第五章地基处理.

第五章地基处理概述夯实法及碾压法换土垫层法排水固结预压法挤密法和振冲法强夯法深层搅拌法高压喷射注浆法内容提要1、地基处理的目的和意义基本概念场地、天然地基、人工地基、软弱地基地基处理的目的及问题地基处理的作用5-1概述2、基本概念场地：工程建设所直接使用的有限面积的土地。天然地基：基础直接建造在未经加固的天然土层。人工地基：天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形的要求，必须事先对地基进行加固处理后再建造基础。软弱地基：由淤泥、淤质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土构成的地基。3、地基处理的目的及问题目的：利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热力学等方法对地基加固，改良地基土的工程特性。问题：强度及稳定问题；压缩及不均匀沉降问题；渗流、液化、特殊土问题。4、地基处理的作用改良土体工程特性提高地基的抗剪强度；降低地基的压缩性；改善地基的透水性；改善地基的动力特性；改善特殊土的不良地基特性。5、历史回顾解放前：以经验积累阶段；50年代~70年代：技术引进70年代末：技术研发地基处理学术委员会：1984，杭州地基处理学术讨论会：上海，1986；烟台，1989；秦皇岛，1992；肇庆，1995；武夷山，1997；温州，2000；长沙，2004；太原，2006。6、地基处理的基本原则力求“安全适用、确保质量、经济合理、技术先进、保护环境”当天然地基不能满足构筑物对地基的要求时，要考虑的有：如何加固地基；上部结构体型合理性；整体刚度是否足够。在考虑地基处理方案时，应同时上部结构、基础和地基的共同作用，决定选用地基处理方案或选用加强上部结构刚度和地基处理相结合。地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，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。7、地基处理的对象1、软弱土地基软土的物理力学特性天然孔隙比大：e1天然含水量高：w≥wl压缩系数高渗透系数小抗剪强度低灵敏度高具有明显的流变性※流变：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。淤泥：e≥1.5淤泥质土：1.5e≥1.0软土工程特性软土地基的地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长①湿陷性黄土地基②膨胀土地基③泥炭土地基④多年冻土地基⑤岩溶与土洞地基⑥山区地基⑦饱和粉细砂与粉土地基2、特殊土及不良地基换土垫层法：浅层软土处理；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，爆破法排水固结法：堆载、砂井等置换法加筋法胶结法冷热处理法5-2地基处理方法分类及应用范围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，机械碾压，振动压实，强夯利用压实原理，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，迫使土动力固结密实。适用于：碎石土，砂土，粉土，低饱和度的粘性土，杂填土等。对饱和粘性土应慎用。2换土垫层砂石垫层，素土垫层，灰土垫层，矿渣垫层。以砂石、素土、灰土、矿渣等强度较高的材料置换地基表层软弱土，提高持力层承载力，扩散应力，减少沉降量。适用于：处理暗沟、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，塑料排水带预压，真空预压，降水预压。在地基中增设竖向排水体，加速地基的固结和强度的增长，提高地基的稳定性；加速沉降发展，使基础沉降提前完成。适用于：处理饱和软弱土层。对渗透性极低的泥炭土，必须慎重对待。4振密挤密振冲挤密，爆破挤密，灰土挤密桩，砂桩，石灰桩采用一定的技术措施，通过振动和挤密，使土体的孔隙减少，强度提高；必要时，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，从而提高地基承载力，减少沉降量。适用于：处理松砂、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加水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与未处理部分土组成复合地基，减少沉降量。适用于：处理粘性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法对于不排水剪强度Cu20kpa时慎用。6加筋土工聚合物加筋，锚固树根桩，加筋土。在地基或土体中埋设强度较大的土工聚合物、钢片等加筋材料，使地基或土体能承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变土体的应力、应变场，从而提高地基承载力，改善变形特性。适用于：处理软弱土地基、填土及陡坡填土、砂土。编号分类处理方法原理及作用适用范围7其它灌浆，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。根据实际情况确定。垫层法（也称换土垫层法）是将基础底面下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯实或振密的一种地基处理方法。此法适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层地基处理。垫层法的作用表现在以下三个方面，第一，提高浅基础下地基的承载力；第二，减少地基的沉降量；第三，加速软弱土层的排水固结。5-3垫层法1、概述垫层的设计要在满足强度、变形两个方面的要求下，确定合理的厚度h和垫层宽度b如图。b垫层剖面示意图2、垫层设计垫层设计返回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沉降计算垫层厚度尺寸确定对于条形基础，垫层底面宽度b，可按下式计算对于矩形基础，垫层底面长度lm的确定与bm的确定相同。防止垫层水平挤出，整片垫层平面尺寸适当加宽垫层顶面（基础底面）每边宜超出基础边缘不少于30cm或从垫层底面两侧向上，按当地基础开挖经验放坡垫层平面尺寸确定砂垫层厚度确定后，垫层平面尺寸可按基础底面应力扩散的要求或按当地经验确定。2tanmbbh2tanmllh重要建筑或垫层下存在软弱下卧层，垫层法应计算地基沉降S，包括垫层本身压缩沉降Sm和垫层下地基土沉降Sg，即Sm计算中，应力可取垫层顶面和底面压力的平均值。一般砂垫层Es=1224MPa；粉煤灰则Es=820MPa。无论是地基还是垫层，其沉降计算均可传统分层综合法计算。沉降计算gmSSS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5-4排水固结法1、概述适用地基土质：各类淤泥、淤质土及冲填土等饱和粘性土。真空预压法、降低地下位法、电渗法适用特别软弱的粘性土地基，可克服次固结变形。排水固结法：对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井、塑料排水带)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。目的：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不利的沉降和沉降差；稳定问题：加速地基土的强度的增长，提高地基的承载力和稳定性。2、堆载预压加固机理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，孔隙比减小，强度增长。u3、固结度的计算瞬时加载：一般计算方法：竖向排水固结公式，内径向排水固结公式等。逐级线性加载改进太砂基法：只从每级荷载的加载时段一半开始计时计算固结度。逐级变速加载：改进的高木俊介法4、地基土的抗剪强度的计算0ffctanfcztcuU5-5强夯法1、概述强夯法是采用80300kN重锤，以820m落距自由落下，对软弱地基瞬时施加巨大冲击能。单击能量一般5008000kNm。加固影响深度达到10~20m，甚至更深一些。适用：砂土、碎石地基，低饱和度的粉土、粘性土、杂填土和素土地基。强夯法示意图强夯技术加固地基的三种作用机理，即动力密实动力固结动力置换它们的发挥取决于地基土的性质和强夯的施工工艺。2、强夯的加固机理强夯最初应用时，加固的机理是动力密实，即在冲击型动力荷载作用下，土颗粒相对位移，孔隙中气体被挤出，孔隙减小而致密的过程。强夯技术应用于多孔隙、粗颗粒、非饱和土时，主要是基于动力密实的机理。实践中，单锤夯击能量一般为10002000kNm，所产生冲切变形在加固深度范围内，土中气体减少可达到60%。地基土体的结构的破坏地基土的渗透性提高与固结致密结构强度的触变恢复。用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂缝，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，其强度也得了提高。动力置换：复合地基3、强夯的设计计算3.1、有效加固深度根据Menard的经验公式修正后，单锤夯击能与强夯加固影响深度Z式中H－落锤的高度（m）；W－夯锤的重量（t）；a－影响深度折减系数，一般取0.30.7；对于填土和粘性土，取0.4。ZWH强夯法的有效加固深度（m）我国《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－91）中的规定，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯加固效果或当地经验确定。在缺少试验资料时，可按表5.6预估。单锤夯击能（kNm）碎石土或砂土等粉土粘性土或湿陷性黄土等单锤夯击能（kNm）碎石土或砂土等粉土粘性土或湿陷性黄土等10005.06.04.05.040008.09.07.08.020006.07.05.06.050009.09.58.08.530007.08.06.07.060009.510.08.59.03.2、夯击次数与夯沉量夯点的夯击次数，应根据现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。累计夯沉量随夯击次数增加而增加；单击夯沉量则随累计次数增加而减少，即夯击效果渐趋饱和。3.3、夯击遍数与间歇时间对于饱和粘性土，孔隙水压力消散较慢，故随着夯击次数增加，超静孔隙水压力相应地发生积聚并达到最大值。在这种情况下，如再连续施加夯击能，对土的加固无效，应停止夯打。这种使孔隙水压力上升至最大值的夯击次数就是第一遍的夯击数。需要分遍夯击的遍数，根据地基性质确定，一般为2~3遍。各遍夯击的间歇时间，根据孔隙水压力消散情况确定，一般为2~4周。5-6砂石桩法1、概述适用：松散砂土、粉土、素填土、杂填土、粘性土、湿陷性黄土等地基。砂石桩是采用振冲或冲击的方法，在软弱地基中成孔，填入砂石料且挤压入土中，形成大直径密实砂石桩的地基处理方法。砂石桩加密效果示意图sdHH-hh原地面d/2d/2（1）砂石桩填料。应采用粗颗粒洁净材料：砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等。填料中含泥量不得大于5%，并不宜含有大于50mm的颗粒。（2）砂石桩直径与平面布置。根据置换率要求、成桩方法、施工机械能力等因素综合考虑确定砂桩直径。在软弱粘性土中尽可能采用较大的直径。2、砂石桩的设计计算（3）砂石桩长度。根据软土层厚度或根据工程要求通过计算确定砂石桩长度。①当软土层厚度不大时，砂石桩长度可按软土层厚度确定；②当软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程来说，砂石桩长度不小于最危险滑动面的深度；对按沉降控制的工程来说，砂石桩应满足砂石桩地基沉降量不超过建筑物或构筑物容许沉降量的要求，可通过沉降计算确定；③当使用砂石桩处理易振动液化的饱和松散砂土时，砂石桩长度应达到可能发生液化的砂层底部。（4）砂石桩挤密地基的宽度。基于基础底面应力扩散的规律，要求砂石桩处理地基要超出基础一定宽度。①挤密地基宽度应超过基础的宽度，每边放宽不应小于（1～3）排；②