中国地基处理技术(同济---叶观宝)

同济大学叶观宝教授中国地基处理技术FoundationImprovementTechnologyinChina地基处理的含义场地（Site）：指工程建设所占有并直接使用的有限面积的土地。场地范围内及其邻近的地质环境都回直接影响着场地的稳定性。地基(Foundation,Subgrade):指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。基础（Foundation，Footing):指建筑物向地基传递荷载的下部结构。地基处理（GroundTreatment，GroundImprovement）：指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，而地基需经过人工处理后再营建基础。建筑物基础地基地基存在的问题地基承载力或稳定性问题沉降、水平位移及不均匀沉降问题渗透问题特殊土的不良地质问题液化问题地基存在的问题实例1．加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓平面呈矩形，长59.44m,宽23.47m。高31.0m。容积36368m3。谷仓为圆筒仓，每排13个圆筒仓，共5排65个圆筒仓组成。谷仓的基础为钢筋混凝土筏基，厚61cm，基础埋深3.66m。谷仓于1911年开始施工，1913年秋完工。1913年9月起往谷仓装谷物，仔细地装载，使谷物均匀分布、10月当谷仓装了31822m3谷物时，发现1小时内垂直沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时间谷仓倾倒ˊ。谷仓西端下沉7.32m,东端上抬1.52m。1913年10月18日谷仓倾倒后，上部钢筋混凝土筒仓艰如盘石，仅有极少的表面裂缝。PfPf建筑物荷载过大，使地发生整体滑动，建筑物失稳。实例2.香港宝城滑坡1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡６7人。山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。滑动面雨水建筑Gf实例3.比萨斜塔比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼，塔八层，高53.3m。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜，与地面成5.5°第七层在南面突出4.5m。比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093，即9.3％,我国国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7－89中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度Hg为：50mHg≤100m时，其允许值为0.005，即0.5％。比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国国家标准允许值的18倍。S地基产生的不均匀沉降造成的建筑物倾斜实例4.大地震中地基液化地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤。实例5．Teton坝Teton坝位于美国Idaho州的Teton河上，是一座防洪、发电、旅游、灌溉等综合利用工程。大坝为土质肥心墙坝。最大坝高126.5m(至心墙齿槽底)，坝顶长945m。建于1972-75年，1976年6月失事。损失：直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路。渗透破坏12：30洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁11：50左右，洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加地基处理对象及其特征地基处理的对象软弱地基（SoftFoundation）特殊土地基(SpecialGround)软土（softsoil）冲填土杂填土饱和松散粉细砂淤泥淤泥质土湿陷性土红粘土膨胀土冻土岩渍土污染土等软弱地基由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。组成物质杂乱，分布不均匀，结构松散。因而强度低、压缩性高和均匀性差。包括淤泥和淤泥质土。在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成。主要由细粒土组成，孔隙比大（大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（压缩系数0.5MPa-1）和强度低。广泛分布在我国东南沿海及内地。例如天津、上海、杭州宁波、温州、厦门、广州等沿海地区，以及昆明、武汉等内地地区。软土（SoftSoil）冲填土（HydraulicFill）整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土。又称吹填土。冲填土是否需要处理和采取何种方法处理，取决于冲填土的颗粒组成、土层厚度和排水条件。杂填土（MiscellaneousFill）饱和粉细砂（SaturatelooseSand）由于密实度小，容易在动力荷载下产生液化现象，并容易在东水压力作用下产生管涌和流沙现象。特殊土地基指土体在一定压力下受水浸湿时产生的湿陷变形量达到一定数值的土。包括：湿陷性黄土、干旱和半干旱地区具有崩解性的碎石土和砂土。黄土在我国特别发育，广泛分布在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆等地。指粘粒成分主要由亲水性矿物所组成的粘性土。具有吸水膨胀、失水收缩的特性。主要分布在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、广东等地。指石灰岩、白云岩等碳酸类岩石在亚热带温湿气候条件下经风华作用所形成的褐红色的粘性土。由于下卧岩面起伏及存在，一般容易引起不均匀沉降。主要分布在云南、贵州、广西等地。土的温度等于或低于摄氏零度，含有固态水。当自然条件改变时，产生冻胀、融陷等不良地质现象。季节冻土占中国领土面积一半以上，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。多年冻土分布在东北大、小兴安岭，西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地，总面积为全国领土面积的1/5强湿陷性土（CollapsibleLoess）膨胀土(ExpansiveSoil)红粘土(RedClay)季节性冻土(FrozenSoil)地基处理的目的1、改善土的抗剪特性2、改善压缩特性3、改善透水特性4、改善动力特性5、改善特殊土的不良地基特性1、改善土的抗剪特性地基的破坏属于剪切破坏！因此可以通过提高地基土的抗剪强度来提高地基的强度和承载力。从而防止结构倒塌、边坡失稳。45/2σ1σ3σ3σ190c+.tg()2、改善压缩特性※减小建筑物的沉降和不均匀沉降；减小基坑开挖、隧道施工引起的地面沉降；减小降水产生的固结沉降。颗粒水气※土的压缩机理土中的孔隙的减少。由于孔隙中含有水和气，压缩速度受排水和排气特性的影响。3、改善透水特性※地下水位下基坑开挖的止水；砂土液化中的排水。颗粒水气※土的透水性能主要受孔隙大小（渗透性）和排水距离的的影响。可以通过减小孔隙和填充孔隙的方法来减小土的渗透性。也可以在土中植入透水性好的介质（砂石桩和排水板）来增加其渗透特性。4、改善动力特性※松散粉细砂的液化机理在动力荷载作用下，松散粉细砂有结构变密的趋势，从而导致孔压增长，产生液化现象。因此可以通过增加密度、减小动剪切应力和改良排水条件三方面来处理可液化地基。5、改善特殊土的不良地基特性※改善黄土的湿陷性；※改善膨胀土的胀缩性；※改善冻土的冻胀和融沉特性。地基处理的方法置换1、换土垫层法2、挤淤置换法3、褥垫法4、振冲置换法5、沉管碎石桩法6、强夯置换法7、砂桩置换法8、柱锤冲扩桩法9、石灰桩法10、EPS超轻质料填土法(发泡聚苯乙烯)地基处理的方法振密、挤密1、表层原位压实法2、强夯法3、冲击碾压4、振冲密实法5、挤密砂桩法6、爆破挤密法7、土桩、灰土桩法300T•m强夯降水强夯-高真空击密工法（远眺）降水强夯-高真空击密工法（近景）施工之前表层处理-高真空浅层处理-高真空深层处理1深层处理2在真空管之间进行强夯高真空排水与强夯同时进行5．砂土地基双点共振振冲密实法多边轮快速夯实法地基处理的方法排水固结1、加载预压法2、超载预压法3、砂井法(普通砂井、袋装砂井、塑料排水带)4、真空预压法5、真空预压与堆载联合法6、降低地下水位法7、电渗排水法插板机(振动锤+龙门架)塑料排水板场区覆膜高真空井点强夯设备浦东国际机场高真空击密法加固地基处理的方法灌入固化物1、深层搅拌法(湿法与干法)2、高压喷射注浆法3、夯实水泥土桩法4、渗入性灌浆法5、劈裂灌浆法6、挤密灌浆法7、电动化学灌浆法SMW工法组合构件支护结构地基处理的方法加筋1、加筋土法2、锚固法(土锚、土钉、锚定板)3、土工合成材料4、树根桩法5、低强度混凝土桩复合桩基法6、钢筋混凝土桩复合桩基法(GSI)(GSI)土工格室（geocell）和土工网格（geoweb）(GSI)杭州天子岭垃圾填埋场（捷高）封场后可作为牧场、公园、高尔夫球场等，有效利用了土地（捷高）GCL封顶层（捷高）SteepenSlopetoWallIncreaseSpace※Slope:Faceinclination700※SolutiondrivenbymanyfactorsSlopevs.WallRoadwayApplicationsIllustratedCrossSectionPanelWallSystemFull-HeightPanelWallSystemModularBlockWallSystemI-25-FoundersMeadowsPkwy.CastleRock,CO地基处理的方法冷热处理1、冻结法2、烧结法地基处理的方法改造工程1、建筑物增层改造（地上、室内和向地下的增层改造）；2、建筑物改建、扩建（调整、改善房屋使用功能，扩大使用面积）；3、建筑物加固和托换工程；4、建筑物移位工程（平移、转动、升降移位、综合移位）；地基处理的方法1、建筑物的裂损加固处理；2、氡气治理工程；3、建筑物纠倾扶正及防复倾加固工程；4、不均匀下沉引起建筑物的挠曲、扭曲变形的病害处理工程；5、过量沉降建筑物的控制与处理工程；6、火灾、水灾后建筑物的检验、鉴定与加固处理；7、建筑材料质量低劣的危险房屋抢救与加固工程；8、地震、风灾损坏后建筑物抢救与加固工程；9、泥石流、滑坡损坏的建筑物抢救与加固工程；10、地面塌陷及地面裂缝损坏的建筑物抢救与加固工程；11、其他灾害损坏导致的建筑物的抢救工程病害处理事故实例CFG桩软基处理高填方路堤滑坡粉质粘土淤泥沉管灌注桩（CFG桩）基岩分化层路基地质情况事故事例搅拌桩软基处理高填方路堤滑塌地基处理的方法既有建筑地基基础加固方法1、基础加固法2、基础托换法3、地基加固法4、组合加固法－同时采用基础加固、基础托换或地基加固等两种或两种以上方法的组合加固地基处理的方法基础加固法1、基础补强注浆加固法2、扩大基础底面积法3、加深基础法地基处理的方法基础托换法1、锚杆静压桩法2、树根桩法3、坑式静压桩法4、桩式托换法5、后压浆桩法6、抬墙梁法7、沉井托换加固法地基处理的方法地基加固法1、注浆加固法2、高压喷射注浆法3、水泥土搅拌法4、加筋水泥土桩锚法5、双灰桩法6、化学灌浆法地基处理的方法纠偏方法1、锚杆静压桩法2、基础加压纠偏法3、基础减压和加强上部结构刚度法4、套筒法5、浸水与加压矫正法6、排(掏)土纠倾法7、预浸水法8、灰土桩法地基处理的方法移位地基处理方法的选择考虑的因素1、土的种类2、土的加固深度3、上部结构的要求4、能提供的材料5、能提供的加固机械设备6、环境因素7、工期要求8、当地处理方法的习惯，施工队伍素质9、施工技术条件和经济指标比较地基处理的原则经济上合理地基处理方法技术上可靠施工上方便节约能源保护环境地基处理的设计地基条件1、地形及地质成因2、地基的成层状况3、软土层层厚及范围4、持力层的位置及倾斜情况5、透水层的位置及状况6、地下水位和孔隙水压力的情况7、地基土的物理及力学性质地基处理的设计结构条件1、形式：荷载面的刚度及现状、开挖型式2、规模：荷载的大小、发布情况、种类（动载或静载）、荷载面的面积及布置、开挖深度及宽度3、重要性及目的4、稳定安全系数5、沉降及变形的容许值地基处理的设计环境影响1、振动、噪音－强夯、砂桩、挤密2、