压实性和地基处理课件

1、压实性和地基处理压实性和地基处理第1部分 概 述 软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。第1部分 概 述 软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填 软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。物理力学特性软土的天然孔隙比大： e1天然含水量高：wwl压缩系数高渗透系数小抗剪强度低灵敏度高具有明显的流变性 软土：指在静水或非常缓慢物理力学特性软土的天然孔隙比大： 淤泥：e1.5淤泥质土：1.5 e1.0软土工程特性软土地基的地基

2、承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长 流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。淤泥：e1.5淤泥质土：1.5 e1.0软土工程特性 由于软土地基的上述工程特性，所以在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。因此在软土地基上建造建筑物，要求对软土地基进行处理。 由于软土地基的上述工程 地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度等。 地基处理的目的主要是改 地基处理的原则：地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。

3、没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。 地基处理的原则：地基处一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。一、土的压实原理 1.最优含水量 对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能条件下，土最易于被

4、压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。 1.最优含水量wd0dmaxwopwd0dmaxwop 试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。 2.压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。 试验统计表明：最优含水量夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低

5、土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。第2部分 地基处理方法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土强夯法 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。强夯法 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多10.2.2 强夯法 强夯法是法国L梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10

6、m以上。 10.2.2 强夯法 强夯法是法国L梅纳（Me平滑鼓型振动碾 Vibrocompaction for sand平滑鼓型振动碾 Vibrocompaction for 振动压路机振动压路机降低压缩性，提高强度振动平胎碾砾石羊足碾粘性土或粉土Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller降低压缩性，提高强度Pneumatic tired roll挤密法和振冲法 在砂土中，通过机械振动挤压或加水振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是利用这个原理发展起来的两种地基加固方法。挤密法和振冲法 在砂土中，通过机械振动挤压或加水振动可一、挤密法 挤密法的加固机理主要靠桩

7、管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。 一、挤密法二、振冲法 振冲法是利用一个振冲器，在高压水流的作用下边振边冲，使松砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的土构成复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是振动挤密和振动液化作用；在粘性土中主要是振冲置换作用，置换的桩体与土组成复合地基。二、振冲法振冲桩 (起源于德国,我国于70年代引入)(1)设备,振冲器d

8、=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振冲桩 (起源于德国,我国于70年代引入)振冲器振冲器换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上 实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。 砂垫层的主要作用： 1.提高浅基础下地

9、基的承载力； 2.减少沉降量； 3.加速基底下软弱土层的排水固结； 4.防止冻胀； 5.消除膨胀土的胀缩作用。 实践证明：换土垫层可以排水固结预压法 排水固结预压法是利用地基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。排水固结预压法 排水固结预压法是利用地基土排水固结的特ceabce0ebaeceabce0ebae 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而使土层发生固结，称为竖向排水固结。根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比

10、。因此，为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。 土层的排水固结效果和它 排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。一、堆载预压法二、砂井堆载预压法三、真空预压法 排水固结预压法主要适用竖向排水情况砂井地基排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况-u真空预压 密封层-u真空预压 密封层深层搅拌法 深层搅拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其

11、与地基土之间所产生的一深层搅拌法 深层搅拌法（Deep Mixing Met系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。系列物理、化学反应，使地基(a)定位 (b)喷浆(粉)搅拌下沉 (c)搅拌上升(d)重复喷浆(粉)搅拌下沉 (e)重复搅拌上升(完毕)(a)(b)(c)(d)(e)(a)定位 (b)喷浆(粉)搅拌下沉 (c)搅拌上升(a压实性和地基处理 深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法

12、。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有： 1.水泥掺入比 深层搅拌法按固化主剂的 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当aw5%时，由于水泥与土的固化反应过弱，对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的aw约为725%。 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当a 水泥土的强度增长率在不同的掺入量区域、不同的龄期时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。 水泥土的强度增长率在不压实性和地基处理 2.龄期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T28d后强度仍有较大增

13、长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。 2.龄期压实性和地基处理 3.地基土的含水量 当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。 4.水泥标号 水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度约增大2030。 3.地基土的含水量 5.添加剂 不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通

14、过试验来确定。 5.添加剂 6土中的有机质含量 由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。 6土中的有机质含量压实性和地基处理高压喷射注浆法 高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。高压喷射注浆法 高压喷射注浆法（High Press 按注浆喷射形式的不同，加固体的形状不同。喷射

15、形式主要有： 1.旋转喷射注浆； 2.定向喷射注浆； 3.摇摆喷射注浆。 按注浆喷射形式的不同，压实性和地基处理1.黄土的分布及特征工程地质学定义:黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色:多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；颗粒组成:以粉土粒(其中尤以粗粉土粒，粒径为0.05-0.01mm)为主，约占60-70，粒度大小较均匀，粘粒含量较少，一般仅占10-20；含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐；含水量小，一般仅8%-20；孔隙比大，一般在10左右，且具有肉眼可见的大孔隙；具有垂直节理，常呈现直立的天然边坡。4.5.2 黄土地基1.黄土的分布及特征工程地质学定义:黄土是第四纪干旱和半干

16、旱黄土地貌黄土地貌压实性和地基处理分布工程地质学 黄土在我国分布很广，面积约63万km2。其中湿陷性黄土约占34，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区。此外，新疆和鲁、辽等地也有局部分布。 由于各地的地理、地质和气候条件的差别，湿陷性黄土的组成成分、分布地带、沉积厚度、湿陷特征和物理力学性质也因地而异，其湿陷性由西北向东南逐渐减弱，厚度变薄。详见湿陷性黄土地区建筑规范GBJ25-90附录二：中国湿陷性黄土工程地质分区图及其附表。分布工程地质学 黄土在我国分布很广，面积约63万km2分类工程地质学 黄土按其成因可分为原生黄土和次生黄土。一般认为，具有上述典型持征，没有层理的风成黄土

17、为原生黄土。原生黄土经过水流冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土。次生黄土有坡积、洪积、冲积、坡积-洪积、冲积-洪积及冰水沉积等多种类型。它一般不完全具备上述黄土特征，具有层理，并含有较多的砂粒以至细砾，故也称为黄土状土。分类工程地质学 黄土按其成因可分为原生黄土和次生工程地质学 黄土和黄土状土(以下统称黄土)在天然含水量时,呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷(称为湿陷性)，强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷。 特征 可见，同是黄土，但遇水浸湿后的反应却有很大差别。凡天然黄土在上覆土的自重压力

18、作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土。否则，称为非湿陷性黄土。而非湿陷性黄土的工程性质接近一般粘性土。 因此，分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度、地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘察与评价的核心问题。工程地质学 黄土和黄土状土(以下统称黄土)特征 可见工程地质学 同时，由于黄土形成的地质年代和所处的自然地理环境不同，其组成与结构特征及工程特征又有明显的差异。 我国黄土按形成年代的早晚，有老黄土和新黄土之分。黄土形成年代愈久，由于盐分溶滤较充分，固结成岩程度大，大孔结构退化，土质愈趋密实，强度高而压缩

19、性小，湿陷性减弱甚至不具湿陷性。反之，形成年代愈短，其特性适相反。 工程地质学 同时，由于黄土形成的地质年代和所处的自然地 2.黄土湿陷性及其评价工程地质学 判别黄土是否具有湿陷性，可根据室内压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数来判定。 湿陷系数是指天然土样单位厚度的湿陷量，应按下式计算： 保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的厚度。 上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的厚度(cm)； 土样的原始厚度(cm)。当 时，定为非湿陷性黄土； 时，定为湿陷性黄土。 2.黄土湿陷性及其评价工程地质学 判别黄土是否具有湿工程地质学 黄土规范(GBJ25-90)采用0.015

20、作为划分湿陷性与非湿陷性黄土的界限值，是根据大量室内试验、野外测试和建筑物实际调查综合考虑确定的。 根据湿陷系数大小，可以大致判断湿陷性黄土湿陷性的强弱，一般认为: ,为弱湿陷性的； ，为中等湿陷性的； ，为强湿陷性的。 湿陷性黄土可分为：自重湿陷性：湿陷性黄土受水浸湿后，在其自重压力下发生湿陷。非自重湿陷性黄土： 在其自重压力与附加压力共同作用下才发生湿陷。 两种类型。工程地质学 黄土规范(GBJ25-90)采用0.01工程地质学 将湿陷性黄土划分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土对工程建筑的影响具有明显的现实意义。 例如在自重湿陷性黄土地区修筑渠道初次放水时就产生地面下沉。两岸出现与渠道平

21、行的裂缝；管道漏水后由于自重湿陷可导致管道折断；路基受水后由于自重湿陷而发生局部严重坍塌；地基土的自重湿陷往往使建筑物发生很大的裂缝或使砖墙倾斜，甚至使一些很轻的建筑物也受到破坏； 而在非自重湿陷性黄土地区这类现象极为少见。所以在这两种不同湿陷性黄土地区建筑房屋，采取的地基设计、地基处理、防护措施及施工要求等方而均应有较大区别。工程地质学 将湿陷性黄土划分为自重湿陷性黄土和非自重湿工程地质学 计算自重湿陷量应根据不同深度土样的自重湿陷系数，按下式计算： 式中 第i层土在上覆土的饱和(Sr0.85)自重压力下的自重湿陷系数 第i层土的厚度(cm)； 因地区土质而异的修正系数，是为了使计算自重湿陷

22、量尽量接近实测湿陷量。对陇西地区，可取1.5，对陇东、陕北地区可取1.2，对关中地区可取0.9；对其他地区可取0.5。3.黄土地基的湿陷性等级工程地质学 计算自重湿陷量应根据不同深度土样的自重湿陷工程地质学 计算湿陷量按自重应力和附加应力，按下式计算： 式中 第i层土的湿陷系数 第i层土的厚度(cm)； 考虑基底下地基的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，基底下0-5m深度内，取 =1.5；基底下5-10m深度内，去 =1.0；基底下10m以下至非湿陷性黄土层的顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的 值湿陷量 工程地质学 计算湿陷量按自重应力和附加应力，按下式计

23、算工程地质学 湿陷量的计算深度，应自基础底面(如基底标高不确定时，自地面下1.5m)算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下10m深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面止。其中自重湿陷系数小于0.015的土层不累计。 用计算自重湿陷量确定建筑场地的湿陷类型比较简便，不受现场条件限制，缺点是土样易受扰动，尤其地层不均匀时，试验误差较大。 按试坑浸水试验实测自重湿陷量及按室内压缩试验测定湿陷系数、自重湿陷系数等，应符合黄土规范有关附录的规定。工程地质学 湿陷量的计算深度，应自基础底面(如基底标高4.黄土地基的工程措施1、地基处理：破坏黄土的大孔结构，消除地基湿陷性。主要有垫层法

24、、强夯法、挤密法、桩基、预浸水法2、防水措施：建筑场地的防水措施、单体建筑物的防水措施、施工阶段的防水措施3、结构措施:加强建筑物的整体性和空间刚度 选择适宜的结构和基础形式 加强砌体和构件的刚度4、水池类构筑物的设计措施4.黄土地基的工程措施1、地基处理：破坏黄土的大孔结构，消除4.5.3 膨胀土 膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的高塑性粘土。它一般强度较高，压缩性低，易被误认为工程性能较好的土，但由于具有膨胀和收缩特性，在膨胀土地区进行工程建筑，如果不采取必要的设计和施工措施，会导致大批建筑物的开裂和损坏，并往往造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂等严重的不稳定因素。4.5.3 膨胀土 膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿工程地质学 我国是世界上膨胀土分布广、面积大的国家之一，据现有资料在广西、云南、