地基处理技术

地基处理技术FoundationTreatmentTechniques1主要内容一、概述二、换土垫层法三、强夯法四、排水固结法五、水泥土搅拌桩六、旋喷桩Page2一、概述场地（Site）：指工程建设所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直接影响场地的稳定性。地基(Foundation,Subgrade):指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。基础（Foundation，Footing):指建筑物向地基传递荷载的下部结构。地基处理（GroundTreatment）：指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，需经过人工处理后再营建基础。建筑物基础地基Page3地基承载力或稳定性问题沉降、水平位移及不均匀沉降问题渗透问题特殊土的不良地质问题液化问题地基存在的问题Page4加拿大特朗斯康谷仓平面呈矩形，长59.44m、宽23.47m、高31.0m、容积36368m3。谷仓为圆筒仓，每排13个圆筒仓，共5排65个圆筒仓组成。谷仓的基础为钢筋混凝土筏基，厚0.61m，基础埋深3.66m。谷仓于1911年开始施工，1913年秋完工。1913年9月起往谷仓装谷物，仔细装载使谷物均匀分布，10月当谷仓装了31822m3谷物时，发现1小时内垂直沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾倒。谷仓西端下沉7.32m,东端上抬1.52m。PfPf建筑物荷载过大，使地发生整体滑动，建筑物失稳。实例1．加拿大特朗斯康谷仓Page5实例1．加拿大特朗斯康谷仓Page6实例2.香港宝城滑坡1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅，死亡67人。山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土坡强度，导致山坡土体发生滑动。滑动面雨水建筑Gf7实例3.比萨斜塔意大利比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼，自1173年9月8日动工，施工过程中因塔明显倾斜而多次停工，至1370年竣工，前后历经近200年。比萨斜塔共八层，高53.3m，总荷重145MN。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜，与地面成5.5°。比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093，即9.3％,相当于我国国家标准允许值的18倍。S地基产生的不均匀沉降造成的建筑物倾斜Page8苏州虎丘塔建于公元959－961年，为七级八角形砖塔，塔底直径1366m，塔身高47.5m,塔重63000kN。1978年，塔顶位移2.3m,塔的重心偏离基础轴线0.924m。1978年6月开始对地基加固，1983年5月完成，地基沉降趋于稳定。实例4.苏州虎丘塔Page9实例5.墨西哥城某建筑Page10实例6.地基液化地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤。Page11地基处理的目的1、改善土的抗剪特性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Page12地基处理的对象软弱地基（SoftFoundation）特殊土地基(SpecialGround)软土（softsoil）冲填土杂填土饱和松散粉细砂湿陷性土红粘土膨胀土冻土岩渍土、污染土等Page13软弱地基由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。组成物质杂乱，分布不均匀，结构松散。因而强度低、压缩性高和均匀性差。包括淤泥和淤泥质土。在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成。主要由细粒土组成，孔隙比大（大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（压缩系数0.5MPa-1）和强度低。广泛分布在我国东南沿海及内地。例如天津、上海、杭州宁波、温州、厦门、广州等沿海地区，以及昆明、武汉等内地地区。软土（SoftSoil）冲填土（HydraulicFill）整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土，又称吹填土。冲填土是否需要处理和采取何种方法处理，取决于冲填土的颗粒组成、土层厚度和排水条件。杂填土（MiscellaneousFill）饱和粉细砂（SaturatelooseSand）由于密实度小，容易在动力荷载下产生液化现象，并容易在动水压力作用下产生管涌和流沙现象。Page14特殊土地基指土体在一定压力下受水浸湿时产生的湿陷变形量达到一定数值的土。包括：湿陷性黄土、干旱和半干旱地区具有崩解性的碎石土和砂土。黄土在我国特别发育，广泛分布在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆等地。指粘粒成分主要由亲水性矿物所组成的粘性土。具有吸水膨胀、失水收缩的特性。主要分布在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、广东等地。指石灰岩、白云岩等碳酸类岩石在亚热带温湿气候条件下经风化作用所形成的褐红色的粘性土。由于下卧岩面起伏及存在，一般容易引起不均匀沉降。主要分布在云南、贵州、广西等地。土的温度等于或低于摄氏零度，含有固态水。当自然条件改变时，产生冻胀、融陷等不良地质现象。季节冻土占中国领土面积一半以上，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。多年冻土分布在东北大、小兴安岭，西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地。湿陷性土（CollapsibleLoess）膨胀土(ExpansiveSoil)红粘土(RedClay)季节性冻土(FrozenSoil)Page15地基处理分类总体可以分为两大类：1.复合地基2.固结排水或振密按照加固原理、填充材料、施工方法等分类，共可分为6大类，20多种方法。Page16地基处理分类Page171.换土垫层法垫层法、加筋垫层法2.振密、挤密法表层原位压实法、振冲密实法、强夯法、爆破挤密法3.排水固结法堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法、电渗排水法4.胶结法灌浆法、水泥土搅拌桩、高压旋喷桩5.加筋法土工聚合物、加筋土、土层锚杆6.冷热处理法冻结法、烧结法二、换土垫层法适用于处理浅层非饱和软弱土层、黄土、膨胀土、季节性冻土、杂填土等，具有简单、快速、经济的特点。材料：砂、碎石、卵石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰或其他性能稳定、无侵蚀性的材料。国外还采用轻质的聚苯乙烯块，每立方重量20kg，压缩模量达到250kpa。Page18垫层设计1垫层厚度根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定：垫层厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。附加压力计算：条形基础：矩形基础：azczzfpptgzbppbpcz2)()2)(2()(tgzltgzbppblpczPage19垫层设计2垫层宽度垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式确定：垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。tgzbb2Page20施工1.施工机械挖土机械(或人工开挖)；垫层材料运输、压实机械。2.垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。3.压实可采用机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法。4.控制机械碾压速度（2km/h）；每层的压实系数符合设计要求后再铺填上层土。5.基坑底部20-30cm应进行人工捡底。Page21粘性土的压实机理当粘性土的含水量较小时，土粒表面的结合水膜很薄（主要是强结合水），颗粒间很大的分子力阻碍着土的压实，这时压实效果就比较差；当含水量增大时，结合水膜逐渐增厚，粒间联结力减弱，水起着润滑的作用，使土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好；当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，压实时孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力，阻止了土粒的靠拢，所以压实效果又趋下降，这就是土的压实机理。Page22三、强夯法强夯法是由法国人L.梅纳（Menard，1969）首创，即用重锤从高处落下，通过反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。我国于20世纪八十年代开始大量运用强夯法，产生了较大的社会、经济效益。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。对于饱和度较高的粉土和粘土应慎重采用。强夯置换：通过在夯坑内填入块石、碎石、砂等硬质粗颗粒材料，并不断填料夯实形成柱状置换体。Page23加固原理1.加固非饱和土动力压密Page24加固原理2.加固饱和土动力固结（渗透性变化、液化、触变恢复）Page25设计1.有效加固深度2.夯击能3.夯击点布置4.夯击次数与夯击遍数5.间歇时间6.处理范围Page26设计1.有效加固深度梅那公式：较实测值偏大，需乘上一个修正系数。10/MhHPage27设计2.夯击能（1）单击夯击能一般为1000KN*m，目前国内最大15000KN*m(国际上采用的最大为50000KN*m，设计加固深度40m)。（2）单位夯击能单位夯击能并非越大越好。粗颗粒：1000-3000KN*m。细颗粒：1500-4000KN*m。Page28设计3.夯击点布置等边三角形、正方形；承重结构基础的位置。间距根据加固深度而定。第一遍间距可取夯锤直径的2.0-2.5倍，第二遍夯击点可位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。Page29设计4.夯击次数与遍数按照夯坑压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为原则确定夯击次数，一般最后两击的夯沉量不大于50mm，建议为4-10次，应进行现场试夯试验。夯击遍数应根据地基土的性质而确定。大多数工程夯击遍数2-3遍，最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击锤印搭接。5.间歇时间两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，对于粘性土一般需间隔3-4周。6.处理范围应大于建（构）筑物基础范围。Page30施工1.施工机具（1）起重机械（3000KN*，m）选择配有辅助门架的履带式起重机。（2）夯锤（平面形状、尺寸、材料）2.施工步骤试夯、平整场地、标注夯点位置、起重机就位、测量锤顶高程、完成第一遍夯击、夯坑填平并测量高程、完成所有夯击遍数、低能量满夯表层土。3.施工效果施工过程中夯坑深度可达0.6-1.0m。经强夯处理后地基的承载力可提高2~5倍，压缩性可降低200％～500％。Page31夯锤起吊15吨夯锤25吨夯锤40吨夯锤Page32Page33夯锤下落Page34Page35施工质量检验施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。对于碎石土和砂土地基，间隔时间一般为1-2周，低饱和度的粉土和粘性土地基一般为2-4周。检验方法包括原位测试和室内试验。Page36贵阳龙洞堡机场贵阳龙洞堡机场飞行区总长度3840m，宽度460m，场区面积约1766400m2，最大削方高度114.67m，最大填方高度54m，挖填土石方工程量为2400m3，属大面积、大块石、高填方地基，采用强夯处理。大块石填筑地基经过中等夯击能量3000KN*m分层夯实，达到了密实、均匀；加固后的地基变形模量从27.4MPa增加到了58.5MPa，加固后的地基承载力标准值大于700KPa。Page37四、排水固结法1.基本概念2.适用范围适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。3.发展历程传统堆载预压—砂井排水（美国，1925）—纸板排水（瑞典，40年代）—真空预压（瑞典，50年代）—袋装砂井排水（日本，60年代）—塑料排水板（日本，70年代）。Page38具有打设简单、打设机械轻可在超软弱地基上施工、断面小对地基扰动小、在施工过程中没有排水孔断面不均匀和受堵塞的情况、排水效果好，施工效率高，工程造价低，工程质量稳定等优点。Page39排水固结法是由排水系统和加压系统组成，两者相辅相成。Page40加固原理孔隙水压力消散，有效应力增加。设地基内某点的总应力为σ，有效应力为σ′，孔隙水压力为u，则有以下关系：σ′=σ-u孔隙水慢慢排出，地基发生固结变形；同