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1、,地基处理技术,地基处理,概述,地基是承受建筑物的荷载，并产生变形影响的那一部分地层。 在选择建筑物场地时，要选地质条件良好的场地进行建设。但是有时不得不在地质条件不良的地基上进行修建。因此需要对天然的软弱地基进行加固处理。 软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。实际上还包括可液化的饱和松砂和粉土地基以及湿陷性黄土和膨胀性软土地基等。,地基处理的目的是采取适当的措施以改善地基土的强度、压缩性、透水性、动力特性、湿陷性和胀缩性。 地基处理的基本方法： 置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热力稳定。,常用的技术方法,振冲碎石桩 高压旋喷注浆 深层搅拌桩 CF
2、G桩 静压注浆,一、振冲碎石桩,振冲碎石桩是用起重机悬吊振冲器，启动振冲器的潜水电机带动偏心块转动，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在地基中形成圆孔，然后填入碎石，并进行捣实达到要求的密实度，从而在地基中形成一根密实的桩体。若干根碎石桩 与地基土组成复合地基。,1、振冲法施工配套机械,2、振冲碎石桩施工工序,3、振冲法加固地基的机理,（一）对于松散砂性土是挤密和桩体作用 砂性土属于单粒结构。可分为疏松和密实两种极端状态。 密实的单粒结构，其颗粒结构的排列已接近稳定的位置，在动力和静力作用下不再产生大的沉降，是理想的天然地基。 疏松的单粒结构，颗粒间孔隙大，颗粒位置不稳定
3、，在动力和静力作用下很容易位移，因而会产生较大的沉降，特别是在振动力作用下更为显著，体积可减少20。,对砂性土地基，振冲器的振动力在饱和砂土中传播振动加速度，因此在振冲器周围一定范围内的砂土产生了振动液化。液化后的土颗粒在重力、上覆土压力以及填料的挤压力作用下重新排列，使孔隙减小而成为较为密实的砂土地基。因此，密实后的土地基承载力和变形模量得到了提高。 由于砂土预先经历了人工振动液化，预震效应使砂土提高了抗震能力，而且制成的碎石桩构成良好的排水通道，降低了今后发生地震时该场地的超孔隙水压力。这也是提高砂土地基抗震能力的一个主要原因。,二）粘性土 对粘性上地基（特别是饱和软土)由于土的粘粒含量高
4、，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。 振冲法施工时，通过振动器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆水排出孔外，形成略大于振冲器直径的孔，再向孔中灌人碎石料，并在振冲器的侧向力作用下，将碎石挤人周围孔中，形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。 由于碎石桩（或砂桩）的刚度比桩周粘性土的刚度大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分布。因此，大部分荷载将由碎石桩（或砂桩）承担，桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为桩土应力比，一般为24。,碎石桩（或砂桩）是由散粒体组成，承受荷载后产生径向变形，
5、并引起周围的粘性土产生被动抗力。如果粘性土的强度过低，不能使碎石桩（或砂桩）得到所需的径向支持力，桩体就会产生鼓胀破坏，这样就使加固效果不佳。因此，天然地基抗剪强度的大小是形成复合地基的关键。一般认为，天然地基的不排水抗剪强度应大于 20kPa，才能产生较好的加固效果。但也不乏有天然地基的不排水抗剪强度小于 20kPa的地基加固成功的工程实例，但遇此种地质条件应当慎重对待，在取得试验有效的基础上再予以应用。,4、碎石桩复合地基承载力计算,等效影响圆直径 三角形 正方形 长方形,桩体承载力计算,1)布朗法 在荷载作用下桩体产生鼓胀变形,桩体的鼓胀变形使桩周土进入被动极限平衡. 假设: 1桩体破坏
6、长度 2 桩周土与桩体间摩擦力为0 (环向应力为0) 3 不计地基土和桩体自重,根据力的平衡条件可得出桩周土上的极限应力,根据桩体极限平衡可得出桩的极限承载力,当q=0时,可简化为,假设碎石桩内摩擦角为38度 Cu -桩周土不排水抗剪强度,2)侧向极限应力法:,散体材料桩在荷载作用下桩体发生鼓胀,桩周土进入塑性状态.由侧向极限应力即可算出单桩的极限承载力. Kp-桩体材料的被动土压力系数 国外 a=15.825.0 国内 1424,3)被动土压力法:,这种方法的计算式为: Ks为桩间土的被动土压力系数 Kp为桩体材料的被动土压力系数,经验法估算承载力:,对于中小型工程可根据天然土的土质条件,施
7、工特点并按同类土质中工程实例来确定碎石桩的承载力: 软粘土 一般粘性土 可加密粉质粘土 30kw 300400 kp 400500 kp 500700kp 70kw 400500 kp 500600kp 600900kp,碎石桩承载力与密实度的关系: 密实度 N 内摩擦角 模量 承载力 63.5 (100kp) (100kp) 很松散 4 30 35 1.2 松散 47 3033 3560 1.22.0 中等 710 3338 6090 2.03.0 密实 1017 3845 90150 3.05.0 很密实 17 45 150 5.0,根据地基土的承载力计算复合地基承载力,S-十字板剪切强度
8、,5、振冲碎石桩设计与计算,(一）设计步骤 1）对地基土的物理力学性质与指标进行分析，尤其是查明淤泥或淤泥质粘士的厚度变化。 2）编制综合剖面图，确定加固层的厚度、深度及力学指标；编制淤泥平面分布或等厚线图，为确定桩长、合理布桩提供基础资料。 3）对上部结构特征、荷载分布进行分析,4）确定桩长。 5）根据建筑物基础对加固土层的强度与变形要求，按有关公式试算复合地基承载力标准值及压缩模量预估值，从而确定碎石桩的直径、桩间距、置换率、布桩方式、加固范围、加固效果，形成初步加固方案。 6）按照初步方案，结合地基条件、机械条件、场地条件进行试桩。试桩组数不少于两组6根。根据试桩的结果对初步方案进行修改
9、调整，最终确定施工方案。,（二）设计原则,（1）加固范围（处理范围）应根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘宜扩大l2排桩；对可液化地基，在基础外缘应扩大24排桩。 （2）布桩方式（桩位布置）对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础（如油罐基础），宜用放射形布置。 （3）桩长的确定 当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形允许值确定；对按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面的深度；在可液化的地基中，桩长应按要求的抗震处理深
10、度确定；桩长不宜短于4m。,（4）桩的直径 桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。如采用30kw振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.71.0m。也可按每根桩所用的填料量计算，常为0.81.2m。 （5）桩间距 应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定，可取为1.52.5m。荷载大或原土强度低时直取较小的间距；反之，直取较大的间距。对桩端未达相对硬层的短桩，应取小间距。,6 振冲碎石桩施工工艺,1）主要机具：振冲器、起吊机械、水泵、 泥浆泵、填料机械、电动控制系统 2）桩身材料 2050mm 碎石 3）工艺参数 f=1450次/分 加速度 13KW的 4.5m/ss 30KW的 9.9m/s
11、s 55KW的 11m/ss,7工艺要点：,1) 要有足够的压力水，保证孔端喷出水压 400600KPa 水量2030立方/小时 2）加固深度为10m时，保证输送料量为 46立方/小时 3）密实电流应超过空振电流3545A 4）保证一定的留振时间，每提升0.30.5m, 留振30s,8质量检验,1)单桩荷载试验 2)桩间土原位试验 3)单桩复合地基试验和多桩复合地基试验,二、高压喷射注浆法 (属柔性桩类，水泥土桩),高压喷射注浆法是把注浆管放入(或钻入)预定深度后，通过地面的高压设备使安装在注浆管上的喷嘴喷出2040MPa的高压射流，冲击切割地基土体，与此同时，注入的浆液与冲下的土强制混合。待
12、凝结后，在土中形成具有一定强度的固结体，以达到加固改良土体的目的。,工法示意图,喷射方式,旋喷成桩，定喷成板摆喷成墙,一)高压旋喷加固地基机理,1、高压射流对土体的冲切作用 高压喷射注浆是通过高压发生装置，使液流获得巨大能量后，经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中以很高的速度喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接冲击切割土体。（包括动压、射流脉动、水锤冲击力、空穴现象、水契效应等）其中以喷射动压力为主: 射流冲击切割下来的土体与浆液搅拌混合，在土中凝固成为一个具有特殊结构的固结体，从而使地基得到加固。,2水泥与土的固结作用 水泥与水拌合后，首先产生硅酸三钙水化物和氢氧化物，它们可溶于水中，
13、但溶解度不高，很快就达到饱和，形成一种胶质物体。 随着胶凝体不断增大并不断吸收水分, 产生出大量的结晶体与胶凝体相互包围充填, 水泥浆开始硬化. 随着水化作用的不断进行,最终形成硬结的水泥石. 水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完了，所以水化过程是一个长久的过程。 凝结与硬化是一个连续而复杂的物理化学变化过程.,3、固结体的结构,高压喷射流在地基中把土切割破坏，其加固范围就是喷射距离加渗透部分。在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，在横断面上土粒质量大小有规律地排列起
14、来，小颗粒在中心部位居多，大颗粒都在外侧和边缘部分，形成了浆液主体、搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间便凝固成强度较高、渗透系数较小的固结体。随着土质的不同，横断面结构也多少有些不同。由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量也不均匀，通常是中心部分强度低，边缘部分强度高。 定喷时，高压喷射注浆的喷嘴不旋转，只作水平的固定方向喷射，并逐渐向上提升，便在土中冲成一条沟槽，并把浆液灌进槽中，最后形成一个板状团结体。团结体在砂性土中有一部分渗透层，而粘性土却无这一部分渗透层。,二) 工艺类型,单(重)管喷浆压力2040MPa 双(重)管在高压浆流外圈采用环绕气流进行聚能，使喷射浆液对土体的作用半
15、径增大，即最终形成的桩体增大。通常，浆液压力为20MPa，气体压力为0.7MPa 三(重)管采用高压气体环绕高压水进行同轴喷射，冲切土体。水压29MPa，气压0.7MPa，浆液压力为25MPa,单射流虽然具有巨大的能量，但由于压力在土中急剧衰减，因此破坏上的有效射程较短，致使旋喷固结体的直径较小。 当在喷嘴出口的高压水喷流的周围加上圆筒状空气射流进行水、气同轴喷射时，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大。,三)加固效果,固结体尺寸 固结体的强度 地基承载力,1固结体尺寸,影响固结体尺寸因素： a）土层的类别与密实度（见表） b）喷射方式 双重管=1.31.5倍单喷 三重管=1.52.0倍单喷 在粘性土中复喷一次可使直径加大38%，在砂性土中可加大50%。 c）喷射技术参数（喷咀直径、喷射压力、提升速度与旋转速度） d）喷射出口处地层静水压力的影响,固结体直径(m)与地层和工法的关系,单管法 双 管法 三 管法 0N5 0.50.8 0.81.2 1.21.8 粘土6N10 0.40.7 0.71
