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1、地基处理简介,第十一章,制作：务新超,土力学与基础工程电子教案,第十一章 地基处理简介,11.1 概述,11.3 挤密压实法,11.2 换土(垫层)法,11.4 排水固结法,11.5 深层搅拌法,11.6 其他地基加固法简介,一、人工地基的概念和适用条件 经人工处理或加固后的地基称为人工地基。 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构成的地基。 工程上常将淤泥和淤泥质土统称为软土 冲填土（吹填土）是指在水利建设或江河整治中，用挖泥船或泥浆泵将江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹填）形成的沉积土。 杂填土是指因人类活动而填积形成的无规则堆积物，包括建筑垃圾、工业废料和生活
2、垃圾等。,11.1 概述,二、地基处理的目的 地基处理的目的是针对在软弱地基上建造结构物时有可能产生的问题，采用人工的方法改善地基土的工程性质，以达到满足结构物对地基稳定和变形的要求。包括： 提高地基土的抗剪强度，增加地基土的稳定性； 降低地基土的压缩性，减少沉降和不均匀沉降； 改善软弱土的渗透性，加速固结沉降过程； 改善土的动力特性和提高其抗震性能； 消除或减少特殊土的不良工程特性，如黄土的湿陷性，膨胀土的膨胀性等,三、地基处理方法分类及适用情况 地基处理的方法很多，每一具体工程都要进行具体细致分析，应从地基条件、处理要求（包括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等），工程费用
3、以及材料，机具来源等方面进行综合分析比较，以确定合适的地基处理方法。,人工地基 土木工程建设中，当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时，需经人工处理加固后建造基础，这种人工处理后的地基称为人工地基 。 二、地基处理的方法,地基处理方法适用条件,地基处理方法适用条件,地基处理方法适用条件,1.置换,地基处理方法与加固原理,2.排水固结,3.振密挤密,3.振密挤密,4.加筋,5.化学固化,6.热学处理及其他,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。,11.2 换
4、土垫层法,一、换土垫层法的概念,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。,1.砂垫层厚度的确定 （1）按弹性理论的土中应力分布公式计算,二、垫层的设计,（2）按应力扩散角进行计算,（2）按应力扩散角进行计算,2.砂垫层平面尺寸的确定,3.基础最终沉降量的计算,4.施工要点 P259,5.3 挤密压实法,在厚度较大，不发生冲刷或冲刷深度不大的松散土地基(包括松散中、细、粉砂土，粉土，松散细粒炉渣， 杂填土以及IL1、孔隙比接近
5、或大于1的含砂量较多的松软粘性土)。,一、机械碾压法,机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械将地基土压实。通过处理，可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小，密实度提高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度和承载力。这种方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实。 在工程实践中，除了进行室内击实试验外，还应进行现场碾压试验。通过试验，确定在一定压实能条件下土的合适含水量，恰当的分层碾压厚度和遍数，以便确定满足设计要求的工艺参数。粘性土压实前，被碾压的土料应先进行含水量测定，只有含水量在合适范围内的土料才允许进场，每层铺土厚度约为300mm。,二、振动压实法,振动压实法是通过在地基表面施加
6、振动把浅层松散土振实的方法。可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。 竖向振动力由机内设置的两个偏心块产生。振动压实的效果与振动力的大小、填土的成分和振动时间有关。当杂填土的颗粒或碎块较大时，应采用振动力较大的机械。一般来说，振动时间越长，效果越好。但振动超过一定时间后振实效果将趋于稳定。因此，在施工前应进行试振，找出振实稳定所需要的时间。振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间。经过振实的杂填土地基，承载力基本值可达100120kPa。,夯锤一般为截头圆锥体，锤重大于15KN，锤底直径为0.71.5m，落距34m，其有效夯实深度约为1.11.2m（与锤径相当
7、）。其地基承载力基本值一般可达100150kPa。 可用于处理地下水位距地表0.8m以上的非饱和粘性土或杂填土，提高其强度，降低其压缩性和不均匀性。 也可用于处理湿陷性黄土，消除其湿陷性。,三、重锤夯实法,夯实效果与锤重、锤底直径、落距、夯击遍数、夯实土的种类和含水量有关系。施工中宜由现场夯击试验决定有关参数。随土质和含水量变化相应加以调整。,注意事项： 拟加固土层必须高出地下水位0.8m以上，且该范围内不宜存在饱和软土层，否则可能将表层土夯成橡皮土，反而破坏土的结构和增大压缩性。因此，当地下水位埋藏深度在夯击的影响深度范围内时，需采取降水措施。,停夯标准： 随着夯击遍数增加，每遍夯的夯沉量逐
8、渐减少，一般要求最后两遍平均夯沉量对于粘性土及湿陷性黄土不大于1.02.0cm；对于砂性土不大于0.51.0cm。,锤夯实法加固后的地基应经静载试验确定其承载力，需要时还应对软弱下卧层承载力及地基沉降进行验算。,1. 强夯法的加固机理 强夯时地基在极短的时间内受到夯锤的高能量冲击，激发压缩波、剪切波和瑞利波等应力波传向地基深处和夯点周围。其中压缩波可以使土受压或受拉，能引起瞬间的孔隙水应力，导致土的抗剪强度大为降低，紧随其后的剪切波进而使土的结构受到破坏，瑞利波的传播则在夯点附近引发土的隆起。在此过程中，土颗粒重新排列而趋于更加稳定、密实的状态。,四、强夯法,2. 有效加固深度 强夯法的有效加
9、固深度H（m）主要取决于单击夯击能量Wh，也与地基的性质及其在夯实过程中的变化有关。可用经验公式估算，即： H=,系数 值最好通过现场试夯或根据当地经验确定,3.强夯法的特点及适用范围 特点：夯击能量大，影响深度大。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。 强夯法适用范围：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），效果较好。 对于工程周围建筑物和设备有振动影响限制要求的地基，不得使用强夯法,
10、参数确定 强夯法施工前，应先在现场进行原位试验(旁压试验、十字板试验、触探试验等)，取原状土样测定含水量、塑限液限、粒度成分等，然后在试验室进行动力固结试验或现场进行试验性施工，以取得有关数据。,五、砂桩法,提高地基承载力，减少沉降量和增强抗液化能力。 对于厚度大的饱和软粘土地基，由于土的渗透性小，此法加固不易将土挤密实，还会破坏土的结构强度，主要起到置换作用，加固效果不大。,一）作用原理 砂桩挤密法是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔（孔径一般为300600mm），然后向孔中填入含泥量小于5%的中、粗砂，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。,（一）作用原理 用振动、冲击或打入
11、套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm600mm)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密实作用； 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。,(二)砂桩的设计计算,砂桩的设计、计算主要应解决：砂桩的加固范围；加固范围内需要砂桩的总截面积；砂桩数量及布置；以及砂桩的
12、长度及灌砂量的估算,1.砂桩加固范围的确定,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13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。,加固范围平面面积,式中：A加固范围平面面积，（m2）； B加固宽度，（m）； L加固长度，（m）； b1基础宽度，（m）； l1基础长度，（m）； b宽度方向加固范围每边超过基础的宽度； l长度方向加固范围每边超过基础的长度；,2.所需砂桩的
13、面积 A1 假设砂桩加固前地基土的孔隙比为e0，砂土加固范围为A，加固后土孔隙比为e1。,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A1（m2）,砂土： e1 = emax Dr (emaxemin) emax及emin由相对密度试验确定，Dr值根据地质情况、荷载大小及施工条件选择，可采用0.70.85； 饱和粘性土 ： e1 =dswp IL(WLWp),3.砂桩根数及其排列 根数 n=4A1/d2 砂桩的布置及其间距 梅花形布置 正方形布置,4.砂桩长度 穿透软土层，满足承载力与变形要求 5.砂桩的灌砂量,（三） 砂桩施工要点 砂桩的施
14、工宜用透水性好的中、粗砂或砂与砾石的混合料，含泥量不超过5%。成孔机具宜采用振动打桩机或柴油打桩机等机具。根据成桩方法确定砂的最佳含水量，所填入孔内的砂料应分层填筑，分层夯实，并保证桩体在施工中的连续密实性。实际灌砂量未达到设计用量时，应在原处复打，或在旁边补桩。为增加挤密效果，砂桩可以从外圈向内圈施打。,六、振冲法,振冲法又称振动水冲法。其主要的施工机具是振冲器、卷扬机和水泵。振冲器筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管等三部分组成,振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力（4090KN）作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。,振冲法按加固机理和效果不同，又分振冲置换法和振冲密实法
15、两类,1.对砂类土地基振冲挤密 一方面是靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减;另一方面是靠振冲器的水平振动力,在加回填料情况下通过填料使砂层挤压密实.,实测表明，振动加速度与离振冲器距离的增大呈指数函数型衰减。从振冲器侧壁向外根据加速度大小可以顺次划分为紧靠侧壁的流态区、过渡区和挤密区，挤密区外是无挤密效果的弹性区。,只有过渡区和挤密区才有显暮的挤密效果。过渡区和挤密区的大小仅取决于砂土的性质(诸如起始相对密度、颗粒大小、形状和级配、土粒密度、地应力、渗透系数等)，还取决于振冲器的性能(诸如振动力、振动频率、振幅、振动历时等)。,一般来说，振动力越大，影响距离就越大。但
16、是过大的振动力，扩大的多半是流态区而不是挤密区，因此挤密效果不一定成比例地增加。,在振冲器一般常用的频率范围内，频率越高，产生的流态区越大。所以高频振冲器虽然容易在 砂体颗粒越细，越容易产生宽广的流态区。 对粉士或含粉粒较多的粉质砂，振冲挤密的效果很差。缩小流态区的有效措施是向流态区灌入粗砂、砾石或碎石等粗粒料。一般从粉细砂到含砾粗砂，只要小于0.005的粘粒含量不超过10，都可以得到显著的挤密效果；若粘粒含量大于30，则挤密效果明显降低。,2.对粘性土地基振冲置换 利用振冲器在高压水流下边冲边振，在软弱粘土中成孔，然后在孔内分批填入碎石、砂等竖硬材料制成桩体，和原来的粘性土构成复合地基。,11.4 排水固结法,又称预压法，是通过预压使软粘土地基中的孔隙水排出，在预压荷载作用下土体固结，土中孔隙体积减少，土体强度提高，减少地基工后沉降。 组成 通常由排水系统和加压系统两部分组成。 分类,对一维固结情况，固结所需时间与最大
