基础工程（地基处理）

1、浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理地基处理浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理一、绪论二、浅基础三、桩基工程四、地基处理五、基坑工程目 录浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理地基处理地基处理概述软土地基处理技术1、排水固结法2、深层水泥搅拌桩法浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理建筑物对地基的要求1、地基承载力或稳定性方面 各类荷载组合作用下（包括静荷载和动荷载）设计荷载 50%， e=1.22.0， H=1550m软土压缩性高 Cc=0.30.7，3m高的填土会引起1m的沉降软土强度低 Cu=815Kpa，一次性堆填3m 高的路堤会引起滑坡软土渗透性差 k=110-8 510-7c

2、m/s 沉降稳定时间可能长达几十年， 例如杭甬高速公路运行10年后，实测沉降速率达到2.06.0mm/月软土具有结构性，结构破坏后工程特性显著降低浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 改善剪切特性：提高土体抗剪强度，进而提高地基承载力和稳定性 改善压缩特性：控制沉降，不均匀沉降和侧向变形 改善透水特性：防止渗流过大和渗流破坏 改善动力特性：提高抗震性能，防止液化 改善特殊土的不良地基的特性：黄土的湿陷性，膨胀土的胀缩性地基处理的目的浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 碾压及夯实：重锤夯实，机械碾实，强夯 换土垫层法：砂石垫层，素土垫层 排水固结：堆载预压，降水预压法，真空预压 振密挤密：

3、沉桩挤密，振冲挤密 置换及拌入：高压喷射注浆水泥土搅拌法 加筋：土工合成材料加筋，碎石桩，树根桩，加筋土 其他：灌浆、冻结、托换技术地基处理的分类浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：利用压实原理，通过机械碾压夯实，把表层地基土压实；强夯则利用强大的夯击能，在地基中产生强烈的冲击波和动应力，迫使土动力固结密实适用范围：碎石、砂土、粉土、低饱和度的粘性土，杂填土等，对饱和粘性土应慎重采用碾压及夯实强夯法示意图 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力，减少沉降量 适用范围：处理地基表面软弱土和

4、暗沟、暗塘等软弱土地基换土垫层砂垫层及其应力分布、扩散 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：在地基中设置竖向排水体，加速地基的固结和强度增长，提高地基的稳定性；加速沉降发展，使基础沉降提前完成 适用范围：适用于处理饱和软弱粘土层；对于渗透性极低的泥炭土，必须慎重对待排水固结砂井堆载预压 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：采用一定的技术措施，通过振动或挤密，使土体的孔隙减少，强度提高；必要时在振动挤密的过程中，回填砂、砾石、灰土、素土等，与地基土组成复合地基，从而提高地基的承载力，减小沉降量 适用范围：处理松砂、粉土、杂填土及湿陷性黄土，非饱和粘性土等振密挤密挤密砂桩法加固

5、地基 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理采用复打工艺的沉管砂石桩成桩工艺挤密砂桩法加固地基 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：采用专门的技术措施，以砂、碎石等置换软弱土地基中部分软弱土，或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与未处理部分土组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量 适用范围：粘性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法限于不排水抗剪强度大于20kPa的地基土置换及拌入振冲施工浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 原理：在地基或土体中埋设强度较大的土工合成材料、钢片等加筋材料，使地基或土体能承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变地基土体的

6、应力场和应变场，从而提高地基的承载力，改善变形特性 适用范围：软弱土地基、填土及砂土加筋浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理 灌浆、冻结、托换技术、纠倾技术，通过特种技术措施处理软弱土地基其他浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理桩侧和桩端注浆浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理应力扩散复合地基增强体1、深层水泥搅拌桩法水泥搅拌桩、碎石桩、高压旋喷桩岩石层浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理深层水泥搅拌法 原理： 通过搅拌机械就地将水泥浆液与软土强制拌和，使软土硬凝成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土；提高地基土的模量和强度，达到加固软土地基的目的。 关键问题： （1）确定复合地

7、基的承载力 （2）控制沉降量浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥土形成的机理 机理：水泥水化物对水泥土强度起着重要作用，尤其是Ca(OH)2。浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥土的性质（一）物理性质1、含水量比原土样减少0.5%7.0%2、重度比天然软土增加0.5%3%3、相对密度比天然软土增加0.7%2.5%4、渗透系数随水泥掺合量的增大而降低，约为（二）力学性质1、无侧限抗压强度：比天然软土大几十倍甚至上百倍，一般qu=15MPa2、抗拉强度：与无侧限抗压强度有关，3、抗剪强度：4、变形模量5、压缩系数和压缩模量浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥搅拌的设计 对地质勘察

8、的要求： 除一般常规要求外还要注意土质分析（有机质含量、可溶盐含量等）和水质分析（地下水pH值、硫酸盐含量）。 加固形式的选择：柱状、壁状和块状 加固范围的确定：加固深度浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥搅拌的计算浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥搅拌的计算浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥搅拌的计算浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理水泥搅拌的施工工艺浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理温州地区多层建筑深层水泥搅拌桩地基处理 (1980s)控制总沉降浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理设计参数处理深度: 12.5 m桩径: 500 mm水泥含量: 0.15置换率

9、: 0.2 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理长期沉降观测 (8 年)浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理12栋房屋的沉降量计算值与观测值计算值总是远大于观测值?浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理沉降计算模式 Stotal = S1 + S2 S1 = 20 30 mm, 根据现场监测 S2 依赖于土体压缩性加固区压缩量下卧土层压缩量浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理结构性软土压缩特性曲线y = (1.21.6) v , 根据土单元体试验结果 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理改进压缩曲线计算得到的沉降量实测沉降量改进压缩曲线计算沉降量传统压缩曲线计算沉降量浙江大学岩土工程研

10、究所基础工程地基处理 通过控制下卧层应力来控制工后沉降设计参数： 加固深度: 13 m 桩径: 0.5 m 间距: 1.4m 水泥含量: 0.13应力控制: (v0 + v )/ v0 = 1.35工后沉降小于 60 mm水泥搅拌桩地基处理温州机场跑道扩建工程浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理软土孔隙比减小压缩性降低强度增加加载系统：堆载孔压上升排水系统：砂井、塑料排水板、砂墙2、排水固结法处理深厚软土地基孔压消散基岩塑料排水板袋装砂井堆载预压浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结法原理 随着时间增长，超孔隙水压力消散，有效应力增加，孔隙比减小，强度增长。浙江大学岩土工程研究所基础

11、工程地基处理砂井地基固结理论 计算假定1）等应变条件成立，无侧向变形，统一水平面垂直变形相等2）砂井影响范围内的渗流路径既有竖向分量，又有径向分量3）砂井内孔隙水压力沿径向变化很小，可以不计4）除渗透系数外，井料和涂抹区内的性质与天然地基的相同5）荷载一次瞬时施加浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理砂井地基固结理论 径向固结基本方程径向固结基本方程等应变条件下径向和竖向固结组合方程浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结法的设计 竖向排水体的类型的选用 普通砂井，袋装砂井，塑料排水板 竖向排水体布置间距和打入深度的确定 地基强度增长的计算 预压设计 为消除基础沉降的预压设计 提高地基承

12、载力与稳定性的预压设计浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结法地基强度增长的计算地基中某一点在某一时刻的抗剪强度f可以表示为 f0-地基中某点在加载之前的天然地基抗剪强度； c由于固结而增长的强度；由于剪切蠕变引起的强度减少。 由于剪切蠕变引起的强度减少难以计算，上式可以改为 -由于剪切蠕动和剪切速率的减慢引起地基强度折减的系数，一般为0.900.95 0天然地基土的抗剪强度，可采用天然地基土的三轴试验不排水抗剪强度Cu，或原位十字板试验强度测定值浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理对于正常固结饱和软粘土由于固结而增长的强度c可以用下式计算：排水固结法地基强度增长的计算则时间t地基强

13、度的增长值为：z计算点的竖向附加应力 Ut地基中某点的固结度浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理为消除基础沉降的预压设计通过施加预压荷载（p+p），使地基在该荷载下排水固结，经历一定的预压期后，达到拟消除的沉降值，然后卸去该预压荷载，再开始建造建筑物。1)设定某一预压荷载（P+P），计算最终沉降值 2) 计算设计要求达到的固结度和所需的预压持续时间浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理提高地基承载力与稳定性的预压设计1）估算施加第一级荷载的大小P1，宜小于天然地基的承载力。2）估算加荷速度q和预压固结时间。加荷速率q不宜过快，以防止局部剪切破坏。在施加第一级荷载之后需要恒载一段时间，待地基固

14、结后再施加下一级荷载。3）计算地基强度增长和估算第二级荷载的容许值。如果第二级荷载未达到设计荷载，可按此原理，重复上述步骤计算第三、四级荷载，直到达到设计荷载为止。浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结真空预压法塑料排水管真空抽水大气压密封膜大气压浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结法实例杜湖水库杜湖水库大坝砂井排水固结 (1970年) 满足地基稳定性 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理淤泥质粘土16m厚cu = 15 kPa 地基承载力 = 75 kPac = 0, = 2628 地基承载力 = 2000 kPa 17m砂井浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理设计关键

15、问题：控制加载速率和孔压上升砂井 (2997根)直径: 0.42 m, 长度:1214 m三角形布置间距: 3 m 控制加载速率浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理孔压与填筑高度的关系 现场监测 大坝稳定性监测沉降、水平位移、孔压浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理填筑过程中土体强度指标变化（10年）( 十字板试验)地基承载力 = 350 kPa Month/Year Height of filling1980年, cu = 70 kPa浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理排水固结法实例温州机场 温州机场跑道超载预压 (1988)控制工后沉降 工后沉降要求 总沉降 60 mm 差异沉降 30 mm 浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理场地典型地质剖面软土厚度: 约 30 m浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理存在问题场地填高2m如果不处理，地基沉降完成需要40年实际工期：2年解决方法袋装砂井 处理深度: 20 m 部分打穿超载预压超载高度: 32 kPa浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理部分打穿砂井地基砂井下卧层浙江大学岩土工程研究所基础工程地基处理超载预压超载横断面加载过程超载 永久填土 砂垫层 加载过程