地基处理技术讲义

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。1.2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））托换换：是是对原原有建建筑物物和基基础进进行处处理和和加固固。主要包包括：：基础础加宽宽法、、墩式式托换换法、、桩式式托换换法、、地基基加固固法和和综合合加固固法。。（8））纠偏偏：是是指对对于沉沉降不不均匀匀造成成倾斜斜的建建筑物物进行行矫正正的手手段。。主要有有：加加载纠纠偏法法、掏掏土纠纠偏法法、顶顶升纠纠偏法法和综综合纠纠偏法法。1.2地基基处理理分类类选择地地基处处理方方法的的总原原则：：力求求做到到技术术先进进，经经济合合理、、安全全使用用，确确保质质量。。1.3地基基处理理规划划程序序111.4.1定义义与分分类：：经过地地基处处理形形成的的人工工地基基通常常有三三种形形式：：均质质地基基（（包括括多层层地基基）、、复合合地基基和桩桩基。。复合地地基是是指天天然地地基在在地基基处理理过程程中部部分土土体得得到增增强，，或被被置换换，或或在天天然地地基中中设置置加筋筋材料料，加加固区区是由由基体体（天天然地地基土土体））和增增强体体两部部分组组成的的人工工地基基。1.4复复合地地基理理论概概要竖向增增强体体复合合地基基散体材材料桩桩复合合地基基复合地地基柔柔性性桩复复合地地基刚性桩桩复合合地基基水平向向增强强体复复合地地基1.4复复合合地基基理论论概要要复合地地基由由两个个基本本特点点：一、加加固区区是由由基体体和增增强体体两部部分组组成，，是非非均质质和各各向异异性的的。二、在在荷载载作用用下，，基体体和增增强体体共同同承担担荷载载的作作用。。1.4复复合地地基理理论概概要计算思路路：一种种是先分分别确定定桩体的的承载力力和桩间间土的承承载力，，根据一一定的原原则叠加加这两部部分承载载力得到到复合地地基的承承载力；；另一种是是把桩体体和桩间间土组成成的复合合地基作作为整体体来考虑虑，如通通过地基基滑弧稳稳定性分分析法确确定复合合地基承承载力。。在稳定定性分析析中采用用复合土土体的综综合指标标。1.4.2竖竖向增强强体复合合地基承承载力计计算一、采用用第一种种计算思思路复合地基基的极限限承载力力Pcf可用下式式表示：：式中——分别为桩桩体、天天然地基基极限承承载力，，kPa；K1、k2——分别为桩桩体和桩桩间土实实际承载载力修正正系数，，与地基基土质和和成桩方方法有关关，K1一般大于于1；k2可能大于于1，也也可能能小于1。——分别别为桩体体和桩间间土极限限强度发发挥度；；m——复合地基基置换率率，为为桩桩体面积积，A为对应的的加固面面积。1.4.2竖竖向增强强体复合合地基承承载力计计算桩体地基基的破坏坏方式1.4.2竖竖向增强强体复合合地基承承载力计计算（一）刚性性桩和柔柔性桩复复合地基基桩体极限限承载力力可采用用类似摩摩擦桩极极限承载载力公式式计算：：桩体极限限承载力力计算按式1.4.2计算桩桩体极限限承载力力外，尚尚需计算算桩身材材料强度度允许的的单桩承承载力，，即Ppf=q(1.4.3)由式1.4.2和式1.4.3计算算所得的的二者取取较小值值为桩的的极限承承载力。。桩体极限限承载力力计算柔性桩复复合地基基中，临临界桩长长是一个个值得注注意的问问题，龚龚晓南和和段继伟伟通过现现场足尺尺试验，，研究了了水泥土土搅拌桩桩的荷载载传递规规律得出出：传递递到桩端端的荷载载占桩顶顶荷载的的比例甚甚少，桩桩顶的变变形、轴轴力和侧侧摩阻力力主要集集中在0~lc(临界荷载载)深度度内，并并给出了了临界桩桩长计算算图。陈陈善雄用用荷载传传递函数数法导出出了临界界桩长的的计算公公式：关于柔性性地基的的临界桩桩长问题题（二）散散体复合合桩地基基桩体极限限承载力力主要取取决于桩桩侧土体体所能提提供的最最大侧限限力。散散体材料料桩在荷荷载作用用下，桩桩体发生生鼓胀，，桩周土土进入塑塑性状态态，可通通过计算算桩周土土侧限极极限应力力计算单单桩极限限承载力力。其一一般表达达式为：：桩体极限限承载力力计算计算桩侧侧土体所所能提供供的最大大侧限应应力常用用方法如如下：1.Brauns(1978)计算式该式是为为计算碎碎石桩承承载力提提出的，，其原理理计算也也适用于于一般散散体材料料桩的情情况。Brauns认为，在在荷载作作用下，，桩体产产生鼓胀胀变形使使桩周土土进入被被动极限限平衡状状态，桩桩周土极极限平衡衡区如图图1-4-1（（a）所示。桩侧土最最大侧向向极限应应力计算算1fM、fK、fR分别为平平衡土体体的桩周周界面、、滑动面面和地表表面的面面积。假定：1）桩周周土极限限平衡区区位于桩桩顶附近近，滑动动面成漏漏斗形，桩体鼓胀胀破坏段段长度等等于2r0tgδp，其中r0为桩体半半径，δp=45˚+φ/2，φ松散材料料桩桩体体内摩擦擦角；2）桩周周土与桩桩体间摩摩擦力3)不计地基基土和桩桩体的自自重。桩侧土最最大极限限应力计计算根据力的的平衡，，可得到到在极限限荷载作作用下，，桩周土土上的极极限应力力为：桩侧土最最大极限限应力计计算1桩侧土最最大极限限应力计计算1桩侧土最最大极限限应力计计算12.圆圆筒形孔孔扩张理理论计算算式根据Vesic圆孔扩张张理论（（龚晓南南1990），，当土体体内摩擦擦角φ=0时，桩侧土最最大极限限应力计计算当土体内内摩擦角角时时，，极限状状态下，，圆孔扩扩张压力力pu表达式为为:桩侧土最最大极限限应力计计算刚度指标标Ir表达式为为：桩侧土最最大极限限应力计计算由式1.4.10和式式1.4.12可分别别计算φ=0和两两种种情况下下桩间土土所能提提供的侧侧向极限限应力Pu值，由式式1.4.4可可得散体体材料桩桩极限承承载力表表达式：：桩体极限限承载力力计算3.Haughes和Withers(1974)计算式Haughes和Withers用极限平平衡理论论分析，，建议按按下式计计算桩间间土侧向向极限应应力值：：桩体极限限承载力力计算Haughes和Withers根据原型型观测资资料分析析，桩体极限限承载力力计算4.被动动土压力力法通过计算算桩周土土中的被被动土压压力可以以计算桩桩周土对对散体材材料桩的的最大侧侧限压力力。根据据被动土土压力可可得桩体体极限承承载力表表达式为为（又超超载时郎郎肯被动动土压力力公式））：桩体极限承载载力计算5.WongH.Y.(1975)计算式对于较小沉降降量（25mm）的桩，Wong建议采用下式式计算：桩体极限承载载力计算复合地基极限限承载力计算算式1.4.1中天然地地基极限承载载力除了直接接通过载荷试试验，以及其其他土工试验验资料外，常常采用Skempton极限承载力公公式进行计算算。Skempton极限承载力公公式为：桩体极限承载载力计算已知桩体极限限承载力Ppf和桩间土极限限承载力Psf，则可根据式1.4.1得得到复合地基基极限承载力力Pcf值。复合地基的容容许承载力Pcc为：（三）复合地地基容许承载载力当复合地基加加固区下卧层