地基處理與加固讀書報(bào)告

1、.地基處理與加固讀書報(bào)告 Central South University 指導(dǎo)老師 姓名學(xué)號(hào) 完成時(shí)間 地基處理與加固新方法 深基坑預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù) 1 預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)的基本構(gòu)成及原理 1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)基本構(gòu)成 作為基坑開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的支擋技術(shù)，是由預(yù)應(yīng)力錨桿與噴射混凝土面層或木板面層結(jié)合而成的一種支護(hù)方法，其中預(yù)應(yīng)力錨桿是由眾多噸位較小的預(yù)應(yīng)力錨桿組成的系統(tǒng)錨桿。預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法由預(yù)應(yīng)力錨桿（索）、面層、錨下承載結(jié)構(gòu)和排水系統(tǒng)組成。如圖5所示。 預(yù)應(yīng)力錨桿分為自由段和錨固段，其中錨固段設(shè)置于潛在滑移面以外的穩(wěn)定土體中。面層是預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)體系中必不可少的組成

2、部分，常常采用掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，或?qū)⒛景迮c噴射混凝土結(jié)合共同作用。面層的主要作用在于承受土體壓力及水壓力，并將其傳遞至錨下承載結(jié)構(gòu)進(jìn)而傳遞到預(yù)應(yīng)力錨桿上；同時(shí)圍護(hù)承載體系間土體的穩(wěn)定，使其不至于塌落。由于面層厚度較薄，相對(duì)于傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)、地下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)而言，其剛度要小得多，柔性大，這就是稱之為預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)體系的緣由。 錨下承載結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱錨下結(jié)構(gòu)，是預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法的重要組成部分。在錨桿上施加的預(yù)應(yīng)力通過錨下承載結(jié)構(gòu)傳遞至需要錨固的巖土體上。錨下結(jié)構(gòu)通常由型鋼（工字鋼、槽鋼）、墊板、錨具組成。型鋼可豎直分段放置，也可水平多跨連續(xù)放置或通長(zhǎng)連續(xù)放置。 排水系統(tǒng)，通常設(shè)置地面排水溝，將

3、地表水排走，防止地表水滲透到土體中。在地下水以下的坑壁上設(shè)泄水孔，以便將噴射混凝土面層背后的水排走。在基坑底部應(yīng)設(shè)排水溝和集水坑，必要時(shí)采用井點(diǎn)降水法降低地下水水位。 圖5 預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法基本構(gòu)成 1.2 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)原理 預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)對(duì)潛在區(qū)內(nèi)的巖土體進(jìn)行錨固，錨桿設(shè)置時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力增加了巖土體潛在滑動(dòng)面上的正應(yīng)力和相應(yīng)的抗剪阻力，減少了沿潛在滑動(dòng)面的下滑力，增加了巖土體穩(wěn)定性，對(duì)巖土體介質(zhì)的潛在滑移面起“超前縫合”作用，具有主動(dòng)的約束錨固機(jī)制。 2 預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)的應(yīng)用范圍及局限性 2.1 應(yīng)用范圍 （1）臨時(shí)性支護(hù) 主要用于高層建筑、地下結(jié)構(gòu)的深基坑支護(hù)，面層可以使用

4、噴射混凝土，也可使用木板。 （2）永久性支護(hù) 城市地區(qū)的建筑邊坡加固，公路、鐵路路塹邊坡加固，隧道洞口挖方工程加固等。垂直或近乎垂直的開挖施工時(shí)采用預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)可使開挖量降至最少，同時(shí)還減少了公路用地。 （3）原有支護(hù)結(jié)構(gòu)修整加固 預(yù)應(yīng)力錨桿可通過原有擋土墻來設(shè)置，用來加固或加強(qiáng)原有失效或危險(xiǎn)的擋土結(jié)構(gòu)。這些擋土結(jié)構(gòu)主要有：已遭受結(jié)構(gòu)破壞或過量撓曲的毛石擋墻或鋼筋混凝土擋墻；由于鋼筋腐蝕或回填質(zhì)量差，損壞了加筋土墻。 2.2 局限性 （1）錨桿施工要求在土體中形成一般為2左右高的路塹。因此，土體必須有一定程度的天然粘聚力，否則就需要進(jìn)行掏槽、護(hù)道或減少路塹開挖層高度以穩(wěn) 定開挖面，這就增

5、加了施工的復(fù)雜性和施工費(fèi)用。 （2）現(xiàn)場(chǎng)需要有允許設(shè)置錨桿的地下空間。在城市中心地帶，擬開挖基坑鄰近的建筑有地下室或建筑物基礎(chǔ)且水平距離較小，錨桿無法設(shè)置，這時(shí)可用樁錨技術(shù)來完成支護(hù)，通過下調(diào)錨桿的位置和加大傾角使錨桿在地下室或建筑物基礎(chǔ)下穿過。 （3）對(duì)鉆孔困難的地層或限于當(dāng)?shù)卦O(shè)備條件而鉆孔困難的地層，鉆孔費(fèi)用高，導(dǎo)致整體造價(jià)提高。 （4）在軟粘土或易發(fā)生蠕變的黏土等土層，由于錨桿在這些土層中的摩阻力低，錨桿不可能有效的發(fā)揮其支撐能力，為了保持足夠的穩(wěn)定水平，需要較長(zhǎng)和高密度的錨桿，這在經(jīng)濟(jì)上市不合理的。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，在理論分析上主要采用極限平衡法，此方法需要假定各種

6、可能的破壞面位置,從中尋找臨界破壞面，并滿足規(guī)定的安全系數(shù)的要求。 3.1 破壞模式分析 基坑破壞模式在一定程度上揭示了基坑破壞形態(tài)和破壞機(jī)理，因此可以說是穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。穩(wěn)定分析對(duì)破壞模式的合理選擇具有依賴性。 如圖6所示，基坑的破壞模式主要有以下四種：其中圓弧破壞模式常發(fā)生在土質(zhì)基坑和有破碎結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu)的風(fēng)化巖基坑中；折線破壞模式發(fā)生在土質(zhì)基坑中有不規(guī)則的可能滑動(dòng)面折線滑動(dòng)面存在的場(chǎng)合，通常在該滑動(dòng)面的下部為基巖或硬土層；平面破壞模式常生在層狀巖體中或巖石為非層狀巖體但存在軟弱結(jié)構(gòu)面的基坑中；而圓弧平面復(fù)雜破壞模式常發(fā)生在上部為雜填土層或一般土層，下部為層狀層的基坑中。 圖6 基坑失穩(wěn)破

7、壞模式 3.2 穩(wěn)定性分析 所謂穩(wěn)定分析是按照基坑的某一種破壞形態(tài)和破壞機(jī)理，根據(jù)巖土工程條件、荷載條件以及支護(hù)工況所進(jìn)行的定量的受力平衡分析。將傳統(tǒng)的用于邊坡穩(wěn)定分析的極限平衡法用于基坑穩(wěn)定分析時(shí)，除考慮巖土體的力學(xué)指標(biāo)外，尚應(yīng)考慮錨桿預(yù)應(yīng)力的作用。如圖所示，假定基坑的破壞模式為平面破壞，其機(jī)理是自重及附加荷載作用下巖土體內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過層狀結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度而導(dǎo)致不穩(wěn)定巖土體作順層滑動(dòng)。 設(shè)有m層錨桿，將滑動(dòng)土體分為n條，取單位寬度的條塊 i 進(jìn)行受力分析，作用于條塊 i 上的力有土體自重Wi、地面超載Qi、法向反力Ni、切向力Ri與錨桿的極限承載力TRj 。 基坑的穩(wěn)定安全系數(shù) k 定義

8、為破壞面上的抗滑力Sf與下滑力s之比，根據(jù)法向力平衡和切向力平衡條件，可得 式中?i為破壞面與水平面的夾角；?i、ci為土體的內(nèi)摩擦角與粘聚力；li為土條 i 的底邊長(zhǎng)；SH為錨桿間的水平間距；?j為第j層錨桿與破壞面的夾角。 與土坡穩(wěn)定分析的瑞典條分法相比，上式的分子中多了三項(xiàng)： 其中，前二項(xiàng)為由錨桿的極限承載力所產(chǎn)生的抗滑因素，第三項(xiàng)為由于錨桿預(yù)應(yīng)力的作用而改善巖土體的力學(xué)性能的影響效應(yīng)，在設(shè)計(jì)時(shí)，無法量化其影響，僅作為安全儲(chǔ)備考慮。 3.3 錨桿承載力計(jì)算分析 錨桿計(jì)算時(shí)一般不計(jì)其抗剪、抗彎作用，假定桿為受拉工作狀態(tài)。錨桿的承載力取決以下三種破壞錨桿桿體強(qiáng)度破壞；錨固體從巖土中拔出破壞；

9、錨承載結(jié)構(gòu)破壞。錨桿的極限承載力直接取用以下三中較小者： (1) 桿體抗拉承載力： (2) 錨桿抗拔承載力： (3) 錨下結(jié)構(gòu)承載力： 式中d 、fyk為錨桿桿體的直徑和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；D、la為鉆孔的直徑和錨固段長(zhǎng)度；?k 為錨固體與巖土間摩擦力；?為影響系數(shù)，通常取1.2，主要考慮巖體摩擦力的離散性大，在相同安全系數(shù)下比其它兩項(xiàng)承載力的可靠程度差，因此適當(dāng)增加一些安全儲(chǔ)備；R1為錨下沖剪強(qiáng)度，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算；R2為錨具抗拉強(qiáng)度，根據(jù)螺桿直徑計(jì)算其強(qiáng)度，對(duì)錨索則有相對(duì)應(yīng)的錨具；R3為錨下承載體的承載力，由型鋼的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算確定。 4 預(yù)應(yīng)力錨桿體系柔性支護(hù)施工設(shè)備及步驟 4.1 施工

10、設(shè)備 潛孔鉆機(jī)、空壓機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)、鋼筋切斷機(jī)、電焊機(jī)、水泥漿攪拌機(jī)、注漿泵、張拉設(shè)備 4.2 預(yù)應(yīng)力錨桿體系柔性支護(hù)體系采用從上到下、分層開挖、分層支護(hù)的施工方法。具體的施工步驟： (1)分層向下開挖一定的深度 預(yù)應(yīng)力錨桿的間距通常為2.03.0m，開挖的深度一般約為2.03.0m,每層開挖位置在錨桿下約0.51.0m，由于預(yù)應(yīng)力錨桿的間距大于土釘間距，每次開挖的深度也較土釘支護(hù)大。 (2)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿 在該層作業(yè)面上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿，包括鉆孔、制作安裝錨桿、注漿等幾個(gè)環(huán)節(jié)。鉆孔需按設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度和角度，采用適用于巖土條件的鉆進(jìn)方法成孔。通過一定的措施使自由段內(nèi)的錨桿桿系與注漿體絕緣，以使錨桿在

11、施加預(yù)應(yīng)力時(shí)能自由伸縮。 (3)安裝錨下承載結(jié)構(gòu)和噴射混凝土 先布設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后安放錨下承載結(jié)構(gòu)，錨下承載結(jié)構(gòu)與坑壁應(yīng)保持一定的距離，噴射混凝土應(yīng)將型鋼翼緣噴滿，這樣可以提高型鋼局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性，同時(shí)增加錨下承載結(jié)構(gòu)的剛度。 (4)錨桿預(yù)應(yīng)力張拉 待注漿體強(qiáng)度和噴射混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。張 拉時(shí)可適當(dāng)進(jìn)行超張拉，以減小預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力張拉同時(shí)也是對(duì)錨桿質(zhì)量的一次檢驗(yàn)。 (5)繼續(xù)向下開挖一定的深度，并重復(fù)上述步驟，直至設(shè)計(jì)開挖深度。 高真空擊密法 1、快速“高真空擊密法”軟地基處理工法 1.1高真空擊密法對(duì)飽和軟土的加固機(jī)理 眾所周知，強(qiáng)夯法處理飽和軟土地基的關(guān)

12、鍵是孔隙水的排出和超孔隙水壓力的快速消散。本工法既是針對(duì)這一關(guān)鍵問題進(jìn)行研究和提出解決辦法的。 1.1.1 高真空排水對(duì)飽和軟土的固結(jié)作用 本工法的高真空排水對(duì)飽和軟土的固結(jié)作用分為兩個(gè)方面。 (1)第一遍高真空排水固結(jié) 通過特制與安設(shè)的高真空排水設(shè)備的排水，可迅速在所需處理的土體范圍內(nèi)生產(chǎn)高真空，促使孔隙水和孔隙氣體快速排出而導(dǎo)致土體固結(jié)。 (2)壓力差排水固結(jié) 第一遍高真空排水后實(shí)施的高能強(qiáng)夯，使所處理的土體在強(qiáng)夯產(chǎn)生的壓縮波作用下形成超孔隙水壓力和在剪切波作用下產(chǎn)生剪切破壞而形成滲水通道。在隨之而插入的高真空管作用下產(chǎn)生孔隙水壓力差而加速孔隙水排出與超孔隙水壓力消散，進(jìn)一步導(dǎo)致土體的排水

13、固結(jié)。 1.1.2孔隙水快速排出和超孔隙水壓力快速消散下的高能強(qiáng)夯固結(jié)作用 由于每遍的高能強(qiáng)夯是在高真空排水及已對(duì)土體產(chǎn)生一定的排水固結(jié)的基礎(chǔ)上疊加進(jìn)行的，此時(shí)土的含水量大為降低，密實(shí)度已有所提高。因此施加強(qiáng)夯后夯擊效應(yīng)得以迅速提高，土的密實(shí)度得以快速增大。高真空排水與高夯能擊密的互相配合與共同循環(huán)作用，使飽和軟土體在短時(shí)間內(nèi)迅速形成低含水量、高密實(shí)度的硬殼層，滿足建筑物對(duì)地基土的荷載與沉降要求。 1.2 快速“高真空擊密法”的理論創(chuàng)新 “壓力差主動(dòng)排水”：人為多次制造“壓差”，即利用適當(dāng)?shù)哪芰繐裘墚a(chǎn)生的超靜孔隙水壓力為“正壓”，然后同步插入高真空管產(chǎn)生“負(fù)壓”，“正壓”和“負(fù)壓”形 成可大于

14、一個(gè)大氣壓的“壓差”，進(jìn)而可以達(dá)到低滲透軟土含水量逐步降低的目的。 “超固結(jié)硬殼層”： 由于“高真空大能量擊密”多次相互作用（等效靜壓力可達(dá)300-500MPa），使軟土表層形成“超固結(jié)硬殼層”，經(jīng)應(yīng)力擴(kuò)散能較好的增大地基的抗變形能力。 “硬殼層作用下不留排水通道工后沉降估算”：通過大量的科研和實(shí)踐證明，由于高真空擊密施工后不留排水通道，工后沉降的速率和工后沉降量將明顯小于常規(guī)計(jì)算。 1.3 快速“高真空擊密法”的設(shè)計(jì)要素 采用特制的高真空系統(tǒng)強(qiáng)制調(diào)整土體的含水量，控制需處理的土體逐步接近最優(yōu)含水量； 在需處理土體分遍逐步接近最優(yōu)含水量的同時(shí)，采用特制的大型擊密設(shè)備分遍擊密需處理的土體，逐步接

15、近最大密實(shí)度； 根據(jù)處理土體的自振頻率，調(diào)整擊振頻率； 正確計(jì)算被處理土體超空隙水壓力的消散時(shí)間，合理確定土體每遍擊密的固結(jié)恢復(fù)時(shí)間，嚴(yán)防“彈簧土”的形成 根據(jù)不同土體的滲透系數(shù)、含水量，分層多遍強(qiáng)制調(diào)整各層的真空度、真空氣、平衡參數(shù)； 根據(jù)地基的處理深度要求，正確計(jì)算各層不同土體擊密所需的擊振能量。 1.4與其它軟土處理工法相比，高真空擊密法具有下述特點(diǎn)： (1)單位面積施工工期為1025天，是其它常規(guī)方法的1312； (2)工程造價(jià)低，一般僅為常規(guī)工法的4080； (3)通過特有工藝可有效控制軟土的含水量、密實(shí)度、工前沉降與差異沉降，快速提高土體的承載力，達(dá)到施工質(zhì)量可控； (4)可克服真

16、空度沿塑料排水板深層衰減及塑料排水通道存在工后沉降較大的缺陷，以及克服一般強(qiáng)夯法對(duì)飽和軟土施工易生產(chǎn)“彈簧土”的缺陷。 1.5 快速“高真空擊密法”施工流程 從上述工藝流程可見，根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料和分次的擊密效果檢測(cè)資料不斷調(diào)整施工參數(shù)，來逐漸接近設(shè)計(jì)目標(biāo)是本工法一個(gè)主要特點(diǎn)，它體現(xiàn)了實(shí)踐一認(rèn)識(shí)一實(shí)踐的不斷深化過程，從而可確保施工的工程質(zhì)量。 1.6 快速“高真空擊密法”施工工藝 主要有振擊法、錘擊法、沖擊法三種或三種結(jié)合使用 1.7 快速“高真空擊密法”的信息化施工 對(duì)分部流程各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)并調(diào)整施工參數(shù) 含水量 靜力觸探等原位測(cè)試 擊振頻率 擊振能量 真空度調(diào)整 超孔隙水壓力消散時(shí)間 2

17、、快速“高真空擊密法”技術(shù)介紹 2.1 高真空擊密法的技術(shù)要點(diǎn) 高真空擊密法屬快速排水、快速擊密固結(jié)的工法，施工設(shè)計(jì)有下述技術(shù)特點(diǎn)： (1)根據(jù)地層巖性特征采用特制的高真空系統(tǒng)強(qiáng)制調(diào)整土體的含水量，控制需處理的土體逐步接近加固密實(shí)的最優(yōu)含水量； (2)與控制所需處理土體逐步接近最優(yōu)含水量相適應(yīng)，同步用特制的大型擊密設(shè)備對(duì)所需處理土體實(shí)施分遍擊密，使之逐步接近最大密實(shí)度； (3)施工中，根據(jù)土體的自振頻率，調(diào)整擊振頻率； (4)根據(jù)不同土體的滲透系數(shù)，含水量，分層多遍強(qiáng)制調(diào)整各層土的真空度，真空氣量、平衡參數(shù)； (5)按地基的處理深度要求，正確計(jì)算各種條件下土體擊密所需的擊振能量； (6)正確確

18、定超孔隙水壓力消散時(shí)間與每遍擊密的固結(jié)恢復(fù)時(shí)間，防止形成“彈簧土”。 2.2壓力差排水 適能量擊密產(chǎn)生的孔隙水壓力為“正壓”，高真空通過插入的真空管產(chǎn)生“負(fù)壓”，從而產(chǎn)生“壓差”（可達(dá)1.2-1.5個(gè)大氣壓）； “壓差”的形成使得低滲透系數(shù)軟土孔隙水排出； 通過人為多次制造“壓差”，使得軟土含水量逐步降低，承載力逐步提高。 高真空+多遍擊密下土應(yīng)力的變化 1500kNm沖擊荷載下飽和土的塑性區(qū) 1500kNm沖擊荷載下非完全飽和土的塑性區(qū) 結(jié)論: 如上可見，多遍沖擊過程中孔壓消散率越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)也越明顯，同時(shí)減輕了沖擊荷載對(duì)土的結(jié)構(gòu)破壞，大大降低了夯擊過程中地基土出現(xiàn)“橡皮土”的風(fēng)險(xiǎn)。 高真空擊密法就是通過增加多遍高真空排水工序，來達(dá)到提高強(qiáng)夯擊密效果 的目的。但高真空排水不是強(qiáng)夯法的輔助手段，而至少是與強(qiáng)夯法同等重要的工序。 2.3 “快速”的機(jī)理 通過調(diào)整真空管的間距、真空度、時(shí)間等，控制軟土中的孔隙水消散時(shí)間，使得原規(guī)范中的軟土孔隙水自然消散時(shí)間從3-4周縮短為5-7天。 一般工程設(shè)計(jì)中采用3-4遍“高真空擊密法”，施工總時(shí)間僅為21-28天。 2.4 施工參數(shù)的控制 工后沉降的控制： 通過調(diào)整地基處理深度，“高真空擊密”處理遍數(shù)等施工參數(shù)，有效控制每一區(qū)域的施工沉降，從而使工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求 差異沉降