地基處理課件.ppt

1地基處理的對(duì)象及目的 2地基處理方法分類(lèi) 復(fù)習(xí) 3換填墊層法的定義 4墊層法的作用及設(shè)計(jì)內(nèi)容 1地基處理的對(duì)象及目的 地基處理是指為提高地基承載力 改變其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)而采取的人工處理地基的方法 歐美國(guó)家稱(chēng)地基處理 亦有稱(chēng)地基加固 地基處理對(duì)象 軟弱地基 特殊土地基 軟弱地基 淤泥 淤泥質(zhì)土 泥炭 泥炭質(zhì)土等 沖填土 雜填土 濕陷性黃土 膨脹土 鹽漬土 季節(jié)性凍土 地基處理的目的 1 提高地基的抗剪強(qiáng)度 增加其穩(wěn)定性 2 降低地基土的壓縮性 減少地基的沉降變形 3 改善地基土的滲透特性 減少地基滲漏或加強(qiáng)其滲透穩(wěn)定 4 改善地基土的動(dòng)力特性 提高地基的抗振性能 5 改善特殊土地基的不良特性 滿足工程設(shè)計(jì)要求 2地基處理方法分類(lèi) 地基處理的分類(lèi)方法多種多樣 按時(shí)間可分為臨時(shí)處理和永久處理 按處理深度分為淺層處理和深層處理 按處理土性對(duì)象分為砂性土處理和粘性土處理 飽和土處理和非飽和土處理 也可按地基處理的加固機(jī)理進(jìn)行分類(lèi) 因?yàn)楝F(xiàn)有的地基處理方法很多 新的地基處理方法還在不斷發(fā)展 要對(duì)各種地基處理方法進(jìn)行精確分類(lèi)是困難的 常見(jiàn)的分類(lèi)方法主要是按照地基處理的加固機(jī)理進(jìn)行分類(lèi) 地基處理方法 換填法 換土墊層法 褥墊法 密實(shí)法 淺層密實(shí) 深層密實(shí) 排水法 堆載預(yù)壓 砂井堆載預(yù)壓 真空預(yù)壓 井點(diǎn)降水預(yù)壓 固化法 灌漿法 噴拌法 加筋法 土工聚合物加筋 錨桿 樹(shù)根樁 5 2 1概述 1 定義換填墊層法 是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)不滿足地基性能要求的土層 或局部巖石 全部或部分挖出 換填上符合地基性能要求的材料 然后分層夯實(shí)作為基礎(chǔ)的持力層 換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理 換填墊層法按其換填材料的功能不同 又分為墊層法和褥墊法 墊層法 又稱(chēng)開(kāi)挖置換法 換土墊層法 簡(jiǎn)稱(chēng)換土法 通常指當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了建 構(gòu) 筑物的要求 而軟弱土層的厚度又不很大時(shí) 將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層的部分或全部挖去 然后分層換填強(qiáng)度較大的砂 碎石 素土 灰土 礦渣 粉煤灰 或其它性能穩(wěn)定 無(wú)侵蝕性的材料 并壓 夯 振 實(shí)至要求的密實(shí)度 5 2換填墊層法 褥墊法 是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)局部壓縮性較低的巖石鑿去 換填上壓縮性較大的材料 然后分層夯實(shí)的墊層作為基礎(chǔ)的部分持力層 使基礎(chǔ)整個(gè)持力層的變形相互協(xié)調(diào) 褥墊法是我國(guó)近年來(lái)在處理山區(qū)不均勻的巖土地基中常采用的簡(jiǎn)便易行又較為可靠的方法 2 作用 墊層法 a 提高地基承載力b 減少沉降量c 加速軟弱土層的排水固結(jié)d 防止凍脹e 消除地基的濕陷性和脹縮性 3 適用范圍 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 中規(guī)定 墊層法適用于淤泥 淤泥質(zhì)土 濕陷性黃土 素填土 雜填土地基及暗溝 暗塘等淺層軟弱地基及不均勻地基的處理 5 3 1概述 5 3預(yù)壓法 預(yù)壓法又稱(chēng)排水固結(jié)法 指直接在天然地基或在設(shè)置有袋狀砂井 塑料排水帶等豎向排水體的地基上 利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載或在建筑物建造前在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓 使土體中孔隙水排出 提前完成土體固結(jié)沉降 逐步增加地基強(qiáng)度的一種軟土地基加固方法 預(yù)壓法由加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分組成 加壓系統(tǒng)通過(guò)預(yù)先對(duì)地基施加荷載 使地基中的孔隙水產(chǎn)生壓力差 從飽和地基中自然排出 進(jìn)而使土體固結(jié) 排水系統(tǒng)則通過(guò)改變地基原有的排水邊界條件 增加孔隙水排出的途徑 縮短排水距離 使地基在預(yù)壓期間盡快地完成設(shè)計(jì)要求的沉降量 并及時(shí)提高地基土強(qiáng)度 預(yù)壓法適用于處理各類(lèi)淤泥質(zhì)土 淤泥及沖填土等飽和粘性土地基 預(yù)壓荷載是其中的關(guān)鍵問(wèn)題 因?yàn)槭┘宇A(yù)壓荷載后才能引起地基土的排水固結(jié) 5 3 2預(yù)壓法加固機(jī)理 土在某一荷載作用下 孔隙水逐漸排出 土體隨之壓縮 土體的密實(shí)度和強(qiáng)度隨時(shí)間逐步增長(zhǎng) 這一過(guò)程稱(chēng)之為土的固結(jié)過(guò)程 亦即孔隙水壓力消散 有效應(yīng)力增長(zhǎng)的過(guò)程 1 堆載預(yù)壓加固機(jī)理堆載預(yù)壓是指先在地基中設(shè)置砂井 塑料排水帶等豎向排水體 后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載 或建筑物建造前 在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓 使土體中的孔隙水緩慢排出 土層逐漸固結(jié) 地基發(fā)生沉降 同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的過(guò)程 砂井堆載預(yù)壓法 基本方法 砂井堆載預(yù)壓法系在軟弱地基中通過(guò)采用鋼管打孔 灌砂 設(shè)置砂井作為豎向排水通道 并在砂井頂部設(shè)置砂墊層作為水平排水通道 形成排水系統(tǒng) 在砂墊層上部堆載 以增加軟弱土中附加應(yīng)力 使土體中孔隙水在較短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)豎向砂井和水平砂墊層排出 達(dá)到加速土體固結(jié) 提高軟弱地基土承載力之目的 主要用于道路路堤 土壩 機(jī)場(chǎng)跑道 工業(yè)建筑油罐 碼頭 岸坡等工程的地基處理 對(duì)于泥炭等有機(jī)沉積地基則不適用 堆水預(yù)壓 2 真空預(yù)壓加固機(jī)理真空預(yù)壓指在軟土地基中打設(shè)豎向排水體后 在地面鋪設(shè)排水用砂墊層和抽氣管線 然后在砂墊層上鋪設(shè)不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕 再用真空泵抽氣 使排水系統(tǒng)維持較高的真空度 利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載 增加地基的有效應(yīng)力 以利于土體排水固結(jié) 真空預(yù)壓適用于均質(zhì)粘性土及含薄粉砂夾層粘性土等 尤其適用于新吹填土地基的加固 對(duì)于在加固范圍內(nèi)有足夠補(bǔ)給水源的透水層 而又沒(méi)有采取隔斷措施時(shí) 不宜采用該法 3 降水預(yù)壓加固機(jī)理降水預(yù)壓法是借助于井點(diǎn)抽水降低地下水位 以增加土的有效自重應(yīng)力 從而達(dá)到預(yù)壓的目的 4 電滲預(yù)壓加固機(jī)理電滲預(yù)壓是在土中插入金屬電極并通以直流電 由于直流電場(chǎng)作用 土中的水分從陽(yáng)極流向陰極 將水在陰極排除且無(wú)補(bǔ)充水源的情況下 引起土層的壓縮固結(jié) 電滲預(yù)壓與降水預(yù)壓一樣 是在總應(yīng)力不變的情況下 通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加土的有效應(yīng)力作為固結(jié)壓力的 所以不需要用堆載作為預(yù)壓荷載 也不會(huì)使土體發(fā)生破壞 預(yù)壓法的設(shè)計(jì) 實(shí)質(zhì)上是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小 地基土的性質(zhì)及工期要求合理安排加壓系統(tǒng)與排水系統(tǒng) 使地基在預(yù)壓過(guò)程中快速排水固結(jié) 縮短預(yù)壓時(shí)間 從而減小建筑物在使用期間的沉降量和不均勻沉降 同時(shí)增加一部分強(qiáng)度 以滿足逐級(jí)加荷條件下地基的穩(wěn)定性 5 4漿液固化法 漿液固化法是指利用水泥漿液 粘土漿液或其它化學(xué)漿液 通過(guò)灌注壓入 高壓噴射或機(jī)械攪拌 使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來(lái) 以改善地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法 目前漿液固化法中常用的方法除原來(lái)已有的灌漿法外 后面出現(xiàn)了高壓噴射注漿法和水泥土攪拌法 前者利用高壓射水切削地基土 通過(guò)注漿管?chē)姵鰸{液 就地將土和漿液進(jìn)行攪拌混合 后者通過(guò)特制的攪拌機(jī)械 在地基深部將粘士顆粒和水泥強(qiáng)制拌和 使粘士硬結(jié)成具有整體性 水穩(wěn)性和足夠強(qiáng)度的地基土 1 概述灌漿法是指利用液壓 氣壓或電化學(xué)原理 通過(guò)注漿管把漿液均勻地注入地層中 漿液以填充 滲透和擠密等方式 趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置 經(jīng)人工控制一定時(shí)間后 漿液將原來(lái)松散的土粒或裂隙膠結(jié)成一個(gè)整體 形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新 強(qiáng)度大 防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的 結(jié)石體 灌漿法的應(yīng)用始于1802年 法國(guó)工程師CharlesBeriguy在Dieppe采用了灌注粘土和水硬石灰漿的方法修復(fù)了一座受沖刷的水閘 此后 灌漿法成為地基加固中的一種常用方法 5 4 1灌漿法 2加固目的有以下幾個(gè)方面 增加地基的不透水性 常用于防止流砂 鋼板樁滲水 壩基漏水 隧道開(kāi)挖時(shí)涌水以及改善地下工程的開(kāi)挖條件 截?cái)酀B透水流 增加邊坡 堤岸的穩(wěn)定性 常用于整治塌方 滑坡 堤岸以及蓄水結(jié)構(gòu)等 提高地基承載力 減少地基的沉降和不均勻沉降 提高巖土的力學(xué)強(qiáng)度和變形模量 固化地基和恢復(fù)工程結(jié)構(gòu)的整體性 常用于地基基礎(chǔ)的加固和糾偏處理 3應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面 壩基的加固及防滲 建筑物地基的加固 土坡穩(wěn)定性加固 擋土墻后土體的加固 已有結(jié)構(gòu)的加固 道路地基基礎(chǔ)加固 地下結(jié)構(gòu)的止水及加固 井巷工程中的加固及止水 動(dòng)力基礎(chǔ)的抗振加固 其他 預(yù)填骨料灌漿 后拉錨桿灌漿及鉆孔灌注樁后灌漿 5 4 3水泥土攪拌法 1 概述水泥土攪拌法是利用水泥或石灰等材料作為固化劑 通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械 在地基深處就地將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌 使軟土硬結(jié)成具有整體性 水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法 根據(jù)施工方法的不同 水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌 以下簡(jiǎn)稱(chēng)濕法 和粉體噴射攪拌 以下簡(jiǎn)稱(chēng)干法 兩種 水泥土攪拌法最早在美國(guó)研制成功 稱(chēng)為Mixed in Place Pile 簡(jiǎn)稱(chēng)MIP法 國(guó)內(nèi)1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和機(jī)械研制工作 于1978年底制造出我國(guó)第一臺(tái)SJB 1型雙攪拌軸中心管輸漿陸上型的深層攪拌機(jī)械 并由江陰市江陰振沖器廠成批生產(chǎn) 目前SJB 2型加固深度可達(dá)18m 1980年初首次在上海寶山鋼鐵總廠由第五冶金建設(shè)公司在三座卷管設(shè)備基礎(chǔ)的軟土地基加固工程中正式開(kāi)始應(yīng)用并獲得成功 粉體噴射攪拌 DryJetMixingMethod 簡(jiǎn)稱(chēng)DJM法 最早由瑞典人KjeldPaus于1967年提出了使用石灰攪拌樁加固15m深度范圍內(nèi)軟土地基的設(shè)想 并于1971年Linden Alimak公司在現(xiàn)場(chǎng)制成第一根用石灰粉和軟土攪拌成的樁 1974年獲得粉噴技術(shù)專(zhuān)利 生產(chǎn)出的專(zhuān)用機(jī)械其樁徑可達(dá)500mm 加固深度15m 鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院于1983年用DDP 100型汽車(chē)改裝成國(guó)內(nèi)第一臺(tái)粉體噴射攪拌機(jī) 并使用石灰作固化劑 應(yīng)用于鐵路涵洞加固 1986年開(kāi)始使用水泥作為固化劑 應(yīng)用于房屋建筑的軟土地基加固 1987年鐵四院和上海探礦機(jī)械廠制成GPP 5型步履式粉體噴射攪拌機(jī) 成樁直徑500mm 加固深度12 5m 當(dāng)前國(guó)內(nèi)粉體噴射攪拌機(jī)的成樁直徑一般在500 700mm范圍 深度可達(dá)15m 2水泥土攪拌法加固軟土技術(shù) 具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 水泥土攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地?cái)嚢杌旌?因而最大限度地利用了原土 攪拌時(shí)無(wú)振動(dòng) 無(wú)噪音和無(wú)污染 可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進(jìn)行施工 攪拌時(shí)不會(huì)使地基側(cè)向擠出 所以對(duì)周?chē)薪ㄖ锛暗叵聹瞎苡绊懞苄?水泥土攪拌法形成的水泥土加固體 可作為豎向承載的復(fù)合地基 基坑工程圍護(hù)擋墻 基坑被動(dòng)區(qū)加固 防滲帷幕 大體積水泥穩(wěn)定土等 其設(shè)計(jì)靈活 可按不同地基土的性質(zhì)及工程設(shè)計(jì)要求 合理選擇固化劑及其配方 根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要 可靈活地采用柱狀 壁狀 格柵狀和塊狀等加固形式 與鋼筋混凝土樁基相比 可節(jié)約大量的鋼材 并降低造價(jià) 3水泥土攪拌法可用于增加軟土地基的承載能力 減少沉降量 提高邊坡的穩(wěn)定性 適用于以下情況 作為建筑物或構(gòu)筑物的地基 廠房?jī)?nèi)具有地面荷載的地坪 高填方路堤下基層等 進(jìn)行大面積地基加固 以防止碼頭岸壁的滑動(dòng) 深基坑開(kāi)挖時(shí)坍塌 坑底隆起和減少軟土中地下構(gòu)筑物的沉降 作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流 對(duì)樁側(cè)或板樁背后的軟土加固以增加側(cè)向承載能力 4加固機(jī)理 1 水泥的水解和水化反應(yīng)普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣 二氧化硅 三氧化二鋁 三氧化二鐵及三氧化硫等組成 由這些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物 硅酸三鈣 硅酸二鈣 鋁酸三鈣 鐵鋁酸四鈣 硫酸鈣等 用水泥加固軟土?xí)r 水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng) 生成氫氧化鈣 含水硅酸鈣 含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物 2 土顆粒與水泥水化物的作用當(dāng)水泥的各種水化物生成后 有的自身繼續(xù)硬化 形成水泥石骨架 有的則與其周?chē)哂幸欢ɑ钚缘恼惩令w粒發(fā)生反應(yīng) 離子交換和團(tuán)?；饔谜惩梁退Y(jié)合時(shí)就表現(xiàn)出一種膠體特征 如土中含量最多的氧化硅遇水后 形成硅酸膠體微粒 其表面帶有鈉離子Na 或鉀離子K 它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中鈣離子ca2 進(jìn)行當(dāng)量吸附交換 使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒 從而使土體強(qiáng)度提高 硬凝反應(yīng)隨著水泥水化反應(yīng)的深入 溶液中析出大量的鈣離子 當(dāng)其數(shù)量超過(guò)離子交換的需要量后 在堿性環(huán)境中 能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物 增大了水泥土的強(qiáng)度 3 碳酸化作用水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳 發(fā)生碳酸化反應(yīng) 生成不溶于水的碳酸鈣 這種反應(yīng)也能使水泥土增加強(qiáng)度 但增長(zhǎng)的速度較慢 幅度也較小 由于攪拌機(jī)械的切削攪拌作用 實(shí)際上不可避免地會(huì)留下一些未被粉碎的大小土團(tuán) 在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團(tuán)的現(xiàn)象 而土團(tuán)間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿 所以 加固后的水泥土中形成一些水泥較多的微區(qū) 而在大小土團(tuán)內(nèi)部則沒(méi)有水泥 只有經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間 土團(tuán)內(nèi)的土顆粒在水泥水解產(chǎn)物滲透作用下 才逐漸改變其性質(zhì) 因此在水泥土中不可避免地會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度較大和水穩(wěn)性較好的水泥石區(qū)和強(qiáng)度較低的土塊區(qū) 可見(jiàn) 攪拌越充分 土塊被粉碎得越小 水泥分布到土中越均勻 則水泥土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性越小 其宏觀的總體強(qiáng)度也越高 5 4 3高壓噴射注漿法 高壓噴射注漿法是指用高壓水泥漿通過(guò)鉆桿由水平方向的噴嘴噴出 形成噴射流 以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法 高壓噴射注漿法20世紀(jì)60年代后期創(chuàng)始于日本 我國(guó)是繼日本之后研究開(kāi)發(fā)較早和應(yīng)用范圍較廣的國(guó)家 1975年首先在鐵道部門(mén)進(jìn)行單管法的試驗(yàn)和應(yīng)用 1977年原冶金部建筑研究總院在寶鋼工程中首次應(yīng)用三重管法噴射注漿獲得成功 1986年該院又開(kāi)發(fā)成功高壓噴射注漿的新工藝 干噴法 并取得國(guó)家專(zhuān)利 至今 我國(guó)已有上百項(xiàng)工程應(yīng)用了高壓噴射注漿法 高壓噴射注漿法所形成的固結(jié)體形狀與噴射流移動(dòng)方向有關(guān) 一般分為旋轉(zhuǎn)噴射 簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴 定向噴射 簡(jiǎn)稱(chēng)定噴 和擺動(dòng)噴射 簡(jiǎn)稱(chēng)擺噴 三種型式 旋噴法施工時(shí) 噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升 固結(jié)體呈圓柱狀 主要用于加固地基 提高地基的抗剪強(qiáng)度 改善地基土的變形性質(zhì) 也可組成閉合的帷幕 用于截阻地下水流和治理流砂 旋噴法施工后 在地基中形成的圓柱體 簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴樁 定噴法施工時(shí) 噴嘴一邊噴射一邊提升 噴射的方向固定不變 固結(jié)體形如板狀或壁狀 鉆機(jī)注漿管?chē)婎^旋噴固結(jié)體高壓泥漿泵漿桶水箱攪拌機(jī)水泥倉(cāng)擺噴法施工時(shí) 噴嘴一邊噴射一邊提升 噴嘴的方向呈較小的角度來(lái)回?cái)[動(dòng) 固結(jié)體形如較厚的墻板狀 定噴和擺噴兩種方法通常用于基坑防滲 改善地基土的水流性質(zhì)及穩(wěn)定邊坡等工程 1概述 5 6強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法 強(qiáng)夯法是法國(guó)Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法 又名動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法 這種方法是反復(fù)將夯錘 質(zhì)量一般為100 400kN 提到一定高度使其自由落下 落距一般為10 40m 給地基以沖擊和振動(dòng)能量 從而提高地基的承載力 降低土的壓縮性 改善砂土的抗液化條件 消除濕陷性黃土的濕陷性等 同時(shí) 夯擊能還可提高土層的均勻強(qiáng)度 減小將來(lái)可能出現(xiàn)差異沉降 Smoltczyk在第八屆歐洲土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議上的深層加固總報(bào)告中指出 強(qiáng)夯法只適用于塑性指數(shù)的土 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 JGJ79 2002 中規(guī)定 強(qiáng)夯法適用于處理碎石土 砂土 低飽和度的粉土與粘性土 濕陷性黃土 素填土和雜填土等地基 強(qiáng)夯置換法是采用在夯坑內(nèi)回填塊石 碎石等粗顆粒材料 用夯錘夯擊形成連續(xù)的強(qiáng)夯置換墩 強(qiáng)夯置換法是20世紀(jì)80年代后期開(kāi)發(fā)的方法 適用于高飽和度的粉土與軟塑 流塑的粘性土等地基上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程 強(qiáng)夯置換法具有加固效果顯著 施工期短 施工費(fèi)用低等特點(diǎn) 強(qiáng)夯置換法一般處理效果良好 個(gè)別工程因設(shè)計(jì) 施工不當(dāng) 加固后會(huì)出現(xiàn)下沉較大或墩體與墩間土下沉不等的情況 因此 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 JGJ79 2002 特別強(qiáng)調(diào) 采用強(qiáng)夯置換法前必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性和處理效果 否則不得采用 2加固機(jī)理 1 動(dòng)力密實(shí)采用強(qiáng)夯加固多孔隙 粗顆粒 非飽和土是基于動(dòng)力密實(shí)的機(jī)理 即用沖擊型動(dòng)力荷載 使土體中的孔隙減小 土體變得密實(shí) 從而提高地基土強(qiáng)度 在采用強(qiáng)夯法加固多孔隙 粗顆粒 非飽和土的過(guò)程中 高能量的夯擊對(duì)土的作用不同于機(jī)械碾壓 振動(dòng)壓實(shí)和重錘夯實(shí) 巨大的夯擊能量產(chǎn)生的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力在土中傳播 使顆粒破碎或使顆粒產(chǎn)生瞬間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 從而孔隙中氣泡迅速排出或壓縮 孔隙體積減少 形成較密實(shí)的結(jié)構(gòu) 2 動(dòng)力固結(jié)用強(qiáng)夯法處理細(xì)顆粒飽和土?xí)r 則是借助于動(dòng)力固結(jié)的理論 即巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波 破壞了土體原有的結(jié)構(gòu) 使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙 增加了排水通道 使孔隙水順利逸出 待超孔隙水壓力消散后 土體固結(jié) 由于軟土的觸變性 強(qiáng)度得到提高 5 7擠密樁法 擠密樁法是以振動(dòng) 沖擊或帶套管等方法成孔 然后向孔中填入砂 石 土 或灰土 二灰 水泥土 石灰或其它材料 再加以振實(shí)而成為直徑較大樁體的方法 擠密樁屬于柔性樁 而木樁 鋼筋混凝土樁和鋼樁屬于剛性樁 兩者的區(qū)別如表5 1所示 與后者不同 擠密樁主要靠樁管打入地基時(shí)對(duì)地基土的橫向擠密作用 在一定的擠密功能作用下土粒彼此移動(dòng) 小顆粒填入大顆粒的孔隙 顆粒間彼此緊靠 孔隙減小 此時(shí)土的骨架作用隨之增強(qiáng) 從而使土的壓縮性減小 抗剪強(qiáng)度提高 由于樁身本身具有較高的承載能力和較大的變形模量 且樁體斷面較大 約占松軟土加固面積的20 30 左右 故在粘性土地基加固時(shí) 樁體與樁周土組成復(fù)合地基 可共同承擔(dān)建筑物的荷載 5 7 1砂石樁法 1 概述碎石樁 砂樁和砂石樁總稱(chēng)為砂石樁 又稱(chēng)粗顆粒土樁 是指采用振動(dòng) 沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后 再將碎石 砂或砂石擠壓入已成的孔中 形成砂石所構(gòu)成的密實(shí)樁體 并和原樁周土組成復(fù)合地基的地基處理方法 砂石樁適用于擠密松散砂土 粉土 粘性土 素填土 雜填土地基 對(duì)飽和粘土地基上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置換 砂石樁也可用于處理可液化地基 2 施工砂石樁施工可以采用振沖法 沉管法 沖擊法 振動(dòng)法等 下面主要介紹以下兩種施工方法 振沖法和沉管法 1 振沖法振沖法是指在振沖器和高壓水的共同作用下 使松砂土層振密 或在軟弱土層中成孔 然后回填碎石等粗粒料形成樁柱 并和原地基組成復(fù)合地基的處理方法 振沖法適用于處理砂土 粉土 粉質(zhì)粘土 素填土和雜填土等地基 對(duì)于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基 應(yīng)在施工前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性 施工機(jī)具振沖器是振沖法施工的主要機(jī)具 施工步驟a 清理平整場(chǎng)地 布置樁位 b 施工機(jī)具就位 使振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位 c 啟動(dòng)水泵和振沖器 水壓可用200 600kPa 水量可用200 400L min 將振沖器徐徐沉入土中 造孔速度宜為0 5 2 0m min 直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度 記錄振沖器經(jīng)各深度的水壓 電流和留振時(shí)間 d 造孔后邊提升振沖器邊沖水至孔口 再放至孔底 重復(fù)2 3次擴(kuò)大孔徑并使孔內(nèi)泥漿變稀 開(kāi)始填料制樁 e 大功率振沖器投料不提出孔口 小功率振沖器下料困難時(shí) 可將振沖器提出孔口投料 每次填料厚度不宜大于50cm 將振沖器沉入填料中進(jìn)行振密制樁 當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定的密實(shí)電流值和規(guī)定的留振時(shí)間后 將振沖器提升30 50cm f 重復(fù)以上步驟 自上而下逐段制作樁體直至孔口 記錄各段深度的填料量 最終電流和留振時(shí)間 并均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定 g 關(guān)閉振沖器和水泵 5 7 2石灰樁法 1 概述 1 石灰樁法 又稱(chēng)塊灰灌入法 石灰樁法是采用鋼套管成孔 然后在孔中灌入新鮮生石灰塊 或在生石灰塊中摻入適量的水硬性摻和料和火山灰 一般的經(jīng)驗(yàn)配合比為8 2或7 3 在拔管的同時(shí)進(jìn)行振密或搗密 利用生石灰吸取樁周土體中水分進(jìn)行水化反應(yīng) 此時(shí)生石灰的吸水 膨脹 發(fā)熱以及離子交換作用 使樁四周土體的含水量降低 孔隙比減小 使土體擠密和樁體硬化 樁和樁間土共同承受荷載 成為一種復(fù)合地基 2 石灰柱法 也叫粉灰攪拌法 粉灰攪拌法是粉體噴射攪拌法的一種 所用的原材料是石灰粉 通過(guò)特制的攪拌機(jī)將石灰粉加固料與原位軟土攪拌均勻 促使軟土硬結(jié) 形成石灰 土 柱 3 石灰漿壓力噴注法石灰漿壓力噴注法是壓力注漿法的一種 它是采用壓力將石灰漿或石灰 粉煤灰漿噴注于地基的孔隙內(nèi)或預(yù)先鉆好的鉆孔內(nèi) 使灰漿在地基土中擴(kuò)散和硬凝 形成不透水的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層 從而達(dá)到加固目的 此法可用于處理膨脹土 借以減少膨脹潛勢(shì)和隆起 加固破壞的堤岸岸坡 整治易松動(dòng)下沉的鐵路路基等 此法在國(guó)內(nèi)很少應(yīng)用 2施工 1 成樁 成孔石灰樁施工可采用洛陽(yáng)鏟或機(jī)械成孔 機(jī)械成孔方法分為沉管法 沖擊法及螺旋鉆進(jìn)法 填夯成樁時(shí)可采用人工夯實(shí) 機(jī)械夯實(shí) 沉管反插 螺旋反壓等工藝 填料時(shí)必須分段壓 夯 實(shí) 人工夯實(shí)時(shí) 每段填料厚度不應(yīng)大于400mm 管外投料或人工成孔填料時(shí)應(yīng)采取措施減少地下水滲入孔內(nèi)的速度 成孔后填料前應(yīng)排除孔底積水 封頂石灰樁宜留500mm以上的孔口高度 并用含水量適當(dāng)?shù)恼承酝练饪?封口材料必須夯實(shí) 封口標(biāo)高應(yīng)略高于原地面 石灰樁樁頂施工標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高100mm以上 2 施工順序石灰樁一般是在加固范圍內(nèi)施工時(shí) 先外排后內(nèi)排 先周邊后中間 單排樁應(yīng)先施工兩端后中間 并按每間隔1 2孔的施工順序進(jìn)行 不允許由一邊向另一邊平行推移 如對(duì)原建筑物地基加固 其施工順序應(yīng)由外及里地進(jìn)行 如臨近建筑物或緊貼水源邊 可先施工部分 隔斷樁 將其施工區(qū)隔開(kāi) 對(duì)很軟的粘性土地基 應(yīng)先在較大間距打石灰樁 過(guò)四個(gè)星期后再按設(shè)計(jì)間距補(bǔ)樁 5 7 3土擠密樁法和灰土擠密樁法 土擠密樁法或灰土擠密樁法是指利用橫向擠壓成孔設(shè)備 使樁間土得以擠密 用素土或灰土填入樁孔內(nèi)分層夯實(shí)形成土樁或灰土樁 并與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法 土擠密樁法1934年首創(chuàng)于前蘇聯(lián) 主要用以消除黃土地基的濕陷性 至今仍為俄羅斯及東歐一些國(guó)家處理濕陷性黃土地基的主要方法 我國(guó)自20世紀(jì)50年代中期在西北黃土地區(qū)開(kāi)始土擠密樁法的試驗(yàn)和應(yīng)用 并于上世紀(jì)60年代中期在土擠密樁法的基礎(chǔ)上試驗(yàn)成功灰土擠密樁法 自70年代初期以來(lái) 土擠密樁法和灰土擠密樁法逐步在陜 甘 晉和豫西等省區(qū)推廣應(yīng)用 取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 土 或灰土 擠密樁適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土 素填土和雜填土等地基 可處理地基的深度為5 15m 當(dāng)以消除地基土的濕陷性為主要目的時(shí) 宜選用土擠密樁法 當(dāng)以提高地基土的承載力或增強(qiáng)水穩(wěn)性為主要目的時(shí) 宜選用灰土擠密樁法 當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4 飽和度大于65 時(shí) 不宜選用土擠密樁法和灰土擠密樁法 5 7 4夯實(shí)水泥土樁法 夯實(shí)水泥土樁法是指將水泥和土按設(shè)計(jì)的比例拌和均勻 在孔內(nèi)夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度而形成的加固體 并與樁間土組成復(fù)合地基的處理方法 它是中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所與河北省建筑科學(xué)研究院在北京 河北等舊城區(qū)危改小區(qū)工程中 為了解決施工場(chǎng)地條件限制和滿足住宅產(chǎn)業(yè)化的需求而開(kāi)發(fā)出的一種施工周期短 造價(jià)低 施工文明 質(zhì)量容易控制的地基處理方法 該技術(shù)經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn) 原位試驗(yàn)和工程實(shí)踐 已日臻完善 目前 夯實(shí)水泥土樁法已在北京 河北等地1200多項(xiàng)工程中應(yīng)用 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 由于施工機(jī)械的限制 夯實(shí)水泥土樁法適用于處理地下水位以上的粉土 素填土 雜填土 粘性土等地基 處理深度不宜超過(guò)10m 5 7 5水泥粉煤灰碎石樁法 1 概述水泥粉煤灰碎石樁法又稱(chēng)CFG樁法 是指由水泥 粉煤灰 石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘結(jié)強(qiáng)度樁 并由樁 樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法 水泥粉煤灰碎石樁法于1988年開(kāi)始立項(xiàng)研究 1994年開(kāi)始推廣應(yīng)用 目前已在23個(gè)省市 1000多項(xiàng)工程中使用 近年逐漸開(kāi)始在高層建筑中應(yīng)用 它吸取了振沖碎石樁和水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn) 第一 施工工藝與普通振動(dòng)沉管灌注樁一樣 工藝簡(jiǎn)單 與振沖碎石樁相比 無(wú)場(chǎng)地污染 振動(dòng)影響也較小 第二 所用材料僅需少量水泥 便于就地取材 基礎(chǔ)工程不會(huì)與上部結(jié)構(gòu)爭(zhēng) 三材 這也是比水泥攪拌樁優(yōu)越之處 第三 受力特性與水泥攪拌樁類(lèi)似 水泥粉煤灰碎石樁 CFG樁 法適用于處理粘性土 粉土 砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基 對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性 2 加固機(jī)理CFG樁加固軟弱地基 樁和樁間土一起通過(guò)褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基 其加固軟弱地基主要有三種作用 樁體作用 擠密作用 褥墊層作用 1 樁體作用CFG樁不同于碎石樁 是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的混合料 在荷載作用下CFG樁的壓縮性明顯比其周?chē)浲列?因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨地基的變形逐漸集中到樁體上 出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象 復(fù)合地基的CFG樁起到了樁體作用 2 擠密作用CFG樁采用振動(dòng)沉管法施工 由于振動(dòng)和擠壓作用使樁間土得到擠密 3 褥墊層作用 保證樁 土共同承擔(dān)荷載 減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中 調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比 3 施工1 成樁水泥粉煤灰碎石樁的施工 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選用下列施工工藝 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁 適用于地下水位以下的粘性土 粉土 素填土 中等密實(shí)以上的砂土 長(zhǎng)螺旋鉆孔 管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁 適用于粘性土 粉土 砂土 以及對(duì)噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的場(chǎng)地 振動(dòng)沉管灌注成樁 適用于粉土 粘性土及素填土地基 長(zhǎng)螺旋鉆孔施工 2 施工順序連續(xù)施打可能造成的缺陷是樁徑被擠扁或縮頸 但很少發(fā)生樁完全斷開(kāi) 跳打一般很少發(fā)生已打樁樁徑被擠小或縮頸現(xiàn)象 但土質(zhì)較硬時(shí) 在已打樁中間補(bǔ)打新樁時(shí) 已打樁可能被振斷或振裂 在軟土中 樁距較大可采用隔樁跳打 在飽和的松散粉土中施打 如樁距較小 不宜采用隔樁跳打方案 滿堂布樁 無(wú)論樁距大小 均不宜從四周向內(nèi)推進(jìn)施工 施打新樁時(shí)與已打樁間隔時(shí)間不應(yīng)少于7天 3 樁頭處理CFG樁施工完畢待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度 一般為7天左右 方可進(jìn)行基槽開(kāi)挖 在基槽開(kāi)挖中 如果設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高距地面不深 一般不大于1 5m 宜考慮采用人工開(kāi)挖 不僅可防止對(duì)樁體和樁間土產(chǎn)生不良影響 而且經(jīng)濟(jì)可行 如果基槽開(kāi)挖較深 開(kāi)挖面積大 采用人工開(kāi)挖不經(jīng)濟(jì) 可考慮采用機(jī)械和人工聯(lián)合開(kāi)挖 但人工開(kāi)挖留置厚度一般不宜小于700mm 樁頭鑿平 并適當(dāng)高出樁間土1 2cm 清土和截樁時(shí) 不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土 4 褥墊鋪設(shè)褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法 當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土含水量較小時(shí)亦可采用動(dòng)力夯實(shí) 夯填度 夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值 不得大于0 9 1概述 5 8加筋土技術(shù) 加筋土技術(shù)是將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去 然后逐層鋪設(shè)土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層作為地基持力層 通過(guò)筋材與土體之間的摩擦作用可以改善土體抗拉 抗剪性能 提高地基承載力 減小沉降 加筋土技術(shù)的發(fā)展與加筋材料的發(fā)展密不可分 加筋材料從早期的天然植物 帆布 金屬和預(yù)制鋼筋混凝土發(fā)展到土工合成材料 土工合成材料的出現(xiàn)被譽(yù)為巖土工程的一次革命 它以優(yōu)越的性能和豐富的產(chǎn)品型式在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用 在地基處理工程中也發(fā)揮了重要的作用 20世紀(jì)70年代后 土工合成材料迅猛發(fā)展 被譽(yù)為繼磚石 木材 鋼鐵和水泥后的第五大工程建筑材料 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利 建筑 公路 鐵路 海港 環(huán)境 采礦和軍工等領(lǐng)域 其種類(lèi)和應(yīng)用范圍還在不斷發(fā)展擴(kuò)大 1958年 美國(guó)佛羅里達(dá)州將土工織物布設(shè)在海岸塊石護(hù)坡下作為防沖墊層 公認(rèn)為是土工合成材料用于巖土工程的開(kāi)端 1963年 法國(guó)工程師維多爾根據(jù)三軸試驗(yàn)結(jié)果提出了加筋土的概念及加筋土的設(shè)計(jì)理論 成為加筋土發(fā)展歷史上的一個(gè)重要里程碑 標(biāo)志著現(xiàn)代加筋土技術(shù)的興起 從而使得加筋土技術(shù)的工程應(yīng)用從經(jīng)驗(yàn)性到具有較為系統(tǒng)的理論指導(dǎo) 983年國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)成立了土工織物協(xié)會(huì) 后更名為國(guó)際土工合成材料協(xié)會(huì) 成為土工學(xué)術(shù)界重視土工合成材料的重要標(biāo)志 在我國(guó) 自1979年由云南煤礦設(shè)計(jì)院在田壩修建第一批加筋土擋土墻以來(lái) 加筋土技術(shù)逐步在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用 并于1998年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范 GB50290 98 現(xiàn)在除西藏和青海省以外 其它各省市已修建了大量的加筋土工程 2土工合成材料分類(lèi) 目前 使用較為廣泛的的筋材絕大部分為土工織物和土工格柵 1 土工格柵土工格柵是一種以塑料 高密度聚乙烯或聚丙烯 為原料加工形成的開(kāi)口的 類(lèi)似格柵狀的產(chǎn)品 具有較大的網(wǎng)孔 可以在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上進(jìn)行定向拉伸以提高力學(xué)性能 多用于加筋 除塑料格柵外 還有編織格柵 即用眾多的纖維形成縱向和橫向肋條 中間有較大的開(kāi)口空間 編織格柵采用的原料是聚酯 上面涂有一些保護(hù)材料 如PVC 乳膠或?yàn)r青 此外 還有玻纖格柵 它也是一種編織格柵 3土工合成材料主要功能 1 加筋功能加筋是土工合成材料在地基處理中的最主要功能 在土中加拉筋材料可以改變土中的應(yīng)力分布狀況 約束土體的側(cè)向變形 從而提高土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 用于加筋的土工合成材料要求具有較高的抗拉強(qiáng)度和剛度 并且與填土之間的咬合力強(qiáng) 對(duì)于永久性結(jié)構(gòu)還要求蠕變小 耐久性好 2 過(guò)濾和排水功能很多土工合成材料具有良好的過(guò)濾性 透水性和導(dǎo)水性 因而 在土體中需要設(shè)置過(guò)濾或排水的地方都可以采用土工合成材料 3 隔離功能利用土工合成材料把兩種不同粒徑的土 砂子 石料或把土 砂子 石料和其它結(jié)構(gòu)隔離開(kāi)來(lái) 以免相互混雜 造成土料污染 流失 或其它不良效果 當(dāng)放置在建筑物和軟弱地基之間時(shí) 發(fā)揮隔離功能的同時(shí)亦起到加筋作用 4 防滲功能土工合成材料如土工膜和復(fù)合土工膜 可以制成不透水的或極不透水的土工膜以及各種復(fù)合不透水的土工合成材料 這些土工合成材料可以用在各種需要防水 防氣以及防有害物質(zhì)的地方 5 防護(hù)功能土工合成材料在防護(hù)方面的應(yīng)用非常廣泛 如防沖 防沙 防震 保溫 植生綠化 環(huán)境保護(hù)等 加筋功能 加筋功能 橋臺(tái)加筋 壩體加筋 法國(guó)某壩 三峽 防滲功能 72 第5章地基處理 5 1概述5 2墊層法5 3排水固結(jié)法5 4深層水泥攪拌法5 5高壓噴射注漿法5 6強(qiáng)夯法5 7振沖法 基礎(chǔ)工程 早在二千年前就已采用了軟土中夯入碎石等壓密土層的夯實(shí)法 灰土和三合土的墊層法 也是我國(guó)古代傳統(tǒng)的建筑技術(shù)之一 我國(guó)古代在沿海地區(qū)極其軟弱的地基上修建海塘?xí)r 采用每年農(nóng)閑時(shí)逐年填筑 即現(xiàn)代堆載預(yù)壓法中稱(chēng)為分期填筑的方法 利用前期荷載使地基逐年固結(jié) 從而提高土的抗剪強(qiáng)度 以適應(yīng)下一期荷載的施加 這就是我國(guó)古代勞動(dòng)人民在軟土地基上從實(shí)踐中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn) 一 地基常見(jiàn)問(wèn)題二 地基處理對(duì)象三 地基處理目的四 地基處理定義五 地基處理方法 5 1概述 一 地基常見(jiàn)問(wèn)題 包括以下五個(gè)方面 1 地基強(qiáng)度及穩(wěn)定性問(wèn)題 地基的抗剪強(qiáng)度不足引起局部或整體剪切破壞 2 壓縮及不均勻沉降問(wèn)題 引起開(kāi)裂 3 滲漏問(wèn)題 大壩地基 基坑開(kāi)挖降水 防洪 4 液化問(wèn)題 地震 機(jī)器 車(chē)輛的振動(dòng)以及波浪作用和爆破等動(dòng)力荷載可能引起地基土 特別是飽和無(wú)粘性土的液化 失穩(wěn)和震陷等危害 5 特殊土地基問(wèn)題 比如黃土濕陷 膨脹土漲縮 巖溶塌陷等 加拿大特朗斯康谷倉(cāng) 建于1913年 高31m 寬23m 片筏基礎(chǔ) 由于事前未探明有厚達(dá)16m的軟土層 建成儲(chǔ)存谷物后 西側(cè)突然陷入土中8 8米 東側(cè)抬高1 5m 倉(cāng)身傾斜27o 地基強(qiáng)度不夠失事的谷倉(cāng) 軟弱與不良地基 軟土 雜填土 沖填土 飽和松砂 濕陷黃土 膨脹土 有機(jī)質(zhì)土 山區(qū)土 巖溶 軟弱地基在附加應(yīng)力影響范圍內(nèi)主要受力層由軟土組成 則為軟弱地基 一般由軟弱土組成 軟弱土指淤泥 淤泥質(zhì)土 某些沖填土以及其他高壓縮性土 1 淤泥和淤泥質(zhì)土是在靜水或緩慢流水的環(huán)境中沉積 并經(jīng)生物化學(xué)作用而形成 是具有特殊性質(zhì)的粘性土 具有高含水率 高孔隙比 高壓縮性 抗剪強(qiáng)度低 觸變性和流變性等不良特征 2 沖填土沖填土是在疏浚河流或港口航道時(shí) 認(rèn)為地由水力沖填泥砂形成的填土 它的顆粒組成隨泥砂來(lái)源而變 多為粘粒和粉粒 其次為砂粒 沖填土當(dāng)粘粒含量較多時(shí)往往是欠固結(jié)的 其強(qiáng)度和壓縮性都比天然沉積的同類(lèi)土差 3 雜填土主要是人類(lèi)在生產(chǎn)和生活活動(dòng)中 堆填建筑垃圾 工業(yè)廢料 生活垃圾等雜物形成的填土 這些土的組成物質(zhì)中 建筑垃圾性能較為穩(wěn)定 工業(yè)垃圾遇水會(huì)發(fā)生變化 生活垃圾成分極為復(fù)雜 混合不均勻 雜填土性質(zhì)與堆填年齡有關(guān) 填齡較短者往往是欠固結(jié) 一般填齡達(dá)到五年左右的雜填土 性質(zhì)才逐漸趨于穩(wěn)定 雜填土大多疏松且不均勻 在同一場(chǎng)地的不同位置 其承載力和壓縮性往往有較大差異 4 其他高壓縮性土飽和松散粉細(xì)砂 包括部分粉土 也應(yīng)屬于軟弱地基范疇 其在動(dòng)力荷載 機(jī)械振動(dòng) 地震等 重復(fù)作用下將產(chǎn)生液化 基坑開(kāi)挖時(shí)也會(huì)產(chǎn)生管涌 不良地基主要受力層由具有特殊工程性質(zhì)的土層組成 這些土層包括 濕陷性黃土 膨脹土 1 濕陷性黃土在我國(guó)西北和華北地區(qū)分布很廣 其顆粒以粉粒為主 顆粒間主要由碳酸鹽 硫酸鹽和氯化物等可溶性鹽逐漸濃縮 沉淀形成的膠結(jié)物所膠結(jié) 孔隙比在1 0左右 天然黃土強(qiáng)度一般很高 能直立成壁 壓縮性也較低 但遇水后 由于水膜增厚和顆粒間鹽類(lèi)膠結(jié)物質(zhì)溶于水而使土的結(jié)構(gòu)破壞 從而突然發(fā)生顯著的沉陷 強(qiáng)度也迅速降低 2 膨脹土天然狀態(tài)下強(qiáng)度很高 壓縮性較低 但由于其粘粒含量很高 且礦物成分主要為蒙脫石和伊利石 脹縮性顯著 吸水膨脹失水收縮 反復(fù)作用強(qiáng)度降低 不均勻變形較大 引起上部建筑物開(kāi)裂 3 山區(qū)土巖組合地基 三 地基處理目的 1 增加地基土的剪切強(qiáng)度 2 降低地基土的壓縮性 3 改善地基的透水特性 4 改善動(dòng)力特性 抗液化 抗震 5 改善特殊土的不良地基的特性 主要是指消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性等特殊土的不良地基特性 對(duì)于不能滿足強(qiáng)度 變形和穩(wěn)定性等要求的問(wèn)題地基 必須經(jīng)過(guò)人工改良或加固后才能使用 這種改良和加固 就稱(chēng)地基處理 四 地基處理定義 換土墊層法 密實(shí)法 表層密實(shí)法 重錘夯實(shí)法 強(qiáng)夯法 陣沖擠密樁法 土 灰土 二灰土 樁法 夯實(shí)水泥土樁法等置換法 碎石樁法 石灰樁法 CFG樁法膠結(jié)法 靜壓注漿法 高壓噴射注漿法 水泥土攪拌法排水固結(jié)法 堆載預(yù)壓法 真空預(yù)壓法 降低地下水法等加筋法 土工織物法 加筋土法 土錨 土釘 樹(shù)根樁法 五 地基處理方法 密實(shí)法是借助于機(jī)械 夯錘或爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊使土的孔隙比減小 或在地基內(nèi)打砂樁 碎石樁 土樁或灰土樁 擠密樁間土體而達(dá)到處理目的 其中主要有重錘夯實(shí)法 強(qiáng)夯法 振沖擠密法以及砂樁 土樁或灰土樁擠密法等 可用于處理無(wú)粘性土 雜填土 非飽和粘性土及濕陷性黃土等地基 但振沖擠密法的適用范圍一般只限于砂土和粘粒含量較低的粘性土 置換法是用砂 碎石 礦渣或其它合適的材料置換地基中的軟弱或不良土層 夯壓密實(shí)后作為基底墊層 或用上述材料填筑成一根根樁體 由樁群和樁間土組成復(fù)合地基 從而達(dá)到處理目的 常用于處理軟弱地基 從經(jīng)濟(jì)合理考慮 開(kāi)挖置換法一般適用于處理淺層地基 深度通常不超過(guò)3m 膠結(jié)法是靠壓力傳送或利用電滲原理 把含有膠結(jié)物質(zhì)并能固化的漿液灌入土層 使其滲入土的孔隙或充填土巖中的裂縫和洞穴中 或者把很稠的漿體壓入事先打好的鉆孔中 借助于漿體傳遞的壓力擠密土體并使其上抬 達(dá)到加固或處理目的 其適用性與灌漿方法和漿液性能有關(guān) 一般可用于處理砂土 砂礫石 濕陷性黃土及粘性土等地基 排水固結(jié)法是采用預(yù)壓 降低地下水位 電滲等方法促使土層排水固結(jié) 以減少地基的沉降和不均勻沉降 提高承載力 主要用于處理軟弱粘性土地基 加筋法是在土中埋設(shè)土工聚合物 即土工織物 或拉筋 形成加筋土或各種復(fù)合土工結(jié)構(gòu) 或沿不同方向設(shè)置直徑為75mm 250mm的樁 形成樹(shù)根狀樁群 即所謂樹(shù)根樁 以減小地基沉降 提高地基承載力或增強(qiáng)土體穩(wěn)定性 土工聚合物還可起到排水 反濾和隔離作用 在地基處理中 加筋法可用于處理軟弱地基 換填法 墊層設(shè)計(jì) 墊層材料 工藝控制 適用范圍 淤泥 淤泥質(zhì)土 濕陷性黃土 素填土 雜填土 墊層厚度 墊層寬度 砂石 粉質(zhì)粘土 灰土 粉煤灰 礦渣 工業(yè)廢渣 土工合成材料 分層夯實(shí) 控制含水量 5 2墊層法 一 墊層法的概念當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下持力土層比較軟弱 不能滿足設(shè)計(jì)荷載或變形的要求時(shí) 常在地基表面鋪設(shè)一定厚度的墊層 或者把表面部分軟弱土層挖去 置換成強(qiáng)度較大的砂石素土等 處理地基表層 這類(lèi)方法稱(chēng)為墊層法 二 墊層法的分類(lèi)按其組成材料分為 砂墊層 碎石墊層 灰土墊層和加筋土墊層 按墊層在地基中的主要作用又分為 換土墊層 排水墊層和加筋土墊層 5 2 1墊層的作用 1 提高地基承載力 地基中的剪切破壞是從基礎(chǔ)底面開(kāi)始 隨著基底壓力的增大 逐漸向縱深發(fā)展 故強(qiáng)度較大的砂石等材料代替可能產(chǎn)生剪切破壞的軟弱土 就可避免地基的破壞 2 減少地基沉降量 3 墊層用透水材料可加速軟弱土層的排水固結(jié) 固結(jié)效果僅限于表層 對(duì)深部的影響并不顯著 4 防止凍脹 5 消除膨脹土的脹縮性 三 墊層法的作用 換填法適用于淤泥 淤泥質(zhì)土 濕陷性黃土 素填土 雜填土地基及暗溝 暗塘等淺層處理 常用于輕型建筑 地坪 堆料場(chǎng)地和道路工程等地基處理 當(dāng)建筑物荷載不大 軟弱土層厚度較小時(shí) 采用換填墊層法能取得較好的效果 四 墊層法的適用范圍 墊層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是確定斷面的合理寬度和厚度 設(shè)計(jì)的墊層不但要求滿足建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定的要求 而且應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理的原則 1 墊層厚度的確定墊層的厚度必須滿足如下要求 當(dāng)上部荷載通過(guò)墊層按一定的擴(kuò)散角傳至下臥軟弱土層時(shí) 該下臥軟弱土層頂面所受的自重力與附加應(yīng)力之和不大于同一標(biāo)高處軟弱土層的地基承載力設(shè)計(jì)值 如圖5 1所示 其表達(dá)式為 5 2 2換土墊層的設(shè)計(jì) 圖5 1砂墊層剖面圖 對(duì)于條形基礎(chǔ) 對(duì)于矩形基礎(chǔ) b 矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度 m l 矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度 m pk 基礎(chǔ)底面壓力 kPa z 基礎(chǔ)底面下墊層的厚度 m 墊層的壓力擴(kuò)散角 基礎(chǔ)底面處土的自重壓力 一般砂墊層的厚度約為1 2m左右 砂墊層厚度一般不宜大于3m 太厚施工困難 也不宜小于0 5m 太薄則換土墊層的作用不顯著 關(guān)于墊層寬度的計(jì)算 目前還缺乏可行的理論方法 在實(shí)踐中常常按照當(dāng)?shù)啬承┙?jīng)驗(yàn)數(shù) 考慮砂墊層兩側(cè)土的性質(zhì) 或按經(jīng)驗(yàn)方法確定 常用的經(jīng)驗(yàn)方法是擴(kuò)散角法 此時(shí)矩形基礎(chǔ)的墊層底面的長(zhǎng)度l 及寬度b 為 l l 2ztg b b 2ztg 式中b l 墊層底面寬度及長(zhǎng)度 墊層的壓力擴(kuò)散角 仍按表5 2取值 條形基礎(chǔ)則只計(jì)算墊層底面寬度b 2 砂墊層底面尺寸的確定 砂墊層法需注意的問(wèn)題 考慮到工程質(zhì)量 不應(yīng)該用淺的墊層來(lái)解決加固上部荷載較大 深厚軟土的地基問(wèn)題 在地震區(qū)使用砂墊層也應(yīng)慎重考慮 另外砂墊層法不能解決由于上部荷載不均勻而產(chǎn)生的不均勻沉降 墊層頂面每邊最好比基礎(chǔ)底面大300mm 或從墊層底面兩側(cè)向上按當(dāng)?shù)亻_(kāi)挖基坑經(jīng)驗(yàn)的要求放坡延伸至地面 整片墊層的寬度可根據(jù)施工的要求適當(dāng)加寬 當(dāng)墊層的厚度 寬度和放坡線確定后 即得砂墊層的設(shè)計(jì)斷面 3 砂石墊層的施工及質(zhì)量檢驗(yàn)1 砂石墊層施工材料要求 一般采用級(jí)配良好 質(zhì)地堅(jiān)硬的粒料 顆粒的不均勻系數(shù)不能小于5 以中粗砂為好 可摻入一定量的碎石 但要分布均勻 細(xì)沙也可作為墊層材料 但不易壓實(shí)且強(qiáng)度不高 使用時(shí)一般摻入一定數(shù)量的碎卵石 含泥量和水穩(wěn)定性不良的砂料必須限制在一定范圍之內(nèi) 在滿足墊層材料要求后 尚應(yīng)注意以下墊層施工要點(diǎn) 1 應(yīng)注意將砂加密到要求的密實(shí)度 這是保證砂墊層質(zhì)量和承載力的關(guān)鍵 要求采用適合的加密方法 采用分層鋪砂 然后逐層振密 分層厚度視振動(dòng)力的大小而定 一般為15 20cm之間 2 鋪筑墊層前 應(yīng)先行驗(yàn)槽 清除浮土 保持邊坡穩(wěn)定 若基坑或基槽兩側(cè)有低于地基的孔洞 溝 井和墓穴等 應(yīng)在未做墊層前加以填實(shí) 3 當(dāng)采用碎石墊層時(shí) 為防止基坑底部的表層軟土發(fā)生局部破壞而使建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生附加沉降 最好在基坑底部先鋪一層砂墊底 然后再鋪碎石墊層 鋪砂層時(shí)要注意對(duì)基坑底部土層的保護(hù) 不要對(duì)其擾動(dòng) 防止產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞引起強(qiáng)度降低 引起大的附加沉降 4 當(dāng)砂石墊層底面由于建筑物構(gòu)造要求不在同一標(biāo)高時(shí) 應(yīng)注意分層搭接處的搗實(shí) 施工應(yīng)按先深后淺的順序進(jìn)行 2 砂墊層質(zhì)量檢驗(yàn) 1 環(huán)刀取樣法在夯實(shí)振搗后的砂墊層中用容積不小于200cm3的環(huán)刀取樣 測(cè)定干容重 以不小于該砂在中密狀態(tài)時(shí)的干容重?cái)?shù)值為合格 一般為15 5kN m3 16 0kN m3 2 貫入測(cè)定法先將墊層表面的砂刮去3cm左右 然后用貫入儀 鋼筋等工具以貫入度大小來(lái)衡量砂墊層的質(zhì)量 第七章地基處理 地基處理的對(duì)象主要是軟弱地基和特殊土地基 軟弱地基系指主要由軟土 淤泥 淤泥質(zhì)土 沖填土 雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基 第一節(jié)概述 一 地基處理的對(duì)象和目的 軟土的特性是含水率高 孔隙比大 滲透系數(shù)小 壓縮性高 抗剪強(qiáng)度低 軟土地基承載力低 在外荷載作用下 地基變形大 不均勻變形也大 且變形穩(wěn)定歷時(shí)較長(zhǎng) 在比較深厚的軟土層上 建筑物基礎(chǔ)的沉降往往持續(xù)數(shù)年甚至數(shù)十年之久 軟土地基是在工程實(shí)踐中最需要人工處理的地基 1 軟土 淤泥及淤泥質(zhì)土的總稱(chēng)為軟土 雜填土主要特性是強(qiáng)度低 壓縮性高和均勻性差 即使在同一建筑場(chǎng)地的不同位置 其地基承載力和壓縮性也有較大差異 雜填土未經(jīng)人工處理一般不宜作為持力層 2 雜填土 由人類(lèi)活動(dòng)所形成的建筑垃圾 工業(yè)廢棄物和生活垃圾等無(wú)規(guī)則堆填物 3 沖填土 在整治和疏浚江河航道時(shí) 用挖泥船通過(guò)泥漿泵將夾大量水分的泥砂吹到江河兩岸而形成的沉積土 沖填土的工程性質(zhì)主要取決于顆粒組成 均勻性和排水固結(jié)條件 如以粘性土為主的沖填土往往是欠固結(jié)的 其強(qiáng)度較低且壓縮性較高 一般需經(jīng)過(guò)人工處理才能作為建筑物地基 如以砂性土或其它粗顆粒土所組成的沖填土 其性質(zhì)基本上與砂性土相類(lèi)似 可按砂性土考慮是否需要進(jìn)行地基處理 對(duì)軟弱土和特殊土進(jìn)行地基處理 其目的就是為了提高地基的強(qiáng)度和保證地基的穩(wěn)定 降低地基的壓縮性 減少地基的沉降和不均勻沉降 防止地震時(shí)地基土的振動(dòng)液化以及消除特殊性土的濕陷性 脹縮性和凍脹性 4 其它高壓縮土 飽和松散粉細(xì)砂及部分粉土 在機(jī)械振動(dòng) 地震等動(dòng)力荷載的重復(fù)作用下 有可能會(huì)產(chǎn)生液化或震陷變形 另外 在基坑開(kāi)挖時(shí) 也可能會(huì)產(chǎn)生流砂或管涌 因此 對(duì)于這類(lèi)地基土 往往需要進(jìn)行地基處理 5 特殊土地基 大部分帶有地區(qū)性特點(diǎn) 包括濕陷性黃土 膨脹土和凍土等 二 地基處理方法的分類(lèi) 地基處理方法的分類(lèi)可有多種多樣 如 按時(shí)間可分為臨時(shí)處理和永久處理 按處理深度可分為淺層處理和深層處理 按處理土性對(duì)象可分為砂性土處理和粘性土處理 飽和土處理和非飽和土處理 按地基處理作用機(jī)理可分為置換 夯實(shí) 擠密 排水 膠結(jié) 加筋和冷熱等處理方法 其中最本質(zhì)的是根據(jù)地基處理作用機(jī)理進(jìn)行分類(lèi) 其具體分類(lèi)以及加固原理 適用范圍見(jiàn)表7 1 五大類(lèi) 換土墊層法 深層密實(shí)法 排水固結(jié)法 加筋法 化學(xué)加固法 三地基處理的原則及其注意事項(xiàng)地基處理是一門(mén)技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科 在選擇地基處理方法之前 必須認(rèn)真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點(diǎn) 并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn) 選擇經(jīng)濟(jì)有效的處理方法 地基處理的幾條原則 1 針對(duì)地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)選用合適的地基處理方法 2 所選用的處理方法必須符合土力學(xué)的基本原理 3 根據(jù)地基處理的時(shí)效特點(diǎn)進(jìn)行工程驗(yàn)算與控制 4 重視地基處理的工程經(jīng)驗(yàn) 在眾多的地基處理方法中 加固機(jī)理 理論分析和計(jì)算方法等都尚需進(jìn)一步研究 因此 經(jīng)驗(yàn)具有相當(dāng)重要的作用 巖土工程師必須不斷的研究和總結(jié) 因地制宜 切忌機(jī)械地搬用 換填法就是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖去 然后換填強(qiáng)度較大的砂 碎石 素土 灰土 粉煤灰 干渣等性能穩(wěn)定且無(wú)侵蝕性的材料 并分層夯壓至要求的密實(shí)度 換填法適用條件 適用于淤泥 淤泥質(zhì)土 濕陷性黃土 素填土 雜填土地基及暗溝 暗塘等的淺層處理 且建筑物荷載不太大的地基 換填法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)合理 但不應(yīng)小于0 5m 換填法處理地基時(shí)換填材料所形成的墊層 按其材料的不同 可分為砂墊層 碎石墊層 素土墊層 灰土墊層 粉煤灰墊層等 不同材料墊層上建筑物沉降特點(diǎn)基本相似 各種材料墊層的設(shè)計(jì)都可參照砂墊層方法 第二節(jié)換填法 換填法處理地基的作用主要有以下幾個(gè)方面 1 提高地基承載力地基中的剪切破壞是從基礎(chǔ)底面開(kāi)始的 并隨著基底壓力的增大而逐漸向縱深發(fā)展 因此 若以強(qiáng)度較大的砂或其它填筑材料代替軟弱土層 就可提高地基承載力 從而避免地基破壞 2 減少地基沉降量基礎(chǔ)下地基淺層部分