8上海交大 土力學(xué) 課件8

1、第八章 軟弱地基處理第一節(jié) 概 述一、軟弱地基土的特征 由軟弱土組成的地基稱為軟弱地基。 軟弱土系指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其它高壓縮性土。 淤泥、淤泥質(zhì)土在工程上統(tǒng)稱為軟土。 1、軟土 軟土的工程特性如下： (1) 含水率高，孔隙比大； (2) 壓縮性高； (3) 抗剪強度低； (4) 滲透性較差； (5) 具有明顯的流變性。 第一節(jié) 概 述2、沖填土 沖填土是在整治和疏通江河時，用挖泥船或泥漿泵把江河或港灣底部的泥砂用水力沖填形成的。 沖填土的物質(zhì)成分比較復(fù)雜： （1） 若以粉土、粘土為主，則屬于欠固結(jié)的軟弱土； （2） 當(dāng)沖填土主要由中砂粒以上的粗顆粒組成時，則不屬于軟弱土。

2、第一節(jié) 概 述3、雜填土 雜填土一般是覆蓋在城市地表的人工雜物。 包括： 碎磚瓦塊等建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾等。 雜填土主要特性： （1） 強度低； （2） 壓縮性高； （3） 均勻性差。第一節(jié) 概 述 二、地基處理的目的 目的 改善地基土的性質(zhì)，滿足建筑物地基的穩(wěn)定和變形要求，包括改善地基土的變形特性和滲透性，提高其抗剪強度和抗液化能力。 方法 每一具體工程都應(yīng)從地基條件、目標(biāo)要求、工程費用及材料、機具來源等方面進行綜合分析，以確定合適的地基處理方法。第一節(jié) 概 述軟弱土地基處理方法分類表 第二節(jié) 碾壓法與夯實法 一、土的壓實原理控制土的壓實效果的主要因素有：土的含水量，壓實機械、壓實功

3、能、添加料。壓實效果用干密度d來衡量，壓實后d =1.61.7g/cm3。二、機械碾壓法 機械碾壓法是利用壓路機、羊足碾、平碾等機械將地基土壓實。 對于雜填土地基，應(yīng)把影響深度以上部分挖去，然后分層碾壓并逐層回填碾壓； 對于粘性土地基的碾壓，一般用質(zhì)量為810315103kg的平碾（或振壓機）或12103kg的羊足碾，每層鋪土厚度為2030cm，碾壓數(shù)遍。第二節(jié) 碾壓法與夯實法 壓實功能 影響夯擊的壓實功能的因素有：夯錘的重量、落高、夯擊次數(shù)、被夯擊土的厚度 影響碾壓的壓實功能的因素有：碾壓機具的重量、接觸面積、碾壓遍數(shù)、土層的厚度第二節(jié) 碾壓法與夯實法第二節(jié) 碾壓法與夯實法 壓實條件 指壓實

4、時被壓實土層的特點，所采用壓實機械的功能和性能，壓實的方法和方式等。 其它因素 如：土的顆粒粗細、級配、礦物成分、添加材料等因素。第二節(jié) 碾壓法與夯實法二、重錘夯實法適用類型：非飽和粘性土或雜填土、濕陷性黃土。主要機具：起重機、重錘。影響夯實效果的因素：錘重、錘底的直徑、落距、夯擊的遍數(shù)、夯實土的種類和含水量第二節(jié) 碾壓法與夯實法 適用范圍 處理距地下水位0.8m以上稍濕的雜填土、粘性土、濕陷性黃土和分層填土等地基，在有效夯實深度內(nèi)存在軟粘土?xí)r不宜采用此法。 停夯標(biāo)準(zhǔn) 隨著夯擊遍數(shù)的增加，土的每遍夯沉量逐漸減少，對于粘性土及濕陷性黃土，一般要求最后兩遍平均夯沉量不大于1.02.0cm；對于砂性

5、土，不大于0.51.0cm。第二節(jié) 碾壓法與夯實法三、機械碾壓法適用范圍：大面積填土和雜填土地基主要機具：平碾、羊足碾、壓路機、推土機等。影響碾壓效果的因素有：被壓實土的含水量、壓實機械的壓實能量。第二節(jié) 碾壓法與夯實法四、振動壓實法適用范圍：處理砂土、爐碴、碎石等無粘性土的填土。主要機具：振動壓實機影響壓實效果的因素：被壓實土的成分和振動時間。第三節(jié) 換土墊層法一、換土墊層法的原理 換土墊層法是將基礎(chǔ)下一定深度內(nèi)的軟弱土層挖去，回填強度較高的砂、碎石或灰土等，并夯擊、碾壓至密實的一種地基處理方法。第三節(jié) 換土墊層法二、墊層設(shè)計要點 墊層的設(shè)計不但要滿足建筑物對地基變形及穩(wěn)定的要求，而且應(yīng)符合

6、經(jīng)濟合理的原則。 設(shè)計內(nèi)容主要是確定墊層斷面合理的厚度和寬度。 對于有排水要求的墊層來說，除要求有一定厚度和寬度外，還需形成一個排水面，促進軟弱土的固結(jié)，提高強度，以滿足上部結(jié)構(gòu)的要求。第三節(jié) 換土墊層法(一)墊層厚度的確定 墊層厚度一般是根據(jù)墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于軟弱土層的承載力設(shè)計值進行確定。 其表達式為： czz f f 墊層底面處軟弱土層的承載力設(shè)計值； cz 墊層底面處土的自重應(yīng)力(KPa)； z 墊層底面處土的附加應(yīng)力(KPa)。 第三節(jié) 換土墊層法墊層底面處的附加應(yīng)力z ，按計算即：條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ) p 基礎(chǔ)底面平均壓力設(shè)計值(kPa)； C 基礎(chǔ)底面標(biāo)高處的

7、自重應(yīng)力(kPa)；l、b 基礎(chǔ)底面的長度和寬度(m)； z 墊層的厚度(m)； 墊層的應(yīng)力擴散角，按下表選取。墊層材料z/b中砂、粗砂、礫砂、碎石類土、石屑粘性土和粉土（8Ip14）灰土0.25206300.503023第三節(jié) 換土墊層法(二) 墊層寬度的確定 墊層的寬度除要滿足應(yīng)力擴散的要求外，還應(yīng)防止墊層向兩邊擠動。如果墊層寬度不足，就有可能部分?jǐn)D入側(cè)面軟弱土中，增大基礎(chǔ)沉降。寬度計算通?？砂磻?yīng)力擴散角法。 底寬確定后，再根據(jù)開挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得墊層的設(shè)計斷面。 第三節(jié) 換土墊層法三、施工要點1、墊層施工必須保證達到設(shè)計要求的密實度。密實方法常用的有振動法、水撼法、碾壓法

8、等。2、墊層的砂料必須具有良好的壓實性。砂料的不均勻系數(shù)不能小于5，以中粗砂為好，可在砂中摻入一定數(shù)量的碎石，但要分布均勻。3、開挖基坑鋪設(shè)墊層時，必須避免對軟弱土層的擾動和破壞坑底土的結(jié)構(gòu)。第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 排水固結(jié)預(yù)壓法是利用地基排水固結(jié)的特性，通過施加預(yù)壓荷載，并增設(shè)各種排水條件（砂井和排水墊層等排水體），以加速飽和軟粘土固結(jié)，提高土體強度的一種軟土地基處理方法。第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 一、加固原理與應(yīng)用條件1.定義：利用地基排水固結(jié)的特性，通過施加預(yù)壓荷載，并增設(shè)各種排水條件，以加速飽和軟粘土固結(jié)發(fā)展的一種軟土地基處理方法。2.基本原理：軟粘土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出

9、，孔隙體積不斷減小，地基發(fā)生固結(jié)變形；同時，隨著超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增大，地基強度逐步增長。3.影響預(yù)壓固結(jié)效果的主要因素有：（1）必要的預(yù)壓荷載-堆載預(yù)壓、自重預(yù)壓、真空預(yù)壓、降水預(yù)壓（2）良好的排水邊界條件水平向排水墊層、豎向排水砂井、袋裝砂井、塑料排水帶豎向排水體設(shè)置原理第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 二、堆載預(yù)壓法 1.機理 堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前，在地基表面分級堆土或加其它荷重，使地基土壓密、沉降、固結(jié)，待達到預(yù)定的強度變形標(biāo)準(zhǔn)后再卸載，建造建（構(gòu)）筑物。從而提高地基強度和減少建筑物建成后的沉降量。第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 2.堆載預(yù)壓法的特點：（1）使用的材料、機具和方

10、法簡單直接，施工操作方便；（2）堆載預(yù)壓需要一定時間，對厚度大的飽和軟粘土，排水固結(jié)所需的時間很長；（3）需要大量堆載材料，在使用上受到一定限制。第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 3.堆載預(yù)壓法適用范圍： 各類軟弱地基，包括天然沉積土層和人工沖填土層，如沼澤土、淤泥、淤泥質(zhì)土以及水力沖填土，廣泛用于冷藏庫、油罐、機場跑道、集裝箱碼頭等沉降要求比較高的地基。 第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 三、砂井堆載預(yù)壓法 1. 機理 在軟弱地基中用鋼管打孔、灌砂，設(shè)置砂井作為豎向排水通道，并在砂井頂部設(shè)置砂墊層作為水平排水通道，在砂墊層上部堆載以增加土中附加應(yīng)力，使土體中孔隙水較快地通過砂井和砂墊層排出，以達到加速土體固結(jié)，

11、提高地基土強度的目的。典型的砂井地基工程剖面圖第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 預(yù)壓法排水體設(shè)置2. 砂井直徑和間距:工程上常采用砂井直徑為：2050cm常用井距為砂井直徑的69倍3. 砂井的長度:砂井長度的選擇和土層分布、地基中附加應(yīng)力的大小、施工期限和條件等因素有關(guān)。第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法 第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法4.砂井的布置和范圍: 砂井常按梅花形和正方形布置。 假設(shè)每個砂井的有效影響面積為圓面積，如砂井間距為L，則等效圓（有效影響范圍）的直徑de與L的關(guān)系為：梅花形de =1.05L；正方形 de=1.13L。 砂井的布置范圍應(yīng)稍大于建筑物基礎(chǔ)范圍，擴大的范圍可由基礎(chǔ)輪廓線向外增大約24m。砂井

12、布置圖第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法5.地基固結(jié)度計算(1)豎向平均固結(jié)度Uz可按太沙基固結(jié)理論計算。如果考慮逐級加荷，則時間t從加荷歷時的一半起算；如為雙面排水，H取土層厚度的一半。(2)根據(jù)Barron的解法計算徑向平均固結(jié)度Uz 第四節(jié) 排水固結(jié)預(yù)壓法TH 水平向固結(jié)時間因素， CH 水平固結(jié)系數(shù)， KH 水平滲透系數(shù)(cm/s)；F 與n有關(guān)的系數(shù)， n 井徑比，n =de/dw ；一般取為412。 (3).砂井的平均固結(jié)度為 第五節(jié) 擠密法和振沖法 一、擠密砂樁 (一) 作用原理 1、松散砂土中的作用 由于成樁方法不同，在松散砂土中成樁時對周圍砂層產(chǎn)生擠密作用和振密作用。采用沖擊法或振動法往

13、砂土中下沉樁管和拔管成樁時，由于樁管下沉對周圍砂土產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，孔隙比減小，密度增大。有效擠壓密范圍可達34倍樁徑。第五節(jié) 擠密法和振沖法2、軟弱粘性土中的作用 由于軟粘土的透水性很小，成樁時并不能導(dǎo)致土體孔隙水迅速排出使孔隙比減小，土體密實。而是密實的砂樁在軟弱粘性土中取代了同體積的軟弱粘性土，起置換作用并形成“復(fù)合地基”，使地基承載力有所提高，沉降變小。同時，砂樁在軟弱粘性土地基中像砂井一樣起排水作用，從而加快地基的固結(jié)沉降速率。 第五節(jié) 擠密法和振沖法（二）砂樁設(shè)計要點 由于砂樁在松散砂土中和軟弱粘性土中的作用原理不同，因此砂樁間距計算方法也有不同。在砂土地基中，基本假定是擠密后

14、土體中土顆粒增加而體積不變，控制加固后的孔隙比，從而根據(jù)設(shè)計要求的孔隙比計算樁距l(xiāng)。 第五節(jié) 擠密法和振沖法按梅花形布置時 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2按正方形布置時 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2 式中：l 樁距（cm）； d 樁徑（cm）； eo 天然孔隙比； e1 設(shè)計要求的孔隙比。第五節(jié) 擠密法和振沖法e1可按下式計算： e1=emax-Dr（emax-emin） 式中 emax最大孔隙比； emin最小孔隙比； Dr相對密實度，一般取0.70.8。在軟弱粘性土地基中樁距可按置換率要求來計算，如對正方形布置的樁距可按下式計算： l=（Ap/m）1/

15、2式中 m 置換率。第五節(jié) 擠密法和振沖法 二、擠密土樁和灰土樁 土、灰土或石灰、粉煤灰混合物（簡稱二灰）擠密樁是利用沉管 、沖擊、爆破等方法將鋼管打入土中側(cè)向擠密成孔，然后在孔中分層填土、灰土或二灰土，夯實而成的樁，它與周邊土共同組成復(fù)合地基，承受上部荷載。第五節(jié) 擠密法和振沖法（一） 特點及適用范圍1、土和灰土擠密樁的主要特點是：（1）土和灰土擠密樁成樁時為橫向擠密，同樣達到所要求的干密度指標(biāo)，消除地基土的濕陷性，提高承載力，降低壓縮性；（2）與換土墊層相比，不需大量開挖回填土方工程量；處理深度較大，可達12-15m；成樁材料可就地取材，降低工程造價，二灰樁可利用工業(yè)廢料粉煤灰，變廢為寶；

16、（3）機具簡單，施工方便，工效高。第五節(jié) 擠密法和振沖法（一） 特點及適用范圍 2、土和灰土擠密樁的適用范圍： 土和灰土（或二灰土）擠密樁適于加固地下水位以上，天然含水率12%-25%，厚度5-15m的新填土、雜填土、濕陷性黃土及含水率較大的軟弱地基。 第五節(jié) 擠密法和振沖法（二） 樁的構(gòu)造和布置 1、樁孔直徑：根據(jù)工程量、擠密效果、施工設(shè)備、成孔方法等情況而定，一般選用30-60cm。 2、樁長：根據(jù)土質(zhì)情況、樁處理地基深度、工程要求和成孔設(shè)備等因素確定，一般為5-15m。 3、樁距和排距：樁孔一般按梅花形布置。 4、處理寬度：處理地基的寬度應(yīng)大于基礎(chǔ)的寬度。第五節(jié) 擠密法和振沖法 三、振沖

17、法 （一）振沖法加固機理 振沖法是以起重機吊起振沖器，使振動器產(chǎn)生高頻振動，同時通過噴嘴噴射高壓水流；在邊振邊沖的共同作用下，將振動器沉到土中的預(yù)定深度；經(jīng)清孔后，從地面向孔內(nèi)逐段填入砂石，或不加填料，使土體在振動作用下被擠密實，達到要求的密實度后即可提升振動器。 振沖法成樁過程第五節(jié) 擠密法和振沖法（二）分類 振沖法按加固機理和效果的不同，分為振沖置換法和振沖密實法兩類。 1、振沖置換法是在地基中借振沖器成孔，振密填料置換，形成一群以碎石、砂礫等散粒材料組成的樁體，與原地基土一起構(gòu)成復(fù)合地基，使其排水性能得到很大改善，使承載力提高，沉降量減少。第五節(jié) 擠密法和振沖法2、振沖密實法主要是利用振

18、動和高壓水流使砂層液化，砂顆粒相互擠密，孔隙減少，從而提高砂層本身的承載力和抗液化能力。第五節(jié) 擠密法和振沖法(三) 振沖法加固地基的特點是：（1）技術(shù)可靠，機具設(shè)備簡單，施工簡便；（2）可因地制宜，就地取材；（3）加固速度快，節(jié)約投資，碎石樁具有良好的透水性，地基承載力可提高1.2-1.35倍；（4）振沖過程中的預(yù)震效應(yīng)，可增加砂土地基抗液化能力。 第五節(jié) 擠密法和振沖法（四）振沖密實法適用范圍 振沖置換法適用于： 處理不排水抗剪強度小于20KPa的粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基，如果樁周土的強度過低，則難以形成樁體。第五節(jié) 擠密法和振沖法（四）振沖密實法適用范圍 振沖密實法適用于：

19、 處理砂土和粉土等地基，不加填料的振沖密實法僅適用于處理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。 振沖法不適于在地下水位較高、土質(zhì)松散易塌方和含有大塊石等障礙物的土層中使用。第六節(jié) 高壓噴射注漿法與深層攪拌法 一、高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法又稱旋噴法，是利用鉆機把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定位置后，用高壓脈沖泵，將水泥漿液通過鉆桿下端的噴射裝置，以高速高壓射流噴入土體，沖擊切削土層，使噴射流射程內(nèi)的土體遭受破壞，同時，鉆桿邊轉(zhuǎn)動邊提升，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌希酃探Y(jié)后即在地基中形成一定強度的水泥土混合體，從而使地基得到加固。施噴法施工流程圖高壓噴射注漿的三種形式第六節(jié) 高壓噴射注漿

20、法與深層攪拌法 (一) 分類及形式 1、注漿形式分為：（1） 旋轉(zhuǎn)噴射注漿（旋噴法）；（2） 定向噴射注漿（定噴法）；（3） 在某一角度范圍內(nèi)擺動噴射注漿（擺噴法）。加固體形狀可分為立柱、壁狀和塊狀等。 （二）主要特征1、適用范圍較廣2、施工簡便3、固結(jié)體形狀可控制4、既可垂直噴射又可傾斜和水平噴射5、有較好的耐久性6、料源廣闊價格低廉7、漿液集中，流失較少8、設(shè)備簡單，管理方便9、安全生產(chǎn)10、無公害第六節(jié) 高壓噴射注漿法與深層攪拌法 第六節(jié) 高壓噴射注漿法與深層攪拌法 （三）適用范圍： （1） 淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、濕陷性黃土、人工填土等地基的加固， （2） 用于既有建筑和新建建筑的地基處理、