地基處理技術講義

地基處理新技術龔曉南著第一章緒論1.1地基處理的目的和意義1.2地基處理原理和分類1.3地基處理規(guī)劃程序1.4復合地基理論概要1.5地基處理技術新發(fā)展土木工程建設中，當天然地基不能滿足建設對地基的要求時，需要對天然地基進行地基處理，形成人工地基，以滿足建筑物對地基的要求，保證建筑物對地基的正常使用。1.1地基處理的目的和意義1.地基承載力或穩(wěn)定性問題2.沉降、水平位移及不均勻沉降3.滲透問題

滲透問題主要分為兩類：一類是堤壩蓄水構筑物地基滲流量超過允許值時，其后果是造成較大的水量損失，甚至蓄水失敗。另一類是地基中水力比降超過其允許值。水力比降是單位流徑上的水頭差損失。建筑物對地基的要求主要包括以下方面軟弱地基或不良地基：不能滿足建筑物對地基要求的天然地基稱為軟弱地基或不良地基。軟弱地基主要有：軟粘土、人工填土、濕陷性土、有機質(zhì)土、泥炭土、膨脹土、多年凍土、巖溶、土洞和山區(qū)地基等。1.1地基處理的目的和意義根據(jù)地基處理原理，可對地基處理進行分類，將各方法歸納如下：（1）置換：置換是用物理學性質(zhì)較好的巖土材料置換天然地基中的軟弱土或不良土，形成雙層地基或復合地基。主要包括：換土墊層法、擠淤置換法、振沖置換法、沉管碎石樁法、強夯置換法、砂樁置換法、石灰樁法、EPS超輕材料填土法。1.2地基處理分類（2）排水固結法：是指土體在一定荷載作用下固結、孔隙比減小、強度提高，以達到提高地基承載力、減小工后沉降的目的。（3）灌入固化物：是向土體中灌入或拌入水泥、石灰或其他化學材料，在地基中形成增強體，以達到處理地基的目的。主要有：深層攪拌法、高壓噴射注漿法和電動化學灌漿法。1.2地基處理分類（4）振密、擠密法：是采用振動或擠密的方法使未飽和土密實，以達到提高地基承載力和減少沉降的目的。

主要有：原位壓密法、強夯法、振沖壓密法、擠密砂樁法、爆破擠密法、石灰樁法。1.2地基處理分類（5）加筋：在地基中設置強度高、模量大的筋材，以達到提高地基承載力，減少沉降的目的。主要有：加筋土法、土釘墻法、錨固法、樹根樁法、低強度混凝土復合樁法、鋼筋混凝土復合樁法。1.2地基處理分類（6）冷熱處理：是通過凍結土體或培燒地基土體，改變土體物理力學性質(zhì)，以達到地基處理目的。主要有：凍結法和燒結法。1.2地基處理分類（7））托換換：是是對原原有建建筑物物和基基礎進進行處處理和和加固固。主要包包括：：基礎礎加寬寬法、、墩式式托換換法、、樁式式托換換法、、地基基加固固法和和綜合合加固固法。。（8））糾偏偏：是是指對對于沉沉降不不均勻勻造成成傾斜斜的建建筑物物進行行矯正正的手手段。。主要有有：加加載糾糾偏法法、掏掏土糾糾偏法法、頂頂升糾糾偏法法和綜綜合糾糾偏法法。1.2地基基處理理分類類選擇地地基處處理方方法的的總原原則：：力求求做到到技術術先進進，經(jīng)經(jīng)濟合合理、、安全全使用用，確確保質(zhì)質(zhì)量。。1.3地基基處理理規(guī)劃劃程序序111.4.1定義義與分分類：：經(jīng)過地地基處處理形形成的的人工工地基基通常常有三三種形形式：：均質(zhì)質(zhì)地基基（（包括括多層層地基基）、、復合合地基基和樁樁基。。復合地地基是是指天天然地地基在在地基基處理理過程程中部部分土土體得得到增增強，，或被被置換換，或或在天天然地地基中中設置置加筋筋材料料，加加固區(qū)區(qū)是由由基體體（天天然地地基土土體））和增增強體體兩部部分組組成的的人工工地基基。1.4復復合地地基理理論概概要豎向增增強體體復合合地基基散體材材料樁樁復合合地基基復合地地基柔柔性性樁復復合地地基剛性樁樁復合合地基基水平向向增強強體復復合地地基1.4復復合合地基基理論論概要要復合地地基由由兩個個基本本特點點：一、加加固區(qū)區(qū)是由由基體體和增增強體體兩部部分組組成，，是非非均質(zhì)質(zhì)和各各向異異性的的。二、在在荷載載作用用下，，基體體和增增強體體共同同承擔擔荷載載的作作用。。1.4復復合地地基理理論概概要計算思路路：一種種是先分分別確定定樁體的的承載力力和樁間間土的承承載力，，根據(jù)一一定的原原則疊加加這兩部部分承載載力得到到復合地地基的承承載力；；另一種是是把樁體體和樁間間土組成成的復合合地基作作為整體體來考慮慮，如通通過地基基滑弧穩(wěn)穩(wěn)定性分分析法確確定復合合地基承承載力。。在穩(wěn)定定性分析析中采用用復合土土體的綜綜合指標標。1.4.2豎豎向增強強體復合合地基承承載力計計算一、采用用第一種種計算思思路復合地基基的極限限承載力力Pcf可用下式式表示：：式中——分別為樁樁體、天天然地基基極限承承載力，，kPa；K1、k2——分別為樁樁體和樁樁間土實實際承載載力修正正系數(shù)，，與地基基土質(zhì)和和成樁方方法有關關，K1一般大于于1；k2可能大于于1，也也可能能小于1。——分別別為樁體體和樁間間土極限限強度發(fā)發(fā)揮度；；m——復合地基基置換率率，為為樁樁體面積積，A為對應的的加固面面積。1.4.2豎豎向增強強體復合合地基承承載力計計算樁體地基基的破壞壞方式1.4.2豎豎向增強強體復合合地基承承載力計計算（一）剛性性樁和柔柔性樁復復合地基基樁體極限限承載力力可采用用類似摩摩擦樁極極限承載載力公式式計算：：樁體極限限承載力力計算按式1.4.2計算樁樁體極限限承載力力外，尚尚需計算算樁身材材料強度度允許的的單樁承承載力，，即Ppf=q(1.4.3)由式1.4.2和式1.4.3計算算所得的的二者取取較小值值為樁的的極限承承載力。。樁體極限限承載力力計算柔性樁復復合地基基中，臨臨界樁長長是一個個值得注注意的問問題，龔龔曉南和和段繼偉偉通過現(xiàn)現(xiàn)場足尺尺試驗，，研究了了水泥土土攪拌樁樁的荷載載傳遞規(guī)規(guī)律得出出：傳遞遞到樁端端的荷載載占樁頂頂荷載的的比例甚甚少，樁樁頂?shù)淖冏冃巍⑤S軸力和側側摩阻力力主要集集中在0~lc(臨界荷載載)深度度內(nèi)，并并給出了了臨界樁樁長計算算圖。陳陳善雄用用荷載傳傳遞函數(shù)數(shù)法導出出了臨界界樁長的的計算公公式：關于柔性性地基的的臨界樁樁長問題題（二）散散體復合合樁地基基樁體極限限承載力力主要取取決于樁樁側土體體所能提提供的最最大側限限力。散散體材料料樁在荷荷載作用用下，樁樁體發(fā)生生鼓脹，，樁周土土進入塑塑性狀態(tài)態(tài)，可通通過計算算樁周土土側限極極限應力力計算單單樁極限限承載力力。其一一般表達達式為：：樁體極限限承載力力計算計算樁側側土體所所能提供供的最大大側限應應力常用用方法如如下：1.Brauns(1978)計算式該式是為為計算碎碎石樁承承載力提提出的，，其原理理計算也也適用于于一般散散體材料料樁的情情況。Brauns認為，在在荷載作作用下，，樁體產(chǎn)產(chǎn)生鼓脹脹變形使使樁周土土進入被被動極限限平衡狀狀態(tài)，樁樁周土極極限平衡衡區(qū)如圖圖1-4-1（（a）所示。樁側土最最大側向向極限應應力計算算1fM、fK、fR分別為平平衡土體體的樁周周界面、、滑動面面和地表表面的面面積。假定：1）樁周周土極限限平衡區(qū)區(qū)位于樁樁頂附近近，滑動動面成漏漏斗形，樁體鼓脹脹破壞段段長度等等于2r0tgδp，其中r0為樁體半半徑，δp=45?+φ/2，φ松散材料料樁樁體體內(nèi)摩擦擦角；2）樁周周土與樁樁體間摩摩擦力3)不計地基基土和樁樁體的自自重。樁側土最最大極限限應力計計算根據(jù)力的的平衡，，可得到到在極限限荷載作作用下，，樁周土土上的極極限應力力為：樁側土最最大極限限應力計計算1樁側土最最大極限限應力計計算1樁側土最最大極限限應力計計算12.圓圓筒形孔孔擴張理理論計算算式根據(jù)Vesic圓孔擴張張理論（（龔曉南南1990），，當土體體內(nèi)摩擦擦角φ=0時，樁側土最最大極限限應力計計算當土體內(nèi)內(nèi)摩擦角角時時，，極限狀狀態(tài)下，，圓孔擴擴張壓力力pu表達式為為:樁側土最最大極限限應力計計算剛度指標標Ir表達式為為：樁側土最最大極限限應力計計算由式1.4.10和式式1.4.12可分別別計算φ=0和兩兩種種情況下下樁間土土所能提提供的側側向極限限應力Pu值，由式式1.4.4可可得散體體材料樁樁極限承承載力表表達式：：樁體極限限承載力力計算3.Haughes和Withers(1974)計算式Haughes和Withers用極限平平衡理論論分析，，建議按按下式計計算樁間間土側向向極限應應力值：：樁體極限限承載力力計算Haughes和Withers根據(jù)原型型觀測資資料分析析，樁體極限限承載力力計算4.被動動土壓力力法通過計算算樁周土土中的被被動土壓壓力可以以計算樁樁周土對對散體材材料樁的的最大側側限壓力力。根據(jù)據(jù)被動土土壓力可可得樁體體極限承承載力表表達式為為（又超超載時郎郎肯被動動土壓力力公式））：樁體極限承載載力計算5.WongH.Y.(1975)計算式對于較小沉降降量（25mm）的樁，Wong建議采用下式式計算：樁體極限承載載力計算復合地基極限限承載力計算算式1.4.1中天然地地基極限承載載力除了直接接通過載荷試試驗，以及其其他土工試驗驗資料外，常常采用Skempton極限承載力公公式進行計算算。Skempton極限承載力公公式為：樁體極限承載載力計算已知樁體極限限承載力Ppf和樁間土極限限承載力Psf，則可根據(jù)式1.4.1得得到復合地基基極限承載力力Pcf值。復合地基的容容許承載力Pcc為：（三）復合地地基容許承載載力當復合地基加加固區(qū)下臥層