地基处理(土力学与基础工程).ppt

内容提要内容提要常用地基处理方法分类常用地基处理方法分类地基处理技术简介地基处理技术简介-换土垫层法、重锤夯实法、换土垫层法、重锤夯实法、土工合成物法、强夯法、砂石桩法、高压喷射注浆土工合成物法、强夯法、砂石桩法、高压喷射注浆桩法、排水固结法、灌浆法桩法、排水固结法、灌浆法12.1 概述 概念概念 也称地基加固，是人为改善土的工程性质或地基组成，也称地基加固，是人为改善土的工程性质或地基组成，使之适应工程需要而采取的措施，处理后称人工地基。使之适应工程需要而采取的措施，处理后称人工地基。目的目的 提高土的抗剪强度，使地基保持稳定；提高土的抗剪强度，使地基保持稳定；降低土的压缩性或改善地基组成；降低土的压缩性或改善地基组成；降低土的渗透性，防止或减少水的渗漏；降低土的渗透性，防止或减少水的渗漏；改善土的动力性能，防止地基产生震陷变形；改善土的动力性能，防止地基产生震陷变形；改善特殊土地基安定性，消除或减少湿陷变形。改善特殊土地基安定性，消除或减少湿陷变形。地基处理的对象及方法地基处理的对象及方法软弱土指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、软弱土指淤泥、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。成的地基称为软弱土地基。特殊土是指在特定地理环境或人为条件下特殊土是指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土，具有明显的形成的具有特殊性质的土，具有明显的地域性。特殊土包括地域性。特殊土包括欠固结土欠固结土、湿陷性、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、黄土、红粘土、膨胀土、季节性冻土、季节性冻土、多年冻土等多年冻土等。由特殊性土组成的地基称。由特殊性土组成的地基称为特殊土地基。为特殊土地基。软土的种类和性质软土的种类和性质软土地基的工程措施软土地基的工程措施湿陷性黄土湿陷性黄土膨胀土12.1.2 地基处理方法分类地基处理方法分类物理处理物理处理 化学处理化学处理 热学处理热学处理置换置换排水排水密实密实加筋加筋 搅拌搅拌灌浆灌浆 加热加热冻结冻结 地基处理方法的分类表地基处理方法的分类表12.2.1 12.2.1 复合地基的概念与分类复合地基的概念与分类 复合地基复合地基-指天然地基在地基处理过程中部指天然地基在地基处理过程中部分土得到增强或被置换，或设置加筋材料，加分土得到增强或被置换，或设置加筋材料，加固区由固区由基体基体（天然地基土体）和（天然地基土体）和增强体增强体两部分两部分组成的人工地基。组成的人工地基。12.2.2 复合地基作用机理与破坏模式n作用机理桩体作用排水固结挤密作用加筋作用n破坏模式刺入破坏 鼓胀破坏 整体剪切破坏 滑动破坏12.2.3 复合地基的有关设计参数n面积置换率 m定义：桩体截面积Ap与其承担的复合地基面积A之比。矩形布桩：梅花形布桩：其中，其中，d d桩体直径；桩体直径；l l桩间距桩间距n桩土应力比 n定义：桩体竖向应力 与桩间土竖向平均应力 之比。psn复合模量 定义：将加固区视为一均质复合土体，则与原复合地基等价的均质复合土体模量称为复合模量。psE12.2.4 复合地基承载力 确定spkfn复合求和法n稳定分析法n复合求和法对散体材料桩复合地基式中：式中：skpkspkfff、分别为复合地基、桩体分别为复合地基、桩体和桩间土承载力特征值。和桩间土承载力特征值。对柔性桩复合地基式中：式中：桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取桩取0.51.0，对摩擦支承型取，对摩擦支承型取0.10.4.对刚性桩复合地基式中：式中：dkRN基础下桩数基础下桩数.单桩承载力特征值单桩承载力特征值.A基础面积基础面积.As桩间土面积桩间土面积.桩间土承载力折减系数，桩间土承载力折减系数，0.81.0.n稳定分析法稳定分析方法很多，常采用圆弧分析法圆弧分析法。假设圆弧滑动面经过加固区和未加固区，取不同滑动面进行计算，找出最小安全系数，即可根据要求的安全系数计算地基承载力。地基土强度应分区计算：未加固区未加固区采用天然地基土的强度指标，加固区土体加固区土体强度指标可分别采用桩体和桩间土的强度指标，也可采用复合土体综合强度指标。12.2.5 复合地基变形 确定S21SSSS复合地基的沉降。复合地基的沉降。S1复合地基加固区的压缩量。复合地基加固区的压缩量。S2地基压缩层厚度内加固区下卧层的地基压缩层厚度内加固区下卧层的压缩量。压缩量。12.2.5 复合地基变形计算n总沉降量总沉降量：复合地基加固区变形量和加固区下卧层变形量。n 加固区下卧层的变形计算一般采用加固区下卧层的变形计算一般采用分层总和法分层总和法。n 加固区的变形计算可采用加固区的变形计算可采用复合模量法复合模量法。n 采用分层总和法计算加固区变形量采用分层总和法计算加固区变形量S：S加固区土层变形量。加固区土层变形量。第第i层复合土体上附加应力增量。层复合土体上附加应力增量。第第i i层复合土体的厚度。层复合土体的厚度。式中：式中：iPpsiEiH 第第i层复合地基的压缩模量。层复合地基的压缩模量。12.3.1 换土垫层法n定义定义当软弱地基土层承载力和变形不能满足要当软弱地基土层承载力和变形不能满足要求，且层厚不很大时，可将基底下一定范围内的软求，且层厚不很大时，可将基底下一定范围内的软弱土部分或全部挖去后分层换填并压实强度大、性弱土部分或全部挖去后分层换填并压实强度大、性能稳定、无侵蚀性的材料。能稳定、无侵蚀性的材料。n 分类：分类：砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。n 适用土层适用土层淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的不良地基的浅层处理。地基及暗沟、暗塘等的不良地基的浅层处理。n 垫层的主要作用垫层的主要作用提高地基承载力。提高地基承载力。减少地基沉降量。减少地基沉降量。加速排水固结加速排水固结消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性。消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性。防止土的冻胀作用。防止土的冻胀作用。改善土的抗液化性能。改善土的抗液化性能。n 垫层设计垫层设计垫层厚度垫层厚度z z：根据垫层地面根据垫层地面自重压力与附加压力之和小自重压力与附加压力之和小于或等于该处下卧土层的承于或等于该处下卧土层的承载力要求确定，即载力要求确定，即。条形基础条形基础矩形基础矩形基础12.4 一般机械压实法n 方法和原理方法和原理方法：方法：用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自由下落产生冲击能挤密地基，经不断重复夯击，由下落产生冲击能挤密地基，经不断重复夯击，使地基得以加固，满足强度和变形要求。使地基得以加固，满足强度和变形要求。一般适用于地下水距地表一般适用于地下水距地表0.8m以上稍湿粘性土、以上稍湿粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填和分层填土，但在有效砂土、湿陷性黄土、杂填和分层填土，但在有效夯实深度内存在软黏土层时不宜采用。夯实深度内存在软黏土层时不宜采用。原理：原理：经重锤夯击后，地基表面形成一层比较密经重锤夯击后，地基表面形成一层比较密实的土层（硬壳），使地基表层强度得以提高。实的土层（硬壳），使地基表层强度得以提高。n 适用土类适用土类1、重锤夯实法、重锤夯实法2、n 定义：定义：法国人法国人Menard首创的地基加固法，亦称动首创的地基加固法，亦称动力固结法：将力固结法：将80400kN重锤起吊到一定高度重锤起吊到一定高度（830m）后自由下落，强力夯实地基，以提高其）后自由下落，强力夯实地基，以提高其强度、降低压缩性。强度、降低压缩性。强夯法适用于碎石土、砂土、粉土、粘土、强夯法适用于碎石土、砂土、粉土、粘土、人工填土和湿陷性黄土等地基的处理。对于人工填土和湿陷性黄土等地基的处理。对于淤泥和淤泥质土地基，尤其是高灵敏度的软淤泥和淤泥质土地基，尤其是高灵敏度的软土，须经试验证明其加固效果时才能采用。土，须经试验证明其加固效果时才能采用。强强夯法的加固机理夯法的加固机理n与重锤夯实法不同，其利用重锤下落产生的强与重锤夯实法不同，其利用重锤下落产生的强大夯击能量，在土中形成冲击波和冲击应力，大夯击能量，在土中形成冲击波和冲击应力，除挤密土粒外，还产生较大孔隙水压力，甚至除挤密土粒外，还产生较大孔隙水压力，甚至导致土体暂时液化。同时，巨大冲击能使夯点导致土体暂时液化。同时，巨大冲击能使夯点周围产生裂缝，形成良好的排水通道，加速孔周围产生裂缝，形成良好的排水通道，加速孔隙水压力消散，使土体进一步加密。隙水压力消散，使土体进一步加密。1.1.加密作用：加密作用：2.2.固结作用固结作用 3.3.液化作用液化作用 4.4.时效作用时效作用 .12.5.1 12.5.1 排水固结法原理与应用排水固结法原理与应用n 排水固结法原理：排水固结法原理：通过在饱和软粘土中设置竖向排水体，对地基施加通过在饱和软粘土中设置竖向排水体，对地基施加预压荷载，预压荷载，使孔隙水排出，土体逐渐固结使孔隙水排出，土体逐渐固结，提前完，提前完成或基本完成地基沉降，以达到增大地基承载力，成或基本完成地基沉降，以达到增大地基承载力，减小地基沉降的目的。减小地基沉降的目的。将孔压代入上述定义：将孔压代入上述定义：可以看出：可以看出：(1)(1)固结度是时间因数的单值函数；固结度是时间因数的单值函数；(2)(2)渗透系数越大，固结系数也越大；渗透系数越大，固结系数也越大；(3)(3)时间越长，固结越充分；时间越长，固结越充分；(4)(4)渗流路径越大，越难固结。渗流路径越大，越难固结。vTmmztzeHzmmu41,222sin14)91(81181)4(94241222222VVVTTTmmteeemUVTteU4228122)1(HatekHtCTWVVn 用排水固结原理加固地基的方法：用排水固结原理加固地基的方法：排水固结法的实施有两个方面：排水固结法的实施有两个方面：施加预压荷载和在地基中做排水通道。施加预压荷载和在地基中做排水通道。适宜：适宜：饱和软粘土，饱和软粘土，但具体方法又各有差异：但具体方法又各有差异：砂井预压法：砂井预压法：特别适用有薄砂层地基。但若土太软，特别适用有薄砂层地基。但若土太软，则荷载加不上。此外，因砂井只增大主固结，故对则荷载加不上。此外，因砂井只增大主固结，故对有机质土和泥炭等次固结土不宜，此时可用超载处有机质土和泥炭等次固结土不宜，此时可用超载处理。理。真空预压法：真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基加固。适合大面积均匀深厚软土地基加固。n 用排水固结原理加固地基的方法用排水固结原理加固地基的方法12.5.2 12.5.2 砂井堆载预压法设计计算砂井堆载预压法设计计算n 目目 的：的：合理安排排水系统与预压荷载之间的关系，使地基合理安排排水系统与预压荷载之间的关系，使地基通过该排水系统在逐级加载过程中排水固结，地基通过该排水系统在逐级加载过程中排水固结，地基强度逐渐增长，以满足每级加载条件下地基稳定性强度逐渐增长，以满足每级加载条件下地基稳定性要求，并加速地基固结沉降，在尽可能短的时间内要求，并加速地基固结沉降，在尽可能短的时间内使地基承载力达到设计要求使地基承载力达到设计要求。n 砂井布置：砂井布置：砂井直径和间距砂井直径和间距 就地灌筑砂井就地灌筑砂井dw=3050cm，间距一般是直径的，间距一般是直径的6-8倍；袋装砂井直径倍；袋装砂井直径dw=710cm，间距一般为，间距一般为1-2m。砂井深度与排列砂井深度与排列 深度多为深度多为10-20m；按正方形或等边三角形布置。；按正方形或等边三角形布置。排水砂垫层和砂沟排水砂垫层和砂沟 顶面应铺设排水砂垫层或砂沟，砂垫层厚宜顶面应铺设排水砂垫层或砂沟，砂垫层厚宜40cm，平面上每边超出砂井区域的宽度一般应不小于平面上每边超出砂井区域的宽度一般应不小于2dw。n 设计计算内容：设计计算内容：初步确定砂井布置方案初步确定砂井布置方案 初步拟定加荷计划，即每级加载量及加