岩土工程施工技术(地基基础)PPT

岩土工程施工技术地基加固工程施工技术桩基础工程施工技术地下连续墙施工技术岩土锚固工程施工技术盾构施工技术地基与基础的任何变形必然引起上、下部结构的相对位移，形成建筑结构物的沉降、倾斜、甚至垮塌。加拿大布朗斯特康谷仓倾斜情况图对地基与基础的设计与施工并不都是成功的，造成结构物垮塌、倾斜、开裂的事件频频出现。从事现代基础工程工作，必须做到精心设计，精心组织施工，尤其在复杂的地质条件下或深水下修筑基础更是如此。决不允许草率处理和偷工减料。地基加固工程施工技术地基加固施工方法挤密桩施工技术高压旋喷法排水固结施工技术灌浆工程深层搅拌一、排水固结法施工排水固结:是一种适于大面积加固饱水软基的方法。（高速公路、铁路、港口大量采用）。固结后的地基即便再次处于饱水状态，其承载力也基本不变。排水固结法加固原理排水固结法是通过加压和排水的共同作用，使得饱和软土的孔隙水排除、孔隙度减小，有效应力增加——消除大部分后期沉降，提高地基密实度和强度的一种方法。该法由排水系统和加压系统组成。排水系统加压系统排水固结竖向排水体系水平排水体系堆载法真空法降水法电渗法塑料排水带（板）袋装砂井普通砂井砂垫层碎石盲沟（一）排水系统竖向排水系统，是指垂直或斜直建造在饱水土体中的过水通道,常用的有3种:（1）普通砂井：以抽管法方式施工：边抽管边填砂，形成一透水性好的砂柱（即砂井）。桩尖冲锤套管填砂（2）袋装砂井：仍是以抽管法施工，插管时将装砂袋带入至设计深度；在抽管以后或者边抽管边向砂袋中填充砂，形成袋装砂柱。（即袋装砂井）编织袋砂袋套管桩尖桩尖在桩尖制作时预留两根铁丝，便于后期在铁丝上拴砂袋。排水板结构：由滤膜和心板组成。滤膜：为两片聚乙烯（绦纶纤维）微孔片，粘贴于心板表面（滤膜的渗透系数5×10-4cm/s）心板：用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。制成Π型或梯型过水通道。（3）塑料排水带（板）：是近几年新研制的，取代砂井的一种装置。塑料排水板：耐侧压力:350kPa抗拉强度:1~2kn/10cm；纵向通水量:0.9~2.4升/min宽度:100±2mm厚度:3.54.04.5mm心板心板滤膜施工方法：用专用插带机，仍属抽管法插带，排水带穿入套管，与桩尖连接，插至预定深度后拔出套管，剪断排水带（地面预留20~30cm）。导管塑料排水带桩尖桩尖填砂塑料排水带三种纵向排水方式比较：塑料排水板具有以下特点：①排水效率多；②隔土性好；③抗挤压强度大（不会被挤断）；④施工简便，速度快，快于砂井；⑤工程质量容易控制；⑥成本较低（速度快，运输省）。适用深度35m（抗侧压力限制）。2．水平排水系统：采用砂垫层或碎石盲沟排水。砂垫层用砂：中砂→粗砂作用：（1）连通竖向排水体，迅速排水。砂垫层厚度：30~50cm。过厚：地基强度不足，过薄：影响排水。（2）可作为软出地基础持力层。桩尖填砂塑料排水带水平排水砂垫层1．真空预压法以大气压作为预压荷重，先在地面铺设一层砂、砾石，再在上面覆盖一层不透气的材料（塑料布）。然后用真空泵抽气使透水材料中保持较高真空度，在大气压强作用下孔隙水不断被压出，从而达到预压效果。（二）加压系统：一般加压（加荷）方法有：真空预压法降水预压法电渗预压法直接堆载法特点：方法设备简单、成本低，可达—0.8atm的真空度（相当于8T/m2的直接堆载）。此法的关键是防止漏气（挖沟埋实塑料布边缘。适用于均质粘性土，薄层砂性土和新填土地基加固。对加固范围有足够水源补给的透水层，且又未采取隔水措施时，不适用。塑料薄膜填砂填砂抽真空2．降水预压法借助井点抽水，降低水位以增加土的自重量压力，达到加固地基目的。该法优点是：不破坏土体，因而不需控制加载速率，可一次降水至预定深度，加快了固结时间。缺点是：引起临近建筑物的附加差异沉降3．电渗法：在待加固土体中插入金属电极，并通以直流电，使土中水由阳极流向阴极，将阴极积集的水排出，土体中孔隙水减少，有效应力增大，达到沉降固结目的。排水井排水井阳极阴极阴极阳极H2OH2OH2OH2O电渗法与降水预压法有类似的作用，都是通过降低地下水位，减少孔隙水，依靠土体的自重压密固结，不同的是：降水预压：是土体中的水是水位差作用下自由流向井内，电渗法：则是依靠水分子的极性。在电场驱动下向负极聚集。很明显，电渗法由于成本高，效率低只应用于小范围的透水性差的土体的排水固结。4．直接堆载法在地面直接堆放外荷载进行加压。使土体中的水，挤入竖向排水系统排出。优点：加载重量可达到或超过建筑物的重量。可保地基土紧密固结，预防或降低建筑物的后期沉降。效果好。缺点：堆载会破坏土体的结构，须分级堆载，延续时间较长。堆载物一般是用砂、土、砖等不污染环境的材料，堆载结束后需要清除外运，成本较高。（三）排水固结施工工艺流程基础施工原位测试及取样试验沉降及移位观测资料数据分析去预压填土定排水板桩位设工作基点设沉降测量观测桩平整场地填土预压排水板头部处理铺设砂垫层设置盲沟、明沟、集水井二、高压旋喷法高压旋喷注浆是在静压注浆加固地基的基础上发展起来的一项土体加固新技术。静压注浆对颗粒细粘的砂类土和含泥量高的粘性土等软弱地基，由于浆液不能均匀渗透（呈脉状、枝状）加固效果较差，不能适应现代基础的要求，随着高压射流切割技术的发展，60年代后期产生了高压旋喷注浆法。（一）、旋喷加固地基原理用钻机钻成一直径为75~150mm的孔至设计深度。在孔内下入旋喷管，以20~30MPa的压力泵入胶凝浆液。在喷嘴处产生高压喷射流，对周围土体切割、分离、搅拌。边喷射，边旋转，边提升，在喷射有效范围内，被切割分离的土与浆液一起凝固。形成一直径大，强度较高的旋喷桩柱。桩柱的形状与喷射流移动方向有关：一面喷射一面旋转和提升，称旋喷（形成圆柱形桩体）。一面喷射一面提升，喷射方向固定不变，称定喷（形成壁状桩体，作为防渗墙）。一面喷射一面摆和提升，称摆喷（形成扇形桩截面体（厚壁状））。高压旋喷的三种方式（二）、高压喷射流对土体的切割作用喷射流切割土体的机理，其理论尚未充分探明，但可以透过喷射的现象，分析出切割土体的主要作用。1．喷射流动压:喷射流冲击土体时，由于能量高度集中地冲击一个很小的区域，这个区域及周围土受到很大的压应力作用，当这些力超过土颗粒结构的破坏临界值，土体便受到破坏。其破坏力（F）可由射流运动方程得到：F=ρ·A·V2F—喷射流破坏力（N）；ρ—喷射流介质密度（N/m3）；A—喷射流截面积（m2）喷咀出口；V—喷射流速度（m/s）。当介质和喷咀一定时，破坏力与速度的平方成正比。因此，增大泵压提高流速是增大破坏力的增加桩径的合理方法。2．喷射流的脉动负荷（泵活塞脉动）当喷射流不停地脉冲式冲击土体时，土粒表面受到脉动负荷的影响，逐渐积累起残余变形，使土粒失掉平衡、促使了土的破坏。3．水锤冲击力（喷咀旋转）喷射流旋转继续地锤击土体，产生冲击力，促进破坏的进一步发展。4．空穴现象喷射流冲击土体时，由于流体内部压强低，在流体边缘产生较大压差。形成类似空穴的空洞，在空穴中，由于喷射流的激烈紊流，会把较软弱的土体掏空，造成空穴扩大，使更多的土颗粒遭受剥离、土体遭受破坏。5．水楔效应当喷射流充满土层时，由于反作用力（水压力）产生水楔，在垂直于喷射流轴线的方向上，楔入土体的裂隙或薄弱部分中，使土发生剥落或加宽裂隙。6．气流搅动（露出新鲜破碎面减少重复破碎）在水或浆液与气抽轴喷射作用下，气流将破坏下来的颗粒迅速吹散，使喷射流破坏土体条件得到改善，阻力减小，能耗降低，破坏能力增强。7．挤压力喷射流在终了区域，能量衰减很大，不能直接冲击土体使土粒剥落，但能对有效射程的边界上产生挤压力，对四周土体有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土体紧密连接，不脱落。（三）、旋喷成桩机理由于高压喷射流是高能量、高流速、集中和连续作用于土体上，压力应力和冲蚀等多因素同时密集在压应力区域发生效应。因此，喷射流具有冲击切割破坏土体并使浆液与土搅拌混合的功能。在旋喷加固地基中，其加固范围是喷射切割距离加上渗透距离或压缩部分的长度为半径的圆柱体。在粘土与砂土地层一部分细小粒被浆液置换并随浆液带到地面（俗称冒浆）。其余土粒与浆液搅拌混合，在旋喷动压、离心力（旋转搅拌产生）和重力的共同作用下，在桩体横断面上的土粒呈现有规律的排列。旋喷昀终固结状况示意图定喷固结体横断面结构示意图对粘土、砂土层：小颗粒中部居多，形成了从里到外，浆液，土体搅拌混合，压缩和渗透等组成部分固结质量不均匀，中心强度低，边缘强度高。（离心力和水力挤压密实）对大砾石和腐植土的旋喷固结机理与粘土和砂土不完全相同。大砾石层：因砾石的体大量重，喷射流不能将碎石切削成颗粒或移动重新排列，只能通过空隙并充满空隙。由于喷咀旋转，浆液向四周挤压近于渗透理论，固结体无压缩层部分。腐植土层：固结体的形状和性质与纤维物质的粗细长短和含量有关，纤维细短时其固地机理与粘性土基本相同。纤维粗长而数量多时：由于纤维质富于弹性，喷射流切割困难，但浆液能渗透形成固结体。纤维质密集部位浆液少，固结体的均匀性较差。（四）、旋喷注浆机具主要包括：钻机、高压注浆泵、空压机、旋喷、注浆管、输浆管、流量计、制浆机等这些机具中，除注浆管和高压注浆泵外，其余都是施工单位常用机械，一般都能具有施工设备能力。旋喷管:由导流器（水龙头）、钻杆、喷头三部分组成。导流器：将高压胶管的浆液通过活动连接输入钻杆中。旋喷施工钻机高压旋喷注浆设备旋喷钻机高压旋喷注浆设备旋喷钻机旋喷钻机轻便高压旋喷钻机（10米）高压旋喷注浆泵：国产注浆泵压力为20-30MPa，日产可达240MPa.旋喷管:由导流器（水龙头）、钻杆、喷头三部分组成。喷头旋喷导流器钻杆钻头1、单旋喷管钻杆：普通φ50、φ42钻杆，导流器、钻杆、关键是高压密封。单旋喷管喷头：喷头顶有两种形状，一种平头型，一种圆锥形。平头喷头上装有合金切削具，遇透镜体或卵、漂石可作为钻具用。圆锥形喷头矛式钻头在粘性及砂性地层较理想，遇孔内有垮塌物时，容易挤入孔底进行旋喷。喷头上装有1~2个喷咀，喷咀直径为1.6~3.5mm之间，是YG8或YG11合金制成，单旋喷管只有一个管道仅输送一种流体，结构简单，成桩直径减小，对砂土、粘土、淤泥，桩径为0.4~1m。2、二重喷管它是在单旋喷管基础上发展起来的。浆液和压缩空气分别输入二重旋喷管内两个互不串通的管道，并喷头从侧面的液、气同轴喷射的双层喷咀中喷出，中间喷咀喷射浆液，外环状喷咀喷射压缩空气，在喷射浆液流周围形成空气帷幕，减小了浆液流阻力，增加了喷射距离，扩大了成桩直径。桩径可达0.8~1.6m。二重喷管导流器旋喷头3、二重旋喷管改进型：以高压清水或泥浆切割分离土体，以低压喷浆，高压喷咀位于中压喷咀之上。组成60°喷射角，更有利于切割、分离、搅拌、以清水或泥浆代替压缩空气、降低了空压机成本，再从切割分离破坏土体的情况分析：斜置喷嘴的局部弯曲阻力系数为0.55、水平设置的喷咀局部弯曲阻力系数为1.12。显然，斜置喷咀的压力局部损失比水平喷咀小得多。4、三重旋喷管三重旋喷管是在二重旋喷基础上发展起来的，它仍然用压缩空气流保护高压喷射水流，使破坏土体的高压水流不致过早的衰减，而是更有力地切割土体，由于孔内液气流量增加，可将细小的土粒排出孔外，增大了浆液的置换量，提高了桩体承载力，桩径可达1.5~2.5m。三重旋喷管导流器三重旋喷头三重旋喷采用三通道导流器和三层钻杆，气、水喷咀同轴水平向或120°角安装，浆液低压喷咀位于气、水喷咀下方。平底喷头低压浆液压缩空气高压清水或泥浆三重旋喷头锥形喷头多重旋喷首先钻一个导孔，然后置入多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压水力射流(压力约40MPa)，切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个较大的空穴。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空穴的直径和形状，昀后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充。昀终在地层中形成一个大直径的柱状固结体。在砂性土中昀大直径可达4m。这种方法日本称之为SSS-MAN工法。多重管的功能，不但可输