地基处理新技术讲义（45页内容丰富）

1、地基处理新技术龚晓南 著第一章 绪论1.1地基处理的目的和意义1.2地基处理原理和分类1.3地基处理规划程序1.4复合地基理论概要1.5地基处理技术新发展 土木工程建设中，当天然地基不能满足建设对地基的要求时，需要对天然地基进行地基处理，形成人工地基，以满足建筑物对地基的要求，保证建筑物对地基的正常使用。1.1地基处理的目的和意义 1.地基承载力或稳定性问题 2.沉降、水平位移及不均匀沉降 3.渗透问题 渗透问题主要分为两类：一类是堤坝蓄水构筑物地基渗流量超过允许值时，其后果是造成较大的水量损失，甚至蓄水失败。另一类是地基中水力比降超过其允许值。水力比降是单位流径上的水头差损失 。 建筑物对地

2、基的要求主要包括以下方面 软弱地基或不良地基：不能满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。 软弱地基主要有：软粘土、人工填土、湿陷性土、有机质土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。1.1地基处理的目的和意义 根据地基处理原理，可对地基处理进行分类，将各方法归纳如下： （1）置换：置换是用物理学性质较好的岩土材料置换天然地基中的软弱土或不良土，形成双层地基或复合地基。 主要包括：换土垫层法、挤淤置换法、振冲置换法、沉管碎石桩法、强夯置换法、砂桩置换法、石灰桩法、EPS超轻材料填土法。1.2地基处理分类 （2）排水固结法：是指土体在一定荷载作用下固结、孔隙比减小、强度

3、提高，以达到提高地基承载力、减小工后沉降的目的。 （3）灌入固化物：是向土体中灌入或拌入水泥、石灰或其他化学材料，在地基中形成增强体，以达到处理地基的目的。 主要有：深层搅拌法、高压喷射注浆法和电动化学灌浆法。1.2地基处理分类 （4）振密、挤密法：是采用振动或挤密的方法使未饱和土密实，以达到提高地基承载力和减少沉降的目的。 主要有：原位压密法、强夯法、振冲压密法、挤密砂桩法、爆破挤密法、石灰桩法。1.2地基处理分类 （5）加筋：在地基中设置强度高、模量大的筋材，以达到提高地基承载力，减少沉降的目的。 主要有：加筋土法、土钉墙法、锚固法、树根桩法、低强度混凝土复合桩法、钢筋混凝土复合桩法。1.

4、2地基处理分类 （6）冷热处理：是通过冻结土体或培烧地基土体，改变土体物理力学性质，以达到地基处理目的。 主要有：冻结法和烧结法。1.2地基处理分类 （7）托换：是对原有建筑物和基础进行处理和加固。 主要包括：基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法和综合加固法。 （8）纠偏：是指对于沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段。 主要有：加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法和综合纠偏法。1.2地基处理分类 选择地基处理方法的总原则：力求做到技术先进，经济合理、安全使用，确保质量。 1.3地基处理规划程序1 11.4.1定义与分类： 经过地基处理形成的人工地基通常有三种形式：均质地基 （包括多

5、层地基）、复合地基和桩基。 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。 1.4 复合地基理论概要 竖向增强体复合地基 散体材料桩复合地基复合地基 柔性桩复合地基 刚性桩复合地基 水平向增强体复合地基 1. 4 复合地基理论概要 复合地基由两个基本特点： 一、加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的。 二、在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。1.4 复合地基理论概要 计算思路：一种是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地

6、基的承载力； 另一种是把桩体和桩间土组成的复合地基作为整体来考虑，如通过地基滑弧稳定性分析法确定复合地基承载力。在稳定性分析中采用复合土体的综合指标。1.4.2 竖向增强体复合地基承载力计算 一、采用第一种计算思路复合地基的极限承载力Pcf可用下式表示：式中 分别为桩体、天然地基极限承载力，kPa；K1、k2分别为桩体和桩间土实际承载力修正系数，与地基土质和成桩方法有关， K1一般大于1； k2可能大于1， 也可能小于1。 分别为桩体和桩间土极限强度发挥度；m复合地基置换率， 为桩体面积，A为对应的加固面积。1.4.2 竖向增强体复合地基承载力计算桩体地基的破坏方式 1.4.2 竖向增强体复合

7、地基承载力计算（一）刚性桩和柔性桩复合地基 桩体极限承载力可采用类似摩擦桩极限承载力公式计算：桩体极限承载力计算 按式1.4.2计算桩体极限承载力外，尚需计算桩身材料强度允许的单桩承载力，即 Ppf=q (1.4.3) 由式1.4.2和式1.4.3计算所得的二者取较小值为桩的极限承载力。 桩体极限承载力计算 柔性桩复合地基中，临界桩长是一个值得注意的问题，龚晓南和段继伟通过现场足尺试验，研究了水泥土搅拌桩的荷载传递规律得出：传递到桩端的荷载占桩顶荷载的比例甚少，桩顶的变形、轴力和侧摩阻力主要集中在0lc(临界荷载)深度内，并给出了临界桩长计算图。陈善雄用荷载传递函数法导出了临界桩长的计算公式：

8、 关于柔性地基的临界桩长问题（二）散体复合桩地基 桩体极限承载力主要取决于桩侧土体所能提供的最大侧限力。散体材料桩在荷载作用下，桩体发生鼓胀，桩周土进入塑性状态，可通过计算桩周土侧限极限应力计算单桩极限承载力。其一般表达式为： 桩体极限承载力计算 计算桩侧土体所能提供的最大侧限应力常用方法如下：1.Brauns(1978)计算式 该式是为计算碎石桩承载力提出的，其原理计算也适用于一般散体材料桩的情况。 Brauns认为，在荷载作用下，桩体产生鼓胀变形使桩周土进入被动极限平衡状态，桩周土极限平衡区如图1-4-1（a）所示。桩侧土最大侧向极限应力计算1fM、fK、fR分别为平衡土体的桩周界面、滑动

9、面和地表面的面积。假定：1）桩周土极限平衡区位于桩顶附近，滑动面成漏斗形，桩体鼓胀破坏段长度等于2r0tgp，其中r0为桩体半径， p =45+ /2， 松散材料桩桩体内摩擦角；2）桩周土与桩体间摩擦力3) 不计地基土和桩体的自重。桩侧土最大极限应力计算 根据力的平衡，可得到在极限荷载作用下，桩周土上的极限应力为：桩侧土最大极限应力计算1桩侧土最大极限应力计算1桩侧土最大极限应力计算12. 圆筒形孔扩张理论计算式 根据Vesic圆孔扩张理论（龚晓南1990），当土体内摩擦角=0时，桩侧土最大极限应力计算 当土体内摩擦角 时，极限状态下，圆孔扩张压力pu表达式为:桩侧土最大极限应力计算刚度指标I

10、r表达式为：桩侧土最大极限应力计算 由式1.4.10和式1.4.12可分别计算=0和 两种情况下桩间土所能提供的侧向极限应力Pu值，由式1.4.4可得散体材料桩极限承载力表达式：桩体极限承载力计算3.Haughes和Withers(1974)计算式 Haughes和Withers用极限平衡理论分析，建议按下式计算桩间土侧向极限应力值：桩体极限承载力计算Haughes和Withers根据原型观测资料分析，桩体极限承载力计算4.被动土压力法 通过计算桩周土中的被动土压力可以计算桩周土对散体材料桩的最大侧限压力。根据被动土压力可得桩体极限承载力表达式为（又超载时郎肯被动土压力公式）：桩体极限承载力计

11、算5.Wong H. Y.(1975)计算式 对于较小沉降量（25mm）的桩，Wong建议采用下式计算：桩体极限承载力计算 复合地基极限承载力计算式1.4.1中天然地基极限承载力除了直接通过载荷试验，以及其他土工试验资料外，常采用Skempton极限承载力公式进行计算。 Skempton极限承载力公式为：桩体极限承载力计算 已知桩体极限承载力Ppf和桩间土极限承载力Psf，则可根据式1.4.1得到复合地基极限承载力Pcf值。复合地基的容许承载力Pcc为：（三）复合地基容许承载力 当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加固区容许承载力计算基础的底面尺寸后，尚需对下卧层承载力进行验算。要求作用在下卧层顶面处附加应力P0和自重应力r之和P不超过下卧层土的容许承载力R ，即(四)下卧层为软弱土层时承载力验算 将桩体和桩间土作为整体来考虑，常采用圆弧稳定分析法计算。二、将桩体和桩间土作为整体分析桩体极限承载力 在圆弧滑动面上，总的剪切力记为T，总抗剪切力为S，则沿该圆弧滑动面破坏的安全系数K为： 通过