注冊巖土考試培訓(xùn)相關(guān)地基處理

第4章 地基處理Ground

improvement概述換土墊層法復(fù)合地基加密法預(yù)壓加固法膠結(jié)法土工合成材料本章目錄第一節(jié) 概述淺基礎(chǔ),當(dāng)承載力,沉降,液化,凍脹不滿足設(shè)計要求采用深基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)處理地基土,改善土性1地基處理的目的提高土的強度-地基承載力增加土的剛度-減少地基沉降量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(xì)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.哪些土需要處理？淤泥土與淤泥質(zhì)土muck,mucky

soil泥炭,泥炭質(zhì)土Peat填土,回填土Fill,backfill松砂Loose

sand區(qū)域性特殊土Regional

soil地基處理的對象概述歸類：地基處理的對象軟弱地基淤泥土e>1.5，w>w

L

(IL>1.0)淤泥質(zhì)土e=1.0~1.5，w

>w

L

(IL>1.0)泥炭土，泥炭質(zhì)土沖填土人工填土，雜填土不良地基濕陷性黃土

膨脹土

凍土松砂

Dr

<

1/3

或

e

>

0.85

飽和液化,干土震陷2

軟土和特殊土地基2.1淤泥土與淤泥質(zhì)土muck,mucky

soil(1)定義淤泥土孔隙比e

>1.5,

w>wL

L(I

>1.0)淤泥質(zhì)土孔隙比e

=1.0~1.5,

w

>wL

(IL>1.0)(2)土性*高含水量w=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

<

30

kPa vane

shear

test*低滲透性

10-6~

10-8cm/s,

固結(jié)過程長a

>

0.5

MPa-1uC

<

30

kPa地基處理的對象2.2泥炭,泥炭質(zhì)土Peat定義:泥炭e>1.5,

w>wL

(IL>1.0)

有機含量

30%(北京)泥炭質(zhì)土e=1.0~1.5,w>wl

(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Hydraulic

fill:細(xì)欠固結(jié)素填土Plain

fill,礫石，砂，粉土，粘性土2.4

松砂LoosesandDr

<

1/3 or

e

>

0.85易液化，振陷新加坡人工填海地基處理的對象2.5

區(qū)域性土Regional

soil濕陷性黃土Collapsible

loess

(silt):廣泛分布，大孔隙，高結(jié)構(gòu)強度

200kPads=(hd-hw)/h0?0.015ds=(ed-ew)/(1+e0)pe

edew200kPa荷載板試驗200kPa,

荷載不變注水沉降d/b=0.023膨脹土Expansive

soil

蒙特石含量高凍土

Frozen

soil,

凍脹性地基處理的對象黃土高原上的濕陷性黃土渤海東南季風(fēng)太行山華北平原黃土高原沙漠戈壁降雨降塵西風(fēng)概述以粉土為主濕陷性黃土遇水沉降增大，稱濕陷性成因：風(fēng)成，部分水成特點：?天然密度小r

＝

1.4~1.65

g/cm3孔隙比大e>1.0富含碳酸鹽類濕陷性又分：自重濕陷性黃土地基和非自重濕陷性黃土地基0hp

-

hphds

=ds

?

0.015濕陷性黃土3

地基處理方法分類置換法Soilreplacement加密法Densification膠結(jié)法Cementation加筋法Soil

reinforcement原則：技術(shù)經(jīng)濟(jì)置換法加密法膠結(jié)法加筋法墊機層械置壓換密法土深樁層置擠換密法強夯法預(yù)壓固結(jié)復(fù)合地基概述加密法土工合成材料方法眾多，分類不統(tǒng)一地基處理的方法換土墊層法換填法復(fù)合地基淺層壓密法深層壓密法強夯法擠密樁復(fù)合地基預(yù)壓加固法化學(xué)加固法凍結(jié)法膠結(jié)法第二節(jié) 置換法

Soil

replacement墊層置換法軟土墊層置換法墊層置換法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.灰土比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bq

q回填土墊層置換法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持力層承載力

p

￡

f,

確定材料及密度深度設(shè)計一般要求>0.5m墊層的擴(kuò)散和技術(shù)的要求<3.0m工程量,經(jīng)濟(jì)性按承載力設(shè)計(與軟弱下臥層相似)墊層置換法qbq回填土換土墊層法bq

q回填土墊層厚度一般：0.5~3m墊層設(shè)計持力層：p￡

f下臥層：pZ

+pCZ

￡

fz+d壓實系數(shù)lc=rd/rdmax

?0.93sZ

+

sCZ

￡

fz+dq

見表5-2,z/b>0.5,

23~30oB?b+2ztg

q+2

·

30cm便于壓實機械施工B

?

b+az

a

=

0~2.0z(

p

-s

)bs

=CDb

+

2ztgqp

=

F

+

G

=

F

+

gdbb

bs

= +

g

zcz

s

CD

填b回填土q

qB’=

b+2ztg

qdzg填zsCZsCD墊層置換法墊層置換法小結(jié)可以就地取材人工持力層要進(jìn)行軟弱下臥層承載力驗算墊層厚度有限制墊層置換法第三節(jié)復(fù)合地基復(fù)合地基散體材料樁復(fù)合地基柔性樁復(fù)合地基剛性樁復(fù)合地基砂石樁、砂樁；攪拌樁、水泥

土樁、土樁、灰土樁、CFG樁；混凝土樁面積置換率：m=Ap/A樁土應(yīng)力比：n=

sp

/ss樁與土共同變形，共同承載；非均質(zhì)，各向異性與樁基區(qū)別？土樁置換法散體材料樁砂石樁，石灰樁膠結(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(一)復(fù)合地基概念Composite

groundd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(fù)合地基布置方式：梅花形正方形dtt復(fù)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)(二)復(fù)合地基設(shè)計1

適用土性良好土層d0d0軟土適用：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(dá)到良好土層。如果沒有穿透軟土層，要求控制變形量。2

平面布置和設(shè)計參數(shù)有效排水圓柱體直徑de面積置換率m＝

(d0

/de)2梅花形：de

=1.05Sa正方形：de

=1.13SaSa

樁中心距Sad0dedSa土樁置換法3

復(fù)合地基的承載力現(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(fù)合地基承載力特征值kPafpkfsk樁體承載力特征值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2)

無載荷試驗資料(小型工程)fspk=[1+m

(1-n)]fsk樁土應(yīng)力比n=sp

/ss與土性有關(guān),隨荷載變化對于碎石樁n=2~4m

面積置換率=Ap/A復(fù)合地基承載力特征值

Afspk

=Apsp

+(A-Ap)ss

fspk

=msp

+(1-m)ss=[1+m(n-1)]ss

=[1+m(n-1)]fsktd包含樁土的載荷試驗樁土應(yīng)力比與土性有關(guān)，隨荷載過程變化。對于碎石樁n=2~4Esp

=a[1+m(n

-1)]Es復(fù)合地基的承載力公式計算Afspk

=

Aps

p

+(A-

Ap

)s

sfspk

=

ms

p

+(1-m)s

sfspk

=[mn+(1-m)]s

sfspk

=[1+m(n

-1)]s

s

=[1+m(n

-1)]

fsk載荷試驗單樁載荷試驗，復(fù)合地基載荷試驗復(fù)合地基的壓縮模量4

復(fù)合地基的變形驗算變形計算方法與多層地基相同復(fù)合土層的壓縮模量Esp=a[1+m

(1-n)]EsEs

為砂石樁置換前的壓縮模量，MPaa為成樁對周圍土的擠密效應(yīng)系數(shù)，砂石樁取1.0,石灰樁取1.1~1.3(三)膠結(jié)摻料樁復(fù)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2

深層攪拌法深層攪拌法施工工藝流程定位預(yù)攪拌下沉噴漿攪拌上升重復(fù)攪拌下沉重復(fù)攪拌上升完畢土樁置換法土樁置換法深層攪拌樁載荷試驗前后3

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;砂石土樁置換法單管漿液雙管

內(nèi)漿外氣三管氣水漿土樁置換法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)土樁置換法第四節(jié)加密法目的：降低壓縮性，提高強度加密法淺層壓密法深層壓密法強夯法擠密樁復(fù)合地基（深層擠密法）預(yù)壓加固法其它：爆破壓密第四節(jié) 加密法

Densification機械壓密法靜重壓密沖擊荷重壓密振動壓密二深層擠密法砂樁、土樁和灰土樁振沖樁三

強夯法四

預(yù)壓固結(jié)目的：降低壓縮性，提高強度加密法振動平胎碾－礫石

羊足碾－粘性土或粉Pneumatic

tired

roller

Sheepsfoot

roller—機械壓密1

靜重碾壓Compaction

by

rolling平滑鼓型振動碾

Vibrocompaction

for

sand

土加密法砂土粘性土在某種壓實功能下（標(biāo)準(zhǔn)壓實功能）達(dá)到最密時的含水量稱為最優(yōu)含水量，對應(yīng)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(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實；③潮濕狀態(tài)下不易擊實粘性土ww土的壓實原理目的：降低壓縮性，提高強度rd

rd機械壓密法(1)重錘夯實錘重：1~2t，落距：3.5~4.0m，有效深度：1.5~2.5m，承載力：100~150kPa碾壓壓路機、推土機、羊足碾，分層鋪土，分層壓實。每層填土30~40cm，承載力：80~120kPa振動壓實對砂土、砂性雜填土很有效，有效深度：1.5m，承載力：100~200kPa加密法淺層壓密，一般用做地基表層處理Pneumatic

tired

rollerSheepsfoot

roller加密法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加密法3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(jì)；噪音加密法新發(fā)展：強夯置換法振動平板碾－級配砂或者砂、礫和粘性土的混合土Vibrating

plate

forhand

operation4

振動板壓密加密法二 深層擠密法(一)砂樁、土樁和灰土樁沉管：（錘擊沖擴(kuò)法）打入，加料，拔出； 振動,錘擊材料：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)，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!進(jìn)料口套管管嘴加密法砂樁管嘴砂樁SadHhs1e1hs143S

2A

=

a

0d23S2

p4

8A

=

a

-Hhs2e2hs2加密法23t

2

3t

2s

2s1-

d

4

=

4

8

1

+

e1

1

+

e2V

=

Vp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H 1/(1+

e1)固相體積Vs1=A1H/

(1+

e1)e1E22H 1/(1+

e

)Vs1=A2H/

(1+

e2)23t

243t

2

p4

8A

=A

=-

d砂樁Hhs1e1hs143S

2A

=

a

0d23S2

p4

8A

=

a

-Hhs2e2hs2加密法(二)振沖樁振沖樁(起源于德國,我國于

70年代引入)設(shè)備,振沖器d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20KN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)深層擠密法(3)填料 粗顆粒(粘細(xì)粒少);級配好;最大顆粒<50mm502010311)2(

D

)2(D(D

)2S

=

1.7++0~10

最好10~2020~3030~50

差>50

不宜(4)適用于松砂,素填土,雜填土和—般粘性土,不適用于淤泥和淤泥質(zhì)土加密法加密法樁間距設(shè)計已知：樁徑d，間距S，孔隙比e1；計算：擠密后孔隙比e2公式請自行推導(dǎo)S通常：d、e1已知，e2也可確定待定：間距S樁與土形成復(fù)合地基，其承載力可通過載荷試驗獲得振沖樁加密法例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁（1）t=90cm,d=40cm加密前e1=0.96,rd=1.379加密后e2=0.61,rd=1.679（15點平均）用公式（2）承載力，原狀土f0k=132kPa23

t

2

3

t

2

p-

d

4

=

4

8

1

+

e

1

1

+

e

2td樁土應(yīng)力比

n=

sp/

ss

=

3.48,

m=0.179,載荷試驗fk=228kPa,ss=158kPa,

sp

=550kPa;s/d=0.008.公式計算：fk=[1+m(n-1)]f0k=191kPa加密法第五節(jié) 預(yù)壓固結(jié)法(一)堆載預(yù)壓(二)降水預(yù)壓提高有效應(yīng)力wellpointsystem(三)真空預(yù)壓密封層預(yù)壓加固法預(yù)壓加固法堆載預(yù)壓降水預(yù)壓真空預(yù)壓適用于飽和軟粘土：淤泥及淤泥質(zhì)土、沖填土、填海（湖）造田。預(yù)壓原理：飽和土的固結(jié)，土的塑性原位自重應(yīng)力ss建筑物附加應(yīng)力sz預(yù)加壓力s

=(1.2~1.5)

st

zstDe2szDe1epssp

kPa變形eDe1ssstDe2sz加密法(一)堆載預(yù)壓1

預(yù)壓原理，原位自重應(yīng)力ss，建筑物附加應(yīng)力sz,預(yù)加壓力st=(1.2~1.5)sz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。st超固結(jié)土正常固結(jié)加密法堆載預(yù)壓21分級堆載豎向排水砂井、塑料排水板水平排水墊層堆載過快易失穩(wěn)預(yù)壓加固法真空預(yù)壓不會失穩(wěn)tstf

=

c

+stgja=0.5MPa-1

k=5·10-m厚7cm/sU=94%e0=1.0，

10t=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p

2p

2例單向滲流固結(jié)U

=1

-

8

e-4

Tv不透水層加密法2

預(yù)壓歷時和加速排水方法不透水層d0砂井預(yù)壓固結(jié)固結(jié)度計算（砂井）預(yù)壓加固法dwdwdew=

a

2(b

+d)pd排水板堆載預(yù)壓的加載速率預(yù)壓加固法KfqK0p￠(p)不排水ptDu

=

B[Ds3

+

A(Ds1

-Ds3

)]預(yù)壓加固法可以分解成兩個方向的固結(jié)問題疊加（

Carrillo

）+

+?2u

=

cv￠?u

?u

1

?2u

?t

?r

r

?r

2

?z

2

+2?2u

?r

r

?r=

cvr

?u

?u

1?t?u

?2u=

cvz?t

?z

2ccwwg

ag

avrvz=

kr

(1+

e0

)=

kz

(1+

e0

)三維滲流固結(jié)問題其中預(yù)壓加固法evrrd

2c

tT

=U

zt

=

f

(Tv

)其中U

rt=

f

(Tr

,

n)H

2c

tTv

=

vz

wwr

d=

den

=

re求解，得到Ut

=1-

(1-U

zt

)(1-U

rt

)—固結(jié)度—井徑比查表5-7增加井徑dw與減小間距ed

哪個有效？新加坡人工填海Depositing

sand

吹砂砂井預(yù)壓固結(jié)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，等效直徑pd

=

a

2(

b

+

d

)

,

a

=

0

.75

~ 1

.0p砂井預(yù)壓固結(jié)Area

Installed

with

Vertical

Drains

塑料排水板區(qū)砂井預(yù)壓固結(jié)Application

of

Surcharge

加載過快會失穩(wěn)砂井預(yù)壓固結(jié)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22v1）微分方程－軸對稱?u''

?u

1?2

u

?2

u

=

c+

+?t?r

r

?r

?z2vr?u

?2

u=

c?t

vz?z2

?u

1?2

u

=

c+?u?t?r

r

?rvzwvrwcg

ag

ak

(1

+

e

)=

z

0kr

(1

+

e0

)c

=砂井預(yù)壓固結(jié)4

砂井預(yù)壓固結(jié)度計算2）

微分方程的解24

8

8vztrtepp

2-

TU

=

1

--

TrU

=

1

-

e

f

(

n)2ecvz

tHcvr

tTv

=Tr

=

d

2按各自的邊界條件分別求解，公式5－18，積分后得到，假設(shè)

1

-U

=

(1

-U

)(1

-U

)zt

rtn24n23n2

-1f

(n)

=

ln(n)

-n2

-1n為井徑比=d

/de

w砂井預(yù)壓固結(jié)De有效直徑1.05Sa(三角),1.13Sa

(正方)上例中dW=25cm,

D=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(yù)壓固結(jié)vzvrec

tH

2c

td

2Tv

=Tr

=(二)

降水預(yù)固結(jié) 基坑設(shè)計坑底底降水深度坑D坑底降水線板樁降水預(yù)壓固結(jié)原理gzg’z降水預(yù)壓固結(jié)預(yù)壓加固法s￠-u真空預(yù)壓固結(jié)（三）真空預(yù)壓為什么降水預(yù)壓和真空預(yù)壓不會引起土體破壞。堆載預(yù)壓則可能由于速度太快而造成地基破壞？思考題預(yù)壓固結(jié)的加載速率快加載—不排水—破壞分級慢—排水—達(dá)到密實固結(jié)KfqK0降水p’

p總應(yīng)力路徑不排水pt小結(jié)淺層：碾壓、深層：預(yù)制混凝土樁，沉管，振沖等預(yù)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(fù)合地基，擠密后的承載力計算砂井排水預(yù)壓固結(jié)計算第六節(jié)膠結(jié)法化學(xué)加固方法灌漿法高壓噴射（旋噴）注漿法深層攪拌法冷熱處理方法凍結(jié)法燒結(jié)法第六節(jié) 膠結(jié)法灌漿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/d85?10~15,85%的灌漿材料充填適用于礫石,粗砂，用以防滲，灌注樁加固灌漿法常用材料：水泥或粘土水泥漿液；化學(xué)材料：聚氨脂丙烯酰胺類（丙凝）有毒性硅酸鹽類（水玻璃）氫氧化鈉溶液（堿液）灌漿方法滲透