水泥加固土

1山东大学第七章地基处理主讲教师王广月2第七章软弱土地基处理第1节概述第2节夯实法及碾压法第3节换土垫层法第4节排水固结预压法第5节挤密法和振冲法第6节强夯法第7节深层搅拌法第8节高压喷射注浆法3第一节概述对不良场地进行补强加固的过程，即称为地基处理。一、地基处理的对象地基处理的对象主要是软弱地基和特殊土地基。(一)软弱地基《建筑地基基础设计规范》中规定，软弱地基系指主要由于泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。1、软土淤泥及淤泥质土的总称为软土。其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。4※软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。物理力学特性软土的天然孔隙比大：e1天然含水量高：w≥wl压缩系数高渗透系数小抗剪强度低灵敏度高具有明显的流变性5淤泥：e≥1.5淤泥质土：1.5e≥1.0软土工程特性软土地基的地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长※流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。62、冲填土冲填土是指在整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆将夹大量水分的泥砂吹到江河两岸而形成的沉积土，亦称吹填t土。冲填土的工程性质主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。3、杂填土杂填土是由人类活动所形成的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等无规则堆填物。杂填土的成分复杂，组成的物质杂乱，分布极不均匀，结构松散且无规律性。杂填土的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，即使在同一建筑场地的不问位置，其地基承载力和压缩性也有较大的差异。杂填土未经人工处理一般不宜作为持力层。4、其他高压缩土饱和松散粉细砂及部分粉土，在机械振动、地震等动力荷载的重复作用下，产生液化或震陷变形，另外，在基坑开挖时。也可能会产生流砂或管涌，因此，对于这类地基土，往往需要进行地基处理。7(二)特殊土地基1、湿陷性黄土凡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沉陷的黄土，称为湿陷性黄土。由于黄土浸水湿陷而引起的建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因，因此，当黄土作为建筑物地基时，应首先判别黄土是否具有湿陷性，再考虑是否需要进行地基处理，以及如何处理。2、膨胀土膨胀土是指颗粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土。它是一种吸水膨胀和失水收缩的高塑性粘土，具有较大胀缩性。当利用膨胀土作为建筑物地基时，如果不进行地基处理，往往会对建筑物造成危害。83、季节性冻土冻土是指气候在负温条件下，其中含有冰的各种土。季节件冻土是指该冻土在冬季冻结，而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大，也需要进行地基处理。9由于软土及特殊土地基的上述工程特性，所以在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。因此在软土地基上建造建筑物，要求对软土地基进行处理。10二、地基处理的目的•地基的良好与否，广义地讲就是能否满足建(构)筑物的变形和承载力要求，因此，它是一个动态的概念。地基处理的方法很多，但不管采用何种方法，处理后的建筑场地均必须达到以下几方面的要求：(1)强度要求。满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。11二、地基处理的目的(2)变形要求。满足地基土在上部结构自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降变形，特别是超过建筑物所容许的不均匀的沉降变形。(3)动力稳定性要求。满足地基土在动力荷载(如地震荷载)作用下不致发生液化、失稳或震陷等灾害。(4)透水性要求。满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或水力比超过容许值，而发生涌土、流沙、边坡滑动等事故。12(5)特殊土地基安定性要求。满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生的损坏。13三、地基处理方法的分类地基处理方法的分类可有多种多样，如:按时间可分为临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理；按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和冷热等处理方法。《建筑地基处理技术规范》将目前采用的地基处理方法分为九类.14四﹑地基处理的原则地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。15五﹑地基处理方案的选择(一)地基处理方案选择前的调查研究在选择地基处理方案前，首先应开展必要的调查研究，从而为合理确定具体的地基处理方法提供充分依据，其调查研究的主要内容有以下方面。1.结构条件2.地质条件3.环境影响4.施工条件1617第2节夯实法及碾压法通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。1819一、土的压实原理•工程实践表明：土在一定击实能和适当含水量即最优含水量情况下才会被压到最密实状态。•测定方法：室内击实或现场压实实验测定。w含水量γd干重度γdmaxwop经验：粘性土：wop=wp+2粉土：14%~18%201.最优含水量对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。21试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。2.压实功能对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。22手柄导桶击锤击实桶导杆土样底板击实仪结构示意图23•施工质量制：压实系数λc=γd/γdmaxmax1wsdopsdwd•无试验时，黏土与粉土的最大干重度η经验系数：黏土取0.95；粉质黏土取0.96；粉土取0.97。砌体与框架结构排架结构在主要受力层λc≥0.97；在主要受力层λc≥0.95。在主要受力层λc≥0.96；在主要受力层λc≥0.94。24二、机械碾压法•常用机械：平碾、羊足碾、压路机等（注意适用条件）•适用条件：大面积填土和杂填土•试验：实验室与现场测试一定击实能下（分层厚度、压实遍数）的wop•施工质量控制：a:土的含水量为wop；b:土的分层厚度300mm左右；c:检测λc与γdmax（由设计确定）。252627三、振动压实法•常用机械：振动压实机•适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等。•压实效果：影响深度1.2~1.5m，承载力可达100~120kPa。•注意：不宜地下水位高，对周围影响3m范围。四、重锤夯实法•常用机械：由起重机将重锤提至一定高度后自由落下，重复夯击使土密实。•施工要求：锤重15~30kN，落距2.5~4.5m，夯打8~12遍，影响深度1.2m左右。28振动压路机29第二节换土垫层法一、换填法的处理原理及适用范围•换填法是将天然软弱土层挖出，分层回填强度较高、压缩性较低且无腐蚀性的砂石、素土等材料，压实或夯实后作为地基持力层。软土层垫层30•适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土等的浅层处理。p0zθpczpzd二、设计要点•垫层土的厚度z应根据下卧层土层的承载力确定，即：垫层下卧层pcz---软土层顶面处自重应力;faz---软土层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。pz---软土层顶面附加应力；zczazppf31•垫层材料：1.砂石：级配良好，不含有机杂质。2.粉质黏土：土料中有机质含量不得超过5%含有碎石时粒径不超过50mm。3.灰土：配比2:8或3:7，土料为粉质黏土，石灰为新鲜的消石灰。三、施工要点1.根据不同的填料选择施工机械。粉质黏土、灰土宜用：平碾、振动碾、羊足碾；砂石宜用；振动碾。322.施工方法、分层厚度、每层压实遍数宜通过试验确定。施工时严禁扰动垫层下的软土。3.素填土和灰土施工含水量宜为最优含水量±2%。垫层竣工后应及时进行基础施工与回填。4.重锤夯实的夯锤宜用圆台形锤重宜大于2t。夯实顺序宜先外后里，先深后浅。四、质量检验1.要求：分层夯实，分层检验。2.检验方法：环刀法（测压实系数），贯入仪、静力触探、标准贯入试验等方法。33第三节强夯法强夯法是法国L·梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高2～5倍，压缩性可降低200～500％，影响深度在10m以上。34济南机场一期场道强夯工程35济南国际机场扩建主跑道36新建山东省电力专科学校强夯工程37济南高新技术开发区强夯工程3839•常用机械：由起重机将重型锤提至一定高度后自由落下，重复夯击使土密实。锤重：100~400kN，落距8~20m。•适用条件：碎石土、砂土、粉土、人工填土等，不适于淤泥等高灵敏度土。•加固机理：夯击能产生动应力与冲击波，土层液化，土粒位移并重新排列密实。•设计要点：单击夯实能、夯击遍数、间隔时间、加固范围、夯点布置等。（按《建筑地基处理技术规范》要求进行设计）40414230T强夯锤部件43威海抱海大厦地基强夯效果44第四节排水固结法一、加固原理及适用范围•排水固结法是在建筑物建造以前，有条件地在建筑物场地上进行预压，使地基的固结沉降基本完成以提高地基土的强度。•适用范围：淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和软黏土的加固。•预压系统：堆载预压系统与真空预压系统。45二、堆载预压法简介堆载排水砂垫层排水砂井软土层砂井堆载预压排水固结示意图堆载产生超静水压力46三﹑真空预压法•真空预压法最早是由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授(w．K．je11man)于1952年提出的．•国内外都做了不少室内和现场试验，并对真空预压的机理进行了深入的研究.4748真空预压法特点•一﹑加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随侧向收缩，不会造成侧向挤出，特别适于超软土地基加固。•二﹑一般膜下真空度可达600mmHg，等效荷重为80kPa，约相当于4.5m堆土荷载；真空预压荷重可与堆载预压荷重叠加，当需要大于80kPa的预压加固荷重时，可与堆载预压法同时使用，超出80kPa的预压荷重由堆载预压补•三﹑真空预压荷载不会引起地基失稳，因而施工时无须控制加荷速率，荷载可一次快速施加，加固速度快，工期短。49真空预压法特点•四﹑施工机具和设备简单，便于操作；施工方便，作业效率高，加固费用低，适于大规模地基加固，易于•五﹑不需要大量堆载材料，可避免材料运入、运出而造成的运输紧张、周转困难与施工干扰；施工中无噪•六﹑•七﹑需要充足、连续的电力供应；加固时间不宜过长，•八﹑在真空预压加固过程中，加固区周围将产生向加固区内的水平变形，加固区边线以外约10m附近常发生裂缝。因此，在建筑物附近施工时应注意抽真空期间地基水平变形对原有建筑物所产生的影响。50粘土密封墙51滤管52预压过程53预压过程54正常抽气阶段55射流箱56射流箱57铺膜58四﹑真空预压联合堆载软基处理59第五节挤密法和振冲法一、挤密法加固原理•挤密法是以振动或冲击的方法成孔，然后在孔中填入砂石、土、石灰或其它填料，并加以捣实成为桩体。•机理：桩管打入土中，产生横向挤密作用，土体密实，强度增加，同时，桩体本身具有较大的强度，故桩体与土组成复合地基。•适用范围：松软砂类土、素填土杂填土等。60高真空挤密法施工61二、振冲法加固原理•振冲法：是利用振冲器在高压水流的作用下，在黏土中