东南大学-基础工程-第五章-地基处理

1第5章地基处理§5.1概述§5.2垫层法§5.3排水固结法§5.4深层水泥搅拌法§5.5高压喷射注浆法§5.6强夯法§5.7振冲法2•浅基础,当承载力,沉降,液化,冻胀不满足设计要求(1)采用深基础,（桩基础、沉井）(2)处理地基土,改善土性§5.1概述35.1概述•地基处理的目的1提高土的强度---地基承载力2增加土的刚度---减少地基沉降量3改善地基土的水力特性(1)防渗：堤坝、闸基、池(2)排水：软基固结渗流、挡土墙排水(3)渗透稳定性：长江大堤的管涌、流土（采用反滤）(4)抗冻性4改善抗震性能(1)液化：加密(2)震陷：干松砂和溶洞5改善特殊土不良地基特性黄土湿陷性膨胀土的胀缩性4哪些土需要处理？•淤泥土与淤泥质土muck,muckysoil•泥炭,泥炭质土Peat:有机质含量超过25％的软土•填土,回填土Fill,backfill•松砂Loosesand•区域性土Regionalsoil5软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。软弱土地基:由软弱土组成的地基。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。6※软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的天然孔隙比e≥1.0、且天然含水量wwl的软弱土。物理力学特性软土的天然孔隙比大：e≥1天然含水量高：wwl压缩系数高a1-2=05~1.5MPa-1渗透系数小k=10-6~10-8cm/s抗剪强度低别cu=5~25kPa灵敏度高St=4~8具有明显的流变性7淤泥：IL≥1.0；e≥1.5淤泥质土：IL≥1.0；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※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。8地基处理方法分类置换法排水固结法：堆载、砂井等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加筋法化学加固法原则：技术经济95.2垫层法Soilreplacement范围：中小型建筑工程，处理深度(0.5~3)m。类型：换土垫层、排水垫层、加筋土垫层1垫层法1.1材料(1)堆石,块石,毛石,抛石挤淤(2)砾,中粗砂(3)灰土,三合土(有一定胶结)灰土2:8,3:7,土-粉土,粉质粘土;三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦(4)工业废渣:粉煤灰,矿渣(5)素土:Ip=10~17,湿陷性黄土换除,分层垫入,压实b回填土10设计•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•控制指标：–最优含水量－ωopt–压实系数λc=ρd/ρdmax112垫层法的适用性(1)软粘土和淤泥(2)湿陷性土(3)填土,一般粘性土承载力低3垫层设计人工持力层,因此要对软弱下卧层验算(1)持力层承载力pf,确定材料及密度(2)深度设计一般要求0.5m垫层的扩散和技术的要求3.0m工程量,经济性按承载力设计(与软弱下卧层相似)b回填土12•Z+CZf(z+d)•见表5-2,z/b0.5,23~30o•Bb+2ztg便于压实机械施工()2kCDzkkkczCDpbbztgFGFdbpbbz填b回填土B’=b+2ztgdz填zCZCDB4垫层平面尺寸确定135沉降计算包括：垫层本身的压缩沉降Sm和垫层下地基土的沉降SgS＝Sm+Sg用分层总和法计算14垫层置换法小结•可以就地取材•人工持力层•要进行软弱下卧层承载力验算•垫层厚度有限制垫层置换法15例题•某建筑物承重墙下为条形基础，基础宽度1.5m，埋深1m，相应于荷载效应标准组合时上部结构传至条形基础顶面的荷载Fk=247.5kN/m；地面下存在5.0m厚的淤泥层,γ=18.0kN/m3,γsat=19.0kN/m3，淤泥层地基的承载力特征值fak=70kPa；地下水位距地面深1m。试设计砂垫层。16•【解】（1）垫层材料选用中砂，设垫层厚度z=2.0m，则垫层的压力扩散角θ=300。•（2）垫层厚度验算•相应于荷载效应标准组合时基础底面平均压力值为：kPa1855.12015.15.247bGFpkk•基础底面处土的自重压力kPa1810.18cp17•垫层底面处的附加压力值tan2zbbpppckzkPa8.6530tan0.225.15.10.18185o•垫层底面处土的自重应力kPa0.360.2101910.18czp•淤泥层地基经深度修正后的地基承载力特征值为：kPa5.1015.05.26.121.1705.00dffdakakPa5.101kPa8.1018.650.36azczfpp•垫层厚度选定为2.0m是合适的。18•确定垫层宽度m81.330tan0.225.1tan2ozbb•取b’=3.85m，按1∶1.5边坡开挖。19§5.3排水固结法概述加固机理：–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，真空预压施工方法和质量检验20概述•排水固结法：对天然地基，和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。21应用•沉降要求较高的建筑物，常用超载预压，如冷藏库，机场跑道等；•加快固结增加土强度:路堤和土坝等•适用地基土质：–各类淤泥、淤质土及冲填土等饱和粘性土。–砂井法尤其适用于存在连续砂层的地基，不适用于有机质土和泥炭土等。–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。22砂井地基排水情况23（一）预压原理，原位自重应力c，建筑物附加应力z,预加压力t=(1.2~1.5)zte2epze1cu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。24强度超固结土正常固结252预压方法preloading（1）堆载预压(包括建筑物自重预压)（2）降水预压增加有效应力wellpointsystem（3）真空预压密封层26’z降水预压z27’-u真空预压密封层28思考？？？为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏。堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？29§5.4深层搅拌法深层搅拌法（Deepmixingmethod──DMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。30加固机理•水泥的水解和水化反应–CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3生成化合物•土颗粒与水泥水化物的作用–离子交换和团粒化－－强度高–硬凝反应－－结晶•碳酸化作用固化剂•水泥类：普通硅酸盐水泥、矿渣水泥；•石灰类：生石灰、消石灰；•沥青类：地沥青、沥青乳剂；•化学材料类：水玻璃、氯化钙、尿素树脂、丙烯酸盐等。31(a)定位(b)喷浆(粉)搅拌下沉(c)搅拌上升(d)重复喷浆(粉)搅拌下沉(e)重复搅拌上升(完毕)(a)(b)(c)(d)(e)•软粘土加固1工艺和机械2地基，高速公路，基坑32影响水泥土力学性质的因素•固化剂和外加剂•水泥掺合量•龄期•土的含水量•土质•有机质含量和砂粒的含量•搅拌的方法与时间•室内强度与原位强度%100w被加固的软土重量掺加的水泥重量a33复合地基承载力第一种思路：将增强体和基体分开，分别确定各自的承载力，再根据一定原则叠加，从而得到复合地基承载力。第二种思路：将增强体和基体组成的复合体作为整体考虑，根据地基极限平衡理论确定复合地基承载力。载荷试验法s/d=0.015-0.02时的p34复合地基的承载力1）第一种思路桩土应力比n=p/s与土性有关,随荷载过程变化,对于碎石桩n=2~4面积置换率m=Ap/A复合地基承载力标准值(1)(1)aspkpskskpRfmfmfmmfA43822tdmtd桩间土承载力折减系数增强体承载力桩间土承载力352）第二种思路spspmm)1(桩体抗剪强度复合地基抗剪强度基体抗剪强度36平面布置和设计参数有效排水圆柱体直径de梅花形：de=1.05Sa正方形：de=1.13Sa面积置换率m＝(d0/de)2Sa桩中心距Sad0ded0Sa37复合地基沉降计算原理复合地基沉降的沉降S由两部分组成：加固区沉降S1和下卧层土体压缩量S2S=S1+S2spzlzElpps2138Lb下卧区ZnP加固区Pbb下卧区ZnP加固区L应力扩散等效实体法39§5.5高压喷射注浆法•高压旋喷单管:浆液双管:内浆外气三管:气,水,浆适用于:人工填土;黄土及一般粘性土;软粘土;砂石三种形式：旋喷定喷摆喷40单管浆液双管内浆外气三管气水浆41工艺类型•单管法–一根注浆管、喷嘴(20MPa);•二重管法–注浆管(20MPa)、空气管(0.7MPa)、喷嘴;•三重管法–注浆管(0.5~3MPa)、压缩空气管(0.5~0.7MPa)、高压水管(20~30MPa)、喷嘴;42旋喷桩施工顺序振动打桩机硬化剂(浆液)高压水压缩空气高压水压缩空气硬化剂(浆液)43§5.6强夯法dynamicconsolidation•强夯法，动力固结法，动力密实法；•反复将很重的锤(10~40t)提高(10~40m)后自由落下，给地基以冲击和振动，从而提高地基的强度并降低其压缩性。•适用：砂土、碎石地基，推广后各种粉土、粘性土、杂填土和素土地基。44锤重落距10kg,100cm1~2t,3~4m10t,10mHeavytamping45静力固结和动力固结理论对比46加固机理•动力密实：加固非饱和土，冲切中气相挤出，液相排出，固相密实。•动力固结：加固饱和土，1压缩；2液化，总应力是垂直应力不变,水平拉应力不断增大,孔隙水压力不断增大；3渗透性变大；4触变恢复，有效应力是水平有效应力逐渐接近垂直应力。•动力置换：复合地基。47设计计算参数：•有效加固深度：–Menard公式：–实测确定。•夯击能–单位夯击能：锤重×落距×总夯数/面积–单击夯击能：夯锤重×落距–与土质、结构类型、荷载大小等相关。hMH＝48•夯击点布置：–正三角形或正方形，边缘稍超出处理深度的1/2~2/3，并不小于3m。•夯击点间距：5~15m，由试验确定。49•夯击击数：由试验系确定–夯击数与夯沉量关系确定–最后两击的夯沉量不大于50~100mm,地面隆起不大，起锤不难。•夯击遍数：由土质确定。–砂性土少，2~3；粘性土多，3~8。•垫层铺设：0.5~2m。•间歇时间：由土质透水性确定。–砂性土连续；粘性土不少于3~4周。50实例：大连石化公司填海地基•拟在在海边堆填碎石地基上建设渣油催化装置，根据设计要求，地基容许承载力应达250kPa，沉降量不得大于5cm，并对不均匀沉降也严格控制。•堆填后的碎石地基，填石厚度大,约7~8m，块石较大,级配差,场地非常疏松，极不均匀,难以达到设计要求。•要求进行地基处理方案设计(＞2)。51方案设计•预制桩基：经试打，因遇大块石无法打入。•进行强夯法：–如何确定设计参数？–如何测试地基加固的效果？–强夯法对已建海堤影