《土力学与地基基础(第3版)》教案15

3、挤密法及振冲法
挤密法:是在软弱或松散地基中先打入桩管成孔，然后在桩管中填粗砂、砾石等坚实土料。桩管打入地基时，对土横向挤密，使土粒彼此移动，颗粒间互相靠紧，空隙减小，土骨架作用随之增强。
振冲法:是应用松砂加水振动后变密的原理，再通过振冲器成孔，然后填入砂或石、石灰、灰土等材料，再予以捣实，形成桩与周围挤密后的松砂所组成的复合地基，来承受建筑物的荷重。
三、化学加固法
化学加固法：凡将化学溶液或胶结剂灌入土中，使土粒胶结起来，以提高地基强度，减少沉降量的加固方法统称为化学加固法。目前釆用的化学浆液有以下几种：
①水泥浆液：用高标号的硅酸盐水泥和速凝剂组成的浆液。
②硅酸钠（水玻璃）为主的浆液：常用水玻璃和氯化钙溶液。
③丙烯酸氨为主的浆液。
④纸浆为主的浆液：如重铬酸盐木质素浆液，其加固效果尚可，但有毒性，易污染地下水。
2、加固机理
根据太沙基固结理论，饱和黏性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。为了加速土层固结，最有效的方法就是增加土层排水途径、缩短排水距离。排水固结法就是在被加固地基中置入砂井、塑料排水板等竖向排水体，使土层中孔隙水主要从水平向通过砂井和部分从竖向排出，从而极大加速了地基的固结速率。
3、排水系统
排水固结法的施工工艺和施工机械随着该法的广泛使用也得到了发展，如打设袋装砂井和塑料板的两用设备就具有轻型、简便的优点。
二、密实法
1、碾压法
碾压法：是用压路机、推土机或羊足碾、平碾等机械在需压实的场地上，按计划与次序反复碾压，分层铺土，分层压实。通过处理，可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小、密实度提高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度和承载力。这种方法常用于地下水位以上大面积填土和杂填土地基的压实。用8-12ｔ的压路机碾压杂填土，压实深度为30-40cm，地基承载力可采用80-120kPa。黏性土压实前，被碾压的土料应先进行含水量测定，只有含水量在合适范围内的土料才允许进场，每层铺土厚度约为300ｍｍ。
降低地下水位法：是利用地下水位下降、土的有效自重应力增加，促使地基土体固结。该方法适用于砂性土地基，也适用于软黏土层存在砂性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的情况。但降低地下水位可能会引起邻近建筑物基础的附加沉降，要引起足够重视。
排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质以及工期要求，确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式，确定预压荷载的大小和预压时间，通过预压，使地基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。
2、夯实法
夯实法分为重锤夯实法和强夯法两种
1）重锤夯实法:利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由下落产生很大的冲击能来挤密地基、减小孔隙、提高强度，经不断重复夯击，使整个建筑物地基得以加固，达到满足建筑物对地基土强度和变形的要求。
重锤夯实的效果或影响深度与夯锤的质量、锤底直径、落距、夯实的遍数、土的含水量以及土质条件等因素有关。只有合理地选定上述参数和控制夯实的含水量，才能达到预定的夯实效果；也只有在土的最优含水量条件下，才能得到最有效的夯实效果，否则会出现“橡皮土”等不良现象
30min
20min
10min
20min
小结
教学方法
教学时间
1、排水固结法是指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
2、密实法包括：碾压法、夯实法、挤密法及振冲法。
3、凡将化学溶液或胶结剂灌入土中，使土粒胶结起来，以提高地基强度，减少沉降量的加固方法统称为化学加固法
3、本课程理论性、实践性都较强，需要授课教师具备较高的理论知识与实践经验，引导学生循序渐进的学习。
4、学生从感性认识到理性认识的提升，可显著提升其获得感，激发其学习热情。
①用于加固土坡和堤坝。
ａ．使边坡变陡，节省占地面积；
ｂ．防止滑动圆弧通过路堤和地基土；
ｃ．防止路堤下面因承载力不足而发生破坏；
ｄ．跨越可能的沉陷区等
②用于加固地基：由于土工合成材料有较高的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地基表面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层中，因此，当地基可能产生冲切破坏时，铺设的土工合成材料将阻止破坏面的出现，从而提高地基承载力。
四川建筑职业技术学院
授课教案
班级名称
日期/地点
周次/星期
上课节次
课时章节或
授课题目
9、地基处理
课程思政主题
1、基础不牢、地动山摇的质量安全意识；
2、基建大国、超级工程筑起爱国情怀；
3、创造出世界一枝独秀的工程建设奇迹。
教
学
目
标
知识目标
掌握排水固结法、密实法、化学加固法、土工合成材料加筋法的概念与机理。
能力
目标
熟悉排水固结法、密实法、化学加固法、土工合成材料加筋法的加固方法与措施。
素质
目标
1、培养学生对我国土木工程发展成就的自豪感。
2、培养学生初步具备辩证思维的能力；
3、培养学生分析、归纳和总结的能力。
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学
设
计
教
学
设
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预习要点或题目
教学方法
1、.收集地基处理相关资料，了解其发展历程；
2、.收集排水固结法、密实法、化学加固法、土工合成材料加筋法的相关资料。
四、土工合成材料及其他措施
1、基本概念
加筋土：即在土体中加入起抗拉作用的筋材（如土工合成材料、金属材料等），通过筋土间作用，达到减小或抵抗土压力、调整基底接触应力的目的，可用于支挡结构或浅层地基处理。
土工合成材料：由合成纤维制成，也称土工聚合物，又称土工织物，是土工用合成纤维材料的总称。
2、土工合成材料的分类
（2）排水作用：土工合成材料具有很好的透水性，在地基处理中，可以用它排除地下水（不会堵塞），形成水平排水通道。
（3）隔离作用：对两层具有不同性质的土或材料，或土与其他材料可采用土工合成材料进行隔离，避免混杂产生不良效果。如道路工程中常采用土工合成材料防止软弱土层侵入路基的碎石层，避免引起翻浆冒泥
（4）加固和补强作用：利用土工合成材料的高强度和韧性等力学性质，可分散荷载，增大土体的刚度模量以改善土体；当土工合成材料用作土体加筋时，其基本作用是给土体提供抗拉强度。
4、土工合成材料由合成纤维制成，也称土工聚合物，又称土工织物，是土工用合成纤维材料的总称，多以聚丙烯、涤纶为主要材料，它具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、滤水、不霉烂、不缩水、不怕虫蛀等良好性能。
问题驱动法
10min
作业布置（预习、思考题、练习题、看参考资料等）
1．试述加载预压法与真空预压法的作用原理和适用范围。
堆载预压法：一般用填土、砂石等堆载材料，由于堆载需要大量的土石等材料，往往需要到外地运输，工程量大，造价高。
真空预压法：就是先在软土表面铺设一层透水的砂或砾石，然后打设竖向排水通道袋装砂井或塑料排水板，并在砂或砾石层上覆盖不透气的薄膜材料，如橡皮布、塑料布、黏土膏或沥青等，使软土与大气隔绝。通过在砂垫层里预埋的吸水管道，用真空泵抽气，形成真空，利用大气压力加压。膜下真空度可达600mmHg以上，且可保持稳定，相当于80kPa堆载预压的效果。
1、.教学方法设计：
1）统讲：土力学与地基基础的应用，课程的特色和学习方法；
2）细讲：土、土力学、地基、基础等一些基本概念与内涵。
3）案例分析：通过一些案例，详细分析基础不牢、地动山摇的质量风险因素。
2、课程思政设计：
1）统讲本课程融入的主要思政内容。
2）细讲：鲁班工匠精神、质量与安全意识、工程法规意识、专业伦理意识
排水系统的作用主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。排水系统由竖向的排水体和水平向的排水垫层构成。竖直排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排水板
4、加载系统
加载系统：是施加起固结作用的荷载，使土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。加载系统包括堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法、电渗法、联合法等。
2）强夯法:是用大吨位的起重机，把很重的锤（一般为80-400kN）从高处自由下落（落距为8-30ｍ）给地基以冲击力和振动，强力夯实地基以提高其强度，降低压缩性。强夯法还可改善地基土抵抗振动液化能力和消除湿陷性黄土的湿陷性；同时，夯击还可提高土的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。
工程实践表明，强夯法加固地基具有施工简单、使用经济、加固效果好等优点，因而被各国工程界所重视；其缺点是施工时噪声和振动较大，一般不宜在人口密集的城市内使用。
2．试述强夯法加固地基的机理和适用条件。
3．深层挤密加固原理是什么？它又分为哪几种方法？它们各自的适用范围是什么？
4．挤密砂石桩与排水砂井的作用原理和适用条件有何区别？
教
学
反
思
1、课程的宣传口号是：“千里之行始于足下、万丈高楼重在基础”。
2、“基础不牢、地动山摇”，由于地基与基础属于隐蔽工程，其勘察、设计和施工质量的好坏直接影响建筑物的安全，一旦发生质量事故，其补救和处理往往比上部结构困难得多，有时甚至是不可弥补的，因此，必须重视地基与基础在整个建筑物中的重要性。
学生课前自行收集资料并思考问题，训练学生获取信息和独立思考的能力。
授课提纲及重难点分析
教学方法及
课程思政设计
教学时间
一、排水固结法
1、概念
排水固结法：是指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
③用于加筋土挡墙。在挡土结构的土体中，每隔一定距离铺设加固作用的土工合成材料时可作为拉筋起到加筋作用
4、土工合成材料加筋层的加固原理
①增强垫层的整体性和刚度，调整不均匀沉降。
②扩散应力。由于垫层刚度增大的影响，扩大了荷载扩散的范围，使应力均匀分布。