第十一章-软弱土地基处理分析

第11章软弱土地基处理§11.1地基处理概论软弱土地基的特征含水量较高，孔隙比较大。压缩性较高。抗剪强度很低。渗透性较差。具有显著的结构性。具有明显的流变性地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。1)提高地基的抗剪强度；2)降低地基的压缩性；3)改善地基的适水特性；4)改善地基的动力特性；5)改善特殊土的不良地基特性。第11章软弱土地基处理建筑物的地基所面临的问题强度及稳定性问题压缩及不均匀沉降问题渗漏问题液化问题第11章软弱土地基处理地基处理方法分类及应用范围地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法，这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。软弱土地基处理方法分类碾压及夯实换填垫层排水固结振密挤密置换及拌入土工聚合物其它第11章软弱土地基处理常用地基处理方法及适用范围1、换土垫层法(1)垫层法(2)强夯挤淤法(3)爆破挤淤法第11章软弱土地基处理青岛港8号码头强夯挤淤工程第11章软弱土地基处理北海堤爆破挤淤第12章地基处理2．振密、挤密法(1)表层压实法(2)重捶夯实法(3)强夯法(4)振冲挤密法(5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)桩法(6)砂桩(7)爆破法第11章软弱土地基处理(1)表层压实法第11章软弱土地基处理(2)重捶夯实法第11章软弱土地基处理(3)强夯法第11章软弱土地基处理(4)振冲挤密法1第11章软弱土地基处理振冲挤密法2第11章软弱土地基处理3．排水固结法排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。(1)堆载预压法(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)(3)真空预压法(4)降低地下水位法(5)电渗排水法第11章软弱土地基处理排水系统加压系统(2)堆载预压法第12章地基处理(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)第11章软弱土地基处理真空膜(3)真空预压法第11章软弱土地基处理(4)降低地下水位法第11章软弱土地基处理4．置换法(1)振冲置换法(或称碎石桩法)(2)石灰桩法(3)强夯置换法(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)第11章软弱土地基处理(1)振冲置换法(或称碎石桩法)第11章软弱土地基处理(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)第11章软弱土地基处理5．加筋法(1)土工聚合物(2)加筋土(3)土层锚杆(4)土钉(5)树根桩法第11章软弱土地基处理6．胶结法(1)注浆法(2)高压喷射注浆法(3)水泥土搅拌法第11章软弱土地基处理(1)注浆法第11章软弱土地基处理水泥土搅拌桩第11章软弱土地基处理喷粉桩施工第11章软弱土地基处理7．冷热处理法(1)冻结法(2)烧结法第11章软弱土地基处理润扬大桥冻结法施工第11章软弱土地基处理润扬大桥冻结法施工第11章软弱土地基处理三、地基处理的基本原则在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值，地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。第11章软弱土地基处理§11.2地基处理方法换土垫层法b回填土土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理换土垫层法:将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换土垫层法.土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层的类型及适用范围表垫层种类适用范围砂垫层（碎石、砂砾）中、小型建筑工程的滨、塘、沟等局部处理；软弱土和水下黄土处理（不适用于湿陷性黄土）。可有条件用于膨胀土地基。素土垫层中小型工程，大面积回填，湿陷性黄土灰土垫层中小型工程，膨胀土，尤其湿陷性黄土粉煤灰垫层厂房、机场、港区路域和堆场等大、中小型大面积填筑干渣垫层中小型建筑工程。尤其适用于地坪、堆场等大面积地基处理和场地平整；铁路、道路路基处理。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理1、提高持力层的承载力——通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少；2、减小沉降量——换填材料代替上部软弱土层，可减小这部分的沉降量、垫层扩散作用，使得下卧土层的压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；•加固机理土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理3、加速软弱土层的排水固结——不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，产生塑性破坏的危险。•加固机理土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理3、加速软弱土层的排水固结——垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而提高其强度。•加固机理土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理4、防治冻胀——垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。5、消除膨胀土的胀缩作用•加固机理土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理三、垫层设计垫层设计要点1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，2、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理b回填土•垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：垫层厚度的确定pZ+pCZfaz式中——垫层底面处的附加应力设计值（kPa）;——垫层底面处土的自重压力值（kPa）；——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。zpczpazf土力学与基础工程西南科技大学·第11章软弱土地基处理b回填土B=b+2ztgdz填zpCZpCDpZ+pCZfazztgbbpppCDz2)(zppCDcz填bldblFblGFpkkk条基)2)(2()(tgzltgzbpplbpcdz独立基础土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理压力扩散角（°）zb/Ip换填材料粘性土和粉土(814)中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾卵石、碎石灰土0.2520628≥0.503023注：当0.25时，除灰土仍取θ＝28º外，其余材料均取θ＝0º；当0.250.5时，值可内插求得。zb/zb/土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层宽度的确定垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。ztgbB2Bzb回填土垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m按当地开挖基坑经验的要求放坡土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层承载力的确定垫层的承载力宜通过现场试验确定沉降计算对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层施工1）粒径小于0.002mm的胶体含量≥20%；2）液限ωL≥40%；塑性指数Ip≥17,在22～35之间。3）自由膨胀率≥40%。1）机械碾压法：机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程；2）重锤夯实法：重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土；3）平板振动法：平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层材料选择1)砂石应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3％，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30％～50％的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。2)粘土(均质土)土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。3)灰土体积比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理垫层材料选择4)素土素土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。5)粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土30～0cm。6)干渣干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用8～40mm与40～60mm的分级干渣，或0～60mm的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理第三节强夯法土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般8—30t的重锤(最重可达200t)和8—20m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500—8000kN.m。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理加固机理目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理1.动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。Dynamiccompaction土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6—1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2—3倍。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理2.动力固结Menard根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。静力固结理论与动力固结理论的模型比较a）静力固结理论模型；b）动力固结理论的模型Dynamicconsolidation土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理由于土体产生裂隙或趋于液化，引起渗透性增大。土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理1）饱和土的压缩性；2）产生液化；3）渗透性变化；4）触变恢复夯击一遍的情况夯击三遍的情况土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理3.动力置换Dynamicreplacement土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理动力置换类型整式置换桩式置换土力学与基础工程西南科技大学第11章软弱土地基处理设计计算1有效加固深度H——有效加固深度(m)M——夯锤重(t)h——落距(m)α—