1、地基处理地基处理第一章第一章 绪言绪言1.1、地基处理的定义场地(场地(sitesite):工程建设直接占有并直接使用的有限):工程建设直接占有并直接使用的有限面积的土地面积的土地地基(地基(foundationfoundation,subgrade)subgrade)是指承托建筑物基是指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。础的这一部分很小的场地。建筑物建造在软弱地基和特殊土地基时面临的四个问建筑物建造在软弱地基和特殊土地基时面临的四个问题题:强度及稳定性:当地基的抗剪强度不足以承受上部强度及稳定性:当地基的抗剪强度不足以承受上部结构的自重及附加荷载时,地基就会发生局部或整体结构的自重及附加荷
2、载时,地基就会发生局部或整体破坏。破坏。变形:当地基在上部结构的自重及附加荷载作用下产变形:当地基在上部结构的自重及附加荷载作用下产生过大的变形时,会影响建筑物的正常使用;当超过建生过大的变形时,会影响建筑物的正常使用;当超过建筑物所能容许的不均筑物所能容许的不均允沉降时,结构可能产生开裂;湿允沉降时,结构可能产生开裂;湿陷性黄土遇水湿陷,膨胀土遇水膨胀、失水收缩也属于陷性黄土遇水湿陷,膨胀土遇水膨胀、失水收缩也属于这类问题。这类问题。渗漏:渗漏是由地下水在运动中产生的动水压力而引渗漏:渗漏是由地下水在运动中产生的动水压力而引起的,当地基的渗漏或水力坡降超过容许值时,会导致起的,当地基的渗漏或
3、水力坡降超过容许值时,会导致流砂(土)和管涌事故。流砂(土)和管涌事故。液化:在地震、机器及车辆的振动、波浪作用和爆破液化:在地震、机器及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载作用下,会引起饱和松散粉细砂(包括部分等动力荷载作用下,会引起饱和松散粉细砂(包括部分粉土)产生液化,使土体类似于液体而失去抗剪强度,粉土)产生液化,使土体类似于液体而失去抗剪强度,从而造成地基失稳和震陷。从而造成地基失稳和震陷。基础基础(foundationfoundation,footing)footing)具有承上启下的作用。处于上部结构的荷载及地基反具有承上启下的作用。处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下,承受
4、由此而产生的内力(轴力、剪力的相互作用下,承受由此而产生的内力(轴力、剪力、弯矩)。基础底面的反力反过来又作为地基上的力、弯矩)。基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载,使地基土产生应力和变形。荷载,使地基土产生应力和变形。基础设计时,基础本身应具有足够的刚度和强度,同基础设计时,基础本身应具有足够的刚度和强度,同时地基的变形和强度满足规范的要求时地基的变形和强度满足规范的要求。地基处理:当天然地基很软弱,不能满足地基强度和变地基处理:当天然地基很软弱,不能满足地基强度和变形等的要求时,事先要经过人工处理后再建造基础,这种形等的要求时,事先要经过人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理。
5、地基加固称为地基处理。地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结等方法对地基进行加固,用以改变土的特性:结等方法对地基进行加固,用以改变土的特性:压缩压缩性、渗透性等性、渗透性等 地基处理的对象是软弱土地基和特殊土地基地基处理的对象是软弱土地基和特殊土地基1.21.2、地基处理的对象及特征、地基处理的对象及特征1.2.11.2.1软弱土地基软弱土地基:指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。土或其它高压缩性土层构成的地基。软土(软土(soft soil)soft soil)淤泥和淤泥质土
6、的总称。淤泥和淤泥质土的总称。分布在:天津、上海、武汉、杭州、宁波、温州、福分布在:天津、上海、武汉、杭州、宁波、温州、福州、厦门、州、厦门、广州等沿海地区,昆明、武汉等内陆地区。广州等沿海地区,昆明、武汉等内陆地区。特性:含水特性:含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。高、渗透系数小。冲填土(冲填土(Hydraulic fill)Hydraulic fill)在整治河道时,用挖泥船通在整治河道时,用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两面岸形成的沉过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两面岸形成的沉积土。积土。分布在:天津、上海黄浦江和广州
7、珠江两岸。分布在:天津、上海黄浦江和广州珠江两岸。特性:主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。特性:主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。如以粘土为主,属于强度低和压缩性高的欠固结土。如以粘土为主,属于强度低和压缩性高的欠固结土。以砂或其他粗料为主,基本上与粉细砂类似,不属于以砂或其他粗料为主,基本上与粉细砂类似,不属于软土软土。湿陷性黄土(湿陷性黄土(Collapsible)Collapsible):凡天然黄土在上覆土的自凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下,或在上覆土自重应力和附加应力作用下,重应力作用下,或在上覆土自重应力和附加应力作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生破坏显著下
8、沉的黄受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生破坏显著下沉的黄土。土。分布:甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、分布:甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、青海、新疆等到地。河北、河南、山西、青海、新疆等到地。膨胀土(膨胀土(Expansive Soil)Expansive Soil):是指粘粒成分主要由亲水是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土,它是一种吸水膨胀和失水收性粘土矿物组成的粘性土,它是一种吸水膨胀和失水收缩,具有较大的胀缩变形性能,且变形往复的高塑性粘缩,具有较大的胀缩变形性能,且变形往复的高塑性粘土。土。分布:广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河
9、北、分布:广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州、和广东等地。山东、陕西、江苏、贵州、和广东等地。特性:土的强度较高、压缩性较低。粘粒成分中含有大特性:土的强度较高、压缩性较低。粘粒成分中含有大量的亲水性矿物。土呈黄、红、灰白等色。量的亲水性矿物。土呈黄、红、灰白等色。杂填土(杂填土(Miscellaneous)Miscellaneous)是由人类的活动而任意堆填的是由人类的活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。特性:强度低、压缩性高和均匀性差、一般具有浸水特性:强度低、压缩性高和均匀性差、一般具有浸水湿陷性。对有机质含量较大的生
10、活垃圾和对基础有侵蚀湿陷性。对有机质含量较大的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土,未经处理不宜作为持力层。性的工业废料等杂填土,未经处理不宜作为持力层。其它高压缩性土:饱和松散粉细砂在动荷载作用下将其它高压缩性土:饱和松散粉细砂在动荷载作用下将产生液化。产生液化。红粘土(红粘土(Red Clay):Red Clay):石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下,经风化作用所形成的褐红色在亚热带温湿气候条件下,经风化作用所形成的褐红色粘性土。粘性土。通常红粘土是较好的地基土,但由于下卧岩面起伏及通常红粘土是较好的地基土,但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层
11、,一般容易引起地基不均匀变形。存在软弱土层,一般容易引起地基不均匀变形。冻土(冻土(frozen soil):frozen soil):季节性冻土季节性冻土(seasonally frozen ground):seasonally frozen ground):冬季冻结,夏冬季冻结,夏季融化的土层;季融化的土层;永冻土(永冻土(permafrost):permafrost):冻结状持续冻结状持续3 3年以上的土层。年以上的土层。季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布,季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布,因其呈周期性的冻结和融化,对地基稳定性影响较大。因其呈周期性的冻结和
12、融化,对地基稳定性影响较大。岩溶(岩溶(Karst)Karst):广泛分布在贵州和广西两省内。广泛分布在贵州和广西两省内。特性:地基主要受力范围内受水的化学和机械作用而形成特性:地基主要受力范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟溶槽、落水洞以及土洞等。溶洞、溶沟溶槽、落水洞以及土洞等。危害:基岩面起伏大、且可能有大块孤石;常会遇到滑波、危害:基岩面起伏大、且可能有大块孤石;常会遇到滑波、崩塌和泥石流等不良地质现象。崩塌和泥石流等不良地质现象。1.31.3地基处理的目的地基处理的目的提高地基土的抗剪强度:提高地基土的抗剪强度:强度、稳定性问题。强度、稳定性问题。降低地基压缩性:降低地基压缩性
13、:变形问题。变形问题。改善地基的透水特性:改善地基的透水特性:渗漏问题,流沙、管涌。渗漏问题,流沙、管涌。改善地基动力特性:改善地基动力特性:液化问题。液化问题。改善特殊土的不良地基特征:改善特殊土的不良地基特征:特殊地基处理。特殊地基处理。1.4地基处理方法分类、原理和适用范围1.51.5一些新的地基处理方法一些新的地基处理方法1、组合式地基处理工法:、组合式地基处理工法:高真空击密法:高真空排水高真空击密法:高真空排水+强夯击密强夯击密水下真空预压法:水下真空预压水下真空预压法:水下真空预压+堆载预压堆载预压动力排水法:强夯法动力排水法:强夯法+塑料排水板结合塑料排水板结合刚刚柔性桩组合法
14、:长短桩组合法柔性桩组合法:长短桩组合法长板短桩法:水泥搅拌桩和塑料排水板联合处理的复合长板短桩法:水泥搅拌桩和塑料排水板联合处理的复合地基。地基。2、新的地基处理桩型:、新的地基处理桩型:高压注浆碎石桩高压注浆碎石桩加芯搅拌桩:加芯搅拌桩:3 3、新的地基处理施工技术:、新的地基处理施工技术:u冲击碾压技术:冲击碾压技术:u静压挤密桩:解决的冲击挤密桩噪音污染的问题静压挤密桩:解决的冲击挤密桩噪音污染的问题u水坠沙技术:原理来自水闷夯实水坠沙技术:原理来自水闷夯实u干振碎石桩:客服可耗水量大,泥浆排放污染问题干振碎石桩:客服可耗水量大,泥浆排放污染问题u孔内深层强夯法:孔内深层强夯法:u灰土
15、桩:灰土桩:水泥粉煤灰钢渣桩:水泥粉煤灰钢渣桩:爆夯加固法:爆夯加固法:等等等等1.61.6、地基处理的方案选择、地基处理的方案选择调查研究:调查研究:结构条件:结构条件:建筑体型、刚度、受力体系、建筑材料、建筑体型、刚度、受力体系、建筑材料、基础类型、地基承载力等基础类型、地基承载力等地基条件:地基条件:地形及地质条件,地基成层状况,软弱土地形及地质条件,地基成层状况,软弱土层厚度,不均匀性和分布范围,持力层位置及状况,层厚度,不均匀性和分布范围,持力层位置及状况,地下水情况及地基土的物理和力学性质。地下水情况及地基土的物理和力学性质。环境影响环境影响:强夯法和砂桩挤密法施工时,振动和噪音:
16、强夯法和砂桩挤密法施工时,振动和噪音对邻近建筑物和居民产生影响和干扰;采用堆载预压对邻近建筑物和居民产生影响和干扰;采用堆载预压法时,将会有大量的土方运进输出,即要有堆放场地,法时,将会有大量的土方运进输出,即要有堆放场地,又不能妨碍交通;采用石灰桩或灌浆法时,有时会污又不能妨碍交通;采用石灰桩或灌浆法时,有时会污染周围环境。染周围环境。表表1-3给出了几种地基处理方法可能产生的影响给出了几种地基处理方法可能产生的影响地基处理方案的确定:地基处理方案的确定:资料收集:资料收集:搜集工程地质、水文地质及地基基础的设计资料;根据搜集工程地质、水文地质及地基基础的设计资料;根据结构类型、荷载大小及使
17、用要求,结合地形、地貌、地层结构、土质条结构类型、荷载大小及使用要求,结合地形、地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素,初步选定几种可能的件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素,初步选定几种可能的地基处理方案,同时考虑上部结构、基础和地基的相互作用。地基处理方案,同时考虑上部结构、基础和地基的相互作用。方案分析:方案分析:对初选的方案从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、对初选的方案从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。现场试验:现场试验:对已选定的地基处理方法,应按建筑物重要性和场地复对已选定的地基处理方法,应按建筑物重要性和场地复杂程度,可进行应的现场试验和试验性施工。杂程度,可进行应的现场试验和试验性施工。