壓實性和地基處理課件

1、壓實性和地基處理壓實性和地基處理第1部分 概 述 軟弱土系指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土。由軟弱土組成的地基稱為軟弱土地基。 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性質(zhì)，從而導致了其特有的工程性質(zhì)。第1部分 概 述 軟弱土系指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填 軟土：指在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學作用下形成的軟弱土。物理力學特性軟土的天然孔隙比大： e1天然含水量高：wwl壓縮系數(shù)高滲透系數(shù)小抗剪強度低靈敏度高具有明顯的流變性 軟土：指在靜水或非常緩慢物理力學特性軟土的天然孔隙比大： 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

2、承載力低建筑物的沉降和差異沉降較大建筑物沉降歷時長 流變：在應力不變的情況下，土體的剪應變和體應變?nèi)噪S時間而增長的現(xiàn)象。淤泥：e1.5淤泥質(zhì)土：1.5 e1.0軟土工程特性 由于軟土地基的上述工程特性，所以在軟土地基上修建建筑物，必須重視地基的變形和穩(wěn)定問題。由于軟土地基的承載力較低，如果不做任何處理，一般不能承受較大的建筑物荷載。因此在軟土地基上建造建筑物，要求對軟土地基進行處理。 由于軟土地基的上述工程 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，提高其抗剪強度等。 地基處理的目的主要是改 地基處理的原則：地基處理有許多方法，各種方法都有各自的特點和作用機理。

3、沒有哪一種方法是萬能的，對于每一個工程都必須進行綜合考慮，通過幾種可能采用的地基處理方案的比較，選擇一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理、施工可行的方案，既可以是單一的地基處理方法，也可以是多種地基處理方法的綜合。 地基處理的原則：地基處一、土的壓實原理 大量工程實踐和試驗研究表明，控制土的壓實效果的主要因素是：土的含水量，壓實機械及其壓實功能等。土的壓實效果常用干密度d（單位土體積內(nèi)土粒的質(zhì)量）來衡量。一、土的壓實原理 1.最優(yōu)含水量 對粘性土，當壓實功能和條件相同時，土的含水量過大或過小，土體都不易壓實，只有把土的含水量調(diào)整到某一適宜值時，才能收到最佳的壓實效果。 在一定壓實機械的功能條件下，土最易于被

4、壓實，并能達到最大密度時的含水量，稱為最優(yōu)含水量wop，相應的干密度則稱為最大干密度dmax。 1.最優(yōu)含水量wd0dmaxwopwd0dmaxwop 試驗統(tǒng)計表明：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.壓實功能 對于同類土，隨著壓實功能的變化，最大干密度和最優(yōu)含水量也隨之變化。當壓實功能較小時，土壓實后的最大干密度較小，對應的最優(yōu)含水量則較大；反之，干密度較大，對應的最優(yōu)含水量則較小。 試驗統(tǒng)計表明：最優(yōu)含水量夯實法及碾壓法 通過夯錘或機械，夯擊或碾壓填土、疏松土層，使其孔隙體積減少、密實程度提高，這種作用稱為壓實。壓實能降低

5、土的壓縮性、提高其抗剪強度、減弱土的透水性，使經(jīng)過處理的表層弱土成為能承擔較大荷載的地基持力層。第2部分 地基處理方法夯實法及碾壓法 通過夯錘或機械，夯擊或碾壓填土、疏松土強夯法 強夯法是用幾噸至幾十噸的重錘從高處落下，反復多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。這種強大的夯擊力在地基中產(chǎn)生動應力和振動，從夯擊點發(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。強夯法 強夯法是用幾噸至幾十噸的重錘從高處落下，反復多10.2.2 強夯法 強夯法是法國L梅納（Menard）1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法。夯擊后的地基承載力可提高25倍，壓縮性可降低200500，影響深度在10

6、m以上。 10.2.2 強夯法 強夯法是法國L梅納（Me平滑鼓型振動碾 Vibrocompaction for sand平滑鼓型振動碾 Vibrocompaction for 振動壓路機振動壓路機降低壓縮性，提高強度振動平胎碾礫石羊足碾粘性土或粉土Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller降低壓縮性，提高強度Pneumatic tired roll擠密法和振沖法 在砂土中，通過機械振動擠壓或加水振動可以使土密實。擠密法和振沖法就是利用這個原理發(fā)展起來的兩種地基加固方法。擠密法和振沖法 在砂土中，通過機械振動擠壓或加水振動可一、擠密法 擠密法的加固機理主要靠樁

7、管打入地基中，對土產(chǎn)生橫向擠密作用，在一定擠密功能作用下，土粒彼此移動，小顆粒填入大顆粒的空隙，顆粒排列緊密，孔隙體積減少，地基土的強度也隨之增強。所以擠密法主要是使松軟土地基擠密，改善土的強度和變形特性。 一、擠密法二、振沖法 振沖法是利用一個振沖器，在高壓水流的作用下邊振邊沖，使松砂地基變密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的樁體，這樣的樁體和原來的土構(gòu)成復合地基。 在砂土中和粘性土中振沖法的加固機理是不同的。在砂土中主要是振動擠密和振動液化作用；在粘性土中主要是振沖置換作用，置換的樁體與土組成復合地基。二、振沖法振沖樁 (起源于德國,我國于70年代引入)(1)設備,振沖器d

8、=270420mm,l=23m, G=820KN(2)原理:振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動加密,使顆粒移動 沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(jié)振沖樁 (起源于德國,我國于70年代引入)振沖器振沖器換土墊層法 當建筑物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上部荷載對地基的要求時，常采用換土墊層法來處理軟弱土地基，即將基礎下一定深度內(nèi)的土層挖去，然后回填以強度較高的砂、碎石或灰土等，并夯至密實。換土墊層法 當建筑物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上 實踐證明：換土墊層可以有效地處理某些荷載不大的建筑物地基問題。換土墊層按其回填的材料可分為砂墊層、碎石墊層、灰土墊層等。 砂墊層的主要作用： 1.提高淺基礎下地

9、基的承載力； 2.減少沉降量； 3.加速基底下軟弱土層的排水固結(jié)； 4.防止凍脹； 5.消除膨脹土的脹縮作用。 實踐證明：換土墊層可以排水固結(jié)預壓法 排水固結(jié)預壓法是利用地基土排水固結(jié)的特性，通過施加預壓荷載，并增設各種排水條件（砂井和排水墊層等排水體），以加速飽和軟粘土固結(jié)發(fā)展的一種軟土地基處理方法。排水固結(jié)預壓法 排水固結(jié)預壓法是利用地基土排水固結(jié)的特ceabce0ebaeceabce0ebae 土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件有關(guān)。當土層厚度相對于荷載寬度比較小時，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)所需時間與排水距離的平方成正比

10、。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。 土層的排水固結(jié)效果和它 排水固結(jié)預壓法主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土及其他飽和軟粘土。對于砂類土和粉土，因其透水性良好，無需用此法處理。一、堆載預壓法二、砂井堆載預壓法三、真空預壓法 排水固結(jié)預壓法主要適用豎向排水情況砂井地基排水情況豎向排水情況砂井地基排水情況-u真空預壓 密封層-u真空預壓 密封層深層攪拌法 深層攪拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一種化學加固地基的方法。它通過特制機械各種深層攪拌機，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）與地基土強制就地攪拌，利用固化劑自身及其

11、與地基土之間所產(chǎn)生的一深層攪拌法 深層攪拌法（Deep Mixing Met系列物理、化學反應，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度的復合土樁（體），或與地基土構(gòu)成復合地基，從而提高軟土地基的承載力、減小地基的變形。系列物理、化學反應，使地基(a)定位 (b)噴漿(粉)攪拌下沉 (c)攪拌上升(d)重復噴漿(粉)攪拌下沉 (e)重復攪拌上升(完畢)(a)(b)(c)(d)(e)(a)定位 (b)噴漿(粉)攪拌下沉 (c)攪拌上升(a壓實性和地基處理 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

12、。 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），影響水泥土強度的主要因素有： 1.水泥摻入比 深層攪拌法按固化主劑的 水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的增大而增大。當aw5%時，由于水泥與土的固化反應過弱，對于提高地基土的強度效果不明顯。工程上常用的aw約為725%。 水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨水泥摻入比的增大而增大。當a 水泥土的強度增長率在不同的摻入量區(qū)域、不同的齡期時段內(nèi)是不相同的，而且原狀土不同，水泥土的強度增長率也不同。 水泥土的強度增長率在不壓實性和地基處理 2.齡期 水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨著齡期的增長而增大，其強度增長規(guī)律不同于混凝土，一般在T28d后強度仍有較大增

13、長。直到90d后其強度增長率逐漸變緩。所以，以齡期90天作為標準強度。 2.齡期壓實性和地基處理 3.地基土的含水量 當水泥摻入比相同時，水泥土的無側(cè)限抗壓強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性得到增強，從而提高了強度。 4.水泥標號 水泥土的強度隨水泥標號的提高而增大。在水泥摻入比相同的條件下，水泥標號每提高100號，水泥土的無側(cè)限抗壓強度約增大2030。 3.地基土的含水量 5.添加劑 不同的添加劑對水泥土強度有著不同的影響，選用合適的添加劑可以提高水泥土強度或節(jié)省水泥用量。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。添加劑對水泥土強度的影響程度可通

14、過試驗來確定。 5.添加劑 6土中的有機質(zhì)含量 由于有機質(zhì)使土壤具有較大的水容量和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土壤具有酸性，這些因素都會阻礙水泥水化反應的進行，影響水泥土的固化，從而降低水泥土的強度。因此，有機質(zhì)含量的增高將會明顯地降低水泥土的強度。 6土中的有機質(zhì)含量壓實性和地基處理高壓噴射注漿法 高壓噴射注漿法（High Pressure Jet Grouting）是利用高壓射流技術(shù)，噴射化學漿液，破壞地基土體，并強制土與化學漿液混合，形成具有一定強度的加固體，來處理軟弱地基的一種方法。高壓噴射注漿法 高壓噴射注漿法（High Press 按注漿噴射形式的不同，加固體的形狀不同。噴射

15、形式主要有： 1.旋轉(zhuǎn)噴射注漿； 2.定向噴射注漿； 3.搖擺噴射注漿。 按注漿噴射形式的不同，壓實性和地基處理1.黃土的分布及特征工程地質(zhì)學定義:黃土是第四紀干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顏色:多呈黃色、淡灰黃色或褐黃色；顆粒組成:以粉土粒(其中尤以粗粉土粒，粒徑為0.05-0.01mm)為主，約占60-70，粒度大小較均勻，粘粒含量較少，一般僅占10-20；含碳酸鹽、硫酸鹽及少量易溶鹽；含水量小，一般僅8%-20；孔隙比大，一般在10左右，且具有肉眼可見的大孔隙；具有垂直節(jié)理，常呈現(xiàn)直立的天然邊坡。4.5.2 黃土地基1.黃土的分布及特征工程地質(zhì)學定義:黃土是第四紀干旱和半干

16、旱黃土地貌黃土地貌壓實性和地基處理分布工程地質(zhì)學 黃土在我國分布很廣，面積約63萬km2。其中濕陷性黃土約占34，遍及甘、陜、晉的大部分地區(qū)以及豫、寧、冀等部分地區(qū)。此外，新疆和魯、遼等地也有局部分布。 由于各地的地理、地質(zhì)和氣候條件的差別，濕陷性黃土的組成成分、分布地帶、沉積厚度、濕陷特征和物理力學性質(zhì)也因地而異，其濕陷性由西北向東南逐漸減弱，厚度變薄。詳見濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范GBJ25-90附錄二：中國濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)圖及其附表。分布工程地質(zhì)學 黃土在我國分布很廣，面積約63萬km2分類工程地質(zhì)學 黃土按其成因可分為原生黃土和次生黃土。一般認為，具有上述典型持征，沒有層理的風成黃土

17、為原生黃土。原生黃土經(jīng)過水流沖刷、搬運和重新沉積而形成的為次生黃土。次生黃土有坡積、洪積、沖積、坡積-洪積、沖積-洪積及冰水沉積等多種類型。它一般不完全具備上述黃土特征，具有層理，并含有較多的砂粒以至細礫，故也稱為黃土狀土。分類工程地質(zhì)學 黃土按其成因可分為原生黃土和次生工程地質(zhì)學 黃土和黃土狀土(以下統(tǒng)稱黃土)在天然含水量時,呈堅硬或硬塑狀態(tài)，具有較高的強度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，有的即使在其自重作用下也會發(fā)生劇烈而大量的沉陷(稱為濕陷性)，強度也隨之迅速降低。而有些地區(qū)的黃土卻并不發(fā)生濕陷。 特征 可見，同是黃土，但遇水浸濕后的反應卻有很大差別。凡天然黃土在上覆土的自重壓力

18、作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，稱為濕陷性黃土。否則，稱為非濕陷性黃土。而非濕陷性黃土的工程性質(zhì)接近一般粘性土。 因此，分析、判別黃土是否屬于濕陷性的、其濕陷性強弱程度、地基濕陷類型和濕陷等級，是黃土地區(qū)工程勘察與評價的核心問題。工程地質(zhì)學 黃土和黃土狀土(以下統(tǒng)稱黃土)特征 可見工程地質(zhì)學 同時，由于黃土形成的地質(zhì)年代和所處的自然地理環(huán)境不同，其組成與結(jié)構(gòu)特征及工程特征又有明顯的差異。 我國黃土按形成年代的早晚，有老黃土和新黃土之分。黃土形成年代愈久，由于鹽分溶濾較充分，固結(jié)成巖程度大，大孔結(jié)構(gòu)退化，土質(zhì)愈趨密實，強度高而壓縮

19、性小，濕陷性減弱甚至不具濕陷性。反之，形成年代愈短，其特性適相反。 工程地質(zhì)學 同時，由于黃土形成的地質(zhì)年代和所處的自然地 2.黃土濕陷性及其評價工程地質(zhì)學 判別黃土是否具有濕陷性，可根據(jù)室內(nèi)壓縮試驗，在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)來判定。 濕陷系數(shù)是指天然土樣單位厚度的濕陷量，應按下式計算： 保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的土樣，加壓至一定壓力時，下沉穩(wěn)定后的厚度。 上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的厚度(cm)； 土樣的原始厚度(cm)。當 時，定為非濕陷性黃土； 時，定為濕陷性黃土。 2.黃土濕陷性及其評價工程地質(zhì)學 判別黃土是否具有濕工程地質(zhì)學 黃土規(guī)范(GBJ25-90)采用0.015

20、作為劃分濕陷性與非濕陷性黃土的界限值，是根據(jù)大量室內(nèi)試驗、野外測試和建筑物實際調(diào)查綜合考慮確定的。 根據(jù)濕陷系數(shù)大小，可以大致判斷濕陷性黃土濕陷性的強弱，一般認為: ,為弱濕陷性的； ，為中等濕陷性的； ，為強濕陷性的。 濕陷性黃土可分為：自重濕陷性：濕陷性黃土受水浸濕后，在其自重壓力下發(fā)生濕陷。非自重濕陷性黃土： 在其自重壓力與附加壓力共同作用下才發(fā)生濕陷。 兩種類型。工程地質(zhì)學 黃土規(guī)范(GBJ25-90)采用0.01工程地質(zhì)學 將濕陷性黃土劃分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土對工程建筑的影響具有明顯的現(xiàn)實意義。 例如在自重濕陷性黃土地區(qū)修筑渠道初次放水時就產(chǎn)生地面下沉。兩岸出現(xiàn)與渠道平

21、行的裂縫；管道漏水后由于自重濕陷可導致管道折斷；路基受水后由于自重濕陷而發(fā)生局部嚴重坍塌；地基土的自重濕陷往往使建筑物發(fā)生很大的裂縫或使磚墻傾斜，甚至使一些很輕的建筑物也受到破壞； 而在非自重濕陷性黃土地區(qū)這類現(xiàn)象極為少見。所以在這兩種不同濕陷性黃土地區(qū)建筑房屋，采取的地基設計、地基處理、防護措施及施工要求等方而均應有較大區(qū)別。工程地質(zhì)學 將濕陷性黃土劃分為自重濕陷性黃土和非自重濕工程地質(zhì)學 計算自重濕陷量應根據(jù)不同深度土樣的自重濕陷系數(shù)，按下式計算： 式中 第i層土在上覆土的飽和(Sr0.85)自重壓力下的自重濕陷系數(shù) 第i層土的厚度(cm)； 因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，是為了使計算自重濕陷

22、量盡量接近實測濕陷量。對隴西地區(qū)，可取1.5，對隴東、陜北地區(qū)可取1.2，對關(guān)中地區(qū)可取0.9；對其他地區(qū)可取0.5。3.黃土地基的濕陷性等級工程地質(zhì)學 計算自重濕陷量應根據(jù)不同深度土樣的自重濕陷工程地質(zhì)學 計算濕陷量按自重應力和附加應力，按下式計算： 式中 第i層土的濕陷系數(shù) 第i層土的厚度(cm)； 考慮基底下地基的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實測資料時，基底下0-5m深度內(nèi)，取 =1.5；基底下5-10m深度內(nèi)，去 =1.0；基底下10m以下至非濕陷性黃土層的頂面，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)的 值濕陷量 工程地質(zhì)學 計算濕陷量按自重應力和附加應力，按下式計

23、算工程地質(zhì)學 濕陷量的計算深度，應自基礎底面(如基底標高不確定時，自地面下1.5m)算起；在非自重濕陷性黃土場地，累計至基底下10m深度止；在自重濕陷性黃土場地，累計至非濕陷性黃土層的頂面止。其中自重濕陷系數(shù)小于0.015的土層不累計。 用計算自重濕陷量確定建筑場地的濕陷類型比較簡便，不受現(xiàn)場條件限制，缺點是土樣易受擾動，尤其地層不均勻時，試驗誤差較大。 按試坑浸水試驗實測自重濕陷量及按室內(nèi)壓縮試驗測定濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)等，應符合黃土規(guī)范有關(guān)附錄的規(guī)定。工程地質(zhì)學 濕陷量的計算深度，應自基礎底面(如基底標高4.黃土地基的工程措施1、地基處理：破壞黃土的大孔結(jié)構(gòu)，消除地基濕陷性。主要有墊層法

24、、強夯法、擠密法、樁基、預浸水法2、防水措施：建筑場地的防水措施、單體建筑物的防水措施、施工階段的防水措施3、結(jié)構(gòu)措施:加強建筑物的整體性和空間剛度 選擇適宜的結(jié)構(gòu)和基礎形式 加強砌體和構(gòu)件的剛度4、水池類構(gòu)筑物的設計措施4.黃土地基的工程措施1、地基處理：破壞黃土的大孔結(jié)構(gòu)，消除4.5.3 膨脹土 膨脹土是指含有大量的強親水性粘土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮、且脹縮變形往復可逆的高塑性粘土。它一般強度較高，壓縮性低，易被誤認為工程性能較好的土，但由于具有膨脹和收縮特性，在膨脹土地區(qū)進行工程建筑，如果不采取必要的設計和施工措施，會導致大批建筑物的開裂和損壞，并往往造成坡地建筑場地崩塌、滑坡、地裂等嚴重的不穩(wěn)定因素。4.5.3 膨脹土 膨脹土是指含有大量的強親水性粘土礦工程地質(zhì)學 我國是世界上膨脹土分布廣、面積大的國家之一，據(jù)現(xiàn)有資料在廣西、云南、