地基處理新技術(shù)講義（45頁(yè)內(nèi)容豐富）

1、地基處理新技術(shù)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(fù)合地基理論概要1.5地基處理技術(shù)新發(fā)展 土木工程建設(shè)中，當(dāng)天然地基不能滿足建設(shè)對(duì)地基的要求時(shí)，需要對(duì)天然地基進(jìn)行地基處理，形成人工地基，以滿足建筑物對(duì)地基的要求，保證建筑物對(duì)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(wèn)題 2.沉降、水平位移及不均勻沉降 3.滲透問(wèn)題 滲透問(wèn)題主要分為兩類：一類是堤壩蓄水構(gòu)筑物地基滲流量超過(guò)允許值時(shí)，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(guò)其允許值。水力比降是單位流徑上的水頭差損失 。 建筑物對(duì)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(duì)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(jī)質(zhì)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(jù)地基處理原理，可對(duì)地基處理進(jìn)行分類，將各方法歸納如下： （1）置換：置換是用物理學(xué)性質(zhì)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(fù)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(qiáng)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(jié)法：是指土體在一定荷載作用下固結(jié)、孔隙比減小、強(qiáng)度

3、提高，以達(dá)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(xué)材料，在地基中形成增強(qiáng)體，以達(dá)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(dòng)化學(xué)灌漿法。1.2地基處理分類 （4）振密、擠密法：是采用振動(dòng)或擠密的方法使未飽和土密實(shí)，以達(dá)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(qiáng)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(shè)置強(qiáng)度高、模量大的筋材，以達(dá)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(qiáng)度混凝土復(fù)合樁法、鋼筋混凝土復(fù)合樁法。1.

4、2地基處理分類 （6）冷熱處理：是通過(guò)凍結(jié)土體或培燒地基土體，改變土體物理力學(xué)性質(zhì)，以達(dá)到地基處理目的。 主要有：凍結(jié)法和燒結(jié)法。1.2地基處理分類 （7）托換：是對(duì)原有建筑物和基礎(chǔ)進(jìn)行處理和加固。 主要包括：基礎(chǔ)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(duì)于沉降不均勻造成傾斜的建筑物進(jìn)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(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理、安全使用，確保質(zhì)量。 1.3地基處理規(guī)劃程序1 11.4.1定義與分類： 經(jīng)過(guò)地基處理形成的人工地基通常有三種形式：均質(zhì)地基 （包括多

5、層地基）、復(fù)合地基和樁基。 復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體（天然地基土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。 1.4 復(fù)合地基理論概要 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基 散體材料樁復(fù)合地基復(fù)合地基 柔性樁復(fù)合地基 剛性樁復(fù)合地基 水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基 1. 4 復(fù)合地基理論概要 復(fù)合地基由兩個(gè)基本特點(diǎn)： 一、加固區(qū)是由基體和增強(qiáng)體兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異性的。 二、在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用。1.4 復(fù)合地基理論概要 計(jì)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(jù)一定的原則疊加這兩部分承載力得到復(fù)合地

6、基的承載力； 另一種是把樁體和樁間土組成的復(fù)合地基作為整體來(lái)考慮，如通過(guò)地基滑弧穩(wěn)定性分析法確定復(fù)合地基承載力。在穩(wěn)定性分析中采用復(fù)合土體的綜合指標(biāo)。1.4.2 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力計(jì)算 一、采用第一種計(jì)算思路復(fù)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(shí)際承載力修正系數(shù)，與地基土質(zhì)和成樁方法有關(guān)， 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(qiáng)度發(fā)揮度；m復(fù)合地基置換率， 為樁體面積，A為對(duì)應(yīng)的加固面積。1.4.2 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基承載力計(jì)算樁體地基的破壞方式 1.4.2 豎向增強(qiáng)體復(fù)合

7、地基承載力計(jì)算（一）剛性樁和柔性樁復(fù)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(jì)算：樁體極限承載力計(jì)算 按式1.4.2計(jì)算樁體極限承載力外，尚需計(jì)算樁身材料強(qiáng)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(jì)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(jì)算 柔性樁復(fù)合地基中，臨界樁長(zhǎng)是一個(gè)值得注意的問(wèn)題，龔曉南和段繼偉通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)，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?shù)淖冃巍⑤S力和側(cè)摩阻力主要集中在0lc(臨界荷載)深度內(nèi)，并給出了臨界樁長(zhǎng)計(jì)算圖。陳善雄用荷載傳遞函數(shù)法導(dǎo)出了臨界樁長(zhǎng)的計(jì)算公式：

8、 關(guān)于柔性地基的臨界樁長(zhǎng)問(wèn)題（二）散體復(fù)合樁地基 樁體極限承載力主要取決于樁側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限力。散體材料樁在荷載作用下，樁體發(fā)生鼓脹，樁周土進(jìn)入塑性狀態(tài)，可通過(guò)計(jì)算樁周土側(cè)限極限應(yīng)力計(jì)算單樁極限承載力。其一般表達(dá)式為： 樁體極限承載力計(jì)算 計(jì)算樁側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限應(yīng)力常用方法如下：1.Brauns(1978)計(jì)算式 該式是為計(jì)算碎石樁承載力提出的，其原理計(jì)算也適用于一般散體材料樁的情況。 Brauns認(rèn)為，在荷載作用下，樁體產(chǎn)生鼓脹變形使樁周土進(jìn)入被動(dòng)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(cè)土最大側(cè)向極限應(yīng)力計(jì)算1fM、fK、fR分別為平衡土體的樁周界面、滑動(dòng)

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(dòng)面成漏斗形，樁體鼓脹破壞段長(zhǎng)度等于2r0tgp，其中r0為樁體半徑， p =45+ /2， 松散材料樁樁體內(nèi)摩擦角；2）樁周土與樁體間摩擦力3) 不計(jì)地基土和樁體的自重。樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算 根據(jù)力的平衡，可得到在極限荷載作用下，樁周土上的極限應(yīng)力為：樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算1樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算1樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算12. 圓筒形孔擴(kuò)張理論計(jì)算式 根據(jù)Vesic圓孔擴(kuò)張理論（龔曉南1990），當(dāng)土體內(nèi)摩擦角=0時(shí)，樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算 當(dāng)土體內(nèi)摩擦角 時(shí)，極限狀態(tài)下，圓孔擴(kuò)張壓力pu表達(dá)式為:樁側(cè)土最大極限應(yīng)力計(jì)算剛度指標(biāo)I

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

11、算5.Wong H. Y.(1975)計(jì)算式 對(duì)于較小沉降量（25mm）的樁，Wong建議采用下式計(jì)算：樁體極限承載力計(jì)算 復(fù)合地基極限承載力計(jì)算式1.4.1中天然地基極限承載力除了直接通過(guò)載荷試驗(yàn)，以及其他土工試驗(yàn)資料外，常采用Skempton極限承載力公式進(jìn)行計(jì)算。 Skempton極限承載力公式為：樁體極限承載力計(jì)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(jù)式1.4.1得到復(fù)合地基極限承載力Pcf值。復(fù)合地基的容許承載力Pcc為：（三）復(fù)合地基容許承載力 當(dāng)復(fù)合地基加固區(qū)下臥層為軟弱土層時(shí)，按復(fù)合地基加固區(qū)容許承載力計(jì)算基礎(chǔ)的底面尺寸后，尚需對(duì)下臥層承載力進(jìn)行驗(yàn)算。要求作用在下臥層頂面處附加應(yīng)力P0和自重應(yīng)力r之和P不超過(guò)下臥層土的容許承載力R ，即(四)下臥層為軟弱土層時(shí)承載力驗(yàn)算 將樁體和樁間土作為整體來(lái)考慮，常采用圓弧穩(wěn)定分析法計(jì)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(dòng)面上，總的剪切力記為T，總抗剪切力為S，則沿該圓弧滑動(dòng)面破壞的安全系數(shù)K為： 通過(guò)