《土力学与地基基础》教案 教学设计 第19次 地基处理技术

PAGEPAGE2福建船政交通职业学院教案NO.19教师姓名盛海洋授课班级21城轨1授课形式讲授授课日期2023年4月29日第10周授课时数2章节名称地基处理技术教学目的使学生了解建筑物地基处理的目的与意义、地基处理的对象软弱地基和不良地基。换土垫层法加固原理、垫层设计、垫层施工。挤密压实法加固原理、设计和施工。教学重点掌握地基处理的对象软弱地基和不良地基。换土垫层法加固原理、垫层设计、垫层施工。挤密压实法加固原理、设计和施工。教学难点建筑物地基处理的对象不良地基。换土垫层法垫层设计。挤密压实法施工。更新补充删节内容补充地基处理案例。教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’饱和土体渗透固结概念，固结度，有效应力、中性压力，试验模型。教学过程（时间）100’教学提示地基的局部处理§10-1概述一、建筑物地基处理的目的与意义书上4点：（1）地基强度与稳定性问题。（2）地基的变形问题。（3）地基的渗透与溶蚀。（4）地基振动液化。二、地基处理的对象包括：软弱地基和不良地基。1、软弱地基：指不能满足建筑物对地基要求的天然地基称软弱地基。书上，软弱地基指在地表下相当深度范围内存在软弱土。我国公路桥涵地基与基础设计规范对软土或软弱地基定义：一般系指抗剪强度较低、天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性较高、渗透性较小的淤泥、淤泥质土、冲填土、素填土、杂填土、饱和软黏土以及其他高压缩性土层。（1）软弱土的特性。软弱土包括淤泥（含水量大于液限、孔隙比大于1.5的黏土、粉质黏土）、淤泥质土（含水量大于液限、孔隙比在1-1.5的黏土、粉质黏土），冲填土、杂填土、饱和松散粉细砂与粉土。这类土的工程特性：多属于中液限与高液限黏土；含水率在34%-89%，孔隙比在1-2.45;压缩系数在0.51-2.33MPa-1，属高压缩性土；抗剪强度低；渗透性小，多具有微层理、水平渗透性远大于垂直渗透性，这为人工创造排水出路、加速地基土的排水固结提供了条件；灵敏度3-5，属于灵敏性土；具有吸附力（软土对建筑物的吸附力有3部分：粘聚力、摩阻力、真空吸力）；有流变特性，可导致地基土的破坏。这类土，通常很难满足地基承载力和变形的要求。因此，不能作为永久性大中型建筑物的天然地基。1）淤泥和淤泥质土特性有5点。2）冲填土、杂填土。（2）软弱土的分布。2、不良地基。有7种。软弱地基通常需要经过人工处理后才能修建建筑物，这种地基加固方法称地基处理或地基加固。处理后的地基称为人工地基。常见的地基处理方法有：Ⅰ类-减小孔隙体积：换土垫层法、挤密压实法、排水固结法。Ⅱ类-胶结：深层搅拌法、高压喷射注浆法等。§10-2换土垫层法一、换土垫层法的概念及适用范围当软弱土层地基的承载力和变形不能满足建筑物的要求，且厚度又不很大时，可将基底以下持力层范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层回填砂石、素土、灰土、工业废渣等，经压实或夯实使之达到所要求的密实度，这种地基处理的方法也称换填法或开挖置换法。适用范围包括淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。二、换土垫层法的加固原理。（1）-（5）。三、垫层设计：垫层的设计要满足建筑物对地基变形及稳定性的要求，也符合经济合理的原则。设计的主要内容是合理确定垫层厚度和宽度。1、垫层厚度的确定：（黑板画图）垫层底面处，根据公式δch+δz≤fa，公式中hz为基底垫层厚度0.5-3m，压力扩散角θ按表9.3采用。2、垫层宽度的确定：垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，一般按公式（10-1）计算，B=b+2hztanθ。垫层顶面每边宜超出基础底边0.3m，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡。3、垫层承载力的确定：宜通过现场试验确定，对一般工程当无试验资料时，可按p27表4.5.4选用，并应验算下卧层的承载力。4、沉降计算：对于重要建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算，建筑物基础沉降等于下卧层的变形量与垫层的变形量之和S=Ss+Scu。p28垫层的变形量Scu=Pmhz/Ecu，其中Pm垫层内的平均压力，hz垫层厚度，Ecu垫层厚度压缩模量，如无实测资料，可采用12-24MPa。四、垫层施工1、垫层材料的选择不同垫层材料有不同的要求。砂垫层材料应选用级配良好的中粗砂；素土垫层材料，有机质含量不得超过5%，不得有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦等渗水材料；灰土垫层材料宜采用石灰：黏土2：8或3：7（体积比）；矿渣垫层材料应质地坚硬性能稳定和无侵蚀性。2、垫层压实方法的确定：根据不同垫层材料选择相应的机械压实方法。3、分层铺填并压实：分层铺填厚度20-30厘米，一般情况下虚铺30厘米，压实后20厘米。4、含水量控制：采用垫层材料的最优含水量作为施工控制含水量。5、铺筑前应先行验槽：坑底浮土应清除干净，边坡稳定，经检验合格方可铺填垫层。6、避免软弱土层结构扰动：软弱土层因有一定的结构强度，一旦被扰动则强度大大降低，影响建筑的安全。通常做法：开挖基坑时预留厚约30厘米的保护层，待做好铺填垫层的准备后，对保护层挖一段随即用换填材料铺填一段，直到完成全部垫层。7、垫层底面要求：5（5）。书上还有5（1、4、6、10）。五、质量检验：包括分层施工质量检验（跟踪检测）和工程质量验收。垫层的质量控制标准，通常采用干密度和压实系数。1、干密度。读书6-1）环刀法。2）灌水法。2、压实系数。压实系数按10-2计算，一般要求0.93-0.97。§10-3挤密压实法挤密法是以冲击、振动或采用沉管等方法成孔，然后向孔中填入砂、碎石、土、石灰等材料，分层捣实成桩，同时挤密桩间土的方法。挤密桩按填料类别可分为土桩或灰土桩、石灰桩、碎（砂）石桩等；按施工方法分为振冲挤密桩、沉管振动挤密桩等。土或灰土挤密桩法：是采用沉管、冲击或爆炸等方法在地基中挤土，成孔，然后向孔中夯填素土或灰土形成土桩或灰土桩。成孔过程中，桩孔部位的土被挤向桩孔四周，从而使桩间土得到挤密。另一方面，对灰土桩，桩体材料石灰和土之间产生一系列物理化学反应，凝结成具有一定强度的桩体；而土桩在成桩过程中因受到夯实作用也具有一定强度，因此桩体和桩间挤密土共同组成人工复合地基。石灰桩法：是采用机械或人工在地基中成孔，然后向孔中填入生石灰块或按一定比例加入粉煤灰、炉渣、火山灰等掺合料及少量外加剂进行振实成桩，石灰桩与经改良的桩周土共同组成石灰桩复合地基。石灰桩特点是在形成桩自身强度的同时，生石灰的硬化特性也加固了桩周土。三、砂（碎）石桩法1、适用范围：（1）挤密松散砂土、填素土和杂填土等地基；（2）置换饱和粘性土地基。2、加固机理：砂（碎）石桩是采用沉管、冲击、振动等方法在地基中成孔，然后将砂（碎石）挤压入已成孔中，形成大直径的砂（碎石）所构成的密实桩体。（1）砂类土加固机理。10.3.12(1)。（2）粘性土加固机理。10.3.12(2)。3、设计要点：10.3.13。1、碎（砂）石桩直径与平面布置；2、桩的间距；3、桩长确定；4、碎（砂）石桩挤密地基的宽度；5、碎（砂）石桩孔内砂石的填量，计算公式（10-3）；6、碎（砂）石桩填料；7、承载力确定；9、沉降计算。4、碎（砂）石桩的施工（1）施工方法与要求：砂（碎石）桩施工可采用振动成桩或锤击成桩法。读172页4（1）。（2）成桩挤密试验。读172页4（2）。5、质量检验：读172页5（1）-（3）。四、重锤夯实法：是利用起重机械将重锤提到一定高度后，让其自由下落，不断重复夯击，使地基形成一层较密实的土层。1、重锤夯实法的加固机理（1）动力密实。地基土为非饱和土，1（1）。（2）动力固结。地基土为饱和细粒土，1（2）。2、适用范围：适用处理地下水位以上的稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基。3、机具设备及其要求。3。4、施工要点。4。5点。5、质量检查。5。五、强夯法强夯法是将重锤（10-40吨）提升到一定高处使其自由落下（落距10-40米）给地基以反复冲击和振动，从而提高地基的强度并降低其压缩性。1、强夯法加固原理重锤自由落下产生巨大的冲击能量，使土中产生很大的应力和冲击波，致使土中空隙压缩，土体局部液化，夯击点周围产生放射性裂隙形成良好的排水通道，使土中的孔隙水溢出，土体固结。（1）动力密实。地基土为非饱和土，1（1）。（2）动力固结。地基土为饱和细粒土，1（2）。（3）动力置换。强夯将碎石整体挤入淤泥或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。2、适用范围：