軟地基課程設(shè)計(jì)

1、路基設(shè)計(jì)原理課設(shè)專業(yè)： 交通工程 姓名： 付海兵 學(xué)號(hào)： 20120110020229 這學(xué)期我們學(xué)習(xí)了路基路面這門課程，此次主要針對(duì)軟地基處理加固問題是工程建設(shè)中的技術(shù)關(guān)鍵之一，并在很大程度上控制著工程投資總額和工期的長(zhǎng)短。它的任務(wù)在于減小地基變形和減少建筑物的沉降量，提高地基承載力，保證上部結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。但是，軟土由于其多相性、高壓縮性以及時(shí)空變異性而表現(xiàn)出十分復(fù)雜的力學(xué)性能，國(guó)內(nèi)各地區(qū)的地形、地質(zhì)條件較大差別，這也給地基處理增加了很大難度。 軟地基處理是巖土工程領(lǐng)域最新發(fā)展迅速的一門學(xué)科，它是以土力學(xué)為基本原理，以工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)及檢測(cè)為基本內(nèi)容的綜合性技術(shù)學(xué)科，是土木

2、工程的一個(gè)組成部分。到目前為止，我們掌握了一些處理方法，改進(jìn)了處理技藝，但目前軟地基處理的理論與工程實(shí)踐之間還有相當(dāng)大的差距，仍然是有待進(jìn)一步發(fā)展和試驗(yàn)的學(xué)科。本次課程設(shè)計(jì)主要介紹排水固結(jié)處理技術(shù)，有不足的地方望大家積極指正。排水固結(jié)處理1. 排水固結(jié)處理概念經(jīng)由各類水域沉積而成的飽和軟粘土和充填土等軟弱土層廣泛分布在我國(guó)許多地區(qū)。由于這類土含水量高、壓縮性大、強(qiáng)度低、透水性差，將其作為天然地基使用，不僅承載力很低，而且在建筑荷載作用下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和差異沉降，且沉降變形持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，不能滿足建筑物對(duì)地基的各項(xiàng)要求。因此，這種地基通常需要采取處理措施，排水固結(jié)法就是處理軟黏土地基的有效方法

3、之一。該法是對(duì)天然地基或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水井，然后利用建筑物本身所承受的重力分級(jí)逐漸加載，或是在建筑建造以前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，是土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同事強(qiáng)度逐步提高的方法。根據(jù)排水固結(jié)原理發(fā)展起來(lái)的一類處理方法可有效解決這類地層的沉降和穩(wěn)定問題，它由加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩個(gè)主要部分組成，常用的排水和加壓方法如圖1-1所示,。加壓系統(tǒng)是為地基提供必要的固結(jié)壓力而設(shè)置的，它使地基土層因產(chǎn)生附加壓力而發(fā)生排水固結(jié)。設(shè)置排水系統(tǒng)則是為了改善地基原有的天然排水系統(tǒng)的邊界條件，增加孔隙水排出路徑，縮短排水距離，從而加速地基土的固結(jié)進(jìn)程。如果沒有加壓系統(tǒng)，排水固結(jié)就沒有動(dòng)

4、力，即不能形成超靜水壓力，即使有良好的排水系統(tǒng)，土層排水路徑少，排水距離長(zhǎng)，即使有加壓系統(tǒng)，孔隙水排出速度仍很慢，預(yù)壓期間難以完成設(shè)計(jì)要求的固結(jié)沉降量，地基強(qiáng)度也就難以及時(shí)提高，進(jìn)一步的加載也就無(wú)法順利進(jìn)行。因此加壓和排水系統(tǒng)是相輔相成的。除了少數(shù)天然排水系統(tǒng)能滿足要求的情況，排水固結(jié)加固地基一般均應(yīng)設(shè)置這兩個(gè)系統(tǒng)。2. 排水固結(jié)法的作用與試用范圍排水固結(jié)處理的主要作用表現(xiàn)在兩方面。1) 降低壓縮性。通過排水固結(jié)處理，可使地基沉降在加載期間大部分或基本完成，從而大大減小建筑物建成后的沉降和差異沉降。2) 提高強(qiáng)度。排水固結(jié)加速了地基抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高了地基的承載力和穩(wěn)定性。 排水固結(jié)處理

5、適用于淤泥質(zhì)土、淤泥和填充土等飽和黏性土地基。 目前在地基處理工程中廣泛應(yīng)用、行之有效的方法是堆載預(yù)壓，特別是砂井堆載預(yù)壓法。對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑物、冷藏倉(cāng)庫(kù)、機(jī)場(chǎng)跑道等，常用該法。待預(yù)壓期間的沉降達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，移去預(yù)壓荷載再開始建筑施工。對(duì)于以加速地基土排水固結(jié)、縮短工期為目的的工程，如大壩、路堤、海港碼頭等填方工程，則不需要額外的預(yù)壓材料，直接利用填方本身的所承受的重力分級(jí)加載壓密，工程費(fèi)用低。對(duì)于油罐地基，則可利用油罐沖水預(yù)壓這一特殊方式分級(jí)加載處理。此外真空預(yù)壓、降水預(yù)壓、電滲法等也因各自不同特點(diǎn)，在各類工程中獲得應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)指出的是，排水固結(jié)法還可以與其他類地基處理方法聯(lián)合使用，不同

6、的排水固結(jié)方法亦可聯(lián)合使用。如天津新港在建設(shè)過程中就曾使用真空預(yù)壓提高地基的強(qiáng)度，然后在設(shè)置碎石樁形成復(fù)合地基。三.排水固結(jié)原理 土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件有關(guān)。如圖所示的排水邊界條件，即土層厚度相對(duì)荷載寬度（或直徑）來(lái)說(shuō)比較小，這時(shí)土層中的孔隙水向上、下兩透水層面排出而使土層發(fā)生固結(jié)，稱為豎向排水固結(jié)。根據(jù)固結(jié)理論，黏性土固結(jié)所需的時(shí)間和排水的距離平方成正比，土層越厚，固結(jié)延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。為了加速土層的固結(jié)，最有效的方法就是增加土層的排水途徑，如圖所示設(shè)置砂井、塑料排水板等豎向排水體等以縮短排水距離，因而大大加速了地基的固結(jié)速率或沉降速率。圖 1-2 排水固結(jié)法改善排水邊界條件原理

7、在加壓荷載作用下，土層的排水固結(jié)過程，在實(shí)質(zhì)上就是孔隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加的過程。用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過增加總應(yīng)力，并使孔隙水消散來(lái)增加有效應(yīng)力的方法。降低地下水位和電滲排水則是在總應(yīng)力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來(lái)增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓是通過覆蓋于地面的密封膜內(nèi)的空氣形成膜內(nèi)外氣壓差，使黏性土產(chǎn)生固結(jié)壓力，降低地下水位、真空預(yù)壓和電滲法由于不增加地基土中的剪應(yīng)力，地基一般不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。所以，在工期等條件許可的請(qǐng)款下，這些方法適用于很軟弱的軟土的地基。4. 排水固結(jié)處理的設(shè)計(jì)1、 加壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目前采用的加壓方法包括：堆載法、利用建筑物自重法、降水法、真空法以

8、及聯(lián)合法等。這些加壓方法各具特色，適用范圍也各有差別，下面主要介紹真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法，通常是在需要加固的軟土層內(nèi)，設(shè)置砂井或塑料排水帶等豎向排水系統(tǒng)，然后在地面鋪設(shè)砂墊層橫向排水，再在砂墊層頂部覆蓋一層不透氣的密封薄膜，使之與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，將莫內(nèi)空氣排出，因而在膜的內(nèi)外產(chǎn)生一個(gè)氣壓差，這部分氣壓差即成為作用于地基上的荷載，軟土層隨著等向應(yīng)力（）的增加而固結(jié)。由于這一應(yīng)力的性質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生剪力，故地基不會(huì)發(fā)生破壞，對(duì)加固軟土有利。真空預(yù)壓與井點(diǎn)降水預(yù)壓在概念上有所不同，通過理論研究認(rèn)為，在密閉井管中抽真空和在敞井口管中降水，所得加固的有效應(yīng)力并不相

9、同。降水預(yù)壓是靠地下水位降低，使土的表觀密度增加，從而使土中的有效應(yīng)力增加，其值主要是取決于地下水位降低的深度和土有效表觀密度值改變的大小。圖 1-3 真空預(yù)壓加固地基示意圖1. 真空預(yù)壓加固原理1) 由于膜內(nèi)真空度是膜內(nèi)外形成大氣壓力差，該壓力差成為作用于地基的預(yù)壓荷載。若膜內(nèi)真空度為600mmHg（1mmHg=133.3Pa,600mmHg的真空度是目前技術(shù)可以達(dá)到的），則可折合預(yù)壓荷載約為80KPa,相當(dāng)于堆載土厚度45m，可見其效果之顯著。2) 抽真空在孔隙水被逐漸吸出，地下水位下降，土的有效應(yīng)力增強(qiáng)，使土層壓密固結(jié)。真空預(yù)壓適用于均質(zhì)黏性土及含薄粉砂夾層黏性土等尤其適用于新吹填土地基

10、的加固。它與堆載預(yù)壓相比，具有不需要大量堆載材料，不要分期加壓，可在很軟的地基上使用以及工期較短等優(yōu)點(diǎn)。2. 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容出排水系統(tǒng)外，主要包括膜下真空度、土層固結(jié)度、地基變形計(jì)算，地基強(qiáng)度增長(zhǎng)計(jì)算，預(yù)壓區(qū)分快大小等。在用真空預(yù)壓法處理地基時(shí)必須設(shè)置排水豎井。主要涉及內(nèi)容包括：1) 膜內(nèi)真空度2) 加固區(qū)要求達(dá)到的平均固結(jié)度，一般可采用80%的固結(jié)度。3) 豎井?dāng)嗝娉叽纭㈤g距、排列方式及豎井長(zhǎng)度等4) 采取有效措施切斷透氣和透水層5) 沉降計(jì)算6) 強(qiáng)度增長(zhǎng)7) 預(yù)壓區(qū)面積和分塊大小8) 真空預(yù)壓工藝9) 要求達(dá)到的真空度和土層的固結(jié)度10) 真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓。2. 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)排

11、水系統(tǒng)包括水平排水體（砂墊層）和豎向跑排水體（砂井、袋裝砂井和塑料排水帶）兩部分。利用排水固結(jié)法處理地基必須在地標(biāo)鋪設(shè)砂墊層形成水平排水體。但豎向排水體卻并非必不可少。若軟土層后不不太大或軟土層含較多博粉砂夾層，預(yù)計(jì)依靠地基中的天然排水通道固結(jié)速率能夠滿足要求的條件下，可以不設(shè)置豎向排水體，以簡(jiǎn)化施工，節(jié)省費(fèi)用。（1） 水平排水體 水平排水體即砂墊層，其作用是保證地基固結(jié)過程中排出的水能夠順利地通過砂墊層迅速排出，使受壓的土層的固結(jié)能夠正常進(jìn)行，以利于提高地基處理效果，縮短固結(jié)時(shí)間。因此，水平排水墊層的質(zhì)量對(duì)排水固結(jié)處理的效果有著重要的影響。1. 墊層材料 排水墊層材料宜采用透水性好的中粗砂，

12、含泥量應(yīng)小于5%，砂料中可混有少量粒徑小于50mm的石粒。砂墊層的干密度應(yīng)大于1.5t/m3。砂溝可按縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格狀布置，使砂井位于砂溝的交叉點(diǎn)上。2. 墊層厚度排水砂墊層的厚度首先應(yīng)滿足地基對(duì)其排水能力的要求；其次當(dāng)?shù)鼗砻娉休d力很低時(shí)，砂墊層還應(yīng)具備持力層的功能，以承擔(dān)施工機(jī)械荷載。滿足排水要求的砂墊層厚度以大于400mm為宜。為滿足一定的承載力要求，可用厚的砂墊層或砂與其他粒料形成混合料持力層。（2） 豎向排水體軟黏土的孔隙非常小，滲透系數(shù)大約比砂小56個(gè)數(shù)量級(jí)，這就需要在地基中設(shè)置豎向排水體，以縮短排水距離，增加排水通道，加速排水固結(jié)。目前應(yīng)用較多的豎向排水體有普通砂井、袋裝砂井和塑

13、料排水帶三種。1. 普通砂井。如圖所示。砂井設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：砂井深度、直徑、間距、排列方式和砂井材料等。這些參數(shù)的選擇一般滿足在不太長(zhǎng)的預(yù)壓時(shí)間里，是地基的固結(jié)度達(dá)到80%以上。圖 7-10 典型的砂井地基工程剖面圖2. 袋裝砂井。與普通砂井相比，它主要由以下幾方面的有點(diǎn)1 可在更大程度上體現(xiàn)“細(xì)而密”的原則，其排水固結(jié)效果更好。2 砂井師公質(zhì)量易保證，不會(huì)出現(xiàn)縮頸、或沙井不連續(xù)等質(zhì)量問題。3 設(shè)備輕便，可以在更軟弱的地基上施工出質(zhì)量穩(wěn)定的砂井。4 節(jié)省砂料，施工進(jìn)度快，工程造價(jià)低。3. 塑料排水帶塑料排水帶是一種人工排水體，它是在早期的紙板排水法基礎(chǔ)上改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的。用塑料排水帶作為豎向

14、排水體，地基土層中的孔隙水在固結(jié)壓力作用下滲流通過濾膜層進(jìn)入芯板溝槽，并通過槽從排水砂墊層中排出。塑料排水帶單孔過水?dāng)嗝鏀?shù)天，排水暢通，固結(jié)效果好，且質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。塑料排水帶施工設(shè)計(jì)。塑料排水帶的設(shè)計(jì)計(jì)算方法與砂井相同。其當(dāng)量換算直徑Dp可按下式計(jì)算五.排水固結(jié)法施工 運(yùn)用排水固結(jié)原理的各種地基處理方法，其施工主要內(nèi)容可歸結(jié)為三個(gè)方面。1) 鋪設(shè)水平排水砂墊層。2) 設(shè)置豎向排水體。3) 施加固結(jié)壓力。下面介紹真空預(yù)壓法的施工。1) 埋設(shè)水平向分布濾水管。濾水管的主要作用是使真空度在整個(gè)加固區(qū)域內(nèi)均勻分布。濾水管在預(yù)壓過程中應(yīng)能適應(yīng)地基的變形，特別是差異變形。濾水管可用鋼管或是塑料管，其外側(cè)宜纏繞鉛絲，外包尼龍紗網(wǎng)或土工組織作為濾水層。對(duì)濾水層埋設(shè)質(zhì)量的基本要求是分布得當(dāng)，有利于真空度的分布；其濾水層滲透系數(shù)應(yīng)于砂相當(dāng)，一