土力学(中国水利水电出版社出版)第十四章.pdf

1、1Chapter 14Foundation improvement第一节 概述第一节 概述 Introduction1.地基类型地基类型(foundation types)天然地基：天然条件下可满足变形和要求的地基；天然地基：天然条件下可满足变形和要求的地基；天然地基：天然条件下可满足变形和要求的地基；天然地基：天然条件下可满足变形和要求的地基；人工地基：须经过人工处理后才能使用的地基；人工地基：须经过人工处理后才能使用的地基；人工地基：须经过人工处理后才能使用的地基；人工地基：须经过人工处理后才能使用的地基；2.水工建筑物常用的地基处理方法水工建筑物常用的地基处理方法Common found

2、ation improvement methods used in hydraulic structures第十四章 地基处理第十四章 地基处理2第二节 软粘土地基处理第二节 软粘土地基处理一、置换拌入法一、置换拌入法（一）换土垫层法（一）换土垫层法（Exchanged cushion method）将基底下一定深度的软弱土层挖除（如软弱土层较薄，可将其全部挖除），然后回填较好的土石料，例如砂土、碎石、石渣等，分层夯实作为持力层，达到地基处理的目的。将基底下一定深度的软弱土层挖除（如软弱土层较薄，可将其全部挖除），然后回填较好的土石料，例如砂土、碎石、石渣等，分层夯实作为持力层，达到地基处理的

3、目的。1）砂垫层的作用）砂垫层的作用?提高基础的承载力提高基础的承载力?减少沉降量减少沉降量?加速软弱土层的排水固结加速软弱土层的排水固结?防止冻胀及消除膨胀土的胀缩作用防止冻胀及消除膨胀土的胀缩作用 砂垫层厚度的确定（图砂垫层厚度的确定（图砂垫层厚度的确定（图砂垫层厚度的确定（图1414-1 1）据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力确定，即的容许承载力确定，即的容许承载力

4、确定，即的容许承载力确定，即条形基础条形基础条形基础条形基础矩形基础矩形基础矩形基础矩形基础为垫层的压力扩散角为垫层的压力扩散角为垫层的压力扩散角为垫层的压力扩散角;砂垫层厚度不宜大于砂垫层厚度不宜大于砂垫层厚度不宜大于砂垫层厚度不宜大于3 3m，也不宜小于，也不宜小于，也不宜小于，也不宜小于0.5 m 0.5 m 砂垫层宽度的确定砂垫层宽度的确定砂垫层宽度的确定砂垫层宽度的确定Rszz+()2zB pDBztg=+2）砂垫层的设计）砂垫层的设计(Design of sand cushion)()(2)(2)czBL ppBztgLztg=+ztgBB2+3 承载力的确定：由试验确定，如载荷、

5、标贯等 变形计算：包括垫层本身及软弱下卧层的变形计算 承载力的确定：由试验确定，如载荷、标贯等 变形计算：包括垫层本身及软弱下卧层的变形计算（4）砂垫层的施工（自学）（）砂垫层的施工（自学）（5）土垫层和灰土垫层（自学）土垫层和灰土垫层（自学）（6）土工布在垫层中的作用：隔离和排水）土工布在垫层中的作用：隔离和排水(Vibroflotation replacement method)原理 原理2.振冲置换法2.振冲置换法利用一个产生高能水平向振动的振冲器，在高压水流下边振边冲，在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成一根根桩体。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载

6、力，并减少压缩性。利用一个产生高能水平向振动的振冲器，在高压水流下边振边冲，在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成一根根桩体。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力，并减少压缩性。适用土质 适用土质适用于处理不排水抗剪强度不小于适用于处理不排水抗剪强度不小于适用于处理不排水抗剪强度不小于适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa20kPa的粘性土、粉土、的粘性土、粉土、的粘性土、粉土、的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。饱和黄土和人工填土地基。饱和黄土和人工填土地基。饱和黄土和人工填土地基。振冲器（图 振冲器（图14-2）和制桩步骤（图）和制桩步骤（图14-3

7、）桩的直径和平面布置）桩的直径和平面布置:一般桩径一般桩径一般桩径一般桩径0.60.61.0m1.0m，孔距，孔距，孔距，孔距1 13m3m45 加固范围加固范围加固范围加固范围(Improved scope)(Improved scope)适当超出基础面积：适当超出基础面积：适当超出基础面积：适当超出基础面积：1 12 2排桩，液化地基：排桩，液化地基：排桩，液化地基：排桩，液化地基：2 24 4排桩排桩排桩排桩 桩位布置（桩位布置（桩位布置（桩位布置（Arrangement of pile location Arrangement of pile location）桩距桩距桩距桩距1.51

8、.52.5m2.5m；正方形或三角形；正方形或三角形；正方形或三角形；正方形或三角形 桩长的确定（桩长的确定（桩长的确定（桩长的确定（Determination of pile length Determination of pile length）4m4m；桩长的确定须考虑硬层深度；桩长的确定须考虑硬层深度；桩长的确定须考虑硬层深度；桩长的确定须考虑硬层深度 承载力计算（承载力计算（承载力计算（承载力计算（Calculation of bearing capacityCalculation of bearing capacity）承载力由复合地基载荷试验确定，也可按下列计算：承载力由复合地基

9、载荷试验确定，也可按下列计算：承载力由复合地基载荷试验确定，也可按下列计算：承载力由复合地基载荷试验确定，也可按下列计算：对小型工程、初步设计无现场资料时，可按下式计算对小型工程、初步设计无现场资料时，可按下式计算对小型工程、初步设计无现场资料时，可按下式计算对小型工程、初步设计无现场资料时，可按下式计算spssppsppmmpAApApp)1(+=+=ssppnmp)1(1+=（2）设计与计算（）设计与计算（Design and calculation）变形计算（图变形计算（图变形计算（图变形计算（图1414-4 4）Deformation calculationDeformation ca

10、lculation（3 3）振冲置换法施工（自学）振冲置换法施工（自学）振冲置换法施工（自学）振冲置换法施工（自学）sspssppEnmEmmEAAEAEE)1(1)1(+=+=+=6三、高压喷射注浆法（旋喷法）三、高压喷射注浆法（旋喷法）High pressure jet grouting（Revolve jet method）（1）原理以高压喷射直接冲击破坏土体，使水泥浆液与土拌和，凝固后成为拌和桩体。（）原理以高压喷射直接冲击破坏土体，使水泥浆液与土拌和，凝固后成为拌和桩体。（2）适用范围粘性土、冲填土、粉细砂、砂等各种地基（）适用范围粘性土、冲填土、粉细砂、砂等各种地基（3）施工工艺）

11、施工工艺7四、深层搅拌法（四、深层搅拌法（Deep soil mixing）利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，利用固化剂和软土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。（利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，利用固化剂和软土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。（1）原理（）原理（2）适用范围（深层处理）：软粘土（）适用范围（深层处理）：软粘土（3）施工工艺）施工工艺8深层搅拌机深层搅拌机深层搅拌机深层搅拌机二、排水固结法（二、排水固结法（Drained

12、consolidation method）排水系统、加压系统（排水系统、加压系统（1）原理软粘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，同时，随着超静水压力逐渐消散，土的有效应力增大，地基土的强度逐步增大。（）原理软粘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，同时，随着超静水压力逐渐消散，土的有效应力增大，地基土的强度逐步增大。（2）组成：）组成：9（一）堆载预压法（一）堆载预压法（Preloading）（二）砂井法（）（二）砂井法（Sand drain）（1）原理（）原理（2）适用范围：在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载

13、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，再建造建筑物。软粘土地基（）适用范围：在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，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，再建造建筑物。软粘土地基（1）原理）原理减少排水距离减少排水距离（2 2）固结度的确定）固结度的确定）固结度的确定）固结度的确定(Determination of degree of consolidation)(Determination of degree of consolidation)式中，式中，式中，式中，U Utrtr为水平

14、辐射向固结度，为井径比为水平辐射向固结度，为井径比为水平辐射向固结度，为井径比为水平辐射向固结度，为井径比 n n 和水平固结时间和水平固结时间和水平固结时间和水平固结时间因数因数因数因数T Tr r的函数，可用的函数，可用的函数，可用的函数，可用图图14-11确定。确定。确定。确定。)1)(1(1tztrrzUUU=wesddrRn=tRCTsvrr24=wvrvraekC)1(+=10（3）砂井预压法设计）砂井预压法设计 Design of sand drain preloading 预压范围和加荷大小：范围应大于建筑物面积，荷载预压范围和加荷大小：范围应大于建筑物面积，荷载预压范围和加荷

15、大小：范围应大于建筑物面积，荷载预压范围和加荷大小：范围应大于建筑物面积，荷载大小据经验而定大小据经验而定大小据经验而定大小据经验而定 沉降量和固结所需的时间：通过计算确定沉降量和固结所需的时间：通过计算确定沉降量和固结所需的时间：通过计算确定沉降量和固结所需的时间：通过计算确定 加荷速率加荷速率加荷速率加荷速率:据实测资料而定据实测资料而定据实测资料而定据实测资料而定 砂井设计砂井设计砂井设计砂井设计(Design of sand drain)(Design of sand drain)砂井直径砂井直径砂井直径砂井直径 d dw w：300300400mm400mm；砂井井径比砂井井径比砂井

16、井径比砂井井径比 n n：一般取：一般取：一般取：一般取4 41212；砂井长度：一般砂井长度：一般砂井长度：一般砂井长度：一般20m20m；砂井的排列：砂井的排列：砂井的排列：砂井的排列：梅花形：梅花形：梅花形：梅花形：de1.05d正方形：正方形：正方形：正方形：d de e1.1281.128d dd d为砂井的间距，为砂井的间距，为砂井的间距，为砂井的间距，dede为等效圆的直径为等效圆的直径为等效圆的直径为等效圆的直径 排水砂垫层（排水砂垫层（排水砂垫层（排水砂垫层（Sand cushionSand cushion）：厚度）：厚度）：厚度）：厚度400mm400mm 砂料的选用（砂料的选用（砂料的选用（砂料的选用（Choice of sandChoice of sand）：）：）：）：(1)(1)足够透水；足够透水；足够透水；足够透水；(2)(2)渗水时粘土颗粒不能渗水时粘土颗粒不能渗水时粘土颗粒不能渗水时粘土颗粒不能夹带进入砂的孔隙夹带进入砂的孔隙夹带进入砂的孔隙夹带进入砂的孔隙3.袋装砂井及塑料排水板法（自学）袋装砂井及塑料排水板法（自学）4.真空预压法真空预压法(Vac