《基础工程》6-地基处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 地基处理,第一节 概 述,人工地基：,土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的,软弱土地基,，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，,处理后的地基称为人工地基,。,地基处理的目的：,是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法,改善地基土的工程性质,，,达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求,。,地基处理方法的分类,物理处理,化学处理,热学处理,置换,排水,挤密,加筋,搅拌,灌浆,热加固,冻结,注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能,，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。,地基处理的主要方法、适用范围及加固原理，,各类地基处理方法，均有,各自的特点和作用机理,，在不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在显著差别，没有哪一种方法是万能的。,因此，对于每一工程必须进行综合考虑，通过,方案的比选,，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。,第二节 软土地基,软土,：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于,1,）、,天然含水量,高（接近或大于,液限,）、压缩性高（,a,1-2,0.5MPa,-1,）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。,淤泥,是指天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于,1.5,的粘性土；,淤泥质土,是指天然孔隙比小于,1.5,但大于等于,1.0,的粘性土。,当土中有机质含量,60%,时则称,泥炭,。泥炭是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，呈深褐色,-,黑色。其含水量极高，压缩性很大，且不均匀。泥炭往往以夹层构造存在于一般粘性土层中，对工程十分不利，必须引起足够重视。,一、软土的成因及划分,（一）滨海沉积,1.,滨海相：,常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒,(,粗、中、细砂,),相掺杂，使其不均匀和极松软，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。,2.,泻湖相：,颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘，表层常有厚约,0.3,2.0m,的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。,3.,溺谷相：,孔隙比大、结构松软、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。,4.,三角洲相：,由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软，颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中央有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。,（二）湖泊沉积,湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。,沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为,10m,左右，最厚者可达,25m,。,（三）河滩沉积,主要包括河漫滩相和牛轭湖相。,成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般,小于,l0m,。,（四）沼泽沉积,分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。,软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。,不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质并不很接近，不应借用。,软土的力学性质参数宜尽可能通过,现场原位测试,取得。,二、软土的工程特性,（一）含水量较高，孔隙比较大,（二）抗剪强度低,（三）压缩性较高,（四）渗透性很小,（五）结构性明显,（六）流变性显著,三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算,(,一,),软土地基的承载力,软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：,软土成层条件,、 应力历史、力学特性及排水条件；,上部结构,的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；,基础,的类型、尺寸、埋深、刚度等；,施工方法和程序,；,采用,预压排水处理的地基,，应考虑软土固结排水后强度的增长。,1,根据极限承载力理论公式确定,公桥基规,提出软土地基容许承载力,(kPa),为,2,根据土的物理性质指标确定,一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料,w,与软土的基本容许承载力关系如下表所示。,天然含水量,w,（,%,）,36,40,45,50,55,65,75,(kPa),100,90,80,70,60,50,40,3,按临塑荷载估算,软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载,p,cr,公式估算，以控制沉降在一般建筑物容许范围。条形基础临塑荷载,p,cr,(kPa),计算式为,饱和软土 时，,Nq=1,，,Nc=,则,Nq,Nc,承载力系数,4,用原位测试方法确定,由于室内试验测定土的物理力学指标,(,如,cu,等,),常受,土被扰动,影响使结果不正确；而一般土的承载力理论公式用于软土也会有偏差，因此采用现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。,软土地基常用的原位测试方法,有：,根据载荷试验、旁压试验确定地基承载力；,以十字板剪切试验测定软粘土不排水抗剪强度换算地基承载力值；,按标准贯入试验和静力触探结果用经验公式计算地基承载力等。,（二）软土地基的沉降计算,软土地基在荷载下沉降变形的主要部分为固结沉降,S,c,，此外还包括瞬时沉降,S,d,与次固结沉降,S,s,，如下图所示。软土地基的总沉降量,S,为,S,d,、,S,c,、,S,s,之和。,1,固结沉降,Sc,在荷载作用下，,软土地基缓慢地排水固结发生的沉降称为（主）固结沉降,，常用的计算方法如下。,（,1,）采用,ep,曲线计算,（,2,）采用压缩模量计算,(3),采用,elogp,曲线计算,2,瞬时沉降,Sd,瞬时沉降包括土的两种沉降,，一种由,地基土弹性变形引起,；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由,软土侧向剪切变形引起,。前一部分可用弹性理论公式计算,有时也用,Sd,(0.2,0.3)Sc,对瞬时沉降进行估算。,3,次固结沉降,Ss,长期现场观测表明，在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动而继续发生长期,(,长达数年以上,),的、缓慢的压缩，称为,次固结沉降,如右图所示。当软土较厚，含高塑性矿物等较多时，对沉降要求严格的建筑物不宜忽视次固结沉降,Ss,。,次固结沉降图,(,三,),软土地基的稳定性分析,分析软土地基上建筑物承受水平推力后，由于地基土抗剪强度低，发生基础连同部分地基土在土中,剪切滑移失稳,的可能性。在软土地基上桥台、挡土墙等承受侧向推力的建筑物在保证其,地基承载力、沉降,验算。同时，应进行,稳定性,的分析。,第三节 换土垫层法,在冲刷较小的软土地基上，地基的承载力和变形达不到基础设计要求，且当软土层不太厚,(,如不超过,3m),时，可采用较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理。即将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为,换填垫层法,。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。,换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。,换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度和宽度，一般可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。,砂垫层,一、砂垫层的设计计算,(,一,),砂垫层厚度的确定,一种方法是按弹性理论的土中应力分布公式计算。,即将砂垫层及下卧土层视为一均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，计算不同深度的各点土中附加应力并加上土的自重应力，同时以第二章所介绍的“规范”方法计算地基土层随深度变化的容许承载力，并以此确定砂垫层的设计厚度。也可将加固后地基视为上层坚硬、下层软弱的双层地基，用弹性力学公式计算。,另一种是我国目前常用的近似按,应力扩散角,进行计算的方法。即认为砂垫层以“,”,角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面,(,下卧层顶面,),处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即,：,(,二,),砂垫层平面尺寸的确定,砂垫层底平面尺寸应为：,其中,L,、,B,分别为砂垫层底平面的长及宽，一般情况砂垫层顶面尺寸按此确定，以防止承受荷载后垫层向两侧软土挤动。,(,三,),基础最终沉降量的计算,砂垫层上基础的最终沉降量是由,垫层本身的压缩量,S,s,与,软弱下卧层的沉降量,S,l,所组成，由于砂垫层压缩模量比较弱下卧层大得多，其压缩量小且在施工阶段基本完成，实际可以忽略不计。需要时,S,s,也可按下式求得：,二、垫层施工与质量检验,软土地区采用换填地基时，其填筑、压实的施工及检测应符合,公路路基施工技术规范,（,JTG F10-2005,）,规定。垫层施工应严格控制垫层材料的颗粒成分和质量。在地下水位高于基坑底面时，应采取排水或降低水位措施。在基坑挖好经检验后，应迅速进行铺压垫层材料，避免坑底暴露过久，或被践踏、浸水使土结构遭到破坏，强度降低。施工时应严格保证垫层材料的密实度，应选择合格的铺压厚度，确定最优含水量。分层压实可采用机械碾压、重锤夯实、振动压实等。要求分层压实达到设计要求的,压实度,(,应在,90%,以上,),。,砂垫层的质量检验，可选用环刀取样法或贯入测定法进行，采用应达到的干重度或贯入度作为控制指标。,垫层材料除砂、砂砾外，也可考虑用石灰土、二灰土,(,石灰加粉煤灰,),、加筋土,等，可根据具体情况因地制宜、就地取材选择，并正确选用有关设计参数。,第四节 排水固结法,饱和软粘土,地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着,超静孔隙水压力,逐渐消散，,有效应力,逐渐提高，地基土的,强度,逐渐增长。,室内压缩试验说明排水固结法原理,在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行,加载预压,使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行,超载预压,(,预压荷载大于建筑物荷载,),效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。,排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它可以解决以下两个方面问题：,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较大的沉降。,2,稳定问题,：加速地基土,抗剪强度,的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。,土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关,，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，加固延续的时间越长。为加速土层的固结，最有效的方法是先增加土层的排水途径，缩短排水距离。然后分级加载预压,(,也可利用建筑物本身重,),，使软土中孔隙加快排出水，地基土固结沉降加快完成，强度也得到相应提高，当土质条件较好时，也可在天然地基上直接加载预压。,一、砂井堆载预压法,软粘土,渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的,竖向排水通道,(,砂井、袋装砂井或塑料排水板,),，在软土顶层设置横向排水砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。,砂井堆载预压,一、砂井地基的设计,1,砂井的直径和间距：,砂井的,直径,和,间距,主要取决于土的,固结特性,和,施工期,的要求。从原则上讲，为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即以“,细而密,”为佳，不过，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径为,300500mm,。砂井的间距可根据地基土的固结特征和预定时间内所要求达到的固结度确定，间距可按为直径的,68,倍,选用。,2,砂井深度：,砂井深度,主要根据,土层的分布,、地基中的,附加应力,大小、,施工期限和条件,及,地基稳定性,等因素确定。当软土不厚（一般为,1020m,）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（,超过,20m,）,不必打穿粘土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过,最危险滑动面,2.0m,以上。,3,砂井排列：,砂井的平面布置,可采取正方形或等边三角形，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的,有效排水圆柱体的直径,d,e,和,砂井间距,l,的关系按下式考虑：,等边三角形布置,正方形布置,4,砂井的布置范围：,由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外,增加,24m,。,5,砂料：,砂料宜用,中、粗砂,，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过,3%,，渗透系数应大于,10-3cm/s,。,6,砂垫层：,为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设,砂垫层,，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为,0.5 m1 m,。,二、袋装砂井和塑料排水板预压法,用,砂井法,处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以,袋装砂井,和,塑料排水板,代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。,(,一,),袋装砂井预压法,目前国内应用的,袋装砂井直径,一般为,70120mm,，,间距为,1.0m2.0m,(,井径比,n,约取,1520),。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少,300mm,，并不得卧倒。,袋装砂井,的设计理论、计算方法基本与普通砂井相同，它的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，,优点,是：施工工艺和机具简单、用砂量少；它间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。,袋装砂井,(,二,),塑料排水板预压法,塑料排水板预压法,是将,塑料排水板,用,插板机,插入加固的软土中，然后在地面,加载预压,，使土中水沿塑料板的通道逸出，经砂垫层排除，从而使地基加速,固结,。,塑料板排水,与砂井比较具有如下,优点,：,1.,塑料板由工厂生产，材料质地均匀可靠，排水效果稳定；,2.,塑料板重量轻，便于施工操作；,3.,施工机械轻便，能在超软弱地基上施工；施工速度快，工程费用便宜。,多孔单一结构型塑料排水板,复合结构塑料排水板,塑料排水板,塑料排水板施工,施工后的塑料排水板,三、天然地基堆载预压法,天然地基堆载预压法,是在建筑物施工前，用与,设计荷载相等,(,或略大,),的预压荷载,(,如砂、土、石等重物,),堆压在天然地基上使地基软土得到,压缩固结,以提高其,强度,(,也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工,),，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。,此方法费用较少，但工期较长。如软土层不太厚，或软土中夹有多层细、粉砂夹层渗透性能较好，不需很长时间就可获得较好预压效果时可考虑采用，否则,排水固结时间很长,，应用就受到限制。此法设计计算可用,一维固结理论,。,四、真空预压法和降水位预压法,真空预压法,实质上是以,大气压,作为预压荷重的一种预压固结法。在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设,垂直排水通道,(,普通砂井、袋装砂井或塑料排水板,),，再用不透气的,封闭薄膜覆盖软土地基,，使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空泵进行抽气，使其形成,真空,，当真空泵抽气时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐渐形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成,压力差,，在此压力差作用下，土体中的孔隙水不断排水，从而使土体固结。,降低水位预压法,是借,井点抽水,降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法,最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况,，使用前应摸清土层分布及地下水位情况等。,第五节 挤,(,振,),密法,一、挤密砂桩法,挤密砂（或砂石）桩法,是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中,成孔,(,孔径一段为,300mm,600mm,),然后向孔中填入含泥量不大于,5%,的中、粗,砂,、粉、细砂料应同时掺入,25%35%,碎石或卵石，再加以,夯挤密实,形成土中桩体从而加固地基的方法。,对,松散的砂土层,，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用，对于,松软粘性土,地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。对于,砂土与粘性土互层,的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。,（一）砂土加固范围的确定,砂桩加固的范围,A(m,2,),必需稍大于基础的面积，一般应自基础向外加大不少于,0.5m,或,0.1b(b,为基础短边的宽度，以,m,计,),。一般认为砂（石）桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度不少于,1,3,排；用于防止砂土液化时，每边放宽不宜少于处理深度的,1/2,，且不小于,5m,；当可液化层上覆盖有厚度大于,3m,的非液化土层时，每边放宽不应小于液化层厚度的,1/2,，并不应小于,3m,。,A,1,的大小除与加固范围,A,有关外，主要与土层加固后所需达到的地基容许承载力相对应的孔隙比有关。下图表示砂桩加固后的地基。假设砂桩加固前地基土的孔隙比为,e,0,，砂土加固范围为,A,，加固后土孔隙比为,e,1,。从加固前后的地基中取相同大小的土样可见，加固前后原地基土颗粒所占体积不变，由此可得所需砂桩的面积,A,1,（,m,2,）,(,二,),所需砂桩的面积,A,1,(,三,),砂桩根数,确定,A,1,后，可根据施工设备的能力，地基的类型和地基处理的加固要求，确定砂桩的直径,d(m),，目前国内实际采用的直径一般为,0.3,0.6m,，由此求出砂桩根数,n,，则砂桩根数约为：,(,四,),砂桩的布置及其间距,为了使挤密作用比较均匀，砂桩的可按正方形、梅花形布置或等边三角形，也可以为其他形式，如放射形等。,梅花形：,正方形：,(,四,),砂桩长度,如软弱土层不很厚，砂桩一般应穿透软土层，如软弱土层很厚，砂桩长度可按桩底承载力和沉降量的要求，根据地基的稳定性和变形验算确定。,（五）砂桩的灌砂量,为保证砂桩加固后地基达到设计要求的的质量，每根桩应灌入足够的砂量,Q(kN),，以保证加固后土的密实度达到设计要求。则每根砂桩的灌砂量为：,由上式计算所得灌砂量是理论计算值，应考虑各种可能损耗，备砂量应大于此值。,二、夯（压）实 法,夯（压）实法,对,砂土地基,及,含水量在一定范围内的软弱粘性土,可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。按采用夯实手段的不同可对浅层或深层土起加固作用，浅层处理的换土垫层法（第二节）需要分层压实填土，常用的压实方法是碾压法、夯实法和振动压实法。还有浅层处理的重锤夯实法和深层处理的强夯法,(,也称动力固结法）。,(,一,),重锤夯实法,重锤夯实法是运用起重机械将重锤,(,一般不轻于,15kN),提到一定高度,(34m),然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层,(,在一定深度内,),夯击密实而提高强度。它,适用于砂土、稍湿的粘性土，部分杂填土、湿陷性黄土,等，是一种浅层的地基加固方法。,重锤的样式：,常为一截头圆锥体，重为,1530kN,，锤底直径,0.7m1.5m,，锤底面自重静压力约为,1525kPa,，落距一般采用,2.54.0m,。,有效影响深度：,重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土，当锤重为,15kN,，锤底直径,1.15m,，落距,34m,时，夯击,68,遍，夯击有效深度约为,1.101.20m,，为达到预期加固密实度和深度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。,(,二,),强夯法,强夯法亦称为动力固结法,，是一种将较大的重锤,(,一般约为,80400kN,，最重达,2000kN),从,620m,高处,(,最高达,40m),自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。,特点：,夯击能量大，因此影,响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。,强夯法适用性：,适用于,碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉 土和粘 土、湿陷性黄土,等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土,(,淤泥及淤泥质土,),强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入 形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。,加固机理：,动力挤密、动力固结、动力置换。,强夯法的设计,(1),有效加固深度：,强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：,（,2,）强夯的单位夯击能：,指单位面积上所施加的总夯击能，它的大小应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。对于粗粒土可取,10004000)KNm,m,2,；对细粒土可取,15005000kNm,m,2,。夯锤底面积对砂类土一般为,(34)m,2,，对粘性土不宜小于,6m,2,。夯锤底面静压力值可取,2440kPa,，强夯置换锤底静压力值可,40200 kPa,。实践证明，圆形夯锤底并设置可取,250300mm,的纵向贯通孔的夯锤，地基处理的效果较好。,（,3,）夯击次数与遍数：,夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定。施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：,最后两击的平均夯沉量不大于,50mm,，当单击夯击能量较大时，应不大于,100mm,，当单击夯击能大于,6000kNm,时不大于,200mm,；,夯坑周围地基不应发生过大的隆起；,不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为,515,击。夯击遍数一般为,23,遍，最后再以低能量满夯一遍。,（,4,）间歇时间：,对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于,34,周，渗透性较好的地基可连续夯击。,（,5,）夯点布置及间距：,夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出,1/22/3,的处理深度，且不宜小于,3m,。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取,59m,，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与第一遍相同，也可适减小。,强夯法,强夯法,强夯法,强夯法,强夯法,王曲电厂,8000KN.M,强夯,2,榆次大乘寺,2000KN.M,强夯,三、振冲法,振冲法主要的施工机具是,振冲器、吊机和水泵,。振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为,0.2m0.45m,，长,25m,，重约,2050kN,，筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。,振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力,(40,90kN),作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。,振冲器构造示意图 振冲施工过程,施工方法：,振冲器由吊车或卷扬机就位后，打开下喷水口，启动振冲器，在振动力和水冲作用下，在土层中形成孔洞，直至设计标高。然后经过清孔，用循环水带出孔中稠泥浆后，向桩孔逐段添加填料,(,粗砂、砾砂、碎石、卵石等,),，填料粒径不宜大于,80mm,，碎石常用,20mm50mm,，每段填料均在振冲器振动作用下振挤密实，达到要求密实度后就可以上提，重复上述操作直至地面，从而在地基中形成一根具有相当直径的密实桩体，同时孔周围一定范围的土也被挤密。孔内填料的密实度可以从振动所耗的电量来反映，通过观察电流变化来控制。不加填料的振冲法密实法仅适用于处理粘粒含量不大于,10%,的粗砂、中砂地基。,适用性：,振冲法处理地基最有效的土层为砂类土和粉土，其次为粘粒含量较小的粘性土，对于粘粒含量大于,30%,的粘性土，则挤密效果明显降低，主要产生置换作用。,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,振冲桩方法,第六节 化学固化法,化学固化法,是在软土地基土中掺入水泥、石灰等，用喷射、搅拌等方法使与土体充分混合固化；或把一些能固化的化学浆液,(,水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等,),注入地基土孔隙，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的。,按加固材料的状态可分为粉体类,(,水泥、石灰粉末,),和浆液类,(,水泥浆及其他化学浆液,),。按施工工艺可分为低压搅拌法,(,粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩,),、高压喷射注浆法（高压旋喷桩等）和胶结法,(,灌浆法、硅化法,),三类，下面分别予以介绍。,一、粉体喷射搅拌,(,桩,),法和水泥浆搅拌,(,桩,),法,深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新颖方法，它是通过深层搅拌机械，在地基深处就地，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土固化成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体，其与桩间土组成复合地基。固化剂主要采用水泥、石灰等材料，与砂类土或粘性土搅拌均匀，在土中形成竖向加固体。它对提高软土地基承载能力，减小地基的沉降量有明显效果。,当采用的固化剂形态为浆液固化剂时，常称为水泥浆搅拌桩法，当采用粉状固化剂时，常称粉体喷射搅拌（桩）法。这两者的加固原理、设计计算方法和质量检验方法基本一致，但施工工艺有所不同。,（一）粉体喷射搅拌法,(,粉喷桩法,),施工方法：,通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。,优、缺点：优点,是以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。,缺点,是由于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为,815m,。,粉体喷射搅拌施工作业顺序,a,） 搅拌机对准桩位；,b,）下钻；,c,）钻进结束,d,）提升喷射搅拌,e,）提升结束,(,二,),水泥浆搅拌法（深搅桩法）,施工方法：,用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设备。我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达,30m,形成的桩柱体直径,60cm80cm(,双搅头形成,8,字形桩柱体,),。,与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：,1.,加固深度加深；,2.,由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；,3.,搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小；,二、高压喷射注浆法,高压喷射注浆法,60,年代后期由日本提出的，我国在,70,年代开始用于桥墩、房屋等地基处理。它是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以,20MPa,左右的高压将加固用浆液,(,一般为水泥浆,),从喷嘴喷射出冲击土层，土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下；与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。,高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为,旋转喷射、定向喷射和摆动喷射,三种。,适用性：,高压喷射注浆法适用于砂类土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥和人工填土等多种土类，加固直径,(,厚度,),为,0.5m,1.5m,，固结体抗压强度,(325,号水泥三个月龄期,),加固软土为,(5,10)MPa,，加固砂类土为,(1020)MPa,。对于砾石粒径过大，含腐殖质过多的土加固效果较差；对地下水流较大，对水泥有严重腐蚀的地基土也不宜采用。,三、胶结法,(,一,),灌浆法,灌浆法亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。,灌浆法可分为,压力灌浆,和,电动灌浆,两类。压力灌浆是常用的方法，是在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。电动化学灌浆是在施工中以注浆管为阳极，滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。,浆液材料：,有粒状浆液（纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类和聚氨脂等）两大类。,(,二,),硅化法,利用硅酸钠,(,水玻璃,),为主剂的化学浆液加固方法称为硅化法，现将其加固机理、设计计算、施工扼要介绍如下,1,硅化法的加固机理,硅化法按浆液成分可分为单液法和双液法。单液法使用单一的水玻璃溶液，它较适用于渗透系数位,0.1,0.2m/d,的湿陷性黄土等地基的加固。此时，水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体，,2,硅化法的设计计算,加固范围及深度,应根据地基承载力和要求沉降量验算确定，一般情况加固厚度不宜小于,3m,，加固范围的底面不小于由基底边缘按,30,扩散的范围。,化学浆液的浓度，,水玻璃溶液自重为,1.351.44,，氯化钙为,1.201.28,，土的渗透系数高时取高值，渗透系数低时取低值。,第七节 土工合成材料加筋法,土工合成材料是合成纤维制品的总称，它是岩土工程领域中的一种新兴的建筑材料，亦称土工聚合物。,6070,年代，有纺土工织物开始在我国应用于河道、涵闸及防护路基翻浆等工程，,80,年代初，无纺织物开始在铁路工程上试用，,80,年代中期，土工合成材料才在我国的水利、铁路、公路、军工、建筑、电力等领域逐渐推广。,随着高分子化工业飞速发展，合成纤维新品种和高分子合成新型材料不断出现，已超越了最初土工织物的范畴。目前，土工合成新材料中，具有代表性的有土工格栅、土工网等及其组合产品。在近二十年中，这类材料相继在岩土工程中应用获得成功，成为建材领域中继木材、钢材和水泥之后的第四大类材料，目前已成为土工加筋法中最具代表性加筋材料，并被誉为岩土工程领域的一次“革命”。已成为岩土工程学科中的一个重要的分支。,土工合成材料分类,一、土工合成材料的排水反滤作用,（一）排水作用,具有一定厚度的土工合成材料具有良好的三维透水特性，利用这一特性可以使水经过土工合成材料的平面迅速沿水平方向排走，也可和其他排水材料（如塑料排水扳等）共同构成排水系统或深层排水井，如后图所示土工合成材料埋设方法。,（二）反滤作用,在渗流出口铺设土工合成材料作为反滤层，这和传统的砂砾石滤层一样，均可以提高被保护土的抗渗强度。,土工合成材料用于排水过滤的典型实例,二、土工合成材料的加筋作用,(,一,),用于加固土坡和堤坝,高强度的土工合成材料在路堤工程中有几种可能的加筋用途：,可使边坡变陡，节省占地面积；,防止滑动圆弧通过路堤和地基土；,防止路堤下面发生因承载力不足而破坏；,跨越可能的沉陷区等。,土工合成材料加固路堤,(,二,),用于加固地基,由于土工合成材料有较高的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地基表面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中。当地基可能产生冲切破坏时，铺设的土工合成材料将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。当受集中荷载作用时，在较大的荷载作用下，高模量的土工合成材料受力后将产生一垂直分力，抵消部分荷载。根据国内新港筑防波堤的经验，沉入软土中的体积竟等于防波堤的原设计断面，由于软土地基的扭性流动，铺垫土周围的地基即向侧面隆起。如将土工合成材料铺没在软土地基的表面，由于其承受拉力和土的摩擦作用而增大侧向限制，阻止侧向挤出，从而减小变形和增大地基的稳定性。在沼泽地，泥炭土和软粘土上建造临时道路是土工合成材料最重要的用途之一。,(,三,),用于加筋土挡墙,在挡土结构的土体中，每隔一定距离铺设加固作用的土工合成材料时可作为拉筋起到加筋作用。作为短期或临时性的挡墙，可只用土工合成材料包裹着土、砂来填筑，但这种包裹式墙面的形状常常是畸形的，外观难看。为此，有时采用砖面的土工合成材料加筋土挡墙，可取得令人满意的外观。对于长期使用的挡墙，往往采用混凝土面板。,土工合成材料作为拉筋时一般要求有一定的刚度，新发展的土工格栅能很好地与土相结合。与金属筋材相比，土工合成材料不会因腐蚀而失效，所以它能在桥台、挡墙，海岸和码头等支挡结构的应用中获得成功。,第八节 复合地基理论,复合地基是指由两种不同刚度,(,或模量,),的材料,(,不同刚度的加固桩柱体与桩间土,),所组成，两者共同分担上部荷载并协调变形的地基。它是在天然地基中设置一群碎石、砂砾等散粒材料或其他材料组成的桩柱、使其与原地基土共同承担荷载的地基。根据增强体的性质和布置方向，可将复合地基分为：,一、复合地基承载力的计算,目前采用的理论计算模式还是先分别确定桩柱体及桩间土的承载力，然后按一定的原则叠加得到复合地基承载力；其中可以根据桩的类型不同又可分为应力比法和面积比法，现分别介绍如下。,（一）应力比法（适用于柔性桩）,假定加固桩柱体和桩间土在刚性基础下，在荷载作用下，基底平面内桩柱体和桩间土的沉降相同，由于桩柱体的变形模量,Ep,大于土的变形模量,Es,，,根据虎克定律，荷载向桩柱体集中而在土上的荷载降低，图示在荷载,p,作用下复合地基平衡方程式为,将应力集中比 ，置换率,(,面积比,),代入上式，可得,当,p,到达,pf,（复合地基的极限承载力）时 ，上式可分别改写为 ：,(,二,),面积比法（适用于半刚性桩）,面积比计算式：,避免了确定,n,值的困难，但认为地基的破坏状态是桩柱体与桩间土同时破坏。有时作以下修正,为桩间土承载力折减系数，由试验或地区经验确定，取值为,0.11.0,。,二、加固桩柱体及桩间土极限承载力的计算,(,一,),加固桩柱体极限承载力的计算,加固桩柱体一般认为有两种破坏型式如右图所示。,鼓出破坏为柔性桩柱体常见的破坏形式，在荷载作用下桩柱体上端出现鼓出破坏。相当一部分的柔性加固桩体，当桩柱体有一定长度时也会发生；刺入破坏为半刚性桩桩身较短而且没有打到硬层时在荷载作用下容易发生。,根据不同的可能破坏型式，各种加固桩柱体,pf,的计算也不同。,加固桩柱的破坏型式,a-,刺入破坏；,b-,鼓出破坏,1,鼓出破坏情况,(,柔性桩,),一般可用荷载试验确定其极限承载力，也有一些理论公式如按照桩周土的被动土压力推算桩周土对散体材料桩的侧压力,2,刺入式破坏,(,半刚性桩,),除用荷载试验确定其,p,pf,外，也可根据桩周土对桩柱体支承作用，即由桩侧摩阻力,(,其值定为,c,u,),和桩底土支承力,(,其值定为,9c,u,),共同形成,p,pf,即,(,二,),桩间土极限承载力的计算,桩间土极限承载力,p,pf,应尽量通过原位静、荷载试验或其它原位测试,(,如十字板试验、静、动力触探试验等,),确定，这样可以较好的考虑桩间土由于设置桩柱体而对其强度的影响。,有时为了简化也可按相应的地基土的物理力学性质从有关设计规范查用。,三、复合地基的沉降计算,复合地基沉降的计算方法也还不成熟。现在的实用方法是将其分为两部分，一为复合地基加固区内的压缩量，另一为加固区下卧层的压缩量。,当桩柱体较短，加固区小于压缩层深度时用单向压缩分层总和法简化计算地基沉降,S(m),为,