土木(建筑)基础工程课件--_地基处理(第二讲)

1、2022-5-315.3 复合地基复合地基5.3.1 复合地基的概念与分类复合地基的概念与分类5.3.2 复合地基的作用机理复合地基的作用机理5.3.3 复合地基的破坏模式复合地基的破坏模式5.3.4 复合地基的有关设计参数复合地基的有关设计参数5.3.5 复合地基承载力确实定复合地基承载力确实定 5.3.6 复合地基变形计算复合地基变形计算2022-5-31开展概况开展概况复合地基复合地基Composite FoundationComposite Foundation一词一词, ,国外最早见于国外最早见于19621962年。年。复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的根底和

2、根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。初期 后来 主要指天然地基中设置碎石桩而形成的碎石桩复合地基 深层搅拌法和高压喷射注浆法的应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究 2022-5-31?复合地基定义的争论 复合地基是指两种刚度或模量不同的材料桩体复合地基是指两种刚度或模量不同的材料桩体和桩间土所组成，在相对刚性根底上两者共同分担上部和桩间土所组成，在相对刚性根底上两者共同分担上部荷载并协调变形包括剪切变形的地基。荷载并协调变形包括剪切变形的地基。砂石桩复合地基或水泥土桩复合地基根据桩体的刚度桩体与根底不相连与桩体刚度无关桩和桩间土共同承担

3、荷载根据其工作状态2022-5-31v5.3.1 5.3.1 复合地基的概念与分类复合地基的概念与分类一、复合地基的概念：一、复合地基的概念： 指天然地基在地基处理过程中局部土体被增指天然地基在地基处理过程中局部土体被增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区由基体天然地基土体和增强体两局部加固区由基体天然地基土体和增强体两局部组成的人工地基。组成的人工地基。二、复合地基的两个根本特点：二、复合地基的两个根本特点： 1.1.加固区是由增强体和其周围地基土两局部加固区是由增强体和其周围地基土两局部组成，是非均质和各向异性的；组成，是非均质和各向异

4、性的；2022-5-31 2.增强体和其周围地基土体共同承担荷载并协调变形。2022-5-312022-5-31三、复合地基的分类与形成条件三、复合地基的分类与形成条件1根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。均质人工地基水平向增强复合地基竖直向增强复合地基2022-5-312根据复合地基工作机理可作下述分类：水平向增强体复合地基刚性桩复合地基半刚性桩复合地基柔性桩复合地基粘结材料桩复合地基散体材料桩复合地基竖向增强体复合地基复合地基复合地基常用的形式水平向增强复合地基竖直向增强复合地基斜向增强复合地基长短桩复合地基2022-5-31地基复合地基桩基 的区别天然地

5、基复合地基桩根底2022-5-31四、我国复合地基技术开展：四、我国复合地基技术开展： 1990年 河北承德，由中国建筑学会地基根底专业委员会黄熙龄院士主持召开了我国第一次以复合地基为专题的学术讨论会。应用领域 高等级公路房屋建筑铁路堆场机场堤坝2022-5-31工业厂房地基2022-5-312022-5-31房屋建筑粉喷桩复合地基2022-5-31水下的碎石桩复合地基2022-5-31桩体作用垫层作用加速固结作用挤密作用加筋作用 v5.3.2 5.3.2 复合地基的作用机理复合地基的作用机理2022-5-31v桩体作用：复合地基是由许多独立桩体与桩周土桩体作用：复合地基是由许多独立桩体与桩周

6、土共同作用，由于桩体的刚度比周围土体大，在刚共同作用，由于桩体的刚度比周围土体大，在刚性根底底面产生等量变形时，地基中的应力将重性根底底面产生等量变形时，地基中的应力将重新分配，桩体产生应力集中而桩周土应力降低，新分配，桩体产生应力集中而桩周土应力降低，于是复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉于是复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所减小。降量有所减小。v垫层作用：复合地基的垫层可调节桩土相对变形，垫层作用：复合地基的垫层可调节桩土相对变形，防止荷载引起桩体应力集中，有效保证桩体正常防止荷载引起桩体应力集中，有效保证桩体正常工作。工作。2022-5-31v加速固结作用加速固结作用：散

7、体材料桩具有良好的透水性，可加速地基的固结。v挤密作用挤密作用：砂石桩等在施工过程中由于振动、挤压等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。v加筋作用：通过在土层中埋设强度较大的土工合加筋作用：通过在土层中埋设强度较大的土工合成材料、拉筋、受力杆件等到达提高地基承载力成材料、拉筋、受力杆件等到达提高地基承载力和整体刚度，减小沉降，或维持建筑物稳定的作和整体刚度，减小沉降，或维持建筑物稳定的作用。用。2022-5-31v5.3.3 5.3.3 复合地基的破坏模式复合地基的破坏模式刚性桩柔性桩，如石灰桩、水泥搅拌桩散体材料桩2022-5-31v5.3.4 5.3.4 复合地基的有关设计参数复合地基的有

8、关设计参数1.1.面积置换率面积置换率 在复合地基中，取一根桩及其所影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象。桩体的横截面面积Ap与该桩体所承担的复合地基面积Ae之比为复合地基面积置换率m，那么：22/peemAAdd式中：d-桩身平均直径； de-一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。2022-5-3122/peemAAdd过大或过小的结果？2022-5-31v等边三角形布桩：de=1.05sv正方形布桩：de=1.13ss、s1、s2分别为桩间距、纵向间距和横向间距。2.2.桩土应力比桩土应力比 在荷载作用下，设复合地基中桩体的竖向平均应力为 ，桩间土的竖向平均应力为 ，则桩土应力比n为：p

9、sspn/e1 2d =1.13 s s矩形布桩：2022-5-31 目前复合地基桩土应力比n的计算公式很多，但还没有一个完善的计算模式。例如模量比公式，其假定在刚性根底下，桩体和桩间土的竖向应变相等，即p=-s。于是，桩体上竖向应力p=Epp，桩间土竖向应力s=Ess，桩土应力比n的表达式为： n=p/s=Ep/Es 式中：Ep、Es分别为桩和桩间土的压缩模量。2022-5-31v3.复合压缩模量v 复合地基加固区由桩体和桩间土两局部组成，v呈非均质。在复合地基计算中，为了简化计算，将v加固区视作一均质的复合土体，那么与原非均质复合v土体等价的均质复合土体的模量称为复合地基的复v合压缩模量E

10、sp。v 一般按以下公式计算：(1)sppsEmEm E1(1)spsEm nE或2022-5-31v5.3.5 5.3.5 复合地基承载力确实定复合地基承载力确实定v 复合地基承载力一般应通过现场复合地基复合地基承载力一般应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时也可按复合求和法估荷载试验确定，初步设计时也可按复合求和法估算。算。v 关于复合地基荷载试验确定复合地基承载关于复合地基荷载试验确定复合地基承载力应按现行国家标准力应按现行国家标准? ?建筑地基处理技术标准建筑地基处理技术标准? ?JGJ79-2002JGJ79-2002的附录的附录A A进行。进行。v 这里仅介绍计算复合地基承载力

11、的复合求这里仅介绍计算复合地基承载力的复合求和法。复合求和法是先分别确定桩体的承载力和和法。复合求和法是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再根据一定的原那么叠加这两桩间土的承载力，再根据一定的原那么叠加这两局部承载力得到复合地基的承载力。局部承载力得到复合地基的承载力。2022-5-31v砂石桩散体材料桩复合地基承载力可按下式计算：(1)spkpkskfmfm f1(1)spkskfm nf/(1)spkapskfmRAm fv对小型工程的黏性土地基如无现场荷载试验资料，初步设计时也可按下式估算：v水泥土粉煤灰碎石桩水泥土类桩、混凝土类桩复合地基承载力可按 下式计算：2022-5-31v

12、式中：fspk、fpk、fsk分别为复合地基、桩体和桩间土承载力特征值kPa；v Ra 单桩竖向承载力特征值kN；v Ap 桩的截面积；v 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值。2022-5-31v5.3.6 5.3.6 复合地基变形计算复合地基变形计算v 在各类计算复合地基变形的方法中，通常把在各类计算复合地基变形的方法中，通常把复复v合地基沉降量分为两局部：复合地基加固区变形合地基沉降量分为两局部：复合地基加固区变形量量v和加固区下卧层变形量。和加固区下卧层变形量。21sss加固区压缩量 下卧层压缩量 2022-5-31 1、加固区压缩量计算方法、加固区压缩量计算方法 1复合模量法Ecs

13、法 sspscsEmmEE)1 ( 2应力修正法Es法pnmppss) 1(1 3桩身压缩量法Ep法pnmnpppp) 1(1 2、下卧层压缩量计算方法、下卧层压缩量计算方法1分层总和法 2022-5-312应力扩散法 该法假定复合地基顶面的荷载p在复合地基加固区内按压力扩散角传递。对于宽度为b长度为L的矩形荷载，设加固区厚度为h，那么作用在下卧层顶面上的附加应力为：(2 tan )(2 tan )hL b ppbhLh 2022-5-31 对宽度为b的条形荷载，仅考虑宽度方向的扩散，那么： 3等效实体法2 tanhb ppbh2022-5-315.4 5.4 排水固结法排水固结法排水固结法：

14、 它是采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。 主要用于处理软弱粘性土地基。2022-5-31 排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它可以解决以下两个方面问题： 1沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大局部或根本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大的沉降。 原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。2022-5-31 2稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从

15、而提高地基的承载力和稳定性。 原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。 2022-5-31 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，加固延续的时间越长。为加速土层的固结，最有效的方法是先增加土层的排水途径，缩短排水距离。然后分级加载预压(也可利用建筑物本身重)，使软土中孔隙加快排出水，地基土固结沉降加快完成，强度也得到相应提高，当土质条件较好时，也可在天然地基上直接加载预压。2022-5-31一、砂井堆载预压法一、

16、砂井堆载预压法 软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如以下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。 砂井堆载预压 2022-5-31砂井地基的设计砂井地基的设计1砂井的直径和间距： 砂井的直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期的要求。从原那么上讲，为到达相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即以“细而密为佳，不过，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径为300-500mm。砂井的间距可根据地

17、基土的固结特征和预定时间内所要求到达的固结度确定，间距可按为直径的6-8倍选用。2022-5-312砂井深度： 砂井深度主要根据土层的分布、地基中的附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。当软土不厚一般为10-20m时，尽量要穿过软土层到达砂层；当软土过厚超过20m,不必打穿粘土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。2022-5-31 3砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得

18、一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：等边三角形布置 llde05. 132正方形布置 llde128. 142022-5-314砂井的布置范围：由于在根底以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比根底范围大为好，一般由根底的轮廓线向外增加2-4m。 5砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于10-3cm/s。 6砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5 m-1 m。 2022-5-31二、袋装砂井和塑料排水板预压法二、袋装砂井和塑料排水板预压法

19、用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的根底上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，防止了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。2022-5-31 (一一)袋装砂井预压法袋装砂井预压法 目前国内应用的袋装砂井直径一般为70-120mm，间距为1.0m-2.0m(井径比n约取15-20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应

20、为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。 2022-5-31 袋装砂井的设计理论、计算方法根本与普通砂井相同，它的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，优点是：施工工艺和机具简单、用砂量少；它间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。2022-5-31袋装砂井2022-5-31多孔单一结构型塑料排水板 复合结构塑料排水板 2022-5-31塑料排水板2022-5-31塑料排水板施工2022-5-31施工后的塑料排水板2022-5-31三、天然地基堆载预压法三、天然地基堆载预压法 天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等设计荷载相等(或略大或略大)的预压荷载的预压荷载(如砂、土、石等如砂、土、石等重物重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形到达设计预期要求后，将预压荷