水利工程地基處理緒論及基礎(chǔ)知識課件

1、地基處理Ground Treatment課 程 簡 介Course Introduction一、課程性質(zhì) 水利水電工程專業(yè)的專業(yè)選修課程二、教學(xué)目的 依據(jù)不同的軟弱地基情況，系統(tǒng)地介紹水利工程建設(shè)中涉及到的幾種具有代表性的地基處理新技術(shù)、基本理論、計算方法和施工要點。通過本課程的學(xué)習(xí)，為水利工程建設(shè)中選擇科學(xué)合理的地基處理技術(shù)方案提供參考和指導(dǎo)。 實際上，課程中介紹的地基處理技術(shù)不僅局限在水利工程應(yīng)用上。三、課程的基本要求 本課程是一門既古老又年輕的學(xué)科，由于天然地基土的復(fù)雜多變及特殊性，在學(xué)習(xí)中，應(yīng)理解問題的實質(zhì)，掌握原理，明確方法和步驟，對教材所述的設(shè)計基本理論、具體計算方法和應(yīng)用的工程算

2、例，應(yīng)融會貫通；并且注意結(jié)合工程實踐，理論聯(lián)系實際，提高對理論的認(rèn)識，增加處理實際工程地基問題的能力。 關(guān)鍵要靈活應(yīng)用。課 程 簡 介Course Introduction四、教材選擇及教學(xué)內(nèi)容 水利工程地基處理劉川順編，武漢大學(xué)出版社 按照教材內(nèi)容講授，并有所補充和側(cè)重 由于課時較少（24h），只能講主要內(nèi)容，按照：地基處理方法-原理-設(shè)計要點-施工及實例的順序五、考試及學(xué)分 總成績平時成績30%+卷面成績70%(閉卷) 平時成績包括：考勤、作業(yè)(2次) 學(xué)分1.5個課 程 簡 介Course Introduction六、與其他課程的聯(lián)系與分工 本課程內(nèi)容涉及其他學(xué)科較多，如工程地質(zhì)、巖土力

3、學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和水工建筑物等。而聯(lián)系較為密切的是巖土力學(xué)，是學(xué)習(xí)地基處理的基礎(chǔ)課程。七、主要參考資料建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002土力學(xué)地基處理-同濟大學(xué)，葉書麟謝 謝！課 程 簡 介Course Introduction第一節(jié) 水工地基處理的任務(wù)、目的和方法第一章 地基處理基礎(chǔ)知識Introduction 首先理解幾個基本概念1、場地(Site)：概念：指工程建設(shè)所直接占有并直接使用的有限面積的土地。內(nèi)涵：不同于建筑占地或建筑面積，包括地形、地貌、地質(zhì)單元等。一、地基處理的重要性和目的2、地基(Foundation，Subgrade，F(xiàn)oundation So

4、ils)：概念：指承托建筑物基礎(chǔ)的這一部分很小的場地。建筑物地基面臨的問題：(1)強度和穩(wěn)定性：承載力、整體穩(wěn)定(2)變形：大變形、差異沉降(3)滲漏：滲透破壞(4)液化：抗震/a/20090629/000042.htm1964年日本新瀉地震， 砂土液化造成房屋倒塌或傾斜 三、基礎(chǔ)(Foundation，F(xiàn)ooting)：1、概念：指建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)。2、作用及荷載傳遞： 具有承上啟下作用 上部荷載-基礎(chǔ)-地基土。地基與基礎(chǔ)關(guān)系示意圖四、地基處理(Ground Treatment, Ground Improvement)：概念：為提高地基的承載、抗?jié)B能力，防止過量或不均勻沉陷，以

5、及為了處理地基的缺陷而采取的加固、改進措施。水工建筑物的地基處理目的主要是加固和防滲。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 JGJ79-2002中定義： 為提高地基承載力，改善其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)而采取的人工處理地基的方法。五、需說明： 地基處理是采用人工方法來得到滿足要求的地基，本課程學(xué)習(xí)對象是地基而非基礎(chǔ)，也就是本課程解決地基處理設(shè)計而不是基礎(chǔ)設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計見基礎(chǔ)工程和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002，當(dāng)然二者有交叉。本節(jié)完一、地基處理的對象： 主要是軟弱地基(Soft Foundation)和特殊土地基(Special Ground)。 裂隙滲透性較大的巖基裂隙灌漿處理地基處理的對象及其特征

6、二、軟弱地基(Soft Foundation)： 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002規(guī)定： 軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。地基處理的對象及其特征二、軟弱地基(Soft Foundation)：(一)、軟土 (Soft Soil)1、定義：軟土是淤泥土(Muck)與淤泥質(zhì)土(Mucky Soil)的總稱。在靜水或非常緩慢的流水中沉積、經(jīng)生化作用形成的。 軟土按沉積環(huán)境分為下列四類：濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積和沼澤沉積。 實際上還包括泥炭土和泥炭質(zhì)土。地基處理的對象及其特征二、軟弱地基(Soft Foundation)：(一)、軟土(So

7、ft Soil)2、基本特征： 具有高含水量、低密度、大孔隙比、低強度、高壓縮性、低透水性和高靈敏度的特點。 一般淤泥土孔隙比 e 1.5, L (IL1.0)；淤泥質(zhì)土e = 1.01.5, L (IL1.0)。高含水量 =4090%(甚至 100%)，高壓縮性 a 0.53.0MPa-1，高流變性 : 次固結(jié)量隨時間增加，低強度Cu 1.5, L (IL1.0)， 有機含量 30% 泥炭質(zhì)土 e=1.01.5,l (Il1.0)，有機含量10-30% 設(shè)計、施工時需特別注意地基處理的對象及其特征主要分布在我國東南沿海、內(nèi)陸平原和山區(qū)，如天津、上海、杭州、寧波、溫州、福州、廈門和廣州等沿海地

8、區(qū)二、軟弱地基(Soft Foundation)：(二)、沖填土(Hydraulic Fill)1、定義： 見書，也稱吹填土。如填塘、填海工程2、基本特征 以砂性土為主時，固結(jié)較快，不屬于軟弱土； 以粘性土為主時，欠固結(jié)、不均勻、高壓縮、強度低。地基處理的對象及其特征新加坡人工填海二、軟弱地基(Soft Foundation)：(三)、雜填土(Miscellaneous Fill)1、定義： 是指由人類活動而任意堆填的建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾而形成的土。常見城市河岸邊。2、基本特征 欠固結(jié)、不均勻、高壓縮、強度低、浸水沉陷。 未經(jīng)處理不可作為持力層 灌漿加固處理地基處理的對象及其特征二、軟

9、弱地基(Soft Foundation)：(四)、高壓縮性土(High Compressible Soils) 如含有有機質(zhì)的土、腐爛植物、泥炭土等。 另外，飽和松散粉細(xì)砂(Loose Sand)（包括部分粉土）也應(yīng)屬于軟弱地基范疇，在動力菏載(機械振動、地震等）重復(fù)作用下將產(chǎn)生液化、振陷；基坑開挖時也會產(chǎn)生管涌。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)： 主要包括濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土、凍土等。(一)、濕陷性黃土(Collapsible Loess)1、定義： 凡天然黃土在上覆土的自重應(yīng)力作用下，或在上覆土自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破

10、壞而發(fā)生顯著附加下沉的黃土，稱為濕陷性黃土。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、濕陷性黃土(Collapsible Loess)地基處理的對象及其特征200kPas=(hd-hw)/h00.015s=(ed-ew)/(1+e0)peedew200kPa三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、濕陷性黃土(Collapsible Loess)2、我國分布及存在問題： 我國濕陷性黃土廣泛分布在甘肅、陜西、寧夏、山西、青海、河北、黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙、山東、河南和新疆等地。 由于黃土的浸水濕陷而引起建筑物的不均勻沉降是造成黃土地區(qū)事故的主要

11、原因。設(shè)計時首先要判斷是否具有濕陷性，再考慮如何進行地地基。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、濕陷性黃土(Collapsible Loess)地基處理的對象及其特征黃土高原上的濕陷性黃土渤海華北平原東南季風(fēng)太行山黃土高原沙漠戈壁降雨降塵西風(fēng)三、特殊土地基(Special Ground)：(一)、濕陷性黃土(Collapsible Loess)3、常用處理方法： 墊層法、強夯法、土擠密樁法、樁基法、預(yù)浸水法、化學(xué)法等。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)：(二)、膨脹土(Expansion Soil)1、定義： 是指粘粒

12、成分主要由親水性粘土礦物（蒙脫石）組成的粘性土，它是一種吸水膨脹和失水收縮并具有較大的脹縮變形性能，且變形往復(fù)的高塑性粘土。2、我國分布及存在問題： 分布范圍很廣，在廣西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、江蘇、貴州和廣東等省均有不同范圍的分布。其作為筑路材料或建筑物地基時，如果不進行地基處理，常會造成較大的危害。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)：(三)、紅粘土(Red Clay)1、定義： 是指石灰?guī)r和白云巖等碳酸鹽類巖石在亞熱帶溫濕氣候條件下，經(jīng)風(fēng)化作用所形成的褐紅色粘性土，稱為紅粘土。2、我國分布及存在問題： 分布在廣西、云南、貴州等省。

13、 通常紅黏土是較好的地基土，但由于下臥巖面起伏及存在軟弱土層，一般容易引起地基不均勻變化。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Ground)：(四)、季節(jié)性凍土(Seasonally Frozen Ground)1、定義： 凡具有負(fù)溫或零溫，其中含有冰的各種土都稱為凍土；而冬季凍結(jié)、夏季融化的土層，稱為季節(jié)性凍土；對凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)3年以上的土層，則稱為多年凍土或永凍土。2、我國分布及存在問題： 季節(jié)性凍土在我國東北、華北和西北廣大地區(qū)均有分布。因其呈周期性的凍結(jié)和融化，因而對地基的不均勻沉降和地基的穩(wěn)定性影響較大。地基處理的對象及其特征三、特殊土地基(Special Groun

14、d)：(五)、巖溶(Karst) 主要出現(xiàn)在碳酸類巖石地區(qū)；其基本特性是地基主要受力層范圍內(nèi)受水的化學(xué)和機械作用而形成溶洞、溶溝、溶槽、落水洞以及土洞等。本節(jié)完地基處理的對象及其特征一、地基處理的目的： 地基處理的目的是利用各種地基處理方法（夯實、置換、排水固結(jié)、加筋和熱力學(xué)等）對地基土進行加固，以改善地基土的特性，使之滿足工程建設(shè)的要求。 因此，地基處理措施包括5個方面的內(nèi)容：改善剪切、壓縮、透水、動力特性，以及改善特殊土的不良特性。地基處理的目的二、5方面內(nèi)容1、改善剪切特性（Shear Strength） 地基土的剪切破壞反映在土體的抗剪強度不足，需采取措施增大抗剪強度。2、改善壓縮特性

15、（Compressibility） 沉降問題3、改善透水特性（Hydraulic Conductivity） 包括增大和減小滲透系數(shù)兩種。防滲、排水、滲透穩(wěn)定等。地基處理的目的二、5方面內(nèi)容4、改善動力特性（Dynamic Characteristics） 液化、震陷5、改善特殊土的不良地基特性 濕陷性黃土、膨脹土等本節(jié)完地基處理的目的一、我國地基處理的歷史 2000年前軟土中夯入碎石等壓密土層的夯實法 灰土和三合土的墊層法 沿海地區(qū)修建海塘，堆載預(yù)壓地基處理方法的分類二、地基處理方法分類1、按時間分類 臨時、永久2、按處理深度分類 淺層處理和深層處理3、按處理土性對象分類 砂性土處理和粘性土

16、處理地基處理方法的分類二、地基處理方法分類4、按作用機理分類 見教材表11：換土墊層法、深層密實法、排水固結(jié)法、加筋法、膠結(jié)法、熱學(xué)法。 機理：置換、夯實、擠密、排水、膠結(jié)、加筋、冷熱。 每種方法都可能包括不同加固機理。 對每種地基處理方法，在使用時必須注意其加固機理、適用范圍、優(yōu)點和局限性。地基處理方法的分類軟土墊層換土墊層法深層密實法-強夯碎石樁強夯施工排水固結(jié)法不透水層d0加筋法路堤加筋膠結(jié)法高壓噴射注漿法深層攪拌法一、地基處理設(shè)計前調(diào)查研究 主要內(nèi)容包括以下4個方面：(一)、結(jié)構(gòu)條件1、建筑物的體形、剛度、受力體系、材料及使用2、結(jié)構(gòu)荷載大小、分布、種類3、基礎(chǔ)類型、布置和埋深4、基底

17、壓力、地基承載力、變形允許值設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇一、地基處理設(shè)計前調(diào)查研究(二)、地基條件1、地形、地質(zhì)、地層基本狀況2、軟弱地層厚度、分布3、持力層位置及狀況4、地下水及地基土物理力學(xué)參數(shù)5、根據(jù)軟弱土層不同及工程設(shè)計需要選擇合理的地基處理方法（具體見書）設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇一、地基處理設(shè)計前調(diào)查研究(三)、環(huán)境條件1、施工場地周邊環(huán)境2、施工振動、噪音的影響3、廢水、廢氣、固體垃圾等污染物4、減少施工對周邊環(huán)境的影響設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇一、地基處理設(shè)計前調(diào)查研究(四)、施工條件1、用地條件2、工期3、工程用料4、其他：施工機械、質(zhì)量控制、管理水平、造價等設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇

18、二、地基處理方案確定步驟(一)、確定方案前應(yīng)具備的資料1、詳勘資料，地下管線、障礙物分布2、地基處理范圍3、類似工程的資料搜集和分析設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇二、地基處理方案確定步驟(二)、確定地基處理方案的步驟1、初擬：搜集上述資料，初選幾種地基處理方案2、比選：從預(yù)期處理結(jié)果、材料來源及消耗、施工機具和進度、對環(huán)境影響等，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選方案3、試驗：對選定的方案進行現(xiàn)場實體試驗，檢驗設(shè)計參數(shù)、選擇合理施工方法、確定施工效果。本節(jié)完設(shè)計前調(diào)查研究和方案選擇地基處理的設(shè)計程序?qū)Φ鼗囊蟮鼗幚矸秶?、指?biāo)天然地基條件地基處理方法原理過去的經(jīng)驗機械設(shè)備材料條件提出多個可行性方案技術(shù)經(jīng)濟進度環(huán)保比較初步方確定方案現(xiàn)場小型試驗地基處理施工設(shè)計本節(jié)完1、時間： 施工結(jié)束后一定時間2、方法： 鉆孔取樣、靜力觸探、標(biāo)貫、載荷試驗等3、判斷： 承載力、強度、變形等本節(jié)完地基處理效果檢驗1、質(zhì)量控制、監(jiān)測以及監(jiān)理： 施工單位自身、監(jiān)理單位、第四方單位2、觀測項目： 沉降、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等3、觀測周期： 按照規(guī)