軟土地基處理技術(shù)及路基沉降控制方法.ppt

1、軟土地基處理技術(shù)及軟基沉降控制方法,同濟(jì)大學(xué) 周健,目 錄,一 軟土地基處理技術(shù) 二 復(fù)合地基概述 三 控制工后沉降的地基處理技術(shù)的發(fā)展,一 軟土地基處理技術(shù),我國常見的不良土體,軟弱粘性土(簡稱軟土)，主要是淤泥和淤泥質(zhì)土，其特點是天然含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性差，具有明顯的結(jié)構(gòu)性和流變性； 雜填土（人工活動所形成的無規(guī)則堆積物）和沖填土（水力沖填的堆積物）； 有機(jī)土或有機(jī)質(zhì)土，如泥炭土（有機(jī)質(zhì)含量不少于50）等； 飽和疏松粉細(xì)砂，包括部分粉土； 區(qū)域性特殊土，如濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土、風(fēng)砂土、多年凍土、巖溶土洞等。,地基處理的目的,提高地基的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定

2、性； 降低地基的壓縮性； 改善地基的滲透特性； 改善地基的動力特性； 改善特殊土的不良地基特性。,地基處理方法選擇框圖,地基處理方法的選用原則,任何地基處理方法都不是萬能的，均有其適用范圍、局限性和優(yōu)缺點。 對于同一軟弱土體，不同地基處理方法的加固效果、施工工期、工程造價等方面可能存在很大的差別，因此必須結(jié)合工程特點、場地地質(zhì)條件、工期、造價等方面科學(xué)地選擇地基處理方法； 地基處理方法的選用原則是：在保證工程質(zhì)量和工期的前提下，盡可能降低造價，也即：合理的地基處理方法原則上應(yīng)技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理、時間上滿足施工進(jìn)度要求。,地基處理方法的分類,根據(jù)地基加固的原理不同，可以分為以下大類： 1、換

3、填和置換法 3、固結(jié)法 2、密實法 4、化學(xué)加固法 5、加筋法 6、其他方法,各種地基處理技術(shù)的比較分析,1、換填和置換法,換填和置換法是用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料或土工合成材料置換天然地基中部分或全部軟弱或不良土體，形成雙層地基或復(fù)合地基，以達(dá)到提高地基承載力、減少沉降和降低滲透性的目的。,1、換填和置換法,換填和置換法主要包括下述方法： 換土墊層法 強(qiáng)夯置換法 石灰樁法 碎石 (砂)樁法 EPS超輕質(zhì)料填土法 擠淤置換法 CFG樁法 低強(qiáng)度砼法,1、換填和置換法,換土墊層法屬淺層處理法，適合用于軟弱土層位于地基表面且最大深度一般在3m以內(nèi)，最大不超過5m的情況。 順便指出：軟粘土地基中以

4、置換為主的振沖置換法、砂石樁(置換)法應(yīng)慎用，主要缺點是加固后的地基工后沉降增大，且初期承載力提高幅度小。,Top-feed vibroflot rig,Adding stone in top-feed installation,Bottom-feed vibroflot rig,振沖置換碎石樁,2、 固結(jié)法,排水固結(jié)法是指使軟弱土體（粘性土）在一定附加荷載作用下排水固結(jié)，孔隙比逐漸減小，強(qiáng)度逐漸提高，以達(dá)到提高地基承載力，減少工后沉降的目的。,2、 固結(jié)法,排水固結(jié)法主要包括下述方法： 堆載預(yù)壓法 真空預(yù)壓法 真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓法 降低地下水位法 電滲法。,2、 固結(jié)法,排水固結(jié)預(yù)壓法是一

5、種常用行之有效的軟弱地基處理方法，但工期一般較長， 而且要按地質(zhì)條件、路堤高度和總沉降量的差異來選擇不同的深層處理方式、預(yù)壓方式及預(yù)壓時間。,堆載預(yù)壓法,主要適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和欠固結(jié)沖填土等飽和粘性土。 優(yōu)點：技術(shù)可靠、施工方便、質(zhì)量便于控制。 缺點：需要大量的堆載材料和運載工具，占用場地較大，工期過長。,江蘇省連鹽高速公路鹽城響水二標(biāo)真空預(yù)壓路段,真空膜,真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓法,淺層軟基處理技術(shù),吹填淤泥類地基,水平真空預(yù)壓（加固4m）,人工插板真空預(yù)壓（加固6m）,原泥面,水平排水板,吹填泥面,吹填土,吹填土,水平排水板,排水管,水平真空預(yù)壓,在吹填土層中人工沉入水平布置的整體式排水板

6、和排水管網(wǎng)，不需密封膜，進(jìn)行真空預(yù)壓。,人工插板真空預(yù)壓,利用浮筏墊層，人工進(jìn)行插板、布置排水管網(wǎng)和鋪設(shè)密封膜，進(jìn)行真空預(yù)壓。,天津臨港工業(yè)區(qū)B23路人工插板作業(yè),3、密實法,振密、擠密法是指采用振動或擠密的方法使原始軟弱土體（砂性土）進(jìn)一步密實，孔隙較小，以達(dá)到提高地基承載力和減少沉降的目的。,3、密實法,振密、擠密法主要包括下述幾種方法：振動密實法 沖擊密實法 強(qiáng)夯法 振沖密實法 振動桿密實法 擠密砂樁法 擠密碎石樁法 孔內(nèi)夯擴(kuò)擠密樁法 爆破擠密法,3、密實法,順便指出，采用振密、擠密法加固地基一定要重視其適用性。,振動和沖擊密實法,主要適用于砂性土、濕陷性黃土和 回填土，一般加固深度在2

7、m左右。,振動桿密實法,振沖密實法,振沖法適用范圍,Page 30,水下擠密砂樁的發(fā)展背景,個人想法,最新進(jìn)展,擠密砂樁船,2011年3月2日上午10點 兩艘86米擠密式砂樁船-“三航砂樁7”及“三航砂樁8”,原有船舶的改造,Page 31,SCP工法示意圖,改良SCP工法,強(qiáng)夯法,2020/8/26,為了加快強(qiáng)夯產(chǎn)生的超靜孔壓消散，避免飽和軟粘土形成“橡皮土”，近年來提出在強(qiáng)夯施工前，在飽和軟粘土中設(shè)置豎向排水體，并改進(jìn)了夯擊工藝。 設(shè)置水平排水體系：砂或碎石墊層、土工織物； 設(shè)置豎向排水體系：塑料排水板、砂井、真空井點降水； 夯擊工藝的改進(jìn)：由輕到重、少擊多遍、合理控制單點夯擊能和夯擊次數(shù)

8、（以盡可能少的夯擊次數(shù)產(chǎn)生盡可能大的超靜孔壓和較小的結(jié)構(gòu)破壞擊剪切變形）。,傳統(tǒng)強(qiáng)夯法的改進(jìn)（四）,低能量強(qiáng)夯法與傳統(tǒng)強(qiáng)夯法的區(qū)別,4、化學(xué)加固法,灌入固化物法是向軟弱地基中灌入或拌入水泥、石灰或其他化學(xué)固化材料，在地基中形成工程性質(zhì)較好的復(fù)合土體，以達(dá)到提高強(qiáng)度、減小變形或改善滲透性的目的。,4、化學(xué)加固法,灌入固化物法主要包括下述幾種方法：深層攪拌法(漿液噴射和粉體噴射) 高壓噴射注漿法 滲入性灌漿法 劈裂灌漿法 壓密灌漿法 電動化學(xué)灌漿法,4、化學(xué)加固法,順便指出，深層攪拌樁法工期較短，但費用較高，加固深度有限，對深厚軟土，很難消除較大的工后沉降，且施工質(zhì)量難以控制。,壓密灌漿法,深層攪

9、拌法,最新進(jìn)展 整體加固技術(shù),芬蘭提出 用于加固有機(jī)質(zhì)土和疏浚土 水平向和豎直向同時攪拌，提高固化土的攪拌均勻程度,最新進(jìn)展 MDM工法,2004年瑞典提出 地基土的天然含水量小于30%（黃土含量小于25%），或者具有較薄的硬土層等情況，難以施工，水泥不能充分水化。 通過特定的導(dǎo)管向土體噴入一定量的水，調(diào)整黏土的液性指數(shù)或者砂土的含水量,5、加筋法,加筋法是在地基中設(shè)置強(qiáng)度高、模量大的筋材，以達(dá)到提高地基承載力、減少沉降的目的。強(qiáng)度高、模量大的筋材可以是鋼筋、鋼筋混凝土，低強(qiáng)度混凝土，也可以是土工合成材料等。,5、加筋法,加筋法主要包括下述幾種方法： 加筋土法 土釘墻法 樹根樁法 錨固法 低強(qiáng)

10、度樁復(fù)合地基法(包括CFG樁復(fù)合地基，低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基) 剛性樁復(fù)合地基法,加筋土法,加筋土的施工,樁承路基,Firm soil or bedrock,Embankment,Vertical piles,Ds0,Ds,Large size Pile caps,Inclined piles,Hump over Piled Culvert,Courtesy of Gue, S.S.,Crust layer,Soft soil layer,Underlying layer,11,在京津城際高速鐵路實測了剛性樁復(fù)合地基和樁板支承結(jié)構(gòu)（樁長28m，樁距1.5m）的路堤下樁間土的分層沉降及樁間土應(yīng)變

11、。 可以看出，在樁端以上1/41/5樁長范圍內(nèi)，即樁端發(fā)生了顯著的刺入。 不考慮樁端刺入量而以復(fù)合模量計算加固區(qū)壓縮量的方法值得商榷。,43,83,豎向加筋碎石樁 （高明軍，劉漢龍，2006）,17,對周圍土側(cè)向約束 依賴下降？,土工織物包裹砂樁（碎石樁） Geotextile Reinforced Sand（Gravel） Column(GEC ),18,對周圍土側(cè)向約束 依賴下降？,二、 復(fù)合地基概述,（一）復(fù)合地基的定義及特點,定義 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）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。 基本

12、特點 加固區(qū)由基體和增強(qiáng)體兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的； 通過變形協(xié)調(diào)，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載作用,軟土地基處理,半剛性樁復(fù)合地基： 水泥土攪拌樁、旋噴樁,剛性樁復(fù)合地基： 預(yù)應(yīng)力管樁、CFG樁、混凝土樁,復(fù)合地基應(yīng)用類型,57,地基處理加固體的分類（鄭剛 2009）,2,復(fù)合地基的本質(zhì),是否設(shè)置墊層是形成復(fù)合地基的必要條件? 是否樁體不與基礎(chǔ)底板連接是形成復(fù)合地基的必要條件? 是否只有砂石樁才能形成復(fù)合地基? 樁體與樁間土是否直接同時承擔(dān)荷載是形成復(fù)合地基的必要條件，也是復(fù)合地基的本質(zhì),樁網(wǎng)復(fù)合地基和樁承堤,樁網(wǎng)復(fù)合地基,樁承堤,重要概念1,復(fù)合地基設(shè)計中應(yīng)根據(jù)各類復(fù)合地基的荷載傳遞特

13、性，保證復(fù)合地基中樁體和樁間土在荷載作用下能夠共同承擔(dān)荷載。復(fù)合地基中樁體采用剛性樁時應(yīng)選用摩擦型樁。,剛性基礎(chǔ)下粘結(jié)材料樁與地基土體 形成復(fù)合地基的條件,不能形成,有條件,重要概念2,復(fù)合地基設(shè)計應(yīng)進(jìn)行承載力和沉降計算，其中用于填土路堤和柔性面層堆場等工程的復(fù)合地基除應(yīng)進(jìn)行承載力和沉降計算，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析。對位于坡地、岸邊的復(fù)合地基均應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定分析。,重要概念3,復(fù)合地基上宜設(shè)置墊層。根據(jù)不同需要設(shè)置砂石墊層、加筋碎石墊層、灰土墊層等。,（五）復(fù)合地基的破壞模式（續(xù)）,1）加筋土中的共同作用,2）剛性復(fù)合地基樁內(nèi)的縱向共同作用,墊層與負(fù)摩阻力,2）剛性樁復(fù)合地基的豎向相互作用-墊層的作用,

14、樁身軸力N,樁身摩阻力qs分布,樁間土,樁身材料,墊層的調(diào)節(jié)作用,剛性樁復(fù)合地基的豎向共同作用,散體樁復(fù)合地基內(nèi)的橫向共同作用樁間土的約束作用：,對于不排水強(qiáng)度小于20kPa的軟粘土，不能對碎石樁提供足夠的圍壓約束 在豎向荷載作用下，會在樁頂2d范圍內(nèi)發(fā)生側(cè)向鼓脹而破壞, 所以這種地基不適用于碎石樁來處理。,3）散體樁復(fù)合地基的橫向共同作用,對于砂石材料：,亦即沒有圍壓3就沒有強(qiáng)度和剛度！,碎石樁的鼓脹破壞,振沖碎石樁： 對于不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa的飽和粘性土,二 控制工后沉降的地基處理技術(shù)的發(fā)展,(1) 概述 (2)工后沉降的概念及分類 (3)按控制工后沉降進(jìn)行設(shè)計及帶來的影響 (4

15、)排水固結(jié)加固按控制工后沉降設(shè)計,有待進(jìn)一步解決的問題,復(fù)合地基沉降計算 下臥層中附加應(yīng)力計算 剛性樁復(fù)合地基穩(wěn)定計算,工程實踐提出了設(shè)計以位移（多數(shù)情況下是工后位移）作為控制目標(biāo)的新要求，它隱含了穩(wěn)定性的要求。 雖然目前已有控制工后沉降和沉降速率的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但實際設(shè)計中執(zhí)行不嚴(yán)且計算粗糙，誤差較大，亟待解決的問題很多。,(1) 概述,(2) 工后沉降的概念及分類,工后沉降指建筑物竣工至大修或報廢止一段時間內(nèi)發(fā)生的沉降。 工后沉降Sh按其產(chǎn)生的原因可劃分為加固體工后主固結(jié)壓縮量Sgh，下臥層工后主固結(jié)壓縮量Sxh、加固體和下臥層工后次固結(jié)壓縮量Sch三部分，即：,(3)按控制工后沉降進(jìn)行設(shè)計

16、帶來的影響,控制工后沉降進(jìn)行設(shè)計將帶來許多重要的變化，主要包括： 設(shè)計方法的變化。 變形和固結(jié)計算方法的進(jìn)步。 計算范圍擴(kuò)大。 處理深度加大。 加固新型施工機(jī)械和施工工藝的發(fā)展。 測試技術(shù)和工程質(zhì)量檢驗技術(shù)的發(fā)展。,(4)排水固結(jié)加固 按控制工后沉降設(shè)計,控制工后沉降設(shè)計排水固結(jié)可按以下步驟進(jìn)行： 用分層總和法計算各土層最終壓縮量。 初定加固深度和間距等，分別用巴隆公式和太沙基公式等，計算施工期和大修期加固深度內(nèi)和下臥層固結(jié)度；按次固結(jié)理論計算次固結(jié)變形比。 計算地基工后沉降。 校核工后沉降是否在規(guī)定的值以內(nèi)，超出時加大加固深度重新設(shè)計。 驗算地基的穩(wěn)定性。,京珠高速公路廣珠東線堆載預(yù)壓試驗段軟土厚度40m以上，長 353.43m，地基分層見下表，設(shè)計路堤