第四章地基处理(4.15)

1、第四章第四章 地基处理地基处理2016年4月11日4.1 概述概述浅基础：当承载力、沉降、液化、浅基础：当承载力、沉降、液化、冻胀不满足设计要求冻胀不满足设计要求(1) 采用深基础、桩基础采用深基础、桩基础(2) 处理地基土、改善土性处理地基土、改善土性一一 、地基处理的目的、地基处理的目的1 提高土的强度提高土的强度:地基承载力地基承载力2 增加土的刚度增加土的刚度:减少地基沉降量减少地基沉降量3 改善地基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)防渗防渗,堤坝堤坝,闸基闸基,池池(湿陷湿陷,膨胀性土膨胀性土) (2)排水排水:软基固结渗流软基固结渗流,挡土墙排水挡土墙排水 (3)渗透稳定性渗

2、透稳定性:长江大堤的管涌长江大堤的管涌,流土流土.采用反采用反滤滤 (4)抗冻性抗冻性:实质是渗透性实质是渗透性,减少毛细现象减少毛细现象,加强加强排水排水4 改善抗震性能改善抗震性能:(1)液化液化:加密加密,围封围封; (2)震陷震陷:干松砂和溶洞。干松砂和溶洞。哪些土需要处理？哪些土需要处理？n淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土n泥炭泥炭,泥炭质土泥炭质土n填土填土,回填土回填土n松砂松砂n区域性土区域性土二、软土和特殊土地基二、软土和特殊土地基2.1淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土(1)定义定义淤泥土孔隙比淤泥土孔隙比 e1.5, l (Il1.0)淤泥质土孔隙比淤泥质土孔隙比 e=1.

3、01.5, l (Il1.0)(2)土性土性*高含水量高含水量 =4090% 甚至甚至 100%*高压缩性高压缩性 a 0.53.0Mpa-1*高流变性高流变性 : 次固结量随时间增加次固结量随时间增加*低强度低强度 Cu 1.5, l (Il1.0),有机含量有机含量 30%泥炭质土泥炭质土 e=1.01.5, l (Il1.0)有机含量有机含量10-30%n土性土性*高含水量高含水量 *高压缩性高压缩性, 快快, 不均匀不均匀* 高流变性高流变性 *低强度低强度 Cu 30 kPa*高渗透性高渗透性2.3 填土填土,回填土回填土n杂填土杂填土:建筑垃圾，填埋，不均匀，不稳定建筑垃圾，填埋，

4、不均匀，不稳定n冲填土冲填土:细细 欠固结欠固结素填土：砾石，砂，粉土，粘性土素填土：砾石，砂，粉土，粘性土2.4松砂松砂Dr 0.85 易液化，振陷易液化，振陷2.5 区域性土区域性土 湿陷性黄土：湿陷性黄土：广泛分布，大孔隙，高结构强度广泛分布，大孔隙，高结构强度膨胀土：蒙特石含量高膨胀土：蒙特石含量高 冻冻 土土： 冻胀性冻胀性三、地基处理方法分类三、地基处理方法分类4.2 换土垫层法换土垫层法4.3 夯实法夯实法4.4 加密法加密法4.5 化学加固法化学加固法原则：技术经济原则：技术经济4.2 换土垫层法换土垫层法1 垫层法垫层法1.1 材料材料 (1)堆石堆石,块石块石,毛石毛石,抛

5、石挤淤抛石挤淤(2)砾砾,中粗砂中粗砂,振动压实振动压实,防冻防冻,防液化防液化,加速固结加速固结(3)灰土灰土,三合土三合土(有一定胶结有一定胶结)灰土灰土2:8,3:7, 土土-粉土粉土,粉质粘土粉质粘土;三合土三合土:灰土灰土,灰渣及碎砖瓦灰渣及碎砖瓦(4)工业废渣工业废渣:粉煤灰粉煤灰,矿渣矿渣(5)素土素土:Ip=1017,湿陷性黄土换除湿陷性黄土换除,分层垫入分层垫入,压实压实 b 回填土回填土2 垫层法的适用性垫层法的适用性(1)软粘土和淤泥软粘土和淤泥(2)湿陷性黄土湿陷性黄土 (3)填土填土,一般粘性土承载力低一般粘性土承载力低3 垫层设计垫层设计 (确定断面的合理厚度与宽度

6、确定断面的合理厚度与宽度) 人工持力层人工持力层,因此要对软弱下卧层验算因此要对软弱下卧层验算(1)持力层承载力持力层承载力 p fa, 确定材料及密度确定材料及密度(2)深度设计深度设计 一般要求一般要求0.5m垫层的扩散和技术的要求垫层的扩散和技术的要求 10 kg, 100cm12t, 34m10t 40t,落距落距640 m 4.3 夯实法夯实法Heavy tamping适用范围：Sr60%的湿陷性黄土处理厚度：重夯法 12m 强夯法 36m(1)强夯机理强夯机理 :动态能量动态能量, 波的传播和固波的传播和固结结; (2)深层加密深层加密 M(KN),h(m),k=510. (3)适

7、用于砾、砂、非饱和粉土和粘性适用于砾、砂、非饱和粉土和粘性土土10/MhkH =降低压缩性，提高强度降低压缩性，提高强度1碾压碾压1.1 振动平胎碾砾石振动平胎碾砾石羊足碾粘性土或粉土羊足碾粘性土或粉土Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller4.4 加密法加密法平滑鼓型振动碾平滑鼓型振动碾 Vibrocompaction for sand振动平板碾级配砂或者砂、砾振动平板碾级配砂或者砂、砾和粘性土的混合土和粘性土的混合土Vibrating plate for hand operationVibrating rollers produce high comp

8、action in a well-graded sand and in a clay, sand and gravel mixture1.2爆破爆破n振动引起液化，在爆炸和重力作振动引起液化，在爆炸和重力作用下振密到更稳定的结构用下振密到更稳定的结构n适合于干净的松砂、粉砂适合于干净的松砂、粉砂 Dr = 0.50.6. n加密有时效性加密有时效性2 深层挤密法深层挤密法2.1挤密法种类挤密法种类(1) 预制桩：预制桩：楔形桩楔形桩,混凝土混凝土,木木,1.54.0m, =512o,很少用了很少用了(2 ) 沉管挤密桩沉管挤密桩 (a)沉管沉管:封口或者活瓣封口或者活瓣,打入打入,加料加料,拔

9、出拔出.振动振动,锤击锤击 (b)材料：土桩材料：土桩(原状土粉原状土粉,粉质粘土再夯入粉质粘土再夯入);灰灰土桩土桩,砂石桩砂石桩;夯实水泥土桩，二灰桩夯实水泥土桩，二灰桩(加粉加粉煤灰煤灰)，柱锤冲扩法，柱锤冲扩法 (c)适用于填土适用于填土,松砂松砂,湿陷性黄土湿陷性黄土,一般粘性土一般粘性土Sr60%.砂桩3 振冲桩振冲桩 (起源于德国起源于德国,我我国于国于70年代引入年代引入)(1)设备设备,振冲器振冲器d=270420mm,l=23m, G=820KN(2)原理原理:振动偏心轮旋转振动偏心轮旋转,振动加密振动加密,使颗粒移动使颗粒移动 冲冲:高压水从中间穿过高压水从中间穿过,土颗

10、粒振浮液化固结土颗粒振浮液化固结(3)填料填料 粗颗粒粗颗粒(粘细粒少粘细粒少);级配好级配好;最大颗粒最大颗粒50 不宜不宜(4)适用于松砂适用于松砂,素填土素填土,杂填土和一般杂填土和一般粘性土粘性土,不适用于淤泥和淤泥质土不适用于淤泥和淤泥质土振冲器振冲器深层挤密法小节深层挤密法小节施工方法：沉管，振冲等施工方法：沉管，振冲等材料：砂石桩、夯实水泥土桩，灰土挤密材料：砂石桩、夯实水泥土桩，灰土挤密 桩，土桩，柱锤冲扩桩桩，土桩，柱锤冲扩桩由这些挤密方法形成的桩与原地基土一由这些挤密方法形成的桩与原地基土一起构成起构成复合地基复合地基挤密法规范要点1 、在处理深度内，分层取样测定挤密土及孔

11、内填料的湿陷性及压缩性；2 、在现场进行静载荷试验或其他原位测试。挤密桩的适用范围n灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为可处理地基的深度为515m。当以消除地基土。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。当地基土的要目的时，宜选用灰土挤密桩法。当地基土的含水量大于含水量大于24%、饱和度大

12、于、饱和度大于65%时，不宜选时，不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法。用灰土挤密桩法或土挤密桩法。n采用土桩或灰土桩处理后形成的复合地基的承采用土桩或灰土桩处理后形成的复合地基的承载力标准值：土桩挤密：不应大于处理前的载力标准值：土桩挤密：不应大于处理前的1.4倍且不大于倍且不大于180 kPa灰土桩挤密：不应大于处理灰土桩挤密：不应大于处理前的前的2倍且不大于倍且不大于250 kPa梅花形梅花形td正方形正方形td4 预压固结法预压固结法预压原理预压原理，原位自重应力，原位自重应力 cz，建筑物附加，建筑物附加应力应力 z, 预加压力预加压力 t=(1.21.5) z 变形变形 t e2ep

13、z e1 cz强度强度适用于饱和软粘土（适用于饱和软粘土（1）淤泥及淤泥质土）淤泥及淤泥质土（2）冲填土（）冲填土（3）填海（湖）造田。）填海（湖）造田。 超固结土超固结土正常固结正常固结具体应用：具体应用：（1）利用施加预压荷载，使地基土排水固结强度增长来）利用施加预压荷载，使地基土排水固结强度增长来提高地基的承载力和稳定性；提高地基的承载力和稳定性；（2）利用加载预压，卸去荷载，再建造建筑物，以减少）利用加载预压，卸去荷载，再建造建筑物，以减少过大沉降或工后沉降。过大沉降或工后沉降。基本条件：基本条件：（1）足够的预压荷载；）足够的预压荷载；（2）良好的排水固结条件和充分的排水固结时间）良

14、好的排水固结条件和充分的排水固结时间 预压方法预压方法（1）堆载预压）堆载预压（2）降水预压）降水预压 增加有效应力增加有效应力（3）真空预压）真空预压 密封层密封层基坑降水预固结基坑降水预固结设计坑底设计坑底坑底降水深度坑底降水深度D坑底降水线坑底降水线板桩板桩z降水预压降水预压z -u真空预压真空预压排水砂垫层排水砂垫层袋装砂井袋装砂井(或塑料排水带或塑料排水带)出膜口出膜口加密法小节浅层：碾压浅层：碾压深层：爆破、强夯深层：爆破、强夯 预制混凝土桩，沉管，振冲等预制混凝土桩，沉管，振冲等 预压固结预压固结由深层挤密形成桩体与地基土构成由深层挤密形成桩体与地基土构成复合地复合地基基 4.5

15、 化学加固化学加固 将化学浆液（水泥浆、水玻璃等）注入或掺入将化学浆液（水泥浆、水玻璃等）注入或掺入土层来加固地基土层来加固地基 有多种方法，常用有如下几类：有多种方法，常用有如下几类：一一. . 灌浆法灌浆法 二二. . 高压旋喷注浆法高压旋喷注浆法三三. . 深度搅拌法深度搅拌法1. 水泥或粘土水泥灌浆水泥或粘土水泥灌浆方法方法：成孔后注浆，或将注浆管击入土层注浆，：成孔后注浆，或将注浆管击入土层注浆，工艺有多种，不详述工艺有多种，不详述.只能注入粗粒土层或基岩裂缝，主要作用是形成只能注入粗粒土层或基岩裂缝，主要作用是形成防渗帷幕（因粗粒土承载力一般不低）。防渗帷幕（因粗粒土承载力一般不低

16、）。用高压劈裂灌浆，可加固软土层（细粒）。用高压劈裂灌浆，可加固软土层（细粒）。可灌条件：可灌条件：略大于略大于1 1不行，会有群粒阻塞）不行，会有群粒阻塞）又由统计又由统计： D Dp p = e= ee eD D D D 粒径；粒径； e ee e 有效孔隙比，对砂砾约为有效孔隙比，对砂砾约为0.20.21510dD =另外要有好的流动性，还不能很快沉淀析水，水另外要有好的流动性，还不能很快沉淀析水，水泥浆还有初凝时间（泥浆还有初凝时间（2 24 4小时）小时）1510/8515=dDN2. 其它化学材料灌浆其它化学材料灌浆有多种，好的浆液：有多种，好的浆液： 1 1）可灌性高；可灌性高；

17、2 2）可控制凝固时间；）可控制凝固时间； 3 3）强度高；）强度高；4 4）耐久性；）耐久性；5 5）无毒、无污）无毒、无污染染多用硅酸盐类（多用硅酸盐类（水玻璃水玻璃），价格低，渗入性较好，），价格低，渗入性较好，无毒无毒单液法胶结慢，扩散范围大，但一般强度低单液法胶结慢，扩散范围大，但一般强度低单液法：只灌注氢氧化钠单液法：只灌注氢氧化钠双液法：氢氧化钠溶液与氯化钙溶液轮番灌注加固双液法：氢氧化钠溶液与氯化钙溶液轮番灌注加固二、高压旋喷注浆法二、高压旋喷注浆法 高压喷射，破坏土体，使浆高压喷射，破坏土体，使浆土混合土混合。三种方法：三种方法：1)1)单管法单管法：仅喷浆、旋转、：仅喷浆、

18、旋转、提升；桩径提升；桩径0.50.50.8m0.8m2）双管法双管法：同心管，外气内浆；桩径：同心管，外气内浆；桩径1 12m2m3）三管法三管法：气、水、浆；桩径更大：气、水、浆；桩径更大施工顺序：施工顺序：桩复合地基计算桩复合地基计算：大体同前：大体同前三、深层搅拌法三、深层搅拌法用水泥浆，亦可用石灰粉末（用水泥浆，亦可用石灰粉末（12%12%后效果不后效果不再增大）。用于饱和粘土。再增大）。用于饱和粘土。 4.5 托换、纠偏简介托换、纠偏简介 托换托换：既有建筑，当原设计不当或要加层、或：既有建筑，当原设计不当或要加层、或其他原因，对其地基进行处理或对其基础进行其他原因，对其地基进行处

19、理或对其基础进行加固。加固。 由托换定义知，由托换定义知，“纠偏纠偏”属于托换，所以题目属于托换，所以题目应仅称托换。应仅称托换。托换分类：托换分类：1)1) 补救性托换补救性托换：地基、基础出现问题后的处理：地基、基础出现问题后的处理2) 预防性托换预防性托换：拟建地下工程（地下隧道、基：拟建地下工程（地下隧道、基坑）会影响既有建筑时，对后者采取的地基坑）会影响既有建筑时，对后者采取的地基基础加固措施基础加固措施3) 维持性托换维持性托换：事先在建筑基础上设置预顶：事先在建筑基础上设置预顶升设备，以在事后出现较大差异沉升设备，以在事后出现较大差异沉 降时进降时进行处理行处理 早期应用实例早期

20、应用实例：英国英国WinchesterWinchester大教堂，建成后持续沉降了大教堂，建成后持续沉降了900900年，因持力层软（泥炭、粉土）。本世纪初，潜年，因持力层软（泥炭、粉土）。本世纪初，潜水工在水下挖除软土，用混凝土包填实来托换。水工在水下挖除软土，用混凝土包填实来托换。至今在教堂里有关于托换的纪念碑。至今在教堂里有关于托换的纪念碑。 目前托换工程很多，因地下工程多，扩建加层工目前托换工程很多，因地下工程多，扩建加层工程在增多。程在增多。 难度大，要求既懂结构，又懂岩土，清楚概念原难度大，要求既懂结构，又懂岩土，清楚概念原理。要注意监测。理。要注意监测。托换方法简介：托换方法简介： 基础加宽托换基础加宽托换： 坑式托换坑式托换：基础旁挖：基础旁挖坑，再挖至基础下坑，再挖至基础下（仅一小段，例如（仅一小段，例如1