第5章 软弱地基处理.ppt
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1、普通高等教育“十二五”土木工程系列规划教材,基 础 工 程Foundation Engineering,西南科技大学土木工程与建筑学院土木教研室品牌课程,第 5 章 软弱土地基处理,第 5 章 软弱土地基处理,学习目的和要求,通过本章学习,了解软土地基的特性、处理方法及适用范围;掌握常见地基处理方法的加固机理和设计计算过程,能够根据不同软弱土地基选择适合的地基处理方法;了解常见地基处理方法的施工过程及检测要求;理解复合地基的概念;掌握复合地基承载力计算、变形计算及复合地基的一般设计过程。,第 5 章 软弱土地基处理,5.1 概论,软弱土地基的特征,含水量较高,孔隙比较大。,压缩性较高。,抗剪强
2、度很低。,渗透性较差。,具有显著的结构性。,具有明显的流变性,第 5 章 软弱土地基处理,地 基 处 理 的 目 的,改善剪切特性,改善动力特性,改善压缩特性,改善透水特性,改善特殊土的不良地基的特性,第 5 章 软弱土地基处理,地基处理方法分类及应用范围,地基处理的基本方法,无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法,这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是,很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用;石灰桩又挤密又吸水,吸水后又进一步挤密等,因而一种处理方法可能具有多种处理效果。,软弱土地基处理方法分类,碾压及夯实,换填垫
3、层,排水固结,振密挤密,置换及拌入,加筋,其它,第 5 章 软弱土地基处理,常用地基处理方法及适用范围,1、碾压夯实,(1)重锤夯实,适用于碎石、砂石、粉土、低饱和度的粘性土、杂填土等,(2)机械碾压,(3)振动压实,(4)强夯法,第 5 章 软弱土地基处理,重锤夯实,第 5 章 软弱土地基处理,机械碾压,第 5 章 软弱土地基处理,强夯,第 5 章 软弱土地基处理,青岛港8号码头强夯挤淤工程,第 5 章 软弱土地基处理,2、换填垫层,(1)砂石垫层(2)素土、灰土垫层(3)矿碴垫层,适用于处理浅层软弱土地基,一般只应用于荷载不大的建筑物基础,第 5 章 软弱土地基处理,3排水固结,(1)预压
4、法,(2)砂井预压,(3)塑料排水带预压,(4)降水预压,适用于处理饱和软弱土层;对于渗透性极低的泥炭土,必须慎重对待,第 5 章 软弱土地基处理,堆载预压法,第 5 章 软弱土地基处理,砂井预压(包括袋装砂井、塑料排水带等),第 5 章 软弱土地基处理,真空膜,真空预压,第 5 章 软弱土地基处理,降水预压,第 5 章 软弱土地基处理,4振密挤密,(1)振冲桩,(2)灰土挤密桩,(3)砂石桩,适用于处理松砂、粉土、杂填土及湿陷性黄土,第 5 章 软弱土地基处理,振冲挤密,第 5 章 软弱土地基处理,振冲挤密法,第 5 章 软弱土地基处理,5置换及拌入,(1)振冲置换,(2)深层搅拌,(3)高
5、压喷射注浆,(4)石灰桩,(5)CFG桩,粘性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法对于排水剪强度 kPa时慎用,第 5 章 软弱土地基处理,振冲置换,第 5 章 软弱土地基处理,深层搅拌,第 5 章 软弱土地基处理,注浆,第 5 章 软弱土地基处理,喷粉桩施工,第 5 章 软弱土地基处理,水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩),第 5 章 软弱土地基处理,6加筋,(1)土工合成材料加筋,(2)树根桩,(3)加筋土,软弱土地基、填土及高填土、砂土,第 5 章 软弱土地基处理,三、地基处理的基本原则,在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素,如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求,荷载大小、
6、分布和种类,基础类型、布置和埋深,基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值,地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。,施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。,第 5 章 软弱土地基处理,5.2 换填垫层法,第 5 章 软弱土地基处理,换填垫层法:将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰)或其它性能稳定、无侵蚀性等材料,并压(夯、振)实至要求的密实度为止,这种地基处理的方法称为换填法.,第 5 章
7、软弱土地基处理,垫层的类型及适用范围表,第 5 章 软弱土地基处理,1、提高浅层地基承载力通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少;2、减小沉降量换填材料代替上部软弱土层,可减小这部分的沉降量、垫层扩散作用,使得下卧土层的压力减小,这相应减小下卧土层的沉降量;,第 5 章 软弱土地基处理,3、加速软弱土层的排水固结不透水基础直接与软弱土层相接触时,在荷载作用下,软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出,因而使基底下软弱土不易固结,产生较大的孔隙水压力,从而导致地基土强度降低,产生塑性破坏的危险。,第 5 章 软弱土地基处理,4、防治冻胀垫层材料孔隙大,不易产生毛细现象,可防治冻胀。5、消除膨胀土的胀
8、缩作用,第 5 章 软弱土地基处理,2、垫层设计,垫层设计要点,1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层,2、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。,第 5 章 软弱土地基处理,垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定,并符合下式要求:,垫层厚度的确定,式中垫层底面处的附加应力设计值(kPa);垫层底面处土的自重压力值(kPa);经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值(kPa)。,第 5 章 软弱土地基处理,pZ+pCZ faz,条基,独立基础,第 5 章 软弱土地基处理,压力扩散角(),换填材料,粘性土和粉土(8 14),第 5 章 软弱土地基处理,垫层宽度的确定,垫层顶
9、面每边宜比基础底面大0.3m,按当地开挖基坑经验的要求放坡,第 5 章 软弱土地基处理,垫层承载力的确定,表5-3 各种垫层的承载力表,压实系数,第 5 章 软弱土地基处理,沉降计算,第 5 章 软弱土地基处理,3.垫层施工,1)粒径小于0.002mm的胶体含量20%;2)液限L 40%;塑性指数Ip 17,在2235之间。3)自由膨胀率40%。,1)机械碾压法:机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程;2)重锤夯实法:重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度,然后自由落锤,不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿
10、的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土;3)平板振动法:平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。先振基槽两边,后振中间,其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100120kPa。,第 5 章 软弱土地基处理,4.例题,第 5 章 软弱土地基处理,5.3 强夯法和强夯置换法,第 5 章 软弱土地基处理,强夯法是通过840t的重锤(最重可达200t)和825m 的落距(最高可达40m),对地基土反复施加冲击和振动能量,将地基土夯实的地基处理方法);强夯置换法
11、是将重锤提到高处使其自由落下形成夯坑,并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料,使其形成密实的墩体的地基处理方法。可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。,第 5 章 软弱土地基处理,1.加固机理,目前,强夯法加固地基有三种不同的加固机理:动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。,第 5 章 软弱土地基处理,1.动力密实,采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理,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。,Dynami
12、c compaction,第 5 章 软弱土地基处理,非饱和土的夯实过程,就是土中的气相(空气)被挤出的过程,其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。,第 5 章 软弱土地基处理,在冲击动能作用下,地面会立即产生沉降,一般夯击一遍后,其夯坑深度可达0.61.0m,夯坑底部形成一层超压密硬壳层,承载力可比夯前提高23倍。,第 5 章 软弱土地基处理,2.动力固结,Menard根据强夯法的实践,首次对传统的固结理论提出了不同看法,认为饱和土是可压缩的新机理。,静力固结理论与动力固结理论的模型比较a)静力固结理论模型;b)动力固结理论的模型,Dynamic consolidation,第 5 章
13、软弱土地基处理,由于土体产生裂隙或趋于液化,引起渗透性增大。,第 5 章 软弱土地基处理,1)饱和土的压缩性;,2)产生液化;,3)渗透性变化;,4)触变恢复,夯击一遍的情况,夯击三遍的情况,第 5 章 软弱土地基处理,3.动力置换,Dynamic replacement,第 5 章 软弱土地基处理,动力置换类型,整式置换 桩式置换,第 5 章 软弱土地基处理,2.强夯法设计与施工,(1)有效加固深度,H有效加固深度(m),M夯锤重(t),h落距(m),系数,第 5 章 软弱土地基处理,(2)夯锤和落距,单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积,一般说夯击时最好锤重和落距大,则单击能量大,夯击击数少
14、,夯击遍数也相应减少,加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重落距总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。,第 5 章 软弱土地基处理,(3)夯击点布置及间距,等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。,夯距通常为515m,第 5 章 软弱土地基处理,(4)夯击击数与遍数,夯点的夯击击数,应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定量应同时满足下列条件:,1)最后两击的夯沉量不大干50mm,当单击夯击能量较大时不大于100mm;,2)夯坑周围地面不风发生过大隆起;,3)不因夯坑过深而发生起锤困难。,一般为410击。,遍数一般24遍。最后一遍是以低能量“搭夯”
15、即锤印彼此搭接。,第 5 章 软弱土地基处理,第 5 章 软弱土地基处理,(5)垫层铺设,垫层厚度一般为0.52.0m。铺设的垫层不能含有粘土。,(6)间歇时间,砂土连续,粘性土24周。,第 5 章 软弱土地基处理,效果检验 强夯施工结束后应间隔定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l2周:对粉土和粘性土地基可取34周。,室内试验,十字板试验,动力触探试验,静力触探试验,旁压试验,载荷试验,波速试验,旁压试验,第 5 章 软弱土地基处理,5.4 排水固结法,第 5 章 软弱土地基处理,排水固结法是利用地基排水固结的特性,通过施加预压荷载,并增设各种排水条件(砂井和排
16、水垫层等排水体),使土体中的孔隙水排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的一种软土地基处理方法。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成,保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度,提高地基的承载力和稳定性。,第 5 章 软弱土地基处理,排水系统,加压系统,排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。,第 5 章 软弱土地基处理,根据排水系统和加压系统的不同,排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。,排水固结法的种类,堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于:前者的排水系
17、统以天然地基土层本身为主;而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。,第 5 章 软弱土地基处理,1.排水固结法的原理,加 固 软 土 层,竖 向 排 水 体,排水垫层,水平排水盲沟,第 5 章 软弱土地基处理,堆载预压法就是用填土等外加荷载来增加总应力并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力的方法。,排水固结法的原理,第 5 章 软弱土地基处理,排水固结法的应用范围,用于处理软粘土地基,是十分有效的方法。,按照使用目的可以解决两个问题,沉降问题,稳定问题,第 5 章 软弱土地基处理,2.堆载预压法设计,堆载预
18、压的计算内容,1.选择竖向排水井,确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度,2.确定预压区范围、预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间,3.计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形,第 5 章 软弱土地基处理,1.砂井尺寸,砂井的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等,以随地基在批载预压过程中,在预期的时间内,达到所需要的固结度(通常定为80)。,(1)砂井直径和间距,常采用“细而密”原则。,一般砂井直径:300500mm;间距:68倍井径。,袋装砂井直径:70120mm;间距:1522倍井径。,第 5 章 软弱土地基处理,(2)砂
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