土力学课件地基处理讲解

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1、1,土力学地基基础,地基处理,2,第9章 重点内容,1.软土的物理力学性质及其工程特性 2.各种地基处理方法的基本原理,3,第9章 软弱土地基处理,第1节 概述 第2节 夯实法及碾压法 第3节 换土垫层法 第4节 排水固结预压法 第5节 挤密法和振冲法 第6节 强夯法 第7节 深层搅拌法 第8节 高压喷射注浆法,4,第1节 概 述,软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。,5,软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。,

2、物理力学特性软土的,天然孔隙比大： e1,天然含水率高：wwl,压缩系数高,渗透系数小,抗剪强度低,灵敏度高,具有明显的流变性,6,淤泥：e1.5,淤泥质土：1.5 e1.0,软土,工程特性 软土地基的,地基承载力低,建筑物的沉降和差异沉降较大,建筑物沉降历时长,流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。,7,地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度等。 (1).提高地基土的抗剪强度 地基承载力、土压力及人工和自然边坡的稳定性，均主要取决于土的抗剪强度。因此，为了防止土体剪切破坏，就需要采取一定措施，提高和增加地基土的抗

3、剪强度。,8,(2).改善地基土的压缩性 建筑物超过允许值的倾斜、差异沉降将影响建筑物的正常使用甚至危及到建筑物的安全性。地基土的压缩模量等指标是反映其压缩性的重要指标，通过地基处理，可改善地基土的压缩模量等压缩性指标，减少建筑物沉降和不均匀沉降。另外也可防止土体侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是地基处理的目的之一。,9,(3).改善地基土的渗透特性 地下水在地基土中运动时，将引起堤坝等地基的渗漏现象；基坑开挖过程中，因土层夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌；这些都会造成地基承载力下降、沉降加大和边坡失稳，而渗漏、流砂和管涌等现象均与土的渗透特性密切相关。为此，必须采用某种（些）地基处理

4、措施，以减小地基中渗透压力或使其变成不透水土。,10,(4).改善地基土的动力特性 在地震运动、交通荷载以及打桩和机器振动等动力荷载作用下，将会使饱和松散的砂土和粉土产生液化，或使邻近地基产生振动下沉，造成地基土承载力丧失，或影响邻近建筑物的正常使用甚至破坏。因此，工程中有时需采取一定的措施，防止地基土液化，并改善其动力特性，提高地基的抗震(振)性能。 (5).改善特殊土地基的不良特性 特殊土地基有特殊的不良特性，如黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性和冻土的冻胀性等。因此，在这些特殊土地基上修筑建筑物时，需要采取一定的措施，以减小或消除上述不良特性对工程的影响。,11,选择地基处理方案前，应进行深入

5、的调查，充分收集资料。在调查、收集资料时，应考虑以下五个方面的内容： (1). 上部结构和基础设计情况； (2). 建筑场地的工程地质条件； (3). 施工用地、施工工期、工程用料来源等； (4). 施工时对周围环境的影响； (5). 施工单位技术力量、机具设备、施工管理水平及施工经验等。,12,地基处理方法分类表,13,14,15,16,17,18,19,在充分调查研究、收集资料的基础上，确定地基处理方案。方案确定的步骤如下： (1). 具备各种有关处理方案的资料； (2).据收集的资料，初步选定可供考虑的几种地基处理方案； (3).初步选定的几种处理方案，分别对预期处理效果、材料来源和消耗

6、、施工机具和进度、对周围环境的影响等各种因素，进行技术经济分析和对比，从中选择最优的地基处理方案；,20,地基处理的原则：地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，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，也可以是多种地基处理方法的综合。,21,第2节 夯实法及碾压法,通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持

7、力层。,22,一、土的压实原理 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：土的含水率，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。,23,1.最优含水率 对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水率过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水率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率，称为最优含水率wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。,24,w,d,0,dmax,wop,试验统计表明：最优含水率wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物

8、含量大，则最优含水率大。,25,土的压实性,一、土的击实试验,在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。,26,重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水率计算相应的干密度 轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水率的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm,27,二、填土的击实特性,影响土压实性的因素很多，主要有含水率、击实功能、土的种类和级配等,1

9、.含水率的影响,说明：当击数一定时，只有在某一含水率下才获得最佳的击实效果,28,2.击实功能的影响,1.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,最优含水率逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是有限的,29,2.当含水率较低时击数的影响较显著。当含水率较高时，含水率与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的 说明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量,30,3.

10、土类和级配的影响,击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水率愈大,31,无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，在含水率较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒水使其在较高的含水率下压实 说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度,32,第3节 强夯法,强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向

11、地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。,33,强夯法加固地基，是指通过用专门的起重设备和方法，将重锤（一般为80300kN，最重可达2000kN）从高处(一般为812m，最高达到40m)自由下落，通过对地基土施加很大的冲击能（一般能量为5008000kNm），从而使地基土强度提高、土的压缩性降低，提高砂土的抗液化强度，消除湿陷性黄土的湿陷性，降低将来可能出现的差异沉降，以达到地基加固的目的。强夯法也称为动力固结法。对高饱和度的粉土和粘性土地基，曾有人在夯坑中回填块石、碎石或其他粗颗材料，然后再将其强行夯入并排开软土，最终形成砂石桩与软土构成的复合地基，此时则称之为强夯置换法

12、（或动力置换、强夯挤淤）。,34,6.1.1 强夯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。强夯置换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。 6.1.2 强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。 6.1.3 强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。,35,加固机理,土的类型的不同，强夯加固的机理亦有所不同。对于粗颗粒、非饱和的土体，通过强夯法，给土体施加动力荷载，夯击能使土的骨架变形，土体孔

13、隙减小变得密实，非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被挤出的过程。由于提高了土的密实度，使土体抗剪强度提高，压缩性减小。因此强夯法加固处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土体，其机理实质是动力密实。,36,对于饱和的细颗粒土，强夯法处理机理则为动力固结。当巨大的冲击能量施加于土体后产生很大的应力波，存在于土体中的微气泡体积压缩，从而使土体体积得到压缩，土体体积压缩后孔隙水压力增加，增加至上覆压力值时，土体产生液化（局部液化），之后土体结构遭到破坏，使土体产生很多裂隙，改善土体透水性能，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结，强度提高，压缩性减小。,37,在强夯的同时，夯坑中可置入碎石，强行挤走软土

14、，即动力置换。强夯置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是通过强夯把碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层；桩式置换是通过强夯将碎石挤入土体中，并形成碎石桩（墩），形成的碎石桩(墩)与桩(墩)间土一起构成复合地基，共同承受外荷载，抵抗变形。,38,（a）整式置换 （b）桩式置换,39,(1).夯锤与落距 单击夯实能是强夯法施工的重要技术参数之一。单击夯实能大，夯击击数和夯击遍数少，有效加固深度大，加固处理的技术效果与经济效益均较好。单击夯击能为夯锤锤重和落距的乘积，因此，夯锤锤重和落距是影响单击夯击能大小的两个参数。目前国内在强夯法中所用的夯锤锤重为100150kN（最大为400kN），

15、夯锤落高一般为825m，夯锤的平面形状常为圆形和方形，夯锤有气孔式和封闭式两种。实践证明，圆形和带气孔的锤较好，可克服方形锤夯击时因上下两击着地不完全重合，而造成的夯击能量损失和着地时倾斜的缺点，减小起吊夯锤时的吸力和夯锤着地前瞬时气垫的上托力，防止能量损失。,40,夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件： 1 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kNm时为50mm；当单击夯击能为40006000kNm时为100mm；当单击夯击能大于6000kNm时为200mm； 2 夯坑周围地面不应发生过大的隆起； 3 不因夯坑过深而发

16、生提锤困难。 夯击遍数应根据地基土性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,41,6.2.4 两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于34周；对于渗透性好的地基可连续夯击。 6.2.5 夯击点位置可根据基底平面形状，采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，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适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。,42,6.2.6 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。 6.2.7 根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数