土木基础工程-地基处理

土木基础工程-地基处理第一页，共77页。第一节概述浅基础,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,改善土性第二页，共77页。一地基处理的目的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.第三页，共77页。哪些土需要处理？淤泥土与淤泥质土muck,muckysoil泥炭,泥炭质土Peat填土,回填土Fill,backfill松砂Loosesand区域性特殊土Regionalsoil地基处理的对象第四页，共77页。2软土和特殊土地基2.1淤泥土与淤泥质土muck,muckysoil(1)定义淤泥土孔隙比e>1.5,>L(IL>1.0)淤泥质土孔隙比e=1.0~1.5,>L(IL>1.0)(2)土性*高含水量=40~90%even>100%*高压缩性a>0.5~3.0MPa-1*高流变性:次固结量随时间增加*低强度Cu<30kPavanesheartest*低渗透性10-6~10-8cm/s,固结过程长

a>0.5MPa-1Cu<30kPa地基处理的对象第五页，共77页。2.2泥炭,泥炭质土

Peat定义:泥炭e>1.5,>L(IL>1.0)有机含量30%(北京)泥炭质土

e=1.0~1.5,>l(Il>1.0)有机含量10-30%土性*高含水量*高压缩性,快,不均匀*高流变性*低强度Cu<30kPa*低渗透性地基处理的对象第六页，共77页。2.3填土,回填土Fill,backfill杂填土Miscellaneousfill:建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定冲填土Hydraulicfill:细欠固结素填土Plainfill,

砾石，砂，粉土，粘性土2.4松砂LoosesandDr<1/3ore>0.85易液化，振陷新加坡人工填海地基处理的对象第七页，共77页。2.5区域性土Regionalsoil湿陷性黄土Collapsibleloess

(silt):

广泛分布，大孔隙，高结构强度200kPas=(hd-hw)/h00.015s=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa

荷载板试验200kPa,荷载不变注水沉降/b=0.023膨胀土Expansivesoil蒙特石含量高

冻土Frozensoil,冻胀性地基处理的对象第八页，共77页。黄土高原上的湿陷性黄土渤海华北平原东南季风太行山黄土高原沙漠戈壁降雨降尘西风第九页，共77页。3地基处理方法分类1置换法Soilreplacement2加密法Densification3胶结法Cementation4加筋法Soilreinforcement原则：技术经济第十页，共77页。第二节置换法

Soilreplacement一垫层置换法软土垫层二土桩置换法

1散体材料桩

2胶结掺和料桩置换法第十一页，共77页。4.3

垫层置换法1材料块石,抛石挤淤砾,中粗砂,压实,防冻,防液化,加速固结灰土,三合土.灰土2:8,3:7,土-粉土,粉质粘土;三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦工业废渣:粉煤灰,矿渣素土:Ip=10~17,湿陷性黄土换除,分层压实加筋土b回填土垫层置换法第十二页，共77页。2垫层法的适用性

软粘土和淤泥湿陷性土填土,一般粘性土承载力低3垫层设计人工持力层,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

<3.0m工程量,经济性按承载力设计(与软弱下卧层相似)垫层置换法b回填土第十三页，共77页。Z+CZ

f(z+d)见表5-2,z/b>0.5,23~30oBb+2ztg+230cm

便于压实机械施工Bb+z

=0~2.0b回填土B’=b+2ztgdz填zCZCD垫层置换法第十四页，共77页。垫层置换法小结可以就地取材人工持力层要进行软弱下卧层承载力验算垫层厚度有限制垫层置换法第十五页，共77页。二土桩置换法

1散体材料桩砂石桩，石灰桩2胶结掺和料桩水泥粉煤灰碎石桩水泥土桩高压喷射注浆桩土桩置换法第十六页，共77页。(一)复合地基概念Compositeground在软土内造孔回填土石料或掺和料，形成刚度比四周软土大的土质桩，与桩周土一起共同承受建筑物荷载。这种地基称为复合地基tdtd布置方式：梅花形正方形土桩置换法第十七页，共77页。复合地基组成天然地基土土质桩或胶结掺料桩砂石垫层基础土桩置换法第十八页，共77页。(二)复合地基设计1适用土性适用：软弱粘性土，非饱和黄土和人工填土布置：梅花形和正方形处理深度：穿越软土层达到良好土层。如果没有穿透软土层，要求控制变形量。良好土层d0d0软土土桩置换法第十九页，共77页。2平面布置和设计参数有效排水圆柱体直径de梅花形：de=1.05Sa正方形：de=1.13Sa面积置换率m

＝(d0/de)2Sa桩中心距Sad0dedSa土桩置换法第二十页，共77页。3复合地基的承载力1)现场载荷试验取包含桩土的代表单元直接测定桩土分开的载荷试验采用公式fspk=mfpk+(1-m)fskfspk

复合地基承载力特征值kPa

fpk桩体承载力特征值

fsk桩间土承载力特征值

m

面积置换率=Ap/A包含桩土的载荷试验土桩置换法第二十一页，共77页。2)无载荷试验资料(小型工程)fspk=[1+m(n-1)]fsk桩土应力比n=p/s

与土性有关,随荷载变化对于碎石桩n=2~4

m

面积置换率=Ap/A复合地基承载力特征值td土桩置换法包含桩土的载荷试验第二十二页，共77页。4复合地基的变形验算变形计算方法与多层地基相同复合土层的压缩模量

Esp=[1+m(n-1)]Es

Es

为砂石桩置换前的压缩模量，MPa

为成桩对周围土的挤密效应系数，砂石桩取1.0,石灰桩取1.1~1.3土桩置换法第二十三页，共77页。(三)胶结掺料桩复合地基设计1适用土性常用材料：水泥粉煤灰砂石桩CFG，水泥土桩，高压喷射注浆桩

CFG桩适用于粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的人工填土水泥土桩适用于正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土和饱和松散砂土(静水位)高压喷射注浆桩适用于土类与与水泥土桩类似土桩置换法第二十四页，共77页。深层搅拌法第二十五页，共77页。深层搅拌法施工工艺流程定位预搅拌下沉喷浆搅拌上升重复搅拌下沉重复搅拌上升完毕土桩置换法第二十六页，共77页。深层搅拌桩载荷试验前后土桩置换法第二十七页，共77页。高压喷射注浆法高压旋喷单管:浆液双管:内浆外气三管:气,水,浆适用于:人工填土;黄土及一般粘性土;软粘土;砂石土桩置换法第二十八页，共77页。单管浆液双管内浆外气三管气水浆土桩置换法第二十九页，共77页。旋喷桩施工顺序振动打桩机硬化剂(浆液)高压水压缩空气高压水压缩空气硬化剂(浆液)土桩置换法第三十页，共77页。砂土粘性土在某种压实功能下（标准压实功能）达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度砂土：①不存在最优含水量；②在完全风干和饱和两种状态下易于击实；③潮湿状态下不易击实第三节加密法Densification目的：降低压缩性，提高强度饱和曲线粘性土dd第三十一页，共77页。第三节加密法

Densification一机械压密法

1静重压密

2冲击荷重压密

3振动压密二深层挤密法

1砂桩、土桩和灰土桩

2振冲桩目的：降低压缩性，提高强度三强夯法四预压固结

加密法第三十二页，共77页。1静重碾压Compactionbyrolling振动平胎碾－砾石Pneumatictiredroller羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller一机械压密平滑鼓型振动碾Vibrocompactionforsand加密法第三十三页，共77页。2冲击荷重压密夯板压密法：适用于填土、松砂荷湿陷性黄土影响深度：1.5~2.5m一机械压密加密法第三十四页，共77页。2强夯法锤重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承载力：180~250kPa1969年，法国1978年，中国强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置加固机理：动态能量,波的传播和密实固结加固效果：提高承载力、减小沉降量，消除液化可能、消除湿陷性等优缺点：经济；噪音加密法第三十五页，共77页。振动平板碾－级配砂或者砂、砾和粘性土的混合土Vibratingplateforhandoperation3振动板压密加密法第三十六页，共77页。二深层挤密法(一)砂桩、土桩和灰土桩

(1)沉管、柱锤冲扩法

(2)材料：土桩(原状粉土,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)，

(3)适用于填土,松砂,湿陷性黄土,一般粘性土Sr<60%.饱和度较高的粘性土不宜。加密法第三十七页，共77页。进料口管嘴砂桩套管管嘴加密法第三十八页，共77页。砂桩SadHhs1e1hs1Hhs2e2hs2加密法原三角形土柱的横截面积加固后三角形土柱的横截面积第三十九页，共77页。已知t,d求e2，或者已知e2,d求

t孔隙比总断面积高度固相比例固相体积

e1H

1/(1+e1)Vs1=A1H/(1+e1)E2H1/(1+e2)Vs1=A2H/(1+e2)砂桩Hhs1e1hs1Hhs2e2hs2加密法

t=Sa第四十页，共77页。振冲桩(起源于德国,我国于70年代引入)(1)设备,振冲器d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20KN(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二深层挤密法(一)振冲桩加密法第四十一页，共77页。(3)填料粗颗粒(粘细粒少);级配好;最大颗粒<50mm0~10最好10~2020~3030~50差>50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加密法第四十二页，共77页。振冲桩加密法第四十三页，共77页。例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩（1）t=90cm,d=40cm加密前e1=0.96,d=1.379加密后e2=0.61,d=1.679（15点平均）用公式（2）承载力，原状土f0k=132kPatd桩土应力比n=p/s=3.48,m=0.179,载荷试验fk=228kPa,s=158kPa,p=550kPa;s/d=0.008.公式计算：fk=[1+m(n-1)]f0k=191kPa加密法第四十四页，共77页。1置换法2加密法3胶结法4加筋法机械压密法深层挤密法强夯法预压固结垫层置换土桩置换复合地基第四十五页，共77页。三预压固结法(1)堆载预压(2)降水预压提高有效应力wellpointsystem(3)真空预压密封层加密法第四十六页，共77页。(一)堆载预压1预压原理，原位自重应力s，建筑物附加应力z,预加压力t=(1.2~1.5)z

pkPa变形eze1ste2加密法第四十七页，共77页。强度适用于饱和软粘土(1)淤泥及淤泥质土(2)冲填土(3)填海(湖)造田。超固结土正常固结加密法第四十八页，共77页。2预压历时和加速排水方法例单向渗流固结

a=0.5MPa-1k=510-7cm/se0=1.0，10m厚U=94%t=1.6年这显然不合适因此需要采用：砂井固结：加快固结速度，增加水平向渗流不透水层加密法第四十九页，共77页。不透水层d0砂井预压固结第五十页，共77页。新加坡人工填海Depositingsand

吹砂砂井预压固结第五十一页，共77页。3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，塑料排水带的当量等效直径（mm）砂井预压固结b:塑料排水带宽度（mm）:塑料排水带厚度（mm）第五十二页，共77页。AreaInstalledwithVerticalDrains塑料排水板区砂井预压固结第五十三页，共77页。ApplicationofSurcharge加载过快会失稳砂井预压固结第五十四页，共77页。砂井预压固结度计算

微分方程－轴对称三维渗流固结问题Carrillo假设成两个方向的渗流固结问题叠加砂井预压固结第五十五页，共77页。2微分方程的解按各自的边界条件分别求解，公式5－18，积分后得到，假设n为井径比=De/dw砂井预压固结De、dw分别为砂井有效影响范围直径和和砂井直径第五十六页，共77页。De为砂井有效排水直径：

De=1.05Sa(砂井三角形排列)，

De=1.13Sa(砂井正方形排列)

其中，Sa为砂井间距上例中,砂井直径dW=25cm,De=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？砂井预压固结第五十七页，共77页。(二)降水预固结基坑设计坑底坑底降水深度D坑底降水线板桩降水预压固结第五十八页，共77页。’z原理z降水预压固结第五十九页，共77页。真空预压-u真空预压固结第六十页，共77页。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？第六十一页，共77页。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qp’p总应力路径不排水pt第六十二页，共77页。加密法小节浅层：碾压、深层：预制混凝土桩，沉管，振冲等预压固结，爆破、强夯由深层挤密形成桩体与地基土构成复合地基，挤密后的承载力计算砂井排水预压固结计算第六十三页，共77页。第四节胶结法一灌浆1水泥和粘土浆可灌物—净空比R=Dpore/d=2~3;Dpore、d为被灌材料的孔隙尺寸和灌浆材料的粒径，防止堵塞可灌比N=D15/d8510~15,85%的灌浆材料充填适用于砾石,粗砂，用以防渗，灌注桩加固第六十四页，共77页。单液硅化法和碱液法

硅酸钠，氢氧化钠＋氯化钙3化学灌浆丙烯酰胺，聚氨酯