土木基礎(chǔ)工程-地基處理

土木基礎(chǔ)工程-地基處理第一頁，共77頁。第一節(jié)概述淺基礎(chǔ),當承載力,沉降,液化,凍脹不滿足設(shè)計要求(1)采用深基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)(2)處理地基土,改善土性第二頁，共77頁。一地基處理的目的1提高土的強度-地基承載力2增加土的剛度-減少地基沉降量3改善地基土的水力特性

(1)防滲,堤壩,閘基,池(濕陷,膨脹性土)(2)排水:軟基固結(jié)滲流,擋土墻排水

(3)滲透穩(wěn)定性:長江大堤的管涌,流土.采用反濾

(4)抗凍性:實質(zhì)是滲透性,減少毛細現(xiàn)象,加強排水4改善抗震性能(1)液化:加密,圍封(水床);(2)震陷:干松砂和溶洞.第三頁，共77頁。哪些土需要處理？淤泥土與淤泥質(zhì)土muck,muckysoil泥炭,泥炭質(zhì)土Peat填土,回填土Fill,backfill松砂Loosesand區(qū)域性特殊土Regionalsoil地基處理的對象第四頁，共77頁。2軟土和特殊土地基2.1淤泥土與淤泥質(zhì)土muck,muckysoil(1)定義淤泥土孔隙比e>1.5,>L(IL>1.0)淤泥質(zhì)土孔隙比e=1.0~1.5,>L(IL>1.0)(2)土性*高含水量=40~90%even>100%*高壓縮性a>0.5~3.0MPa-1*高流變性:次固結(jié)量隨時間增加*低強度Cu<30kPavanesheartest*低滲透性10-6~10-8cm/s,固結(jié)過程長

a>0.5MPa-1Cu<30kPa地基處理的對象第五頁，共77頁。2.2泥炭,泥炭質(zhì)土

Peat定義:泥炭e>1.5,>L(IL>1.0)有機含量30%(北京)泥炭質(zhì)土

e=1.0~1.5,>l(Il>1.0)有機含量10-30%土性*高含水量*高壓縮性,快,不均勻*高流變性*低強度Cu<30kPa*低滲透性地基處理的對象第六頁，共77頁。2.3填土,回填土Fill,backfill雜填土Miscellaneousfill:建筑垃圾，衛(wèi)生填埋，不均勻，不穩(wěn)定沖填土Hydraulicfill:細欠固結(jié)素填土Plainfill,

礫石，砂，粉土，粘性土2.4松砂LoosesandDr<1/3ore>0.85易液化，振陷新加坡人工填海地基處理的對象第七頁，共77頁。2.5區(qū)域性土Regionalsoil濕陷性黃土Collapsibleloess

(silt):

廣泛分布，大孔隙，高結(jié)構(gòu)強度200kPas=(hd-hw)/h00.015s=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa

荷載板試驗200kPa,荷載不變注水沉降/b=0.023膨脹土Expansivesoil蒙特石含量高

凍土Frozensoil,凍脹性地基處理的對象第八頁，共77頁。黃土高原上的濕陷性黃土渤海華北平原東南季風太行山黃土高原沙漠戈壁降雨降塵西風第九頁，共77頁。3地基處理方法分類1置換法Soilreplacement2加密法Densification3膠結(jié)法Cementation4加筋法Soilreinforcement原則：技術(shù)經(jīng)濟第十頁，共77頁。第二節(jié)置換法

Soilreplacement一墊層置換法軟土墊層二土樁置換法

1散體材料樁

2膠結(jié)摻和料樁置換法第十一頁，共77頁。4.3

墊層置換法1材料塊石,拋石擠淤礫,中粗砂,壓實,防凍,防液化,加速固結(jié)灰土,三合土.灰土2:8,3:7,土-粉土,粉質(zhì)粘土;三合土:灰土,灰渣及碎磚瓦工業(yè)廢渣:粉煤灰,礦渣素土:Ip=10~17,濕陷性黃土換除,分層壓實加筋土b回填土墊層置換法第十二頁，共77頁。2墊層法的適用性

軟粘土和淤泥濕陷性土填土,一般粘性土承載力低3墊層設(shè)計人工持力層,要對軟弱下臥層驗算(1)持力層承載力

pf,確定材料及密度(2)深度設(shè)計

一般要求>0.5m墊層的擴散和技術(shù)的要求

<3.0m工程量,經(jīng)濟性按承載力設(shè)計(與軟弱下臥層相似)墊層置換法b回填土第十三頁，共77頁。Z+CZ

f(z+d)見表5-2,z/b>0.5,23~30oBb+2ztg+230cm

便于壓實機械施工Bb+z

=0~2.0b回填土B’=b+2ztgdz填zCZCD墊層置換法第十四頁，共77頁。墊層置換法小結(jié)可以就地取材人工持力層要進行軟弱下臥層承載力驗算墊層厚度有限制墊層置換法第十五頁，共77頁。二土樁置換法

1散體材料樁砂石樁，石灰樁2膠結(jié)摻和料樁水泥粉煤灰碎石樁水泥土樁高壓噴射注漿樁土樁置換法第十六頁，共77頁。(一)復合地基概念Compositeground在軟土內(nèi)造孔回填土石料或摻和料，形成剛度比四周軟土大的土質(zhì)樁，與樁周土一起共同承受建筑物荷載。這種地基稱為復合地基tdtd布置方式：梅花形正方形土樁置換法第十七頁，共77頁。復合地基組成天然地基土土質(zhì)樁或膠結(jié)摻料樁砂石墊層基礎(chǔ)土樁置換法第十八頁，共77頁。(二)復合地基設(shè)計1適用土性適用：軟弱粘性土，非飽和黃土和人工填土布置：梅花形和正方形處理深度：穿越軟土層達到良好土層。如果沒有穿透軟土層，要求控制變形量。良好土層d0d0軟土土樁置換法第十九頁，共77頁。2平面布置和設(shè)計參數(shù)有效排水圓柱體直徑de梅花形：de=1.05Sa正方形：de=1.13Sa面積置換率m

＝(d0/de)2Sa樁中心距Sad0dedSa土樁置換法第二十頁，共77頁。3復合地基的承載力1)現(xiàn)場載荷試驗取包含樁土的代表單元直接測定樁土分開的載荷試驗采用公式fspk=mfpk+(1-m)fskfspk

復合地基承載力特征值kPa

fpk樁體承載力特征值

fsk樁間土承載力特征值

m

面積置換率=Ap/A包含樁土的載荷試驗土樁置換法第二十一頁，共77頁。2)無載荷試驗資料(小型工程)fspk=[1+m(n-1)]fsk樁土應力比n=p/s

與土性有關(guān),隨荷載變化對于碎石樁n=2~4

m

面積置換率=Ap/A復合地基承載力特征值td土樁置換法包含樁土的載荷試驗第二十二頁，共77頁。4復合地基的變形驗算變形計算方法與多層地基相同復合土層的壓縮模量

Esp=[1+m(n-1)]Es

Es

為砂石樁置換前的壓縮模量，MPa

為成樁對周圍土的擠密效應系數(shù)，砂石樁取1.0,石灰樁取1.1~1.3土樁置換法第二十三頁，共77頁。(三)膠結(jié)摻料樁復合地基設(shè)計1適用土性常用材料：水泥粉煤灰砂石樁CFG，水泥土樁，高壓噴射注漿樁

CFG樁適用于粘性土、粉土、砂土和自重固結(jié)完成的人工填土水泥土樁適用于正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、黃土、素填土、粘性土和飽和松散砂土(靜水位)高壓噴射注漿樁適用于土類與與水泥土樁類似土樁置換法第二十四頁，共77頁。深層攪拌法第二十五頁，共77頁。深層攪拌法施工工藝流程定位預攪拌下沉噴漿攪拌上升重復攪拌下沉重復攪拌上升完畢土樁置換法第二十六頁，共77頁。深層攪拌樁載荷試驗前后土樁置換法第二十七頁，共77頁。高壓噴射注漿法高壓旋噴單管:漿液雙管:內(nèi)漿外氣三管:氣,水,漿適用于:人工填土;黃土及一般粘性土;軟粘土;砂石土樁置換法第二十八頁，共77頁。單管漿液雙管內(nèi)漿外氣三管氣水漿土樁置換法第二十九頁，共77頁。旋噴樁施工順序振動打樁機硬化劑(漿液)高壓水壓縮空氣高壓水壓縮空氣硬化劑(漿液)土樁置換法第三十頁，共77頁。砂土粘性土在某種壓實功能下（標準壓實功能）達到最密時的含水量稱為最優(yōu)含水量，對應的干密度稱為最大干密度砂土：①不存在最優(yōu)含水量；②在完全風干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實；③潮濕狀態(tài)下不易擊實第三節(jié)加密法Densification目的：降低壓縮性，提高強度飽和曲線粘性土dd第三十一頁，共77頁。第三節(jié)加密法

Densification一機械壓密法

1靜重壓密

2沖擊荷重壓密

3振動壓密二深層擠密法

1砂樁、土樁和灰土樁

2振沖樁目的：降低壓縮性，提高強度三強夯法四預壓固結(jié)

加密法第三十二頁，共77頁。1靜重碾壓Compactionbyrolling振動平胎碾－礫石Pneumatictiredroller羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller一機械壓密平滑鼓型振動碾Vibrocompactionforsand加密法第三十三頁，共77頁。2沖擊荷重壓密夯板壓密法：適用于填土、松砂荷濕陷性黃土影響深度：1.5~2.5m一機械壓密加密法第三十四頁，共77頁。2強夯法錘重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承載力：180~250kPa1969年，法國1978年，中國強夯設(shè)備：夯錘，起重機，脫鉤裝置加固機理：動態(tài)能量,波的傳播和密實固結(jié)加固效果：提高承載力、減小沉降量，消除液化可能、消除濕陷性等優(yōu)缺點：經(jīng)濟；噪音加密法第三十五頁，共77頁。振動平板碾－級配砂或者砂、礫和粘性土的混合土Vibratingplateforhandoperation3振動板壓密加密法第三十六頁，共77頁。二深層擠密法(一)砂樁、土樁和灰土樁

(1)沉管、柱錘沖擴法

(2)材料：土樁(原狀粉土,粉質(zhì)粘土再夯入);灰土樁,砂石樁;夯實水泥土樁，二灰樁(加粉煤灰)，

(3)適用于填土,松砂,濕陷性黃土,一般粘性土Sr<60%.飽和度較高的粘性土不宜。加密法第三十七頁，共77頁。進料口管嘴砂樁套管管嘴加密法第三十八頁，共77頁。砂樁SadHhs1e1hs1Hhs2e2hs2加密法原三角形土柱的橫截面積加固后三角形土柱的橫截面積第三十九頁，共77頁。已知t,d求e2，或者已知e2,d求

t孔隙比總斷面積高度固相比例固相體積

e1H

1/(1+e1)Vs1=A1H/(1+e1)E2H1/(1+e2)Vs1=A2H/(1+e2)砂樁Hhs1e1hs1Hhs2e2hs2加密法

t=Sa第四十頁，共77頁。振沖樁(起源于德國,我國于70年代引入)(1)設(shè)備,振沖器d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20KN(2)原理:振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動加密,使顆粒移動沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(jié)二深層擠密法(一)振沖樁加密法第四十一頁，共77頁。(3)填料粗顆粒(粘細粒少);級配好;最大顆粒<50mm0~10最好10~2020~3030~50差>50不宜(4)適用于松砂,素填土,雜填土和一般粘性土,不適用于淤泥和淤泥質(zhì)土加密法第四十二頁，共77頁。振沖樁加密法第四十三頁，共77頁。例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁（1）t=90cm,d=40cm加密前e1=0.96,d=1.379加密后e2=0.61,d=1.679（15點平均）用公式（2）承載力，原狀土f0k=132kPatd樁土應力比n=p/s=3.48,m=0.179,載荷試驗fk=228kPa,s=158kPa,p=550kPa;s/d=0.008.公式計算：fk=[1+m(n-1)]f0k=191kPa加密法第四十四頁，共77頁。1置換法2加密法3膠結(jié)法4加筋法機械壓密法深層擠密法強夯法預壓固結(jié)墊層置換土樁置換復合地基第四十五頁，共77頁。三預壓固結(jié)法(1)堆載預壓(2)降水預壓提高有效應力wellpointsystem(3)真空預壓密封層加密法第四十六頁，共77頁。(一)堆載預壓1預壓原理，原位自重應力s，建筑物附加應力z,預加壓力t=(1.2~1.5)z

pkPa變形eze1ste2加密法第四十七頁，共77頁。強度適用于飽和軟粘土(1)淤泥及淤泥質(zhì)土(2)沖填土(3)填海(湖)造田。超固結(jié)土正常固結(jié)加密法第四十八頁，共77頁。2預壓歷時和加速排水方法例單向滲流固結(jié)

a=0.5MPa-1k=510-7cm/se0=1.0，10m厚U=94%t=1.6年這顯然不合適因此需要采用：砂井固結(jié)：加快固結(jié)速度，增加水平向滲流不透水層加密法第四十九頁，共77頁。不透水層d0砂井預壓固結(jié)第五十頁，共77頁。新加坡人工填海Depositingsand

吹砂砂井預壓固結(jié)第五十一頁，共77頁。3塑料排水板砂井（1）砂量（2）易斷（3）工程造價近年更多使用塑料排水板，塑料排水帶的當量等效直徑（mm）砂井預壓固結(jié)b:塑料排水帶寬度（mm）:塑料排水帶厚度（mm）第五十二頁，共77頁。AreaInstalledwithVerticalDrains塑料排水板區(qū)砂井預壓固結(jié)第五十三頁，共77頁。ApplicationofSurcharge加載過快會失穩(wěn)砂井預壓固結(jié)第五十四頁，共77頁。砂井預壓固結(jié)度計算

微分方程－軸對稱三維滲流固結(jié)問題Carrillo假設(shè)成兩個方向的滲流固結(jié)問題疊加砂井預壓固結(jié)第五十五頁，共77頁。2微分方程的解按各自的邊界條件分別求解，公式5－18，積分后得到，假設(shè)n為井徑比=De/dw砂井預壓固結(jié)De、dw分別為砂井有效影響范圍直徑和和砂井直徑第五十六頁，共77頁。De為砂井有效排水直徑：

De=1.05Sa(砂井三角形排列)，

De=1.13Sa(砂井正方形排列)

其中，Sa為砂井間距上例中,砂井直徑dW=25cm,De=2.5m，U=94%只需要20天思考題：增加井徑dW,減少間距de哪個有效？砂井預壓固結(jié)第五十七頁，共77頁。(二)降水預固結(jié)基坑設(shè)計坑底坑底降水深度D坑底降水線板樁降水預壓固結(jié)第五十八頁，共77頁?！痾原理z降水預壓固結(jié)第五十九頁，共77頁。真空預壓-u真空預壓固結(jié)第六十頁，共77頁。思考題為什么降水預壓和真空預壓不會引起土體破壞。堆載預壓則可能由于速度太快而造成地基破壞？第六十一頁，共77頁。預壓固結(jié)的加載速率快加載—不排水—破壞分級慢—排水—達到密實固結(jié)K0Kf降水qp’p總應力路徑不排水pt第六十二頁，共77頁。加密法小節(jié)淺層：碾壓、深層：預制混凝土樁，沉管，振沖等預壓固結(jié)，爆破、強夯由深層擠密形成樁體與地基土構(gòu)成復合地基，擠密后的承載力計算砂井排水預壓固結(jié)計算第六十三頁，共77頁。第四節(jié)膠結(jié)法一灌漿1水泥和粘土漿可灌物—凈空比R=Dpore/d=2~3;Dpore、d為被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑，防止堵塞可灌比N=D15/d8510~15,85%的灌漿材料充填適用于礫石,粗砂，用以防滲，灌注樁加固第六十四頁，共77頁。單液硅化法和堿液法

硅酸鈉，氫氧化鈉＋氯化鈣3化學灌漿丙烯酰胺，聚氨酯