基础工程课件——第5章地基处理..ppt

第5章 地基处理 5.1 概 述 一、地基处理的目的 （1）改善地基的剪切性能、提高地基承载力及其稳定性 （2）改善地基的变形性质、减少其沉降及不均匀沉降变形量 （3）改善地基的渗透性、加强其渗透稳定性 （4）改善地基的动力特性、提高其抗震性能 （5）改善地基的不良特性、满足其工程的需要 • 二、处理对象 • 淤泥和淤泥质土、软粘土、人工 填土、细粉砂土和粉土、湿陷性 土、有机质土和膨胀土、多年冻 土、岩溶、土洞和山区地基等 1、淤泥土与淤泥质土 •淤泥土与淤泥质土简称软土 •淤泥:孔隙比 e>1.5, w>wl (Il>1.0) •淤泥质土:孔隙比 e=1.0~1.5,w>wl (Il>1.0) •土性 •*高含水量 =40~90% 甚至>100% •*高压缩性 a >0.5~3.0MPa-1 •*高流变性 : 次固结量随时间增加 •*低强度 Cu 1.5, w>wl (Il>1.0)，有机含量 30% 泥炭质土 e=1.0~1.5, w>wl (Il>1.0)，有机含量10-30% *强度低、压缩性很大 2、粉细砂、粉土和粉质土：易震陷、液化 3、砂土、砂砾石等：透水性大、抗渗、防止管涌和流土 4、其他类土 湿陷性黄土：消除湿陷 膨胀土：胀缩性 红粘土：特殊结构性 岩溶：塌陷 地基处理方法的分类可有多种多样。

如：按时间可分为临时处理和永久处理； 按处理深度可分为浅层处理和深层处理； 按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理， 饱和土处理和非饱和土处理； 按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排 水、胶结、加筋等处理方法 其中最本质的是根据地基处理作用机理进行分类， 其具体分类以及加固原理、适用范围见表5-1 三、地基处理方法分类及应用范围 三、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 • （1）表层压实法；（2）重锤夯实法； （3）强夯法；（4） 振冲挤密法；（5）土桩与灰土桩法；（6）砂桩；（7）爆破法 • 3）排水固结法 • （1）堆载预压法；（2）砂井法；（3）真空预压法；（4） 降低地下水位法；（5）电渗排水法 • 4）置换法 • （1）振冲置换法（碎石桩法）；（2）石灰桩法； • （3）强夯置换法；（4）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法） • 5）加筋法 • （1）土工聚合物；（2）加筋土；（3）土层锚杆； • （4）土钉；（5）树根桩法 • 6）胶结法 • （1）灌浆法；（2）高压喷射注浆法；（3）水泥土搅拌法 • 7）其他处理法 • （1）冻结法；（2）托换法 （3）纠倾技术 四、 地基处理方法选用原则 • 技术先进、经济合理、安全适用、确保质量 • 地基条件 • 处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的 范围、工程进度等） • 工程费用 • 材料、机具来源 选择地基处理方法步骤 • （1）根据上部结构及建筑场地条件和环境，初步选 定几种可供考虑的处理方案； • （2）对初步选定的各种地基处理方案进行综合分析 ，进行技术经济分析和对比，确定最佳的地基处理 方案； • （3）对已确定的地基处理方案，在有代表性的场地 上进行相应的现场试验或试验性施工及必要的测试 ，以期达到最佳处理效果。

5.2 垫层法 • 5.2.1概述 • 1）垫层法定义 • 当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软 弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软 弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石 、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性 的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称 为垫层法 深厚软土 深厚软土 软土地基 沉降太大、强度不足 垫层法地基处理 过程示意 2）垫层的类型 • 按常用的垫层材料，可分为 • 砂垫层 • 碎石垫层 • 素土垫层 • 灰土垫层 3）换土垫层的作用 • （1）提高持力层的承载力； • （2）减少沉降量； • （3）加速软弱土层的排水固结； • （4）防止冻胀； • （5）消除膨胀土的胀缩作用 • 1） 垫层厚度的确定 • 垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承 载力确定，并符合下式要求： • • 式中 －－ 相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处 的附加压力值（kPa）； • －－垫层底面处土的自重压力值（kPa）； • faz －－垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值 （kPa）。

• 垫层厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m 5.2.2 垫层设计（以砂垫层为例）  b  回填土 b’= b+2ztan  d z CZ 用试算法确定垫层的厚度z （1）初定z为1~2m； （2）计算； 、 （3）按式 验算；若不满足要求， 则重新取值，直到满足要求为止 垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算： • 式中 b－－矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； • l －－矩形基础底面的长度（m）； • pk －－相应于荷载效应标准组合时，基础底面处 的平均压力值（kPa）； • －－基础底面处土的自重压力值（kPa）； • z －－基础底面下垫层的厚度（m）； • θ －－垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无 试验资料时，可按下表采用 条形基础 矩形基础 注 意 垫层厚度的确定仅考虑了应力扩散的作用 ，忽略了垫层约束作用和排水固结对地基承载 力提高的影响，所以实际的承载力比考虑深度 修正后的天然地基承载力大对重要工程，建 议通过现场载荷试验来确定 • 2） 垫层宽度的确定 • 要求：满足基础底面应力扩散的要求 防止垫层向两侧挤压。

常用经验的扩散角法按下式确定： 垫层底宽 垫层顶宽－－开挖坡度确定 （便于压实机械施工、防侧向挤压(淤泥) ） • 垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm 3） 地基变形计算 采用换填法对地基进行处理后，由于垫层下软弱土 层的变形，建筑物地基往往仍将产生一定的沉降量及差 异沉降量因此，在垫层的厚度和宽度确定后，对于重 要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进 行地基的变形计算 换土垫层后的建筑物地基沉降由垫层自身的变形量 和下卧土层的变形量两部分所构成，即 式中 ￿ —基础沉降量(cm)； —垫层自身变形量(cm)； ￿ —压缩层厚度范围内，自垫层底面算起的各土层压 缩变形量之和(cm) • 4） 垫层材料的选用 • （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、垃圾等杂质当使用粉细砂时，应掺入 不少于总重30％的碎石或卵石砂石的最大粒径 不宜大于50mm • （2）粉质粘土。

土料中有机质含量不得超过5 ％，当含有碎石时，粒径不宜大于50mm • （ 3）其他材料如灰土、 粉煤灰、 矿渣等 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也可由土工合成材 料与地基土构成加筋垫层 • 注意：砂垫层不宜用于处理湿陷性黄土地基 5） 垫层施工要点 • （1）关键是如何将砂土加密到设计要求的密 实度加密方法可采用机械碾压法、重锤夯实 法和平板振动法应根据不同的换填材料选择 施工机械 • （2）分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过 试验确定一般情况下，垫层的分层铺填厚度 可取200～300mm （3） 基坑开挖时应避免坑底土层受扰动 （4）作好基坑的排水工作，必要时应采取降低地下水 位的措施采用振实时，应保证水源补给与 排水畅通，水 面宜保持与砂面齐平 可用作垫层的材料很多，除砂和碎石外，还有素土、 灰土垫层，以及粉煤灰垫层等国外还在垫层中铺设塑料 网片（加筋）来提高垫层的强度 5.3 排水固结法 • 1、 排水固结法加固原理 • 对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向 排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载 ，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压 ，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生 沉降，同时强度逐步提高的方法。

排水固结压缩与强度变化图 t e2 e p z e1 s 预压原理：原位自重应力s，建筑物附加应力z, 预加压力t=(1.2~1.5) z 变形 强度   超固结土 正常固结 • 排水固结法可解决以下两个问题 • （1） 沉降问题使地基的沉降在加载预压期间大部分 或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉 降和沉降差 • （2）稳定问题加速地基土的抗剪强度的增长，从而 提高地基的承载力和稳定性 • 排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱 和粘性土地基 • 2、排水固结法排水和加压体系 • 排水固结法是由排水系统和加压系统两 部分共同组合而成 1）排水系统水平排水垫层和竖向排水体构成 竖向排水体可选用普通砂井、袋装砂井 或塑料排水板 2） 加压系统即是起固结作用的荷载，它使 地基土的固结压力增加而产生固结 • 工程上广泛使用且行之有效的增加固结 压力的方法是堆载法，此外，还有真空法 、降低地下水位法、电渗法和联合法 竖向排水体的原理 （a）竖向排水（b）砂井地基排水 粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比 3、排水固结法的设计 • 排水固结法的设计：主要是根据上部结构荷载的 大小、地基土的性质以及工期要求、确定竖向排 水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压 荷载的大小和预压时间，使通过预压，地基能满 足建筑物对变形和稳定性的要求。

砂井布置图 (a)剖面图(b)正方形布置( c)梅花形布置(d)砂井排水 预压方法 （1）堆载预压 （2）降水预压 增加有效应力 （3）真空预压 密封层 基坑降水预固结 设计坑底 坑底降水深度 D 坑底降水线板桩 ’z 降水预压 z 真空预压 密封层  ’ -u 思考 降水预压和真空预压不会引起土体 破坏，堆载预压则可能由于速度太 快而造成地基破坏，为什么？ 用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力并使孔隙水压力消散来增加有效应力 的方法，降低地下水位和电渗排水法是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加 有效应力的方法真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，该 压力差首先作于于孔隙水和气上，使水气排出而有效应力增加，从面粘土层产生固结压力 降低地下水位、真空预压和电渗法由于通过减小水气压力的作用增大有效应力，水气压力各 方向相等，因此大小主应力增量一致，莫尔圆的直径不增加而应力圆整体右移，更远离强度 线，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基 堆载法如果加荷快，总应力增加，大小主应力增量不一致（侧压系数小于1，小主应力增量 小于大主应力增量），应力圆扩大，不固结不排水剪强度为水平直线，不能承受更大的应力 圆作用。

因此而破坏 5.6 强夯法 • 1.强夯法概念 • 强夯法是法国人L.梅纳（Menard，1969 ）首创的一种地基加固方法，即用10～40吨 重锤从8～20m的高处落下，反复多次夯击地 面，对地基进行强力夯实 • 2.强夯法适用条件 • 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱 和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土 和杂填土等地基 。