zAAA地基处理技术

pPm axK PK'cu
碎石桩与砂桩
设计计算：复合地基承载力
当作用由复合地基上的载荷为时p(p90)， 设作用于桩的载荷为pP,作用于粘性土的载 荷为ps。假设在桩和粘性土各自面积和范 围内为均布应力，则：
pApPps(A A P)
其中A—单桩所分担的加固面积。
设桩土应力比为
n pP pS
等腰三角形：
一般民用建筑
基础边缘夯击宽度： 设计处理深度的1/2~1/3，不小于3m。
2、夯击点间距
一般： 5~8m。根据土质与设计处理深度变化
夯击次数与遍数
Βιβλιοθήκη Baidu
强夯法
1、夯击次数
夯击次数应按照现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定， 并且应该同时满足以下条件：
最后两击的平均夯沉量不大于50mm(对于这等夯击能) ； 夯坑周围不应该发生过大的隆起； 不因夯坑过深而发生起锤困难； 各夯击点夯击数应该使土体竖向压缩量最大，而侧向位移量最 小为原 则。一般为4~10击。
碎石桩与砂桩
应用范围
中小型工业与民用建筑 港湾构筑物：如码头、护岸等 土工构筑物：如土石坝、路基等 材料堆置场：如矿石场、原料场等 其它：如轨道、滑道、船坞等。
加固机理
一、对松散砂土的加固机理
挤密作用； 排水减压作用； 砂基预振作用。
二、对粘性土的加固机理
置换作用； 排水固结； 加筋作用。
碎石桩与砂桩
2．孔隙水压力 3．侧向挤压力 4．振动加速度
碎石桩与砂桩
方法
用振动、冲击或水冲等方法在软 弱地层中成孔后，再将碎石或砂挤 压入土孔中，形成大直径的由碎石 或砂所构成的密实桩体称碎石桩 (Stone Column)或砂桩(Sand Pile， 总称粗颗粒桩(Granular Pile)。
成桩方法： 沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法以及强夯置换法等
设计计算：砂性土－液化判别
一般对在地下15m范围内的液化土应该符合下面要求：
N63.5 Ncr
Ncr No[0.90.1(dsdw)]
3
c
N63.5--饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)； Ncr—液化判别标准贯入锤击数临界值； No—液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表取值； ds—饱和土标准贯入点深度(m)； ρc—粘粒含量百分率，当小於3或为砂土时，均采用3； dw—地下水位深度(m)。
碎石桩与砂桩
设计计算：粘性土－承载力计算 单桩承载力－Brauns极限承载力法
假设单桩的破坏是空间轴对称问题，桩周土体是被动破坏(p86)
fR—地基土极限承载力的作用面积； fn—Cu的作用面积； fm—pro的作用面积 pP—桩顶应力(kPa)； ps—桩间土面上的应力(kPa)； pro—桩对土块的侧向作用力(kPa)； δ—BA面与水平面的夹角； Cu—地基土不排水抗剪强度(kPa)。
4
d2
(3-5)
(1) 当桩按正方形布置时：
L 0.887d 1 eo eo e1
(2) 当桩按等边三角形布置时：
L 0.95d 1 eo eo e1
碎石桩与砂桩
地基挤密后，要求得到的孔隙比e1可以按照工程对地基承载 力的要求或下式求得：
e 1 e m a x D r(e m a x e m in)
碎石桩与砂桩
设计计算：粘性土－承载力计算
综合极限承载力法
假设单桩的破坏是空间轴对称问题，桩周土体是被动破坏。
pPm axKP r1
KP—被动土压力系数
K Ptg2 450P/2
φp—碎石料的内摩擦角，取350~450； σr1--桩体侧向极限应力，可以按下式计算
r1h0Kcu
K—常量； σho—某深度处的初始总侧向应力。 如果按照单桩极限承载力计算，可以写成：
单位夯击能量：
eE/ A
e—单位夯击能量(kN.m/m2)； A—被夯击场地面积(m2)；
对粗颗粒土e取1000~3000kN.m/m2；细颗粒土e取1500~4000 kN.m/m2； 夯锤重一般10~25吨；落距一般 8~20米。
夯击点布置
强夯法
1、总体布置夯点位置布置
正方形、等边三角形： 大面积基础
对粘性土取2~4，对粉土取1.5~3
桩土面积置换率为
m AP A
碎石桩与砂桩
设计计算：复合地基承载力
碎石桩与砂桩
则：
P
pP p
1nn1m
S
pS p
1n11m
μp—应力集中系数； μs—应力降低系数。
p pPAP pS A AP
A
mn11 pS
对小型工程，可以按下式简单计算地基承载力标准值
初步确定地基处理方案
必要时进行小型现场试验， 补充调查
地基处理施工设计
绪论
• 换填法(Replacement Method)：
换填法
把基础底面下一定范围内的软弱地基土挖除，然后回填以 工程性能好的土，压密后作为地基持力层。
换填法
换填法(Replacement Method)
• 作用
提高地基承载力；减少基础沉降量；加速软土的固结排 水； 防止地基冻胀；减少地基的湿陷和胀、缩
l：矩形基础底面长度（m）；
θ：垫层压力扩散角。
返回
换填法
压力扩散角θ(单位：度)
注：当时z/b<0.25，除灰土取θ=30o外，其余材料θ=0； 当0.25<z/b<0.5时，θ可由内插法求得。
垫层宽度 b '
计算值
b'b2ztg
经验参考值
fk200kPa 120kPafk200kPa fk120kPa
6．重复步骤5，按照设计要求的夯击次数及控制标准，完成一个夯击 点的夯击；
7．重复步骤3~6，完成第一遍全部夯点的夯击； 8．用推土机将夯坑填平，并测量场地高程； 9．在规定的时间间隔后，按照上述步骤完成全部夯击遍数，最后用 低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量场地高程。
现场测试
强夯法
1．地面及深层变形 目的： 了解地表隆起的范围以及垫层密实度变化； 研究夯击能量与夯沉量的关系，以确定单点最佳夯击能量； 确定场地平均沉降量，用以研究夯击效果； 方法： 地面沉降观测； 深层沉降观测； 水平位移观测。
换填法施工
换填法
一、施工方法 1. 碾压法； 2. 夯实法； 3. 振动压实法
二、垫层材料 砂、砂石垫层 素土垫层 粉煤灰垫层 干渣垫层
强夯
强夯法
方法：
强夯(Heavy Tamping)：通过重锤(8~30吨) 利用一定 的落差(8~20米) ，对地基施加很大的冲击能，以达到地基 加固的目的。
应用范围 应用地层： 砂土、碎石土、低饱和度的粉土与粘土、湿陷性 黄土、杂填土和素填土等 应用工程： 工业与民用建筑、仓库、储油罐、公路与铁路、 机场跑道以及码头等设施的地基处理
换填法
b' b(0~0.26)z b' b(0.6~1.0)z b' b(1.6~2.0)z
绪论
设计值的计算
f fk b( b 3 ) do ( d 0 .5 )
• f：地基承载力设计值，kPa： • fk：地基承载力标准值，kPa； • γ：基础底部以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kN/m3； • γ；o：基础底部以上土的加权平均容重，kN/m3；地下水位以下用浮容重，kN/m3 • η到b，；ηd：相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，按土类不同可查表得 • b：基础宽度，m。宽度小于3m按3m计算；大于6m按6m计算； • d：基础埋深，m。
根据国内经验，对于一般建筑物，每边超出基础外缘 的宽度宜为设计处理深度的1／2~1／3，并不小于3m， 对于重要建筑物，每边超出基础外缘的宽 度宜为设计处理的深度。若为非稳定边坡应加固到最危 险的滑弧范围处。
施工工艺
施工步骤
强夯法
1．清理平整施工场地； 2．标出第一遍夯击点位置，并测量场地高程； 3．起重机就位，使夯锤对准夯点位置； 4．测量夯前锤顶高程； 5．将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由落下后放下吊钩， 测量 锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底平整 ；
pz pcz fz
pz：垫层底面处的附加压力设计值（kPa）； pcz：垫层底面处土的自重压力标准值（kPa）； fz：垫层底面处土层的地基承载力设计值（kPa）
条形基础：
pz
b p co
b 2ztg
矩形基础：
pz
lb p co b2ztg l2ztg
p：基础底面压力设计值（kPa）； σco：基础底面处土的自重压力标准值（kPa）； b：基础底面宽度（m）；
emax, emin分别为砂土的最大与最 小孔隙比。地基挤密后要求达到
的相对密实度0.70~0.85。
碎石桩和砂桩每根桩每米长度的填料量q：
q eo e1 A 1 eo
如果用加固前后土的重度γo、γ1表示则：
正方形布置：
等边三角形布置：
L 0.887d
1
1 o
L 0.95d
1 1 o
碎石桩与砂桩
• 应用范围
1.土层： 淤泥、湿陷性黄土、膨胀土、杂填土、冻土等
2.建筑物基础： 中、小型建筑物为主
3.深度： 一般3米以下。
• 垫层材料
中粗砂、卵石、砾石、素土、灰土、矿渣
垫层设计
• 一、垫层厚度 • 二、垫层宽度
换填法
垫层厚度(z)
换填法
垫层厚度计算可采用基础作用在软弱下卧层的附加应力计算公式
p m n11 3Su
Su—桩间土十字板抗剪强度。
设计计算：沉降计算
(1) 分层总和法：
复合土层的压缩模量：
E sP 1m n1 E S
Esp—复合土层的压缩模量； Es—桩间土的压缩模量。
(2)沉降折减法
一般天然粘性土地基沉降量可以用下式计算：
smv pH
H—固结土层厚度； Δp—垂直附加应力平均值； mv—天然地基的体积压缩系数。
设计计算
一、一般设计原则 二、砂性土
1、桩距确定 2、液化判别
三、粘性土
1、承载力计算 2、沉降计算 3、固结度计算 4、稳定分析
碎石桩与砂桩
设计计算：砂性土—桩距
碎石桩与砂桩
设桩的布置如下图(p82)。假设在松散砂土中桩能起到 100%的挤密效果，即成桩过程中地面没有隆起或下沉，被 加固的砂土没有流失。设桩的加固面积为A，单位深度灌 碎石(或砂)量为Ap，原砂土地基单位深度的平均体积为Vo ，其中砂固体颗粒所占体积为Vs；桩距为L。
软弱地基类型
1、淤泥和淤泥质土 2、松沙 3、充填土 4、杂填土 5、泥炭土 6、湿陷性黄土 7、冻土
地基处理 的设计程序
建筑物对地基的要求 地基处理的范围、指标
天然地层条件
地基处理的方法、原理 过去应用的经验
机具设备、材料条件
处理方案可行性研究 提出多种可行方案
技术、经济、进度比较 可靠性、环保要求
加固机理
动力密实：
非饱和→→→饱和
动力固结：
降低含水量； 排水固结(强度提高)； 结构破坏(渗透性增强)； 触变恢复(强度恢复)；
振动液化：
强夯法
动力固结模型
强夯法
设计计算
一、有效加固深度 二、夯锤重量和落距 三、夯击点布置 四、夯击次数与遍数 五、垫层铺设
有效加固深度
强夯法
单击强夯的有效加固深度H可按下式确定：
碎石桩与砂桩
设计计算：粘性土－承载力计算 单桩承载力－Brauns极限承载力法
假设单桩的破坏是空间轴对称问题，桩周土体是被动破坏
则可以得到：
pro
ps
si2nc2u1ttggp
又
pP pro tg2P
求pro的极大值 得到：
p ro 0
tgP
1tg
2
tg21
则：
p P m axtg2Psi2 n c 2 u ttg gP 1 2 0 .7 5 cu
2、夯击遍数与间隔
遍数：夯击一般采用2~3遍。 间隔：取决于空隙水压力的消散时间。对于砂土，一般
2~4min，对于粘性土，一般2~4周。
垫层铺设
强夯法
作用：扩散夯击能、增强地下水位与地表面距离、支承起重设备。 材料：砂、砾石、碎石。 厚度：0.5~2.0 m。
加固范围
由于基础的应力扩散作用，加固范围应大于建筑物基 础范围，具体扩大的范围应根据建筑结构类型和重要性 等围素综合分析确定。
处理前地基土的体积：
碎石桩与砂桩
VoL21Vs(1eo) (3-2)
处理后地基土的体积：
从式(3-2) 和(3-3) 可以得到：
V 1V s(1e1)V oA p
V1 1e1 Vo Ap
Vo 1e0
Vo
(3-3) (3-4)
所以：
Ape1oeeo1 Voe1oeeo1 L2
设桩的直径为d，则：
Ap
HK Mh
M—夯锤重量(10kN)； h—夯锤落距(m)； K—修正系数，粘性土取0.5，砂性土取0.7，黄土取0.35~0.5
有效加固深度
根据照强夯能量按进行下表进行预估 单击强夯的有效加固深度(m)
强夯法
夯锤重量M和落距h
总夯击能量：
EMhn
E—总夯击能量(kN.m)； n—总夯击次数；
强夯法