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1、第五章 地基处理 Ground improvement,5.1 概述,浅基础,当承载力,沉降,液化,冻胀不满足设计要求 (1) 采用深基础,桩基础 (2) 处理地基土,改善土性,一 地基处理的目的,1 提高土的强度-地基承载力 2 增加土的刚度-减少地基沉降量 3 改善地基土的水力特性 (1)防渗,堤坝,闸基,池(湿陷,膨胀性土) (2)排水:软基固结渗流,挡土墙排水 (3)渗透稳定性:长江大堤的管涌,流土.采用反滤 (4)抗冻性:实质是渗透性,减少毛细现象,加强排水 改善抗震性能:(1)液化:加密,围封（水床）;(2)震陷:干松砂和溶洞.,哪些土需要处理？,淤泥土与淤泥质土muck, muc
2、ky soil 泥炭,泥炭质土Peat 填土,回填土Fill, backfill 松砂Loose sand 区域性土Regional soil,2 软土和特殊土地基,2.1淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil (1)定义 淤泥土孔隙比 void ratio e1.5, l (Il1.0) 淤泥质土孔隙比 e=1.01.5,l (Il1.0) (2)土性 *高含水量 =4090% even 100% *高压缩性 a 0.53.0Mpa-1 *高流变性 : 次固结量随时间增加 *低强度 Cu 30 kPa vane shear test *低渗透性 10-6 10-8cm/s, 固结过
3、程长,a 0.5Mpa-1 Cu 30 kPa,2.2泥炭,泥炭质土 Peat 定义: 泥炭e1.5,l (Il1.0),有机含量 30%(Beijing) 泥炭质土 e=1.01.5,l (Il1.0)有机含量10-30% 土性 *高含水量 *高压缩性, 快, 不均匀 * 高流变性 *低强度 Cu 30 kPa *高渗透性,2.3 填土,回填土Fill, backfill,杂填土Miscellaneous fill :建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定 冲填土Hydraulic fill :细 欠固结,素填土Plain fill,砾石，砂，粉土，粘性土 2.4松砂Loose sand Dr
4、0.85 易液化，振陷,2.5 区域性土Regional soil,湿陷性黄土Collapsible loess (silt): 广泛分布，大孔隙，高结构强度,200kPa,s=(hd-hw)/h00.015,s=(ed-ew)/(1+e0),ed,ew,200kPa,荷载板试验 200kPa, 荷载不变 注水沉降/b=0.023,膨胀土Expansive soil 蒙特石含量高 冻土 Frozen soil, 冻胀性,3 地基处理方法分类,3.1 加密法Densification 3.2 换土垫层法Soil replacement 3.3 胶结法Cementation 3.4 加筋法Soil
5、 reinforcement,原则：技术经济,降低压缩性，提高强度 1碾压Compaction by rolling 1.1 振动平胎碾砾石 羊足碾粘性土或粉土,6.2 加密法,平滑鼓型振动碾 Vibrocompaction for sand,振动平板碾级配砂或者砂、砾和粘性土的混合土 Vibrating plate for hand operation Vibrating rollers produce high compaction in a well-graded sand and in a clay, sand and gravel mixture,1.2爆破 Densificatio
6、n by explosion,振动引起液化，在爆炸和重力作用下振密到更稳定的结构 适合于干净的松砂、粉砂 Dr = 0.50.6. 加密有时效性,锤重 落距 10 kg, 100cm 12t, 34m 10t, 10m,1.3 强夯法 dynamic consolidation,Heavy tamping,(1)强夯机理 :动态能量, 波的传播和固结; (2)深层加密, Manerd formulation M(KN),h(m),k=510. (3) 适用于砾、砂、非饱和粉土和粘性土,二 深层挤密法 (一)挤密法种类 1 预制桩：楔形桩,混凝土,木,1.54.0m, =512o,很少用了 2
7、沉管挤密桩 (1)沉管:封口或者活瓣,打入,加料,拔出.振动,锤击 (2)材料：土桩(原状土粉,粉质粘土再夯入);灰土桩,砂石桩;夯实水泥土桩，二灰桩(加粉煤灰)，柱锤冲扩法 (3)适用于填土,松砂,湿陷性黄土,一般粘性土Sr60%.,砂桩,振冲桩 (起源于德国,我国于70年代引入) (1)设备,振冲器d=270420mm,l=23m, G=820KN (2)原理:振:偏心轮旋转,振动加密,使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土颗粒振浮液化固结,(3)填料 粗颗粒(粘细粒少);级配好;最大颗粒50mm,010 最好 1020 2030 3050 差 50 不宜,(4)适用于松砂,素填土,杂填土和
8、一般粘性土,不适用于淤泥和淤泥质土,振冲器,深层挤密法小节,施工方法：沉管，振冲等 材料：砂石桩、夯实水泥土桩，灰土挤密桩，土桩，柱锤冲扩桩 由这些挤密方法形成的桩与原地基土一起构成复合地基Composite ground,梅花形,t,d,正方形,d,（三） 复合地基,1复合地基; 2 挤密效果,已知t,d 求e2，或者已知e2,d 求 t,孔隙比 总断面积 高度 固相比例 固相体积 e1 H 1/(1+ e1) Vs1=A1H/ (1+ e1) E2 H 1/(1+ e2) Vs1=A2H/ (1+ e2),3 复合地基的承载力,1）经验公式计算 桩土应力比 n= p / s与土性有关,随荷
9、载过程变化,对于碎石桩n=24 面积置换率m=Ap/A 复合地基承载力标准值,2） 载荷试验法 s/d=0.015-0.02时的p,p,mm,例辽宁省湿陷性黄土，灰土桩,（1）t=90cm,d=40cm 加密前e1=0.96,d=1.379 加密后e2=0.61,d=1.679（15点平均） 用公式 （2）承载力，原状土f0k=132kPa,桩土应力比 n = p / s = 3.48, m=0.179, 载荷试验fk=228kPa, s=158kPa, p =550kPa; s/d=0.008. 公式计算： fk=1+m(n-1) f0k=191kPa,四 预压固结法,（一）预压原理，原位自
10、重应力s，建筑物附加应力z, 预加压力t=(1.21.5) z,变形,强度,适用于饱和软粘土（1）淤泥及淤泥质土（2）冲填土（3）填海（湖）造田。,2 预压方法 preloading,（1）堆载预压 （2）降水预压 增加有效应力wellpoint system （3）真空预压 密封层,基坑降水预固结,设计坑底,坑底降水深度,D,坑底降水线,z,-u,真空预压 密封层,思考题,为什么降水预压和真空预压不会引起土体破坏。堆载预压则可能由于速度太快而造成地基破坏？,预压固结的加载速率,快加载不排水破坏 分级慢排水达到密实固结,(二）固结-砂井固结排水,例单向渗流固结 a=0.5MPa-1 k=510
11、-7cm/s e0=1.0， 10m厚 U=94% t=1.6年 这显然不合适 砂井固结：为加快固结速度，增加水平向渗流,D,dw,D,1 微分方程轴对称,三维渗流固结问题 Carrillo认为可以分解成两个方向的渗流固结问题叠加,2 微分方程的解,按各自的边界条件分别求解，公式518，积分后得到，假设,n为井径比=de/dw,De有效直径1.05D（三角）,1.13D（正方）,上例中dW=25cm, D=2.5m，U=94% 只需要20天 思考题：增加井径dW,减少间距de哪个有效？,3 塑料排水板,砂井（1）砂量（2）易断（3）工程造价 近年更多使用塑料排水板，等效直径,加密法小节,浅层：
12、碾压、 深层：爆破、强夯 预制混凝土桩，沉管，振冲等 预压固结 由深层挤密形成桩体与地基土构成复合地基，挤密后的承载力计算 砂井排水预压固结计算,5.3 换填法Soil replacement,1 垫层法 1.1 材料 (1)堆石,块石,毛石,抛石挤淤 (2)砾,中粗砂,振动压实,防冻,防液化,加速固结(3)灰土,三合土(有一定胶结)灰土2:8,3:7, 土-粉土,粉质粘土;三合土:灰土,灰渣及碎砖瓦 (4)工业废渣:粉煤灰,矿渣 (5)素土:Ip=1017,湿陷性黄土换除,分层垫入,压实,2 垫层法的适用性 (1)软粘土和淤泥 (2)湿陷性土 (3)填土,一般粘性土承载力低 垫层设计 人工持
13、力层,因此要对软弱下卧层验算 (1)持力层承载力 pf, 确定材料及密度 (2)深度设计 一般要求0.5m垫层的扩散和技术的要求 3.0m工程量,经济性 按承载力设计(与软弱下卧层相似),Z + CZ f(z+d) 见表5-1, z/b0.5,2330o Bb+2ztg +2 30cm 便于压实机械施工 B b+z 侧向挤压(淤泥) =02.0,b,回填土,B= b+2ztg ,d,z,5.4 胶结法,一 灌浆 1 水泥和粘土浆 可灌物净空比 R=Dpore/d=23; Dpore、 d为被灌材料的孔隙尺寸和灌浆材料的粒径，防止堵塞 可灌比 N=D15/d851015, 85%的灌浆材料充填
14、适用于砾石,粗砂，用以防渗，灌注桩加固,单液硅化法和碱液法 硅酸钠，氢氧化钠氯化钙 3 化学灌浆丙烯酰胺，聚氨酯 真溶液易灌， 凝固时间和强度可控， 污染， 造价高,二 高压喷射注浆法,高压旋喷 单管:浆液 双管:内浆外气 三管:气, 水, 浆 适用于:人工填土;黄土及一般粘性土;软粘土;砂石,旋喷桩施工顺序,三 深层搅拌法 Deep mixing 水泥土搅拌法,软粘土加固 1 工艺和机械 2 地基，高速公路，基坑,四 加筋法,（一）土工合成材料技术发展 （二）土工合成材料功能 防渗， 不透水膜， 三峡二期围堰的防渗墙上部采用土工膜, 固体废物填埋场,三峡,排水沟,表土覆盖层,表面隔断层,基础
15、隔断层,地基基础,垃圾渗水,和地下水的距离,渗水导管,气体导管,竖井,地质屏障,经处理的地质屏障,地下水,气体收集,渗水收集,垃 圾 体,垃圾填埋体的主要构成,反滤，防冲 防止渗透破坏，水土流失 (护坡)， 无纺织物 加筋:格栅,土工布,条带,纤维加筋 隔离 排水,塑料排水板,如清华草地,隔离,Railroad stabilization Geotextile reduce maintenance and extend the racks service life. They also prevent the loss of costly ballast, reduce rail deform
16、ation and increase the ballasts load carrying capacity.,Drainage for subsurface drains High permeable, non-biodegradable soil filtering fabrics and helps to maintain the soil stability for roadway, buildings and airport runways.,Embankment / erosion control,加筋挡土墙,A,A,B,砌块,砌块组合式面板,L形预制面板,装配式面板,土工格栅,面板,面板,土工格栅加筋挡土墙,地基处理方法小节,加密法：碾压，爆破，强夯，深层挤密形成复合地基，预压固结 换土垫层法：垫层0.5-3.0m,下卧层承载力验算 胶结法：适用于饱和软土 加筋法：适用性广,