地基處理基礎知識課件

1、地基處理常識董寶志2015年2月一、地基與基礎的概念 1、基 礎：建筑物上部承重結構向下的延伸和擴大，它承受建筑物的全部荷載，并把這些荷載連同本身的重量一起傳到地基上。建筑物的基礎，一般按其構造形式分類：條形基礎、獨立基礎、井格基礎、筏式基礎、箱形基礎和樁基礎等。這里不再詳述。2、地 基：承受由基礎傳來荷載的土層，不是建筑物的組成部分。其中： 持力層：具有一定的地耐力，直接承受建筑荷載， 并需進行力學計算的土層。 下臥層：持力層以下的土層。（下臥層最好是堅硬的土層）基礎示例圖地基的分類天然地基：凡天然土層具有足夠的承載力，不需經人工加固或改良便可作為建筑物地基。 如基巖。戈壁。人工地基：當建筑

2、物上部的荷載較大或地基的承載力較弱，須預先對土壤進行人工加固或改良后才能作為建筑物地基。我們討論的都是人工地基。如強夯后的地基，樁基等。復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體或被改良的天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強體共同承擔荷載的作用。根據復合地基荷載傳遞機理將復合地基分成豎向增強體復合地基和水平向增強復合地基兩類，又把豎向增強體復合地基分成散體材料樁復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基三種。二、土力學常識 土的生成 1、什么是土 土的定義：地球表面3080KM厚的范圍是

3、地殼。地殼中原來整體堅硬的巖石，經風化、侵蝕、搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。（風化作用是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產生物理、化學變化而在原地形成松散堆積物的全過程。侵蝕作用包括巖石和礦物經由媒介如水、冰、風及重力等引起其移動與瓦解。搬運作用是指地表和近地表的巖屑和溶解質等風化物被外營力搬往他處的過程，是自然界塑造地球表面的重要作用之一。 風化作用伴有化學變化且不移動，侵蝕作用和搬運作用都是物理變化，且都會移動。兩者區(qū)別在于，侵蝕作用會使物體瓦解，而搬運作用，只是移動而已。） 2、風化作用的概念、分類由于外動力作用，使地表巖石或礦物在原地發(fā)生物

4、理、化學變化的過程叫風化作用。 不同的風化作用，形成不同性質的土，風化作用有下列三種：1）物理風化巖石受風、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度變化，不均勻膨脹與收縮，使巖石產生裂隙，崩解為碎塊。這種風化作用，只改變顆粒形狀及大小，不改變礦物成分，稱為物理風化。由物理風化生成的為粗顆粒土，如碎石、卵石、礫石、砂土等。呈松散狀態(tài)，總稱無粘性土。2）化學風化巖石碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質接觸，使巖石碎屑發(fā)生了化學變化，改變了原來組成礦物的成分，產生了一種新的成分次生礦物，土的顆粒變的很細，具粘結力，如粘土、粉質粘土，總稱為粘性土。3）生物風化由動、植物和人類活動對巖體的破壞，稱生物風化，例如開山、打隧

5、道等活動形成的土，其礦物成分沒有變化。土的三相組成土由固體礦物、液體水和氣體三部分組成，稱為土的三相組成。土的三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質也不相同，例如：固體+氣體（液體=0）為干土，干粘土堅硬，干砂松散。固體+液體+氣體為濕土，濕的粘土多為可塑狀態(tài)。固體+液體（氣體=0）為飽和土，飽和粉細砂受震動可能產生液化，飽和粘土地基沉降需很長時間才能穩(wěn)定。由此可見，研究土的工程性質，首先從最基本的，組成土的三相，即固體、水和氣體本身開始研究。土的固體顆粒土的三相組成中，土的固體顆粒是決定土的工程性質的主要成分。1、土粒的礦物成分1原生礦物由巖石經物理風化而成，其成分與母巖相同。2次生礦物巖屑經化學

6、風化而成，其成分與母巖不同，為一種新礦物，顆粒細。3腐植質土中腐植質含量多，使土的壓縮性增大。2、土顆粒的大小與形狀土的大顆粒漂石，粒徑d200mm，土的細顆粒粘粒，d0.005mm，二者粒徑相差幾萬倍。顆粒大小不同的土，其工程性質也各異。為了便于研究，把土的粒徑按性質相近原則，劃分為六個粒組。土的粒徑級配自然界里的天然土往往由幾種粒組混合而成，顆粒有粗有細，這種天然土如何表示，怎樣定名？通常，用土中各粒組的相對含量，占總重的百分數(shù)來表示，稱為土的粒徑級配。這是決定無粘性土工程性質的主要因素，以此作為土分類定名的標準。粒徑分析方法，工程中常用兩種方法，配合使用。1篩分法 用一套標準篩，將粗粒土

7、進行篩分。適用于粒徑d0.075mm的土。2比重計法 根據土粒直徑大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重計進行測定分析，適用于粒徑d0.075mm的細粒土。如何判斷土的級配是否良好不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10曲率系數(shù)： Cc= d302/（d60d10） 不均勻系數(shù)Cu反映粒徑曲線坡度的陡緩，表明土粒大小的不均勻程度，是反映土粒組成不均勻程度的參數(shù)。工程上常把Cu 5的土稱為勻粒土；反之Cu5的土則稱為非勻粒土。曲率系數(shù)Cc反映粒徑分布曲線的整體形狀及細粒含量。研究指出：Cc3的土也是不連續(xù)，細粒含量小于30；故Cc13時土粒大小級配的連續(xù)性較好。所以，在工程中，對粗粒土級配

8、是否良好的判定規(guī)定如下： (1)良好級配的材料。一般來說，多數(shù)累積曲線呈凹面朝上的形式，坡度較緩，粒徑級配連續(xù)，粒徑曲線分布范圍表現(xiàn)為平滑。同時滿足Cu5及Cc13的條件。 (2)不良級配的材料。這類材料顆粒較均勻，曲線陡，分布范圍狹窄。不能同時滿足Cu 5及Cc13的條件。土的物理性質指標工業(yè)與民用建筑地基基礎設計中，一個關鍵問題是確定地基土的承載力f（KPa）。 f值不同，采用地基基礎方案不同。f值如何確定？常用方法是根據土的物理性質來定。土有三項基本物理性指標：此三項基本物理性指標，由實驗室直接測定其數(shù)值。1、土的天然容重，即天然重度（KN/m3）2、土粒比重 ds（不作介紹）3、土的含

9、水量（%）及液限、塑限土層的最優(yōu)含水量最好在塑限上下值附近粘性土液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限。（錐式液限儀下沉10mm時的含水量）粘性土塑態(tài)與半固態(tài)的分界含水量稱為塑限。（錐式液限儀下沉2mm時的含水量）三、地基土的工程分類三七灰土與三合土三七灰土：石灰和土的體積比為37。一般情況下，以粘性土配制的灰土強度比砂性土配制的強度高12倍。房渣土作為灰土的土料也是可用的，石灰和土必須過篩。土的粒徑不得大于15毫米；灰粒不得大于5毫米。須拌合均勻,并控制最佳含水量作為灰土的含水標準?；彝料氯牖矍埃瑧葘⒒鄣撞亢淮蛞槐?，然后將拌好的灰土按指定的地點倒入槽內，但不得將灰土順槽幫流入槽內。用人工夯

10、筑灰土時,第一層鋪虛土25厘米,第二層為22厘米，以后各層為 21厘米，夯實后均為15厘米。采用蛙式夯須鋪虛土2025厘米。夯實是保證灰土基礎質量的關鍵。施工工具過去沿用木夯與鐵硪。夯打時要求夯窩、硪花各自相互搭接。夯的遍數(shù)以使灰土的干容重達到規(guī)范所規(guī)定的數(shù)值為準。夯打完畢后及時加以覆蓋，防止日曬雨淋。28天齡期的灰土抗壓強度約可達到500700kPa，200300年齡期的灰土抗壓強度可高達810兆帕。 不論是用亞粘土或粘土制作的三七灰土,在室內養(yǎng)護7天后浸水48小時的形變模量為1015兆帕，養(yǎng)護28天浸水48小時的形變模量為3240兆帕。打好的三七灰土的性能之好可能出乎你的意料之外，如果用水

11、長期浸泡，最 多也只能泡透1-2公分，可以說防水功能超強。砼里的鋼筋有可能生銹，但如果你在三七灰土里放一個釘子，可能幾十年都不會生銹，可以說氣密性極好。打好的三七灰土上面如果你想釘上一根釘子都很難，可以說緊密性、強度很高。我國有許多古老的建筑物千年幾屹立不倒，其下部的灰土基礎可以說是功不可沒，可以說三七灰土的抗變形能力極強。為什么灰土具有這么好的性能，建筑學界歷來也是眾說紛紜，至今仍無定論簡單地說，三七灰土是一個緩慢的化學變化過程 隨著時間的積累會逐漸向巖石轉變。三合土： 三合土地材料為：泥土、熟石灰、沙。其實際配比視泥土的含沙量而定。即泥土地含沙量多，則沙的量減少。熟石灰一般占30性能極佳，

12、過去有一碗三合土換一碗豬肉的說法，三合土曾用來做炮臺，據載在與洋艦炮戰(zhàn)中經歷了考驗，不塌不毀，還有一項功能是不會濺起碎石傷人。用 三合土做的土樓據載在軍閥進攻時，經受了加農炮的直射，未受損傷，在60年代，曾有人試圖拆掉一座土樓，結果刀槍棍棒齊上陣，硬沒搞開，最后用了幾十公斤 炸藥炸，也沒崩下一塊。 四 主要地基處理手段列表五、常用地基處理手段簡介強夯法：反復將夯錘提到一定高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動能量，將地基土夯實的地基處理方法。強夯置換法將重錘提到高處使其自由下落形成夯坑，并不斷夯擊坑內回填的砂石、鋼渣等硬粒料，使其形成密實的墩體的地基處理方法1、強夯法與強夯置換法2、復合載體夯擴

13、樁復合載體夯擴樁的工藝（大頭樁）復合載體夯擴樁作為一門新的專利技術，它選擇下部層位穩(wěn)定、土性較好的土層作為被加固土層，以樁端土體為研究對象，利用重錘沖擊成孔、沉管，當沉管到設計標高時，對樁端連續(xù)進行填料、夯實操作，并用三擊貫入度作為控制指標（三擊貫入度為錘重35kN，上提6.0m，自由落體時貫入的深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料進行夯實，使樁端以下深度為35m、直徑為23m約10m3的土體得到最有效的加固擠密，自上而下形成了由干硬性混凝土（水硬性材料）、填充料、擠密土體和影響土體組成的復合載體，然后再放置鋼筋籠、灌注混凝土形成復合載體夯擴樁，如圖1。施工工藝：1)在樁位處挖直徑等于樁身直

14、徑、深度約為500mm的樁位圓柱孔，移機就位；2）提起夯錘后快速下放，使夯錘出護筒，入土一定深度；3）用副卷揚機鋼絲繩對護筒加壓，使護筒底面與錘底齊平；4）重復2）、3）的步驟，將護筒沿垂直沉入到設計深度；5）提起夯錘，通過護筒投料孔向孔底分次投入填充料，并進行大能量夯擊；6）填充料被夯實后，在不再填料的情況下連續(xù)夯擊三次并測出三擊貫入度，若三擊貫入度不滿足設計要求，重復5）和6）的步驟，直至三擊貫入度滿足設計要求為止；7）通過護筒投料孔再向孔底分次投入設計需要的干硬性混凝土，并進行夯擊；8）放入鋼筋籠；9）灌注樁身混凝土。3、柱錘沖擴樁柱錘沖擴樁法：指反復將柱狀重錘提到高處使其自由落下沖擊成

15、孔，然后分層夯實填料形成擴大樁體，與樁間土組成復合地基的地基處理方法。該法施工簡便易行，振動及噪音小。適用于處理雜填土、粉土、粘性土、素填土和黃土等地基 。對地下水位以下飽和松軟土層應通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。對大型的、重要的或場地復雜的工程，在正式施工前應在有代表性的場地上進行試驗。 當質量1-8t的柱錘，提升5-10m高自由下落沖擊成孔及夯實成樁過程中，其沖擊能可達50-80kNm，較大的夯擊能量產生的沖擊波和動應力在土中傳播，使顆粒破碎或使顆粒產生瞬間的相對運動，導致柱錘底土體被豎向擠密的同時樁周圍土體被側向擠密。與此同時，夯實成樁過程中強大的夯擊振動迫使部分碎磚擠入樁周圍土中，使樁間土

16、孔隙比減少，土體性質得到改善。目前成孔工藝已經多樣化，錘重也有所提高，加固深度可達40米，復合承載力可達600kPa.3、混凝土預制樁預制樁，是在工廠或施工現(xiàn)場制成的各種材料、各種形式的樁（如木樁、混凝土方樁、預應力混凝土管樁、鋼樁等），用沉樁設備將樁打入、壓入或振入土中。中國建筑施工領域采用較多的預制樁主要是混凝土預制樁和鋼樁兩大類。鋼筋混凝土預制樁基礎施工技術（一）錘擊法 1.施工程序：確定樁位和沉樁順序打樁機就位吊樁喂樁校正錘擊沉樁接樁再錘擊沉樁送樁收錘切割樁頭。2.確定樁位和沉樁順序3.樁機就位：4.吊樁喂樁和校正 5.打樁：“重錘低擊，低錘重打” 6.接樁：當樁需接長時，接頭個數(shù)不宜

17、超過3個，盡量避免樁尖落在厚黏性土層中接樁。7.樁的人土深度的控制，對于承受軸向荷載的摩擦樁，以標高為主，貫人度作為參考；端承樁則以貫入度為主，以標高作為參考。8.施工時，應注意做好施工記錄；同時，還應注意觀察打樁人土的速度、打樁架的垂直度、樁錘回彈情況、貫入度變化情況等；發(fā)現(xiàn)異常，應立即通知有關單位和人員及時處理。（二）靜力壓樁法靜力壓樁是通過靜力壓樁機的壓樁機構，將預制鋼筋混凝土樁分節(jié)壓入地基土層中成樁。一般都采取分段壓人、逐段接長的方法。施工程序：測量定位壓樁機就位吊樁、插樁樁身對中調直靜壓沉樁接樁再靜壓沉樁送樁終止壓樁檢查驗收轉移樁機。同一根（節(jié)）樁時應連續(xù)進行，當壓力表讀數(shù)達到預先規(guī)

18、定值，便可停止壓樁。壓樁用壓力表必須標定合格方能使用，壓樁時樁的入土深度和壓力表數(shù)值是判斷樁的質量和承載力的依據，也是指導壓樁施工的一項重要參數(shù)，必須認真記錄。4、鋼筋混凝土灌注樁鋼筋混凝土灌注樁是一種直接在現(xiàn)場樁位上就地成孔，然后在孔內澆筑混凝土或安放鋼筋籠再澆筑混凝土而成的樁。鋼筋混凝土灌注樁基礎施工技術（一）.鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁是指利用鉆孔機械鉆出樁孔，并在孔中澆筑混凝土（或先在孔中吊放鋼筋籠）而成的樁。根據工程的不同性質、地下水位情況及工程土質性質，鉆孔灌注樁有沖擊鉆成孔灌注樁、回轉鉆成孔灌注樁、潛水電鉆成孔灌注樁及鉆孔壓漿灌注樁等。除鉆孔壓漿灌注樁外，其他三種均為泥漿護壁鉆孔灌注樁

19、。1.施工工藝流程：泥漿護壁鉆孔灌注樁施工工藝流程是：場地平整樁位放線開挖漿池、漿溝護筒埋設鉆機就位、孔位校正成孔、泥漿循環(huán)、清除廢漿、泥渣清孔換漿終孔驗收下鋼筋籠和鋼導管澆筑水下混凝土成樁。2.泥漿護壁鉆孔灌注樁施工，在沖孔時應隨時測定和控制泥漿密度，如遇較好土層可采取自成泥漿護壁。3.灌注樁的質量檢驗應較其他樁種嚴格，因此，現(xiàn)場施工對監(jiān)測手段要事先落實。4.灌注樁的沉渣厚度應在鋼筋籠放入后，混凝土澆注前測定，成孔結束后，放鋼筋籠、混凝土導管都會造成土體跌落，增加沉渣厚度。因此，沉渣厚度應是二次清孔后的結果。沉渣厚度的檢查目前均用重錘，但因人為因素影響很大，應專人負責，用專一的重錘，有些地方

20、用較先進的沉渣儀，這種儀器應預先做標定。 2.沉管灌注樁是指利用錘擊打樁法或振動打樁法，將帶有活瓣式樁尖或預制鋼筋混凝土樁靴的鋼套管沉入土中，然后邊澆筑混凝土（或先在管內放入鋼筋籠）邊錘擊或振動邊拔管而成的樁。前者稱為錘擊沉管灌注樁及套管夯擴灌注樁，后者稱為振動沉管灌注樁。1.沉管灌注樁成樁過程為：樁機就位錘擊（振動）沉管上料邊錘擊（振動）邊拔管，并繼續(xù)澆筑混凝土下鋼筋籠，繼續(xù)澆筑混凝土及拔管成樁。2.錘擊沉管灌注樁勞動強度大，要特別注意安全。該種施工方法適于黏性土、淤泥、淤泥質土、稍密的砂石及雜填土層中使用，但不能在密實的中粗砂、砂礫石、漂石層中使用。3.套管夯擴灌注樁套管夯擴灌注樁簡稱夯壓

21、樁，是在普通錘擊沉管灌注樁的基礎上加以改進發(fā)展起來的一種新型樁。4.振動沉管灌注樁適用于在一般黏性土、淤泥、淤泥質土、粉土、濕陷性黃土、稍密及松散的砂土及填土中使用，在堅硬砂土、碎石土及有硬夾層的土層中，由于容易損壞樁尖，不宜采用。根據承載力的不同要求，拔管方法可分別采用單打法、復打法、反插法。 3.人工挖孔灌注樁人工挖孔灌注樁是指樁孔采用人工挖掘方法進行成孔，然后安放鋼筋籠，澆筑混凝土而成的樁。為了確保人工挖孔樁施工過程中的安全，施工時必須考慮預防孔壁坍塌和流砂現(xiàn)象發(fā)生，制定合理的護壁措施。人工挖孔灌注樁的施工程序是：場地整平放線、定樁位挖第一節(jié)樁孔土方支模澆筑第一節(jié)混凝土護壁在護壁上二次投

22、測標高及樁位十字軸線安裝活動井蓋、垂直運輸架、起重卷揚機或電動葫蘆、活底吊土桶、排水、通風、照明設施等第二節(jié)樁身挖土清理樁孔四壁、校核樁孔垂直度和直徑拆上節(jié)模板，支第二節(jié)模板，澆筑第二節(jié)混凝土護壁重復第二節(jié)挖土、支模、澆筑混凝土護壁工序，循環(huán)作業(yè)直至設計深度進行擴底（當需擴底時） 清理虛土、排除積水，檢查尺寸和持力層吊放鋼筋籠就位澆筑樁身混凝土。5、CFG樁復合地基現(xiàn)在很多CFG樁就是素混凝土樁，加粉煤灰的主要作用有三點：1.提高混凝土的和易性，使砂、石子均勻分布，同時便于混凝土泵送施工。目前，商品混凝土通常也使用粉煤灰。2.粉煤灰是工業(yè)廢料，價格低廉，使用粉煤灰不但可以廢物利用還可以降低工程造價。CFG樁粉煤灰摻量一般是水泥量的1012。3.粉煤灰可降低混凝土的水化熱，減少混凝土的收縮裂縫，提高CFG樁樁身質量。作為復合地基樁（增加體），C10C15確實就夠用了。 CFG即