地基处理技术与基坑工程 潘洪科《地基处理技术与基坑工程》潘洪科（电子课件）

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1、,地基处理技术与基坑工程,课件制作：潘洪科 湖北文理学院建筑工程学院,,第一章 绪论 第二章 换土垫层法 第三章 强夯法与强夯置换法 第四章 预压法 第五章 化学加固法 第六章 土工合成材料与加筋技术 第七章 复合地基处理技术 第八章 特殊土地基及地震区地基 第九章 基坑工程 第十章 地基基础检测,,第一章 绪论,1.1 地基、基础及基坑工程的概念 1.2 地基处理概述 1.3 本课程的特点及学习要求,,1.1 地基、基础及基坑工程的概念 任何建筑物都是建造在一定的地层（岩层或土层）之上的， 其全部荷载是由下面的地层来承担。受建筑物影响的那部分地 层称为地基；建筑物与地基接触的部分称为基础，基

2、础是将建 筑物承受的各种荷载传递到地基上的实体结构。 地基是地层的一部分，分为天然地基和人工地基。 地基与基础是紧密相联的，是建筑物的根本，属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量的好坏直接关系着建筑物的安全和正常使用。地基与基础设计不周或施工不善，轻则造成墙体开裂、建筑物倾斜，重则引起地基滑移、房屋倒塌，分别见下页图所示。据统计，世界各国建筑工程事故中，以地基基础事故位居首位。,,建筑物倾斜 墙体开裂 图1-1 建筑物倾斜 图1-2 墙体开裂 地基滑移引起的房屋变形,,砂土液化致房屋倒塌,基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下开挖（有支护开挖）。,基坑工

3、程是一项综合性很强的系统工程，它是在基础施工及地基处理中，为保证施工的顺利进行、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填，包括勘察、设计、施工、监测和检测等各种工序及措施的综合。,,1.2 地基处理概述 地基处理是指通过物理、化学或生物等处理方法，改善天然 地基土的工程性质，提高地基承载力，改善变形特性或渗透性 质，达到满足建筑物上部结构对地基稳定和变形的要求。地基 处理的方法很多，本书将主要介绍目前工程建设中应用较多的 换填法、强夯法与强夯置换法、预压法、复合地基处理技术、 化学加固法、加筋法以及特殊土地基处理技术等。 1.2.1 软弱地基的种类及性质 1.

4、淤泥和淤泥质土 淤泥和淤泥质土，工程上统称为软土，变形问题是软土地 基的一个主要问题，表现为建筑物的沉降量大而不均匀、沉降 速率大以及沉降稳定历时较长等特点。,2.杂填土和冲填土 由人类活动而堆填成的土称之为人工填土，根据其物质组 成和堆填方式，人工填土可分为素填土、杂填土和冲填土三类。 1.2.2 地基处理方法分类及适用范围 近年来，大量的土木工程实践推动了软弱地基处理技术的 迅速发展，地基处理的途径越来越多，考虑的问题逐渐深入， 老的办法不断改进，新的方法不断涌现。这些方法都有各自的 特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加固效果和局限 性，没有哪一种方法是万能的、普遍适用的。所以，在考

5、虑地 基处理的设计与施工时，必须注意坚持因地制宜的原则，不可 盲目从事。,1.3 本课程的特点及学习要求 1.3.1 课程特点 本课程包括地基处理技术与基坑工程两部分知识，具有内容 多、系统性强、重点突出、难易适当的特点，既重视基础理论 的阐述，又反映了我国当前的工程实践。 1.3.2 学习要求 1、掌握基本理论和方法 2、采用综合的思维方式来学习 3、理论与实践密切联系,第二章 换土垫层法,2.1 换土垫层法的概念与设计 2.2 换土垫层法的施工,2.1 换土垫层法的概念与设计 换土垫层法指将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱 土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵 蚀性的

6、砂、石、土、粉煤灰、干渣等材料分层充填，并同时以 人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度， 成为良好的人工地基。 经过换土垫层法处理的人工地基，可提高持力层的承载力， 减少沉降量。当垫层下面有软弱土层时，也可以加速土层的排 水固结，提高强度。换土垫层法常用机械碾压、平板振动或重 锤夯实的方法进行施工。 实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物 地基问题，例如：一般的三、四层房屋、路堤、油罐和水闸等 的地基。,2.1.1换土垫层法的作用及适用范围 1.换土垫层法的作用 （1）提高地基承载力（2）加速软弱土层的排水固结（3） 减少沉降量 （4）消除湿陷性黄土的湿陷性（5）

7、消除膨胀土的 胀缩作用（6）防止冻胀 2.换土垫层法的适用范围 换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、 杂填土及暗沟、暗塘等的各种浅层的软弱土地基的处理，多用 于多层或低层建筑的条形基础、独立基础、地坪、料场及道路 工程。,2.1.2 换土垫层材料的选择 （1）砂石（2）粉质黏土 （3）灰土（4）粉煤灰（5）矿 渣（6）其他工业废渣 （7）土工合成材料 作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸 长率不大于4%-5%、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、土工格室、 土工垫或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、 砾砂、粗砂、中砂或粉质黏土等材料。若工程要求垫层具有排 水

8、功能时，垫层材料应具有良好的透水性。 在软黏土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足 允许变形的要求。,2.1.3 砂垫层的设计 垫层设计应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条 件，并结合机械设备与当地材料来源等综合分析，选取恰当的 垫层材料和施工方法。设计既要满足建筑物对地基变形、承载 力与稳定性的要求，又要符合技术经济的合理性。因此，设计 的主要指标是垫层厚度和宽度，既要求有足够的厚度置换可能 被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧 挤动。换土垫层按前述所选择的回填材料可分为砂垫层、碎石 垫层、素土垫层、灰土垫层等，由于垫层材料的不同，应力分 布也会有所差异，但其极

9、限承载力比较接近，建筑物沉降特点 也基本相似。,下面仅以砂垫层为例讨论换土垫层的设计，其他材料的垫层设计都可近 似地按砂垫层的计算方法进行设计。 1.砂垫层厚度的确定 垫层厚度应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求 式中 相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值(kPa)； 垫层底面处土的自重压力值(kPa)； 垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa)。 垫层底面处的附加压力值可按图2-1所示应力扩散图形进行简化计算，即 对于条形基础,式中 矩形基础或条形基础底面的宽度(m)； 矩形基础底面的长度(m)； 基础底面下垫层的厚度(m)； 相应于荷载效应标

10、准组合时，基础底面处的平均压力值(kPa)； 基础底面处土的自重压力值(kPa)； 垫层的压力扩散角，()，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按表2-1采用。,2. 砂垫层宽度的确定 砂垫层的宽度一方面要满足基础底面应力扩散的要求，另一方面应防止 垫层向两边挤动。目前还缺乏可靠的理论方法，在实践中常按照当地某些经 验数（考虑垫层两侧土的性质）或按经验方法确定。常用的经验方法是扩散 角法，一般可根据当地经验确定或按下式计算 式中 垫层底面宽度（m）； 垫层的压力扩散角()，可按表2-1采用；当 时仍按 取值。 砂垫层设计示意图见右图。,砂垫层设计示意图,2.2 换土垫层法的施工 换土垫层的施工可

11、按换填材料的不同分类，也可按采用的 机械压实方法进行分类，压实是指通过夯锤或机械，夯击或碾 压填土或疏松土层，使其孔隙体积减小、密实度提高。压实能 提高土的抗剪强度、降低土的压缩性、减弱土的透水性，使经 过处理的表层软弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。目前 国内常用的机械压实方法主要有机械碾压、振动击实、重锤夯 实等。这些方法所使用的机械或设备的能力较小，因而碾压或 夯实的影响范围较小，一般用于道路、堆场的地基处理，有时 也可适用于轻型建筑。,2.2.1 土的压实原理 大量工程实践和试验研究表明，对过湿的土进行夯实或碾 压时会出现软弹现象(俗称“橡皮土”)，土的密实度并不会因此 增大；对很干

12、的土进行夯实或碾压时，显然也不能把土充分压 实。只有在适当含水量范围内，土的压实效果才能达到最佳。 2.2.2 机械碾压法 机械碾压法是一种采用各种压实机械来压实地基土的方 法，这些压实机械包括平碾、羊足碾、压路机、推土机等。这 种方法常用于地下水位以上，基坑底面积宽大、开挖土方量较 大的工程。碾压的效果主要决定于被压实土的含水量和压实机 械的压实能量。,,2.2.3 振动压实法 振动压实法是使用振动压实机来处理无黏性土或黏粒含量 少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。 2.2.4 重锤夯实法 重锤夯实法是一种常用的简单、经济的浅层地基处理方 法。它利用起重机械将重锤提到一定高度，然后使其

13、自由落 下，重复夯打地基，使地基表面形成一层较均匀密实的硬壳 层，从而提高了地基强度。 2.2.5 质量检验 垫层的质量检验是保证工程建设安全的必要手段，一般包 括分层施工质量检查和工程质量验收。,第三章 强夯法与强夯置换法,3.1 强夯法加固机理 3.2 强夯法设计要点 3.3 强夯法施工工艺及施工要点 3.4 强夯置换法 3.5 效果检验,3.1 强夯法加固机理 3.1.1 强夯法的作用及适用范围 强夯法又称动力固结法或动力压实法，是通过1040t的重 锤和1040m的落距，反复夯实地基，给地基以冲击和振动能 量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性， 改善地基性能的一种地基处

14、理方法。如图所示。 强夯法施工设备图,强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性 土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。 3.1.2 强夯法的加固机理 强夯法虽然是在重锤夯实法的基础上发展起来的一种地基 处理方法，但其加固机理要比一般重锤夯实法复杂。目前，强 夯法加固地基归纳起来有动力挤密、动力固结与动力置换3种加 固机理。 （1）动力挤密 采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土 是基于动力挤密的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔 隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。 （2）动力固结 在饱和的细粒土中，土体在巨大夯击能量作 用下产生孔隙水压力使土体结构被破坏，土颗粒间出现裂隙

15、， 形成排水通道，渗透性改变。随着孔隙水压力的消散，土开始,密实，抗剪强度、变形模量增大。一般认为，加固过程可以分 为加载、卸载与动力固结三个阶段。 （3）动力置换 动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式 置换是采用强夯将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填筑土体中，部分碎石桩 (或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或桩)。 其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内 摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合 地基的作用。 3.2 强夯法设计要点 强夯法的设计要点包括有效加固深度、夯击能、夯击次数与遍数、时间间隔、夯击点布置、处理范围、试夯。,3.3 强夯法施工工艺及施工要点 为使强夯法加固地基达到预想的加固效果，合理适宜地组 织施工、加强施工管理非常重要。由于地质多变及强夯设计参 数的经验性，甚至气象条件也可能影响施工，需要及时调整施 工工艺。下面对强夯施工中的一些关键问题作简单介绍。 3.3.1 施工机具 强夯施工机具主要是起重机、夯锤和脱钩装置等。 3.3.2 施工步骤 1）清理、平整场地，在平整后的场地上铺设垫层，使其具 有一定的硬度和强度用以支承起重设备，同时增大地下水位和 表层面的距离，提高强夯效率；对场地地下水位在-2m深度以下 的砂砾石