第十三章地基处理-唐.

第十三章地基处理第一节概述1.人工地基：土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。2.地基处理的目的：是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。3.地基处理方法的分类物理处理化学处理热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结4.地基处理对象——软土地基和不良地基软土：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。淤泥是指天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土；淤泥质土是指天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土。淤泥、淤泥质土松砂冲填土杂填土泥炭及泥炭质土二、软土的工程特性第二节碾压法与夯实法碾压夯实法对砂土地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。按采用夯实手段的不同可对浅层或深层土起加固作用，常用的压实方法中浅层处理方法碾压法、重锤夯实法和振动压实法。深层处理的有强夯法(也称动力固结法）。(一)重锤夯实法重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提到一定高度(3~4m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍湿的粘性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基加固方法。重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为15~30kN，锤底直径0.7m~1.5m，锤底面自重静压力约为15~25kPa，落距一般采用2.5~4.0m。有效影响深度：重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土，当锤重为15kN，锤底直径1.15m，落距3~4m时，夯击6~8遍，夯击有效深度约为1.10~1.20m，为达到预期加固密实度和深度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。•(二)机械碾压法•粘性土的压实，要求有较大的静压力，而对于无粘性土，振动荷载将会起更大的压密效果。•机械压密方法，除夯板(也称重锤)夯实外，有效的压密厚度都比较小，在地基处理中一般只用以作为地基表层处理，对于提高地基的承载力作用不大。（三）振动压实法•振动压实法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。•有效振实深度为1.2～1.5m。第三节强夯法强夯法亦称为动力固结法，是一种将较大的重锤(一般约为100~400kN，最重达2000kN)从10~40m高处自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。加固机理•强夯法加固地基有三种不同的加固机理：•(1)动力密实•采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。•(2)动力固结•用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。•(3)动力置换•动力置换可分为整式置换和桩式置换。强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和粘土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土)强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。强夯法的设计(1)有效加固深度：强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：MhH（2）强夯的单位夯击能：指单位面积上所施加的总夯击能，它的大小应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。对于粗粒土可取1000~4000)KN·m／m2；对细粒土可取1500~5000kN·m／m2。夯锤底面积对砂类土一般为(3~4)m2，对粘性土不宜小于6m2。实践证明，圆形夯锤底并设置可取250~300mm的纵向贯通孔的夯锤，地基处理的效果较好。16T王曲电厂8000KN.M强夯（3）夯击次数与遍数：施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于6000kN·m时不大于200mm；②夯坑周围地基不应发生过大的隆起；③不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击次数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为5~15击。夯击遍数一般为2~3遍，最后再以低能量满夯一遍。（4）间歇时间：对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于3~4周，渗透性较好的地基可连续夯击。（5）夯点布置及间距：夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出1/2~2/3的处理深度，且不宜小于3m。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取5~9m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适减小。强夯法强夯法第四节换土垫层法在冲刷较小的软土地基上，地基的承载力和变形达不到基础设计要求，且当软土层不太厚(如不超过3m)时，可采用较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理。即将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。砂垫层二、垫层的设计与计算换填垫层法处理软弱地基的设计内容主要是确定垫层的厚度和宽度。对于换土垫层，根据建筑物对地基强度和变形的要求，既要求垫层有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求垫层有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出；而对于排水垫层，则主要是在基础底面下设置厚度为30~50cm的砂、砂石或碎石等透水性大的垫层，以形成一个排水层，从而促使软弱土层的排水固结。•对于用砂石等透水料填筑的垫层，有加速软土层的排水固结作用。一、砂垫层的设计计算(一)砂垫层厚度的确定一种方法是按弹性理论的土中应力分布公式计算。即将砂垫层及下卧土层视为一均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，计算不同深度的各点土中附加应力并加上土的自重应力，同时以“规范”方法计算地基土层随深度变化的容许承载力，并以此确定砂垫层的设计厚度。另一种是我国目前常用的近似按应力扩散角进行计算的方法。即认为砂垫层以“θ”角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力。tghbppbpscz2)()2)(2()(tghltghbpplbpsscz条形基础：矩形基础：式中—垫层底面处的附加压力(kPa)；—垫层底面处的自重压力(kPa)；—垫层底面处经深度修正后的下卧土层地基承载力设计值(kPa)。][czzafpppzpcz][af具体设计时，可根据下卧土层的地基承载力，先假设一个垫层的厚度，然后按上式进行验算，若不符合要求，则改变厚度，重新再验算，直至满足要求为止。压力扩散角•正好满足上式的hs值，就是要求的垫层厚度。•增加垫层的厚度会迅速增加基坑开挖和回填的工程量；•对于地下水位较高的场地，还会增加施工的难度，因此，垫层太厚往往不经济。•一般情况下垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。(二)垫层宽度的确定确定垫层宽度时，应满足基础底面压力扩散的要求，同时还应考虑到垫层应有足够的宽度以及垫层侧面土的强度条件，以防止垫层材料向侧边挤出而增加垫层的竖向变形量。垫层的宽度可按式压力扩散角的方法进行计算，或根据当地经验确定。式中B、L—垫层底面长度和宽度(m)；—垫层压力扩散角。anhbBt2s≥anhlLt2s≥三、垫层的施工对于垫层施工，应注意以下几方面：（1）对于砂石垫层，垫层的砂石料必须具有良好的压实性。宜选用级配良好的碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。垫层施工与质量检验施工时应严格保证垫层材料的密实度，应选择合格的铺压厚度，确定最优含水量。分层压实可采用机械碾压、重锤夯实、振动压实等。要求分层压实达到设计要求的压实度(应在90%以上)。砂垫层的质量检验，可选用环刀取样法或贯入测定法进行，采用应达到的干重度或贯入度作为控制指标。垫层材料除砂、砂砾外，也可考虑用石灰土、二灰土(石灰加粉煤灰)、加筋土等，可根据具体情况因地制宜、就地取材选择，并正确选用有关设计参数。羊角碾第五节挤(振)密法一、挤密砂桩法的加固机理挤密砂（或砂石）桩法是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一般为300mm～600mm)然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂,粉、细砂料应同时掺入25%~35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用，对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤密加固作用。振冲法主要的施工机具是振冲器、吊机和水泵。振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2m~0.45m，长2~5m，重约20~50kN，筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力(40～90kN)作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。振冲桩方法振冲桩方法振冲桩方法振冲桩方法振冲桩方法振冲桩方法（一）砂土加固范围的确定砂桩加固的范围A(m2)必需稍大于基础的面积，一般应自基础每边向外加大不少于5m或2~3排桩。一般认为砂（石）桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度不少于13排；用于防止砂土液化时，每边放宽不宜少于处理深度的1/2，且不小于5m；当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层时，每边放宽不应小于液化层厚度的1/2，并不应小于3m。二、设计计算(二)砂桩的布置及其间距为了使挤密作用比较均匀，砂桩的可按正方形、梅花形布置或等边三角形，也可以为其他形式，如放射形等。梅花形：正方形：100195.0eeeds100189.0eeeds)(minmax1max1eeDeer(三)碎（砂）石桩复合地基承载力经碎（砂）石桩处理后的复合地基，其承载力应根据现场复合地基载荷试验确定，或根据采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力结果经验确定。kskpkspfmmff,,,)1(kskspfnmf,,)1(122eddmldldee13.105.1n----1.5~3排水固结法是在建筑物建造之前，在场地上进行加载预压，使土体中部分孔隙水逐渐排出，地基固结，土体强度逐渐提高，沉降提前完成的方法。排水固结法主要是用于处理软弱粘土层，这类土的特点是含水率大、压缩