《软弱地基处理》PPT课件.ppt

3.3软弱地基处理,1.1 地基处理的目的和意义 地基指承受建（构）筑物荷载的地层。建（构）筑物的地基所面临的问题有以下四方面： （1）承载力及稳定性问题； （2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题； （3）渗透问题； （4）液化问题。,土木工程建设中，当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。(Ground Treatment或Ground Improvement) 天然地基是否需要进行地基处理取决于地基土的性质和建（构）筑物对地基的要求两个方面。,在土木工程建设中经常遇到的软弱土和不良土主要包括：软粘土、人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。 地基处理方法分类 1 换土垫层法 2 振密、挤密法 （1）表层压实法；（2）重锤夯实法； （3）强夯法；（4）振冲挤密法；（5）土桩与灰土桩法；（6）砂桩；（7）爆破法,3 排水固结法 （1）堆载预压法；（2）砂井法；（3）真空预压法；（4）降低地下水位法；（5）电渗排水法 4 置换法 （1）振冲置换法（碎石桩法）；（2）石灰桩法；（3）强夯置换法；（4）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法） 5 加筋法 （1）土工聚合物；（2）加筋土；（3）土层锚杆；（4）土钉；（5）树根桩法,6 胶结法 （1）注浆法；（2）高压喷射注浆法；（3）水泥土搅拌法 7 冷热处理法 （1）冻结法；（2）烧结法 处理方法选用原则：选用地基处理方法应力求做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。,地基处理方法很多，没有一种方法是万能的。对每一具体工程均应进行具体细致分析，从地基条件、处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。1 地基处理工程的特点 （1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥； （2） 每一项地基处理工程都有它的特殊性； （3） 地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。,地基处理工程的效果检验 对地基处理的效果检验,应在地基处理施工结束后一定时间再进行检验。效果检验的方法有：载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、取芯试验等。有时需要采用多种手段进行检验，以便综合评价地基处理效果。,二、换土垫层法 垫层的作用 (1）提高持力层的承载力； （2）减少沉降量； （3）加速软弱土层的排水固结； （4）防止冻胀； （5）消除膨胀土的胀缩作用。,垫层设计： 1 垫层的厚度的确定 垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求： 式中 pz 相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值（kPa）； pcz垫层底面处土的自重压力值（kPa）； faz 垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。 垫层厚度不宜小于0.5m,也不宜大于3m。,垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算： 对条形基础 对矩形基础 式中 b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； l 矩形基础底面的长度（m）； pk 相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）； pc基础底面处土的自重压力值（kPa）； z 基础底面下垫层的厚度（m）； 垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按下表采用。,压力扩散角：,2 垫层宽度的确定 垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式确定： 式中 垫层底面宽度（m）； 压力扩散角，按上表采用。 垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。,3 垫层材料的选用 1）砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重30的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。 2）粉质粘土。土料中有机质含量不得超过5，当含有碎石时，粒径不宜大于50mm。,3）灰土。体积配合比宜为2：8或3:7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜得消石灰，其颗粒不得大于5mm。 4） 粉煤灰。可用于道路、堆场和小型建筑物、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。 5） 矿渣。主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑物、构筑物地基。选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5,粉煤灰垫层,粉煤灰垫层适用于厂房、机场、公路和堆场等工程大面积填筑。 粉煤灰的工程特性 1）自重轻。松散重度67kN/m3，击实后干重度9.213.5 7kN/m3。 2）击实性能好。粉煤灰的最优含水量变动幅度是4，大于土的2的变动幅度。 3）抗剪强度。粉煤灰的抗剪强度指标与粉煤灰的灰种、剪切方法、压实系数大小和龄期长短有关。当压实系数为0.90.95时,粘聚力530kPa,内摩擦角2330度。,4）压缩性。当压实系数为0.90.95时,压缩模量为820MPa。 5）承载能力。对压实系数为0.90.95的浸水垫层,其承载力可采用120200kPa。 6）渗透性。粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，渗透系数在104105cm/s之间变化。 7） 抗液化性。粉煤灰经压实后不会发生液化。,垫层施工要点 1) 按密实方法分类，有机械碾压法、重锤夯实法和平板振动法。应根据不同的换填材料选择施工机械。 2) 垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。 3) 为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度，一般平碾为2km/h; 羊足碾为3km/h;振动碾为2km/h;振动压实机为0.5km/h。,质量检验,1) 对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法、贯入仪法、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探试验。 2 ) 垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。 3 ) 采用环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2/3处。检验点数量，对大基坑每50100m2不应少于1个检验点；对基槽每1020m不应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。 4 竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3点。,3、振冲法 利用振动和水冲加固土体的方法，适用于处理砂土、粉土、粘性土、素填土和杂填土等，不加填料适用于粘粒含量不大于10%的中、粗砂。 一、加固原理 对于砂土主要为振冲挤密。 粘性土地基（特别饱和软粘土），主要置换，构成复合地基。,初步设计时也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按下式估算： 等边三角形布桩 正方形布桩 矩形布桩 s、s1、s2分别为桩间距、纵向间距和横向间距。,对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料，初步设计时复合地基的承载力特征值也可按下式估算： 式中 n为桩土应力比，在无实测资料时，可取24，原土强度低取大值，原土强度高取小值。,复合土层的压缩模量可按下式计算： 式中 Esp复合土层压缩模量（ MPa）； Es 桩间土压缩模量（MPa），宜按经验取值，可取天然地基压缩模量。 n值当无实测资料时，对粘性土可取24，对粉土和砂土可取1.53，原土强度低取大值，原土强度高取小值。,桩长 桩长应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定： （1）当软土层不厚时，应穿透软土层； （2）当软土层较厚时，对按变形控制的工程，加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容许变形值的要求； （3）对按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面的深度； （4）在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定； （5）桩长不宜小于4m。,3 布桩范围 应根据建筑物的重要性和场地条件及基础形式而定。对一般基础，在基础外应扩大13排；对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m 。 4 桩间距 应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定，可用1.52.5m。 5 桩体材料 可用碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料，含泥量不得大于5%，最大粒径不宜大于50mm。,质量检验 （1）对粉质粘土地基间隔时间可取2128d，对粉土地基可取1421d。 （2）桩的施工质量可采用单桩载荷试验，检验数量为总桩数的0.5%，且不少于三根。桩体检验可用重型动力触探进行随机检验。对桩间土可用标准贯入、静力触探等进行检验。 （3）复合地基竣工验收，应采用复合地基载荷试验，数量不应少于总桩数的0.5%，且每个单体工程不应少于3点。,4、深层搅拌法 是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。 水泥土搅拌法分为深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30、或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。,加固机理 1 水泥的水解水化反应 2 土颗粒与水泥水化物的作用 （1）离子交换和团粒化作用 （2）硬凝反应 3 碳酸化作用 4 复合地基的应力传递作用。,.3 设计计算 （1）固化剂 宜选用强度等级为32.5级以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量宜为1220。 （2）桩长 宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。湿法加固深度不宜大于20m，干法加固深度不宜大于15m。 （3） 桩径 常用桩径500700mm。 （4）承载力,初步设计时按下式估算： 式中 Ra单桩竖向承载力特征值（kN）； Ap桩的截面积（m2）； 桩间土承载力折减系数。当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.10.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.50.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值。,单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。也可由下两式估算，取小值。 式中 与搅拌桩桩身水泥配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）； 桩身强度折减系数，干法可取0.200.30，湿法可取0.250.33； up 桩的周长（m）；,总桩数可按下式计算： 水泥土搅拌法的施工步骤为： （1）搅拌机就位、调平； （2）预搅下沉至设计加固深度； （3）边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面； （4）重复搅拌下沉至设计加固深度； （5）根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面； （6）关闭