地基处理讲义4.ppt

第十章地基处理第一节概 述,第十章 地基处理,一、地基处理的目的和意义 地基处理：提高地基强度，改善其变形性质或渗透性质而采取的技术措施。地基处理的主要措施：1、改善剪切特性；2、改善压缩特性；3、改善透水特性；4、改善动力特性；5、改善特殊土的不良特性。,第十章 地基处理,二、地基处理的对象 地基处理的对象是软弱地基和不良地基。1、软土的定义：明确定义软土地基是困难的。通常把抗剪强度低、压缩性高、透水性差的地基以及在动力荷载作用下容易液化的地基称为软土地基。狭义上指天然含水量大、压缩性高、承载力低和具有灵敏结构性的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等。,第十章 地基处理,广义上指区域性或特殊性土，包括：软（粘）土-淤泥、淤泥质土、有机质或泥炭等。湿陷性黄土-非自重湿陷性黄土、自重湿陷性黄土。填土-杂填土、冲填土。多年冻土。膨胀（岩）土。风化岩与残积土。盐渍土。污染土。红粘土。,第十章 地基处理,2、软土地基的成因 1)滨海沉积滨海相、泻湖相、三角洲相等。2)湖泊沉积湖相、三角洲相。3)河滩沉积河漫相、牛轭湖相。4)沼泽沉积泻湖相。,第十章 地基处理,3、软土的工程特性：1）具有明显的结构性（触变性）。软土一般为絮状结构，尤以海相粘土更为明显。这种土一旦受到扰动，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。我国沿海软土的灵敏度一般为410，属于高灵敏度土。因此，在软土层中进行地基处理和基坑开挖，若不注意避免扰动土的结构，就会加剧土体变形，降低地基土的强度，影响地基处理效果。2）具有明显的流变性。在荷载作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。,第十章 地基处理,3）高压缩性。属高压缩性土，大部分压缩变形发生在垂直压力100kPa左右。4）低强度。因具有上述特性，地基强度很低，其不排水抗剪强度一般小于30kPa。5）低透水性。因此在自重或荷载作用下达到完全固结所需要的时间很长。6）不均匀性。因沉积环境变化，常夹有厚薄不等的粘土层，且夹粉细砂透镜体，使地层在垂直和水平分布上不均匀。,第十章 地基处理,4、地基沉降,第十章 地基处理,第十章 地基处理,Si瞬时沉降：指加荷瞬间土孔隙中水来不及排出，孔隙体积尚未变化，地基土在荷载作用下仅发生剪切变形时的地基沉降。Sc固结沉降：固结沉降指在荷载作用下，随着土孔隙水分的逐渐挤出，孔隙体积相应减少，土体逐渐挤密而产生的沉降。Ss次固结沉降：次固结沉降指土中孔隙水已经消散，有效应力增长基本不变之后仍随时间而缓慢增长所引起的沉降。,第十章 地基处理,三、地基处理方法的分类 按时间可分为临时性处理和永久性处理;按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土的性质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；按地基处理的原理大致可分为土质改良、土的置换、土的补强等。,第十章 地基处理,第十章 地基处理,第十章 地基处理,第十章 地基处理,四、地基处理方法的选用原则 地基处理的方法很多，各种处理方法又有它的使用范围、优缺点和局限性，所以要根据工程的具体情况综合考虑各种影响因素，如地基土的类型、处理后土的加固深度、上部结构的影响、材料来源、机械设备的状况、周围环境的因素、施工工期的要求、施工队伍的技术素质、经济指标等。对几种处理方法进行比较，力求做到安全适用、经济合理、技术先进、确保质量、因地制宜、保护环境,第十章 地基处理,第二节机械压实法,第十章 地基处理,一、土的压实原理 工程实践表明，一定的压实能量，只有在适当的含水量范围内（即最优含水量）才能被压实到最大干密度。土的最大干密度dmax由重型击实试验在试验室确定。亦可用下面经验公式确定：,第十章 地基处理,第十章 地基处理,第十章 地基处理,原因：含水量偏低时，土体周围的结合水膜很薄，致使颗粒间具有很强的吸引力，阻止颗粒移动，击实困难；含水量偏高时，孔隙中存在着自由水，击实时孔隙中过多水分不易立即排出；当土体含水量处于特定范围时，土颗粒间的连接减弱，从而使土颗粒易于移动，获得最佳击实效果。当击实能加大时，最大干密度将加大，最优含水量将降低。,第十章 地基处理,二、机械碾压法 机械压实法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械将地基土压实。可用于处理由建筑垃圾或工业废料组成的杂填土地基，处理的有效深度应通过试验确定。压实的质量用压实系数c与含水量控制，不符合者不得作为建筑地基。压实系数c为土的控制干密度d与击实试验得出的最大干密度dmax的比值。,第十章 地基处理,压实填土地基质量控制值,第十章 地基处理,羊足碾,第十章 地基处理,压路机,第十章 地基处理,三、振动压实法 振动压实是一种在地基表面施加振动把浅层松散土振密的方法。主要的机具是振动压实机。这种方法主要应用于处理杂填土、湿陷性黄土、炉渣、细砂、碎石等类土。振动压实有效深度一般为1.21.5m。,第十章 地基处理,振动压实机,第十章 地基处理,四、重锤夯实 重锤形状宜采用截头圆锥体，可用铁板焊接，内灌铁砂；或用强度等级C20的混凝土灌制。锤重1530kg，锤底直径0.71.5m，落距一般采用2.54.5m，夯打遍数812遍（同一夯位夯打一下为一遍），有效夯实深度1.2m左右。经重锤夯实后的地基承载力可达100150kPa。,第十章 地基处理,第三节强夯法（动力固结）,第十章 地基处理,第十章 地基处理,第十章 地基处理,强夯法是1969年由法国Menard技术公司首先创立并应用的。这种方法是将重锤（一般为100kN400kN）以8m20m落距（最高可达40m）下落，以很大的冲击能量，进行强力夯实加固地层的深层密实方法。此法可提高土的强度、降低其压缩性、减轻甚至消除砂土振动液化危险和消除湿陷性黄土的湿陷性等，同时还能提高土层的均匀程度、减少地基的不均匀沉降。强夯法适用于碎石土、砂土、粉土、粘土、人工填土和湿陷性黄土等地基的处理。对于淤泥和淤泥质土地基，尤其是高灵敏度的软土，须经试验证明其加固效果时才能采用。,第十章 地基处理,一、强夯法加固机理 强夯法产生巨大地动应力和冲击波，纵波（压缩波）使土层液化，产生超静水压力，土粒间发生位移；横波（剪切波）剪切破坏土粒间的连接，使土粒结构重新排列密实。,第十章 地基处理,土的类型不同，强夯加固的机理亦不相同。饱和土的强夯加固机理可分为三个阶段：1）加载阶段，即夯击的一瞬间，夯锤的冲击使地基土体产生强烈的振动和动应力，在波动的影响带内，动应力和孔隙水压力急剧上升，而动应力往往大于孔隙水压力，动的有效应力使土体产生塑性变形，破坏土的结构。对于砂土，迫使土的颗粒重新排列而密实。对于粘性土，土骨架被迫压缩，同时由于土颗粒和水两种介质引起不同的振动效应，两者的动应力差大于土颗粒的吸附能时，土中部分结合水和毛细水从土粒间析出，产生动力水聚结，形成排水通道，制造动力排水条件。,第十章 地基处理,2）卸载阶段，夯击动能卸去的一瞬间，动的总应力瞬息即逝，然而土中孔隙水压力仍然保持较高水平，此时孔隙水压力大于有效应力，故土体中存在较大的负有效应力，引起沙土液化。在粘性土地基中，当最大孔隙水压力大于小主应力、静止侧压力及土的抗拉强度之和时，土体开裂，渗透性迅速增大，孔隙水压力迅速下降。,第十章 地基处理,3）动力固结阶段，在卸载之后，土体中仍然保持一定得孔隙水压力，土体就在此压力作用下排水固结。在砂土中，孔隙水压力消散很快，使砂土进一步密实；在粘性土中，孔隙水压力消散较慢，可能持续24周。,第十章 地基处理,*强夯置换地基（动力置换）动力置换是利用夯击时产生的冲击力，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换原饱和软土，形成“桩柱”或密实砂石层。与此同时，未被置换的下卧饱和软土，在动力作用下固结排水，变得更加密实，从而使地基承载力提高。,第十章 地基处理,二、强夯法的特点与适用范围 1、强夯法的特点 优点：a.施工工艺、设备简单；b.适用土质范围广；c.加固效果显著，一般土质强度提高25倍，压缩性降低210倍，有效加固深度610m。d.土粒结合紧密，有较高结合强度；e.工效高，施工速度快；f.节省加固材料；g.施工费用低，节省投资和劳动力。缺点：振动过大，对周围结构物有振动影响，且噪音大，不宜在人口密集的地方使用。,第十章 地基处理,三、强夯法施工 1、强夯法的有效加固深度,第十章 地基处理,2、夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：1)最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于3000kNm时为 50mm；当单击夯击能不小于3000kNm，不足6000kNm时为100mm；当单击夯击能不小于6000kNm，不足10000kNm时为200mm；当单击夯击能不小于10000kNm，不足15000kNm时为250mm；当单击夯击能不小于15000kNm时为300mm；2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3)不因夯坑过深而发生提锤困难。,第十章 地基处理,3、夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯24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。最后再以低能量满夯12遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。4、两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于34周；对于渗透性好的地基可连续夯击。,第十章 地基处理,5、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。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。以后各遍夯击点间距可适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。,第十章 地基处理,6、强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。对可液化地基，扩大范围不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对湿陷性黄土地基，尚应符合现行国家标准湿陷性黄土地区建筑地筑规范GB 50025有关规定。,第十章 地基处理,7、有效加固深度 强夯法的有效加固深度H（m）可按下式估算：W-夯锤重（kN）；h-落距（m）；-折减系数，黏性土取0.5，砂性土去0.7，黄土取0.340.50。,第十章 地基处理,概率极限状态设计方法,第十章 地基处理,小概率事件 在概率论中我们把概率很接近于0（即在大量重复试验中出现的频率非常低）的事件称为小概率事件。一般多采用001或0.05两个值即事件发生的概率在001以下或0.05以下的事件称为小概率事件，这两个值称为小概率标准。在教育与心理统计中，通常将发生概率小于5%的事件称为小概率事件。当p5%时就达到了显著性水平。小概率事件表示某事件发生的可能性很小，因此人们就认为该事件不大可能发生了从而拒绝它。,第十章 地基处理,概率极限状态设计法是“以概率理论为基础的极限状态设计法”的简称。承载能力的极限状态，即结构或杆件发挥了允许的最大承载能力的状态。或虽然没有达到最大承载能力，但由于过大的变形已不具备使用条件，也属于极限状态。所谓“极限状态”，就是当结构的整体或某一部分，超过了设计规定的要求时，这个状态就叫做极限状态。极限状态又分为：承载能力极限状态与正常使用极限状态。,第十章 地基处理,这里讲“概率计算”，就是以结构的失效概率来确定结构的可靠度。过去容许应力法采用了一个安全系数K（简称单一系数法），就是只用一个安全系数来确定结构的可靠程度。而现在采用了多个分项系数（简称多系数法），把结构计算划分得更细更合理，分别不同情况，给出了不同的分项系数。这些分项系数是由统计概率方法进行确定的，所以具有实际意义。来自于工程实践，诸多的分项系数从不同方面对结构计算进行修订后，使其材料得以充分发挥和结构更加安全可靠。这些系数都是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率（也即可靠度）。所以这个计算方法的全称应该为“以概率理论为基础的极限状态设计法”。,第十章 地基处理,承载能力极限状态 承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。表现形式：1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承载；3）结构转变为机动体系；4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；5）地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。,第十章 地基处理,正常使用极限状态 正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。表现形式：1）影响正常使用或外观的变形;2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；3）影响正常使用的振动；4）影响正常使用的其他特定状态。,第十章 地基处理,极限状态方程 结构构件完成预定功能的工作状态可以用作用效应S和结构抗力R的关系来描述，这种由R和S组成的函数表达式称为结构功能函数，用Z=g（S，R）来表示。当Z0时，结构能够完成预定的功能，处于可靠状态；当Z0时，结构不能完成预定的功能，处于失效状态；当Z=0时，即S=R，结构处于极限状态。Z=g(S,R)=R-S=0，称为极限状态方程,第十章 地基处理,第四节换土垫层法,第十章 地基处理,换土垫层法是指挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。当建筑物荷载不大，软弱土层厚度较小时，采用换土垫层法。一、换填法的处理原理及适用范围 目前常用的换填材料有：砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其他性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层。,第十章 地基处理,换填垫层体现的作用：1、提高浅层地基的承载力；2、减少沉降量；3、加速软弱土层的排水固结作用；4、防止冻胀；5、消除膨胀土的膨胀作用。上述作用以前三种为主要作用。并且在各类工程中，垫层所起的作用是不同的，如房建基础下的砂垫层主要起换土作用，而在路堤及土坝等工程中，往往以排水固结为主要作用。,第十章 地基处理,二、设计要点 1、垫层厚度的确定 垫层厚度一般根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：pz-相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值（kPa）；pcz-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）。,第十章 地基处理,垫层底面处的附加压力值pz按下式计算：条形基础时：矩形基础：,第十章 地基处理,b-矩形基础或条形基础底面宽度（m）；l-矩形基础底面的长度（m）；pk-基础底面处平均压力值（kPa）；pc-基础底面处土的自重应力值（kPa）；z-基础底面下垫层的厚度（m）；-垫层的压力扩散角，宜通过实验确定，当无实验资料时，按下表取值。,第十章 地基处理,计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再进行验算。如果不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止。垫层厚度不宜大于3m，太厚施工较困难，而太薄（小于0.5m）则换填垫层的作用不显著。,第十章 地基处理,2、垫层宽度的确定 垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。垫层宽度可按下式计算：b-垫层底面宽度（m）；-垫层的压力扩散角，任可按上表取值，当z/b0.25时，仍按z/b=0.25取值。,第十章 地基处理,整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。,第十章 地基处理,3、垫层的压实度标准,第十章 地基处理,4、垫层材料的选择（1）砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉时，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。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。（2）粉质粘土。土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。,第十章 地基处理,（3）灰土。体积配合比宜为28 或37。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。（4）工业废渣（矿渣、粉煤灰等）。在有充分依据或成功经验时，也可采用质地坚硬、性能稳定、透水性强、无腐蚀性的其他工业废渣材料，但必须经过现场试验证明其经济效果良好及施工措施完善方能应用。,第十章 地基处理,三、施工要点（节选自建筑地基处理技术规范）1、垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯。砂石等宜用振动碾。粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯。矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。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。除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。,第十章 地基处理,3、粉质粘土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量op2%的范围内，粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在op4%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。,第十章 地基处理,5、基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，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。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏、受冻或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150300mm厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。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。,第十章 地基处理,7、垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。粉质粘土及灰土垫层分段施工时，不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝。上下两层的缝距不得小于500mm。接缝处应夯压密实。灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压。灰土夯压密实后3d内不得受水浸泡。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，每层验收后应及时铺填上层或封层，防止干燥后松散起尘污染，同时应禁止车辆碾压通行。垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填。,第十章 地基处理,8、铺设土工合成材料施工，应符合以下要求：（1）下铺地基土层顶面应平整，防止土工合成材料被刺穿、顶破；（2）土工合成材料应先铺纵向后铺横向，且铺设时应把土工合成材料张拉平整、绷紧，严禁有折皱；（3）土工合成材料的连接宜采用搭接法、缝接法或胶接法，连接强度不应低于原材料抗拉强度，端部应采用有效固定方法，防止筋材拉出；（4）应避免土工合成材料暴晒或裸露，阳光暴晒时间不应大于8小时。,第十章 地基处理,四、质量检验1、对粉质粘土、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，应在每层的压实系数符合设计要求后铺设下层土。,第十章 地基处理,3、采用环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。检验点数量，对大基坑每50100 m2不应少于1个检验点；对基槽每1020m不应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。4、竣工验收采用载荷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。在有充分试验依据时也可采用标准贯入试验或静力触探试验。,第十章 地基处理,5、对加筋垫层中土工合成材料应进行如下检验：（1）土工合成材料质量符合设计要求、外观无破损、无老化、无污染；（2）土工合成材料要求张拉平整、无皱折、紧贴下承层，锚固端锚固牢固；（3）上下层土工合成材料搭接缝要交替错开，搭接强度应满足设计要求。,第十章 地基处理,第五节排水固结法（预压法）,第十章 地基处理,一、加固原理及使用范围 排水固结法是建筑物在建造以前，对天然地基或对已设置各种排水体的（如沙井和排水垫层等）的地基施加预压荷载，使土体固结沉降基本完成或完成大部分，从而提高地基土强度的一种地基处理方法。包括堆载预压法，真空预压法，真空和堆载联合预压法三种。,第十章 地基处理,适用于淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和粘性土地基。预压处理地基应预先通过勘察查明土层在水平和竖直方向的分布、层理变化，查明透水层的位置、地下水类型及水源补给情况等。并应通过土工试验确定土层的先期固结压力、孔隙比与固结压力的关系、渗透系数、固结系数、三轴试验抗剪强度指标以及原位十字板抗剪强度等。,第十章 地基处理,对以变形控制设计的建筑物，则以受压土层预压所完成的变形量和平均固结度为控制变量。对以地基承载力或抗滑稳定性控制设计的建筑物，以地基土经预压而增长的强度为控制量。根据固结理论，黏性土固结所需时间与排水距离的平方成正比（排水距离越长，固结时间越长）。因此，为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。,第十章 地基处理,采用真空预压或真空和堆载联合预压时，加固区边线与周边建筑物、地下管线等的距离应考虑真空预压对其造成的附加沉降，并根据土质条件、建筑物与管线等设施重要性、对沉降的敏感性等确定，且不宜小于20m。当距离较近时，应采取相应保护措施。超预压：当预压时间、残余沉降或工后沉降不满足工程要求时，可采取超载预压。,第十章 地基处理,二、堆载预压 对深厚软粘土地基，应设置塑料排水带或砂井等排水竖井。当软土层厚度不大或软土层含较多薄粉砂夹层，且固结速率能满足工期要求时，可不设置排水竖井。,第十章 地基处理,排水竖井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。普通砂井直径可取300500，袋装砂井直径可取70120mm。塑料排水带的当量换算直径可按下式计算：dp-塑料排水带当量换算直径（mm）；b-塑料排水带宽度（mm）；-塑料排水带厚度（mm）。,第十章 地基处理,砂井的平面布置：1、可采用等边三角形或正方形排列。2、等边三角形排列时，竖井的有效排水直径与间距的关系为de=1.05s；3、正方形排列时，竖井的有效排水直径与间距的关系为de=1.13s。,第十章 地基处理,排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。设计时，竖井的间距可按井径比选用（n=de/dw，dw为竖井直径，对塑料排水带可取dw=dp）。塑料排水带或袋装砂井的间距可按n=1522选用，普通砂井的间距可按n=68选用。,第十章 地基处理,排水竖井的深度应符合如下规定：1、根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定；2、对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度至少应超过最危险滑动面2.0m；3、对以变形控制的建筑，竖井深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量确定。竖井宜穿透受压土层。,第十章 地基处理,砂井加载预压的固结度、抗剪强度、竖向变形量按地基处理技术规范确定。,第十章 地基处理,三、真空预压法 真空预压竖向排水通道宜穿透软土层，但不应进入下卧透水层。软土层厚度较大、且以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水通道的深度至少应超过最危险滑动面3.0m。对以变形控制的工程，竖井深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量确定，且宜穿透主要受压土层。真空预压的膜下真空度应稳定地保持在650mmHg以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结度应大于90%。,第十章 地基处理,对于表层存在良好的透气层或在处理范围内有充足水源补给的透水层时，应采取有效措施隔断透气层或透水层。,第十章 地基处理,真空预压法的优点：1、不需要堆载材料，节省运输与造价；2、场地清洁，噪音小；3、不需分期加荷，工期短；4、可在很软的地基采用。,第十章 地基处理,四、真空和堆载联合预压 当设计地基预压荷载大于80kPa时，应在真空预压抽真空的同时再施加定量的堆载。堆载体的坡肩线宜与真空预压边线一致。对于一般软粘土，当膜下真空度稳定地达到650mmHg后，抽真空10天左右可进行上部堆载施工，即边抽真空，边施加堆载。对于高含水量的淤泥类土，当膜下真空度稳定地达到650mmHg后，一般抽真空2030天可进行堆载施工。,第十章 地基处理,当堆载较大时，真空和堆载联合预压法应提出荷载分级施加要求，分级数应根据地基土稳定计算确定。分级逐渐加载时，应待前期预压荷载下地基土的强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性要求时方可加载。,第十章 地基处理,第六节挤密法和振冲法,第十章 地基处理,一、作用机理 挤密地基是指利用沉管、冲击、夯扩、振冲、振动沉管等方法在土中挤压、振动成孔，使桩孔周围土体得到挤密、振密，并向桩孔内分层填料形成的地基。适用于处理湿陷性黄土、砂土、粉土、素填土和杂填土等地基。（一）挤密法作用机理 依靠打入土体中的桩管挤密土粒，并在桩孔中填入砂、石、土、灰土等强度和变形模量较大的材料，形成桩体，与挤密土体共同承担上部荷载。,第十章 地基处理,（二）振冲法加固机理 振冲法加固也是形成强度较高的桩体，与原状土形成复合地基，共同承担上部荷载。同时，振冲法还可以消除砂性土地基的液化现象。,第十章 地基处理,当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土桩挤密法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土桩（或其他具有一定胶凝强度桩如二灰桩、水泥土桩等）挤密法。当以消除地基土液化为主要目的时，宜选用振冲或振动挤密法。,第十章 地基处理,第七节复合地基,第十章 地基处理,一、复合地基的定义 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。,第十章 地基处理,二、复合地基的特点 复合地基有两个基本特点：一、加固区是基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的；二、荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。前一种特征使它区别于均质地基（包括天然的和人工的均质地基），后一特征使它区别于桩基础。基体和增强体形成复合地基有一定的条件，在荷载作用下，通过两者变形协调，共同分担荷载。从荷载传递机理看，竖向增强体复合地基界于均质地基和桩基础之间。在某种意义上讲，均质地基和桩基础是竖向增强体复合地基的两种特殊情况。以后可以看到，当复合地基置换率等于零的时候，复合地基退化为均质地基，当复合地基桩间土强度发挥度等于零时，复合地基退化为桩基。,第十章 地基处理,三、复合地基的分类 常见的复合地基类型包括砂石桩复合地基，水泥土搅拌桩复合地基，旋喷桩复合地基，土桩、灰土桩复合地基，夯实水泥土桩复合地基，水泥粉煤灰碎石桩复合地基，柱锤冲扩桩复合地基，多桩型复合地基。,第十章 地基处理,许多学者基于试验研究和工程应用方面的考虑，按桩体材料的性状、施工工艺和桩在复合地基的承载特性，对复合地基进行分类，按成桩材料分类如下：1、散体土类桩。如砂（砂石）桩、碎石桩等。2、水泥土类桩。如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。3、混凝土类桩。如CFG桩、树根桩等。,第十章 地基处理,按桩体刚度的分类如下：（1）柔性桩。散体土类桩属于此类桩（2）半刚性桩。如水泥土类桩。（3）刚性桩。比如混凝土类桩。,第十章 地基处理,按桩体材料的性状，特别是桩体置换作用的大小，将复合地基分类如下：（1）散体桩复合地基。如砂桩、碎石桩为增强体的复合地基。（2）一般粘结强度桩复合地基。如石灰桩、水泥土桩为增强体的复合地基。对一般粘结强度桩可以再细分为：低粘结强度桩复合地基。如石灰桩复合地基。中等粘结强度桩复合地基。如旋喷桩、夯实水泥土桩为增强体的复合地基。（3）高粘结强度桩复合地基。比如CFG桩复合地基。,第十章 地基处理,桩体粘结强度的变化，对复合地基的工作性状影响很大。按桩体材料粘结强度分类，有助于对复合地基个性的认识和系列化的研究。,第十章 地基处理,复合地基中的桩体为同一种材料的称为单一桩型复合地基。这类复合地基可以是桩径相同，而桩距和桩长不同。比如如图所示、土层为相对硬土层，考虑到复合地基中桩距既不宜过大、也不宜过小的原则，当全部采用短桩方案时，承载力和变形不能满足设计要求，当全部采用长桩设计方案时，设计又过于保守。此是可以采用长、短桩相结合的复合地基方案。,第十章 地基处理,由两种或两种以上类型的桩组成的复合地基，称为多桩型复合地基。比如对于下图所示的可液化地基，设计当中，既要求消除土体的液化，又要求有很高的复合地基承载力。当用单一的振冲碎石桩或振动沉管挤密碎石桩加固地基，虽然可以消除液化，但是承载力达不到要求。此时，可采用碎石桩加振动沉管CFG桩多桩型复合地基方案，以达到既消除液化又大幅度提高承载力的目的。,第十章 地基处理,复合地基的形成条件,第十章 地基处理,1.基础与桩之间不设置褥垫层 如右图所示，土层I为较软弱土层，土层II为坚硬土层，土层II的压缩模量远远大于土层I的压缩模量。图1中基础直接作用于桩和桩间土上，桩穿透土层I，桩端落在土层II上。由于桩段落在坚硬土层上，复合地基沉降主要由桩的压缩变形控制。通常桩的压缩模量远大于桩间土，其压缩变形很小。相应桩间土的变形很小，桩间土的承载能力很小，桩间土的承载能力很难发挥，荷载基本由桩承担。,第十章 地基处理,为了发挥桩间土的承载能力，也可认为缩短桩长，使桩段落在土层I中，形成悬浮桩，如图2所示。此时，桩的沉降加大，桩间土的变形有所增加，其承载能力有所发挥，但即使如此，桩间土的承载能力也不能充分发挥，其受力特性和桩基础相类似。参照JGJ94-94建筑桩基技术规范，摩擦桩的桩间土承载能力发挥系数为0.110.48，显然，桩间土强度的发挥程度很低。因此，基础直接作用在桩和桩间土上，无论桩端是否落在好土层上，桩间土的承载能力都不能充分发挥。更重要的事，在后一种情况下，桩端落于土层I，端组效应大大削弱，导致复合地基的承载力显著降低，这又为不合理。,第十章 地基处理,如右图所示，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的散粒状材料组成的褥垫层，则受力情况与前面所讲得就有很大的不同。在荷载的作用下，由于桩的模量远大于土的模量，桩间土表面变形大于桩顶变形，桩向褥垫层刺入，伴随着这一变化过程，粒状散体材料不断调整补充到桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，桩间土始终参与工作，桩间土承载能力可得以发挥。,第十章 地基处理,可见，基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，在给定的荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间增加，桩发生一定的沉降，一部分荷载逐渐向土体转移，桩承担的荷载随时间的增加而有所减少，土承担的荷载随时间的增加而有所增加。桩间土承载力发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上荷载向土上转移数量很小，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩间土承载能力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。,第十章 地基处理,碎石桩等散体材料桩复合地基以及石灰桩等桩体粘结强度很低的复合地基，不设置褥垫层，也可以充分发挥桩间土的承载能力。这是因为这些桩体本身为散体材料组成，具有褥垫作用，或者在荷载作用下，桩体顶部破坏，形成了褥垫层。,第十章 地基处理,通过以上的讨论可以得到如下认识：（1）由增强体（桩）、桩间土构成的复合土体与基础之间应设置一定厚度的褥垫层（褥垫层材料一般为散体材料，如砂、碎石等），以保证桩土共同承担荷载。特别是对于中、高粘结强度桩、褥垫层是复合地基中不可缺少的一个组成部分。（2）在散体桩（如碎石桩）和低粘结强度桩（如石灰桩），有时没有设置褥垫层，也能保证桩土共同承担荷载。,第十章 地基处理,复合地基效应,第十章 地基处理,复合地基中桩间土的性状不同。桩体材料不同、成桩工艺不同，复合地基的效应也就不同。了解复合地基的效应，对认识复合地基、合理选用桩型和施工工艺都是很重要的。综合各种桩型的复合地基的效应，主要由以下五个方面：（1）置换作用，也称桩体效应。（2）挤密、振密作用。（3）排水作用。（4）减载作用。（5）桩对土的约束作用。,第十章 地基处理,一、置换作用（桩体效应）复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高、变形减小，工程中称之为置换作用或桩体效应。工程实践表明，复合地基置换作用的大小，主要取决于桩体材料的组成。散体桩置换作用最小，高粘结强度桩置换作用最大。散体桩，增加桩的长度，对复合地基置换作用影响不大；一般粘结强度桩，特别是高粘结强度桩，加大桩长可使复合地基置换作用明显提高。,第十章 地基处理,二、挤密、振密作用 对于松散得填土、松散粉细砂、粉土，采用非排土和振动成桩工艺，可使桩间土孔隙比减小、密实度增加，提高桩间土的强度和模量。比如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩，对上述类型的土具有挤密、振密效果。此外，比如石灰桩，即使采用了排土成桩工艺，由于石灰吸水膨胀，使桩间土局部产生挤密作用。桩间土挤密、振密是使复合地基承载力提高的一个组成部分。需要指出的是，对饱和粘土、硬的粘性土、粉土、密实砂土，振动成桩工艺不仅不能使桩间土机密、振密，反而使土体结构强度丧失，孔隙比增大、密实度减小、承载力降低。,第十章 地基处理,三、排水作用 复合地基中的桩体，很多具有良好的透水性。例如碎石桩、砂桩是良好的排水通道；由生石灰和粉煤灰组成的石灰桩，也具有良好的透水性，其渗透系数相当于粉细砂的量级；振动沉管CFG桩在桩体初凝以前也具有相当大的渗透性。可使振动产生的超孔隙水压力通过桩体得以迅速消散。桩体的排水作用，有利于孔隙水压力消散、有效应力增长、桩间土强度和复合地基承载力提高。,第十章 地基处理,四、减载作用 对排土成桩工艺，用轻质材料取代原土成桩，在加固土层范围内，复合土层的有效重度将比原土有明显的降低。这就是复合地基的减载作用。例如，石灰桩复合地基，生石灰干密度为0.8g/cm3左右、粉煤灰干密度为0.60.8g/cm3，饱和重度一般为14kN/cm3左右，比天然土体重度小30%左右。当置换率为0.25时，1m厚的复合土体单元自重将减小1.5kN。若按桩长5m计，桩端部自重压力将减小7.5 kN/cm2。显然这种减载作用对减小建筑物的沉降是有益的。,第十章 地基处理,五、桩对土的约束作用 在群桩复合地基中，桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。在相同荷载的水平下，无侧向约束时土的侧向变形大，从而使垂直变形加大；由于桩对土体侧向变形的限制，减少了侧向变形也就减小了垂直变形，使复合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。,第十章 地基处理,注浆加固（化学加固法）,第十章 地基处理,一、原理及适用范围 注浆加固是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，以液压、气压或电化法，用注浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，浆液以渗透、充填、压