土木基礎(chǔ)工程課件-第五章地基處理(第三講)

5.4排水固結(jié)法排水固結(jié)法：它是采用預(yù)壓、降低地下水位、電滲等方法促使土層排水固結(jié)，以減少地基的沉降和不均勻沉降，提高承載力。

主要用于處理軟弱粘性土地基。9/12/2023排水固結(jié)法加固軟土地基是一種比較成熟、應(yīng)用廣泛的方法，它可以解決以下兩個方面問題：1．沉降問題：使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大局部或根本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生較大的沉降。

原理：在建筑場地上先加一個和上部結(jié)構(gòu)相同的壓力進行加載預(yù)壓使土層固結(jié)，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基沉降減少，如進行超載預(yù)壓(預(yù)壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預(yù)壓荷載不應(yīng)大于地基土的容許承載力。9/12/20232．穩(wěn)定問題：加速地基土抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。

原理：飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。9/12/2023土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件有關(guān)，粘性土固結(jié)所需的時間與排水距離的平方成正比，土層越厚，加固延續(xù)的時間越長。為加速土層的固結(jié)，最有效的方法是先增加土層的排水途徑，縮短排水距離。然后分級加載預(yù)壓(也可利用建筑物本身重)，使軟土中孔隙加快排出水，地基土固結(jié)沉降加快完成，強度也得到相應(yīng)提高，當(dāng)土質(zhì)條件較好時，也可在天然地基上直接加載預(yù)壓。9/12/2023一、砂井堆載預(yù)壓法二、袋裝砂井和塑料排水板預(yù)壓法三、天然地基堆載預(yù)壓法四、真空預(yù)壓法和降水位預(yù)壓法9/12/2023一、砂井堆載預(yù)壓法軟粘土滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預(yù)壓后排水固結(jié)的歷時，對較厚的軟土層，常在地基中設(shè)置排水通道，使土中孔隙較快排出水。可在軟粘土中設(shè)置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設(shè)置橫向排水砂墊層如以下圖所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。砂井堆載預(yù)壓9/12/20231.砂井1〕砂井的直徑和間距：砂井的直徑和間距主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。從原那么上講，為到達相同的固結(jié)度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細而密〞為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為300-500mm。砂井的間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特征和預(yù)定時間內(nèi)所要求到達的固結(jié)度確定，間距可按為直徑的6-8倍選用。砂井的間距可按井徑比〔n〕選用，n按下式確定：n=de/dw9/12/20232〕砂井深度：砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中的附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當(dāng)軟土不厚〔一般為10-20m〕時，盡量要穿過軟土層到達砂層；當(dāng)軟土過厚〔超過20m〕,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應(yīng)超過最危險滑動面2.0m以上。9/12/20233〕砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或梅花形，在大面積荷載作用下，認為每個砂井均起獨立排水作用。為了簡化計算，將每個砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得一根砂井的有效排水圓柱體的直徑de和砂井間距l(xiāng)的關(guān)系按下式考慮：梅花形布置正方形布置9/12/20234〕砂井的布置范圍：由于在根底以外一定的范圍內(nèi)仍然存在壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以砂井的布置范圍應(yīng)比根底范圍大為好，一般由根底的輪廓線向外增加2-4m。5〕砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應(yīng)超過3%，滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3cm/s。2.砂墊層

為了使砂井有良好的排水通道，砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為0.5m-1m。9/12/20233.地基固結(jié)度在雙面排水或者固結(jié)土層中應(yīng)力均勻分布的單面排水條件下，土層豎向平均固結(jié)度（）可按下式計算：如果考慮逐級加荷，那么時間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。9/12/20239/12/2023二、袋裝砂井和塑料排水板預(yù)壓法用砂井法處理軟土地基如地基土變形較大或施工質(zhì)量稍差常會出現(xiàn)砂井被擠壓截斷，不能保持砂井在軟土中排水通道的暢通，影響加固效果。近年來普通在砂井的根底上，出現(xiàn)了以袋裝砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，防止了砂井不連續(xù)缺點，而且施工簡便、加快了地基的固結(jié)，節(jié)約用砂，在工程中得到日益廣泛的應(yīng)用。9/12/2023(一)袋裝砂井預(yù)壓法目前國內(nèi)應(yīng)用的袋裝砂井直徑一般為70-120mm，間距為(井徑比n約取15-20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等長鏈聚合物編織制成，應(yīng)具有足夠的抗拉強度、耐腐蝕、對人體無害等特點。裝砂后砂袋的滲透系數(shù)不應(yīng)小于砂的滲透系數(shù)。灌入砂袋的砂應(yīng)為中、粗砂并振搗密實。砂袋留出孔口長度應(yīng)保證伸入砂墊層至少300mm，并不得臥倒。

9/12/2023袋裝砂井的設(shè)計理論、計算方法根本與普通砂井相同，它的施工已有相應(yīng)的定型埋設(shè)機械，與普通砂井相比，優(yōu)點是：施工工藝和機具簡單、用砂量少；它間距較小，排水固結(jié)效率高，井徑小，成孔時對軟土擾動也小，有利于地基土的穩(wěn)定，有利于保持其連續(xù)性。9/12/2023袋裝砂井9/12/2023(二)塑料排水板預(yù)壓法塑料排水板預(yù)壓法是將塑料排水板用插板機插入加固的軟土中，然后在地面加載預(yù)壓，使土中水沿塑料板的通道逸出，經(jīng)砂墊層排除，從而使地基加速固結(jié)。塑料板排水與砂井比較具有如下優(yōu)點：1，塑料板由工廠生產(chǎn)，材料質(zhì)地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定；2．塑料板重量輕，便于施工操作；3．施工機械輕便，能在超軟弱地基上施工；施工速度快，工程費用廉價。9/12/2023多孔單一結(jié)構(gòu)型塑料排水板復(fù)合結(jié)構(gòu)塑料排水板9/12/2023塑料排水板9/12/2023塑料排水板施工9/12/2023施工后的塑料排水板9/12/2023三、天然地基堆載預(yù)壓法天然地基堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前，用與設(shè)計荷載相等(或略大)的預(yù)壓荷載(如砂、土、石等重物)堆壓在天然地基上使地基軟土得到壓縮固結(jié)以提高其強度(也可以利用建筑物本身的重量分級緩慢施工)，減少施工后的沉降量，待地基承載力、變形到達設(shè)計預(yù)期要求后，將預(yù)壓荷載撤除，在經(jīng)預(yù)壓的地基上修建建筑物。此方法費用較少，但工期較長。如軟土層不太厚，或軟土中夾有多層細、粉砂夾層滲透性能較好，不需很長時間就可獲得較好預(yù)壓效果時可考慮采用，否那么排水固結(jié)時間很長，應(yīng)用就受到限制。此法設(shè)計計算可用一維固結(jié)理論。9/12/2023四、真空預(yù)壓法和降水位預(yù)壓法真空預(yù)壓法實質(zhì)上是以大氣壓作為預(yù)壓荷重的一種預(yù)壓固結(jié)法。在需要加固的軟土地基外表鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水通道(普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，再用不透氣的封閉薄膜覆蓋軟土地基，使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空泵進行抽氣，使其形成真空，當(dāng)真空泵抽氣時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐漸形成負壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓力差，在此壓力差作用下，土體中的孔隙水不斷排水，從而使土體固結(jié)。9/12/2023降低水位預(yù)壓法是借井點抽水降低地下水位，以增加土的自重應(yīng)力，到達預(yù)壓目的。其降低地下水位原理、方法和需要設(shè)備根本與井點法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的軟弱土層承受了相當(dāng)于水位下降高度水柱的重量而固結(jié)，增加了土中的有效應(yīng)力。這一方法最適用于滲透性較好的砂土或粉土或在軟粘土層中存在砂土層的情況，使用前應(yīng)摸清土層分布及地下水位情況等。9/12/20235.5擠(振)密法擠密砂樁法夯〔壓〕實法振沖法9/12/2023一、擠密砂樁法擠密砂〔或砂石〕樁法是用振動、沖擊或打入套管等方法在地基中成孔(孔徑一段為300mm～600mm)，然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、細砂料應(yīng)同時摻入25%~35%碎石或卵石，再加以夯擠密實形成土中樁體從而加固地基的方法。

9/12/2023

對于松散的砂土層，砂樁的加固機理有擠密作用、排水減壓作用和砂土地基預(yù)振作用。對于松軟粘性土地基中，主要通過樁體的置換和排水作用加速樁間土的排水固結(jié)，并形成復(fù)合地基，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，改善地基土的力學(xué)性質(zhì)。對于砂土與粘性土互層的地基及沖填土，砂樁也能起到一定的擠實加固作用。9/12/2023〔一〕砂土加固范圍確實定砂樁加固的范圍A(m2)必需稍大于根底的面積，一般應(yīng)自根底向外加大不少于0.5m或0.1b(b為根底短邊的寬度，以m計)。一般認為砂〔石〕樁擠密地基的寬度應(yīng)超出根底寬度，每邊寬度不少于13排；用于防止砂土液化時，每邊放寬不宜少于處理深度的1/2，且不小于5m；當(dāng)可液化層上覆蓋有厚度大于3m的非液化土層時，每邊放寬不應(yīng)小于液化層厚度的1/2，并不應(yīng)小于3m。9/12/2023A1的大小除與加固范圍A有關(guān)外，主要與土層加固后所需到達的地基容許承載力相對應(yīng)的孔隙比有關(guān)。以下圖表示砂樁加固后的地基。假設(shè)砂樁加固前地基土的孔隙比為e0，砂土加固范圍為A，加固后土孔隙比為e1。從加固前后的地基中取相同大小的土樣可見，加固前后原地基土顆粒所占體積不變，由此可得所需砂樁的面積A1〔m2〕：(二)所需砂樁的面積A1

9/12/2023(三)砂樁根數(shù)確定A1后，可根據(jù)施工設(shè)備的能力，地基的類型和地基處理的加固要求，確定砂樁的直徑d(m)，目前國內(nèi)實際采用的直徑一般為0.30.6m，由此求出砂樁根數(shù)n，那么砂樁根數(shù)約為：9/12/2023(四)砂樁的布置及其間距為了使擠密作用比較均勻，砂樁的可按正方形、梅花形布置或等邊三角形，也可以為其他形式，如放射形等。梅花形：正方形：9/12/2023(五)砂樁長度如軟弱土層不很厚，砂樁一般應(yīng)穿透軟土層，如軟弱土層很厚，砂樁長度可按樁底承載力和沉降量的要求，根據(jù)地基的穩(wěn)定性和變形驗算確定。9/12/2023〔六〕砂樁的灌砂量為保證砂樁加固后地基到達設(shè)計要求的的質(zhì)量，每根樁應(yīng)灌入足夠的砂量Q(kN)，以保證加固后土的密實度到達設(shè)計要求。那么每根砂樁的灌砂量為：由上式計算所得灌砂量是理論計算值，應(yīng)考慮各種可能損耗，備砂量應(yīng)大于此值。9/12/2023二、夯〔壓〕實法夯〔壓〕實法對砂土地基及含水量在一定范圍內(nèi)的軟弱粘性土可提高其密實度和強度，減少沉降量。此法也適用于加固雜填土和黃土等。按采用夯實手段的不同可對淺層或深層土起加固作用，淺層處理的換土墊層法〔第二節(jié)〕需要分層壓實填土，常用的壓實方法是碾壓法、夯實法和振動壓實法。還有淺層處理的重錘夯實法和深層處理的強夯法(也稱動力固結(jié)法〕。9/12/2023(一)重錘夯實法重錘夯實法是運用起重機械將重錘(一般不輕于15kN)提到一定高度(3-4m)然后錘自由落下，這樣重復(fù)夯擊地基，使它表層(在一定深度內(nèi))夯擊密實而提高強度。它適用于砂土、稍濕的粘性土，局部雜填土、濕陷性黃土等，是一種淺層的地基加固方法。重錘的樣式：常為一截頭圓錐體，重為15-30kN，錘底直徑，錘底面自重靜壓力約為15-25kPa，落距一般采用。9/12/2023有效影響深度：重錘夯實的有效影響深度與錘重、錘底直徑、落距及地質(zhì)條件有關(guān)。國內(nèi)某地經(jīng)驗，一般砂質(zhì)土，當(dāng)錘重為15kN，錘底直徑1.15m，落距3-4m時，夯擊6-8遍，夯擊有效深度約為，為到達預(yù)期加固密實度和深度，應(yīng)在現(xiàn)場進行試夯，確定需要的落距、夯擊遍數(shù)等。9/12/2023(二)強夯法強夯法亦稱為動力固結(jié)法，是一種將較大的重錘(一般約為80-400kN，最重達2000kN)從6-20m高處(最高達40m)自由落下，對較厚的軟土層進行強力夯實的地基處理方法。特點：夯擊能量大，因此影響深度也大。并具有工藝簡單，施工速度快、費用低、適用范圍廣、效果好等優(yōu)點。9/12/20231.強夯法適用性：適用于碎石類土、砂類土、雜填土、低飽和粉土和粘土、濕陷性黃土等地基的加固，效果較好。對于高飽和軟粘土(淤泥及淤泥質(zhì)土)強夯處理效果較差，但假設(shè)結(jié)合夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗粒料，強行夯入形成復(fù)合地基〔稱為強夯置換或動力擠淤〕，處理效果較好。2.加固機理：動力擠密、動力固結(jié)、動力置換。9/12/20233.強夯法的設(shè)計

(1)有效加固深度：

強夯的有效加固深度影響因素很多，有錘重、錘底面積和落距，還有地基土性質(zhì)，土層分布，地下水位以及其他有關(guān)設(shè)計參數(shù)等。我國常采用的是根據(jù)國外經(jīng)驗方式進行修正后的估算公式：式中：W-夯錘重量；h-落距。9/12/2023指單位面積上所施加的總夯擊能，它的大小應(yīng)根據(jù)地基土的類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場試夯確定。對于粗粒土可取1000-5000)KN·m／m2；對細粒土可取1500-6000kN·m／m2。夯錘底面積對砂類土一般為(3-4)m2，對粘性土不宜小于6m2。夯錘底面靜壓力值可取24-40kPa，強夯置換錘底靜壓力值可40-200kPa。實踐證明，圓形夯錘底并設(shè)置可取250-300mm的縱向貫穿孔的夯錘，地基處理的效果較好?！?〕強夯的單位夯擊能：9/12/2023〔3〕夯擊次數(shù)與遍數(shù)：夯擊次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線以及最后兩擊夯沉量之差并結(jié)合現(xiàn)場具體情況來確定。施工的合理夯擊次數(shù)，應(yīng)取單擊夯沉量開始趨于穩(wěn)定時的累計夯擊次數(shù)，且這一穩(wěn)定的單擊夯沉量即可用作施工時收錘的控制夯沉量。但必須同時滿足：①最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當(dāng)單擊夯擊能量較大時，應(yīng)不大于100mm，當(dāng)單擊夯擊能大于6000kN·m時不大于200mm；9/12/2023②夯坑周圍地基不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；③不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。各試夯點的夯擊數(shù)，應(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原那么，一般為5-15擊。夯擊遍數(shù)一般為2-3遍，最后再以低能量滿夯一遍?！?〕間歇時間：對于多遍夯擊，兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，主要取決于加固土層孔隙水壓力的消散時間。對于滲透性較差的粘性土地基的間隔時間，應(yīng)不小于3-4周，滲透性較好的地基可連續(xù)夯擊。9/12/2023〔5〕夯點布置及間距：夯點的布置一般為正方形、等邊三角形或等腰三角形，處理范圍應(yīng)大于根底范圍，宜超出1/2-2/3的處理深度，且不宜小于3m。夯間距應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度來確定。一般第一遍夯擊點間距可取5-9m，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，以后各遍夯擊點間距可與第一遍相同，也可適減小。9/12/2023強夯法9/12/2023強夯法9/12/2023強夯法9/12/2023強夯法9/12/2023強夯法9/12/2023王曲電廠8000KN.M強夯29/12/2023榆次大乘寺2000KN.M強夯9/12/2023三、振沖法振沖法主要的施工機具是振沖器、吊機和水泵。振沖器是一個類似插入式混凝土振搗器的機具，