第十一章-地基处理技术

第十一章地基处理技术地基处理对象：软弱地基目的：增加地基的强度和稳定性，减少地基变形常用的地基处理方法•排水固结法•振密、挤密法•置换及拌入法•加筋法换土垫层法定义：将基础底面下一定深度范围内的软弱土层部分或全部挖除，换填其他无侵蚀性的低压缩性的散体材料，经分层夯实后，作为地基的持力层。适用条件：适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理，且建筑物荷载不太大的地基。换填法的处理深度通常宜控制在3m以内较为经济合理垫层材料：中（粗）砂、碎（卵）石、灰土、素土等11.1换土垫层法换土垫层法作用(1)提高地基承载力(2)减少地基沉降量(3)加速软弱土层的排水固结(4)防止地基土冻胀优点可就地取材、施工简便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能减低造价。11.1换土垫层法砂垫层砂垫层的设计砂垫层厚度的决定根据垫层底部软弱土层的承载力来确定，即作用在砂垫层底面处土的自重应力与附加应力之和应不大于软弱土层的承载力设计值。11.1换土垫层法czzaf一般下卧土层承载力特征值为60~80kPa，垫层厚度为0.5~1.0倍基础宽度，砂垫层的承载力特征值为：100~200kPa砂垫层的设计砂垫层宽度的决定垫层宽度应根据垫层侧面土的承载力来确定一般情况砂垫层顶面尺寸按此确定，以防止承受荷载后垫层向两侧软土挤动。11.1换土垫层法'2tanbbz砂垫层的施工采用级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石、碎石，含泥量不宜大于3%。控制最优含水量，分层铺筑，分层捣实，一般为15~20cm。垫层底面宜铺筑在同一标高上。捣实方法有振实、夯实和压实等方法。常见的有平振法、插振法、水撼法、夯实法、碾压法。捣实垫层时，注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度。对结构性强的基底土，在垫层下一层宜先铺150~200mm厚松沙，只用木夯仔细夯实。每一层需经密实度检验合格后再继续施工。细砂作为垫层材料，注意地下水的影响，不宜使用振捣法和水撼法。11.1换土垫层法砂垫层的质量检测环刀取样法贯入测定法11.1换土垫层法概述复合地基：在软土地基中，按照一定间距设置许多非刚性桩体的土层称为复合土层，由复合土层组成的地基称为复合地基，如碎石桩、挤密砂桩、石灰桩、旋喷桩、深层搅拌桩等。传力机理桩体的压缩模量和强度远比桩周松软土要大的多，在外荷载作用下桩体主要起着应力集中的作用。随着桩、土的等量变形会逐渐将外荷转移到桩上桩周松软土承担的压力相应减少。复合地基承载力有所提高，压缩变形减少。11.2复合地基计算概述桩体破坏模式鼓出破坏（L4d）刺入破坏11.2复合地基计算复合地基计算变形模量计算11.2复合地基计算ssccfEAEAEA复合地基的弹性模量复合地基计算复合地基的沉降计算11.2复合地基计算00111111()()lllnniiiiiiiiiinfisippszzzzEE沉降是由桩加固后形成的复合地基的沉降和下部未经加固的土层的沉降两部分组成复合地基计算复合地基承载力计算11.2复合地基计算•荷载试验确定复合地基承载力•根据桩与桩间土的实测资料计算复合地基极限承载力•抗滑稳定计算复合地基的抗剪强度分别由桩与桩间土两部分组成，Aboshi等提出按平面面积加权法求得：uussuccpApApA(1)costancos1(1)spuppzpzppzpSmcmSSppznnm表面压实法11.3机械压实法•一般开挖基坑后，常用各种夯击的方法在坑底进行夯实。•影响深度很浅，只能用于分层压实或基槽平整，并不能达到加固深层地基的目的。•常用的有机械碾压和振动压实等表面压实法11.3机械压实法机械碾压法•碾压法是利用压路机、推土机或其他压实机械来压实松散的地基土，常用于处理含水量较低的填土或杂填土地基。•碾压后密实度增加，压缩性减少•碾压地基时，采用分层回填压实，适用于基坑面积宽大和开挖土方量法的工程•8~12t的压路机表面压实法11.3机械压实法振动压实法•应用于处理无黏性土或黏性土含量少，透水性较好的松散杂填土地基。•用振动法处理炉灰、炉渣、碎砖、瓦块等组成的杂填土地基，可取得良好的效果。深层挤密法11.3机械压实法为了挤密较大深度范围内的松软土，常采用挤密桩的方法。先往土中打入桩管成孔，拔出桩管后向孔中填入砂或其他材料并加以振捣而成。作用是挤密桩周的松软土层，使桩和挤密后的土共同组成基础下的复合土层，作为持力层，从而提高地基承载力和减小地基变形。挤密桩按其所填充的材料有砾石桩、砂桩、石灰桩、灰土桩以及土桩等。砂桩的作用：一是挤密，二是排水11.3机械压实法砂桩的桩距砂桩平面布置可采用等边三角形和正方形，对与松散地基，采用等边三角形布置可使地基挤密得较为均匀。•等边三角形布置00110.95esdee220101003()1214eeeeAlsldlee•正方形布置2As00110.90esdee11.3机械压实法砂桩的长度和加固范围长度取决于需要加固土层的厚度，通常应根据地基的稳定和变形检算确定。对可液化砂层，桩长应穿透液化层伸入到稳定土层中群桩加固宽度，一般不小于基础宽度的1.2倍，而且每边须放出1.5m以上。砂桩施工振动打桩机的效率最高，管桩的口径宜粗，群桩加固宽度，一般不小于基础宽度的1.2倍，而且每边须放出1.5m以上。拔桩前将砂贯入饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。室内压缩试验说明排水固结法原理在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。11.4排水固结法排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它可以解决以下两个方面问题：1．沉降问题：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较大的沉降。2．稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。一、砂井堆载预压法软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。砂井堆载预压砂井地基的设计1．砂井的直径和间距：砂井的直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期的要求。从原则上讲，为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即以“细而密”为佳，不过，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径为300~500mm。砂井的间距可根据地基土的固结特征和预定时间内所要求达到的固结度确定，间距可按为直径的6~8倍选用。2．砂井深度：砂井深度主要根据土层的分布、地基中的附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。当软土不厚（一般为10~20m）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超过20m）,不必打穿粘土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。3．砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：等边三角形布置llde05.132正方形布置llde128.144．砂井的布置范围：由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加2~4m。5．砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于10-3cm/s。6．砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5m~1m。二、袋装砂井和塑料排水板预压法用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。袋装砂井多孔单一结构型塑料排水板复合结构塑料排水板塑料排水板塑料排水板施工施工后的塑料排水板三、天然地基堆载预压法天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。此方法费用较少，但工期较长。四、真空预压法和降水位预压法真空预压法实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况，使用前应摸清土层分布及地下水位情况等。强夯法是法国L·梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高2～5倍，压缩性可降低200～500％，影响深度在10m以上。强夯法亦称为动力固结法，是一种将较大的重锤(一般约为80~300kN，最重达2000kN)从8~20m高处(最高达40m)自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。11.5强夯法概述强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和粘土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土)强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。加固机理：动力挤密、动力固结、动力置换。适用性和加固机理11.5强夯法(1)加固土层厚度、锥重和落距：锤重和落距的选择取决于加固土层厚度10MhH（2）施工程序：铺垫层：透水性材料，0.5~2，0m夯距与夯法:第一遍取5~9m夯击击数和遍数（下页）施工步骤强夯参数、施工程序与质量检验锤重用40~200kN落距取8~25m（3）质量检验间隔一定时间11.5强夯法夯击次数与遍数：夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定。施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于6000kN·m时不大于200mm；②夯坑周围地基不应发生过大的隆起；③不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为5~15击。夯击遍数一般为2~3遍，最后再以低能量满夯一遍。11.5强夯法间歇时间：对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于3~4周，渗透性较好的地基可连续夯击。夯点布置及间距：夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜