1、内容提要内容提要n 常用地基处理方法分类常用地基处理方法分类 n 复合地基承载力与变形计算复合地基承载力与变形计算n 地基处理技术简介地基处理技术简介换土垫层法、排水固结法、换土垫层法、排水固结法、灌浆法、重锤夯实法、强夯法、砂石桩法、灌浆法、重锤夯实法、强夯法、砂石桩法、CFGCFG桩法、桩法、高压喷射注浆桩法、深层搅拌桩法、土工合成物法高压喷射注浆桩法、深层搅拌桩法、土工合成物法n 托换技术简介托换技术简介n 概念概念:人为改善土的工程性质或地基组成，使之适人为改善土的工程性质或地基组成，使之适应工程需要而采取的措施，处理后称应工程需要而采取的措施，处理后称人工地基人工地基。n 目的目的
2、提高土的提高土的抗剪强度抗剪强度，使地基保持稳定，使地基保持稳定;降低土的降低土的压缩性压缩性或改善地基组成或改善地基组成;降低土的降低土的渗透性渗透性，防止或减少水的渗漏，防止或减少水的渗漏;改善土的改善土的动力性能动力性能，防止地基产生震陷变形，防止地基产生震陷变形;消除或减少消除或减少湿陷性湿陷性和胀缩性引起的变形。和胀缩性引起的变形。n换土垫层法：换土垫层法：一般适用于处理浅层地基一般适用于处理浅层地基n排水固结法：排水固结法：处理软弱粘性土地基处理软弱粘性土地基n振密和挤密法振密和挤密法:只限砂土和粘粒含量较低的粘性土只限砂土和粘粒含量较低的粘性土n拌入法拌入法:软弱粘性土、欠固结冲
3、填土、松散砂土及砂软弱粘性土、欠固结冲填土、松散砂土及砂砾石砾石n灌浆法：灌浆法：砂土、砂砾石、湿陷性黄土及饱和粘性土砂土、砂砾石、湿陷性黄土及饱和粘性土n加筋法：加筋法：可用于处理软弱地基可用于处理软弱地基n托换技术：托换技术：对原有建筑物对原有建筑物n 复合地基：复合地基：由两种刚度（或模量）不同的材料（桩由两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）组成，共同承受上部荷载并协调变形体和桩间土）组成，共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。的人工地基。n 作用机理作用机理桩体桩体作用：桩体的刚度比周围土体大，桩体产生应作用：桩体的刚度比周围土体大，桩体产生应力集中而桩间土应力降低力集中而桩间
4、土应力降低排水固结排水固结：碎石桩、砂桩：碎石桩、砂桩挤密挤密作用：振动、挤压、排水作用：振动、挤压、排水加筋加筋作用：提高地基承载力和整体刚度，土体的抗作用：提高地基承载力和整体刚度，土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力剪强度，增加土坡的抗滑能力n 破坏模式破坏模式 刺入破坏刺入破坏：桩体刚度大，地基土承载力较低时；：桩体刚度大，地基土承载力较低时；鼓胀破坏鼓胀破坏：桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体：桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体发生过大的侧向变形；发生过大的侧向变形；整体剪切破坏整体剪切破坏：复合地基出现塑性区，在滑动面上：复合地基出现塑性区，在滑动面上桩和土体都发生剪切破坏；桩和土体
5、都发生剪切破坏；滑动破坏滑动破坏：在荷载作用下复合地基沿某一滑动面产：在荷载作用下复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。生滑动破坏。调节桩土相对变形，保证桩土共同承担荷载；调节桩土相对变形，保证桩土共同承担荷载；调整桩土的荷载分担比例，减小基础底面的应力集中调整桩土的荷载分担比例，减小基础底面的应力集中 褥垫层可用中、粗砂、级配砂石或碎石等散体材料褥垫层可用中、粗砂、级配砂石或碎石等散体材料n构造褥垫层的作用构造褥垫层的作用复合地基中的桩体与浅基础之间通过褥垫层过渡复合地基中的桩体与浅基础之间通过褥垫层过渡 n 面积置换率面积置换率 m：桩体截面积桩体截面积Ap与其承担的复合地与其承担的复合地基面
6、积基面积A之比之比AAmp224ldm2232ldm正方形正方形布桩：布桩：梅花形梅花形布桩：布桩：其中：其中：d桩体直径；桩体直径；l桩间距。桩间距。n 桩土应力比桩土应力比 n：桩体竖桩体竖向应力向应力s sp p与桩间土竖向与桩间土竖向平均应力平均应力s ss s之比之比spssnn 复合模量复合模量 Eps定义：定义：将加固区视为一均质复合土体，与原复合地将加固区视为一均质复合土体，与原复合地基等价的均质复合土体模量称为复合模量。基等价的均质复合土体模量称为复合模量。n 复合求和法复合求和法 n 稳定分析法稳定分析法n 荷载试验法荷载试验法 复合地基的沉降复合地基的沉降;复合地基加固区
7、的压缩量复合地基加固区的压缩量;地基压缩层厚度内加固区下卧层的压缩量。地基压缩层厚度内加固区下卧层的压缩量。1s12sss2ss2sshz加固区下卧层n采用分层总和法计算加固区变形量采用分层总和法计算加固区变形量：niipsiiHEPs1iPpsiE式中：式中：s加固区土层变形量加固区土层变形量；第第i 层复合层复合土体上附加应力增量；土体上附加应力增量；第第i 层复合地基的压缩模量层复合地基的压缩模量；Hi 第第i 层复合土体的厚度层复合土体的厚度；n复合土体分层总数复合土体分层总数。n定义：定义：将基底下一定范围内的软弱土部分或全部挖将基底下一定范围内的软弱土部分或全部挖去后，分层换填并压
8、实强度大、性能稳定、无侵蚀去后，分层换填并压实强度大、性能稳定、无侵蚀性的材料。性的材料。n分类：分类：砂、碎石、素土、灰土垫层等。砂、碎石、素土、灰土垫层等。n适用土层：适用土层：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等不良地基的浅层处理。杂填土地基及暗沟、暗塘等不良地基的浅层处理。砂垫层砂垫层 提高地基承载力；提高地基承载力；减少地基沉降量；减少地基沉降量；加速排水固结；加速排水固结；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的冻胀作用；防止土的冻胀作用；改善土的抗液化性能。改善土的抗液化性能。垫层厚度
9、垫层厚度z：根据垫层底面自重压力与附加压力之根据垫层底面自重压力与附加压力之和小于等于该处下卧土层的承载力要求确定和小于等于该处下卧土层的承载力要求确定czzzppf()(2 tan)(2 tan)czbl pppbzlz矩形基础：矩形基础：()2tanczb pppbz条形基础：条形基础：0.5z3 m垫层底面尺寸垫层底面尺寸 垫层底面宽度及长度需满足应力扩散要求，还要垫层底面宽度及长度需满足应力扩散要求，还要防止基础受力时，因垫层两侧土质较软出现砂垫层向防止基础受力时，因垫层两侧土质较软出现砂垫层向两侧土挤出，使基础沉降增大。两侧土挤出，使基础沉降增大。2 tan2 tanbbzlbz n
10、 排水固结法原理排水固结法原理 通过在饱和软粘土中设置竖向排水体，对地基施通过在饱和软粘土中设置竖向排水体，对地基施加预压荷载，加预压荷载，使孔隙水排出，土体逐渐固结使孔隙水排出，土体逐渐固结，提，提前完成或基本完成地基沉降，以达到增大地基承前完成或基本完成地基沉降，以达到增大地基承载力，减小地基沉降的目的。载力，减小地基沉降的目的。n 用排水固结原理加固地基的方法用排水固结原理加固地基的方法实施：施加预压荷载、在地基中做排水通道。实施：施加预压荷载、在地基中做排水通道。适宜：适宜：饱和软粘土饱和软粘土 堆载预压法：堆载预压法：真空预压法：真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。适合大面积均匀
11、深厚软土地基。降低地下水位法：降低地下水位法：适合砂性土地基适合砂性土地基普通砂井竖向排水系统 袋装砂井排水系统塑料排水带水平向排水系统：砂垫层排水固结法系统组成堆载法：正压固结真空法负压固结加压系统 降低地下水位法电渗法联合法 n 目的：目的：合理安排排水系统与预压荷载之间的关系，合理安排排水系统与预压荷载之间的关系，使地基通过该排水系统在逐级加载过程中排水固使地基通过该排水系统在逐级加载过程中排水固结，地基强度逐渐增长，以满足每级加载条件下结，地基强度逐渐增长，以满足每级加载条件下地基稳定性要求，并加速地基固结沉降，在尽可地基稳定性要求，并加速地基固结沉降，在尽可能短的时间内使地基承载力达
12、到设计要求。能短的时间内使地基承载力达到设计要求。n 设计计算内容设计计算内容初步确定砂井布置方案；初步确定砂井布置方案；初步拟定加荷计划，即每级加载量及加载延续时间；初步拟定加荷计划，即每级加载量及加载延续时间；计算每级荷载作用下，地基的固结度、强度增长量；计算每级荷载作用下，地基的固结度、强度增长量；验算每一级荷载下地基土的抗滑稳定性；验算每一级荷载下地基土的抗滑稳定性；验算地基沉降量是否满足要求。验算地基沉降量是否满足要求。n 施工施工铺设水平排水垫层；铺设水平排水垫层；设置竖向排水体；设置竖向排水体；埋设观测设备；埋设观测设备；实施预压；实施预压；检查预压效果，若不满足设计要求，更改设
13、计。检查预压效果，若不满足设计要求，更改设计。从施工角度分析，主要做好三个环节，从施工角度分析，主要做好三个环节，即铺设水平即铺设水平排水垫层、设置竖向排水体、施加固结压力。排水垫层、设置竖向排水体、施加固结压力。n 现场监测现场监测 地面沉降观测；地面沉降观测；地面水平位移观测；地面水平位移观测；孔隙水压力。孔隙水压力。方法：方法：用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自由用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自由下落产生冲击能挤密地基，经不断重复夯击，使地下落产生冲击能挤密地基，经不断重复夯击，使地基得以加固，满足强度和变形要求。基得以加固，满足强度和变形要求。原理：原理：经重锤夯击后，地基表面形
14、成一层比较密实经重锤夯击后，地基表面形成一层比较密实的土层（硬壳），使地基表层强度得以提高。的土层（硬壳），使地基表层强度得以提高。n 适用土类适用土类:地下水距地表地下水距地表0.8m以上以上稍湿粘性土、砂土、稍湿粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填和分层填土。湿陷性黄土、杂填和分层填土。动力固结法动力固结法)n定义：定义：将将80400kN重锤起吊到一定高度重锤起吊到一定高度(830m)后自后自由下落，强力夯实地基，提高强度、降低压缩性。由下落，强力夯实地基，提高强度、降低压缩性。n加固机理：加固机理：利用重锤下落产生的强大夯击能量，在利用重锤下落产生的强大夯击能量，在土中形成冲击波和冲击应力，
15、除土中形成冲击波和冲击应力，除挤密土粒挤密土粒外，还产外，还产生生较大孔隙水压力较大孔隙水压力，甚至导致土体暂时液化。同时，甚至导致土体暂时液化。同时，巨大冲击能使夯点周围产生裂缝，形成良好的巨大冲击能使夯点周围产生裂缝，形成良好的排水排水通道通道，加速孔隙水压力消散，使土体进一步加密。，加速孔隙水压力消散，使土体进一步加密。n 适用：适用：填土、湿陷性黄土、碎石、低饱和度的粘性填土、湿陷性黄土、碎石、低饱和度的粘性土与粉土。土与粉土。用用振动、冲击及水冲振动、冲击及水冲等在软弱地基中成孔，等在软弱地基中成孔，将碎石或砂挤压入已成孔中，形成大直径密实桩体将碎石或砂挤压入已成孔中，形成大直径密实
16、桩体。适用于处理砂土、粉土、粘性土、素填土和杂填土等适用于处理砂土、粉土、粘性土、素填土和杂填土等n 碎碎(砂砂)石桩设计：石桩设计：砂桩材料、砂桩直径、砂桩长度、砂桩材料、砂桩直径、砂桩长度、砂桩平面布置、砂桩桩间距砂桩平面布置、砂桩桩间距 n定义：定义：利用沉管、冲击或爆扩在地基中成孔，在孔中利用沉管、冲击或爆扩在地基中成孔，在孔中填入素土或灰土后夯实而成，成桩后形成复合地基。填入素土或灰土后夯实而成，成桩后形成复合地基。n适用：适用：地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等n 加固原理加固原理 土的侧向挤密作用土的侧向挤密作用 桩体材料作用桩体材料作用 桩体作用桩体作用 振冲施工过程振
17、冲施工过程 定义：定义：利用水泥等利用水泥等作为固化剂，通过作为固化剂，通过搅拌机械，在地基搅拌机械，在地基深处就地将软土和深处就地将软土和固化剂强制搅拌，固化剂强制搅拌，形成具有整体性、形成具有整体性、水稳定性和一定强水稳定性和一定强度的水泥土。度的水泥土。适用：适用：淤泥及淤泥质土；淤泥及淤泥质土；fk40cm，平面上每边超出砂井区域的宽度一般应不小于平面上每边超出砂井区域的宽度一般应不小于2dw。n 制定预加荷载计划：制定预加荷载计划：任何情况下所加荷载均不得超过任何情况下所加荷载均不得超过当时软土层承载力，加载步骤：当时软土层承载力，加载步骤：利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的
18、荷载；利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载；计算第一级荷载下地基强度增长值，并确定第二级所计算第一级荷载下地基强度增长值，并确定第二级所能施加的荷载；能施加的荷载；计算第一级荷载作用下达到指定固结度所需的时间；计算第一级荷载作用下达到指定固结度所需的时间；以此类推完成整个加载过程。以此类推完成整个加载过程。n 砂井地基平均固结度的计算砂井地基平均固结度的计算按土力学中的渗透固结理论计算，先按瞬时加载条按土力学中的渗透固结理论计算，先按瞬时加载条件计算固结度，然后再按实际加载过程对固结度进件计算固结度，然后再按实际加载过程对固结度进行修正。行修正。n 稳定性分析稳定性分析采用圆弧条分法
19、进行采用圆弧条分法进行预压加载过程中必须验算每级荷载下地基的稳定性。预压加载过程中必须验算每级荷载下地基的稳定性。n 排水过程中地基强度增长值的推算排水过程中地基强度增长值的推算 在预压荷载作用下，地基土在某一时刻在预压荷载作用下，地基土在某一时刻t的抗剪强度为：的抗剪强度为：地基中某点在加荷前的天然土抗剪强度；地基中某点在加荷前的天然土抗剪强度；在加荷后在加荷后t t时刻地基土由固结引起的强度增量；时刻地基土由固结引起的强度增量；考虑土体由于剪切蠕变的综合性折减系数。考虑土体由于剪切蠕变的综合性折减系数。抗剪强度增长量常用有效固结压力法计算：抗剪强度增长量常用有效固结压力法计算：预压荷载引起
20、的该点附加竖向压力；预压荷载引起的该点附加竖向压力；该点土的固结度。该点土的固结度。fcfft00ffccutzfctgUszstUn 复合求和法复合求和法散体材料桩复合地基散体材料桩复合地基fspkspk、fpk、fsk复合地基、桩体和桩间土承载力特征值复合地基、桩体和桩间土承载力特征值。(1)spkpkskff mm f 柔性桩复合地基柔性桩复合地基 b b 桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取0.51.0，对摩擦支承型桩取对摩擦支承型桩取0.10.4。(1)spkpkskff mm fbn 复合求和法复合求和法对刚性桩复合地基对刚性桩复合地基 式中：式中：
21、N 基础下桩数；基础下桩数；单桩承载力特征值；单桩承载力特征值；A 基础面积；基础面积；As 桩间土面积；桩间土面积；b b桩间土承载力折减系数，取桩间土承载力折减系数，取0.80.81.01.0。/dkspksksN RffAAAbdkRn 稳定分析法：稳定分析法：常用常用圆弧分析法圆弧分析法按分别强度指标计算：按分别强度指标计算：未加固区未加固区采用天然地基土强度采用天然地基土强度指标，指标，加固区土体加固区土体分别采用桩体和桩间土的强度指标分别采用桩体和桩间土的强度指标 复合地基、桩体和桩间土抗剪强度。复合地基、桩体和桩间土抗剪强度。sppsmm)1(psps、n 稳定分析法稳定分析法按综合强度指标计算：按综合强度指标计算：复合土体粘聚力复合土体粘聚力cc和内摩擦和内摩擦j jc c可按以下两公式计算：可按以下两公式计算：式中：式中：桩体与桩间土相对的应力分布桩体与桩间土相对的应力分布spctgtgtgjjj1sccc1bnm
