.,第5章地基處理,.,5.1概述一、地基處理的目的（1）改善地基的剪切性能、提高地基承載力及其穩(wěn)定性。（2）改善地基的變形性質(zhì)、減少其沉降及不均勻沉降變形量。（3）改善地基的滲透性、加強(qiáng)其滲透穩(wěn)定性。（4）改善地基的動(dòng)力特性、提高其抗震性能。（5）改善地基的不良特性、滿足其工程的需要。,.,二、處理對(duì)象淤泥和淤泥質(zhì)土、軟粘土、人工填土、細(xì)粉砂土和粉土、濕陷性土、有機(jī)質(zhì)土和膨脹土、多年凍土、巖溶、土洞和山區(qū)地基等,.,1、淤泥土與淤泥質(zhì)土,淤泥土與淤泥質(zhì)土簡(jiǎn)稱軟土淤泥:孔隙比e1.5,wwl(Il1.0)淤泥質(zhì)土:孔隙比e=1.01.5,wwl(Il1.0)土性*高含水量=4090%甚至100%*高壓縮性a0.53.0MPa-1*高流變性:次固結(jié)量隨時(shí)間增加*低強(qiáng)度Cu1.5,wwl(Il1.0)，有機(jī)含量30%泥炭質(zhì)土e=1.01.5,wwl(Il1.0)，有機(jī)含量10-30%*強(qiáng)度低、壓縮性很大2、粉細(xì)砂、粉土和粉質(zhì)土：易震陷、液化3、砂土、砂礫石等：透水性大、抗?jié)B、防止管涌和流土4、其他類土濕陷性黃土：消除濕陷膨脹土：脹縮性紅粘土：特殊結(jié)構(gòu)性巖溶：塌陷,.,地基處理方法的分類可有多種多樣。如：按時(shí)間可分為臨時(shí)處理和永久處理；按處理深度可分為淺層處理和深層處理；按處理土性對(duì)象可分為砂性土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理；按地基處理作用機(jī)理可分為置換、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋等處理方法。其中最本質(zhì)的是根據(jù)地基處理作用機(jī)理進(jìn)行分類，其具體分類以及加固原理、適用范圍見(jiàn)表5-1。,三、地基處理方法分類及應(yīng)用范圍,.,三、地基處理方法分類及應(yīng)用范圍,1）換土墊層法2）振密、擠密法（1）表層壓實(shí)法；（2）重錘夯實(shí)法；（3）強(qiáng)夯法；（4）振沖擠密法；（5）土樁與灰土樁法；（6）砂樁；（7）爆破法3）排水固結(jié)法（1）堆載預(yù)壓法；（2）砂井法；（3）真空預(yù)壓法；（4）降低地下水位法；（5）電滲排水法,.,4）置換法（1）振沖置換法（碎石樁法）；（2）石灰樁法；（3）強(qiáng)夯置換法；（4）水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁法）5）加筋法（1）土工聚合物；（2）加筋土；（3）土層錨桿；（4）土釘；（5）樹(shù)根樁法6）膠結(jié)法（1）灌漿法；（2）高壓噴射注漿法；（3）水泥土攪拌法7）其他處理法（1）凍結(jié)法；（2）托換法（3）糾傾技術(shù),.,四、地基處理方法選用原則,技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量地基條件處理要求（處理后地基應(yīng)達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)、處理的范圍、工程進(jìn)度等）工程費(fèi)用材料、機(jī)具來(lái)源,.,選擇地基處理方法步驟,（1）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)及建筑場(chǎng)地條件和環(huán)境，初步選定幾種可供考慮的處理方案；（2）對(duì)初步選定的各種地基處理方案進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和對(duì)比，確定最佳的地基處理方案；（3）對(duì)已確定的地基處理方案，在有代表性的場(chǎng)地上進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工及必要的測(cè)試，以期達(dá)到最佳處理效果。,.,5.2墊層法,5.2.1概述1）墊層法定義當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設(shè)計(jì)要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時(shí)，將基礎(chǔ)底面下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強(qiáng)度較大的砂（碎石、素土、灰土、爐渣、粉煤灰）或其他性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料，并壓實(shí)至要求的密實(shí)度為止，這種地基處理方法稱為墊層法。,.,.,深厚軟土,深厚軟土,軟土地基沉降太大、強(qiáng)度不足,墊層法地基處理過(guò)程示意,.,2）墊層的類型,按常用的墊層材料，可分為砂墊層碎石墊層素土墊層灰土墊層,.,3）換土墊層的作用,（1）提高持力層的承載力；（2）減少沉降量；（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)；（4）防止凍脹；（5）消除膨脹土的脹縮作用。,.,1）墊層厚度的確定墊層的厚度z應(yīng)根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并符合下式要求：式中相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，墊層底面處的附加壓力值（kPa）；墊層底面處土的自重壓力值（kPa）；faz墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值（kPa）。墊層厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。,5.2.2墊層設(shè)計(jì)（以砂墊層為例）,.,b,回填土,b=b+2ztan,d,z,用試算法確定墊層的厚度z（1）初定z為12m；（2）計(jì)算；、（3）按式驗(yàn)算；若不滿足要求，則重新取值，直到滿足要求為止。,.,墊層底面處的附加壓力值可分別按下兩式計(jì)算：,式中b矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度（m）；l矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度（m）；pk相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（kPa）；基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（kPa）；z基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（m）；墊層的壓力擴(kuò)散角，宜通過(guò)試驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可按下表采用。,條形基礎(chǔ),矩形基礎(chǔ),.,注意,墊層厚度的確定僅考慮了應(yīng)力擴(kuò)散的作用，忽略了墊層約束作用和排水固結(jié)對(duì)地基承載力提高的影響，所以實(shí)際的承載力比考慮深度修正后的天然地基承載力大。對(duì)重要工程，建議通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)來(lái)確定。,.,2）墊層寬度的確定要求：滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴(kuò)散的要求防止墊層向兩側(cè)擠壓。常用經(jīng)驗(yàn)的擴(kuò)散角法按下式確定：墊層底寬墊層頂寬開(kāi)挖坡度確定（便于壓實(shí)機(jī)械施工、防側(cè)向擠壓(淤泥)）墊層頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊不宜小于300mm。,.,3）地基變形計(jì)算采用換填法對(duì)地基進(jìn)行處理后，由于墊層下軟弱土層的變形，建筑物地基往往仍將產(chǎn)生一定的沉降量及差異沉降量。因此，在墊層的厚度和寬度確定后，對(duì)于重要的建筑物或墊層下存在軟弱下臥層的建筑物，還應(yīng)進(jìn)行地基的變形計(jì)算。換土墊層后的建筑物地基沉降由墊層自身的變形量和下臥土層的變形量?jī)刹糠炙鶚?gòu)成，即式中基礎(chǔ)沉降量(cm)；墊層自身變形量(cm)；壓縮層厚度范圍內(nèi)，自墊層底面算起的各土層壓縮變形量之和(cm)。,.,4）墊層材料的選用（1）砂石。宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑（粒徑小于2mm的部分不應(yīng)超過(guò)總重的45），應(yīng)級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)砂時(shí)，應(yīng)摻入不少于總重30的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50mm。（2）粉質(zhì)粘土。土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5，當(dāng)含有碎石時(shí)，粒徑不宜大于50mm。,.,（3）其他材料如灰土、粉煤灰、礦渣等。在有可靠試驗(yàn)結(jié)果或成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等均可用于填筑換填墊層。也可由土工合成材料與地基土構(gòu)成加筋墊層。注意：砂墊層不宜用于處理濕陷性黃土地基,.,5）墊層施工要點(diǎn),（1）關(guān)鍵是如何將砂土加密到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。加密方法可采用機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法和平板振動(dòng)法。應(yīng)根據(jù)不同的換填材料選擇施工機(jī)械。（2）分層鋪填厚度、每層壓實(shí)遍數(shù)等宜通過(guò)試驗(yàn)確定。一般情況下，墊層的分層鋪填厚度可取200300mm。,.,（3）基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)避免坑底土層受擾動(dòng)。（4）作好基坑的排水工作，必要時(shí)應(yīng)采取降低地下水位的措施。采用振實(shí)時(shí)，應(yīng)保證水源補(bǔ)給與排水暢通，水面宜保持與砂面齊平?？捎米鲏|層的材料很多，除砂和碎石外，還有素土、灰土墊層，以及粉煤灰墊層等。國(guó)外還在墊層中鋪設(shè)塑料網(wǎng)片（加筋）來(lái)提高墊層的強(qiáng)度。,.,5.3排水固結(jié)法,1、排水固結(jié)法加固原理對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。,.,排水固結(jié)壓縮與強(qiáng)度變化圖,.,預(yù)壓原理：原位自重應(yīng)力s，建筑物附加應(yīng)力z,預(yù)加壓力t=(1.21.5)z,變形,.,強(qiáng)度,.,排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問(wèn)題（1）沉降問(wèn)題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。（2）穩(wěn)定問(wèn)題。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。,.,2、排水固結(jié)法排水和加壓體系排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成。1）排水系統(tǒng)水平排水墊層和豎向排水體構(gòu)成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板。2）加壓系統(tǒng)即是起固結(jié)作用的荷載，它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。工程上廣泛使用且行之有效的增加固結(jié)壓力的方法是堆載法，此外，還有真空法、降低地下水位法、電滲法和聯(lián)合法。,.,豎向排水體的原理（a）豎向排水（b）砂井地基排水,粘性土固結(jié)所需時(shí)間與排水距離的平方成正比,.,3、排水固結(jié)法的設(shè)計(jì),排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)：主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小、地基土的性質(zhì)以及工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確定預(yù)壓荷載的大小和預(yù)壓時(shí)間，使通過(guò)預(yù)壓，地基能滿足建筑物對(duì)變形和穩(wěn)定性的要求。,.,砂井布置圖(a)剖面圖(b)正方形布置(c)梅花形布置(d)砂井排水,.,預(yù)壓方法,（1）堆載預(yù)壓（2）降水預(yù)壓增加有效應(yīng)力（3）真空預(yù)壓密封層,.,基坑降水預(yù)固結(jié),設(shè)計(jì)坑底,坑底降水深度,D,坑底降水線,.,z,降水預(yù)壓,z,.,真空預(yù)壓密封層,-u,.,思考,降水預(yù)壓和真空預(yù)壓不會(huì)引起土體破壞，堆載預(yù)壓則可能由于速度太快而造成地基破壞，為什么？,用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過(guò)增加總應(yīng)力并使孔隙水壓力消散來(lái)增加有效應(yīng)力的方法，降低地下水位和電滲排水法是在總應(yīng)力不變的情況下，通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓是通過(guò)覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，該壓力差首先作于于孔隙水和氣上，使水氣排出而有效應(yīng)力增加，從面粘土層產(chǎn)生固結(jié)壓力。降低地下水位、真空預(yù)壓和電滲法由于通過(guò)減小水氣壓力的作用增大有效應(yīng)力，水氣壓力各方向相等，因此大小主應(yīng)力增量一致，莫爾圓的直徑不增加而應(yīng)力圓整體右移，更遠(yuǎn)離強(qiáng)度線，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。堆載法如果加荷快，總應(yīng)力增加，大小主應(yīng)力增量不一致（側(cè)壓系數(shù)小于1，小主應(yīng)力增量小于大主應(yīng)力增量），應(yīng)力圓擴(kuò)大，不固結(jié)不排水剪強(qiáng)度為水平直線，不能承受更大的應(yīng)力圓作用。因此而破壞。,.,5.6強(qiáng)夯法,1.強(qiáng)夯法概念強(qiáng)夯法是法國(guó)人L.梅納（Menard，1969）首創(chuàng)的一種地基加固方法，即用1040噸重錘從820m的高處落下，反復(fù)多次夯擊地面，對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。2.強(qiáng)夯法適用條件強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。,.,.,.,.,.,.,.,3.加固效果：經(jīng)強(qiáng)夯后地基的承載力可提高25倍，壓縮性可降低200500，影響深度10m以上。4.強(qiáng)夯機(jī)理:強(qiáng)大的夯擊能在地基中產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力波和動(dòng)應(yīng)力對(duì)土體作用的結(jié)果。,波,土中,能,（1）使土孔隙壓密，土體局部液化（2）夯點(diǎn)周圍產(chǎn)生大量裂縫，良好排水通道（3）各種顆粒成分在結(jié)構(gòu)上重新排列,轉(zhuǎn)化,傳入,.,5.設(shè)計(jì),（1）有效加固深度Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度式中X有效加固深度（m）；M夯錘質(zhì)量（t）；h落距（m）；m修正系數(shù)，根據(jù)不同土類選用。影響有效加固深度的因素除夯錘重和落距外，還有單擊夯擊能、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力、地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度、埋藏順序和地下水位等。對(duì)于同一類土，采用不同能量夯擊時(shí)，其修正系數(shù)并不相同，采用確定的修正系數(shù)，并不能得到滿意的結(jié)果。因此建筑地基處理技術(shù)規(guī)范不采用修正后的梅納公式，而是采用了表格形式，建議了有效加固深度的取值范圍。,.,（2）處理范圍強(qiáng)夯處理范圍應(yīng)大于建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)外緣的寬度宜為基底下設(shè)計(jì)處理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。（3）承載力確定強(qiáng)夯地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可根據(jù)夯后原位測(cè)試和土工試驗(yàn)指標(biāo)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007有關(guān)規(guī)定確定。,.,復(fù)合地基理論,一、復(fù)合地基的概念復(fù)合地基是由基體（天然地基土體）和增強(qiáng)體（樁體或帶形體）兩部分組成，共同承受上部結(jié)構(gòu)荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基。,.,二、復(fù)合地基有兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）復(fù)合地基是由兩種剛度（或模量）不同的材料（增強(qiáng)體和基體）兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的；（2）復(fù)合地基在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載并協(xié)調(diào)變形。,區(qū)別于樁基礎(chǔ)。,區(qū)別于均質(zhì)地基,.,三、復(fù)合地基的分類,按成樁材料分類1）散體材料樁：如砂樁、碎石樁、礦渣樁等；2）水泥土類樁：水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等；3）混凝土類樁：CFG樁、樹(shù)根樁、錨桿靜壓樁等。按成樁后樁體的剛度（或強(qiáng)度）分類1）柔性樁：散體材料類樁；2）半剛性樁：水泥土類樁；3）剛性樁：混凝土類樁。3.按增強(qiáng)體的方向分類1）豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基：由不同材料形成不同強(qiáng)度樁體的復(fù)合地基。2）橫向增強(qiáng)體復(fù)合地基：由土工合成材料、金屬材料格柵等形成的復(fù)合地基。,.,四、復(fù)合地基作用機(jī)理（1）樁體作用。（2）排水固結(jié)作用。（3）擠密作用。（4）加筋作用。,.,復(fù)合地基的基本概念,1.面積置換率m,正方形布樁,等邊三角形布樁,一根樁體的橫截面積,一根樁體的加固面積,.,2.樁土應(yīng)力比n,基礎(chǔ)剛性時(shí)，樁與樁間土沉降一致，但模量不一致，因此荷載向樁體集中，樁體所受壓力pp大于基底平均壓力p，樁間土的壓力ps小于p。,柔性樁（散體材料樁），n=24如：振沖碎石樁半剛性樁，n=312如：水泥土樁，旋噴樁,.,5.4深層水泥攪拌法,水泥攪拌樁法是以水泥作為固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，將固化劑（漿液或粉體）和地基土強(qiáng)制攪拌，由固化劑與軟土間所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法。(CDM法),.,深層攪拌的工藝流程圖,.,水泥攪拌機(jī),.,三軸水泥攪拌機(jī),.,加固的機(jī)理,(1)水泥的水解和水化反應(yīng)。(2)離子交換和團(tuán)粒化作用。(3)硬凝反應(yīng)。,.,水泥土樁的計(jì)算,復(fù)合地基承載力特征值P216,.,.,5.5高壓噴射注漿法P219,高壓噴射注漿法，它是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,高壓脈沖泵（工作壓力在20MPa以上），將水和水泥漿液通過(guò)鉆桿下端的噴射裝置形成高壓射流噴射出來(lái),沖擊破壞土體,同時(shí)鉆桿以一定速度漸漸向上提升,使?jié){液與土粒強(qiáng)制攪拌混合,漿液凝固后在土中形成水泥土加固體的地基處理方法。,5.5.1基本原理與噴射漿的類型,.,噴射注漿施工順序a-開(kāi)始鉆進(jìn)b-鉆進(jìn)結(jié)束c-高壓懸噴開(kāi)始d-噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊提升e-懸噴結(jié)束,.,高壓旋噴注漿三種型式,單噴管旋噴注漿(漿液),二重噴管旋噴注漿(漿液+氣體),三重噴管旋噴注漿(水+氣體+漿液),.,高壓噴射注漿三種型式,1.旋轉(zhuǎn)噴射注漿；旋噴法,2.定向噴射注漿；定噴法,3.搖擺噴射注漿；擺噴法,.,(1)復(fù)合地基承載力：計(jì)算公式同水泥土樁.,5.5.2噴射注漿的應(yīng)用設(shè)計(jì),1.應(yīng)用,形成樁體加固地基,形成防滲帷幕提高地基抗?jié)B性。,2.設(shè)計(jì),（2）復(fù)合地基的沉降：確定復(fù)合壓縮模量。,.,5.7振沖法,振沖法是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在地基中成孔后，再將碎石、砂或砂石擠壓入已成的孔中，形成砂石所構(gòu)成的密實(shí)樁體，并和原樁周土組成復(fù)合地基的地基處理方法。,.,設(shè)備：振沖器d=270420mm,l=23m,G=820KN原理:振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動(dòng)加密,使顆粒移動(dòng)沖:高壓水從中間穿過(guò),土顆粒振浮液化固結(jié),.,振沖擠密和振沖置換,砂土地基-利用振沖器沖切下沉使砂土擠密，形成振沖擠密砂樁粘性土地基-利用振沖器振沖成孔，置