地基处理及桩基新技术

1、地基处理及桩基新技术地基处理及桩基新技术山东建筑大学土木工程学院山东建筑大学土木工程学院 孔军孔军地基处理的概念：地基处理的概念：若天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求，则必须事先经若天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求，则必须事先经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。（把软土换掉）（把软土换掉）换填法换填法（把软土加固）（把软土加固）复合桩体法复合桩体法地基处理基本概念地基处理基本概念地基不良引发的工程事故地基不良引发的工程事故地面沉降引起的房屋开裂地面沉降引起的房屋开裂加拿大特兰斯康纳谷仓的地基破坏情况加拿大特

2、兰斯康纳谷仓的地基破坏情况地基不良引发的工程事故地基不良引发的工程事故比萨斜塔比萨斜塔因流砂引起的上海地铁工地地面沉降因流砂引起的上海地铁工地地面沉降地基处理的目的地基处理的目的地基处理的对象地基处理的对象地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法回 填 粘 土塑 料 排 水 板围 堰真 空 泵循 环 水 箱原 地 面 标 高围 堰围 堰膜 上 覆 水 密 封真 空 膜排 水 抽 真 空 管 路 系 统砂 砂 砾 垫 层真 空 预 压 剖 面 示 意 图回 填 粘 土三、地基处理方法三、地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法地基处理方法e)f)c)d)a

3、)b)地基处理方法地基处理方法三、地基处理方法三、地基处理方法地基处理方法地基处理方法1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1.11.1.1概述概述分类：分类：排水固结法排水固结法适用范围：适用范围：大面积地基处理大面积地基处理1.1.21.1.2基本原理基本原理1 1、真空预压基本原理：、真空预压基本原理： 总应力不变，孔隙水压力降低，有效应力增加。总应力不变，孔隙水压力降低，有效应力增加。u理论上真空设备只能够理论上真空设备只能够降低一个大气压降低一个大气压，工程上的等，工程上的等效荷载理论极限值为效荷载理论极限值为100kpa100kpa，现在的工艺水平能够达，现

4、在的工艺水平能够达到到8095kpa.8095kpa.1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术2 2、真空联合堆载预压法基本原理、真空联合堆载预压法基本原理 真空预压压力不足或联合使用真空预压压力不足或联合使用。堆载在地基产生的附加应。堆载在地基产生的附加应力和真空预压时降低的孔隙水压力，均转化为新增的有效力和真空预压时降低的孔隙水压力，均转化为新增的有效应力。应力。此方法此方法总应力发生变化总应力发生变化。1.1.31.1.3真空预压法设计真空预压法设计设计参数选取、排水系统设计、抽气系统设计、验证满设计参数选取、排水系统设计、抽气系统设计、验证满足设计荷载所需的强度、固结

5、时间、工后沉降等。足设计荷载所需的强度、固结时间、工后沉降等。1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1.41.1.4施工技术施工技术1 1、施工设备：、施工设备：抽真空装置、吸水管、密封膜、出膜装置、抽真空装置、吸水管、密封膜、出膜装置、粘土帷幕墙的施工机械。粘土帷幕墙的施工机械。2 2、施工工序及流程：、施工工序及流程：平整场地平整场地铺设砂垫层铺设砂垫层打设排水板打设排水板开挖密封沟开挖密封沟布设布设吸水管吸水管铺设密封膜铺设密封膜安装真空泵安装真空泵抽真空抽真空停泵卸载。停泵卸载。1.1.51.1.5技术特点技术特点加载快、固结快、变形均匀沉降量大、抗剪强度增长快

6、，加载快、固结快、变形均匀沉降量大、抗剪强度增长快，周边环境影响小。周边环境影响小。1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术实例：1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固

7、软土地基技术1.1真空预压法加固软土地基技术真空预压法加固软土地基技术1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术强夯强夯强夯是利用强大的夯击能给地基一冲击强夯是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中力，并在地基中产生冲击波产生冲击波，在冲击力，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进对周围土进行动力挤压行动力挤压 大块石高填方强夯是在抛石填海技术的大块石高填方强夯是在抛石填海技术的启发下，通过启发下，通过“大块石填筑骨架强制压大块石填筑骨架强制压缩缩冲切挤密冲切挤密震动填隙震动

8、填隙”过程加固地过程加固地基。基。强夯的三种加固机理强夯的三种加固机理: :v动力密实动力密实q动力荷载减小土孔隙，提高强度动力荷载减小土孔隙，提高强度q加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土v动力固结动力固结q局部产生裂缝，增加排水通道局部产生裂缝，增加排水通道q处理细颗粒饱和土处理细颗粒饱和土q超孔隙水压力消散，土体固结超孔隙水压力消散，土体固结v动力置换动力置换q加密、碎石墩置换、排水的组合加密、碎石墩置换、排水的组合q地基土的类别地基土的类别q强夯施工工艺强夯施工工艺1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处

9、理大块石高填方地基技术v单点夯击能单点夯击能机械设备的选择机械设备的选择v最佳夯击能最佳夯击能试夯试夯v夯击遍数夯击遍数土层性质土层性质v间歇时间间歇时间土层性质土层性质v加固范围加固范围基础尺寸和场地特点基础尺寸和场地特点v夯点布置夯点布置夯实效果夯实效果经强夯加固后，该土层经强夯加固后，该土层强度和变形强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。等指标能满足设计要求的土层范围。 整个加固场地的总夯击能量整个加固场地的总夯击能量( (即即锤重锤重落距落距总夯击数总夯击数) )除除以加固面积以加固面积称为单位夯击能称为单位夯击能 10hWH1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地

10、基技术在最佳夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压在最佳夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，避免土体破坏。力达到土的自重压力，避免土体破坏。夯击遍数应根据地基土的性质确定，对于渗透性夯击遍数应根据地基土的性质确定，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯最后再以低能量满夯2 2遍，遍，满夯还可采用轻锤或满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。低落距锤多次夯击，锤印搭接。1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3强夯处

11、理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术 强夯夯点的间距通常为强夯夯点的间距通常为5-9m5-9m，其中第一遍夯击点间距，其中第一遍夯击点间距可取夯可取夯锤直径的锤直径的2.52.53.53.5倍，倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。以后各遍夯击点间距可适当减小。后各遍夯击点间距可适当减小。 1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3.21.3.2主要技术内容主要技术内容1 1、基底基岩面上覆土层处理：、基底基岩面上覆土层处理：原地面整治、原地面处理。原地面整

12、治、原地面处理。2 2、挖填界面处的处理：、挖填界面处的处理：超挖设置褥垫层，调整不均匀沉降。超挖设置褥垫层，调整不均匀沉降。3 3、大块石高填方的填筑施工：、大块石高填方的填筑施工：填料级配：填料级配：(1)(1)分层填筑：分层厚度分层填筑：分层厚度4m4m，分，分3434个亚层（小于个亚层（小于1.51.5米）堆填。米）堆填。(2)(2)强夯施工参数：强夯施工参数： 1) 1)夯锤夯锤: :锤底面直径锤底面直径D=2.22.6mD=2.22.6m，锤重，锤重150250KN150250KN。 2 2）夯击次数）夯击次数：级配好：级配好CuCu1010，夯击次数，夯击次数12141214次；

13、次； 5 5CuCu 1010，夯击次数，夯击次数14161416次；次；3 3）夯击点间距及夯击遍数：）夯击点间距及夯击遍数：应有设计确定。分层厚度小于应有设计确定。分层厚度小于5m5m的，可以单的，可以单遍夯，夯击点间距（遍夯，夯击点间距（1.521.52）D D，填筑层顶面，主夯坑用推土机天平，应用，填筑层顶面，主夯坑用推土机天平，应用低能量级（低能量级（5001000kN.m5001000kN.m）满夯一遍，夯击次数）满夯一遍，夯击次数24.24.4 4）地基有效加固深度：）地基有效加固深度：单击夯击能量单击夯击能量3000kN.m3000kN.m，夯击次数，夯击次数12161216，

14、有效，有效加固深度加固深度4.04.2m4.04.2m；夯击；夯击3737次，地基加固有效深度次，地基加固有效深度2.53m2.53m。1.3.31.3.3设计要点设计要点1 1）填筑材料的颗粒级配和填筑施工方法的比选；）填筑材料的颗粒级配和填筑施工方法的比选；2 2）大块石料分层填筑：厚度）大块石料分层填筑：厚度4m4m。3 3）大块石混合料（如）大块石混合料（如3:73:7土石混合料）分层填筑：厚度土石混合料）分层填筑：厚度4m4m。1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3强夯处理大块石高填方地基技术强夯处理大块石高填方地基技术1.3.41.3.4施工要点及加固

15、效果监测施工要点及加固效果监测施工要点：施工要点：填土分层填筑施工：填土分层填筑施工： 1 1）做好场地防、排水；清表及挖填交界处的搭接；）做好场地防、排水；清表及挖填交界处的搭接； 2 2）控制填料级配及含水率；）控制填料级配及含水率； 3) 3)控制分层填筑厚度。控制分层填筑厚度。强夯施工：强夯施工： 1) 1)控制夯击沉降量的同时，要考虑夯击间隔时间；控制夯击沉降量的同时，要考虑夯击间隔时间； 2 2）施工机具必须满足施工参数设计要求。）施工机具必须满足施工参数设计要求。加固效果监测：加固效果监测：分层密度试验、地面夯沉量测量。分层密度试验、地面夯沉量测量。1.3.51.3.5技术特点技

16、术特点工期缩短、地基加固效果明显、节约投资。工期缩短、地基加固效果明显、节约投资。1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5.11.5.1概述概述即水泥（即水泥（C Cementement）、粉煤灰（）、粉煤灰（F Flyashlyash）、碎石（）、碎石（G Gravelravel）桩，是在碎）桩，是在碎石桩中加入石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和制成的一种石桩中加入石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和制成的一种具有高粘结具有高粘结强度的半刚性桩。强度的半刚性桩。和基础之间设置和基础之间设置褥垫层褥垫层，桩和桩间土及褥垫层构成，桩和桩间土及褥垫层构成复合地基。复合地基。目的作用：提高地基承载

17、力、减小地基沉降。目的作用：提高地基承载力、减小地基沉降。适应范围：适用于处理粘性土、粉土、砂土和已完成自重固结的素填适应范围：适用于处理粘性土、粉土、砂土和已完成自重固结的素填土。土。1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术提高承载力的机理：提高承载力的机理：（1 1）桩体置换作用：）桩体置换作用： 桩材置换原土层；桩材置换原土层； 桩向深部传递荷载。桩向深部传递荷载。（2 2）褥垫层的调整均化作用：）褥垫层的调整均化作用：（3 3）挤密作用：）挤密作用：1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5.21.5.2水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计1 1、承

18、载力计算、承载力计算影响因素：影响因素：1 1）施工时土的扰动）施工时土的扰动; 2); 2)桩距桩距; 3; 3）桩和桩间土的承载力发）桩和桩间土的承载力发挥与沉降变形有关挥与沉降变形有关; ;4 4）复合地基承载力与褥垫层厚度有关。）复合地基承载力与褥垫层厚度有关。由桩体承载力和桩间土承载力组成，应通过复合地基现场载荷试验由桩体承载力和桩间土承载力组成，应通过复合地基现场载荷试验确定，可按照下式确定。确定，可按照下式确定。skPaspkfmARmf11.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术其中其中（1 1）单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值RaRa的取值规定：的取值规定： 1

19、1）试桩：极限承载力除以）试桩：极限承载力除以2 2， 2 2）规范公式计算：）规范公式计算：isiapppaalquAqRPacuARf3（2 2）桩体试块强度：）桩体试块强度：1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术2 2、变形计算、变形计算采用复合模量法。采用复合模量法。沿用分层综合法公式计算。沿用分层综合法公式计算。)()(11101111021iiiinisiiiiininisiiczzEpzzEpss主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5.31.5.3施工技术施工技术

20、1 1、施工方法：、施工方法：1 1）钻孔灌注成桩法；）钻孔灌注成桩法；2 2）长螺旋钻孔管内泵压）长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩法；混合料灌注成桩法；3 3）振动沉管灌注成桩法。）振动沉管灌注成桩法。1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术主要技术指标参数参数指标指标参数参数指标指标地基承载地基承载力力设计要求设计要求桩间距桩间距设计要求，设计要求，3535倍桩径倍桩径桩径桩径350600mm350600mm桩垂直度桩垂直度1.5%1.5%桩长桩长设计要求设计要求褥垫层褥垫层宜用中、粗砂或碎石；宜用中、粗砂或碎石；粒径粒径30mm30mm，厚度厚度150300mm150300mm，夯

21、填度夯填度0.90.9。桩身强度桩身强度设计要求，设计要求，C15C151.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.5水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩)复合地基技术1.6夯实水泥桩复合地基技术1.6.11.6.1概念：夯实水泥桩复合地基是利用概念：夯实水泥桩复合地基是利用土和水泥的混合料土和水泥的混合料，在成，在成孔中分层孔中分层夯实成桩体夯实成桩体，上，上设褥垫层设褥垫层，形成的复合地基，是一种中，形成的复合地基，是一种中等粘结强度桩。等粘结强度桩。适用范

22、围：适用范围：淤泥质土、素填土、粉土、粉质粘土等，水位下降水淤泥质土、素填土、粉土、粉质粘土等，水位下降水后也可使用。后也可使用。优点：优点：桩身强度均匀、施工机具简单、施工速度快、造价低、桩身强度均匀、施工机具简单、施工速度快、造价低、无污染等。无污染等。提高承载力的机理：提高承载力的机理：1 1、对桩间土的挤密；、对桩间土的挤密；2 2、夯实的桩体强度较、夯实的桩体强度较高。高。1.6.21.6.2水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计1 1、承载力计算、承载力计算aPkspfmARmf1单桩承载力特征值单桩承载力特征值R R的取值：的取值：1 1）、理论取值：）、理论取

23、值：PKARR28kAqLqURPbisiPK/ )(2 2）、用静载荷试验得到的极限承载力确定）、用静载荷试验得到的极限承载力确定kRRuk1.6夯实水泥桩复合地基技术1.6夯实水泥桩复合地基技术2 2、变形计算、变形计算采用复合模量法。采用复合模量法。沿用分层综合法公式计算。沿用分层综合法公式计算。主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降)(2111211innisiiiniisiiihEphEpss1.6夯实水泥桩复合地基技术1.6.31.6.3复合地基的施工技术复合地基的施工技术1 1、施工机具：、施工机具：成孔机具：成孔机具：排土法成孔机具、挤土法排土法成孔机具、