第一讲地基处理绪言

地基处理1.绪言第一节地基处理的定义场地还包括其邻近区域的某些个微地貌、地形及地质单元。场地的范围是宏观的，它既代表着所划定的土地范围，还包括涉及某种地质现象或工程地质问题的区域。场地工程建设所占用和使用的有限面积的土地。地基处理：是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，经过人工处理后在建造基础者。青岛的海洋石油工程制造场地葛洲坝工程三峡大坝碧口工程地基：是指承托建筑物基础的小部分场地。1）强度与稳定——承载力问题2）变形——沉降过大或不均匀问题。3）渗漏——流沙、管涌问题。4）地基液化——地震液化。地基质量与力学性能有直接建筑物的安全与稳定。因此，地基面临的问题有以下四个方面问题。建筑物向地基传递荷载的下部结构，承上启下的部分。三）基础上部结构、基础、地基间的关系：上部结构荷载基础压力地基应力、变形（三者间相互制约协同作用）上部结构、基础、地基示意图基底压力结构荷载浅基础柱梁深基础形式钻孔灌注桩基础上面建上部结构所以，研究地基问题，开展地基处理必然涉及到结构力学，土质学与土力学，岩土测试技术、施工技术，岩土工程勘察等有关知识；而地基作为场地的一部份，自然会涉及到场地的稳定性问题，因此我们还应当具备一定的工程地质学等理论知识。只要地基存在强度及稳定性问题、压缩及不均匀沉降问题、渗漏问题或砂土液化问题中的一个或几个而不满足地基的承载力和变形设计要求时，则必须采用某种措施，对这种地基进行人工改性或改良处理，以实现对地基的加固和强化。把对地基进行人工处理的过程称之为：地基处理或地基加固地基处理：是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，经过人工处理后在建造基础者。一、软弱土地基包括：淤泥，淤泥质土，冲填土，杂填土或其它高压缩性的地基土。1软土:包括淤泥和淤泥质土。特点：天然含水量高，天然孔隙比大，压缩系数高；抗剪强度低；渗透系数小不利于排水固结。外荷作用下：地基承载力的变形大，不均匀变形也大，变形稳定过程历时很长；触变性强；具有流变性。软弱土地基和特殊土地基第三节地基处理的对象及其待性地基处理的对象：2冲填土:指整治和疏理江河航道时(清淤工程)，用挖泥船通过泥浆泵将含大量水分的泥砂吹到江河两岸而形成的沉积土，因此在南方又称其为吹填土。特点：具有一定的粘性，强度低、压缩性高(属于次固结土)。(注)以砂性土或其它粗颗粒组成的冲填土不属于软弱土范畴。3杂填土:指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等人工土层。特点：介质组分过杂、强度低、压缩高，均一性差，并具有浸水湿陷性，地基承载力和压缩性分布差异极大。4高压缩性土:主要为饱和松散粉细砂土。特点：在动荷载作用下，易发生液化，基坑开挖时易出现管涌。二、特殊地基土1、湿陷性黄土：凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或者在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏并发生显著下沉的黄土，称为湿陷性黄土，湿陷性是它的主要特点。2、膨胀土：是指主要由亲水粘性土矿物组成的粘性土。主要特点：是吸水膨胀和失水收缩，具较大的膨缩变形特性和高塑性。主要包括：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等3、红粘土：红粘土以其裂隙性、收缩性和土层不均匀性而著称。更主要的是由于红粘土既存在着不良的物理性质，但某些条件下却又有着良好的力学特性，因此不能用一般粘性土的物性指标与力学参数的相关规律去认识其工程性状。此外，由于红粘土是碳酸岩类岩石在温湿气候条件下，经风化作用形成的，而该类地区基岩面起伏较大，故上部土层厚度变化很大。正是由于下卧基岩面的高低起伏不平以及存在的软弱夹层，非常容易引起地基的不均匀沉降与滑移变形。4、冻土：冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度。冻胀和融沉问题。①季节性冻土。主要特点：春夏季节，土层中的冰被融化，导致土层变软，力学性能降低而发生流变。在存在这类冻土的路段，常常会出现翻浆，不均匀沉降。②多年冻土：冻结持续在三年以上的冻土层。主要特点：在车辆等动载作用下，因温度升高而使土层中的冰质成份被融化，土层的承载力，影响了地基的稳定性，产生不均匀沉降。5、岩溶：（或称喀斯特karst)指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石（如石灰岩、石膏等），受含有二氧化碳的流水溶蚀，有时并加以沉积作用而形成的地貌。基本特征：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、溶漕、落水洞以及土洞等。底面变形和地基陷落。岩溶地基主要分布在贵州和广西两个省区。采用不同的地基处理方法以改善地基条件，使其承载力和变形条件满足设计要求或建筑物的稳定、安全运行要求。主要包括五个方面的改善内容：一、改善地基剪切性能，提高地基抗剪强度第三节地基处理的目的地基的剪切破坏主要表现在五个方面：建筑物的地基承载力不够。因偏心荷载及侧向土压力作用，造成上部结构失效。因填土或建筑物荷载，导致邻近地基(地面)隆起。土方开抗过程中，产生产生边坡失稳。基抗开挖时坑底隆起。偏心荷载因填土或建筑物荷载，导致邻近地基(地起)隆起二、改善地基的压缩性能，降低沉降影响及危害地基的高压缩性表现在五个方面：建筑物的沉降量和差异沉降量大；因填土或建筑物荷载，使邻近地基产生沉降；出现地基的大面积，大范围沉降；基坑开挖引起邻近地基沉降；由于降水产生地基固结沉降。三、改善透水特性(减小地基土渗漏或水力比降)地基的透水性主要表现在两个方面：在堤坝等档、阻水工程中，基础产生的地基渗漏；市政开挖工程中，因土层内常常夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。四、改善地基的动力特性，防止地基出现砂土液化提高抗震性能地基的不良动力特性主要表现在两大方面：地震时饱和粉砂土将会产生液化，导致地基失效；因交通车辆荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。五、改善特殊土的一些不良的特性减少或消除黄土的湿陷性；降低膨胀土的胀缩性；消除季节性或多年冻土在土层内冰融过程中出现的流变性。红粘土的不均匀沉降可以根据处理原理、目的、时效、动机、性质等进行多种分类。1、按处理深度：浅层处理和深层处理2、按时效分类，临时处理和永久性处理3、按处理的土性对象：砂性土处理与粘性土处理；饱和土处理与非饱和土处理。4、按处理作用机理可分为：物理处理与化学处理物理处理置换法夯实处理挤密法排水固结法加筋法热、电学处理法化学处理胶结法注浆法高压喷射注浆法水泥土搅拌法有一些处理方法中物理与化学作用同时存在一、地基处理方法的分类第四节地基处理方法的分类及各方法简介1）重锤夯实法：利用起重机，将重锤提升至一定高度后，让锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。2）机械碾压法：利用压路机、推土机、羊足碾、平碾或其他压路机械在土层上来回开动，把土压实；每次压实深度为30—40cm，分层铺土，分层碾压。二、各种处理方法简要介绍1机械压实法3）振动压实法：用振动机在地基表面施加振动力以振动松散地基，使土颗粒受振动容易移动至稳固位置，减小土的孔隙而压实。二、各种处理方法简要介绍五大类：1、换填2、深层密实3、排水固结4、化学加固5、土工加筋共很多种方法，期中常见的有：1、换填法2、强夯与强夯置换3、砂石桩4、土、灰土桩挤密法5、CFG（水泥粉煤灰碎石桩）6、夯实水泥桩法7、预压法8、振冲法、9、水泥搅拌法10、高压喷射注浆法等十几种方法。2强夯法利用起重机，把重型锤(8～40t)提升至空中，以高落差(8～40m)让锤自由下落，造成极大的冲击能和冲击波，夯实深层地基。将基底以下一定深度范围内的软弱土层挖除，换填无侵蚀性的低压缩性散体材料(中砂、粗砂、砾石、碎石、卵石、矿渣、灰土及素土等)，分层夯实作为基础的持力层。3换填法4排水固结法是使软黏土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形的处理方法。该方法常用于解决软黏土地基的沉降和不稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使结构物在使用期间不致产生过大的沉降量和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基土的强度和稳定性。排水固结法由排水系统和加压系统两个部分组合而成。排水系统；加压系统。砂垫层插板施工铺布施工工序:场地排水清淤平整铺土工布铺砂垫层做盲沟和集水井搭设排水板分层碾压填筑土方填筑预压土观测沉降卸载。排水固结法1）预压法：在建造结构物之前，通过临时堆填土石方等方法对地基进行加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造上部结构物。适用范围：软弱黏性土地基。根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法又可分为五种方法。砂井堆载预压真空预压在软黏土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速软土固结，并加速地基强度的增长，这种方法称为砂井法。砂井法常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。适用范围：透水性低的软弱黏性土。2）砂井排水法(包括塑料排水带预压)：3）真空预压：在黏土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层抽气、抽水，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。适用范围：软弱黏性土地基。降低地下水位虽然不能改变地基中的总应力，但能减少孔隙水压力，使有效应力增长，促进地基固结。达到在建造结构物前完成部分固结沉降和提高地基承载力的目的。适用范围：在地下水位接近地面的土层中进行开挖深基坑的工程时，特别是饱和粉、细砂地基，多采用降低地下水位的措施。4）降水预压：5）电渗排水法：1）振冲挤密：利用振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；与此同时，依靠振冲器水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压加密。适用范围：砂性土，小于0．005mm的黏粒含量小于10％的黏性土。5振冲法2）振冲置换：利用能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲，在软弱黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成一根根桩体。适用范围：软弱黏性土地基，但对于抗剪强度较低的软黏性土，采用碎石桩时务必慎重从事。1）土或灰土挤密桩法：土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”。适用范围：湿陷性黄土、人工填土及非饱和黏性土。6挤密法2）砂石桩法：在松散砂土和人工填土地基中设置砂桩能对周围土体产生挤密作用，或同时产生振密作用。适用范围：松散砂土及杂填土地基。3）石灰桩法：在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并加以压实形成桩体。适用范围：软弱黏性土地基。4）水泥粉煤灰碎石桩法：碎石、石屑、粉煤灰，掺适量水泥加水拌和，用各种成桩机制成的具有可变黏结强度的桩型。适用范围：黏性土、淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土及湿陷性黄土地基。7化学加固法利用胶结剂、加固料或化学溶液，通过压力灌注或搅拌混合等方式将土颗粒胶结起来，使地基得到加固的方法。1）灌浆法：利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把某些能固化的浆液均匀注入地层中，将原来松散的土体胶结成一个整体，形成强度高、防渗和化学性能好的固结体。适用范围：砂性土、黏性土和湿陷性黄土地基。2）高压喷射注浆法：用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土中预定位置后，将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出冲击破坏土体，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体。适用范围：软、黏土；粉、砂土；湿陷性黄土、人工填土及碎石土等地基。3）深层搅拌法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就将软土和固化剂强制搅拌，利用软土和固化剂之间所产生的一系列物理化学反应，形成坚硬拌和桩体，与原地层共同起复合地基的作用。适用范围：超软土、泥炭土、软弱黏性土、粉土、淤泥和淤泥质土等。深层搅拌法施工顺序：定位沉入到底部喷浆搅拌（上升）重复搅拌（下沉）重复搅拌（上升）完毕8托换法托换法(或称基础托换)是指对原有结构物地基和基础需要进行处理、加固或改建，在原有结构物基础下需要修建