01--水利工程地基处理--绪论及基础知识1

地基处理地基处理GroundTreatmentGroundTreatment重庆交通大学重庆交通大学河海学院河海学院课程简介CourseIntroduction一、课程性质水利水电及港航工程专业的专业选修课程二、教学目的依据不同的软弱地基情况，系统地介绍水利工程建设中涉及到的几种具有代表性的地基处理新技术、基本理论、计算方法和施工要点。通过本课程的学习，为水利工程建设中选择科学合理的地基处理技术方案提供参考和指导。实际上，课程中介绍的地基处理技术不仅局限在水利工程应用上。课程简介CourseIntroduction三、课程的基本要求本课程是一门既古老又年轻的学科，由于天然地基土的复杂多变及特殊性，在学习中，应理解问题的实质，掌握原理，明确方法和步骤，对教材所述的设计基本理论、具体计算方法和应用的工程算例，应融会贯通；并且注意结合工程实践，理论联系实际，提高对理论的认识，增加处理实际工程地基问题的能力。关键要灵活应用。课程简介CourseIntroduction四、教材选择及教学内容《水利工程地基处理》刘川顺编，武汉大学出版社按照教材内容讲授，并有所补充和侧重由于课时较少（32h），只能讲主要内容，按照：地基处理方法---原理---设计要点---施工及实例的顺序五、考试及学分总成绩＝平时成绩×30%+卷面成绩×70%(闭卷)课程简介CourseIntroduction六、与其他课程的联系与分工本课程内容涉及其他学科较多，如《工程地质》、《岩土力学》、《材料力学》、《结构力学》、《结构设计原理》和《水工建筑物》等。而联系较为密切的是《岩土力学》，是学习《地基处理》的基础课程。七、主要参考资料《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》《土力学》《地基处理》----同济大学，叶书麟第一节水工地基处理的任务、目的和方法第一章地基处理基础知识Introduction首先理解几个基本概念1、场地(Site)：概念：指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地。内涵：不同于建筑占地或建筑面积，包括地形、地貌、地质单元等。一、地基处理的重要性和目的2、地基(Foundation，Subgrade，FoundationSoils)：概念：指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。建筑物地基面临的问题：(1)强度和稳定性：承载力、整体稳定(2)变形：大变形、差异沉降(3)渗漏：渗透破坏(4)液化：抗震1964年日本新泻地震，砂土液化造成房屋倒塌或倾斜三、基础(Foundation，Footing)：1、概念：指建筑物向地基传递荷载的下部结构。2、作用及荷载传递：具有承上启下作用上部荷载---基础----地基土。地基与基础关系示意图四、地基处理(GroundTreatment,GroundImprovement)：概念：为提高地基的承载、抗渗能力，防止过量或不均匀沉陷，以及为了处理地基的缺陷而采取的加固、改进措施。水工建筑物的地基处理目的主要是加固和防渗。《建筑地基处理技术规范JGJ79-2002》中定义：为提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。五、需说明：地基处理是采用人工方法来得到满足要求的地基，本课程学习对象是地基而非基础，也就是本课程解决地基处理设计而不是基础设计，基础设计见《基础工程》和《建筑地基基础设计规范GB50007--2002》，当然二者有交叉。本节完一、地基处理的对象：主要是软弱地基(SoftFoundation)和特殊土地基(SpecialGround)。裂隙渗透性较大的岩基裂隙灌浆处理地基处理的对象及其特征二、软弱地基(SoftFoundation)：《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》规定：软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。地基处理的对象及其特征二、软弱地基(SoftFoundation)：(一)、软土(SoftSoil)1、定义：软土是淤泥土(Muck)与淤泥质土(MuckySoil)的总称。在静水或非常缓慢的流水中沉积、经生化作用形成的。软土按沉积环境分为下列四类：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。实际上还包括泥炭土和泥炭质土。地基处理的对象及其特征二、软弱地基(SoftFoundation)：(一)、软土(SoftSoil)2、基本特征：具有高含水量、低密度、大孔隙比、低强度、高压缩性、低透水性和高灵敏度的特点。一般淤泥土孔隙比e1.5,ωωL(IL1.0)；淤泥质土e=1.0~1.5,ωωL(IL1.0)。高含水量ω=40~90%(甚至100%)，高压缩性a0.5~3.0MPa-1，高流变性:次固结量随时间增加，低强度Cu30kPa，低渗透性10-6~10-8cm/s,固结过程长。地基处理的对象及其特征二、软弱地基(SoftFoundation)：(一)、软土(SoftSoil)2、基本特征：泥炭e1.5,ωωL(IL1.0)，有机含量30%泥炭质土e=1.0~1.5,ωωl(Il1.0)，有机含量10-30%设计、施工时需特别注意地基处理的对象及其特征主要分布在我国东南沿海、内陆平原和山区，如天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门和广州等沿海地区二、软弱地基(SoftFoundation)：(二)、冲填土(HydraulicFill)1、定义：见书，也称吹填土。如填塘、填海工程2、基本特征以砂性土为主时，固结较快，不属于软弱土；以粘性土为主时，欠固结、不均匀、高压缩、强度低。地基处理的对象及其特征新加坡人工填海二、软弱地基(SoftFoundation)：(三)、杂填土(MiscellaneousFill)1、定义：是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料、生活垃圾而形成的土。常见城市河岸边。2、基本特征欠固结、不均匀、高压缩、强度低、浸水沉陷。未经处理不可作为持力层灌浆加固处理地基处理的对象及其特征二、软弱地基(SoftFoundation)：(四)、高压缩性土(HighCompressibleSoils)如含有有机质的土、腐烂植物、泥炭土等。另外，饱和松散粉细砂(LooseSand)（包括部分粉土）也应属于软弱地基范畴，在动力菏载(机械振动、地震等）重复作用下将产生液化、振陷；基坑开挖时也会产生管涌。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：主要包括湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等。(一)、湿陷性黄土(CollapsibleLoess)1、定义：凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土，称为湿陷性黄土。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(一)、湿陷性黄土(CollapsibleLoess)地基处理的对象及其特征200kPaδs=(hd-hw)/h0≥0.015δs=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa三、特殊土地基(SpecialGround)：(一)、湿陷性黄土(CollapsibleLoess)2、我国分布及存在问题：我国湿陷性黄土广泛分布在甘肃、陕西、宁夏、山西、青海、河北、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河南和新疆等地。由于黄土的浸水湿陷而引起建筑物的不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。设计时首先要判断是否具有湿陷性，再考虑如何进行地地基。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(一)、湿陷性黄土(CollapsibleLoess)地基处理的对象及其特征黄土高原上的湿陷性黄土渤海华北平原东南季风太行山黄土高原沙漠戈壁降雨降尘西风三、特殊土地基(SpecialGround)：(一)、湿陷性黄土(CollapsibleLoess)3、常用处理方法：垫层法、强夯法、土挤密桩法、预浸水法、化学法等。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(二)、膨胀土(ExpansionSoil)1、定义：是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（蒙脱石）组成的粘性土，它是一种吸水膨胀和失水收缩并具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。2、我国分布及存在问题：分布范围很广，在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等省均有不同范围的分布。其作为筑路材料或建筑物地基时，如果不进行地基处理，常会造成较大的危害。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(三)、红粘土(RedClay)1、定义：是指石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色粘性土，称为红粘土。2、我国分布及存在问题：分布在广西、云南、贵州等省。通常红黏土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀变化。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(四)、季节性冻土(SeasonallyFrozenGround)1、定义：凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土都称为冻土；而冬季冻结、夏季融化的土层，称为季节性冻土；对冻结状态持续3年以上的土层，则称为多年冻土或永冻土。2、我国分布及存在问题：季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布。因其呈周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大。地基处理的对象及其特征三、特殊土地基(SpecialGround)：(五)、岩溶(Karst)主要出现在碳酸类岩石地区；其基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。地基处理的对象及其特征一、地基处理的目的：地基处理的目的是利用各种地基处理方法（夯实、置换、排水固结、加筋和热力学等）对地基土进行加固，以改善地基土的特性，使之满足工程建设的要求。因此，地基处理措施包括5个方面的内容：改善剪切、压缩、透水、动力特性，以及改善特殊土的不良特性。地基处理的目的二、5方面内容1、改善剪切特性（ShearStrength）地基土的剪切破坏反映在土体的抗剪强度不足，需采取措施增大抗剪强度。2、改善压缩特性（Compressibility）沉降问题3、改善透水特性（HydraulicConductivity）包括增大和减小渗透系数两种。防渗、排水、渗透稳定等。地基处理的目的二、5方面内容4、改善动力特性（DynamicCharacteristics）液化、震陷5、改善特殊土的不良地基特性湿陷性黄土、膨胀土等地基处理的目的一、我国地基处理的历史2000年前软土中夯入碎石等压密土层的夯实法灰土和三合土的垫层法沿海地区修建海塘，堆载预压地基处理方法的分类二、地基处理方法分类1、按时间分类临时、永久2、按处理深度分类浅层处理和深层处理3、按处理土性对象分类砂性土处理和粘性土处理地基处理方法的分类二、地基处理方法分类4、按作用机理分类见教材表1－1：换土垫层法、深层密实法、排水固结法、加筋法、胶结法、热学法。机理：置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、冷热。每种方法都可能包括不同加固机理。对每种地基处理方法，在使用时必须注意其加固机理、适用范围、优点和局限性。地基处理方法的分类软土垫层换土垫层法深层密实法--强夯碎石桩强夯施工排水固结法不透水层d0加筋法路堤加筋胶结法高压喷射注浆法深层搅拌法一、地基处理设计前调查研究主要内容包括以下4个方面：(一)、结构条件1、建筑物的体形、刚度、受力体系、材料及使用2、结构荷载大小、分布、种类3、基础类型、布置和埋深4、基底压力、地基承载力、变形允许值设计前调查研究和方案选择一、地基处理设计前调查研究(二)、地基条件1、地形、地质、地层基本状况2、软弱地层厚度、分布3、持力层位置及状况4、地下水及地基土物理力学参数5、根据软弱土层不同及工程设计需要选择合理的地基处理方法设计前调查研究和方案选择一、地基处理设计前调查研究(三)、环境条件1、施工场地周边环境2、施工振动、噪音的影响3、废水、废气、固体垃圾等污染物4