《土力學(xué)2》第六章地基處.ppt

第六章 地基處理 Ground improvement,6.1 概述,淺基礎(chǔ),當(dāng)承載力,沉降,液化,凍脹不滿足設(shè)計(jì)要求 (1) 采用深基礎(chǔ),樁基礎(chǔ) (2) 處理地基土,改善土性,一 地基處理的目的,1 提高土的強(qiáng)度-地基承載力 2 增加土的剛度-減少地基沉降量 3 改善地基土的水力特性 (1)防滲,堤壩,閘基,池(濕陷,膨脹性土) (2)排水:軟基固結(jié)滲流,擋土墻排水 (3)滲透穩(wěn)定性:長(zhǎng)江大堤的管涌,流土.采用反濾 (4)抗凍性:實(shí)質(zhì)是滲透性,減少毛細(xì)現(xiàn)象,加強(qiáng)排水 改善抗震性能:(1)液化:加密,圍封（水床）;(2)震陷:干松砂和溶洞.,哪些土需要處理？,淤泥土與淤泥質(zhì)土muck, mucky soil 泥炭,泥炭質(zhì)土Peat 填土,回填土Fill, backfill 松砂Loose sand 區(qū)域性土Regional soil,2 軟土和特殊土地基,2.1淤泥土與淤泥質(zhì)土muck, mucky soil (1)定義 淤泥土孔隙比 void ratio e1.5, l (Il1.0) 淤泥質(zhì)土孔隙比 e=1.01.5,l (Il1.0) (2)土性 *高含水量 =4090% even 100% *高壓縮性 a 0.53.0Mpa-1 *高流變性 : 次固結(jié)量隨時(shí)間增加 *低強(qiáng)度 Cu 30 kPa vane shear test *低滲透性 10-6 10-8cm/s, 固結(jié)過程長(zhǎng),a 0.5Mpa-1 Cu 30 kPa,2.2泥炭,泥炭質(zhì)土 Peat 定義: 泥炭e1.5,l (Il1.0),有機(jī)含量 30%(Beijing) 泥炭質(zhì)土 e=1.01.5,l (Il1.0)有機(jī)含量10-30% 土性 *高含水量 *高壓縮性, 快, 不均勻 * 高流變性 *低強(qiáng)度 Cu 30 kPa *高滲透性,2.3 填土,回填土Fill, backfill,雜填土Miscellaneous fill :建筑垃圾，衛(wèi)生填埋，不均勻，不穩(wěn)定 沖填土Hydraulic fill :細(xì) 欠固結(jié),素填土Plain fill,礫石，砂，粉土，粘性土 2.4松砂Loose sand Dr 0.85 易液化，振陷,2.5 區(qū)域性土Regional soil,濕陷性黃土Collapsible loess (silt): 廣泛分布，大孔隙，高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,200kPa,s=(hd-hw)/h00.015,s=(ed-ew)/(1+e0),ed,ew,200kPa,荷載板試驗(yàn) 200kPa, 荷載不變 注水沉降/b=0.023,膨脹土Expansive soil 蒙特石含量高 凍土 Frozen soil, 凍脹性,3 地基處理方法分類,3.1 加密法Densification 3.2 換土墊層法Soil replacement 3.3 膠結(jié)法Cementation 3.4 加筋法Soil reinforcement,原則：技術(shù)經(jīng)濟(jì),降低壓縮性，提高強(qiáng)度 1碾壓Compaction by rolling 1.1 振動(dòng)平胎碾礫石 羊足碾粘性土或粉土,6.2 加密法,平滑鼓型振動(dòng)碾 Vibrocompaction for sand,振動(dòng)平板碾級(jí)配砂或者砂、礫和粘性土的混合土 Vibrating plate for hand operation Vibrating rollers produce high compaction in a well-graded sand and in a clay, sand and gravel mixture,雙向振動(dòng)平板夯 HZR-22B型 新寶,工作時(shí)操縱驅(qū)動(dòng)手柄，可實(shí)現(xiàn)雙向（向前向后）自動(dòng)行走夯實(shí)，適合狹窄地帶和小面積的夯實(shí)； 發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī) G270 額定功率（KW） 9 主要性能 長(zhǎng)X寬X高（mm） 1154595 重量（KG） 260 壓實(shí)深度（mm） 400 底板面積（mm） 320450 沖擊系統(tǒng) 機(jī)械式 沖擊力（公斤） 38 (3.8噸) 行走速度（米/分） 15-25 沖擊頻率（次/分） 68,1.2爆破 Densification by explosion,振動(dòng)引起液化，在爆炸和重力作用下振密到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 適合于干凈的松砂、粉砂 Dr = 0.50.6. 加密有時(shí)效性,錘重 落距 10 kg, 100cm 12t, 34m 10t, 10m,1.3 強(qiáng)夯法 dynamic consolidation,Heavy tamping,(1)強(qiáng)夯機(jī)理 :動(dòng)態(tài)能量, 波的傳播和固結(jié); (2)深層加密, Manerd formulation M(KN),h(m),k=510. (3) 適用于礫、砂、非飽和粉土和粘性土,二 深層擠密法 (一)擠密法種類 1 預(yù)制樁：楔形樁,混凝土,木,1.54.0m, =512o,很少用了 2 沉管擠密樁 (1)沉管:封口或者活瓣,打入,加料,拔出.振動(dòng),錘擊 (2)材料：土樁(原狀土粉,粉質(zhì)粘土再夯入);灰土樁,砂石樁;夯實(shí)水泥土樁，二灰樁(加粉煤灰)，柱錘沖擴(kuò)法 (3)適用于填土,松砂,濕陷性黃土,一般粘性土Sr60%.,砂樁,振沖樁 (起源于德國,我國于70年代引入) (1)設(shè)備,振沖器d=270420mm,l=23m, G=820KN (2)原理:振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動(dòng)加密,使顆粒移動(dòng) 沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(jié),(3)填料 粗顆粒(粘細(xì)粒少);級(jí)配好;最大顆粒50mm,010 最好 1020 2030 3050 差 50 不宜,(4)適用于松砂,素填土,雜填土和一般粘性土,不適用于淤泥和淤泥質(zhì)土,振沖器,深層擠密法小節(jié),施工方法：沉管，振沖等 材料：砂石樁、夯實(shí)水泥土樁，灰土擠密樁，土樁，柱錘沖擴(kuò)樁 由這些擠密方法形成的樁與原地基土一起構(gòu)成復(fù)合地基Composite ground,梅花形,t,d,正方形,d,（三） 復(fù)合地基,1復(fù)合地基; 2 擠密效果,已知t,d 求e2，或者已知e2,d 求 t,孔隙比 總斷面積 高度 固相比例 固相體積 e1 H 1/(1+ e1) Vs1=A1H/ (1+ e1) E2 H 1/(1+ e2) Vs1=A2H/ (1+ e2),3 復(fù)合地基的承載力,1）經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 樁土應(yīng)力比 n= p / s與土性有關(guān),隨荷載過程變化,對(duì)于碎石樁n=24 面積置換率m=Ap/A 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,2） 載荷試驗(yàn)法 s/d=0.015-0.02時(shí)的p,p,mm,例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁,（1）t=90cm,d=40cm 加密前e1=0.96,d=1.379 加密后e2=0.61,d=1.679（15點(diǎn)平均） 用公式 （2）承載力，原狀土f0k=132kPa,樁土應(yīng)力比 n = p / s = 3.48, m=0.179, 載荷試驗(yàn)fk=228kPa, s=158kPa, p =550kPa; s/d=0.008. 公式計(jì)算： fk=1+m(n-1) f0k=191kPa,四 預(yù)壓固結(jié)法,（一）預(yù)壓原理，原位自重應(yīng)力s，建筑物附加應(yīng)力z, 預(yù)加壓力t=(1.21.5) z,變形,強(qiáng)度,適用于飽和軟粘土（1）淤泥及淤泥質(zhì)土（2）沖填土（3）填海（湖）造田。,2 預(yù)壓方法 preloading,（1）堆載預(yù)壓 （2）降水預(yù)壓 增加有效應(yīng)力wellpoint system （3）真空預(yù)壓 密封層,基坑降水預(yù)固結(jié),設(shè)計(jì)坑底,坑底降水深度,D,坑底降水線,z,-u,真空預(yù)壓 密封層,思考題,為什么降水預(yù)壓和真空預(yù)壓不會(huì)引起土體破壞。堆載預(yù)壓則可能由于速度太快而造成地基破壞？,預(yù)壓固結(jié)的加載速率,快加載不排水破壞 分級(jí)慢排水達(dá)到密實(shí)固結(jié),(二）固結(jié)-砂井固結(jié)排水,例單向滲流固結(jié) a=0.5MPa-1 k=510-7cm/s e0=1.0， 10m厚 U=94% t=1.6年 這顯然不合適 砂井固結(jié)：為加快固結(jié)速度，增加水平向滲流,作業(yè) 5-4，5-7,D,dw,D,1 微分方程軸對(duì)稱,三維滲流固結(jié)問題 Carrillo認(rèn)為可以分解成兩個(gè)方向的滲流固結(jié)問題疊加,2 微分方程的解,按各自的邊界條件分別求解，公式518，積分后得到，假設(shè),n為井徑比=de/dw,De有效直徑1.05D（三角）,1.13D（正方）,上例中dW=25cm, D=2.5m，U=94% 只需要20天 思考題：增加井徑dW,減少間距de哪個(gè)有效？,3 塑料排水板,砂井（1）砂量（2）易斷（3）工程造價(jià) 近年更多使用塑料排水板，等效直徑,加密法小節(jié),淺層：碾壓、 深層：爆破、強(qiáng)夯 預(yù)制混凝土樁，沉管，振沖等 預(yù)壓固結(jié) 由深層擠密形成樁體與地基土構(gòu)成復(fù)合地基，擠密后的承載力計(jì)算 砂井排水預(yù)壓固結(jié)計(jì)算,6.3 換填法Soil replacement,1 墊層法 1.1 材料 (1)堆石,塊石,毛石,拋石擠淤 (2)礫,中粗砂,振動(dòng)壓實(shí),防凍,防液化,加速固結(jié)(3)灰土,三合土(有一定膠結(jié))灰土2:8,3:7, 土-粉土,粉質(zhì)粘土;三合土:灰土,灰渣及碎磚瓦 (4)工業(yè)廢渣:粉煤灰,礦渣 (5)素土:Ip=1017,濕陷性黃土換除,分層墊入,壓實(shí),2 墊層法的適用性 (1)軟粘土和淤泥 (2)濕陷性土 (3)填土,一般粘性土承載力低 墊層設(shè)計(jì) 人工持力層,因此要對(duì)軟弱下臥層驗(yàn)算 (1)持力層承載力 pf, 確定材料及密度 (2)深度設(shè)計(jì) 一般要求0.5m墊層的擴(kuò)散和技術(shù)的要求 3.0m工程量,經(jīng)濟(jì)性 按承載力設(shè)計(jì)(與軟弱下臥層相似),Z + CZ f(z+d) 見表5-1, z/b0.5,2330o Bb+2ztg +2 30cm 便于壓實(shí)機(jī)械施工 B b+z 側(cè)向擠壓(淤泥) =02.0,b,回填土,B= b+2ztg ,d,z,6.4 膠結(jié)法,一 灌漿 1 水泥和粘土漿 可灌物凈空比 R=Dpore/d=23; Dpore、 d為被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑，防止堵塞 可灌比 N=D15/d851015, 85%的灌漿材料充填 適用于礫石,粗砂，用以防滲，灌注樁加固,單液硅化法和堿液法 硅酸鈉，氫氧化鈉氯化鈣 3 化學(xué)灌漿丙烯酰胺，聚氨酯 真溶液易灌， 凝固時(shí)間和強(qiáng)度可控， 污染， 造價(jià)高,二 高壓噴射注漿法,高壓旋噴 單管:漿液 雙管:內(nèi)漿外氣 三管:氣, 水, 漿 適用于:人工填土;黃土及一般粘性土;軟粘土;砂石,旋噴樁施工順序,三 深層攪拌法 Deep mixing 水泥土攪拌法,軟粘土加固 1 工藝和機(jī)械 2 地基，高速公路，基坑,四 加筋法,（一）土工合成材料技術(shù)發(fā)展 （二）土工合成材料功能 防滲， 不透水膜， 三峽二期圍堰的防滲墻上部采用土工膜, 固體廢物填埋場(chǎng),三峽,排水溝,表土覆蓋層,表面隔斷層,基礎(chǔ)隔斷層,地基基礎(chǔ),垃圾滲水,和地下水的距離,滲水導(dǎo)管,氣體導(dǎo)管,豎井,地質(zhì)屏障,經(jīng)處理的地質(zhì)屏障,地下水,氣體收集,滲水收集,垃 圾 體,垃圾填埋體的主要構(gòu)成,反濾，防沖 防止?jié)B透破壞，水土流失 (護(hù)坡)， 無紡織物 加筋:格柵,土工布,條帶,纖維加筋 隔離 排水,塑料排水板,如清華草地,隔離,Railroad stabilization Geotextile reduce maintenance and extend the racks service life. They also prevent the loss of costly ballast, reduce rail deformation and increase the ballasts load carrying capacity.,Drainage for subsurface drains High permeable, non-biodegradable soil filtering fabrics a