市政工程教学课件：地基处理.ppt

1、第五章第五章 地地 基基 处处 理理 7.1 概述概述 7.2 换土垫层法换土垫层法 7.3 复合地基复合地基 7.4 加密法加密法 7.5 预压加固法预压加固法 7.6 胶结法胶结法 7.7 土工合成材料土工合成材料 7.1 7.1 概述概述 浅基础浅基础, ,当承载力、沉降、液化、冻胀等当承载力、沉降、液化、冻胀等 不满足设计要求时不满足设计要求时 (1) 采用深基础、桩基础采用深基础、桩基础 (2) 地基处理，改善土性地基处理，改善土性 地基处理的目的地基处理的目的 1 提高土的强度提高土的强度-地基承载力地基承载力 2 增加土的刚度增加土的刚度-减少地基沉降量减少地基沉降量 3 改善地

2、基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)防渗：防渗：堤坝、闸基、池堤坝、闸基、池 (2)排水：排水：软基固结渗流、挡土墙排水软基固结渗流、挡土墙排水 (3)渗透稳定性：渗透稳定性：长江大堤的管涌、流土（采用反滤）长江大堤的管涌、流土（采用反滤） (4)抗冻性抗冻性 4 改善抗震性能改善抗震性能 (1)液化：液化：加密加密 (2)震陷：震陷：干松砂和溶洞干松砂和溶洞 地基处理的对象地基处理的对象 软弱地基软弱地基 不良地基不良地基 淤淤 泥泥 土土 e1.5， L (IL1.0) 淤泥质土淤泥质土 e=1.01.5， L (IL1.0) 泥炭土泥炭土 ，泥炭质土，泥炭质土 冲填土冲填土 湿陷性

3、黄土湿陷性黄土膨胀土膨胀土冻土冻土 松砂松砂 Dr 0.85 饱和液化饱和液化,干土震陷干土震陷 人工填土，杂填土人工填土，杂填土 湿陷性黄土湿陷性黄土 以粉土为主以粉土为主 孔隙比大孔隙比大 e1.0 天然密度小天然密度小 1.41.65 g/cm3 富含碳酸盐类富含碳酸盐类 遇水沉降增大，称湿陷性遇水沉降增大，称湿陷性 成因：成因：风成，部分水成风成，部分水成 特点：特点： 湿陷性湿陷性 又分：又分：自重湿陷性自重湿陷性黄土地基和黄土地基和非自重湿陷性非自重湿陷性黄土地基黄土地基 0 h hh pp s 015. 0 s 湿陷性湿陷性黄土黄土 地基处理的方法地基处理的方法 换土垫层法换土垫

4、层法 加密法加密法 深层压密法深层压密法 土工合成材料土工合成材料 化学加固法化学加固法 方法众多，方法众多， 分类不统一分类不统一 复合地基复合地基 换填法换填法 浅层压密法浅层压密法 强夯法强夯法 挤密桩复合地基挤密桩复合地基 预压加固法预压加固法 冻结法冻结法 胶结法胶结法 振密、挤密法 (1)表层压实法 (2)重捶夯实法 (3)强夯法 (4)振冲挤密法 (5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)桩法 (6)砂桩 (7)爆破法 (1)表层压实法 (2)重捶夯实法 (3)强夯法 青岛港8号码头强夯挤淤工程 北海堤爆破挤淤 (4)振冲挤密法1 振冲挤密法2 排水固结法 排水固结法主要由排水和加压两个

5、系统组成。 (1)堆载预压法 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) (3)真空预压法 (4)降低地下水位法 (5)电渗排水法 等载预压 超载预压 (1)堆载预压法 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) (3)真空预压法 (4)降低地下水位法 置换法 (1)振冲置换法(或称碎石桩法) (2)石灰桩法 (3)强夯置换法 (4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) (1)振冲置换法(或称碎石桩法) (1)振冲置换法 (海上施工) (4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) 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 胶结法 (1)注浆法 (2)高压喷射注浆法 (3

6、)水泥土搅拌法 (1)注浆法 高压喷射注浆法70年代后期创始于日本，它是利用钻机把带有 喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成 为2040MPa的高压射流从喷嘴中喷射出，冲击破坏土体，同时钻 杆以定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝 固后，在土中形成一个固结体。 高压喷射注浆的三种型式 (2)高压喷射注浆法 水泥土搅拌桩 搅拌桩机的搅拌叶片 水泥土搅拌桩 喷粉桩施工 冷热处理法 (1)冻结法 (2)烧结法 润扬大桥冻结法施工 润扬大桥冻结法施工 润扬大桥冻结法施工 其它 (1)锚杆静压桩 (2)沉降控制复合桩基 地基处理的基本原则: 在选择处理方法时需要综合

7、考虑各种影响因素，如建筑物的体 型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和 种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安 全系数、变形容许值，地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周 围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条 件、设备状况和经济指标等。 施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、 工期及用料等。 地基处理技术的国内外发展情况: 近40年来，国外在地基处理方面发展十分迅速，老方法得到改进， 新方法不断涌现，在60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思 路中，发展了土的“加筋法”；从如何合有利于土的排水和加速固 结

8、这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水带； 从如何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功能的措施， 发展了“强夯法”和振动“水冲法”等。另外，现代工业的发展， 对地基工程提供了强大的生产手段：如能制造重达几十吨的专用地 基加固施工机械(使用强夯法时的起重机械)；潜水电机的山现，带来 了振动水冲法的振动器的施工机械；真空泵的问世，才能建立真空 预压法；生产了大于20000kPa的压缩空气机，从而产生了“高压喷 射注浆法”。 7.2 7.2 换土垫层法换土垫层法 b 回填土回填土 垫层材料垫层材料 卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂 素土素土灰土：灰土：灰

9、土比灰土比 2:8 或或 3:7 工业废料：工业废料：粉煤灰，矿渣粉煤灰，矿渣 垫层厚度垫层厚度 一般：一般：0.53m 垫层设计垫层设计 持力层：持力层： p f 下卧层：下卧层： pZ + pCZ fz+d 压实系数压实系数 c= d/ dmax 0.93 b 回填土回填土 B = b+2ztg d z 填 填z pCZ pCD 要求：要求：pZ + pCZ fz+d ztgb bpp p CD z 2 )( zpp CDcz填 b dbF b GF p 以条基为例以条基为例 对矩形基础： 7.3 7.3 复合地基复合地基 桩土应力比：桩土应力比：n= p / s 面积置换率：面积置换率：

10、m=Ap/A 复合地基复合地基 散体材料桩复合地基散体材料桩复合地基 柔性桩复合地基柔性桩复合地基 刚性桩复合地基刚性桩复合地基 砂石桩、砂桩；搅拌桩、水泥砂石桩、砂桩；搅拌桩、水泥 土桩、土桩、灰土桩、土桩、土桩、灰土桩、CFG桩；桩； 混凝土桩混凝土桩 桩与土共同变形，共同承桩与土共同变形，共同承 载；非均质，各向异性载；非均质，各向异性 与桩基区别？与桩基区别？ 复合地基的承载力复合地基的承载力 (1) 公式计算公式计算 (2) 载荷试验载荷试验 桩土应力比桩土应力比与土性有关，随荷载与土性有关，随荷载 过程变化。对于碎石桩过程变化。对于碎石桩n=24 复合地基的压缩模量复合地基的压缩模

11、量 spppspk AAAAf)( sksspk sspk spspk fnmnmf mmnf mmf )1(1 )1(1 )1 ( )1 ( ssp EnmE)1(1 单桩载荷试验，复合地基载荷试验单桩载荷试验，复合地基载荷试验 sk p a fsp fm A R mf)1 ( , 7.4 7.4 加密法加密法 目的：目的：降低压缩性，提高强度降低压缩性，提高强度 加密法加密法 深层压密法深层压密法 浅层压密法浅层压密法 强夯法强夯法 挤密桩复合地基（深层挤密法）挤密桩复合地基（深层挤密法） 预压加固法预压加固法 其它：其它：爆破压密爆破压密 土的压实原理土的压实原理 d 饱和曲线饱和曲线

12、d 粘性土粘性土砂土砂土 粘性土粘性土在某种压实功能下在某种压实功能下 （标准压实功能）（标准压实功能）达到达到最最 密时密时的含水量称为的含水量称为最优含最优含 水量水量，对应的干密度称为，对应的干密度称为 最大干密度最大干密度 砂土：砂土：不存在最优含水量不存在最优含水量； 在完全风干和饱和两种状在完全风干和饱和两种状 态下易于击实态下易于击实；潮湿状态潮湿状态 下下不易不易击实击实 1 1 机械压密法机械压密法 (1) 重锤夯实重锤夯实 锤重：锤重：12t，落距：，落距：3.54.0m， 有效深度：有效深度：1.52.5m，承载力：，承载力：100150kPa (2) 碾压碾压 压路机、

13、推土机、羊足碾，分层铺土，分层压实。压路机、推土机、羊足碾，分层铺土，分层压实。 每层填土每层填土3040cm，承载力：，承载力：80120kPa (3) 振动压实振动压实 对砂土、砂性杂填土很有效，对砂土、砂性杂填土很有效， 有效深度：有效深度：1.5m，承载力：，承载力：100200kPa 浅层压密，一般用做浅层压密，一般用做 地基表层处理地基表层处理 Pneumatic tired roller Sheepsfoot roller 2 2 强夯法强夯法 锤重：锤重：825t，最大，最大200t 落距：落距：825m 有效深度：有效深度：510m 承载力：承载力：180250kPa 196

14、91969年，法国年，法国 19781978年，中国年，中国 强夯设备：强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置夯锤，起重机，脱钩装置 加固机理：加固机理：动态能量动态能量, 波的传播和密实固结波的传播和密实固结 加固效果：加固效果：提高承载力、减小沉降量，提高承载力、减小沉降量， 消除液化可能、消除湿陷性等消除液化可能、消除湿陷性等 优优 缺缺 点：点：经济；噪音经济；噪音 新发展：新发展：强夯置换法强夯置换法 在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯 击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成 一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高23倍。 Abu Dhabi Corniche (Un

15、ited Arab Emirates) 夯夯 坑坑 动力密实的应用范围 动力密实的应用范围 肇庆花都博罗输变电工程花都站土石方强夯施工 动力密实的应用 动力密实的应用 地基压密固结模式图 南同蒲铁路介休通信站工程强夯加固湿陷性黄土静力触探曲线 青岛港8号码头强夯工程 青岛港8号码头强夯工程 T h e r m a l K - 1 2 Educational Park, Coachella Valley California (US) 美国加州某工程 夯点布置 （正方形） NICE AIRPORT (France) Abu Dhabi Corniche (United Arab Emirates

16、) 效果检验 强夯施工结束后应间隔定时间方能对地基加固质量进行检验。其间 隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周：对粉土和粘性土地基可取34周。 室内试验 十字板试验 动力触探试验 静力触探试验 旁压试验 载荷试验 波速试验 旁压试验 3 3 挤密桩复合地基（深层挤密法）挤密桩复合地基（深层挤密法） (1) (1) 沉管挤密法沉管挤密法 沉管：沉管：封口或者活瓣；封口或者活瓣； 打入，加料，拔出；振动打入，加料，拔出；振动, ,锤击锤击 材料：材料：土桩土桩( (原位粘性土再夯入原位粘性土再夯入) )； 灰土桩、碎石桩、石灰桩、水泥土桩、灰土桩、碎石桩、石灰桩、水泥土桩、 二灰桩二灰桩( (加粉煤

17、灰加粉煤灰) ) 适用于填土、松砂、湿陷性黄土、一般粘性土适用于填土、松砂、湿陷性黄土、一般粘性土 Sr 60% ! 砂桩砂桩 (2) 振冲法振冲法 设备：设备：振冲器振冲器 d=270450mm，L=1.63m 原理：振：原理：振：偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动 冲：冲：高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结 加固挤密、振动液化、渗流固结加固挤密、振动液化、渗流固结 填料：填料：粗颗粒粗颗粒(粘细粒少粘细粒少)；级配好；最大颗粒；级配好；最大颗粒50mm 适用于松砂适用于松砂, ,杂填土和一般粘性土，杂填土和一般粘性土， 不

18、适用于淤泥和淤泥质土不适用于淤泥和淤泥质土 振冲器振冲器 振密法振密法 沉管法干振法振冲挤密法 对粘性土加固机理对粘性土加固机理 换土置换 不论对疏松砂性 土或软弱粘性土，碎石 桩的加固作用有：挤密、挤密、 置换、排水、垫层和加置换、排水、垫层和加 筋筋的五种作用。 强制置换 强制置换 水下的碎石桩复合地基 碎石桩复合地基 强夯置换复合地基 码头 机场 动力置换类型 整式置换 桩式置换 桩式置换桩式置换 动力置换 (Railway track, Malaysia) 整式置换 动力置换 ALEXANDRIA CITY CENTER (Shopping center - Egypt) 桩式置换 动

19、力置换的应用范围 动力置换的应用范围 桩间距设计桩间距设计 S 已知：已知：桩径桩径d，间距，间距S，孔隙比，孔隙比e1； 计算：计算：挤密后孔隙比挤密后孔隙比e2 通常：通常：d、 e1已知，已知， e2也可确定也可确定 待定：待定：间距间距S 公式请自行推导公式请自行推导 桩与土形成桩与土形成复合地基复合地基，其承载力可通过载荷试验获得，其承载力可通过载荷试验获得 7.5 7.5 预压加固法预压加固法 预压加固法预压加固法 堆载预压堆载预压 降水预压降水预压 真空预压真空预压 适用于适用于饱和软粘土：饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、淤泥及淤泥质土、冲填土、 填海（湖）造田。填海（湖）造

20、田。 预压原理：预压原理： 饱和土的固结，土的塑性饱和土的固结，土的塑性 原位自重应力原位自重应力 s 建筑物附加应力建筑物附加应力 z 预加压力预加压力 t=(1.21.5) z t e2 z e1 e p s 降水预压降水预压 z z 真空预压真空预压 -u 堆载预压堆载预压 1 1 2 2 分级堆载分级堆载 竖向排水砂井、塑料排水板竖向排水砂井、塑料排水板 水平排水垫层水平排水垫层 堆载过快易失稳堆载过快易失稳 真空预压不会失稳真空预压不会失稳 tgc f 堆载预压的加载速率堆载预压的加载速率 K0 Kf q p (p) 不排水不排水 p t )( 313 ABu 固结度计算（砂井）固结

21、度计算（砂井） dw de dw )(2 w b d排水板排水板 可以分解成两个方向的固结问题叠加（可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ） 2 2 2 2 v 1 z u r u rr u c t u 2 2 vr 2 2 vz 1 r u rr u c t u z u c t u a ek c a ek c w r w z )1 ( )1 ( 0 vr 0 vz 三维渗流固结问题三维渗流固结问题 其中其中 )1)(1 (1 rtztt UUU 求解，得到求解，得到 2 v e r r d tc T )( v TfU zt 其中其中 ),(nTfU rrt 2 vz v H

22、tc T w e w e d d r r n 固结度固结度 井径比井径比 查表查表5-7 增加井径增加井径dw 与减小间距与减小间距 de哪个有效？哪个有效？ 真空预压法 真空膜 水气收集管道系统水气收集管道系统 7.6 7.6 胶结法胶结法 化学加固方法化学加固方法 灌浆法灌浆法 高压喷射（旋喷）注浆法高压喷射（旋喷）注浆法 深层搅拌法深层搅拌法 冷热处理方法冷热处理方法 冻结法冻结法 烧结法烧结法 灌浆法灌浆法 常用材料：常用材料：水泥或粘土水泥浆液；水泥或粘土水泥浆液； 化学材料：聚氨脂化学材料：聚氨脂 丙烯酰胺类（丙凝）丙烯酰胺类（丙凝）有毒性有毒性 硅酸盐类（水玻璃）硅酸盐类（水玻璃

23、） 氢氧化钠溶液（碱液）氢氧化钠溶液（碱液） 灌浆方法灌浆方法 渗透灌浆渗透灌浆 压密灌浆压密灌浆 劈裂灌浆劈裂灌浆 1 2 3 可灌性问题，可灌性问题， 粗砂以上粗砂以上 可灌性好，可可灌性好，可 用于粉细砂用于粉细砂 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 注浆方法注浆方法 旋喷法旋喷法 定喷法定喷法 摆喷法摆喷法 适用于：适用于：淤泥、淤淤泥、淤 泥质土、一般粘性泥质土、一般粘性 土、粉土、黄土、土、粉土、黄土、 砂土、碎石土砂土、碎石土 深层搅拌法深层搅拌法 适用土质：适用土质： 淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填 土、粘性土、无流动地下水的饱和松土、粘性土、无流动

24、地下水的饱和松 散砂土散砂土 地基，高速公路，基坑支护地基，高速公路，基坑支护 深层搅拌法深层搅拌法 粉体喷搅法粉体喷搅法 湿法湿法 干法干法 处理深度受限处理深度受限 房屋建筑粉喷桩复合地基 7.7 7.7 土工合成材料土工合成材料 功能功能 过滤、排水、隔离、过滤、排水、隔离、 加筋、防渗、防护加筋、防渗、防护 过滤功能过滤功能 隔离功能隔离功能 加筋功能加筋功能 加筋功能：桥台加筋加筋功能：桥台加筋 坝体加筋：法国某坝坝体加筋：法国某坝 三峡三峡 防渗功能防渗功能 排水沟 表土覆盖层 表面隔断层 基础隔断层 地基基础 垃圾渗水 和地下水的距离 渗水导管 气体导管 竖井 地质屏障地质屏障 经处理的地质屏障 地下水 气体收集 渗水收集 垃垃 圾圾 体体 垃圾填埋体的主要构成垃圾填埋体的主要构成