地基处理经典讲义1.ppt

2024/5/6,地基处理,第一章 概述,2024/5/6,一、地基、基础和地基处理,地基（foundation，subgrade)是指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。建筑物建造在软弱地基和特殊土地基时面临的四个问题:强度及稳定性：当地基的抗剪强度不足以承受上部结构的自重及附加荷载时，地基就会发生局部或整体破坏。变形：当地基在上部结构的自重及附加荷载作用下产生过大的变形时，会影响建筑物的正常使用；当超过建筑物所能容许的不均允沉降时，结构可能产生开裂；湿陷性黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀、失水收缩也属于这类问题。,2024/5/6,渗漏：渗漏是由地下水在运动中产生的动水压力而引起的，当地基的渗漏或水力坡降超过容许值时，会导致流砂（土）和管涌事故。液化：在地震、机器及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂（包括部分粉土）产生液化，使土体类似于液体而失去抗剪强度，从而造成地基失稳和震陷。,2024/5/6,基础（foundation，footing)具有承上启下的作用。处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的内力（轴力、剪力、弯矩）。基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。基础设计时，基础本身应具有足够的刚度和强度，同时地基的变形和强度满足规范的要求。,地基处理（soil treatment,soil improvement)当天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等的要求时，事先要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结等方法对地基进行加固，用以改变土的特性：压缩性、渗透性等 地基处理的对象是软弱土地基和特殊土地基,2024/5/6,二、软弱地基和特殊土地基的工程性质及其对建筑物的危害,软弱土地基（soft foundation)：指由淤泥、淤 泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。软土（soft soil)淤泥和淤泥质土的总称。分布在：天津、上海、武汉、杭州、宁波、温州、福州、厦门、广州等沿海地区，昆明、武汉等内陆地区。特性：含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。冲填土（Hydraulic fill)在整治河道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两面岸形成的沉积土。分布在：天津、上海黄浦江和广州珠江两岸。特性：主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。如以粘土为主，属于强度低和压缩性高的欠固结土。以砂或其他粗料为主，基本上与粉细砂类似，不属于软土。,2024/5/6,湿陷性黄土（Collapsible)：凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生破坏显著下沉的黄土。分布：甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、青海、新疆等到地。膨胀土（Expansive Soil)：是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土，它是一种吸水膨胀和失水收缩，具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。分布：广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州、和广东等地。特性：土的强度较高、压缩性较低。粘粒成分中含有大量的亲水性矿物。土呈黄、红、灰白等色。,2024/5/6,杂填土（Miscellaneous)是由人类的活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。特性：强度低、压缩性高和均匀性差、一般具有浸水湿陷性。对有机质含量较大的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。其它高压缩性土：饱和松散粉细砂在动荷载作用下将产生液化。,2024/5/6,红粘土（Red Clay):石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色粘性土。通常红粘土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀变形。冻土（frozen soil):季节性冻土(seasonally frozen ground):冬季冻结，夏季融化的土层；永冻土（permafrost):冻结状持续3年以上的土层。季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布，因其呈周期性的冻结和融化，对地基稳定性影响较大。岩溶（Karst)：广泛分布在贵州和广西两省内。特性：地基主要受力范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟溶槽、落水洞以及土洞等。危害：基岩面起伏大、且可能有大块孤石；常会遇到滑波、崩塌和泥石流等不良地质现象。,2024/5/6,三、地基处理的方案选择,调查研究：结构条件：建筑体型、刚度、受力体系、建筑材料、基础类型、地基承载力等地基条件：地形及地质条件，地基成层状况，软弱土层厚度，不均匀性和分布范围，持力层位置及状况，地下水情况及地基土的物理和力学性质。环境影响：强夯法和砂桩挤密法施工时，振动和噪音对邻近建筑物和居民产生影响和干扰；采用堆载预压法时，将会有大量的土方运进输出，即要有堆放场地，又不能妨碍交通；采用石灰桩或灌浆法时，有时会污染周围环境。,2024/5/6,地基处理方案的确定：资料收集：搜集工程地质、水文地质及地基基础的设计资料；根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形、地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可能的地基处理方案，同时考虑上部结构、基础和地基的相互作用，方案分析：对初选的方案从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。现场试验：对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可进行应的现场试验和试验性施工。,2024/5/6,2024/5/6,(a)山墙的对称斜裂缝和垂直裂缝；由于墙角部两面与大气接触，其蒸发量大于中部，使墙角沉降大于山墙中部沉降而开裂。（b)墙面的交叉裂缝；（c)外纵墙的水平裂缝。由于地基不均匀胀缩变形而导致外纵墙在门窗洞口的上下部位出现斜裂缝，外侧地基收缩较大，条基转动所致。,2024/5/6,2024/5/6,四、地基处理方法的分类及其特点1、换土垫层法,2024/5/6,2、深层密实法,2024/5/6,深层密实法,2024/5/6,3、水泥粉煤灰碎石桩法,2024/5/6,4、排水固结法,2024/5/6,5、加筋法,2024/5/6,6、胶结法,2024/5/6,胶结法,2024/5/6,胶结法,2024/5/6,7、热学法,2024/5/6,8、托换技术（基础托换）9、纠偏技术,2024/5/6,地基处理,第二章 复合地基理论,2024/5/6,一、复合地基的概念与分类,复合地基是指由基体(天然地基土体）和增强体（桩体）两部分组成。复合地基在荷载作用下，基体(桩间土)和增强体（桩）共同承担荷载。二、复合地基与“天然地基和桩基”的不同点复合地基的分类：（一）按成桩材料分1、散体土类桩（如砂、砂石、碎石桩等）2、水泥土类桩（水泥土搅拌桩、旋喷桩等）3、混凝土类桩（CFG桩、树根桩、锚杆静压桩等）,2024/5/6,（二）按成桩后桩体的强度分类,1、柔性桩（散体土类桩）2、半刚性桩（水泥土搅拌桩）3、刚性桩（混凝土类桩）（三）按成桩后桩体的强度分类1、纵向增强体复合地基（柔性桩、半刚性桩、刚性桩复合地基）2、横向增强体复合地基（土工合成材料、金属材料格栅等组成）,2024/5/6,三、复合地基的作用机理与破坏模式（一）作用机理 无论何种复合地基，都有以下一种或多种作用。1、桩体作用；2、垫层作用；3、挤密作用；4、加速固结作用；5、加筋作用。,2024/5/6,（二）破坏模式在复合地基中，桩体可能存在四种破坏模式1、刺入破坏；2、鼓胀破坏；3、整体剪切破坏；4、滑动破坏。,2024/5/6,复合地基的破坏模式是比较复杂的，一般可认为取决于桩与桩间土的破坏特性。对不同的桩型，有不同的破坏模式对同一桩型，随桩身强度不同，也存在不同的破坏模式对同一桩型，当土层条件不同时，会发生不同的破坏,2024/5/6,四、复合地基承载力特性和设计计算,1、对水泥土类桩：式中：分别为复合地基、桩体和桩间土承载力的 特征值。桩间土承载力折减系数，反映桩和桩间土共同作用的参数，当桩端土为软土0.51硬土0.10.4,2024/5/6,2、对散体材料桩：,2024/5/6,确定地基承载力时有关参数：,1、面积置换率m 桩的直径；等效影响圆的直径。,2024/5/6,1、桩土应力比nn是复合地基中的一个重要参数，它与水平荷载、桩土模量比、桩土面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层情况等因素有关。,或,2024/5/6,五、复合地基变形计算,1、加固区土层压缩变形量计算（1）复合模量法；（2）应力修正法；（3）桩身压缩模量法。2、加固区下卧层的变形量计算（1）应力扩散法；（2）等效实体法。,2024/5/6,地基处理,第三章 换 填 法,2024/5/6,一、垫层分类和适用范围,换填法（replacement method):当软弱土地基的承载力和变形不满足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去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、矿渣以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并压（或夯、振）实至要求的密实度。换填材料：砂、碎石、素土、干渣、粉煤灰垫层。按施工机械可分为：重锤夯实法，机械碾压法和振动压实法。适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土、暗沟、暗塘等的浅层处理。常用于轻型建筑、地坪、堆料场地和道路工程等地基处理。,2024/5/6,换填法的作用：(1)提高持力层的强度，并将建筑物基础压力扩散到垫层以下的软弱地基；(2)垫层置换了软弱土层，可以减少地基的变形量；(3)加速软土层的排水固结；(4)调整不均匀地基的刚度；(5)对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。,2024/5/6,垫层的分类及适用范围,2024/5/6,二、勘查和调查,1.查明地基土的性质及不良地质现象；2.查明场地的地形、地址构造；3.查明地下水的情况；4.查明地下管线等；5.查明换填材料的成分。,2024/5/6,三、土的压实机理,土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。压实的目的：增加土的密实度，提高土的强度，减少压缩性。土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表示。在实验室内研究土的密实性是通过击实试验进行的。,2024/5/6,大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。,2024/5/6,击实试验及其影响因素（一）击实试验及击实曲线室内方法：轻型：粒经小于5mm的粘性土 重型：粒经大于20mm的土,2024/5/6,击实试验,轻型：粒径小于5毫米,25下，分三层击实,重型：粒径小于40毫米,56下，分5层击实,2024/5/6,击实仪,2024/5/6,击实曲线,2024/5/6,击实曲线的特点：1）峰值：最大干密度dmax2）击实曲线位于理论饱和曲线左边。3）击实曲线的形态：左陡右缓,2024/5/6,（二）影响土的压实性的因素,1、含水率的影响对同一种土料，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定土样的含水率和密度，然后以含水率为横坐标，干密度为纵坐标，绘制击实曲线。从图中可以看出，当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率称为最优含水率。,2024/5/6,最优含水量 对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密dmax。,2024/5/6,2、击实功能的影响,实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干密度也大，最优含水率小用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击数进行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水率与干密度关系曲线。,2024/5/6,土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有一定限度的。,含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则填土遇水后容易引起湿陷。,2024/5/6,3、土类和级配的影响,同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数越大，越难于压实对于无粘性土，含水率对压实性的影响没有像粘性土那么敏感，其击实曲线与粘性土是不同的，在含水率较大时得到较高的干密度。因此在无粘性土的实际填筑中，同时需要不断洒水使其在较高含水率下压实。无粘性土的填筑标准，通常是用相对密实度来控制的，一般不进行击实试验级配良好的土易于压实，反之则不易压实,2024/5/6,（三）压实特性在现场填土中的应用,压实系数：工地压实时要求达到的干密度。室内击实试验得到的最大干土密度。,2024/5/6,四、砂（砂石、碎石）垫层设计,（一）砂垫层的设计1.垫层的设计原则 足够的厚度以置换可能受剪破坏的软弱土层；足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出；设计垫层为排水垫层。,2.砂垫层的厚度z的确定,2024/5/6,2024/5/6,3.垫层宽度 应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽度b可由下式或根据当地经验确定。,砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。,2024/5/6,4.砂垫层承载力的确定,5.沉降计算,2024/5/6,（二）砂（砂砾、碎石）垫层施工1.垫层材料 砂石：颗粒级配良好、质地坚硬的砂石，不得含有草根、垃圾，含泥量应小于5。用粉细砂作垫层时，应掺入不小于30的碎石或卵石，且 应分布的均匀，最大粒径不得大于50mm。2.施工参数室内击实试验无室内击实试验资料时，用 作为施工碾压质量检验及施工控制的技术指标。,3.施工要点(1)保证达到设计要求的密度，施工机械宜采用振动碾压法和平板振动法压实机，压实参数由现场试验确定；不同施工机具应采用不同的最优含水量；(2)垫层的砂料必须具有良好的压实性；(3)开挖基坑铺设垫层时严禁扰动垫层下卧的淤泥和淤泥质土等软弱土层；,2024/5/6,（三）质量检验 采用环刀法或贯入测定法 环刀法：用容积不小于200cm3的环刀压入每层2/3的深度处取样，测定其干密度，干密度应不小于该砂石料在中密状态的干密度值。贯入测定法：先将砂垫层表面3cm左右厚的砂刮去，然后用贯入仪、钢叉或钢筋以贯入度的大小来定性地检查砂垫层质量。采用贯入法时，检验点的间距应小于4m；环刀法：基坑50100m2不小于1个，基槽每1020m不应少于1个点。,2024/5/6,五、土垫层设计 素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理14m厚的软弱土层。灰土垫层即通常讲的2：8或3：7灰土。垫层强度随灰量的增加而提高。二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土。,2024/5/6,1、厚度确定软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。1.对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。2.对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于20cm才能取得好的效果。2、宽度确定：灰土垫层的宽度可取,3、平面处理范围 素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。,2024/5/6,六、粉煤灰垫层1.化学性质 粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，与二氧化硅，三氧化二铝等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块状结构，可提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗性和水稳定性。2.物理性质 粉煤灰的压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏感性比粘性土小，最优含水量易于控制。,2024/5/6,3.粉煤灰的工程特性及其对环境的影响1）自重轻 粉煤灰相对密度比黏性土小得多，一般松散重度在6-7kNm3间；经轻型击实试验击实后干密度在0.921.35tm3间；比土要轻得多，对回填土工程带来有利的一面，可降低下卧层土的压力，减少沉降，如利用该特点，道路路堤的填筑高度现在可提高至8m，打破了土路堤45m的高度极限。为此，在公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范(JTJ01693)中规定：软弱地基上的高路堤在技术经济合理的条件下应优先采用粉煤灰。,2024/5/6,2)击实性能好 粉煤灰的颗粒组成特点，使它具有可振实或碾压的条件，击实试验曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。粉煤灰的最优含水量变动幅度是4，大于土的2的变动幅度。因此，粉煤灰在回填施工过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制，施工质量容易得到保证。当地下水位高、雨水多、土含水量大，压实试验采用轻型击实标准较为适宜，大量实践证明，压实系数达到95。以上的轻型击实标准，亦要采用10t振动压路机碾压8-10遍。,2024/5/6,3)抗剪强度 抗剪试验按直剪(快剪)和三轴剪(固结不排水剪)分别进行，粉煤灰的内摩擦角、黏聚力均与粉煤灰的灰种、剪切方法、压实系数大小和龄期长短有关。c、值应通过室内ii试验确定，当无试验资料时，可定为当压实系数为0.90.95时，2330度。C530kPa。,2024/5/6,4)压缩性 粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度等因素有关。应通过土工试验确定，当无试验资料时，在压实系数为09095时，E0820MPa。5)承载能力 粉煤灰垫层经压实后承载能力的试验结果得知，具有遇水后强度降低的特性。当无试验资料时，压实系数为0.90.95时的浸水垫层，其地基承载力特征值可采用120150kPa，但尚应满足软弱下卧层的承载力与地基变形要求。,2024/5/6,6)渗透性 由于粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，压实过程中与压实初期具有较大的渗透系数，但随着龄期的增加，渗透性能逐渐减弱。粉煤灰还具有较强的龄期效应，由于粉散状态下细颗粒并有水存在时，会在常温下与氢氧化钙产生化学反应，形成具有胶凝能力的化合物，这种反应即称火山灰反应，反应的产物有效填充了孔隙，从而使强度和抗渗性能得到改善。前述抗剪强度和承载能力随龄期的提高，其原因也在于此。这一特性还能使垫层在后期形成一块具有隔水性能的刚度和强度均较好的板块，这就大大地改善了地基的承载能力。,2024/5/6,7)抗液化性 粉煤灰经压实后是否能避免在振动条件下的液化析。试验结果，实际贯人击数证明不会发生液化。粉煤灰地基有较高的标贯击数反应了它的龄期效应特征。有一定的胶凝性，其抗液化能力要比砂质粉土强得多。8)对环境的影响 粉煤灰是一种碱性材料，同时粉煤灰中还含有一定量的微量有害元素和放射性元素，因此粉煤灰在填筑过程中是否能推广应用，在很大程度上取决于是否能满足我国现行的有关环境方面的要求。,2024/5/6,2024/5/6,2.粉煤灰垫层的设计与施工1）同砂垫层设计2）采用分层压实法3）对于过湿的垫层应沥干装运4)压实系数一般为0.90.955）应分层铺筑与碾压6）虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若无试 验资料时，可选用铺筑厚度200-300mm，碾压后的压实厚度为150200mm。7）对小型工程可采用人工分层摊铺，在整平后用平板振动器或蛙式打夯机进行压实。,2024/5/6,六.矿 渣 垫 层 矿渣亦称高炉重矿渣或干渣。它是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣经自然冷却而成。矿渣取代天然碎石是冶金渣综合利用的有效途径之一。它具有原料量大、工程造价低和节约天然资源等优点。凡缺乏天然的砂石料地区，矿渣不仅用于回填可增加其应用途径，而且可缓解砂石料紧缺的矛盾，因而具有显著的社会效益和经济效益。,2024/5/6,七.其 他 垫 层 除以上砂(砂石、碎石)垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层、土(素土)和灰土垫层外，还有以下几种。1、粉质黏土垫层2、石屑垫层3、工业废渣垫层4、加筋垫层5、聚苯乙烯板块(EPS),2024/5/6,八、垫层施工方法 机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法三种。（一）机械压实法 机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其它压实界些来压实软弱地基土或分层填土垫层。施工步骤 1.现将拟建范围内一定深度内的软弱土挖出至设计要求，2.再将底部土体碾压加固，3.然后分层填筑，逐层加密。,2024/5/6,土类和场地对碾压设备选用的影响,2024/5/6,机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土，此法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的工程。在工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。,施工参数：如施工机械、铺筑厚度、碾压遍数与填筑含水量等都必须由工地试验确定。,2024/5/6,(二)重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。,1、施工顺序 重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。,2024/5/6,2.施工要点,现场试夯夯击前应检查坑中土的含水量施工夯打工艺现场有边坡或邻近建筑物时，应当采用必要的防护措施。,3.质量检验,不仅要检查施工记录及试夯最后下沉量，而且要检查加固质量。基槽每30m一点，整片地基每100m22点以上,2024/5/6,(三)平板振动法 振动压实法是利用各种振动压实机，将松散土振压密实。适用于处理无粘性土或粘粒含量少，透水性较好的松散杂填土地基。振动压实机的工作原理是由电动机带动两个偏心块以相同速度反向转动而产生很大的垂直振动力。,压实效果：一般杂填土经振实后，地基承载力特征值可达100120kPa。,2024/5/6,振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步的压实作用。,振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振实的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。,2024/5/6,作业题1 某条形基础，宽1.2m，埋深为1.0m，作用于基础的荷载每米180kN，基础平均重度为。表层土为杂填土，厚1.5m，重度为17.0kN/m3；第二层土为淤泥质粘土，厚8m，重度为16.5kN/m3，fak72kPa；试设计基础的垫层。砂垫层深度修正系数d1.0，压力扩散角取30度。,2024/5/6,（1）垫层材料选取粗砂=20kN/m3，并设垫层厚度 z=1.5m，z/b=1.5/1.20.5,=30度,(2)垫层厚度的验算,根据题意,基础底面处的平均压力值为:,2024/5/6,2024/5/6,说明满足强度要求,垫层厚度.,(3)确定垫层宽度按1:1.5放坡.,2024/5/6,工程概况：上海机械学院动力馆，三层混合结构，建在冲填土的暗浜上，正立面与基础平面布置如图。,2024/5/6,设计方案的选择，挖除填土，加大基础埋深，如将基础落至淤泥质粉土层内，需挖土4m施工困难。打钢筋混凝土短桩，长度58m，单桩承载力5080kN，造价高。采用基础梁跨越，但本工程暗浜太宽；采用砂垫层置换部分冲填土。砂垫层厚选用0.9m和1.5m，,工程地质条件：建筑场地系一池塘冲填时塘底淤泥未挖除地下水位较高。地基容许承载力为50kpa。,2024/5/6,施工情况砂垫层采用中砂，使用平板振动器分层振实，控制土的干密度为1.6t/m3建筑物四周布置井点，效果评价由于纵横条形基础和砂垫层处理起到了均匀传递扩散压力的作用，并改善了暗浜内冲填土的排水固结条件。,2024/5/6,软弱地基处理,第四章 深层密实,2024/5/6,第一节 强夯和强夯置换法（动力固结法）,一.概述 强夯法：是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基处理加固方法，它通过一般830t的重锤和820m的落距，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为5008000kNm。在地基土中所出现的冲击能和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性。,2024/5/6,强夯法最初使用于法国的Riviera夯实滨海填土。该现场是新近填筑的约9m厚的碎石填土，其下是 12m厚的疏松的砂质粉土，场地上要求建造20幢8层居住建筑，由于碎石填土是新近填筑的，使用桩基，将产生占单桩承载力60%70%的负摩阻力。堆载预压法：经3个月的堆载预压，沉降值达200mm。强夯法：锤重10t，落距13m，用100t起重机起吊夯锤。夯后整个场地沉降量达到500 mm。建造的8层居住建筑物后，其平均沉降量为13。,2024/5/6,按现行规范建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）强夯法可定义为两种：强夯法和强夯置换法1.强夯法 反复将夯锤提到一定高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法。此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。,2024/5/6,2.强夯置换法将重锤提到高处使其自由下落形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料，使其形成密实的墩体的地基处理方法。此法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。,2024/5/6,二、加固机理,目前，根据地基土的类别和强夯施工工艺有三种加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。动力密实：加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙体积减小。从而提高地基土的强度。非饱和土的夯实过程，主要是土中的孔隙被挤出的过程。动力固结：即巨大的冲击能在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，等超孔隙水消散后土体因结。动力置换：可分为整体式置换和桩式置换。整体式置换是采用强夯法将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似是于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩间隔地夯入软土中，形成桩式的碎石墩，与墩间土起复合地基的作用。,2024/5/6,（一）动力密实 对于多孔隙、粗粒土、非饱和土是利用强夯法的动力密实理论。夯锤夯击底面的冲击能量是以振动波的形式在地基中传播，纵波石土体受拉、压作用，使孔隙水压力增加，导致土骨架解体；横波使解体的土颗粒处于更密实的状态。土体在冲击能量作用下，被挤密压实，强度提高，压缩性降低。,2024/5/6,（二）动力置换,动力置换是指在冲击能量作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换饱和软土，形成密实的砂、石层或桩。其有三种形式：动力置换砂柱；动力置换碎石桩；动力置换挤淤。可分为整式置换和桩式置换。,2024/5/6,（三）动力固结,对于细粒饱和土用强夯法处理是利用动力固结理论。1.饱和土的压缩性2.局部液化3.渗透性变化4.触变恢复（时间效应）5.土强度的增长过程机理,2024/5/6,1.饱和土的压缩性,土中存在一些微小气泡，强夯时，气体压缩，孔隙水压力增大，随后气体膨胀，孔隙水排出，液相、气相体积减小。这种现象使饱和土具有压缩性。强夯时，含气孔隙水不能立即消散而具有滞后现象，气相体积不能立即膨胀，可由动力固结模型的摩擦活塞来模拟。,2024/5/6,2.局部液化,强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大，孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土压力时，土体产生液化，土中吸着水变为自由水，土的强度降低到最小。表明土体压缩模量是可变的。,2024/5/6,3.渗透性变化,在强夯冲击能量作用下，土中超孔隙水压力大于土颗粒间的侧向压力是，土颗粒间会出现裂隙并形成树枝状排水通道，使土的渗透性变好，孔隙水顺利排出。,ai：临界液化度 当液化度超过ai时，渗透系数剧增，夯坑周围出现冒气冒水现。,2024/5/6,4.触变恢复,土体在夯击能量作用下，结构被破坏，当出现液化时，抗剪强度几乎为零，但随着时间的推移，土的结构逐渐恢复，强度逐渐增长，这一过程称为触变恢复，也称为时效。,地基土强度增长与孔隙水压力有关。液化度为100时，土的强度为零；随着孔隙水的消散，土的强度逐渐增长，即存在一个触变恢复阶段。,2024/5/6,5.土强度的增长过程机理,地基土强度增长规律与土体中孔隙水压力的状态有关。在第(3)阶段为土的液化阶段时，土的强度降到零；而孔隙水压力消散阶段即为土的强度增长阶段；第(4)阶段为土的触变恢复阶段。,2024/5/6,静力固结理论和动力固结理论模型比较,2024/5/6,三、强夯法设计计算,对于不同土类强夯法的作用不同：1.软土地基，提高地基承载力和减少 沉降量；2.饱和砂土和粉土，消除液化趋势；3.黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。,2024/5/6,一、强夯参数选择,(一)有效加固深度(二)夯击能(三)夯击点布置及间距(四)夯击遍数(五)间歇时间,2024/5/6,(一)有效加固深度,有效加固深度：式中 M-夯锤重 h落距 强夯时的有效加固深度(m),2024/5/6,强夯法的有效加固深度是指起夯面以下，经强夯加固后，土的物理力学指标已达到或超过设计值的深度。有效固结深度可按修正的Menard公式估算：,2024/5/6,2024/5/6,(二)夯击,1.单击夯击能 单击夯击能是指夯击锤M和落距h的乘积。单击夯击能越大，加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。2.单位夯击能 整个加固场地的总夯击能除以加固面积称为单位夯击能。应根据地基土类别结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑并通过试夯确定。,包括：单击夯击能、单位夯击能和最佳夯击能。,2024/5/6,3.最佳夯击能（最佳夯击次数）,最佳夯击能：由动力固结理论，使地基中产生的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能称为最佳夯击能。最佳夯击次数：当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。,2024/5/6,最佳夯击能(最佳夯击次数)的确定,由孔隙水压力确定 a.对于粘性土地基，可根据有效影响深度孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。b.对砂性土地基，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线来确定最佳夯击次数。,2024/5/6,由夯沉量与夯击次数关系曲线确定,a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小。b.确定方法：当SN趋向趋于稳定，接近常数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击次数为最佳夯击次数。,2024/5/6,.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击 夯击能量较大时不大于100mm；.夯坑周围底面不应发生过大的隆起；.不因夯坑过深而发生起锤困难。,2024/5/6,(三)夯击点布置及间距,1.夯击点布置 夯击点平面位置可根据建筑结构类型进行布置。基础面积较大建筑物，按等边三角形或正方形布置。办公楼、住宅楼，可按承重墙位置布置夯点，取等腰三角形布置。工业厂房可按柱网布置夯击点。,2024/5/6,2.夯击点间距,夯击点间距一般根据地基土的性质和加固深度确定。第一遍一般可取59m，对于处理深度较深或单击夯击能较大的工程，夯击点间距应适当增大。3.夯击点布置范围 由于基础应力扩散作用，夯击点范围应大于建筑物基础范围。对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计加固深度的1/21/3，并不小于3m。,2024/5/6,1.夯击遍数：是指将整个强夯场地中同一编号的夯击点，夯完后算作一遍。2.夯击遍数的确定 砂性土：13遍；粘性土：24遍(五)间歇时间 间歇时间是指两遍夯击之间的时间间隔。间歇时间取决于土中孔隙水压力的消散时间，对砂性土，孔隙水压力的消散时间为34分钟，可连续作业；对于饱和粉土和粘性土，一般不少于34周。,(四)夯击遍数,2024/5/6,2024/5/6,(一)施工前应取得的资料；(二)拟定初步施工方案；(三)试夯,二、施工方案的制定,2024/5/6,场地地层分布、土层的均匀性及承载力；土的物理力学性质、地下水类型及埋藏条件；场地周边环境以及各种地下管线情况。(二)拟定初步施工方案 确定处理深度和单击夯击能 选择夯锤与落距,(一)施工前应取得的资料,2024/5/6,夯锤着地时的冲量,锤重与落距 对于某一单击夯击能，夯锤在接触土体瞬间冲量的大小是影响土体压缩变形的关键因素，冲量越大，加固效果越好。,2024/5/6,场地地层分布、土层的均匀性及承载力；土的物理力学性质、地下水类型及埋藏条件；场地周边环境以及各种地下管线情况。,(三)试夯,2024/5/6,夯锤越重，冲量越大，加固效果越好。,2024/5/6,夯锤材料可采用铸钢，或钢板壳内填混凝土。一般锥底锤、球底锤的加固效果较好，适用于加固较深层土体；平底锤适用于浅层及表层地基加固。夯锤的底面积对加固效果的影响：当锤底面积过小时，静压力就大，夯锤对地基土的作用以冲切力为主；过大时，静压力太小，达不到加固效果。,夯锤的选择,2024/5/6,2024/5/6,初步确定夯击点间距，布置方式及夯击次数、夯击遍数等；确定强夯参数，并提出试验方案。,2024/5/6,四.强夯法施工,一、施工设备,起重力大小：,起吊高度：,(一)起重机,主要设备包括：夯锤、起重机和脱钩装置。,2024/5/6,主要有：转动吊钩式、杠杆式、钳式、蟹爪式。,(二)脱钩装置,2024/5/6,定高度索脱原理,2024/5/6,平整场地，放线、埋设水准点和各夯点标桩；标出第一遍夯点位置，并测量场地高程；起重机就位，并使夯锤对准夯点；测量夯前锤顶高程；起吊夯锤到预定高度，脱钩；重复，按设计规定完成夯击次数；重复完成第一遍全部夯点的夯击；推平夯坑，并测量场地标高；按设计完成全部夯击遍数，测量夯后场地标高。,二、施工工艺,2024/5/6,为减少对周边环境和建筑物的影响，应采取 防振措施；按规定起锤高度、锤击数的控制指标施工，或按试夯后的沉降量控制；注意含水量对强夯效果的影响；注意夯锤上部排气孔的畅通；注意施工安全，防止石块伤人；雨季施工注意排水。,三、施工要点,2024/5/6,