Ap为一根碎石粧面积，m2；A为一根碎石粧所承担的加固范围内土的面积，m2。9.5 化学加固法n目前釆用的化学浆液有以下几种：目前釆用的化

14、学浆液有以下几种：n（1）水泥浆液：用高标号的硅酸盐水泥和速凝剂组成的浆液。n（2）硅酸钠(水玻璃)为主的浆液：常用水玻璃和氯化钙溶液。n（3）丙烯酸氨为主的浆液。n（4）纸浆为主的浆液：如重铬酸盐木质素浆液其加固效果尚可，但有毒性，易污染地下水。n9.5.1 高压喷射注浆法高压喷射注浆法n1）加固地基原理）加固地基原理n2）分类）分类n高压喷射注浆法分类如下：n（1）按注浆形式分：有旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种注浆形式。n（2）按喷射管结构分：有单管、二重管和三重管三种。n3）注浆法的特点）注浆法的特点n注浆法的特点有以下几点：n（1）能够比较均匀地加固透水性很小的细粒土；n（2）不会发

15、生浆液从地下流失；n（3）能在室内或洞内净空很小的条件下对土层深部进行加固施工。9.5.2 水泥土搅拌法n水泥土搅拌法的施工顺序如下：n（1）就位。将搅拌机的搅拌头定位对中，启动电动机当地面起伏不平时，应使起重机保持平衡。n（2）预搅下沉。启动搅拌机沿导向架搅拌下沉。n（3）制备水泥浆。当搅拌头沉到设计深度后，略为提升搅拌头，开始制备水泥浆，由灰浆泵输送配制的水泥浆，通过中心管，压开球形阀，使水泥浆进入软土；n（4）喷浆搅拌。边喷浆、边搅拌、边提升，使水泥浆和土体充分拌和，直至地面；n（5）重复上下搅拌。9.6 土工合成材料及其他措施n9.6.2 土工合成材料土工合成材料n1）土工合成材料的分

16、类）土工合成材料的分类n土工合成材料的分类有以下几种。n（1）土工织物n（2）土工膜n（3）特种土工合成材料n（4）复合型土工合成材料n2）土工合成材料的功能）土工合成材料的功能n（1）反滤作用n（2）排水作用n（3）隔离作用n（4)加固和补强作用n3）土工合成材料加筋层的加固原理）土工合成材料加筋层的加固原理n（1）增强垫层的整体性和刚度，调整不均匀沉降。n（2）扩散应力。由于垫层刚度增大的影响，扩大了荷载扩散的范围，使应力均匀分布。n（3）约束作用，亦即约束下卧软弱土地基的侧向变形。n9.6.3 树根桩树根桩n树根桩是指小直径、高强度的钢筋混凝土灌注桩。由于成桩方向可竖可斜，犹如在基础下生出了若干“树根”而得名。树根桩适用于既有建筑物的修复和加层，古建筑整修，地下铁道穿越，桥梁工程等各类地基处理和基础加固，以及增强边坡稳定等。