地基处理（应用型本科） 教学课件 ppt 作者 魏新江 (2)

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1、地基处理,作者：魏新江,责任编辑：邹小宁 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-141 课件章数：8,第 7 章 加 筋,学 习 要 点,熟悉化学加固的作用机理和适用范围，掌握水泥土搅拌法、高压喷射注浆法和灌浆法的设计方法，了解化学加固的施工方法及质量检验。,7.1 概 述,土的加筋是指在土体中设置加筋材料，形成可以承受抗压、抗拉、抗剪、抗弯的复合土体， 以提高地基承载力、减少沉降和增加地基稳定性，常称为“加筋土法”或“加筋土技术”。 加筋土由加筋材料和土共同组成，在荷载作用下，土与加筋材料之间产生相对位移和剪应力 ，使加筋材料中产生拉力，从而增加了对土的横向变形的约束。另外，

2、加筋材料的应用，还 可使土中的应力均匀，进而减少加筋土地基的不均匀沉降。,7.2 土工合成材料,土工合成材料是指以人工合成的聚合物为原料的材料总称，是应用于土木工程领域的一种新 型材料。土工合成材料是将高分子聚合物通过纺丝和后处理支撑纤维，再加工而成，常见的 这类纤维有：聚酰胺纤维(PA，如尼龙、锦纶)，聚酯纤维(如涤纶)，聚丙烯纤维(PP，如腈 纶)，聚乙烯纤维(PE，如维纶)，以及聚氯乙烯纤维(PVC，如氯纶)等。,7.2.1 土工合成材料的类型 1.土工织物 2.土工膜 3.土工格栅 4.土工网 5.土工复合材料 (1)复合土工膜 (2)塑料排水带 (3)土工复合排水网 (4)土工膜土工

3、格栅 (5) 土工织物土工格栅 (6)土工合成材料黏土垫,6.其他土工材料 (1)土工格室 (2)土工条带 (3)土工网垫 (4)土工模袋,7.2.2 土工合成材料的主要功能 1.加筋作用 2.排水作用 3.反滤作用 4.防渗作用 5.隔离作用 6.防护作用,7.2.3 土工合成材料的主要特性 1.物理性质 2.力学性质 (1)抗拉强度 (2)握持强度 (3)撕裂(破)强度 (4)顶破强度 3.耐久性 4.土工合成材料土的界面特性,7.2.4土工合成材料的工程应用实例 1.土工织物和砂垫层复合加固某软土地基 2.土工格栅在某高速公路软基处理中的应用,7.3 加筋土挡墙,7.3.1 概 述 1.

4、加筋土挡墙的结构组成 (1)加筋材料(简称拉筋或筋材) (2)加筋土填料 (3)面板,2.加筋土挡墙的分类 加筋土挡墙按其断面外轮廓形式， 一般分为路肩式、路堤式、双墙式和台阶式加筋土挡墙,3.加筋土挡墙的结构特点 加筋土挡墙可以做成很高的垂直填土，减少占地面积，造型新颖美观。 墙面板和拉筋可预制，施工简便、快速，能节省劳力和缩短工期。 充分利用材料性能，使挡土墙结构轻型化，基础尺寸小。 加筋土挡墙具有柔性结构的功能，地基变形对加筋土挡墙的稳定影响比对其他结构物小， 可用于软土地基。 稳定性强，具有良好的抗震性 能。 加筋土挡墙工程造价比较低。,4.加筋土挡墙典型工程实例,7.3.2 作用机理

5、 1.加筋土的基本原理 2.加筋土挡墙的破坏机理 (1)内部稳定破坏 (2)外部稳定破坏,7.3.3 设计计算 1.内部稳定性计算 (1)筋材强度验算 (2)筋材抗拔性验算 (3)筋材长度计算 2.外部稳定性计算 (1)抗水平滑动稳定性验算 (2)整体抗滑稳定性验算 (3)地基承载力验算,7.3.4 加筋土挡墙的施工 1.施工材料准备 (1)填料 (2)拉筋 (3)面板 2.施工工艺 (1)基础施工 基槽开挖 地基处理基础浇筑 (2)面板安装 放 线 安装 检查验收,(3)铺设筋材 拉筋下料 铺设 检查验收 (4)填料摊铺、压实 摊铺 压实 检查验收,7.4 锚杆与土钉支护,7.4.1 概 述

6、 锚杆支护是指在稳定土层内部的钻孔中，用水泥砂浆将钢筋(或钢绞线)与土体黏接一起的拉 结挡土结构。它由锚头、自由段和锚固段组成。锚头是联结锚杆和主体结构的部件；锚固段 位于锚杆的尾部，深埋于地层中，是由高压所注入的水泥浆或水泥砂浆凝固而成；自由段是 联结主体结构和锚固端的桥梁，把主体结构的荷载传于锚固段，常由钢筋或钢绞线构成。,土钉支护是一种用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构，是由锚杆技术发展而来。它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷 射混凝土面层和必要的防水系统组成，形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的压力和其他作用力，从而使开挖坡面稳定。,7.4.2 锚杆支护 1.土层

7、锚杆的类型、特点和适用范围 (1)土层锚杆的类型 按照工作机理分有主动锚杆和被动锚杆 按照传力方式分有摩擦型锚杆、承压型锚杆和摩擦组合型锚杆 按照工作年限分有临时性锚杆和永久性锚杆,(2)土层锚杆的优点 锚杆施工简便，其施工机械和设备作业空间不大，可以适合各种地形和场地。 锚杆的设计拉拔力可由现场抗拔试验获得，因此，只要施工质量较好，就可保证设计有足 够的安全度。 用锚杆代替钢支撑作侧壁支承，可以节省大量钢材，还可以改善施工条件。 锚杆可预先张拉，采用预应力锚杆，能在一定程度上控制基坑或者边坡的变形。 锚杆施工时，施工噪音和振动均很小。,(3)土层锚杆支护的适用范围 锚杆的应用十分广泛，可适用

8、于致密高强岩体中，也可适用于松散岩体中。对于土层锚杆来 说，适用于黏性土、粉土和砂土等。,2.土层锚杆支护作用机理 (1)摩擦作用 (2)土体稳定性增大 (3)土体等效变形模量增加 (4)土体抗剪强度提高 3.土层锚杆支护设计计算 设计计算主要包括土层锚杆的 布置与结构参数设计、锚杆设计拉力的确定、锚杆截面设计、锚头联结设计、锚杆长度设计 、锚杆和结构物的整体稳定性验算等。,4.土层锚杆支护施工 (1)施工工艺 主要的步骤有钻孔、锚杆组装与安放、注浆、张拉与锁定环节。 (2)试验与监测 锚杆试验包括基 本试验、验收试验、蠕变试验等 。,7.4.3 土钉支护 1.土钉支护的类型、特点和适用范围

9、(1)土钉的类型 打入钉 注浆钉 (2)土钉支护的 优点 施工简便，施工速度快。 工程造价低 节省占地。 结构轻巧，柔性大，有抗震性能和延性。 作业噪音小。 工期短。 适用范围广。,(3)土钉支护的缺点 用于基坑支护时，水平位移较大，对周围道路、建筑物可能引起损坏。 要求土体的自稳性好。 不能应用于冻土和地下水位以下的土层，不能用于淤泥和淤泥质土；也不宜用于含水丰富 的粉细砂层和卵砾层，成孔困难。 在市区使用时，可能对其他 建筑物基础造成影响。 土钉施工时要求坡面无水渗出。 土钉一般不能回收利用，且“寿命”较短。,(4)土钉支护的适用范围 土钉支护适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水

10、位 低于开挖层的情况。 用于具有一定黏性的杂填土、一般黏性土、粉性土、弱胶结的砂土、黄土、填土及风化岩层 等。,2.土钉支护作用机理 一般认为，土钉支护机理是以新奥法理论为基础，在土钉作用下，把潜在滑动面之前主动区 的复合体视为具有自撑能力的稳定土，以阻止土体侧向位移，支撑未加筋区域土体的侧压力 ，保证土坡的稳定性，即认为经过加筋的土体形成了类似重力式挡土墙，土钉的作用机理类 似于挡土墙的机理。一系列的试验证明，土钉支护中的土钉在土体中起着箍束骨架作用，这种作用能够约束土体变形，使复合土体成为一个整体。,3.土钉支护设计计算 根据边坡高度、土质、地下水条件及工程性质初定土 钉的结构尺寸、布置方

11、式、间距及分段开挖高度等。 根据土压力分布、现场抗拔试验结果或土的抗剪强度,参考以往经验，确定土钉的类型、 直径和长度。 进行支护的内部稳定性分析与外部稳定性分析 根据分析结果，修改有关参数，重新验算直至满足要求 进行土钉支护施工图设计、构造设计和质量控制设计。,4.土钉支护施工 (1)施工工艺 开挖 排水系统设置 土钉设置 喷射混凝土面层 (2) 施工监测 支护位移的量测。 地表开裂状态的观察 附近建筑物和地下管线的变性测量和裂 缝观测 基坑渗漏水和基坑内外地下水位变化。,7.4.4 土钉、土层锚杆与加筋土挡墙的比较 1.土钉与加筋土挡墙的比较 相似之处在于： 加筋体均处于无应力状态，只有在

12、土体产生一定位移后，方能发挥作用。 加筋土抗力均由加筋体与土之间产生的界面摩擦力提供。 加筋土挡墙面层为预制构件，而土钉面层为现场喷射混凝土。两者的面层较薄，受到的荷 载都相对较小，故均对稳定不起主要作用。,两者的不同之处在于： 筋体所受的拉力分布不同，加筋土在坡底的筋体受到的拉力最大，筋体越靠近坡顶，受到 的拉力越小；而土钉则是在中间深度的筋体受到的拉力较大，土钉两端的拉力较小。 土钉是一种原位加筋技术，用以改良天然土层，而加筋土能够控制填土性质。 加筋土挡墙中，摩擦力直接来源于筋材和土之间，而土钉支护中，通过灌浆技术使筋材和 土黏结。 施工工序截然不同，土钉施工是“自上而下”，加筋土挡墙是

13、“自下而上” 。,2.土钉与土层锚杆比较 两者的主要区别有以下几个方面： 土钉是加固土体用的“加强筋”，没有自由段与锚固段之分，密集设置时形成强度较高的 挡土墙，通常称“土钉墙”。锚杆是利用其锚固力“拉住”滑移体，分自由段与锚固段。 锚杆只是在锚固段内受力，而自由端只是传力作用，土钉则是全长范围内受力。 锚杆挡土墙应该设法防止产生变位，可预先张拉；而土钉一般要求土体产生少量位移，从 而使土钉与土体之间的摩阻力得以充分发展，一般不张拉。,土钉提供的锚固力较小，锚杆提供的锚固力较大，所以土钉用于较浅的基坑或较矮的边坡 支护，锚杆可用于较深的基坑或较高的边坡支护。 锚杆往往较长(一般为1545m)，

14、因此需要大型设备来安装。锚杆体系常用于大型挡土结 构。而土钉的施工设备较为简单，由于土钉安装密度高，单筋破坏后果未必严重，因而施工 精度要求没有锚杆高。,7.5 其他加筋处理,7.5.1 加筋土垫层 1.概述 加筋土垫层具有以下特点： 扩散应力。 调整地基不均匀沉降 增大地基稳定性。,2.加筋土垫层设计 初步选定加筋材料，拟定其布置参数。 计算加筋土垫层地基需提高的地基承载力及要求筋材提供的承载力增量。 验算加筋土垫层地基的承载力，必要时验算地基沉降。 计算筋材的长度并布置筋材。,3.加筋土垫层施工 铺设土工合成材料时，土层表面应均匀平整，防止土工合成材料被戳穿、顶破。 铺设时应将土工合成材料

15、张拉平直和绷紧，严禁有褶皱。 土工合成材料需要接长时联结强度不应低于原筋材强度。 用于加筋垫层中的土工合成材料端头一定要埋设固 定好，以防止其受 力后被拔出。 筋材切忌暴晒或裸露而使材料劣化。 第一层铺设时不要使用推土机的刮土板损坏所铺设的土工合成材料，当受损时应立即修补。,7.5.2 加筋土边坡 1.概述 加筋土边坡也是常见的加筋土技术之一。加筋土边坡是由加筋材料、面 层和回填材料组成。加筋材料多为连续的土工合成材料如土工织物、土工格室、土工格栅等 。加筋土边坡具有美观、占地少、经济效益明显等优点。在同样的填土条件下，可修筑被不加 筋的边坡更陡的加筋土边坡，有时加筋土边坡的投资费用约为加筋土挡墙的一半。另外，加 筋土边坡能增加边坡稳定性。加筋能阻止溜坡，减少边坡侵蚀。,2.加筋土边坡设计 首先按未加筋土边坡进行稳定分析。 将上述未加筋土边坡的稳定分析中所有FsuFsr的滑弧绘在同一张图中，得 到各滑弧的外包线，即为需要加筋的临界范围。 计算每一滑弧所需的筋材单宽总拉力 取Ts中的最大值Tsmax为设计所需的筋材总加筋力，确定加筋层数。 验算筋材强度和抗拔稳定性。 布置筋材。 设置防护及排水措施。 ,3.加筋土边坡施工 加筋土边坡施工时应保证填土的质量，压时机械与筋材间至少应用300mm的土料；当坡面缓 于11时，且筋