地基處理新技術講義（45頁內容豐富）

1、地基處理新技術龔曉南 著第一章 緒論1.1地基處理的目的和意義1.2地基處理原理和分類1.3地基處理規(guī)劃程序1.4復合地基理論概要1.5地基處理技術新發(fā)展 土木工程建設中，當天然地基不能滿足建設對地基的要求時，需要對天然地基進行地基處理，形成人工地基，以滿足建筑物對地基的要求，保證建筑物對地基的正常使用。1.1地基處理的目的和意義 1.地基承載力或穩(wěn)定性問題 2.沉降、水平位移及不均勻沉降 3.滲透問題 滲透問題主要分為兩類：一類是堤壩蓄水構筑物地基滲流量超過允許值時，其后果是造成較大的水量損失，甚至蓄水失敗。另一類是地基中水力比降超過其允許值。水力比降是單位流徑上的水頭差損失 。 建筑物對地

2、基的要求主要包括以下方面 軟弱地基或不良地基：不能滿足建筑物對地基要求的天然地基稱為軟弱地基或不良地基。 軟弱地基主要有：軟粘土、人工填土、濕陷性土、有機質土、泥炭土、膨脹土、多年凍土、巖溶、土洞和山區(qū)地基等。1.1地基處理的目的和意義 根據地基處理原理，可對地基處理進行分類，將各方法歸納如下： （1）置換：置換是用物理學性質較好的巖土材料置換天然地基中的軟弱土或不良土，形成雙層地基或復合地基。 主要包括：換土墊層法、擠淤置換法、振沖置換法、沉管碎石樁法、強夯置換法、砂樁置換法、石灰樁法、EPS超輕材料填土法。1.2地基處理分類 （2）排水固結法：是指土體在一定荷載作用下固結、孔隙比減小、強度

3、提高，以達到提高地基承載力、減小工后沉降的目的。 （3）灌入固化物：是向土體中灌入或拌入水泥、石灰或其他化學材料，在地基中形成增強體，以達到處理地基的目的。 主要有：深層攪拌法、高壓噴射注漿法和電動化學灌漿法。1.2地基處理分類 （4）振密、擠密法：是采用振動或擠密的方法使未飽和土密實，以達到提高地基承載力和減少沉降的目的。 主要有：原位壓密法、強夯法、振沖壓密法、擠密砂樁法、爆破擠密法、石灰樁法。1.2地基處理分類 （5）加筋：在地基中設置強度高、模量大的筋材，以達到提高地基承載力，減少沉降的目的。 主要有：加筋土法、土釘墻法、錨固法、樹根樁法、低強度混凝土復合樁法、鋼筋混凝土復合樁法。1.

4、2地基處理分類 （6）冷熱處理：是通過凍結土體或培燒地基土體，改變土體物理力學性質，以達到地基處理目的。 主要有：凍結法和燒結法。1.2地基處理分類 （7）托換：是對原有建筑物和基礎進行處理和加固。 主要包括：基礎加寬法、墩式托換法、樁式托換法、地基加固法和綜合加固法。 （8）糾偏：是指對于沉降不均勻造成傾斜的建筑物進行矯正的手段。 主要有：加載糾偏法、掏土糾偏法、頂升糾偏法和綜合糾偏法。1.2地基處理分類 選擇地基處理方法的總原則：力求做到技術先進，經濟合理、安全使用，確保質量。 1.3地基處理規(guī)劃程序1 11.4.1定義與分類： 經過地基處理形成的人工地基通常有三種形式：均質地基 （包括多

5、層地基）、復合地基和樁基。 復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體）和增強體兩部分組成的人工地基。 1.4 復合地基理論概要 豎向增強體復合地基 散體材料樁復合地基復合地基 柔性樁復合地基 剛性樁復合地基 水平向增強體復合地基 1. 4 復合地基理論概要 復合地基由兩個基本特點： 一、加固區(qū)是由基體和增強體兩部分組成，是非均質和各向異性的。 二、在荷載作用下，基體和增強體共同承擔荷載的作用。1.4 復合地基理論概要 計算思路：一種是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，根據一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地

6、基的承載力； 另一種是把樁體和樁間土組成的復合地基作為整體來考慮，如通過地基滑弧穩(wěn)定性分析法確定復合地基承載力。在穩(wěn)定性分析中采用復合土體的綜合指標。1.4.2 豎向增強體復合地基承載力計算 一、采用第一種計算思路復合地基的極限承載力Pcf可用下式表示：式中 分別為樁體、天然地基極限承載力，kPa；K1、k2分別為樁體和樁間土實際承載力修正系數，與地基土質和成樁方法有關， K1一般大于1； k2可能大于1， 也可能小于1。 分別為樁體和樁間土極限強度發(fā)揮度；m復合地基置換率， 為樁體面積，A為對應的加固面積。1.4.2 豎向增強體復合地基承載力計算樁體地基的破壞方式 1.4.2 豎向增強體復合

7、地基承載力計算（一）剛性樁和柔性樁復合地基 樁體極限承載力可采用類似摩擦樁極限承載力公式計算：樁體極限承載力計算 按式1.4.2計算樁體極限承載力外，尚需計算樁身材料強度允許的單樁承載力，即 Ppf=q (1.4.3) 由式1.4.2和式1.4.3計算所得的二者取較小值為樁的極限承載力。 樁體極限承載力計算 柔性樁復合地基中，臨界樁長是一個值得注意的問題，龔曉南和段繼偉通過現場足尺試驗，研究了水泥土攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律得出：傳遞到樁端的荷載占樁頂荷載的比例甚少，樁頂的變形、軸力和側摩阻力主要集中在0lc(臨界荷載)深度內，并給出了臨界樁長計算圖。陳善雄用荷載傳遞函數法導出了臨界樁長的計算公式：

8、 關于柔性地基的臨界樁長問題（二）散體復合樁地基 樁體極限承載力主要取決于樁側土體所能提供的最大側限力。散體材料樁在荷載作用下，樁體發(fā)生鼓脹，樁周土進入塑性狀態(tài)，可通過計算樁周土側限極限應力計算單樁極限承載力。其一般表達式為： 樁體極限承載力計算 計算樁側土體所能提供的最大側限應力常用方法如下：1.Brauns(1978)計算式 該式是為計算碎石樁承載力提出的，其原理計算也適用于一般散體材料樁的情況。 Brauns認為，在荷載作用下，樁體產生鼓脹變形使樁周土進入被動極限平衡狀態(tài)，樁周土極限平衡區(qū)如圖1-4-1（a）所示。樁側土最大側向極限應力計算1fM、fK、fR分別為平衡土體的樁周界面、滑動

9、面和地表面的面積。假定：1）樁周土極限平衡區(qū)位于樁頂附近，滑動面成漏斗形，樁體鼓脹破壞段長度等于2r0tgp，其中r0為樁體半徑， p =45+ /2， 松散材料樁樁體內摩擦角；2）樁周土與樁體間摩擦力3) 不計地基土和樁體的自重。樁側土最大極限應力計算 根據力的平衡，可得到在極限荷載作用下，樁周土上的極限應力為：樁側土最大極限應力計算1樁側土最大極限應力計算1樁側土最大極限應力計算12. 圓筒形孔擴張理論計算式 根據Vesic圓孔擴張理論（龔曉南1990），當土體內摩擦角=0時，樁側土最大極限應力計算 當土體內摩擦角 時，極限狀態(tài)下，圓孔擴張壓力pu表達式為:樁側土最大極限應力計算剛度指標I

10、r表達式為：樁側土最大極限應力計算 由式1.4.10和式1.4.12可分別計算=0和 兩種情況下樁間土所能提供的側向極限應力Pu值，由式1.4.4可得散體材料樁極限承載力表達式：樁體極限承載力計算3.Haughes和Withers(1974)計算式 Haughes和Withers用極限平衡理論分析，建議按下式計算樁間土側向極限應力值：樁體極限承載力計算Haughes和Withers根據原型觀測資料分析，樁體極限承載力計算4.被動土壓力法 通過計算樁周土中的被動土壓力可以計算樁周土對散體材料樁的最大側限壓力。根據被動土壓力可得樁體極限承載力表達式為（又超載時郎肯被動土壓力公式）：樁體極限承載力計

11、算5.Wong H. Y.(1975)計算式 對于較小沉降量（25mm）的樁，Wong建議采用下式計算：樁體極限承載力計算 復合地基極限承載力計算式1.4.1中天然地基極限承載力除了直接通過載荷試驗，以及其他土工試驗資料外，常采用Skempton極限承載力公式進行計算。 Skempton極限承載力公式為：樁體極限承載力計算 已知樁體極限承載力Ppf和樁間土極限承載力Psf，則可根據式1.4.1得到復合地基極限承載力Pcf值。復合地基的容許承載力Pcc為：（三）復合地基容許承載力 當復合地基加固區(qū)下臥層為軟弱土層時，按復合地基加固區(qū)容許承載力計算基礎的底面尺寸后，尚需對下臥層承載力進行驗算。要求作用在下臥層頂面處附加應力P0和自重應力r之和P不超過下臥層土的容許承載力R ，即(四)下臥層為軟弱土層時承載力驗算 將樁體和樁間土作為整體來考慮，常采用圓弧穩(wěn)定分析法計算。二、將樁體和樁間土作為整體分析樁體極限承載力 在圓弧滑動面上，總的剪切力記為T，總抗剪切力為S，則沿該圓弧滑動面破壞的安全系數K為： 通過