第十二章特殊地基的处理

教育部十一五规划教材特殊地基的处理第十二章制作：务新超《土力学与基础工程》电子教案教育部十一五规划教材第十二章特殊地基的处理§12.1软土地基§12.3冻土地区基础工程§12.2湿陷性黄土地基§12.4地震液化与基础抗震设计教育部十一五规划教材第十二章特殊地基的处理一、学习目标1、熟悉软土的概念和特性，掌握软土地基承载力、沉降和稳定性的计算方法。2、了解湿陷性黄土的试验方法，熟悉湿陷性黄土的分类依据和标准，掌握地基处理原则、方法和设计措施。3、熟悉冻土的分类、特性指标、试验及评价方法，了解冻土地区的沿途工程设计原则与处理方法。4、了解建筑抗震设防的三个水准要求，掌握液化的机理和判别方法，熟悉砂土液化的危害和基础工程的抗震措施。二、学习重点本章重点是：各种特殊土的特性和对基础工程的影响。教育部十一五规划教材第一节软土地基•软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的天然含水率高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的粘性土。•按地质特点将其分为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积和沼泽沉积五个类型；•又可根据土质不同分为泥炭、腐殖土、有机质土、粘性土、粉性土五种类型。教育部十一五规划教材一、软土的鉴别及工程性质•1.软土的工程鉴别建设部颁布的《软土地区工程地质勘察规范》（JGJ83-91）规定：软土是外观以灰色为主的细粒土、天然含水率大于或等于液限、天然孔隙比大于或等于1.0。铁道部是以天然含水率接近或大于液限、天然孔隙比大于1.0、压缩模量小于4MPa、标准贯入击数小于2击，静力触探比贯入阻力小于700kPa、不排水强度小于25kPa等六项指标划分软土教育部十一五规划教材交通部《公路土工试验规范》（JTJ051-85）是以天然含水率、孔隙比压缩系数、饱和度和内摩擦角等五项指标划分软土。交通部1996年颁布的《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96）规定：天然含水率大于等于35%或液限、天然孔隙比大于等于1.0、十字板剪切强度小于35kPa划分为软土。教育部十一五规划教材•2.软土的工程性质（1）颜色以深色为主，粒度成分以细粒为主，有机质含量高；（2）天然含水率高，重度小，天然内含水率大于液限，超过30%；相对含水率大于1.0；软土的饱和度高达100%，甚至更大，天然重度为1.5~19kN/m3；（3）天然孔隙比大，一般大于1.0；（4）渗透系数小，一般小于10-6cm/s数量级，沉降速度慢，固结时间长；教育部十一五规划教材（5）粘粒含量高，塑性指数大；（6）高压缩性，压缩系数大，基础沉降量大，一般压缩系数大于0.5MPa-1；（7）强度指标小，软土的快剪粘聚力小于10kPa，内摩擦角小于5°；固结快剪强度指标略高，粘聚力小于15kPa，内摩擦角小于10°；（8）软土的灵敏度高，一般在2~10之间，有时更高，具有显著的流变性和触变性。教育部十一五规划教材二、地基的承载力、沉降和稳定性的计算•（一）软土地基的承载力1、根据极限承载力理论公式确定pu=5.14Cu+γ2D2、据土的物理性质指标确定3、按临塑荷载计算pcr=γ2h+3.14C4、用原位测试方法确定教育部十一五规划教材（二）软土地基的沉降计算•1.初始沉降Sd初始沉降包括土的两种沉降：一种由地基土的弹性变形产生的；另一种是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土产生剪切变形。土体初始侧向剪切位移引起的沉降在总的初始沉降中所占不大，目前一般不计或略作估算。d2dE1pbS教育部十一五规划教材•2.固结沉降Sc在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结发生的沉降，孔隙水被逐渐的排出，孔隙体积逐渐减小，从而土体压缩产生体积变形而引起沉降，是地基沉降的最主要部分。在实际中一般采用分层总和法计算固结沉降。教育部十一五规划教材•3.次固结沉降Ss在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动继续发生长期的、缓慢的压缩，称为次固结沉降，地基次固结沉降可按下式计算：iniiishtteCS2312lg1教育部十一五规划教材（三）软土地基的稳定性分析•建筑在软土地基的桥台、挡土墙等承受侧向推力的结构物，在保证其地基承载力、沉降满足要求的同时，应进行稳定性分析。•稳定分析参见第八章浅基础设计相关内容。教育部十一五规划教材软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面、充分注意的问题，是造成桥梁、道路人工构造物基础过大沉降、不均匀沉降、位移、倾斜、开裂、失稳或严重损坏等事故的主要原因。（一）全面掌握工程地质资料合理布设桥涵（二）软土地基桥梁基础设计措施1、刚性扩大浅基础2、桩基础和沉井基础（三）桥台及桥头路堤软土地基的稳定措施三、软土地基基础工程应注意的事项教育部十一五规划教材第二节湿陷性黄土地基一、黄土湿陷性的判定和地基的评价（一）黄土湿陷性的判定湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征如呈黄色或黄褐色、以粉土颗粒为主、具有肉眼可见的孔隙等外，它呈松散多孔结构状态，孔隙比常在1.0以上，天然剖面上具有垂直节理，含水溶性盐（碳酸盐、硫酸盐类等）较多。（二）湿陷性黄土地基湿陷类型的划分（三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定教育部十一五规划教材二、陷性黄土地基的处理措施（一）湿陷性黄土的处理1、灰土或素土垫层法2、重锤夯实法3、石灰土或素土桩法4、预浸水法（二）结构措施结构物的形式尽量采用简支梁等对不均匀沉降不敏感的构；加大基础刚度，使受力均匀；对长度较大，形状复杂的结构物采用沉降缝等措施，将其分为若干独立单元。教育部十一五规划教材第三节冻土地区基础工程一、季节性冻土区地基与基础（一）季节性冻土按冻胀性的分类（二）防冻胀措施1、减少墩台和基础的面积；2、根据试验，提高建筑物表面的光滑度，可大大降低切向冻胀力，因此应尽量减少墩台和基础受冻拨作用范围的粗糙程度；3、基础四周换填较纯净的砂或砂卵石等粗颗粒的土并夯实；4、圬工接缝处易于冻断，因此应尽量减少施工接缝。基底截面处是薄弱环节，需埋置短钢筋；5、由于切向冻胀力是在地面处较大，向下迅速减小，故基础顶面宜小于基底截面，以减少切向冻胀力。（三）季节性冻土地基墩台基础抗冻拔验算教育部十一五规划教材二、多年冻土地区基础工程（一）多年冻土按其融沉性的等级划分（二）多年冻土地区的地基设计原则1、保持冻结原则2、容许融化的原则（三）多年冻土地基容许承载力σ0的确定1、根据规范推荐值的确定2、理论公式计算（四）多年冻土地基基桩承载力的确定（五）多年冻土地区基础抗拨验算AmAAfPnii2jiinii00111kTQQWNmT教育部十一五规划教材（六）多年冻土的融沉计算（七）防融沉措施1、对采用融化原则的基底土可换填碎石、卵石、砾石或粗砂换填，换填深度应达到季节融化深度。2、采用冻结原则的基础宜在冬季施工，采用融化原则的基础宜夏季施工。3、对融沉、强融沉土宜用轻型桥台，适当增大基底面积、减少压应力或结合具体情况加大基础埋置深度。4、采用冻结原则施工中应保护地面上的覆盖植被，或以保湿性能好的材料铺盖地表，减少热渗入量。施工和养护中，保证结构物周围排水畅通，防止地表水灌入基坑内。ipiniiiciniiniiihhhAS111教育部十一五规划教材第四节地震液化与基础抗震设计一、地震液化机理与判别（一）地震作用下地基土的液化机理地震时地基土的液化是指地面以下一定深度范围内（一般指20m）的饱和粉细砂土和粉土层，在地震过程中发生喷砂冒水失去承载力形成类似液体性状的现象。（二）砂土液化可能性的判别可归纳为经验对比、现场试验和室内试验三类，一般都采用现场试验方法判定。教育部十一五规划教材二、基础工程抗震设计（一）基础工程抗震设计的基本要求我国抗震设防的目标一般表述为“小震不坏、中震可修、大震不倒”，通俗一点讲就是“裂而不倒”。我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）对抗震设防提出三个水准的具体要求：当遇到低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏；当受到本地区设防地震时，可能受损坏，经一般修理或不需修理仍可使用；当遇到高于本地区设防地震影响时，不致倒塌或发生危机生命安全的严重破坏。（二）对抗震有利的场地和地基教育部十一五规划教材(三)基础抗震强度和稳定性的验算1、反应谱理论计算桥墩基础地震荷载2、桥台、挡墙基础地震荷载的计算（静力理论）（1）桥台基础地震荷载的计算（2）挡墙地震荷载的计算3、墩、台、挡墙基础抗震强度及稳定性的验算教育部十一五规划教材三、基础工程的抗震措施（一）对松软土地基及可液化地基1、改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能。2、采用桩基础、沉井基础等型式深基础，穿越松软土或可液化土层，基础伸入稳定土层足够的深度。3、减轻结构物重力，加大基础底面积以减少基底压力，对松软地基抗震是有利的。增加基础上部结构刚度是防御震害的有效措施。（二）对地震时不稳定的河岸地段（三）基础本身的抗震措施教育部十一五规划教材小结软土可以分为滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积和沼泽沉积五个类型，或泥炭、腐殖土、有机质土、粘性土、粉性土五种类型。软土具有颜色以深色为主、以细粒为主、有机质含量高、天然含水率高、天然孔隙比大、渗透系数小、塑性指数大、高压缩性、强度低、灵敏度高等特点。软土的承载力可以根据理论公式计算、规范法计算或现场原委试验确定。软土地基要注意验算地基变形和稳定性分析。湿陷性黄土在一定压力作用下，受水侵湿后，发生显著附加沉降，因此会使结构物大幅沉降、开裂、倾斜甚至严重影响安全和使用。黄土湿陷性大小通过湿陷系数δS值来判定；湿陷性黄土分为非自重性湿陷和自重性湿陷两种；黄土地基湿陷性的等级用总湿陷量来衡量。处理湿陷性黄土地基常用垫层法、强夯法、砂桩或碎石桩法、预浸加压等方法。教育部十一五规划教材小结季节性冻土按照冻胀系数分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类，常用融沉性评价其工程性质，融沉系数反映融沉性大小，季节性冻土从减少冻胀力和改善周围冻土的冻胀性来防治冻胀。饱和松散的砂土在振动荷载作用下容易发生液化，液化判别常通过临界标准贯入击数判别。我国抗震设防的目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”；对基本烈度为7、8、9度的地区，需要考虑地震荷载对建筑物及地基基础的影响，分析方法有反应谱理论、拟静力设计理论和时程反映分析法等。