地基處理經(jīng)典講義4.ppt

1,第5章 地基處理,第1節(jié) 概述 第2節(jié) 墊層法 第3節(jié) 排水固結(jié)法 第4節(jié) 深層水泥攪拌法 第5節(jié) 高壓噴射注漿法 第6節(jié) 強(qiáng)夯法 第7節(jié) 振沖法,2,地基:是指直接承受建筑物荷載的那一部分地層。 天然地基:對(duì)地質(zhì)條件良好的地基，可直接在其上修筑建筑物而無需事先對(duì)其進(jìn)行加固處理，此種地基稱為天然地基。 在工程建設(shè)中，有時(shí)會(huì)不可避免地遇到地質(zhì)條件不良或軟弱地基，若在這樣的地基上修筑建筑物，則不能滿足其設(shè)計(jì)和正常使用的要求；同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑物的荷載日益增大，對(duì)地基變形的要求也越來越嚴(yán)，因而，即使原來一般可被評(píng)價(jià)為良好的地基，也可能在特定的條件下必須進(jìn)行地基加固。這些需經(jīng)人工加固后才可在其上修筑建筑物的地基稱為人工地基。,第1節(jié) 概 述,3,淤泥、淤泥質(zhì)土在工程上統(tǒng)稱為軟土，其具有特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，從而導(dǎo)致了其特有的工程性質(zhì)。,工程中常需要處理的土類主要為：淤泥及淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、細(xì)粉砂土、砂礫石土、黃土、膨脹土、紅粘土及巖溶等。,地基處理:就是指對(duì)不能滿足承載力和變形要求的地基進(jìn)行人工處理，以便能滿足工程要求，亦稱之為地基加固。,4,軟土：指在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用下形成的軟弱土。,軟土物理力學(xué)特性,天然孔隙比大： e1,天然含水量高：接近或大于液限,壓縮系數(shù)高,滲透系數(shù)小 固結(jié)緩慢,抗剪強(qiáng)度低,靈敏度高 擾動(dòng)會(huì)影起結(jié)構(gòu)破壞,具有明顯的流變性,流變：在應(yīng)力不變的情況下，土體的剪應(yīng)變和體應(yīng)變?nèi)噪S時(shí)間而增長的現(xiàn)象。,軟土地基,5,淤泥：e1.5,淤泥質(zhì)土：1.5 e1.0,軟土,工程特性 軟土地基的,地基承載力低,建筑物的沉降和差異沉降較大,建筑物沉降歷時(shí)長,軟土地基,6,粉細(xì)砂、粉土和粉質(zhì)土： 在機(jī)器振動(dòng)、波浪和地震等動(dòng)荷載作用下易產(chǎn)生液化、震陷。 砂土、砂礫石等： 透水性大，抗?jié)B和防滲，防止?jié)B透破壞. 地基的透水性表現(xiàn)在堤壩等基礎(chǔ)產(chǎn)生的地基滲漏；基坑開挖工程中，因土層內(nèi)夾薄層粉砂或粉土而產(chǎn)生流砂和管涌。都是地下水的運(yùn)動(dòng)中所出現(xiàn)的問題。為此，必須采取措施使地基土降低透水性和減少其上水壓力。,7,地基處理的目的:主要是改善地基的工程性質(zhì)，包括改善地基土的變形特性和滲透性，提高其抗剪強(qiáng)度，改善其動(dòng)力特性，提高地基的抗震(振)性能等,使其滿足工程要求。 工程要求包括：強(qiáng)度要求、變形要求、動(dòng)力穩(wěn)定性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。,地基處理的目的,8,強(qiáng)度要求：滿足地基土在上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載作用下不致產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。 變形要求: 滿足地基土在上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載的作用下不致產(chǎn)生過大的沉降，特別是超過建筑物所能容許的不均勻的沉降。 動(dòng)力穩(wěn)定性要求:滿足地基土在動(dòng)力荷載（如地震荷載）作用下不致發(fā)生液化、 失穩(wěn)和震陷等災(zāi)害。 透水性要求: 滿足地基土的地下水不會(huì)由于施工而造成滲漏量或動(dòng)水壓力超過容許值，發(fā)生涌土、流砂、邊坡滑邊等事故。 特殊土地基安定性要求: 滿足濕陷性黃土、膨脹土、內(nèi)陸性鹽漬土等特殊土上的建筑物不會(huì)由于不良土性而發(fā)生損壞。,地基處理的目的,9,各類地基處理方法，均有各自的特點(diǎn)和作用機(jī)理，在不同的土類中產(chǎn)生不同的加固效果，并也存在著局限性。地基的工程地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，工程對(duì)地基的要求也是不盡相同的，材料、施工機(jī)具和施工條件等亦存在顯著差別，沒有哪一種方法是萬能的。因此，對(duì)于每一工程必須進(jìn)行綜合考慮，通過方案的比選，選擇一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行的方案，既可以是單一的地基處理方法，也可以是多種方法的綜合處理。,地基處理的原則,10,地基處理方法的分類,要掌握地基處理的主要方法、適用范圍及加固原理. 注意：很多地基處理方法具有多重加固處理的功能，例如碎石樁具有置換、擠密、排水和加筋的多重功能；而石灰樁則具有擠密、吸水和置換等功能。,11,地基處理方法的分類,1.換土墊層法 換土墊層法的基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實(shí)土，按回填的材料可分為砂（或砂石）墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土（灰土、二灰）墊層等。 一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土、以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。 2.振密、擠密法 振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動(dòng)、擠壓使地基土體孔隙比減小，強(qiáng)度提高，達(dá)到地基處理的目的。 （1）表層壓實(shí)法 （2）重錘夯實(shí)法 利用重錘自由下落時(shí)的沖擊能來夯擊淺層土，使其表面形成一層較為均勻的硬殼層。,12,（3）強(qiáng)夯法 利用強(qiáng)大的夯擊能，迫使深層土液化和動(dòng)力固結(jié)，使土體密實(shí)，用以提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性，消除土的濕陷性、脹縮性和液化性。 （4）振沖擠密法 振沖擠密法一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使飽和砂層發(fā)生液化，顆粒重新排列，孔隙比減??；另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂層擠壓密實(shí)。 （5）土樁與灰土樁法 利用打入鋼套管（或振動(dòng)沉管、炸藥爆破）在地基中成孔，通過擠壓作用，使地基土變得密實(shí)，然后在孔中分層填入素土（或灰土）后夯實(shí)而成土樁（或灰土樁）。,13,（6）砂樁 在松散砂土或人工填土中設(shè)置砂樁，能對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠密作用或同時(shí)產(chǎn)生振密作用。 （7）爆破法 利用爆破產(chǎn)生振動(dòng)使土體產(chǎn)生液化和變形，從而獲得較大的密實(shí)度，用以提高地基承載力和減小沉降量。 3.排水固結(jié)法 基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排 出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過程 中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力 增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高 沉降速率。 （1）堆載預(yù)壓法 （2）砂井法 （3）真空預(yù)壓法 （4）降低地下水位法 （5）電滲排水法,14,4. 置換法 原理是以砂、碎石等材料置換軟土，與未加固部分形成復(fù)合地基，達(dá)到提高地基強(qiáng)度的目的。 （1）振沖置換法（碎石樁法） （2）石灰樁法 （3）強(qiáng)夯置換法 （4）水泥粉煤灰碎石樁法(cfg樁法) 5 .加筋法 通過在土層中埋設(shè)強(qiáng)度較高的土工聚合物、拉筋、受力 桿件等提高地基承載力、減小沉降、維持建（構(gòu)）筑物 或土坡穩(wěn)定。 （1）土工聚合物（2）加筋土（3）土層錨桿（4）土釘 （5）樹根樁法,15,6 .膠結(jié)法 (化學(xué)加固法） 在軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥、水泥砂漿以及石灰等固化物，形成加固體，與未加固部分形成復(fù)合地基，以提高地基承載力和減小沉降。 （1）注漿法 （2）高壓噴射注漿法 （3）水泥土攪拌法,16,地基處理方法的選擇,17,第2節(jié) 夯實(shí)法及碾壓法,通過夯錘或機(jī)械，夯擊或碾壓填土、疏松土層，使其孔隙體積減少、密實(shí)程度提高，這種作用稱為壓實(shí)。壓實(shí)能降低土的壓縮性、提高其抗剪強(qiáng)度、減弱土的透水性，使經(jīng)過處理的表層弱土成為能承擔(dān)較大荷載的地基持力層。,18,一、土的壓實(shí)原理 大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究表明，控制土的壓實(shí)效果的主要因素是：土的含水量，壓實(shí)機(jī)械及其壓實(shí)功能等。土的壓實(shí)效果常用干密度d（單位土體積內(nèi)土粒的質(zhì)量）來衡量。,19,1.最優(yōu)含水量 對(duì)粘性土，當(dāng)壓實(shí)功能和條件相同時(shí)，土的含水量過大或過小，土體都不易壓實(shí)，只有把土的含水量調(diào)整到某一適宜值時(shí)，才能收到最佳的壓實(shí)效果。 在一定壓實(shí)機(jī)械的功能條件下，土最易于被壓實(shí)，并能達(dá)到最大密度時(shí)的含水量，稱為最優(yōu)含水量wop，相應(yīng)的干密度則稱為最大干密度dmax。,w,d,0,dmax,wop,20,試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明：最優(yōu)含水量wop與土的塑限wp有關(guān)，大致為wop=wp+2%。土中粘土礦物含量大，則最優(yōu)含水量大。 2.壓實(shí)功能 對(duì)于同類土，隨著壓實(shí)功能的變化，最大干密度和最優(yōu)含水量也隨之變化。當(dāng)壓實(shí)功能較小時(shí)，土壓實(shí)后的最大干密度較小，對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量則較大；反之，干密度較大，對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量則較小。,21,二、機(jī)械碾壓法,常用機(jī)械：平碾、羊足碾、壓路機(jī)等（注意適用條件）,適用條件：大面積填土和雜填土,施工質(zhì)量控制： a:土的含水量為wop ; b:土的分層厚度300mm左右；,三、振動(dòng)壓實(shí)法,常用機(jī)械：振動(dòng)壓實(shí)機(jī),適用條件：雜填土、爐渣、細(xì)砂、碎石土等。,壓實(shí)效果：影響深度1.21.5m，承載力可達(dá)100120kpa。,注意：不宜地下水位高，對(duì)周圍影響3m范圍。,四、重錘夯實(shí)法,常用機(jī)械：由起重機(jī)將重錘提至一定高度后自由落下，重復(fù)夯擊使土密實(shí)。,施工要求：錘重1530kn，落距2.54.5m， 夯打812遍，影響深度1.2m左右。,22,第3節(jié) 換土墊層法,當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部荷載對(duì)地基的要求時(shí)，常在地基表面鋪設(shè)一定厚度的墊層，或?qū)⒒A(chǔ)下一定深度內(nèi)的土層挖去，然后回填以強(qiáng)度較高的砂、碎石或灰土等，并夯至密實(shí)。 這種處理地基表層的方法稱為墊層法。,23,按其組成的材料可分為:砂墊層、碎石墊層、灰土墊層和加筋土墊層等。 按其作用分為：換土墊層、排水墊層和加筋土墊層。 1.換土墊層：是將基礎(chǔ)下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層全部或部分挖除，然后分層回填并夯實(shí)砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、等強(qiáng)度較大、性能穩(wěn)定和無侵蝕性材料。 換土墊層法是一種較為經(jīng)濟(jì)、簡單的軟土地基淺層處理方法。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、松散素填土、雜填土、浜填土、以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。 處理深度?？刂圃?米范圍以內(nèi),所承受建筑物的荷載不宜太大。也不宜小于0.5m，因?yàn)閴|層太薄，則換土墊層的作用也不顯著。,24,砂墊層,25,其作用為：提高淺層地基承載力；減小地基沉降量；通過墊層，擴(kuò)散基底壓力，均化應(yīng)力分布；墊層（砂、石）可作為基底下水平排水層，加速軟弱土層的排水固結(jié)； 消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性、防止土的凍脹作用。 常用機(jī)械碾壓、平板振動(dòng)和重錘夯實(shí)進(jìn)行施工。 2.排水墊層：指軟土地基上堤壩基底鋪設(shè)的水平排水層，采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑。其作用主要是排水固結(jié)和約束地基的側(cè)向變形。 3.加筋土墊層：指由砂、石和素土墊層中增設(shè)各種類型加筋材料組成的復(fù)合墊層。 改善應(yīng)力場和應(yīng)變場，均化應(yīng)變。,26,換土墊層的設(shè)計(jì) 換土墊層的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括墊層厚度和寬度兩方面，要求有足夠厚度以置換可能被剪切破壞的軟弱土層，有足夠?qū)挾确乐箟|層向兩側(cè)擠出，又要求設(shè)計(jì)荷載通過墊層擴(kuò)散至下臥軟土層的附加應(yīng)力，滿足軟土層承載力與穩(wěn)定性和沉降的要求。 墊層厚度目前常用的計(jì)算方法是近似按應(yīng)力擴(kuò)散角進(jìn)行計(jì)算。即認(rèn)為砂墊層以“”角向下擴(kuò)散基底附加壓力，到砂墊層底面(下臥層頂面)處的土中附加壓應(yīng)力與土中自重應(yīng)力之和不超過該處下臥層頂面地基深度修正后的容許承載力，即：,27,(1).砂墊層厚度的確定,28, z, z,對(duì)矩形基礎(chǔ):,墊層底面處的附加壓力,條形基礎(chǔ):,墊層厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。計(jì)算時(shí)，先假設(shè)一個(gè)墊層厚度（1-2m)，再按上式驗(yàn)算。,29,(2)墊層寬度的確定 墊層寬度應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面壓力擴(kuò)散的要求，可按下式計(jì)算或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。,對(duì)于比較重要的建筑物，還應(yīng)計(jì)算地基的變形量。地基變形僅考慮下臥土層的變形量。 墊層材料應(yīng)分層夯實(shí)并達(dá)到一定的密實(shí)度，以保證其自身的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。,30,第3節(jié) 排水固結(jié)法,排水固結(jié)預(yù)壓法:即指給地基預(yù)先施加荷載，為加速地基中水分的排出速率，同時(shí)在地基中設(shè)置豎向和橫向的排水通道，使得土體中的水分排出，逐步固結(jié)，以達(dá)到提高地基承載力和穩(wěn)定性、減小沉降量目的的一種地基處理方法。,31,排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。設(shè)置排水系統(tǒng)的目的，主要在于改變地基原有的排水邊界條件，縮短孔隙水排出的路徑，加快排水固結(jié)時(shí)間。排水系統(tǒng)由豎向排水體和水平向排水體構(gòu)成，豎向排水體如砂井，水平排水體為砂墊層。 加壓系統(tǒng)主要作用是給地基土增加固結(jié)壓力，使其產(chǎn)生固結(jié)。加壓的方式通常可利用建筑物（如房屋）或構(gòu)筑物（如路堤、堤壩等）自重、專門堆載、充水（如油罐充水）及抽真空施加負(fù)壓力荷載等。,32,目的： 沉降問題：使地基的沉降在加 載預(yù)壓期間大部分或基本完成， 使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不 利的沉降和沉降差； 穩(wěn)定問題：加速地基土的強(qiáng)度的 增長，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。,33,5.3.1 排水固結(jié)預(yù)壓法加固原理,室內(nèi)壓縮試驗(yàn)說明排水固結(jié)法原理,飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時(shí)，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長。,進(jìn)行加載預(yù)壓使土層固結(jié)，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基在建筑場地上先加一個(gè)和上部結(jié)構(gòu)相同的壓力沉降減少，如進(jìn)行超載預(yù)壓(預(yù)壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預(yù)壓荷載不應(yīng)大于地基土的容許承載力。,34,當(dāng)土樣在天然狀態(tài)下施加荷載壓力至完全固結(jié)時(shí)，曲線從天然狀態(tài)a點(diǎn)開始，在作用下，土中水排出，土體固結(jié)壓密，沿曲線abc到達(dá)c點(diǎn)，孔隙比減少e,相應(yīng)抗剪強(qiáng)度逐漸增大。 在完全固結(jié)c點(diǎn)，卸去全部荷載后，曲線立即回彈，沿cef曲線返回f點(diǎn)，有效固結(jié)壓力恢復(fù)至天然狀態(tài)，由于土樣孔隙中水部分被固結(jié)排走，孔隙比只能回彈到ef,同樣抗剪強(qiáng)度也只能恢復(fù)部分，不能恢復(fù)到天然狀態(tài)，常把這種稱為超固結(jié)狀態(tài)。 在超固結(jié)狀態(tài)下的土樣又再施加荷載壓力至完全固結(jié)時(shí)，曲線從f點(diǎn)沿fgc再固結(jié)壓縮至c點(diǎn)。,35,顯然在相同的固結(jié)壓力下，當(dāng)給土樣預(yù)先施加一個(gè)荷載后，再給土樣施加荷載，則土樣的密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度提高(圖中的f點(diǎn)、e點(diǎn)分別要比a點(diǎn)和b點(diǎn)高) ，變形減?。╡e）。 利用這個(gè)原理，如果在建筑場地上預(yù)先施加一個(gè)與上部結(jié)構(gòu)荷載相同甚至大于它的荷載進(jìn)行預(yù)壓，使土層得以排水固結(jié)，然后卸除荷載再在其上修建建筑物或構(gòu)筑物，則由建筑物引起的沉降可大大減小。,36,（1）提高建筑物軟土地基的承載力與穩(wěn)定性，常用于堤壩、油罐等的修筑。 （2）消除或減少基礎(chǔ)（底）的沉降，常用于減少建筑物基礎(chǔ)的沉降或消除高速公路路堤的工后沉降等。,主要應(yīng)用于：,37,土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件及預(yù)壓荷載有關(guān)。當(dāng)土層厚度相對(duì)于荷載寬度比較小時(shí)，土層中孔隙水向上下面透水層排出而使土層發(fā)生固結(jié)，稱為豎向排水固結(jié)。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需時(shí)間與排水距離的平方成正比。因此，為了加速土層的固結(jié)，最有效的方法是增加土層的排水途徑，縮短排水距離?？稍诘鼗性O(shè)置各類豎向排水體，如普通砂井、袋裝砂井、塑料排水帶和水平排水墊層等。,38,豎向排水情況,砂井地基排水情況,按固結(jié)所需的滲徑距離，均勻布置，利用機(jī)械，垂直打入一定深度的井孔，內(nèi)灌透水性好的砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，縮短滲徑，加速地基固結(jié)、強(qiáng)度增長和沉降發(fā)展。,39,排水固結(jié)預(yù)壓法主要適用 于處理淤泥、淤泥質(zhì)土及其他 飽和軟粘土。對(duì)于砂類土和粉土，因其透水性良好，無需用此法處理。 (一)天然地基堆載預(yù)壓法 (二)砂井堆載預(yù)壓法 (三)真空預(yù)壓法,40,5.3.2 天然地基堆載預(yù)壓法 天然地基堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前，用與設(shè)計(jì)荷載相等(或略大)的預(yù)壓荷載(如砂、土、石等重物)堆壓在天然地基上使地基軟土得到壓縮固結(jié)以提高其強(qiáng)度(也可以利用建筑物本身的重量分級(jí)緩慢施工)，減少工后的沉降量，待地基承載力、變形達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求后，將預(yù)壓荷載撤除，在經(jīng)預(yù)壓的地基上修建建筑物。 此方法費(fèi)用較少，但工期較長。如軟土層不太厚，或軟土中夾有多層細(xì)、粉砂夾層滲透性能較好，不需很長時(shí)間就可獲得較好預(yù)壓效果時(shí)可考慮采用，否則排水固結(jié)時(shí)間很長，應(yīng)用就受到限制。,41,5.3.3 砂井堆載預(yù)壓法,軟粘土滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預(yù)壓后排水固結(jié)的歷時(shí)，對(duì)較厚的軟土層，常在地基中設(shè)置排水通道，使土中孔隙較快排出水?？稍谲浾惩林性O(shè)置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設(shè)置橫向排水砂墊層如下圖所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。,砂井堆載預(yù)壓,42,（一）砂井地基的設(shè)計(jì),1砂井的直徑和間距： 砂井的直徑和間距主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。從原則上講，為達(dá)到相同的固結(jié)度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細(xì)而密”為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為300500mm。 砂井的間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特征和預(yù)定時(shí)間內(nèi)所要求達(dá)到的固結(jié)度確定，間距可按為直徑的68倍選用。,43,2砂井深度： 砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中的附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當(dāng)軟土不厚（一般為1020m）時(shí)，盡量要穿過軟土層達(dá)到砂層；當(dāng)軟土過厚（超過20m）,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對(duì)以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應(yīng)超過最危險(xiǎn)滑動(dòng)面2.0m以上。,3砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形，在大面積荷載作用下，認(rèn)為每個(gè)砂井均起獨(dú)立排水作用。為了簡化計(jì)算，將每個(gè)砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得一根砂井的有效排水圓柱體的直徑de和砂井間距l(xiāng)的關(guān)系按下式考慮：,等邊三角形布置,正方形布置,44,4砂井的布置范圍：由于在基礎(chǔ)以外一定的范圍內(nèi)仍然存在壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以砂井的布置范圍應(yīng)比基礎(chǔ)范圍大為好，一般由基礎(chǔ)的輪廓線向外增加24m。 5砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應(yīng)超過3%，滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3cm/s。,6砂墊層：為了使砂井有良好的排水通道，砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為0.5 m1 m。,45,(二)袋裝砂井預(yù)壓法 目前國內(nèi)應(yīng)用的袋裝砂井直徑一般為70120mm，間距為1.0m2.0m(井徑比n約取1520)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等長鏈聚合物編織制成，應(yīng)具有足夠的抗拉強(qiáng)度、耐腐蝕、對(duì)人體無害等特點(diǎn)。裝砂后砂袋的滲透系數(shù)不應(yīng)小于砂的滲透系數(shù)。灌入砂袋的砂應(yīng)為中、粗砂并振搗密實(shí)。砂袋留出孔口長度應(yīng)保證伸入砂墊層至少300mm，并不得臥倒。 袋裝砂井的施工已有相應(yīng)的定型埋設(shè)機(jī)械，與普通砂井相比，優(yōu)點(diǎn)是：施工工藝和機(jī)具簡單、用砂量少；它間距較小，排水固結(jié)效率高，井徑小，成孔時(shí)對(duì)軟土擾動(dòng)也小，有利于地基土的穩(wěn)定，有利于保持其連續(xù)性。 井徑比砂井排水影響面積的等效圓直徑與砂井直徑之比。,46,袋裝砂井,47,(三)塑料排水板預(yù)壓法 塑料排水板預(yù)壓法是將塑料排水板用插板機(jī)插入加固的軟土中，然后在地面加載預(yù)壓，使土中水沿塑料板的通道逸出，經(jīng)砂墊層排除，從而使地基加速固結(jié)。 塑料板排水與砂井比較具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1，塑料板由工廠生產(chǎn)，材料質(zhì)地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定； 2塑料板重量輕，便于施工操作； 3施工機(jī)械輕便，能在超軟弱地基上施工；施工速度快，工程費(fèi)用便宜。,48,多孔單一結(jié)構(gòu)型塑料排水板,復(fù)合結(jié)構(gòu)塑料排水板,49,塑料排水板,50,塑料排水板施工,51,施工后的塑料排水板,52,5.3.4堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟 因軟粘土地基抗剪強(qiáng)度較低，無論直接建造建(構(gòu))筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能快速加載，而必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷載下地基強(qiáng)度增加到足以加下一級(jí)荷載時(shí)才可加下一級(jí)荷載。具體計(jì)算步驟是，首先用簡便的方法確定一個(gè)初步的加荷計(jì)劃，然后校核這一加荷計(jì)劃下地基的穩(wěn)定性和沉降，其步驟如下：,53,1. 利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施加的荷載p1，對(duì)飽和軟粘土可采用下列公式估算：,k安全系數(shù)，建議采用1.11.5； cu天然地基的不排水抗剪強(qiáng)度(kpa)； 基底標(biāo)高以上土的重度(kn/m3)； d基礎(chǔ)埋深(m)。,54,2. 計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長值。在荷載作用下，經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高以后的地基強(qiáng)度為cu1：,考慮剪切蠕變的強(qiáng)度折減系數(shù)； cup1作用下地基因固結(jié)而增長的強(qiáng)度。,3. 計(jì)算p1 作用下達(dá)到所確定固結(jié)度所需要的時(shí)間, 目的在于確定第一級(jí)荷載停歇的時(shí)間，亦即第二級(jí)荷載開始施加的時(shí)間。,55,4. 根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度cu1 計(jì)算第二級(jí)所能施加的荷載p2, p2可近似地按下式估算：,同樣，求出在p2作用下地基固結(jié)度達(dá)70時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后計(jì)算第三級(jí)所能施加的荷載，依次可計(jì)算出以后的各級(jí)荷載和停歇時(shí)間。,5 . 按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算。如穩(wěn)定性不滿足要求，則調(diào)整加荷計(jì)劃。,56,6 . 計(jì)算預(yù)壓荷載下地基的最終沉降量和預(yù)壓期間的沉降量。這一項(xiàng)計(jì)算的目的在于確定預(yù)壓荷載卸除的時(shí)間。這時(shí)地基在預(yù)壓荷載下所完成的沉降量已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所余的沉降量是建筑物所允許的。,p1,p2,p3,t1,t2,t3,t4,t5,57,5.3.5 超載預(yù)壓 對(duì)沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理地基。經(jīng)超載預(yù)壓后，如受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加總應(yīng)力時(shí)，則今后在建筑物荷載作用下地基土將不會(huì)再發(fā)生主固結(jié)變形，而且將減小次固結(jié)變形，并推遲次固結(jié)變形的發(fā)生。 超載預(yù)壓可縮短預(yù)壓時(shí)間.,58,5.3.6 真空預(yù)壓法,真空預(yù)壓法實(shí)質(zhì)是以大氣壓作為預(yù)壓荷重的一種預(yù)壓固結(jié)法。 在需要加固的軟土地基表面鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水通道(普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，再用不透氣的封閉薄膜覆蓋軟土地基，使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空泵進(jìn)行抽氣，使其形成真空，當(dāng)真空泵抽氣時(shí)，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐漸形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓力差，在此壓力差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結(jié)。,59,降低水位預(yù)壓法,降低水位預(yù)壓法是借井點(diǎn)抽水降低地下水位，以增加土的自重應(yīng)力，達(dá)到預(yù)壓目的。 其降低地下水位原理、方法和需要設(shè)備基本與井點(diǎn)法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的軟弱土層承受了相當(dāng)于水位下降高度水柱的重量而固結(jié)，增加了土中的有效應(yīng)力。這一方法最適用于滲透性較好的砂土或粉土或在軟粘土層中存在砂土層的情況，使用前應(yīng)摸清土層分布及地下水位情況等。,60,工程實(shí)例,1 工程概況 浙江煉油廠位于浙江省鎮(zhèn)?？h境內(nèi)，整個(gè)廠區(qū)座落在杭州灣南岸的海涂上，廠區(qū)大小油罐60余個(gè)，其中1萬m3 的油罐10個(gè)，罐體采用鋼制焊接固定拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。1萬m3 的油罐直徑d31.28m，采用鋼筋混凝土環(huán)形基礎(chǔ)，環(huán)基高度取決于油罐沉降大小和使用要求，本設(shè)計(jì)環(huán)基高h(yuǎn)2.30m，其中填砂。 罐區(qū)地基土屬第四紀(jì)濱海相沉積的軟粘土，土質(zhì)十分軟弱，而油罐基底壓力達(dá)p=191.4kn/m2。,61,2 地基土層分布 場地地基土層自上而下分為以下幾層：第一層為黃褐色粉質(zhì)粘土硬殼層，為超固結(jié)土，厚度在1m左右；第二層為淤泥質(zhì)粘土，厚度約3.20m；第三層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其中夾有薄層粉砂，平均厚度為4.0m；第四層為淤泥質(zhì)粘土，其中含有粉砂夾層；下部粉砂夾層逐漸增多而過渡到粉砂層，此層平均厚度為9.30m；第五層為粉、細(xì)、中砂混合層，其中以細(xì)砂為主并混有粘土，平均厚度為8.0m；第五層以下為粘土、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粘土層，距地面50.0m左右為厚砂層，基巖在80m以下。 主要持力層土含水量高(超過液限)，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低。油罐地基采用砂井并充水預(yù)壓處理。,62,3 砂井設(shè)計(jì) 砂井直徑40cm、間距2.5m，采用等邊三角形布置，井徑比n為6.6。考慮到地面下17m處有粉細(xì)中砂層，為便于排水，砂井長度定為18m，砂井的范圍一般比構(gòu)筑物基礎(chǔ)稍大為好，本工程基礎(chǔ)外設(shè)兩排砂井以利于基礎(chǔ)外地基土強(qiáng)度的提高，減小側(cè)向變形。 砂井布置如下圖：,63,4 砂井施工 本工程采用高壓水沖法施工，即在普通鉆機(jī)桿上接上噴水頭，外面罩上一定直徑的切土環(huán)刀，由高壓水和切土環(huán)刀把泥漿泛出地面從排水溝排出，當(dāng)孔內(nèi)水含泥量較少時(shí)倒入砂而形成砂井。該法機(jī)具簡單、成本低、對(duì)土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)小，缺點(diǎn)是砂井的含泥量較其他施工方法為大。施工時(shí)場地上泥漿多，在鋪砂墊層前必須進(jìn)行清理。,64,5 效果評(píng)價(jià) 本工程經(jīng)現(xiàn)場沉降觀測和孔隙水壓力觀測。在充水預(yù)壓過程中，除個(gè)別測點(diǎn)外，孔隙水壓力和沉降速率實(shí)測結(jié)果均未超過控制標(biāo)準(zhǔn)，罐外地面無隆起現(xiàn)象，說明在充水過程中地基是穩(wěn)定的。從固結(jié)效果來看，當(dāng)充水高度達(dá)罐頂后30天(即充水開始后110天)孔隙水壓力已經(jīng)基本消散。放水前實(shí)測值已接近最終值，說明固結(jié)效果是顯著的。因此，可認(rèn)為該工程采用砂井充水預(yù)壓，在技術(shù)上效果是好的。,65,化學(xué)加固法,化學(xué)加固法是采用化學(xué)漿液灌入或噴入土中，使土體固結(jié)（土粒膠結(jié)）的地基加固方法。包括灌漿法、深層水泥攪拌法、高壓噴射注漿法。,一、灌漿法,灌漿法是利用液壓、氣壓或電化法，通過灌漿 管把化學(xué)漿液灌入土的孔隙中，以填充、滲透 擠密等方式，替代土顆粒間孔隙，經(jīng)一定時(shí)間 硬化后將松散的土粒固結(jié)成整體。,化學(xué)漿液：水泥漿+穩(wěn)定劑+減水劑+早強(qiáng)劑,加固目的：防滲、加固地基、地基托換。,66,第4節(jié) 深層水泥攪拌法,深層攪拌法（deep mixing methoddmm）是一種化學(xué)加固地基的方法。它通過特制機(jī)械各種深層攪拌機(jī)，沿深度將固化劑（水泥漿、水泥粉或石灰粉，外摻一定的添加劑）與地基土強(qiáng)制就地?cái)嚢?，利用固化劑自身及其與地基土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使地基土硬結(jié)成為具有整體性、水穩(wěn)定性、較低滲透性和一定強(qiáng)度的復(fù)合土樁（體），或與地基土構(gòu)成復(fù)合地基，從而提高軟土地基的承載力、減小地基的變形。,67,水泥土攪拌樁的應(yīng)用,支護(hù)結(jié)構(gòu) 重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)；止水帷幕； 地基加固 提高地基強(qiáng)度；控制沉降；防止液化 適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和低強(qiáng)度的粘性土地基。,68,支護(hù)結(jié)構(gòu) 水泥土墻,69,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,70,灌漿錨桿,71,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,72,支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥土墻,73,水泥土攪拌樁的應(yīng)用 地基加固,a)柱狀布置；b) 壁狀布置；c) 格柵狀布置；d) 塊狀布置,74,建筑物的地基加固，常采用樁型水泥土加固體，荷載不大時(shí)，可用單軸單樁體，較大時(shí)用雙軸樁體，平面上按基礎(chǔ)的形狀均勻布置；如基礎(chǔ)面積大，對(duì)地基均勻沉降要求高，應(yīng)按格室形或墻體型布置水泥土加固體。,75,地基加固,76,深層攪拌法按固化主劑的 不同可分為水泥系深層攪拌法 和石灰系深層攪拌法；按施工工藝又可分為漿體噴射深層攪拌法和粉體噴射深層攪拌法（濕噴和干噴）。 水泥系深層攪拌法所形成的固化土稱為水泥土（水泥加固土），影響水泥土強(qiáng)度的主要因素有：,77,水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入比的增大而增大。工程上常用的aw約為725%。,1.水泥摻入比,78,2.齡期 水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增長而增大，其強(qiáng)度增長規(guī)律不同于混凝土，一般在t28d后強(qiáng)度仍有較大增長。直到90d后其強(qiáng)度增長率逐漸變緩。所以，以齡期90天作為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。 3.地基土的含水量 當(dāng)水泥摻入比相同時(shí)，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密實(shí)性得到增強(qiáng)，從而提高了強(qiáng)度。,79,4.水泥標(biāo)號(hào) 水泥土的強(qiáng)度隨水泥標(biāo)號(hào)的提高而增大。在水泥摻入比相同的條件下，水泥標(biāo)號(hào)每提高100號(hào)，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約增大2030。 5.添加劑 在水泥系深層攪拌法中，常選用木質(zhì)素磺酸鈣、石膏和三乙醇胺等添加劑。添加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響程度可通過試驗(yàn)來確定。,80,（一）粉體噴射攪拌法(粉噴樁法),施工方法：通過專用的施工機(jī)械，將攪拌鉆頭下沉到預(yù)計(jì)孔底后，用壓縮空氣將固化劑（生石灰或水泥粉體材料）以霧狀噴入加固部位的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉(zhuǎn)使粉體加固料與軟土原位攪拌混合，自下而上邊攪拌邊噴粉，直到設(shè)計(jì)停灰標(biāo)高。為保證質(zhì)量，可再次將攪拌頭下沉至孔底，重復(fù)攪拌。,優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是以粉體作為主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期強(qiáng)度高，可以根據(jù)不同土的特性、含水量、設(shè)計(jì)要求合理選擇加固材料及配合比，對(duì)于含水量較大的軟土，加固效果更為顯著；施工時(shí)不需高壓設(shè)備，安全可靠，對(duì)周圍環(huán)境無污染、振動(dòng)等不良影響。缺點(diǎn)是由于目前施工工藝的限制，加固深度不能過深，一般為815m。,81,粉體噴射攪拌施工作業(yè)順序,a） 攪拌機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位；b）下鉆；c）鉆進(jìn)結(jié)束 d）提升噴射攪拌 e）提升結(jié)束,82,(二)水泥漿攪拌法（深攪樁法）,施工方法：用回轉(zhuǎn)的攪拌葉將壓入軟土內(nèi)的水泥漿與周圍軟土強(qiáng)制拌和形成水泥加固體。攪拌機(jī)由電動(dòng)機(jī)、中心管、輸漿管、攪拌軸和攪拌頭組成，并有灰漿攪拌機(jī)、灰漿泵等配套設(shè)備。我國生產(chǎn)的攪拌機(jī)現(xiàn)有單攪頭和雙攪頭兩種，加固深度達(dá)30m形成的樁柱體直徑60cm80cm(雙攪頭形成8字形樁柱體)。,與粉體噴射攪拌法相比有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1.加固深度加深；2.由于將固化劑和原地基軟土就地?cái)嚢瑁蚨畲笙薅壤昧嗽粒?.攪拌時(shí)不會(huì)側(cè)向擠土，環(huán)境效應(yīng)較??；,83,(a)定位 (b)噴漿攪拌下沉 (c)攪拌上升 (d)重復(fù)噴漿攪拌下沉 (e)重復(fù)攪拌上升(完畢),(a),(b),(c),(d),(e),攪拌工藝,打入深度較大，應(yīng)自上而下，或自下而上分段攪拌?？刂铺嵘俣?、噴漿速度,84,二、復(fù)合地基理論,復(fù)合地基：是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體或被改良的天然地基土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基（區(qū)別于均質(zhì)地基）。復(fù)合地基上部結(jié)構(gòu)的荷載由基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)（區(qū)別于樁基礎(chǔ)）。 根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向可分為豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基和水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基兩類。,85,豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基通常稱為樁體復(fù)合地基，樁體復(fù)合 地基中，根據(jù)樁體是由散體材料組成，還是由粘結(jié)材料 組成，以及粘結(jié)材料樁的剛度大小，可作如下分類：,1、復(fù)合地基分類,豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基,散體材料樁復(fù)合地基,粘結(jié)材料樁復(fù)合地基,柔性樁復(fù)合地基,半剛性樁復(fù)合地基,復(fù)合地基,水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基- 加筋體復(fù)合地基,散體材料樁只有依靠周圍土體的圍箍作用才能形成樁體。 散體材料樁復(fù)合地基包括碎石樁復(fù)合地基、砂樁復(fù)合地基等。 柔性樁復(fù)合地基包括灰土樁復(fù)合地基、石灰樁復(fù)合地基等。 半剛性樁復(fù)合地基包括cfg樁復(fù)合地基、低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基、水泥土攪拌樁、旋噴樁復(fù)合地基等。,86,2、復(fù)合地基常用概念,1. 復(fù)合地基面積置換率 若樁體的橫截面積為ap，該樁體所承擔(dān)的加固面積為ae，則復(fù)合地基面積置換率的定義為,對(duì)只在基礎(chǔ)下布樁的復(fù)合地基，樁的截面面積之和與基礎(chǔ)總面積 相等的復(fù)合土體面積之比，稱為平均面積置換率。,樁體在平面上的布置形式： 等邊三角形布置、正方形布置和矩形布置。,87,a）正方形布置 b）等邊三角形布置 c）長方形布置,88,若樁體為圓形，直徑為d，則對(duì)等邊三角形布置、正方形布置 和矩形布置的情形，復(fù)合地基面積置換率分別為：,復(fù)合地基樁土荷載分擔(dān)比 :即樁與土分擔(dān)荷載的比例。,pp樁承擔(dān)的荷載；ps樁間土承擔(dān)的荷載 p總荷載。,89,設(shè)計(jì)原理,樁土共同承載 承載 樁的承載力 + 樁間土承載力（折減） 沉降 樁范圍的壓縮 + 樁端以下土的沉降,90,3、復(fù)合地基承載力計(jì)算,式中 fspk 復(fù)合地基承載力特征值（kpa）； m 復(fù)合地基面積置換率； f pk樁體承載力特征值（kpa）； fsk處理后樁間土承載力特征值（kpa）； ra單樁豎向承載力特征值（kn）； ap樁的截面積（m2）； 樁間土承載力折減系數(shù)。,（1）,（2）,式（1）適用于散體材料樁和樁身強(qiáng)度較低的柔性樁復(fù)合地基， 其中常常可取1.0；式（2）適用于樁身強(qiáng)度較高的柔性樁和剛性 樁復(fù)合地基，其中通常小于1.0。,91,單樁豎向承載力特征值,水泥土90d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均； 樁身強(qiáng)度折減系數(shù),干法可取0.20.3 濕法可取0.250.33 ； 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)， 可取0.40.6,承載力高時(shí)取低值。 _樁側(cè)阻力特征值,對(duì)淤泥取4-7kpa,對(duì)淤泥質(zhì)土6-12kpa,對(duì)軟塑狀粘性土10-15kpa,對(duì)可塑狀粘土12-18kpa. 樁端地基土未修正的承載力特征值.,qsi,qp,92,確定樁長、水泥摻入比： 當(dāng)軟土較厚，攪拌樁不穿透軟土層時(shí)，由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（試驗(yàn)得）按（1）式計(jì)算單樁承載力特征值，再由（2）式反算所需樁長。 當(dāng)軟土不厚，樁端可進(jìn)入下部硬土層，或因施工限制加固深度，可直接定樁長，計(jì)算ra,由ra推求水泥摻入比。,93,下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算,式中 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面壓力(kpa)； a基礎(chǔ)底面積(m2)； au假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面積(m2)； fe假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面平均摩阻力； ac 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面積(m2)； fc 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基 承載力特征值。,=pka+gk-fs(a-ac)-feau/acfc,94,樁,樁,土,gk,ac,fc,fe,l,fs,pka,95,沉降計(jì)算,水泥土樁復(fù)合地基的沉降包括： 水泥土樁群體的壓縮變形 樁端下未加固土層的壓縮變形 均可按分層總和法計(jì)算。,96,例題1:某柱下獨(dú)立基礎(chǔ)基底尺寸為48米,埋深2米,基礎(chǔ)下天然地基為淤泥質(zhì)土,承載力特征值fak=80kpa,不能滿足設(shè)計(jì)要求,欲采用水泥土攪拌樁進(jìn)行加固,水泥土攪拌樁直徑500mm,樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2 mpa,要求加固后復(fù)合地基承載力特征值為160kpa,試確定水泥土攪拌樁的長度和數(shù)量. 求m, n=ma/ap 求樁長,97,例題2: 某房地產(chǎn)開發(fā)公司擬在15m厚軟粘土（其承載力特征值為100kpa，重度=18kn/m3)上建造六層樓住宅樓，軟土下為承載力特征值為200kpa的粘性土。采用筏板基礎(chǔ)，尺寸為20m50m，為計(jì)算簡便，假設(shè)基礎(chǔ)置于地表。擬采用復(fù)合地基方案，復(fù)合地基承載力取130kpa。若選用人工成孔石灰樁復(fù)合地基方案，樁長5m，樁徑300mm，石灰樁樁身抗壓強(qiáng)度比例界限值為400kpa，石灰樁線膨脹系數(shù)取1.1，樁間土承載力提高系數(shù)取1.15，壓力擴(kuò)散角取23。試驗(yàn)算石灰樁方案是否可行？若可行，求石灰樁的面積置換率。若采用等邊三角形布樁，試求樁間距。求石灰樁的理論布樁數(shù)。（對(duì)軟粘土深度修正系數(shù)取1.5，寬度修正系數(shù)取0）。 提示：（1）首先應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算！（2）石灰樁面積置換率應(yīng)采用膨脹后的截面積進(jìn)行計(jì)算！,98,解：（1）已知：,即：,由上可得軟弱下臥層強(qiáng)度滿足要求。即石灰樁方案可行。,99,（2）設(shè)石灰樁的面積置換率為m:,（4）設(shè)石灰樁的理論布樁數(shù)為n,即理論布樁數(shù)為650根。,100,工程實(shí)例 一、工程概況 南湖新村系江蘇省南京市重點(diǎn)新建的住宅小區(qū)之一，占地面積0.64km2，擬建200余棟多層住宅，建筑面積達(dá)550000 m2 。場地為長江及秦淮河的漫灘地帶，主要地層為高壓縮性流塑狀的淤泥質(zhì)亞粘土，厚度超過30m，土質(zhì)松軟，承載力很低。 為了提高軟土地基的承載能力，充分利用有限的建筑場地，增加住宅樓層數(shù)，南京市城鎮(zhèn)建設(shè)綜合開發(fā)公司第五處和南京市建筑設(shè)計(jì)院除采用大開挖深換土、使用大板和折板基礎(chǔ)外，還采用了碎石樁、石灰樁、現(xiàn)場灌注素混凝土樁、錐形樁以及深層攪拌法等地基處理措施。 受冶金工業(yè)部建筑研究總院地基室、南京市城鎮(zhèn)建設(shè)綜合開發(fā)公司和南京市建筑設(shè)計(jì)院的委托，對(duì)南湖新村18棟六層和七層的住宅樓軟土地基進(jìn)行深層攪拌樁加固。,101,二、設(shè)計(jì) 為獲得設(shè)計(jì)工作必需的攪拌樁參數(shù)，在施工現(xiàn)場附近進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。這里主要介紹一下地基加固設(shè)計(jì)。 （一）布樁方案 南湖新村采用深層攪拌加固的住宅樓主要有七層點(diǎn)式和六層條式兩種。七層點(diǎn)式住宅樓荷重較大，基底壓力達(dá)150kpa，但其上部建筑相對(duì)剛度較大，因此建筑物沉降將比較均勻，根據(jù)這一個(gè)特點(diǎn)，深層攪拌加固采用柱狀加固型式。對(duì)于六層條式住宅樓來說，雖其基底壓力小于140kpa，但其上部建筑長高比較大，剛度相對(duì)較小，易產(chǎn)生不均勻沉降；尤其是六棟底層為商店的臨街住宅樓，建在地勢低洼、又是新近剛回填的魚塘上，極易產(chǎn)生不均勻沉降，因此攪拌加固設(shè)計(jì)中采用了壁狀加固型式，即樁與樁搭接成壁，縱橫方向的水泥土壁又交叉成格柵狀，使全部的攪拌樁連成一個(gè)整體，如同一個(gè)不封底的箱形基礎(chǔ)，以減少不均勻沉降。此外對(duì)于一半基礎(chǔ)座落在新填的魚塘上，另一半座落在岸坡上的條式住宅樓，則通過不同的樁長設(shè)計(jì)來調(diào)整不均勻沉降。,102,設(shè)計(jì)包括以下三方面： 1.攪拌單樁的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)樁長考慮場地標(biāo)高與基底標(biāo)高之間的距離，單樁承載力按摩擦型樁計(jì)算。 2攪拌樁置換率和樁數(shù)的計(jì)算 3.群樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 將加固后的樁群視為一個(gè)格子狀的假想實(shí)體基礎(chǔ)，然后分別進(jìn)行承載力驗(yàn)算和沉降驗(yàn)算。,103,三、施工 施工參數(shù)以及施工工藝此處從略，本小節(jié)主要介紹一下變摻量攪拌。 在攪拌樁施工中，根據(jù)摩擦型攪拌樁的受力特性，采用了變摻量的施工工藝。所謂變摻量即樁端、樁中段和樁頂?shù)乃鄵饺氡认鄳?yīng)于樁身應(yīng)力而變化，即用不同的注漿提升速度和注漿次數(shù)來滿足各樁段水泥摻入比的要求。 對(duì)于土質(zhì)條件比較復(fù)雜的區(qū)段，為了保證攪拌質(zhì)量，在攪拌施工前先用輕便觸探儀對(duì)全場地進(jìn)行觸探，劃分各土層分界線，確定相應(yīng)的注漿量。 在成樁過程中，凡是由于電壓過低或其他原因造成停機(jī)或使成樁工藝中斷的，當(dāng)攪拌機(jī)重新啟動(dòng)后，為了防止斷樁，均將深層攪拌機(jī)下沉0.5m再繼續(xù)成樁。,104,四、住宅樓竣工后的沉降觀測 對(duì)南湖新村18棟采用深層攪拌法加固軟土地基的住宅樓，進(jìn)行了定期沉降觀測。使用一年半后的累計(jì)沉降表明，總沉降量較小，而且每棟住宅樓各觀測點(diǎn)的沉降量也比較均勻，傾斜率很小，建筑物沒有產(chǎn)生裂縫，使用正常。,105,第5節(jié) 高壓噴射注漿法,高壓噴射注漿法（high pressure jet grouting）是利用高壓射流技術(shù)，噴射化學(xué)漿液，破壞地基土體，并強(qiáng)制土與化學(xué)漿液混合，形成具有一定強(qiáng)度的加固體，來處理軟弱地基的一種方法。,106,107,利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆入(或置入)至土層預(yù)定的深度后，似2040mpa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，土層在高壓噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土中形成一個(gè)固結(jié)體。 它具有增大地基強(qiáng)度、提高地基承載力、止水防滲、減少支擋結(jié)構(gòu)物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能。,高壓噴射注漿法,108,按產(chǎn)生固結(jié)體的大小，分四種噴管： 1.單噴管，形成直徑0.3-0.8m； 2.二重噴管，輸送空氣和漿液兩種介質(zhì)，直徑0.8-1.2m； 3.三重噴射管，輸送水、氣、漿三種介質(zhì)，直徑1-2m; 4.多重噴射管，直徑2-4m; 按注漿噴射形式的不同，加固體的形狀不同。噴射形 式主要有： 1.旋轉(zhuǎn)噴射注漿； (圓柱狀） 2.定向噴射注漿；（壁狀體） 3. 擺噴注漿。（扇形體）,109,高壓噴射注漿法在工程上 的應(yīng)用主要有兩方面： 1.加固地基，提高建筑物地基的承載力，改善地基的變形性質(zhì)，既可應(yīng)用于擬建建筑物的地基處理，又可應(yīng)用于已建建筑物的事故處理。應(yīng)用于淤泥質(zhì)土、黃土、粘性土等。 2.地基或土體的防滲處理，形成防滲帷幕，防止?jié)B流破壞、流土或管涌。應(yīng)用砂土和砂礫石等。,噴射注漿施工順序： 開始鉆進(jìn)鉆進(jìn)結(jié)束高壓旋噴開始噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊提升噴射結(jié)束,110,盾構(gòu)始發(fā)端土體加固施工現(xiàn)場,111,采用雙高壓（漿壓、水壓）三重管（氣、水、漿管）旋噴加固方法,112,第6節(jié) 強(qiáng)夯法,強(qiáng)夯法：用幾噸至幾十噸的重錘從高處落下(十幾米至幾十米)，反復(fù)多次夯擊地面，對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。與重錘夯實(shí)不同，通過強(qiáng)大的夯擊力在地基中產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)波，從夯擊點(diǎn)發(fā)出縱波和橫波，向地基縱深方向傳播，使地基淺層和深處產(chǎn)生不同程度的加固作用。強(qiáng)夯法也稱為動(dòng)力固結(jié)法。 重錘夯實(shí)法即用起重機(jī)械將夯錘提升到一定高度，然后使錘自由下落并重復(fù)夯擊，使淺層土體變得密實(shí)，地基得以加固。,施工要求：錘重1530kn，落距2.54.5m， 夯打812遍，影響深度1.2m左右。,113,強(qiáng)夯法,114,強(qiáng)夯法,115,強(qiáng)夯法,116,強(qiáng)夯法由法國menard技術(shù)公司首創(chuàng)，對(duì)riviera濱海填土進(jìn)行夯實(shí)。該場地地質(zhì)條件為新近填筑的、厚約9m的碎石填土，其下是厚12m疏松的砂質(zhì)粉土，場地上要求建造20幢8層的住宅。由于碎石填土完全是新近填筑的，需要對(duì)地基進(jìn)行加固處理。,重約100kn的夯錘，落距13m 堆載預(yù)壓與強(qiáng)夯的對(duì)比,117,重錘夯實(shí)法適用于地下水位距地表0.8m以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土及分層填土等。,強(qiáng)夯法適用性：適用于碎石類土、砂類土、雜填土、低飽和粉土和粘 土、濕陷性黃土等地基的加固，效果較好。 對(duì)于高飽和軟粘土(淤泥及淤泥質(zhì)土) 強(qiáng)夯處理效果較差，但若結(jié)合夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗粒料，強(qiáng)行夯入形成復(fù)合地基（稱為強(qiáng)夯置換或動(dòng)力擠淤），處理效果較好。,118,強(qiáng)夯的機(jī)理：（分三個(gè)階段） 1.加載階段 夯擊的一瞬間，夯擊使地基土產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和動(dòng)應(yīng)力，動(dòng)的有效應(yīng)力使土體產(chǎn)生塑性變形，破壞土的結(jié)構(gòu)。砂土：顆粒重新排列而密實(shí)；粘性土：骨架被壓縮，同時(shí)造成動(dòng)力排水條件。 2.卸載階段 夯擊卸去的一瞬間，動(dòng)應(yīng)力消失，土中孔隙水壓力很大，土體中出現(xiàn)負(fù)有效應(yīng)力，引起砂土的液化和粘性土開裂，滲透性增大，孔隙水壓力消散。 3.動(dòng)力固結(jié)階段 卸載后，土體中仍然有一定的孔隙水壓力，在此壓力下排水固結(jié)。,119,土的類型的不同，強(qiáng)夯加固的機(jī)理亦有所不同。 對(duì)于粗顆粒、非飽和的土體：通過強(qiáng)夯法，給土體施加動(dòng)力荷載，夯擊能使土的骨架變形，土體孔隙減小變得密實(shí)，非飽和土的夯實(shí)過程，就是土中的空氣被擠出的過程。由于提高了土的密實(shí)度，使土體抗剪強(qiáng)度提高，壓縮性減小。因此強(qiáng)夯法加固處理多孔隙、粗顆粒、非飽和土體，其機(jī)理實(shí)質(zhì)是動(dòng)力密實(shí)。,強(qiáng)夯的機(jī)理,120,對(duì)于飽和的細(xì)顆粒土：強(qiáng)夯法處理機(jī)理則為動(dòng)力固結(jié)。當(dāng)巨大的沖擊能量施加于土體后產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，存在于土體中的微氣泡體積壓縮，從而使土體體積得到壓縮，土體體積壓縮后孔隙水壓力增加，增加至上覆壓力值時(shí)，土體產(chǎn)生液化（局部液化），之后土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，使土體產(chǎn)生很多裂隙，改善土體透水性能，使孔隙水順利逸出，待孔隙水壓力消散后，土體固結(jié)，強(qiáng)度提高，壓縮性減小。,強(qiáng)夯的機(jī)理,121,工程應(yīng)用： 1.加固建筑物松散軟弱土地基； 2.處理非均勻性土層地基； 3.處理可液化地基。,122,強(qiáng)夯置換的加固機(jī)理,123,強(qiáng)夯置換的加固機(jī)理,124,125,設(shè)計(jì)的基本程序 查明場地的工程地質(zhì)條件、工程規(guī)模大小及重要性； 確定加固目的與加固要求，初步計(jì)算夯擊能量、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)間距、加固深度等施工參數(shù)； 根據(jù)確定的參數(shù)，制定施工計(jì)劃和施工說明； 施工前試夯，現(xiàn)場確定加固效果，確定是否修改。,強(qiáng)夯法設(shè)計(jì),126,強(qiáng)夯法的設(shè)計(jì),(1)有效加固深度：強(qiáng)夯的有效加固深度影響因素很多，有錘重、錘底面積和落距，還有地基土性質(zhì)，土層分布，地下水位等。我國常采用的是根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)方式進(jìn)行修正后的估算公式：,（2）強(qiáng)夯的單位夯擊能：,指單位面積上