地基处理 1.ppt

教材,:,叶书麟,主编,:,中国建筑工业出版社,计划学时,:,30,成绩评定,:,平时、作业,40,考试方式：,闭卷：,60,第一章 绪言,第一节 关于地基处理的一些相关概念,一、场地、地基与基础,1,、,什么是场地,(Site),？,场地,还应包括其邻近区域的某些个微地貌、地形及地质单元,。,一,),场地,场地的范围是宏观的，,它既代表着所划定的土地范围，还包括涉及某种,地质现象或工程地质问题的区域,。,Why,？。,工程群体所在地，具有相似的反应谱特征，其范围相当于厂区、居民小区、自然村或不小于,1.0,平方公里的平面面积。,青岛的海洋石油工程制造场地,葛洲坝工程,三峡大坝,碧口工程,根据工程地质条件、岩土工程条件，场地可划分为三种基本类型,（按建筑物震害程度）：,有利场地（具有相对性）：,软弱土,液化土,不利场地,山丘,山咀,危险,场地,滑坡,地裂缝致泾阳县某幼儿园砖墙开裂,泥石流发育区,道路受损,桥梁受损,桥梁错开,桥面开裂,受灾之前的舟曲,无人机航拍舟曲泥石流图片,受灾之前的舟曲,1,么是地基,？,天然地基：,人工地基：,场地、地基、基础及上部荷载的几何关系,二,),地基,地基条件差的地段,经人工处理后才能修建。,地基,(Foundation,，,Subgrade),：,指场地范围内承托建,(,构,),筑物基础的这部份场地地层。,人工地基,振动压实机,基础旋喷桩加固,人工地基,化学加固法地基加固,施工中的高压旋喷灌浆,人工地基,高压喷射灌浆意图,人工地基,人工地基,洪洞曲亭水库除险加固工程高压喷射灌浆防渗墙,粉体喷射搅拌法施工顺序,人工地基,人工地基,自重法灌浆,高位漏斗法法灌浆,压力法灌浆,人工地基,注浆泵,灌浆机,压浆机,灌浆机,人工地基,深层搅拌加固工艺流程,深层搅拌桩施工现场,深层搅拌桩机架,人工地基,水泥土,搅拌桩,水泥土,搅拌桩,堆载预压法（排水固结法）,竖向剖面结构,平面结构,排水井纵断面,人工地基,堆载预压法处理的人工地基,真空预压管网铺设,人工地基,人工地基施工周期长，造价高，承载力相对提高少。,从技术、经济综合比较，尽可能利用天然地基,。,人工地基,换土垫层法,回填土,人工地基,的特点：,地基质量与力学性能有直接建筑物的安全与稳定。因此，地基面临的问题有,四个方面,。,地基强度,(,ground strength,),和,稳定性,(,stability,),问题,;,地基变形,(,ground,deformation,),问题,;,地基渗漏,(,ground,seepage,),问题,;,砂土液化,(,sand liquefaction,),问题,;,2.,地基面临的四个问题,1),地基的强度和稳定性问题：,整体剪切破坏,有三种破坏方式：,如果地基的,抗剪强度,不满足支承其上部结构的自重及外部荷载，就会产生局部或整体性的剪切破坏，并进而形响建,(,构,),筑物的正常使用乃至引起破坏。,整体剪切破坏,局部剪切破坏,冲剪破坏,冲剪破坏,局部剪切破坏,建筑物地基滑动,加拿大特朗斯康谷仓,软弱地基,整体破坏,地基土承载力低，产生强度破坏,2009,，,6,，,27,早晨，上海莲花南路罗阳路莲花河畔小区在建的,13,层住宅楼全部倒塌,2),地基的变形问题,：,地基变形引起的墙体开裂,地基下沉导致墙体严重变形破坏,a,、,上部结构自重及外荷载作用过大：,导致地基变形过大，进而影响到结构物的正常使用。,b,、,当,地基的不均匀沉降量超过建筑物所能允许的极限值,时，结构可能开裂破坏。,（,1,）直线变形阶段。,此变形阶段又称,压密阶段,。,地基变形过程分为三个阶段：,（,2,）局部塑性变形阶段。,该阶段是地基由稳定状态向不稳定状态发展的,过渡性阶段。,（,3,）破坏阶段,(,图,a,中,p-S,曲线上,cd,段,),。,地基不均匀沉降，,建筑倾斜,基岩,不均匀,软土层,地质剖面图,均质软弱地基整体下沉,浙江萧甬铁（杭州和宁波,）路发生地基整体下沉事故,地基严重沉降,墨西哥市艺术宫,地基不均匀沉降造成的严重倾斜,苏州市虎丘塔,3),地基渗漏问题：,（,1,）潜蚀,(,管涌,),系渗流削弱土体内部连结，将土体较细颗粒移动或挟走的作用和现象,.,地下水运动中，地基的渗漏量或水力比降超过允许值时，会发生水量损失，或因潜蚀,(,管涌,),和流沙可能导致失事。,（,2,）流砂（流土）,是一种,砂（,土）的活动和作用，又称流土，或称土的液化；粘性土的流砂多为触变流砂。,场地渗漏会,将土体的所有颗粒同时浮动、流动或整块移动。它常发生在大坝下游坡脚或基坑斜坡处，可能导致,建筑物毁决或斜坡塌滑,。,4),砂土液化,(sand liquefaction),问题：,生活中的某种现象,：,敲击盛满干砂的容器，砂子就会塞满而表面下沉，可是对于饱和的砂子给予振动，其压缩性能就低。,在各种动力荷载的作用下，可能会引起地基土、特别是饱和粉细砂土产生液化，由此造成地基失效，震陷，并危及到建筑物的安全,-,砂土液化,。,（,1,）为什么会液化？,饱和的疏松粉、细砂土体在振动作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土骨架转向水。由于粉、细砂土的渗透性不良，孔隙水压力急剧上升，并当达到总应力值时，有效正应力下降到,0,，颗粒悬浮在水中,，砂土体即发生振动液化，完全丧失强度和承载能力。,1964,年,6,月,16,日日本新瀉发生,7.5,级地震后，因地基土发生液化所造成的破坏,(,注意到虽然因地基破坏而使得建筑物严重倾斜甚至倒下，但结构本身并未破坏,),汶川县漩口岷江河漫滩的沙土液化现象,什么是基础,(,Foundation,Footing)?,建筑物向地基传递荷载的下部结构，,或指,埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建筑物的下部结构,称作,基础,。,几何上,基础处于上部结构与荷载及地基反力的相互作用之下，并具有承上启下的作用，一方面承受着由此而产生的内力，另一方在基础底面反过来又作为地基的荷载使地基产生变形。,三）基础,上部结构、基础、地基间的关系：,上部结构 荷载 基础 压力 地基 应力、变形,（三者间相互制约协同作用）,上部结构、基础、地基示意图,基底压力,结构荷载,浅基础,柱,梁,深基础形式,钻孔灌注桩,基础上面建上部结构,地基、基础、上部结构三部分，是相互联系相互制约的整体；,所以，研究地基问题，开展地基处理必然涉及到,结构力学,，,土质学与土力学,，,岩土测试技术,、,施工技术,，,岩土工程勘察,等有关知识；,而地基作为场地的一部份，自然会涉及到场地的稳定性问题，因此我们还应当具备一定的,工程地质学,等理论知识。,四）学好,的基本条件,:,二、地基处理,只要地基存在,强度及稳定性问题、压缩及不均匀沉降问题、渗漏问题或砂土液化问题中的一个或几个而不满足地基的承载力和变形设计要求时,，则必须采用某种措施，对这种地基进行人工改性或改良处理，以实现对地基的加固和强化。,把对地基进行人工处理的过程称之为：,“,地基处理,(,Ground Treatment)”,或,“,地基加固,(Ground Improvement)”,地基处理的目的,：,改善地基条件，使其承载力和变形条件满足设计要求或建筑物的稳定、安全运行要求。,主要包括,五个方面的改善内容,：,一、改善地基剪切性能，提高地基抗剪强度,第二节 地基处理的目的,地基的剪切破坏主要表现在五个方面,：,建筑物的地基承载力不够。,因偏心荷载及侧向土压力作用，造成上部结构失效。,因填土或建筑物荷载，导致邻近地基,(,地面,),隆起。,土方开抗过程中，产生产生边坡失稳。,基抗开挖时坑底隆起。,偏心荷载,因填土或建筑物荷载，导致邻近地基,(,地起,),隆起,二、改善地基的压缩性能，降低沉降影响及危害,地基的高压缩性表现在五个方面：,建筑物的沉降量和差异沉降量大；,因填土或建筑物荷载，使邻近地基产生固结沉降；,出现地基的大面积，大范围沉降；,基坑开挖引起邻近地基沉降；,由于降水产生地基固结沉降。,三、改善透水特性,(,减小地基土渗漏或水力比降,),地基的透水性主要表现在两个方面：,在堤坝等档、阻水工程中，基础产生的地基渗漏；,市政开挖工程中，因土层内常常夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。,四、改善地基的动力特性，防止地基出现砂土液化提高抗震性能,地基的不良动力特性主要表现在两大方面：,地震时饱和粉砂土将会产生液化，导致地基失效；,因交通车辆荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。,五、改善特殊土的一些不良的特性,减少或消除,黄土,的湿陷性；,降低,膨胀土,的胀缩性；,消除,季节性或多年冻土,在土层内冰融过程中出现的流变性。,红粘土,的不均匀沉降,一、软弱,土,地基,包括：,淤泥，淤泥质土，冲填土，杂填土或其它高压缩性的地基土。,1,软土,:,包括,淤泥,和,淤泥质土,。,特点：,天然含水量高，天然孔隙比大，,压缩系数高；抗剪强度低；渗透系数小,不利于排水固结。,外荷作用下：,地基承载力的变形大，不均匀变形也大，变形稳定过程历时很长；触变性强；具有流变性。,软弱土地基和特殊土地基,第三节,地基处理的对象及其待性,地基处理的对象：,冲填土,:,指整治和疏理江河航道时,(,清淤工程,),，用挖泥船通过泥浆泵将含大量水分的泥砂吹到江河两岸而形成的沉积土，因此在南方又称其为,吹填土,。,特点：,具有一定的粘性，强度低、压缩性高,(,属于次固结土,),。,注意：,以砂性土或其它粗颗粒组成的冲填土不属于软弱土范畴。,3,杂填土,:,指由人类活动而任意堆填的,建筑垃圾,、,工业废料,、,生活垃圾,等,人,工土层,。,特点：,介质组分过杂、强度低、压缩高，均一性差，并具有浸水湿陷性，地基承载力和压缩性分布差异极大。,4,高压缩性土,:,主要为,饱和松散粉细砂土,。,特点：,在动荷载作用下，易发生液化，基坑开挖时易出现管涌。,二、特殊地基土,1,、,湿陷性,黄土：,凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或者在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏并发生显著下沉的黄土，,称为湿陷性黄土,，,湿陷性是它的主要特点,。,2,、,膨胀,土：,是指主要由亲水粘性土矿物组成的粘性土。,主要特点：是,吸水膨胀和失水收缩,，,具较大的膨缩变形特性和高塑性。,主要包括：,湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等,3,、,红粘,土：,红粘土以其裂隙性、收缩性和土层不均匀性而著称。,更主要的是由于,红粘土,既,存在着不良的物理性质，但某些条件下却又有着良好的力学特性，因此不能用一般粘性土的物性指标与力学参数的相关规律去认识其工程性状。,此外，,由于,红粘土,是碳酸岩类岩石在温湿气候条件下，经风化作用形成的，而该类地区基岩面起伏较大，故上部土层厚度变化很大。,正是由于下卧基岩面的高低起伏不平以及存在的软弱夹层，非常容易引起地基的不均匀沉降与滑移变形。,4,、冻土：,冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，,冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度。,冻胀和融沉问题,。,季节性冻土。,主要特点：,春夏季节，土层中的冰被融化，导致土层变软，力学性能降低而发生流变。在存在这类冻土的路段，常常会出现翻浆，不均匀沉降。,多年冻土,：,冻结持续在三年以上的冻土层。,主要,特点：,在车辆等动载作用下，因温度升高而使土层中的冰质成份被融化，,土层的承载力，影响了地基的稳定性，产生不均匀沉降,。,可以根据处理原理、目的、时效、动机、性质等进行多种分类。,1,、按处理深度：,浅层处理,和,深层处理,2,、按时效分类，,临时处理,和,永久性处理,3,、按处理的土性对象：,砂性土处理,与,粘性土处理,；,饱和土处理,与,非饱和土处理。,4,、按处理作用机理可分为：,物理处理与化学处理,物理处理,置换法,夯实处理,挤密法,排水固结法,加筋法,热、电学处理法,化学处理,胶结法,注浆法,高压喷射注浆法,水泥土搅拌法,有一些处理方法中物理与化学作用同时存在,一、地基处理方法的分类,第四节 地基处理方法的分类及各方法简介,1,）重锤夯实法：,利用起重机，将重锤提升至一定高度后，让锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。,2,）机械碾压法：,利用压路机、推土机、羊足碾、平碾或其他压路机械在土层上来回开动，把土压实；每次压实深度为,30,40cm,，分层铺土，分层碾压。,二、各种处理方法简要介绍,1,机械压实法,3,）振动压实法：,用振动机在地基表面施加振动力以振动松散地基，使土颗粒受振动容易移动至稳固位置，减小土的孔隙而压实。,机械压实作用类型示意图,2,强夯法,利用起重机，把重型锤,(8,40t),提升至空中，以高落差,(8,40m),让锤自由下落，造成极大的冲击能和冲击波，夯实深层地基。,将基底以下一定深度范围内的软弱土层挖除，换填无侵蚀性的低压缩性散体材料,(,中砂、粗砂、砾石、碎石、卵石、矿渣、灰土及素土等,),，分层夯实作为基础的持力层。,3,换填法,4,排水固结法,是使软黏土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形的处理方法,。,该方法常用于解决软黏土地基的沉降和不稳定问题，,可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使结构物在使用期间不致产生过大的沉降量和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基土的强度和稳定性。,排水固结法由排水系统和加压系统两个部分组合而成。,排水系统,；,加压系统,。,砂垫层,插板施工,铺布,施工 工 序,:,场地排水清淤平整,铺土工布,铺砂垫层,做盲沟和集水井,搭设排水板,分层碾压填筑土方,填筑预压土,观测沉降,卸载。,排水固结法,1,）预压法：,在建造结构物之前，通过临时堆填土石方等方法对地基进行加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造上部结构物。,适用范围：,软弱黏性土地基。,根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法又可分为,四种方法。,砂井堆载预压,真空预压,在软黏土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速软土固结，并加速地基强度的增长，这种方法称为砂井法。,砂井法常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。,适用范围：,透水性低的软弱黏性土。,2,）砂井排水法,(,包括塑料排水带预压,),：,3,）真空预压：,在黏土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层抽气、抽水，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。,适用范围：,软弱黏性土地基。,降低地下水位虽然不能改变地基中的总应力，但能减少孔隙水压力，使有效应力增长，促进地基固结。达到在建造结构物前完成部分固结沉降和提高地基承载力的目的。,适用范围：,在地下水位接近地面的土层中进行开挖深基坑的工程时，特别是饱和粉、细砂地基，多采用降低地下水位的措施。,4,）降水预压：,1,）振冲挤密：,利用振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；与此同时，依靠振冲器水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压加密。,适用范围：,砂性土，小于,0,005 mm,的黏粒含量小于,10,的黏性土。,5,振冲法,2,）振冲置换：,利用能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲，在软弱黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成一根根桩体。,适用范围：,软弱黏性土地基，但对于抗剪强度较低的软黏性土，采用碎石桩时务必慎重从事。,1,）土或灰土挤密桩法：,土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工,“,复合地基,”,。,适用范围：,湿陷性黄土、人工填土及非饱和黏性土。,6,挤密法,2,）砂石桩法：,在松散砂土和人工填土地基中设置砂桩能对周围土体产生挤密作用，或同时产生振密作用。,适用范围：,松散砂土及杂填土地基。,3,）石灰桩法：,在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并加以压实形成桩体。,适用范围：,软弱黏性土地基。,4,）水泥粉煤灰碎石桩法：,碎石、石屑、粉煤灰，掺适量水泥加水拌和，用各种成桩机制成的具有可变黏结强度的桩型。,适用范围：,黏性土、淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土及湿陷性黄土地基。,7,化学加固法,利用胶结剂、加固料或化学溶液，通过压力灌注或搅拌混合等方式将土颗粒胶结起来，使地基得到加固的方法。,1,）灌浆法：,利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把某些能固化的浆液均匀注入地层中，将原来松散的土体胶结成一个整体，形成强度高、防渗和化学性能好的固结体。,适用范围：,砂性土、黏性土和湿陷性黄土地基。,2,）高压喷射注浆法：,用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土中预定位置后，将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出冲击破坏土体，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体。,适用范围：,软、黏土；粉、砂土；湿陷性黄土、人工填土及碎石土等地基。,3,）深层搅拌法：,利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就将软土和固化剂强制搅拌，利用软土和固化剂之间所产生的一系列物理化学反应，形成坚硬拌和桩体，与原地层共同起复合地基的作用。,适用范围：,超软土、泥炭土、软弱黏性土、粉土、淤泥和淤泥质土等。,深层搅拌法施工顺序：,定位,沉入到底部,喷浆搅拌（上升）,重复搅拌（下沉）,重复搅拌（上升）,完毕,8,托换法,托换法,(,或称基础托换,),是指对原有结构物地基和基础需要进行处理、加固或改建，在原有结构物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响到原有结构物的安全等问题的技术总称。,适用范围：,针对结构物及其基础和地基的具体情况，具体分析其可行性。,9,土的加筋技术,土工聚合物,:,以合成纤维、塑料和合成橡胶等聚合物为原料制成的用于岩土工程的新型材料。,适用范围：,加强软弱地基，或用作反虑、排水和隔离材料。,2),加筋土挡墙,:,是由填土和在填土中布置一定量的带状筋体以及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合结构。,适用范围：交通,、水利、岸坡、码头、储料仓及堆料场等工程。,3,）土钉：,将拉筋插入土体内部，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带，用于提高整个边坡的稳定性。,适用范围：,开挖支护和天然边坡加固,典型的加筋土结构,土工格栅加筋土桥台,1,确定地基处理方法前的准备与处理方法设计顺序,建筑物结构条件调查,建筑物对地基的基本要求,天然地基条件勘察评价,天然地基土是否满足要求,天然地基土,是,否,地基处理,处理方案可行性研究,根据所定方案编写地基处理设计,1,除,满足地基土强度、稳定性、变形、抗液化、抗渗漏等条件，还应确定处理范围和深度,；,2,根据建筑物安全等级和场地复杂程度，选择有代表性的场地进行现场实体试验，以检验设计参数、施工方法、施工工艺的合理性，工试机具的调施，用料配比等施工参数的确定。,制定施工计划、分阶段施工,施工监测,质量检测,补充措施,地基处理施工任务结束，形成人工地基,满足要求,1,依据地基条件确定处理方法,；,2,要考虑环境条件方案的限制；,3,过去经验教训及分析；,4,场地施工与用地条件；,5,工程用料,；,6,施工难度及工期；,7,经济效益,；,8,施工机具条件,；,9,管理水平及质量,；,10,场地施工用水、电与交通条件；,存在问题,第五节 地基处理基本程序及处理方案选择,2,地基处理方法的选用原则,在确定地基处理方法时，可根据工程的具体情况对几种地基处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较。,基本原则：,技术上可靠、经济上合理、又能满足施工进度的要求。,通过比较分析可以采用一种、两种或两种以上的地基处理方法的综合地基处理方案。,在确定地基处理方法时，还应注意,节约能源,，注意,环境保护,。,一、地基处理监测和监理的根本目的,确保施工质量及施工的顺利。,由于地基处理是一项隐蔽性工程，必须重视施工过程中每个环节的监测与检验，只有通过对施工与过程的监理，才能保证质量与施工的顺利进行。,二、在施工中尤其应重视沉降和位移观测,1,、,掌握施工过程是否稳定，是否会由于地基变形导致上部结构倾斜、开裂，是否影响临近建筑物及地下管线。,2,、,观测周期、观测间隔应依据观测目的、工程要求沉降位移速率等具体确定。,第六节 地基处理的监测和监理,地基处理效果究竟如何，当然要进行检验，主要方法有,钻孔取样；静力触探试验、标贯试验；静、动载荷试验；取芯试验,等。主要是监测那些经过处理之后的地基土是否满足设计规定要求,作业：,1,、何谓“软土”、“软弱土”和“软弱地基”？,2,、软弱土有哪些主要特点？,3,、一般建筑物地基面临有那些问题？,4,、试述地基处理的目的和其处理方法分类。,5,、选用地基处理方法时应遵循什么原则？,6,、在软土地基和湿陷性黄土中可采用哪几种地基处理方法？,第七节：地基处理效果检验,第一讲 结束,