第五章地基处理

1、第五章第五章 地基处理地基处理Ground improvement5.1 概述概述 浅基础,当承载力,沉降,液化,冻胀不满足设计要求(1) 采用深基础,桩基础(2) 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-地基承载力2 增加土的刚度-减少地基沉降量3 改善地基土的水力特性 (1)防渗,堤坝,闸基,池(湿陷,膨胀性土) (2)排水:软基固结渗流,挡土墙排水 (3)渗透稳定性:长江大堤的管涌,流土.采用反滤 (4)抗冻性:实质是渗透性,减少毛细现象,加强排水4改善抗震性能:(1)液化:加密,围封（水床）;(2)震陷:干松砂和溶洞.哪些土需要处理？淤泥土与淤泥质土淤泥

2、土与淤泥质土muck, mucky soil泥炭泥炭,泥炭质土泥炭质土Peat填土填土,回填土回填土Fill, backfill松砂松砂Loose sand区域性土区域性土Regional soil2 软土和特殊土地基软土和特殊土地基2.1淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil(1)定义淤泥土孔隙比淤泥土孔隙比 void ratio e1.5, l (Il1.0)淤泥质土孔隙比淤泥质土孔隙比 e=1.01.5,l (Il1.0)(2)土性*高含水量 =4090% even 100%*高压缩性 a 0.53.0Mpa-1*高流变性 : 次固结量随时间增加*低强度 Cu

3、0.5Mpa-1Cu 1.5,l (Il1.0),有机含量有机含量 30%(Beijing)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%土性*高含水量 *高压缩性, 快快, 不均匀不均匀* 高流变性 *低强度 Cu 30 kPa*高渗透性2.3 填土填土,回填土回填土Fill, backfill 杂填土杂填土Miscellaneous fill :建筑垃圾，卫生填埋，建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定不均匀，不稳定 冲填土冲填土Hydraulic fill :细细 欠固结欠固结素填土素填土Plain fill,砾石，砂，粉土，粘性土砾石，砂，粉土，粘性土2

4、.4松砂松砂Loose sandDr 0.85 易液化，振陷易液化，振陷2.5 区域性土区域性土Regional soil湿陷性黄土Collapsible loess (silt): 广泛分布，大孔隙，高结构强度200kPas=(hd-hw)/h00.015pes=(ed-ew)/(1+e0)edew200kPa 荷载板试验 200kPa, 荷载不变 注水沉降/b=0.023膨胀土Expansive soil 蒙特石含量蒙特石含量高高 冻土 Frozen soil, 冻胀性3 3 地基处理方法分类地基处理方法分类3.1 加密法加密法Densification3.2 换土垫层法换土垫层法Soil

5、 replacement3.3 胶结法胶结法Cementation3.4 加筋法加筋法Soil reinforcement原则：技术经济原则：技术经济降低压缩性，提高强度1碾压碾压Compaction by rolling1.1 振动平胎碾砾石羊足碾粘性土或粉土Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller6.2 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、砾和粘性土的混合土Vibrating plate for hand operationVibrating rollers produce

6、high compaction in a well-graded sand and in a clay, sand and gravel mixture1.2爆破爆破 Densification by explosion振动引起液化，在爆炸和重力作用下振密到更稳定的结构适合于干净的松砂、粉砂 Dr = 0.50.6. 加密有时效性锤重 落距10 kg, 100cm12t, 34m10t, 10m1.3 强夯法强夯法dynamic consolidationHeavy tamping(1)强夯机理机理 :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, Manerd

7、formulation M(KN),h(m),k=510. (3)适用于砾、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 二二 深层挤密法深层挤密法(一一)挤密法种类挤密法种类1 预制桩：楔形桩,混凝土,木,1.54.0m, =512o,很少用了2 沉管挤密桩 (1)沉管:封口或者活瓣,打入,加料,拔出.振动,锤击 (2)材料：土桩(原状土粉,粉质粘土再夯入);灰土桩,砂石桩;夯实水泥土桩，二灰桩(加粉煤灰)，柱锤冲扩法 (3)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 (起源于德国,我国于70年代引入)(1)设

8、备,振冲器d=270420mm,l=23m, G=820KN(2)原理:振:偏心轮旋转,振动加密,使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土颗粒振浮液化固结(3)填料 粗颗粒(粘细粒少);级配好;最大颗粒50 不宜不宜(4)适用于松砂,素填土,杂填土和一般粘性土,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Composite

9、ground梅花形梅花形td正方形正方形td（三）（三） 复合地基复合地基1复合地基复合地基; 2 挤密效果挤密效果Hhs1e1hs1432tA Hhs2e2hs222843dtAtd22212211843143edtetVVss已知已知t,d t,d 求求e e2 2，或者已知，或者已知e e2 2,d ,d 求求 t t孔隙比孔隙比 总断面积总断面积 高度高度 固相比例固相比例 固相体积固相体积 e1 H 1/(1+ e1) Vs1=A1H/ (1+ e1)E2 H 1/(1+ e2) Vs1=A2H/ (1+ e2)22284343dtAtAHhs1e1hs1432tA Hhs2e2hs

10、222843dtA3 复合地基的承载力复合地基的承载力1）经验公式计算）经验公式计算桩土应力比 n= p / s与土性有关,随荷载过程变化,对于碎石桩n=24 面积置换率m=Ap/A复合地基承载力标准值skskskspkspppkfnmnmfmmnfmmfAAAAf)1(1 )1(1 )1 ()1 ()(43822tdmtd2） 载荷试验法载荷试验法 s/d=0.015-0.02时的时的pfk0.02dpmm例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩（1）t=90cm,d=40cm加密前加密前e1=0.96, d=1.379加密后加密后e2=0.61, d=1.679（15点平均）点

11、平均）用公式用公式（2）承载力，原状土）承载力，原状土f0k=132kPa222121843143edtettd桩土应力比桩土应力比 n = p / s = 3.48, m=0.179, 载荷试验载荷试验fk=228kPa, s=158kPa, p =550kPa;s/d=0.008.公式计算：公式计算： fk=1+m(n-1) f0k=191kPa四四 预压固结法预压固结法（一）预压原理（一）预压原理，原位自重应力，原位自重应力 s，建筑，建筑物附加应力物附加应力 z, 预加压力预加压力 t=(1.21.5) z 变形变形te2epze1s强度适用于饱和软粘土（适用于饱和软粘土（1 1）淤泥

12、及淤泥质土（）淤泥及淤泥质土（2 2）冲填土（冲填土（3 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2 预压方法 preloading（1）堆载预压（2）降水预压 增加有效应力wellpoint system（3）真空预压 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 密封层密封层思考题为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏。堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？预压固结的加载速率预压固结的加载速率 快加载不排水破坏 分级慢排水达到密实固结K0Kf降水降水qp

13、p总应力路径总应力路径不排水pt(二）固结二）固结-砂井固结排水砂井固结排水例单向渗流固结例单向渗流固结 a=0.5MPa-1 k=5 10-7cm/s e0=1.0， 10m厚厚U=94% t=1.6年年 这显然不合适这显然不合适砂井固结：为加快固结速度，增加砂井固结：为加快固结速度，增加水平向渗流水平向渗流vTeU42281DdwD不透水层不透水层dw1 微分方程微分方程轴对称轴对称三维渗流固结问题Carrillo认为可以分解成两个方向的渗流固结问题叠加2222 1zururructuv22221rurructuzuctuvrvzaekcaekcwrvrwzvz)1 ()1 (002 微分

14、方程的解微分方程的解按各自的边界条件分别求解，公式按各自的边界条件分别求解，公式5 51818，积分后得到，假设积分后得到，假设rvTnfrtTzteUeU)(842181222evrrvzvdtcTHtcT)1)(1 (1rtztUUU2222413)ln(1)(nnnnnnfn为井径比=de/dwDe有效直径1.05D（三角）,1.13D（正方）上例中dW=25cm, D=2.5m，U=94%只需要20天思考题：增加井径dW,减少间距de哪个有效？3 塑料排水板塑料排水板砂井（1）砂量（2）易断（3）工程造价近年更多使用塑料排水板，等效直径0.175.0,)(2bdp加密法小节浅层：碾压、

15、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，挤密后的承载力计算基，挤密后的承载力计算砂井排水预压固结计算砂井排水预压固结计算5.3 换填法换填法Soil replacement1 垫层法1.1 材料 (1)堆石,块石,毛石,抛石挤淤(2)砾,中粗砂,振动压实,防冻,防液化,加速固结(3)灰土,三合土(有一定胶结)灰土2:8,3:7, 土-粉土,粉质粘土;三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦(4)工业废渣:粉煤灰,矿渣(5)素土:Ip=1017,湿陷性黄土换除

16、,分层垫入,压实b回填土回填土2 垫层法的适用性(1)软粘土和淤泥(2)湿陷性土 (3)填土,一般粘性土承载力低3垫层设计 人工持力层,因此要对软弱下卧层验算(1)持力层承载力 pf, 确定材料及密度(2)深度设计 一般要求0.5m垫层的扩散和技术的要求 0.5,2330o Bb+2ztg +2 30cm 便于压实机械施工 B b+z 侧向挤压(淤泥) =02.0 b回填土回填土B= b+2ztg dz填zCZCDzbdbFbGFpztgbbpCDczCDz填2)(5.4 胶结法胶结法一一 灌浆灌浆1 1 水泥和粘土浆水泥和粘土浆可灌物可灌物净空比净空比 R=Dpore/d=23; Dpore

17、、 d为被灌材料的孔隙尺寸和灌浆材料的粒径为被灌材料的孔隙尺寸和灌浆材料的粒径，防止堵塞防止堵塞可灌比可灌比 N=D15/d85 1015, 85%85%的灌浆材料的灌浆材料充填充填适用于砾石适用于砾石,粗砂，用以防渗，灌注桩加固粗砂，用以防渗，灌注桩加固2 2 单液硅化法和碱单液硅化法和碱液法液法 硅酸钠，氢氧化硅酸钠，氢氧化钠氯化钙钠氯化钙3 3 化学灌浆化学灌浆丙烯酰丙烯酰胺，聚氨酯胺，聚氨酯 真溶液易灌，真溶液易灌， 凝固时间和强度凝固时间和强度可控，可控， 污染污染， 造价高造价高二二 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压旋喷旋喷单管单管: :浆液浆液双管双管: :内浆外气内浆外气三管

18、三管: :气气, , 水水, , 浆浆适用于适用于: :人工填土人工填土; ;黄黄土及一般粘性土土及一般粘性土; ;软软粘土粘土; ;砂石砂石单管单管浆液浆液双管双管内浆外气内浆外气三管三管气水浆气水浆旋喷桩施工顺序旋喷桩施工顺序气水浆气水浆气水浆气水浆三三 深层搅拌法深层搅拌法 Deep mixing 水泥土搅拌法水泥土搅拌法 软粘土加固1 工艺和机械2 地基，高速公路，基坑四四 加筋法加筋法（一）土工合成材料技术发展一）土工合成材料技术发展（二）土工合成材料功能（二）土工合成材料功能防渗，防渗， 不透水膜，不透水膜，三峡二期围堰的防渗墙上部采用土工膜三峡二期围堰的防渗墙上部采用土工膜, ,

19、固体废物填埋场固体废物填埋场三峡三峡排水沟表土覆盖层表面隔断层基础隔断层地基基础垃圾渗水和地下水的距离渗水导管气体导管竖井地质屏障地质屏障经处理的地质屏障地下水气体收集渗水收集垃垃 圾圾 体体垃圾填埋体的主要构成垃圾填埋体的主要构成2 2 反滤，防冲反滤，防冲 防止渗透破坏，水土流失防止渗透破坏，水土流失 ( (护坡护坡) )， 无纺织物无纺织物3 3 加筋加筋: :格栅格栅, ,土工布土工布, ,条带条带, ,纤维加筋纤维加筋4 4 隔离隔离5 5 排水排水, ,塑料排水板塑料排水板, ,如清华草地如清华草地隔离隔离Railroad stabilizationGeotextile reduce mai