土力学与地基基础工程 教学课件 ppt 作者 程建伟 项目十三　软土地基处理

1、土力学与地基基础工程,项目十三 软土地基处理,项目十三 软土地基处理,一、软弱土的种类和性质 二、软土地基处理方法分类及应用范围 三、换填垫层法 四、高压喷射注浆法 拓展知识 一、强夯法和强夯置换法 二、灰土挤密桩法和土挤密桩法,一、软弱土的种类和性质,1.淤泥及淤泥质土 2.泥炭、泥炭质土 3.杂填土、回填土 (1)杂填土 人类活动所形成的无规则堆积物，由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成，其成分复杂，性质也不相同，且无规律性。 (2)冲填土 在我国长江、黄浦江、珠江两岸均分布着不同性质的冲填土。 4.松砂,二、软土地基处理方法分类及应用范围,1.换土垫层法 2.振密、挤密法 3.排水固结法 (1)堆载预压法 在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) 在软黏土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。,二、软土地基处理方法分类及应用范围,(3)真空预

2、压法 在黏土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，利用大气压与薄膜下的压力差为荷载，使地基固结。 (4)真空-堆载联合预压法 当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。 (5)降低地下水位法 通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。 (6)电渗排水法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。 4.置换法,二、软土地基处理方法分类及应用范围,(1)振冲置换法(或称碎石桩法) 振冲置换法是利用一种单向或双向振动的冲头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。 (2)石灰桩法 在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并夯实形成桩体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，同时桩与土形成复合地基，达到地基加固的目的。 (3)强夯置换法 对厚度小于6m的软弱土层，边夯边填碎石，形成深度36m、直径为2

3、m左右的碎石拄体，与周围土体形成复合地基。,二、软土地基处理方法分类及应用范围,(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) 是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的具有一定黏结强度的桩。 (5)EPS超轻质料填土法 发泡聚苯乙烯(EPS)的重度只有土的1/1001/50，并具有较好的强度和压缩性能， 用于填料可有效减少作用在地基的荷载上，需要时也可置换部分地基土，以达到更好的效果。 5.加筋法 (1)土工合成材料 土工合成材料是岩土工程领域中的一种新型建筑材料，是用于土工技术和土木工程，而以聚合物为原料的具渗透性的材料名词的总称。,二、软土地基处理方法分类及应用范围,(2)加筋土 把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成一个整体，用以提高土体的稳定性。 (3)土层锚杆 土层锚杆是依赖于土层与锚固体之间的黏结强度来提供承载力的，它使用在一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程结构，如边坡稳定、基坑围护结构的支护、地下结构抗浮、高耸结构抗倾覆等。 (4)土钉 土钉技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作

4、用，用以弥补土体自身强度的不足。 (5)树根桩法 在地基中沿不同方向，设置直径为75250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定边坡。,二、软土地基处理方法分类及应用范围,6.胶结法 (1)注浆法 其原理是用压力泵把水泥或其他化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的。 (2)高压喷射注浆法 将带有特殊喷嘴的注浆管，通过钻孔置入要处理土层的预定深度，然后将水泥浆液以高压冲切土体，在喷射浆液的同时，以一定速度旋转、提升，形成水泥土圆柱体；若喷嘴提升而不旋转，则形成墙状固结体。 (3)水泥土搅拌法 利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌，形成坚硬的拌和柱体，与原地层共同形成复合地基。 7.冷热处理法,三、换填垫层法,表13-1 压力扩散角(),(2)垫层宽度的确定 垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。,(3)垫层承载力的确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算下卧层的承载力。 (4)

5、沉降计算 对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。,1.垫层的设计 (1)垫层厚度的确定,三、换填垫层法,2.垫层可选用下列材料 (1)砂石 宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑(粒径小于 2mm的部分不应超过总重的45%)，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。 (2)粉质黏土 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。 (3)灰土 体积配合比宜为28 或37。 (4)粉煤灰 可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。 (5)矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。,三、换填垫层法,(6)其他工业废渣 在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。 (7)土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。 3.垫层的压实标准,表13-2 各种垫层的压实标准表,三、换填垫层法,4.施工 (1)垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。 (2)垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。 (3)粉质黏土和灰土

6、垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量20%的范围内，粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在40%的范围内，最优含水量可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。 (4)当垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应根据建筑对不均匀沉降的要求予以处理，并经检验合格后，方可铺填垫层。 (5)基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待铺填垫层前再挖至设计标高。,三、换填垫层法,(6)换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水撼法施工砂垫层外，不得在浸水条件下施工，必要时应采用降低地下水位的措施。 (7)按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。 (8)铺设土工合成材料时， 下铺地基土层顶面应平整， 防止土工合成材料被刺穿、顶破。 5.质量检验 (1)对粉质黏土、 灰土、 粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法、 贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验，并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。 (2)垫层的施工质量检验必须分层进行。,三、换填垫层法,(3)采用环刀法检验垫层的

7、施工质量时，取样点应位于每层厚度的 2/3深度处。 (4)竣工验收采用荷载试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3点；对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。,四、高压喷射注浆法,表13-3 高压喷射注浆法分类,1.高压喷射注浆法的特征 2.设计计算 (1)室内配方与现场喷射试验 为了解喷射注浆固结体的性质和浆液的合理配方，必须取现场各层土样，在室内按不同的含水量和配合比进行试验，优选出最合理的浆液配方。,四、高压喷射注浆法,(2)固结体尺寸 1) 固结体尺寸主要取决于下列因素：土的类别及其密实程度；高压喷射注浆方法(注浆管的类型)；喷射技术参数(包括喷射压力与流量，喷嘴直径与个数，压缩空气的压力、流量与喷嘴间隙，注浆管的提升速度与旋转速度)。 2) 在无试验资料的情况下，对小型工程，可根据经验选用表13-4所列数值。,表13-4 旋喷桩直径(m),3) 对于大型的或重要的工程，应通过现场喷射试验后开挖或钻孔采样确定。,四、高压喷射注浆法,(3)承载力 竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试验确定。,(4)地基变形计算 桩长范围内复合土层以及下

8、卧层地基变形值应按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 500072002)中的有关规定计算，其中，复合土层的压缩模量可根据地区经验确定。 (5)防渗堵水设计 防渗堵水工程设计时，最好按双排或三排布孔形成帷幕，如图13-1所示。,四、高压喷射注浆法,图13-1 布孔孔距和旋喷注浆固结体交联图 a)三排布孔 b)双排布孔,四、高压喷射注浆法,图13-2 定喷帷幕形式示意图,四、高压喷射注浆法,图13-3 摆喷防渗帷幕形式示意图,3.施工方法(见项目十二),一、强夯法和强夯置换法,1.设计计算 (1) 有效加固深度 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。,(2)夯锤和落距 单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。,一、强夯法和强夯置换法,表13-5 强夯的有效加固深度(m),(3)夯击点布置及间距 1)夯击点布置 强夯夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。 2)夯击点间距 强夯第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间。 (4)夯击击数与遍数,一、强夯法和强夯置换法,1)夯击击数 强夯夯点的

9、夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件。 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能量小于4000kNm时为50mm；当夯击能为40006000kNm时为100mm；当夯击能大于6000kNm时为200mm。 夯坑周围地面不应发生过大隆起。 不因夯坑过深而发生起锤困难。 墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长。 累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍。 最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。 2)夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。,一、强夯法和强夯置换法,(5) 垫层铺设 对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和黏性土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。 (6) 间歇时间 对于需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间应有一定的时间间隔。,二、灰土挤密桩法和土挤密桩法,1.设计 (1)处理范围 灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积，并应符合下列规定。 1)当采用局部处理时，超出基础底面的宽度：对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。 2)当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底画外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。 (2)处理深度 灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定。,二、灰土挤密桩法和土挤密桩法,(3)桩径 桩孔直径宜为300450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。 (4)桩距 土(或灰土)桩的挤密效果与桩距有关。,二、灰土挤密桩法和土挤密桩法,(5)填料和压实系数 桩孔内的填料，应根据工程要求或地基处理的目的确定。 (6) 承载力 灰土挤密桩和土挤密桩复合地基承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。 (7)灰土挤密桩和土挤密桩复合地基的变形计算 应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 5

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