1、第第5 5章章 地基处理地基处理5.35.4上一讲内容回顾上一讲内容回顾5.1 概概 述述5.2 垫层法垫层法本讲内容本讲内容n5.3 排水固结法排水固结法n5.4 水泥土搅拌法水泥土搅拌法n定义及适用范围：定义及适用范围：n预压法是对地基进行堆载或真空预压，使地基土固结的地基处理方法。预压法包括堆载预压法和真空预压法。n预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。5.3 排水固结法（预压法）排水固结法（预压法）地基土的排水固结效果与它的排水边界有关，根据固结理论，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。5.3.1 原理与应用原理与应用5-6应应用用实实例例坝基下淤泥质黏土厚1
2、6m，强度17.8kPa，只能填筑至4-5m，设计坝高17.5m，采用砂井处理，分级逐渐加荷，在历时约两年后顺利填筑至设计坝高。坝底沉降达2.5m。图5-95.3.2 砂井地基固结理论砂井地基固结理论1.砂井有效排水范围砂井平面布置有梅花形和正方形两种。每根砂井的影响范围以等面积圆代替，其等效影响直径为de，梅花形布置时：de1.05l （5-3a）正方形布置：de1.13l (5-3b)图5-65.3.2 砂井地基固结理论砂井地基固结理论2.固结度计算（1）荷载一次施加竖向和径向排水平均固结度281-exp(5 11)rzrzrzUt固结系数（2）一级或多级等速加载公式中参数的意义自学图5-
3、125.3.3 排水固结设计n排水系统n加载系统1.排水系统n排水系统分为水平排水系统和竖向排水系统两种。n（一）水平排水系统n水平排水系统是指软土层顶面的排水砂层，厚度不小于500mm。排水垫层的材料，一般采用透水性好的砂料。n（二）竖向排水系统（表5-3）n大致有以下几种形式：3050cm直径的普通砂井；712cm直径的袋装砂井；各种类型的塑料排水带等。n塑料排水带（图5-8，一般为4.5100mm）的当量换算直径可按下式计算：w2()535bdb塑料排水带宽度（mm）；塑料排水带厚度（mm）。0.75 1排水竖井的间距(p207)n排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达
4、到的固结度确定。设计时，竖井的间距可按井径比n选用（新规范）。塑料排水带或袋装砂井的间距可按n 1522选用，普通砂井的间距可按n 68选用。ewdnd排水竖井的深度(P207)n软土层厚度小于10m时，竖井宜穿透受压软土层。n对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度至少应超过最危险滑动面2.0m。n对以变形控制的建筑，竖井深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量确定。2.加载系统n土体孔隙水是靠地面荷载所产生的应力将其挤出的，所以加载系统的设计和选择关系到预压排水固结的效果。n（一）堆载预压法n（二）真空预压法n（三）降水预压法n（四）真空堆载联合预压法（一）堆载预压法n（1）等载预压n（2
5、）超载预压（二）真空预压法n真空预压设备：抽气设备；密封膜5.4 水泥土搅拌法水泥土搅拌法(补补)n水泥土搅拌法是以水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，形成具有一定强度的桩体的地基处理方法。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为深层搅拌法(湿法)和粉体搅拌法(干法)两种，前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉和地基土搅拌。n山东省以粉喷为主。施工机械工艺流程搅拌头n单头、双头n交叉喷射复合搅拌头（图5-22）一、适用范围n水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土（含水量较高且承载力小于120kPa）以及无流动地下水的饱和松散
6、砂土等地基。二、加固机理n1.水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙等化合物。2.土颗粒与水泥水化物的作用n（1）离子交换和团粒化作用n粘土表面带有钠离子Na+或钾离子K+，它们能和水泥水化生成的钙离子Ca+进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。n(2)硬凝反应n随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝
7、与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。三、设计n1.固化剂宜选用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。水泥掺量宜为天然湿土重量的12%20%，500mm直径的桩，约50kg/m。n2.水泥土搅拌法的设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。n3.竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。初步设计时也可按公式（5-46）估算：aspkskpp1(546)eRfmm fAAmAm
8、置换率 Ap桩的横截面积Ae一根桩承担的处理地基面积n4.单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时也可按下式估算，取小者。apspp1548ni iiRuq lq A改acup547Rf Aqsi见课本，qp桩端土的天然地基承载力特征值n5.竖向承载搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200300mm。其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于20mm。n6.竖向承载搅拌桩复合地基中的桩长超过10m时，可采用变掺量设计，在全桩水泥总掺量不变的前提下，桩身上部三分之一桩长范围内可适当增加水泥掺量及搅拌次数；桩身下部三分之一桩长范围内可适当减少水泥掺量。
9、n7.竖向承载搅拌桩的平面布置可采用正方形、等边三角形等布桩型式。桩可只在基础平面范围内布置。n水泥土墙可采用壁状、格栅状等加固型式。图5-25n8.当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应进行下卧层承载力验算。（自学）n9.竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形ssp与桩端下未加固土层的压缩变形ss。其中桩土复合模量按式（5-51 P226）计算。spps1EmEm E（5-51错）n10.地基处理后承载力修正系数：b=0 d=1施工注意事项n电子计量喷粉量和搅拌深度n全长复搅n注意桩底喷灰量课堂练习题n有一独立柱基础，其上部结构传至基础顶面的竖向力标准值Fk1340k
10、N，基础及其工程地质剖面图如图所示，由于建筑场地的限制，基底指定设计成正方形，基底边长为3.5m，天然地基承载力不能满足设计要求，需对地基进行处理，采用水泥土搅拌桩法处理柱基下淤泥质土，形成复合地基，使其承载力满足设计要求。已知：n 桩直径0.5m，桩长8m；桩身试块无侧限抗压强度平均值fcu=1800kPa；桩身强度折减系数=0.3；桩周土的平均摩阻力qs10kPa；桩端天然地基土的承载力折减系数0.5；桩间土承载力折减系数0.3；n试计算面积置换率m及搅拌桩的桩数n。杂填土 18kN/m3 淤泥质土 19kN/m3 fak=70kPa 粉质黏土 19.5kN/m3 fak=200kPa 3
11、500 1250 1250 8000 Fk 计算步骤1.计算单桩承载力特征值Ra2.计算fa，反算fspk。注：地基处理后b=0 d=1kkaFGfAaspkdm0.5ffd 3.求置换率m4.求桩数n解：apspp11 .57 10 80.5 200 0.196145.2kNni iiRuq lq A acup0.3 1800 0.196105.84kNRf A两者取小值计算复合地基承载力特征值 由桩周土和桩端土抗力提供的单桩承载力特征值 由桩身强度计算的单桩承载力特征值 a105.84kNR 1.计算单桩承载力特征值2.计算fa，反算fspk。注：地基处理后b=0 d=1kkaFGfAas
12、pkdm0.5ffd 3.求置换率m（5-32）4.求桩数n2.计算fa，反算fspkkka13403.5 3.5 1.25 203.5 3.5 1.25 103.5 3.5146.9kPaFGfA3m18 1.258 1.2513kN/m2.5 spkadm0.5146.9 1.0 13(2.5-0.5)120.9kPaffd 计算步骤3.求置换率m3.求置换率m aspkskp1Rfmm fA105.84120.90.31700.196mm0.192m 由此得：计算步骤4.求桩数n4.求桩数nn1根桩承担的处理面积 p2e0.1961.02m0.192AAm3.5 3.5121.02n取n12根。小 结 了解了解排水固结法的基本概念及适用范围 掌握水泥土搅拌法的基本概念、适用范围、加固机理及设计方法下一讲内容n5.55.7作业n5-3n5-6
