1、第五章第五章 地基處理地基處理Ground improvement5.1 概述概述 淺基礎,當承載力,沉降,液化,凍脹不滿足設計要求(1) 采用深基礎,樁基礎(2) 處理地基土,改善土性一一 地基處理的目的地基處理的目的1 提高土的強度-地基承載力2 增加土的剛度-減少地基沉降量3 改善地基土的水力特性 (1)防滲,堤壩,閘基,池(濕陷,膨脹性土) (2)排水:軟基固結滲流,擋土墻排水 (3)滲透穩定性:長江大堤的管涌,流土.采用反濾 (4)抗凍性:實質是滲透性,減少毛細現象,加強排水4改善抗震性能:(1)液化:加密,圍封（水床）;(2)震陷:干松砂和溶洞.哪些土需要處理？淤泥土與淤泥質土淤泥

2、土與淤泥質土muck, mucky soil泥炭泥炭,泥炭質土泥炭質土Peat填土填土,回填土回填土Fill, backfill松砂松砂Loose sand區域性土區域性土Regional soil2 軟土和特殊土地基軟土和特殊土地基2.1淤泥土與淤泥質土淤泥土與淤泥質土muck, mucky soil(1)定義淤泥土孔隙比淤泥土孔隙比 void ratio e1.5, l (Il1.0)淤泥質土孔隙比淤泥質土孔隙比 e=1.01.5,l (Il1.0)(2)土性*高含水量 =4090% even 100%*高壓縮性 a 0.53.0Mpa-1*高流變性 : 次固結量隨時間增加*低強度 Cu

3、0.5Mpa-1Cu 1.5,l (Il1.0),有機含量有機含量 30%(Beijing)泥炭質土泥炭質土 e=1.01.5,l (Il1.0)有機含量有機含量10-30%土性*高含水量 *高壓縮性, 快快, 不均勻不均勻* 高流變性 *低強度 Cu 30 kPa*高滲透性2.3 填土填土,回填土回填土Fill, backfill 雜填土雜填土Miscellaneous fill :建筑垃圾，衛生填埋，建筑垃圾，衛生填埋，不均勻，不穩定不均勻，不穩定 沖填土沖填土Hydraulic fill :細細 欠固結欠固結素填土素填土Plain fill,礫石，砂，粉土，粘性土礫石，砂，粉土，粘性土2

4、.4松砂松砂Loose sandDr 0.85 易液化，振陷易液化，振陷2.5 區域性土區域性土Regional soil濕陷性黃土Collapsible loess (silt): 廣泛分布，大孔隙，高結構強度200kPas=(hd-hw)/h00.015pes=(ed-ew)/(1+e0)edew200kPa 荷載板試驗 200kPa, 荷載不變 注水沉降/b=0.023膨脹土Expansive soil 蒙特石含量蒙特石含量高高 凍土 Frozen soil, 凍脹性3 3 地基處理方法分類地基處理方法分類3.1 加密法加密法Densification3.2 換土墊層法換土墊層法Soil

5、 replacement3.3 膠結法膠結法Cementation3.4 加筋法加筋法Soil reinforcement原則：技術經濟原則：技術經濟降低壓縮性，提高強度1碾壓碾壓Compaction by rolling1.1 振動平胎碾礫石羊足碾粘性土或粉土Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller6.2 加密法加密法平滑鼓型振動碾平滑鼓型振動碾 Vibrocompaction for sand振動平板碾級配砂或者砂、礫和粘性土的混合土Vibrating plate for hand operationVibrating rollers produce

6、high compaction in a well-graded sand and in a clay, sand and gravel mixture1.2爆破爆破 Densification by explosion振動引起液化，在爆炸和重力作用下振密到更穩定的結構適合于干凈的松砂、粉砂 Dr = 0.50.6. 加密有時效性錘重 落距10 kg, 100cm12t, 34m10t, 10m1.3 強夯法強夯法dynamic consolidationHeavy tamping(1)強夯機理機理 :動態能量動態能量, 波的傳播和固波的傳播和固結結; (2)深層加密深層加密, Manerd

7、formulation M(KN),h(m),k=510. (3)適用于礫、砂、非飽和粉土和粘性適用于礫、砂、非飽和粉土和粘性土土10/MhkH 二二 深層擠密法深層擠密法(一一)擠密法種類擠密法種類1 預制樁：楔形樁,混凝土,木,1.54.0m, =512o,很少用了2 沉管擠密樁 (1)沉管:封口或者活瓣,打入,加料,拔出.振動,錘擊 (2)材料：土樁(原狀土粉,粉質粘土再夯入);灰土樁,砂石樁;夯實水泥土樁，二灰樁(加粉煤灰)，柱錘沖擴法 (3)適用于填土適用于填土,松砂松砂,濕陷性黃土濕陷性黃土,一般粘性土一般粘性土Sr60%.砂樁3 振沖樁 (起源于德國,我國于70年代引入)(1)設

8、備,振沖器d=270420mm,l=23m, G=820KN(2)原理:振:偏心輪旋轉,振動加密,使顆粒移動 沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(3)填料 粗顆粒(粘細粒少);級配好;最大顆粒50 不宜不宜(4)適用于松砂,素填土,雜填土和一般粘性土,不適用于淤泥和淤泥質土不適用于淤泥和淤泥質土振沖器振沖器深層擠密法小節施工方法：沉管，振沖等施工方法：沉管，振沖等材料：砂石樁、夯實水泥土樁，灰土擠密材料：砂石樁、夯實水泥土樁，灰土擠密樁，土樁，柱錘沖擴樁樁，土樁，柱錘沖擴樁由這些擠密方法形成的樁與原地基土一由這些擠密方法形成的樁與原地基土一起構成起構成復合地基復合地基Composite

9、ground梅花形梅花形td正方形正方形td（三）（三） 復合地基復合地基1復合地基復合地基; 2 擠密效果擠密效果Hhs1e1hs1432tA Hhs2e2hs222843dtAtd22212211843143edtetVVss已知已知t,d t,d 求求e e2 2，或者已知，或者已知e e2 2,d ,d 求求 t t孔隙比孔隙比 總斷面積總斷面積 高度高度 固相比例固相比例 固相體積固相體積 e1 H 1/(1+ e1) Vs1=A1H/ (1+ e1)E2 H 1/(1+ e2) Vs1=A2H/ (1+ e2)22284343dtAtAHhs1e1hs1432tA Hhs2e2hs

10、222843dtA3 復合地基的承載力復合地基的承載力1）經驗公式計算）經驗公式計算樁土應力比 n= p / s與土性有關,隨荷載過程變化,對于碎石樁n=24 面積置換率m=Ap/A復合地基承載力標準值skskskspkspppkfnmnmfmmnfmmfAAAAf)1(1 )1(1 )1 ()1 ()(43822tdmtd2） 載荷試驗法載荷試驗法 s/d=0.015-0.02時的時的pfk0.02dpmm例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁例遼寧省濕陷性黃土，灰土樁（1）t=90cm,d=40cm加密前加密前e1=0.96, d=1.379加密后加密后e2=0.61, d=1.679（15點平均）點

11、平均）用公式用公式（2）承載力，原狀土）承載力，原狀土f0k=132kPa222121843143edtettd樁土應力比樁土應力比 n = p / s = 3.48, m=0.179, 載荷試驗載荷試驗fk=228kPa, s=158kPa, p =550kPa;s/d=0.008.公式計算：公式計算： fk=1+m(n-1) f0k=191kPa四四 預壓固結法預壓固結法（一）預壓原理（一）預壓原理，原位自重應力，原位自重應力 s，建筑，建筑物附加應力物附加應力 z, 預加壓力預加壓力 t=(1.21.5) z 變形變形te2epze1s強度適用于飽和軟粘土（適用于飽和軟粘土（1 1）淤泥

12、及淤泥質土（）淤泥及淤泥質土（2 2）沖填土（沖填土（3 3）填海（湖）造田。）填海（湖）造田。超固結土超固結土正常固結正常固結2 預壓方法 preloading（1）堆載預壓（2）降水預壓 增加有效應力wellpoint system（3）真空預壓 密封層基坑降水預固結基坑降水預固結設計坑底設計坑底坑底降水深度坑底降水深度D坑底降水線坑底降水線板樁板樁z降水預壓降水預壓z-u真空預壓真空預壓 密封層密封層思考題為什么降水預壓和真空預壓不會引起土體破壞。堆載預壓則可能由于速度太快而造成地基破壞？預壓固結的加載速率預壓固結的加載速率 快加載不排水破壞 分級慢排水達到密實固結K0Kf降水降水qp

13、p總應力路徑總應力路徑不排水pt(二）固結二）固結-砂井固結排水砂井固結排水例單向滲流固結例單向滲流固結 a=0.5MPa-1 k=5 10-7cm/s e0=1.0， 10m厚厚U=94% t=1.6年年 這顯然不合適這顯然不合適砂井固結：為加快固結速度，增加砂井固結：為加快固結速度，增加水平向滲流水平向滲流vTeU42281DdwD不透水層不透水層dw1 微分方程微分方程軸對稱軸對稱三維滲流固結問題Carrillo認為可以分解成兩個方向的滲流固結問題疊加2222 1zururructuv22221rurructuzuctuvrvzaekcaekcwrvrwzvz)1 ()1 (002 微分

14、方程的解微分方程的解按各自的邊界條件分別求解，公式按各自的邊界條件分別求解，公式5 51818，積分后得到，假設積分后得到，假設rvTnfrtTzteUeU)(842181222evrrvzvdtcTHtcT)1)(1 (1rtztUUU2222413)ln(1)(nnnnnnfn為井徑比=de/dwDe有效直徑1.05D（三角）,1.13D（正方）上例中dW=25cm, D=2.5m，U=94%只需要20天思考題：增加井徑dW,減少間距de哪個有效？3 塑料排水板塑料排水板砂井（1）砂量（2）易斷（3）工程造價近年更多使用塑料排水板，等效直徑0.175.0,)(2bdp加密法小節淺層：碾壓、

15、淺層：碾壓、深層：爆破、強夯深層：爆破、強夯 預制混凝土樁，沉管，振沖等預制混凝土樁，沉管，振沖等 預壓固結預壓固結由深層擠密形成樁體與地基土構成由深層擠密形成樁體與地基土構成復合地復合地基，擠密后的承載力計算基，擠密后的承載力計算砂井排水預壓固結計算砂井排水預壓固結計算5.3 換填法換填法Soil replacement1 墊層法1.1 材料 (1)堆石,塊石,毛石,拋石擠淤(2)礫,中粗砂,振動壓實,防凍,防液化,加速固結(3)灰土,三合土(有一定膠結)灰土2:8,3:7, 土-粉土,粉質粘土;三合土:灰土,灰渣及碎磚瓦(4)工業廢渣:粉煤灰,礦渣(5)素土:Ip=1017,濕陷性黃土換除

16、,分層墊入,壓實b回填土回填土2 墊層法的適用性(1)軟粘土和淤泥(2)濕陷性土 (3)填土,一般粘性土承載力低3墊層設計 人工持力層,因此要對軟弱下臥層驗算(1)持力層承載力 pf, 確定材料及密度(2)深度設計 一般要求0.5m墊層的擴散和技術的要求 0.5,2330o Bb+2ztg +2 30cm 便于壓實機械施工 B b+z 側向擠壓(淤泥) =02.0 b回填土回填土B= b+2ztg dz填zCZCDzbdbFbGFpztgbbpCDczCDz填2)(5.4 膠結法膠結法一一 灌漿灌漿1 1 水泥和粘土漿水泥和粘土漿可灌物可灌物凈空比凈空比 R=Dpore/d=23; Dpore

17、、 d為被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑為被灌材料的孔隙尺寸和灌漿材料的粒徑，防止堵塞防止堵塞可灌比可灌比 N=D15/d85 1015, 85%85%的灌漿材料的灌漿材料充填充填適用于礫石適用于礫石,粗砂，用以防滲，灌注樁加固粗砂，用以防滲，灌注樁加固2 2 單液硅化法和堿單液硅化法和堿液法液法 硅酸鈉，氫氧化硅酸鈉，氫氧化鈉氯化鈣鈉氯化鈣3 3 化學灌漿化學灌漿丙烯酰丙烯酰胺，聚氨酯胺，聚氨酯 真溶液易灌，真溶液易灌， 凝固時間和強度凝固時間和強度可控，可控， 污染污染， 造價高造價高二二 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法 高壓旋噴旋噴單管單管: :漿液漿液雙管雙管: :內漿外氣內漿外氣三管

18、三管: :氣氣, , 水水, , 漿漿適用于適用于: :人工填土人工填土; ;黃黃土及一般粘性土土及一般粘性土; ;軟軟粘土粘土; ;砂石砂石單管單管漿液漿液雙管雙管內漿外氣內漿外氣三管三管氣水漿氣水漿旋噴樁施工順序旋噴樁施工順序氣水漿氣水漿氣水漿氣水漿三三 深層攪拌法深層攪拌法 Deep mixing 水泥土攪拌法水泥土攪拌法 軟粘土加固1 工藝和機械2 地基，高速公路，基坑四四 加筋法加筋法（一）土工合成材料技術發展一）土工合成材料技術發展（二）土工合成材料功能（二）土工合成材料功能防滲，防滲， 不透水膜，不透水膜，三峽二期圍堰的防滲墻上部采用土工膜三峽二期圍堰的防滲墻上部采用土工膜, ,

19、固體廢物填埋場固體廢物填埋場三峽三峽排水溝表土覆蓋層表面隔斷層基礎隔斷層地基基礎垃圾滲水和地下水的距離滲水導管氣體導管豎井地質屏障地質屏障經處理的地質屏障地下水氣體收集滲水收集垃垃 圾圾 體體垃圾填埋體的主要構成垃圾填埋體的主要構成2 2 反濾，防沖反濾，防沖 防止滲透破壞，水土流失防止滲透破壞，水土流失 ( (護坡護坡) )， 無紡織物無紡織物3 3 加筋加筋: :格柵格柵, ,土工布土工布, ,條帶條帶, ,纖維加筋纖維加筋4 4 隔離隔離5 5 排水排水, ,塑料排水板塑料排水板, ,如清華草地如清華草地隔離隔離Railroad stabilizationGeotextile reduce mai