土木基礎工程地基處理

1、土木基礎工程地基處理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 淺基礎淺基礎, ,當承載力當承載力, ,沉降沉降, ,液化液化, ,凍脹不凍脹不滿足設計要求滿足設計要求(1) 采用深基礎采用深基礎,樁基礎樁基礎(2) 處理地基土處理地基土,改善土性改善土性一一 地基處理的目的地基處理的目的1 提高土的強度-地基承載力2 增加土的剛度-減少地基沉降量3 改善地基土的水力特性 (1)防滲,堤壩,閘基,池(濕陷,膨脹性土) (2)排水:軟基固結滲流,擋土墻排水 (3)滲透穩(wěn)定性:長江大堤的管涌,流土.采用反濾 (4)抗凍性:實質是滲透性,減少毛細現(xiàn)象,加強排水4 改善抗震性能 (1)液化:加密,圍封(水床);(2)震陷

2、:干松砂和溶洞.哪些土需要處理？哪些土需要處理？ 淤泥土與淤泥質土淤泥土與淤泥質土muck, mucky soil 泥炭泥炭,泥炭質土泥炭質土Peat 填土填土,回填土回填土Fill, backfill 松砂松砂Loose sand 區(qū)域性特殊土區(qū)域性特殊土Regional soil地基處理的對象地基處理的對象2 2 軟土和特殊土地基軟土和特殊土地基淤泥土與淤泥質土淤泥土與淤泥質土muck, mucky soil(1)定義淤泥土孔隙比淤泥土孔隙比 e 1.5, L (IL1.0)淤泥質土孔隙比淤泥質土孔隙比 e = 1.01.5, L (IL1.0)(2)土性*高含水量高含水量 =4090%

3、even 100%*高壓縮性高壓縮性 -1*高流變性高流變性 : 次固結量隨時間增加次固結量隨時間增加*低強度低強度 Cu 0.5 MPa-1Cu 1.5, L (IL1.0) 有機含量有機含量 30%(北京)泥炭質土泥炭質土 e=1.01.5,l (Il)有機含量有機含量10-30% 土性土性*高含水量高含水量 *高壓縮性高壓縮性, 快快, 不均勻不均勻* 高流變性高流變性 *低強度低強度 Cu 30 kPa*低滲透性低滲透性地基處理的對象地基處理的對象2.3 2.3 填土填土, ,回填土回填土Fill, backfillFill, backfill 雜填土雜填土Miscellaneous

4、fill :建筑垃圾，衛(wèi)生填埋，建筑垃圾，衛(wèi)生填埋，不均勻，不穩(wěn)定不均勻，不穩(wěn)定 沖填土沖填土Hydraulic fill :細細 欠固結欠固結素填土素填土Plain fill, 礫石，砂，粉土，粘性土礫石，砂，粉土，粘性土松砂松砂Loose sandDr 0.85 易液化，振陷易液化，振陷新加坡人工新加坡人工填海填海地基處理的對象地基處理的對象2.5 區(qū)域性土區(qū)域性土Regional soil 濕陷性黃土Collapsible loess (silt): 廣泛分布，大孔隙，高結構強度200kPas=(hd-hw)/h0s=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa 荷載板試驗荷載板

5、試驗 200kPa, 荷載不變荷載不變 注水沉降注水沉降 n 膨脹土Expansive soil 蒙特石含量高蒙特石含量高 n 凍土 Frozen soil, 凍脹性地基處理的對象地基處理的對象黃土高原上的黃土高原上的濕陷性黃土濕陷性黃土渤海渤海華北平原華北平原東南季風東南季風太行山太行山黃土高原黃土高原沙漠沙漠戈壁戈壁降雨降雨降塵降塵西風西風3 3 地基處理方法分類地基處理方法分類1 置換法置換法 Soil replacement2 加密法加密法 Densification3 膠結法膠結法Cementation4 加筋法加筋法Soil reinforcement原則：技術經(jīng)濟原則：技術經(jīng)濟第

6、二節(jié)第二節(jié) 置換法置換法 Soil replacement一 墊層置換法軟土軟土墊層墊層二 土樁置換法 1 散體材料樁 2 膠結摻和料樁置換法置換法 墊層置換法墊層置換法1 材料材料塊石塊石,拋石擠淤拋石擠淤礫礫,中粗砂中粗砂, 壓實壓實,防凍防凍,防液化防液化,加速固結加速固結灰土灰土,三合土三合土.灰土灰土2:8,3:7, 土土-粉土粉土,粉質粘土粉質粘土;三合土三合土:灰土灰土,灰渣及碎磚瓦灰渣及碎磚瓦工業(yè)廢渣工業(yè)廢渣:粉煤灰粉煤灰,礦渣礦渣素土素土:Ip=1017,濕陷性黃土換除濕陷性黃土換除,分層壓實分層壓實加筋土加筋土b回填土回填土墊層置換法墊層置換法2 墊層法的適用性墊層法的適用

7、性 軟粘土和淤泥軟粘土和淤泥 濕陷性土濕陷性土 填土填土,一般粘性土承載力低一般粘性土承載力低3 墊層設計墊層設計 人工持力層人工持力層,要對軟弱下臥層驗算要對軟弱下臥層驗算(1)持力層承載力持力層承載力 p f, 確定材料及密度確定材料及密度(2)深度設計深度設計 一般要求墊層的擴散和技術的要求一般要求墊層的擴散和技術的要求 工程量工程量,經(jīng)濟性經(jīng)濟性 按承載力設計按承載力設計(與軟弱下臥層相似與軟弱下臥層相似)墊層置換法墊層置換法b回填土回填土 Z + CZ f(z+d) 見表見表5-2, z/b0.5,2330o B b+2ztg +2 30cm 便于壓實機械施工便于壓實機械施工 B b

8、+ z = 02.0 ()2CDzczCDpbbztgFGFdbpbbz 填填b回填土回填土B= b+2ztg dz 填填zCZCD墊層置換法墊層置換法墊層置換法小結墊層置換法小結 可以就地取材可以就地取材 人工持力層人工持力層 要進行軟弱下臥層承載力驗算要進行軟弱下臥層承載力驗算 墊層厚度有限制墊層厚度有限制墊層置換法墊層置換法二 土樁置換法 1 散體材料樁 砂石樁，石灰樁2 膠結摻和料樁 水泥粉煤灰碎石樁 水泥土樁 高壓噴射注漿樁土樁置換法土樁置換法(一一) 復合地基概念復合地基概念Composite ground在軟土內造孔回填土石料或摻和料，形成剛度比在軟土內造孔回填土石料或摻和料，形

9、成剛度比四周軟土大的土質樁，與樁周土一起共同承受建四周軟土大的土質樁，與樁周土一起共同承受建筑物荷載。這種地基稱為復合地基筑物荷載。這種地基稱為復合地基tdtd布置方式：布置方式：梅花形梅花形正方形正方形土樁置換法土樁置換法復合地基組成復合地基組成天然地基土天然地基土土質樁或膠結摻料樁土質樁或膠結摻料樁砂石墊層砂石墊層基礎基礎土樁置換法土樁置換法(二二) 復合地基設計復合地基設計1 適用土性適用土性適用：軟弱粘性土，非飽和黃土和人工填土適用：軟弱粘性土，非飽和黃土和人工填土布置：梅花形和正方形布置：梅花形和正方形處理深度：穿越軟土層達到良好土層。如果沒有處理深度：穿越軟土層達到良好土層。如果沒

10、有穿透軟土層，要求控制變形量。穿透軟土層，要求控制變形量。良好土層良好土層d0d0軟土軟土土樁置換法土樁置換法2 平面布置和設計參數(shù)平面布置和設計參數(shù)有效排水圓柱體直徑有效排水圓柱體直徑de梅花形：梅花形： de = Sa正方形：正方形： de = Sa面積置換率面積置換率m (d0 / de)2Sa 樁中心距樁中心距Sad0dedSa土樁置換法土樁置換法3 復合地基的承載力復合地基的承載力1) 現(xiàn)場載荷試驗現(xiàn)場載荷試驗 取包含樁土的代表單元直接測定取包含樁土的代表單元直接測定 樁土分開的載荷試驗樁土分開的載荷試驗 采用公式采用公式 fspk=mfpk+(1-m)fsk fspk 復合地基承載

11、力特征值復合地基承載力特征值 kPa fpk 樁體承載力特征值樁體承載力特征值 fsk 樁間土承載力特征值樁間土承載力特征值 m 面積置換率 =Ap/A包含樁土的載荷試驗包含樁土的載荷試驗土樁置換法土樁置換法2) 無載荷試驗資料無載荷試驗資料(小型工程小型工程) fspk=1+m (n-1)fsk樁土應力比 n= p / s 與土性有關,隨荷載變化 對于碎石樁n=24 m 面積置換率 =Ap/A復合地基承載力特征值()(1)1(1)1(1)spkpppsspkpssskAfAA Afmmmnmnf td土樁置換法土樁置換法包含樁土的載荷試驗包含樁土的載荷試驗4 復合地基的變形驗算復合地基的變形

12、驗算變形計算方法與多層地基相同變形計算方法與多層地基相同復合土層的壓縮模量復合土層的壓縮模量 Esp= 1+m (n-1)Es Es 為砂石樁置換前的壓縮模量，為砂石樁置換前的壓縮模量，MPa 為成樁對周圍土的擠密效應系數(shù)，砂石樁取為成樁對周圍土的擠密效應系數(shù)，砂石樁取1.0,石灰樁取石灰樁取土樁置換法土樁置換法(三三) 膠結摻料樁復合地基設計膠結摻料樁復合地基設計1 適用土性適用土性常用材料：水泥粉煤灰砂石樁常用材料：水泥粉煤灰砂石樁CFG，水泥土樁，水泥土樁，高壓噴射注漿樁高壓噴射注漿樁 CFG樁樁適用于粘性土、粉土、砂土和自重固結適用于粘性土、粉土、砂土和自重固結完成的人工填土完成的人工

13、填土水泥土樁水泥土樁適用于正常固結的淤泥、淤泥質土、粉適用于正常固結的淤泥、淤泥質土、粉土、黃土、素填土、粘性土和飽和松土、黃土、素填土、粘性土和飽和松散砂土散砂土(靜水位靜水位)高壓噴射注漿樁高壓噴射注漿樁適用于土類與與水泥土樁類似適用于土類與與水泥土樁類似土樁置換法土樁置換法深層攪拌法深層攪拌法深層攪拌法施工工藝流程深層攪拌法施工工藝流程定定位位預預攪攪拌拌下下沉沉噴噴漿漿攪攪拌拌上上升升重重復復攪攪拌拌下下沉沉重重復復攪攪拌拌上上升升完完畢畢土樁置換法土樁置換法深層攪拌樁載荷試驗前后深層攪拌樁載荷試驗前后土樁置換法土樁置換法高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法 高壓旋噴旋噴單管單管: :漿液漿液

14、雙管雙管: :內漿外氣內漿外氣三管三管: :氣氣, , 水水, , 漿漿適用于適用于: :人工填土人工填土; ;黃黃土及一般粘性土土及一般粘性土; ;軟軟粘土粘土; ;砂石砂石土樁置換法土樁置換法單管單管漿液漿液雙管雙管內漿外氣內漿外氣三管三管氣水漿氣水漿土樁置換法土樁置換法旋噴樁施工順序旋噴樁施工順序振動打樁機振動打樁機硬化劑硬化劑(漿液漿液)高壓水高壓水壓縮空氣壓縮空氣高壓水高壓水壓縮空氣壓縮空氣硬化劑硬化劑(漿液漿液)土樁置換法土樁置換法砂土砂土粘性土在某種壓實功能下（標準壓粘性土在某種壓實功能下（標準壓實功能）達到最密時的含水量稱為實功能）達到最密時的含水量稱為最優(yōu)含水量，對應的干密度

15、稱為最最優(yōu)含水量，對應的干密度稱為最大干密度大干密度砂土：不存在最優(yōu)含水量；砂土：不存在最優(yōu)含水量；在完在完全風干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實全風干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實；潮濕狀態(tài)下潮濕狀態(tài)下不易不易擊實擊實第三節(jié)第三節(jié) 加密法加密法 Densification目的：降低壓縮性，提高強度 飽和曲線飽和曲線粘性土粘性土 d d 第三節(jié)第三節(jié) 加密法加密法 Densification一 機械壓密法 1 靜重壓密 2 沖擊荷重壓密 3 振動壓密二 深層擠密法 1 砂樁、土樁和灰土樁 2 振沖樁目的：降低壓縮性，提高強度 三 強夯法四 預壓固結 加密法加密法1 靜重碾壓靜重碾壓Compaction by

16、 rolling 振動平胎碾礫石Pneumatic tired roller羊足碾粘性土或粉土Sheepsfoot roller一一 機械壓密機械壓密平滑鼓型振動碾平滑鼓型振動碾 Vibrocompaction for sand加密法加密法2 沖擊荷重壓密沖擊荷重壓密夯板壓密法：適用于填土、松砂荷濕陷性黃土影響深度：一一 機械壓密機械壓密加密法加密法 2 2 強夯法強夯法錘重：錘重：825t，最大，最大200t落距：落距：825m有效深度：有效深度：510m承載力：承載力：180250kPa1969年，法國年，法國1978年，中國年，中國強夯設備：強夯設備：夯錘，起重機，脫鉤裝置夯錘，起重機，

17、脫鉤裝置加固機理：加固機理：動態(tài)能量動態(tài)能量, 波的傳播和密實固結波的傳播和密實固結加固效果：加固效果：提高承載力、減小沉降量，提高承載力、減小沉降量， 消除液化可能、消除濕陷性等消除液化可能、消除濕陷性等優(yōu)優(yōu) 缺缺 點：點：經(jīng)濟；噪音經(jīng)濟；噪音加密法加密法振動平板碾級配振動平板碾級配砂或者砂、礫和粘砂或者砂、礫和粘性土的混合土性土的混合土Vibrating plate for hand operation3 振動板壓密振動板壓密加密法加密法二二 深層擠密法深層擠密法(一一)砂樁、土樁和灰土樁砂樁、土樁和灰土樁 (1)沉管、柱錘沖擴法 (2)材料：土樁(原狀粉土,粉質粘土再夯入);灰土樁,砂石

18、樁;夯實水泥土樁，二灰樁(加粉煤灰)， (3)適用于填土適用于填土,松砂松砂,濕陷性黃土濕陷性黃土,一般粘性土一般粘性土Sr60%. 飽和度較高的粘性土不宜。飽和度較高的粘性土不宜。加密法加密法進料口進料口管嘴管嘴砂樁套管套管管嘴管嘴加密法加密法砂樁砂樁SadHhs1e1hs1234aSA 220348aSAd Hhs2e2hs2加密法加密法原三角形土柱原三角形土柱的橫截面積的橫截面積加固后三角形土加固后三角形土柱的橫截面積柱的橫截面積22212211843143edtetVVss已知已知t,d 求求e2，或者已知，或者已知e2,d 求求 t孔隙比孔隙比 總斷面積總斷面積 高度高度 固相比例固

19、相比例 固相體積固相體積 e1 H 1/(1+ e1) Vs1=A1H/ (1+ e1)E2 H 1/(1+ e2) Vs1=A2H/ (1+ e2)22234348tAtAd 砂樁砂樁Hhs1e1hs1234aSA 220348aSAd Hhs2e2hs2加密法加密法 t=Sa振沖樁振沖樁 (起源于德國起源于德國,我國于我國于70年代引入年代引入)(1)設備設備,振沖器振沖器d=270420mm,l=23m, G=820KN(2)原理原理:振振:偏心輪旋轉偏心輪旋轉,振動振動加密加密,使顆粒移動使顆粒移動 沖沖:高壓水從中間穿過高壓水從中間穿過,土土顆粒振浮液化固結顆粒振浮液化固結二二 深層

20、擠密法深層擠密法(一一) 振沖樁振沖樁加密法加密法(3)填料填料 粗顆粒粗顆粒(粘細粒少粘細粒少);級配好級配好;最大顆粒最大顆粒50 不不宜宜(4)4)適用于松砂適用于松砂, ,素填土素填土, ,雜填土和一般粘性土雜填土和一般粘性土, ,不適用于淤泥和淤泥質土不適用于淤泥和淤泥質土加密法加密法振沖樁加密法振沖樁加密法例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁（1）t=90cm,d=40cm加密前加密前e1=0.96, d加密后加密后e2=0.61, d（15點平均）點平均）用公式用公式（2）承載力，原狀土）承載力，原狀土f0k=132kPa222123348411ttdee td樁

21、土應力比樁土應力比 n = p / s = 3.48, m=0.179, 載荷試驗載荷試驗fk=228kPa, s=158kPa, p =550kPa;s/d=0.008.公式計算：公式計算： fk=1+m(n-1) f0k=191kPa加密法加密法1 置換法置換法2 加密法加密法3 膠結法膠結法4 加筋法加筋法機械壓密法深層擠密法強夯法預壓固結墊層置換土樁置換復合地基復合地基三三 預壓固結法預壓固結法(1)堆載預壓堆載預壓(2)降水預壓降水預壓 提高有效應力提高有效應力wellpoint system(3)真空預壓真空預壓 密封層密封層加密法加密法(一一)堆載預壓堆載預壓1 預壓原理，原位自

22、重應力預壓原理，原位自重應力 s，建筑物附，建筑物附加應力加應力 z, 預加壓力預加壓力 t=(1.21.5) z p kPa變形變形e z e1 s te2加密法加密法強度強度適用于飽和軟粘土適用于飽和軟粘土(1)淤泥及淤泥質土淤泥及淤泥質土(2)沖沖填土填土(3)填海填海(湖湖)造田。造田。 超固結土超固結土正常固結正常固結加密法加密法2 預壓歷時和加速排水方法預壓歷時和加速排水方法例單向滲流固結例單向滲流固結 -1 k=5 10-7cm/s e0， 10m厚厚年年這顯然不合適這顯然不合適因此需要采用：因此需要采用：砂井固結：加快固結速度，砂井固結：加快固結速度，增加水平向滲流增加水平向滲

23、流24281vTUe 不透水層不透水層加密法加密法不透水層不透水層d0砂井預壓固結砂井預壓固結 吹砂吹砂砂井預壓固結砂井預壓固結3 塑料排水板塑料排水板砂井（砂井（1）砂量（）砂量（2）易斷（）易斷（3）工程造價）工程造價近年更多使用塑料排水板，塑料排水帶的當量近年更多使用塑料排水板，塑料排水帶的當量等效直徑（等效直徑（mm）2(),0.75 1.0pbd 砂井預壓固結砂井預壓固結b:塑料排水帶寬度（塑料排水帶寬度（mm）:塑料排水帶厚度（塑料排水帶厚度（mm）Area Installed with Vertical Drains 砂井預壓固結砂井預壓固結Application of Surc

24、harge 砂井預壓固結砂井預壓固結 砂井預壓固結度計算砂井預壓固結度計算微分方程軸對稱微分方程軸對稱三維滲流固結問題Carrillo假設成兩個方向的滲流固結問題疊加22221vuuuuctr rrz 22221vzvruuctzuuuctr rr 00(1)(1)zvzwrvrwkecakeca 砂井預壓固結砂井預壓固結2 微分方程的解微分方程的解按各自的邊界條件分別求解，公式按各自的邊界條件分別求解，公式5 51818，積分后得到，假設積分后得到，假設2428( )811vrTztTf nrtUeUe 22vzvvrrec tTHc tTd 1(1)(1)ztrtUUU 222231( )

25、ln( )14nnf nnnn n為井徑比=De/dw砂井預壓固結砂井預壓固結De、dw分別為砂井有效影響范圍直徑和和砂井直徑分別為砂井有效影響范圍直徑和和砂井直徑De為砂井有效排水直徑： De=Sa(砂井三角形排列)， De=Sa (砂井正方形排列)其中，Sa為砂井間距上例中上例中, 砂井直徑砂井直徑dW =25cm, De，U=94%只需要只需要20天天思考題：思考題：增加井徑增加井徑dW,減少間距減少間距de哪個有效？哪個有效？砂井預壓固結砂井預壓固結22vzvvrrec tTHc tTd (二二) 降水預固結降水預固結 基坑基坑設計坑底設計坑底坑底降水深度坑底降水深度D坑底降水線坑底降

26、水線板樁板樁降水預壓固結降水預壓固結z原理原理z降水預壓固結降水預壓固結真空預壓真空預壓-u真空預壓固結真空預壓固結思考題為什么降水預壓和真空預壓不會引起土體破壞。堆載預壓則可能由于速度太快而造成地基破壞？預壓固結的加載速率預壓固結的加載速率 快加載快加載不排水不排水破壞破壞 分級慢分級慢排水排水達到密實固結達到密實固結K0Kf降水降水qp p總應力路徑總應力路徑不排水不排水pt加密法小節(jié)加密法小節(jié)淺層：碾壓、淺層：碾壓、深層：預制混凝土樁，沉管，振沖等深層：預制混凝土樁，沉管，振沖等 預壓固結，爆破、強夯預壓固結，爆破、強夯由深層擠密形成樁體與地基土構成復合由深層擠密形成樁體與地基土構成復合

27、地基，擠密后的承載力計算地基，擠密后的承載力計算砂井排水預壓固結計算砂井排水預壓固結計算第四節(jié)第四節(jié) 膠結法膠結法一一 灌漿灌漿1 1 水泥和粘土漿水泥和粘土漿可灌物可灌物凈空比凈空比 R=Dpore/d=23; Dpore、 d為為被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑，防防止堵塞止堵塞可灌比可灌比 N=D15/d85 1015, 85%85%的灌漿材料充的灌漿材料充填填適用于礫石適用于礫石,粗砂，用以防滲，灌注樁加固粗砂，用以防滲，灌注樁加固 單液硅化法和堿單液硅化法和堿液法液法 硅酸鈉，氫氧化硅酸鈉，氫氧化鈉氯化鈣鈉氯化鈣3 3 化學灌漿丙烯?；瘜W灌漿丙烯酰胺，聚氨酯胺，聚氨酯 真溶液易灌，真溶液易灌， 凝固時間和強度凝固時間和強度可控，可控， 污染，污染， 造價高造價高化學灌漿化學灌漿粘土灌漿粘土灌漿擊實灌漿擊實灌漿膠結法膠結法已有樁或墩的持力層加固已有樁或墩的持力層加固已有結構地基加固已有結構地基加