地基處理第3版 教案全套 賀建清 第1-7章 緒論、換填墊層法-加筋土技術

地基處理課程教案巖土與地下工程系

課程教案課程名稱地基處理章節(jié)、專題第1章緒論教學目標及基本要求了解地基處理的對象、目的、常用方法以及設計的一般流程教學重點緒論重點放在開拓視野、結合事例來介紹本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和特點，了解地基處理的對象、目的、常用方法。教學難點本課程的內(nèi)容、性質(zhì)、特點教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容：一、先提出1～２個與地基有關的工程問題。引起學生學習興趣，再介紹本課程學習目的、要求和內(nèi)容、參考書。二、地基處理的目的與對象建（構）筑物地基一般存在以下四個方面的問題：（1）強度和穩(wěn)定性問題（2）沉降變形問題（3）滲透性問題（4）液化問題。地基處理的目的：（1）提高地基的抗剪強度，增加其穩(wěn)定性（2）降低地基土的壓縮性，減少地基的沉降變形（3）改善地基土的滲透特性，減少地基滲漏或加強其滲透穩(wěn)定（4）改善地基土的動力特性，提高地基的抗振性能，（5）改善特殊土地基的不良特性，滿足工程設計要求地基處理的對象是具有不良工程特性的巖土地基，主要包括軟弱地基和特殊土地基。三、本學科發(fā)展概況四、地基處理設計的一般流程五、本課程的特點和學習要求五、教材及參考書課后五分鐘學生提出問題，老師解答。課時分配：2學時習題搜集與土體變形、強度以及滲透有關的工程問題，地基處理的施工視頻。湖南科技大學課程教案課程名稱地基處理章節(jié)、專題第2章?lián)Q填墊層法教學目標及基本要求了解換填墊層法的基本原理、作用機理，掌握換填墊層法的結構與組成，熟練掌握換填墊層法的厚度計算方法，熟練掌握換填墊層法的施工方法與質(zhì)量檢測要求教學重點換填墊層法的作用機理、設計計算教學難點墊層厚度設計教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容一、概述換填墊層法是將基礎底面下一定深度范圍內(nèi)不滿足地基性能要求的土層（或局部巖石），全部或部分挖出，換填上符合地基性能要求的材料，然后分層夯實作為基礎的持力層。換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。墊層法又稱開挖置換法、換土墊層法，簡稱換土法。墊層的作用包括以下幾個方面：（1）提高地基承載力（2）減少沉降量（3）加速軟弱土層的排水固結（4）防止凍脹（5）消除地基的濕陷性和脹縮性墊層法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。褥墊法是將基礎底面下一定深度范圍內(nèi)局部壓縮性較低的巖石鑿去，換填上壓縮性較大的材料，然后分層夯實的墊層作為基礎的部分持力層，使基礎整個持力層的變形相互協(xié)調(diào)。二換填墊層設計2.2.1砂（砂石、碎石、粉煤灰、礦渣）墊層設計1．墊層厚度的確定zzd回填土砂墊層砂墊層內(nèi)應力分布墊層底面處的附加壓力值可分別按下式計算：條形基礎矩形基礎：換填墊層的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。2．墊層寬度的確定墊層底面的寬度應滿足基礎底面應力擴散和防止墊層向兩側擠出的要求。3．墊層的壓實標準4．墊層承載力的確定經(jīng)換填處理后的地基，由于理論計算方法尚不夠完善，墊層的承載力宜通過現(xiàn)場試驗確定。5．沉降計算墊層地基的變形由墊層自身變形和下臥層變形組成。墊層地基的變形可僅考慮其下臥層的變形。2.2.2素土和灰土墊層設計素土墊層（簡稱土墊層）和灰土墊層（石灰與土的體積配合比一般為2:8或3:7）在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣泛，處理厚度一般為1～3m。通過處理基底下的部分濕陷性土層，可達到減小地基的總濕陷量，并控制未處理土層濕陷量的處理效果。素土墊層或灰土墊層可分局部墊層和整片墊層。當僅要求消除基底下處理土層的濕陷性時，宜采用素土墊層；除上述要求外，還要求提高土的承載力或水穩(wěn)性時，宜采用灰土墊層。局部墊層的平面處理范圍，每邊超出基礎底邊的寬度不應小于其厚度的一半，整片墊層一般設置在整個建（構）筑物（跨度大的工業(yè)廠房除外）的平面范圍內(nèi)，每邊超出建筑物墻基礎外緣的寬度不應小于墊層的厚度，并不得小于2m。素土墊層或灰土墊層厚度的確定方法同砂墊層，墊層寬度按以下方法確定:（1）局部墊層的平面處理范圍，每邊超出基礎底邊的寬度，可按下式計算確定，并不應小于墊層厚度的一半，即θ——地基壓力擴散線與垂直線的夾角，宜為22°～30°，用素土處理宜取小值，用灰土處理宜取大值。（2）整片墊層的平面處理范圍，每邊超出建筑物外墻基礎外緣的寬度，不應小于墊層的厚度，并不應小于2m。素土墊層或灰土墊層的承載力特征值，宜通過現(xiàn)場載荷試驗確定。當無試驗資料時，土墊層承載力特征值不宜超過180kPa；灰土墊層承載力特征值不宜超過250kPa。其沉降計算方法同砂墊層。2.2.3褥墊層設計褥墊的作用是調(diào)整地基的壓縮性，用褥墊改造壓縮性低的地基，使之與壓縮性較高的地基相適應，從而調(diào)整巖土交界部位地基的相對變形，以避免該處由于應力集中而使墻體出現(xiàn)裂縫。褥墊的設計主要是根據(jù)地基變形的要求確定其厚度。褥墊的厚度是按照地基所需調(diào)整的沉降量的大小確定的，通常褥墊的厚度z可按下述方式進行計算。1.確定要求褥墊的沉降量褥墊的沉降量可用下式計算計算值時，應控制，以避免褥墊的變形過大。2.褥墊的厚度z褥墊的厚度z可用下式計算也可查根據(jù)褥墊材料的側限壓縮試驗得出的p~s曲線，按下式計算對于要求褥墊調(diào)整地基的沉降量不大時，褥墊的厚度可不進行計算，一般按其構造厚度取300~500mm。但需注意地基的過大變形。2.2.4墊層材料選用1．砂石2．粉質(zhì)粘土3．灰土4．粉煤灰5．礦渣6．其他工業(yè)廢渣7.土工合成材料8.聚苯乙烯板快（EPS）三、施工四、質(zhì)量檢驗時間分配：4學時習題2-1、1-2、2-6湖南科技大學課程教案課程名稱地基處理章節(jié)、專題第3章預壓法教學目標及基本要求掌握預壓法的加固機理、設計計算方法，會計算不同條件下土體的固結度，能進行加荷計劃制定，了解預壓法的施工方法與質(zhì)量檢驗要求教學重點預壓法的加固機理、預壓法的固結度計算、加載計劃制定方法教學難點分級加載時的固結度計算與加載計劃制定教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容：一、概述預壓法又稱排水固結法，指直接在天然地基或在設置有袋裝砂井、塑料排水帶等豎向排水體的地基上，利用建筑物本身重量分級逐漸加載或在建筑物建造前在場地先行加載預壓，使土體中孔隙水排出，提前完成土體固結沉降，逐步增加地基強度的一種軟土地基加固方法。預壓法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥及沖填土等飽和粘性土地基。二、預壓法加固機理預壓法就是利用排水固結規(guī)律，通過加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)改變地基應力場中的總應力和孔隙水壓力為來達到增大有效應力、壓縮土層的目的。三、預壓法的設計與計算（一）堆載預壓法設計計算1．豎向排水體設計（1）豎向排水體材料選擇豎向排水體可采用普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶，若豎向排水體深度超過20m，建議采用袋裝砂井和塑料排水帶。砂井的砂料應選用中粗砂，其粘粒含量不應大于3%。（2）豎向排水體平面布置1）豎向排水體直徑和間距。一般地，普通砂井直徑為300mm~500mm，袋裝砂井直徑為70mm~120mm。塑料排水帶的當量換算直徑可按下式進行計算2）豎向排水體排列。豎向排水體在平面上可布置成正三角形或正方形，其相應的有效排水范圍分別為正六邊形和正方形。豎井的有效排水直徑和豎井間距l(xiāng)的關系為：等邊三角形排列時正方形排列時（3）豎向排水體深度和布置范圍，一般為10m~25m。1）軟土層不厚、底部有透水層時，豎向排水體應盡可能穿透軟土層。2）當深厚的高壓縮土層間有砂層或砂透鏡體時，豎向排水體應盡可能打至砂層或砂透鏡體，而采用真空預壓時應盡量避免豎向排水體與砂層相連，以免影響真空效果。3）對于無砂層的深厚地基則可根據(jù)其穩(wěn)定性及建筑物在地基中造成的附加應力與自重應力之比值確定（一般為0.1~0.2）。4）對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎向排水體深度通過穩(wěn)定性分析來確定，且至少應超過最危險滑動面2m。5）對以變形控制的工程，豎向排水體深度應根據(jù)在限定的預壓時間內(nèi)需完成的變形量來確定。豎向排水體宜穿透受壓土層。豎向排水體的布置范圍一般比建筑物基礎范圍稍大為好。擴大的范圍可由基礎的輪廓線向外增大約2m~4m。2．地表砂墊層設計在豎向排水體頂部應鋪設排水砂墊層，以保證地基固結過程排出的水能夠順利地通過砂墊層迅速排出，使受壓土層的固結能夠正常進行，以利于提高地基處理效果，縮短固結時間。（1）墊層材料墊層材料宜采用透水性良好的中粗砂，（2）墊層厚度排水砂墊層的厚度首先應滿足地基對其排水能力的要求；其次，承擔施工機械荷載。陸上施工時，砂墊層厚度不應小于0.5m；水下施工時，一般為1m。砂墊層的寬度應大于堆載寬度或建筑物底寬。并伸出豎向排水體外邊線2倍豎向排水體直徑。在砂料貧乏地區(qū)，可采用連通豎向排水體的縱、橫砂溝代替整片砂墊層。3．預壓荷載確定（1）制訂加荷計劃：1）利用地基的天然地基土抗剪強度計算第一級容許施加的荷載p1。一般可根據(jù)斯開普頓極限荷載的半經(jīng)驗公式作為初步估算，即對飽和軟粘土，可采用下式估算對長條形填土，可根據(jù)Fellenius公式估算2）計算第一級荷載p1作用下地基強度增長值。在p1荷載作用下經(jīng)過一段時間預壓，地基強度逐漸提高，地基強度為：3）計算p1作用下達到所定的固結度（一般取70%）所需要的時間，目的在于確定第一級荷載停歇的時間，或第二級荷載開始施加的時間。4）根據(jù)第二步所得到的地基強度確定第二級所能施加的荷載p2，p2可按下式近似估算：同樣，求出在p2作用下地基固結度達70%的強度及所需要的時間，然后計算第三級所施加的荷載。依次按上述步驟計算出每級荷載和每一級荷載的停歇時間，直至達到設計荷載。5）按上述加荷計劃進行每一級荷載下的地基穩(wěn)定性計算。如果穩(wěn)定性不滿足要求，需調(diào)整加荷計劃。6）計算預壓荷載下地基的最終沉降量和預壓期間的沉降量，以確定預壓荷載卸除的時間。如果預壓工作期內(nèi)，地基沉降量不滿足設計要求，則應采用超載預壓，需調(diào)整加荷計劃。（2）地基固結度計算固結度計算是堆載預壓設計中制訂加荷計劃的一個重要環(huán)節(jié)，根據(jù)每級荷載下不同時間的固結度，可推算地基強度的增長值，分析地基的穩(wěn)定性，確定相應的加荷計劃，估算加荷期間地基的沉降量，確定預壓荷載的期限等。1）瞬時加荷條件下的固結度計算a．豎向排水平均固結度。某一時間時的豎向排水平均固結度可按下式計算：當時，可采用下式計算：b．徑向排水平均固結度Ur。某一時間時的徑向排水平均固結度Ur計算公式為計算出時間因素Th、井徑比，可查曲線圖或直接計算可得到徑向排水平均固結度Ur。當豎向排水體采用擠壓方式施工時，應考慮涂抹對土體固結的影響。當豎向排水體的縱向通水量qw與天然土層水平向滲透系數(shù)kh的比值較小，且長度又較長時，尚應考慮井阻影響。瞬時加載條件下，考慮涂抹和井阻影響時，豎向排水體地基徑向排水平均固結度Ur可按下式計算：（n≥15）c.總平均固結度Urz。根據(jù)卡里羅（Carrillo）理論證明，可得由徑向、豎向共同排水引起的總平均固結度，其計算式為：當豎向排水體間距較密、軟土層很厚或徑向固結系數(shù)遠大于豎向固結系數(shù)，豎向平均固結度的影響很小，?？珊雎圆挥?，可只考慮徑向固結度作為整個豎向排水體有效影響范圍內(nèi)的總平均固結度。整個受壓土層的平均固結度按式計算：2）分級加荷條件下的固結度計算。在實際工程中，為保證堆載預壓過程中地基的穩(wěn)定性，其預壓荷載多為分級逐漸施加。但以上固結度的計算都是假設荷載是一次瞬間加足的，因此，必須對求得的固結時間關系和沉降時間關系加以修正。修正的方法有改進的太沙基法和改進的高木俊介法，a．改進的太沙基法pp1時間t瞬時加荷固結度Up2Δp2荷載p二級等速加荷二級等速加荷與瞬時加荷的固結過程下面推導二級等速加荷的平均固結度公式：pp1pppptb）tttc）a）ttttp′p1p1p〞Δp2p2d）二級等速加荷過程當（）時當（）時當時當時對多級荷載，可依次類推，并歸納如下式：b．改進的高木俊介法該法的特點是不需要求得瞬時加荷條件下地基的固結度，而是直接求得修正后的平均固結度。修正后的平均固結度為：（3）地基土強度增長估算飽和軟土地基在預壓荷載的作用下排水固結，其抗剪強度逐漸提高。但預壓荷載同時在地基中產(chǎn)生剪應力，當這種剪應力超過地基的抗剪強度時，地基將發(fā)生剪切破壞。因此，如果能適當?shù)乜刂萍雍伤俾?，使由于固結而增長的地基強度與剪應力的增長相適應，則地基穩(wěn)定。目前常用的估算地基土強度增長的方法有：1）有效應力法?；?）按《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）計算。（4）地基抗滑穩(wěn)定性驗算一般預壓地基的失穩(wěn)多為圓弧剪切破壞，圖3-15為軟土地基上一個堤壩斷面的穩(wěn)定性分析示意圖。=1\*ROMANI表示地基部分，=2\*ROMANII表示填土部分。假定地基破壞時，沿圓心為O點，半徑為R的圓弧ABC滑動?？紤]地基因預壓固結而引起的強度增長，采用瑞典條分法分析地基的穩(wěn)定性。BBαiW=2\*ROMANIIiCORAbiliN=1\*ROMANIi+N=2\*ROMANIIi=2\*ROMANII(填土)=1\*ROMANI(地基)W=1\*ROMANIiT=1\*ROMANIi+T=2\*ROMANIIi堆載預壓地基抗滑穩(wěn)定性分析示意圖滑動力矩為（3-38）抗滑力矩由地基部分抗滑力矩和填土部分抗滑力矩構成，即綜合式（3-38）~式（3-41）可得地基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K，即：（5）地基沉降計算預壓荷載作用下地基的最終沉降量由機理不同的三部分沉降組成，其表達式為：式中sd——瞬時沉降；sc——固結沉降；ss——次固結沉降。瞬時沉降sd可采用彈性理論公式計算，當粘土地基厚度很大，作用于其上的圓形或矩形面積上的壓力為均布時，sd可按下式計算：固結沉降sc按分層總和法計算，即次固結沉降ss按下式計算：如果在建筑物使用年限內(nèi)，次固結沉降經(jīng)判斷可以忽略的話，則地基最終沉降量可按下式計算，即在實際工程中，為計算簡便，常以固結沉降量sc為基準，用經(jīng)驗系數(shù)予以修正，得到預壓地基的最終沉降量。按照《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）規(guī)定，預壓荷載下地基的最終豎向變形量的計算可取附加應力與土自重應力的比值為0.1的深度作為壓縮層的計算深度，按下式計算變形計算時，可取附加應力與土自重應力比值為0.1的深度作為受壓土層的計算深度。3.3.2真空預壓法設計計算1．豎向排水體的斷面尺寸、間距、排列方式和深度一般采用袋裝砂井或塑料排水帶作為豎向排水體，其斷面尺寸、間距、排列方式和深度的確定與堆載預壓法相同。砂井的砂料應選用中粗砂，其滲透系數(shù)應大于1×10-2cm/s。抽真空的時間與土質(zhì)條件和豎向排水體的間距密切相關。達到相同的固結度，豎向排水體的間距越小，則所需時間越短，見表3-6。2．預壓區(qū)面積和分塊大小真空預壓區(qū)邊緣應大于建筑物基礎輪廓線，每邊增加量不得小于3.0m，每塊預壓面積宜盡可能大且呈方形，分區(qū)面積宜為20000m2~40000m2。根據(jù)加固要求彼此間可搭接或有一定間距。加固面積越大，加固面積與周邊長度之比也越大，氣密性就越好，真空度就越高，見表3-7。3．膜下真空度和土層的固結度真空預壓效果與密封膜內(nèi)能達到的真空度密切相關。《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）規(guī)定：真空預壓的膜下真空度應穩(wěn)定地保持在86.7kPa（650mmHg）以上，且應分布均勻。豎向排水體深度范圍內(nèi)土層的平均固結度應大于90%，預壓時間不宜低于90d。4．真空預壓工藝真空預壓一般能取得相當于78~92kPa的等效堆載預壓效果。當建筑物荷載超過真空預壓的壓力，且建筑物對地基的變形有嚴格要求時，可采用真空—堆載聯(lián)合預壓法，其總壓力宜超過建筑物荷載。。真空預壓所需真空設備的數(shù)量，可按加固面積的大小、形狀、土層結構特點，以一套設備可抽真空的面積為1000~1500m2確定。5．真空預壓固結度和地基強度增長的計算與堆載預壓法相同。6．沉降計算3.3.3真空和堆載聯(lián)合預壓法設計計算當設計地基預壓荷載大于80kPa，且進行真空預壓處理地基不能滿足設計要求時，可采用真空和堆載聯(lián)合預壓處理地基。1．堆載體頂面積、加載時間及加載方式堆載體的坡肩線宜與真空預壓邊線一致。對于一般軟粘土，上部堆載施工宜在真空預壓膜下真空度穩(wěn)定地達到86.7kPa（650mmHg）且抽真空時間不少于10d后進行。對于高含水量淤泥類土，上部堆載施工宜在真空預壓膜下真空度穩(wěn)定地達到86.7kPa（650mmHg）且抽真空時間不少于20d~30d后可進行。當堆載較大時，真空和聯(lián)合預壓應采用分級加載，分級數(shù)應根據(jù)地基土穩(wěn)定計算確定。分級加載時，應待前期預壓荷載下地基的承載力增長滿足滿足下一級荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，方可增加堆載。2．地基固結度和強度增長計算真空和堆載聯(lián)合預壓時，固結度和地基強度增長的計算與堆載預壓法相同。3．沉降計算課時分配：8學時習題3-2、3-4、3-7湖南科技大學課程教案課程名稱地基處理章節(jié)、專題第4章強夯與強夯置換法教學目標及基本要求了解強夯與強夯置換法的基本概念、作用機理，熟練掌握其設計計算方法，了解強度與強夯置法的施工機械、施工方法、施工要點與質(zhì)量檢測要求。教學重點強夯置換法的作用機理、有效加固深度、最佳夯能、加固后地基承載力特征值教學難點動力固結理論與最佳夯能的確定教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容：一、概述強夯法是反復將夯錘（質(zhì)量一般為100kN～400kN）提到一定高度使其自由落下（落距一般為10m～40m），給地基以沖擊和振動能量，從而提高地基的承載力，降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強夯置換法是采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石等粗顆粒材料，用夯錘夯擊形成連續(xù)的強夯置換墩。二、加固機理1.動力密實采用強夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土是基于動力密實的機理，即用沖擊型動力荷載，使土體中的孔隙減小，土體變得密實，從而提高地基土強度。2.動力固結強夯法處理細顆粒飽和土時，則是借助于動力固結的理論，巨大的沖擊能量在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有的結構，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水順利逸出，待超孔隙水壓力消散后，土體固結。由于軟土的觸變性，強度得到提高。3.震動波壓密4.動力置換整式置換是采用強夯將碎石整體擠入淤泥中，其作用機理類似于換土墊層。樁式置換是通過強夯將碎石填筑土體中，部分碎石樁（或墩）間隔地夯入軟土中，形成樁式（或墩式）的碎石墩（或樁）。其作用機理類似于振沖法等形成的碎石樁，它主要是靠碎石內(nèi)摩擦角和樁（或墩）間土的側限來維持樁體的平衡，并與樁（或墩）間土起復合地基的作用。（a）（a）（b）動力置換類型a）整式置換b）樁式置換三、設計3.1強夯法設計1．有效加固深度有效加固深度H2．夯錘和落距擊夯擊能為夯錘重M與落距h的乘積。錘重和落距越大，則單擊夯擊能越大，加固效果越好整個加固場地的總夯擊能量（即錘重×落距×總夯擊數(shù)）除以加固面積稱為單位夯擊能。夯錘的平面一般有圓形和方形等形狀，其中有氣孔式和封閉式兩種。，圓形和帶有氣孔的錘較好，它可克服方形錘由于上下兩次夯擊著地并不完全重合，而造成夯擊能量損失和著地時傾斜的缺點。國內(nèi)通常采用的落距是8m～25m。對相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案，這是因為增大落距可獲得較大的接地速度，能將大部分能量有效地傳到地下深處，增加深層夯實效果，減少消耗在地表土層塑性變形的能量。3．最佳夯擊能最佳夯擊能是指在夯擊過程中地基中的孔隙水壓力增大到等于土的上覆壓力時的夯擊能稱為最佳夯擊能。粘性土而言，夯擊過程中孔隙水壓力消散慢，隨夯擊能逐漸增加，孔隙水壓力亦相應地快速疊加，因而在粘性土中，可根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。由于孔隙水壓力沿深度的分布規(guī)律是上大下小，而土的自重壓力則是上小下大，因此，最佳夯擊能宜按有效加固深度確定為宜。粘性土中孔隙水壓力增長及消散過程僅為幾分鐘，因此，孔隙水壓力不能隨夯擊能增大而疊加，為此可繪制孔隙水壓力增量與夯擊擊數(shù)（夯擊能）的關系曲線（見圖4-5）來確定最佳夯擊能。4．夯擊擊數(shù)與遍數(shù)夯點的夯擊擊數(shù)，應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足下列條件：1）最后兩擊的平均夯沉量，宜滿足表4-3的要求，當單擊夯擊能E大于12000kN·m時，通過試驗確定。2）夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起；3）不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。國內(nèi)確定夯擊擊數(shù)的方法有所不同：有的以孔隙水壓力達到液化壓力為準則；有的以最后一擊的夯沉量達某一數(shù)值為限值；也有的以上、下兩擊所產(chǎn)生的沉降差小于某一數(shù)值為標準?？傊?，各夯擊點的夯擊數(shù)，應使土體豎向壓縮最大，而側向位移最小為原則，一般為4~10擊。夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點夯（2~4）遍，對于滲透性質(zhì)較差的細顆粒土，應適當增加夯擊遍數(shù)；最后以低能量滿夯2遍，滿夯可采用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。5．夯擊點布置及間距夯擊點位置可根據(jù)基礎底面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。對某些基礎面積較大的建筑物或構筑物，可按等邊三角形或正方形布置夯擊點對辦公樓和住宅建筑等，可根據(jù)承重墻位置布置夯點，一般可采用等腰三角形布點；對工業(yè)廠房可根據(jù)柱網(wǎng)來布置夯擊點。布置夯擊點時應考慮施工時吊機的行走通道。第一遍夯擊點間距可取夯錘直徑的（2.5~3.5）倍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。以后各遍夯擊點間距可適當減少。對處理深度較大的工程，第一遍夯擊點間距適當增大。對一般建筑物，每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的1/2~2/3，并不應小于3m。6．間歇時間對砂性土，孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有2~4min，故對滲透性較大的砂性土，兩遍夯擊間的間歇時間很短，亦即可連續(xù)夯擊。對粘性土，由于孔隙水壓力消散較慢，故當夯擊能逐漸增加時，孔隙水壓力亦相應地疊加，其間歇時間取決于孔隙水壓力的消散情況，對于滲透性差的粘性土地基，間隔時間不應少于（2~3）。7．現(xiàn)場試夯8.強夯地基承載力特征值9.沉降計算4.3.2強夯置換法設計1.處理深度強夯置換墩的深度由土質(zhì)條件確定。除厚層飽和粉土外，應穿透軟土層，到達較硬土層上，深度不宜超過10m。2.單位夯擊能強夯置換法的單位夯擊能應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。3.墩體材料墩體材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，且粒徑大于300mm的顆粒含量不宜超過全重的30%。4.夯擊擊數(shù)夯點的夯擊擊數(shù)應通過現(xiàn)場試夯確定，且應同時滿足下列條件：1）墩底穿透軟弱土層，且達到設計墩長；2）累計夯沉量為設計墩長的（1.5~2.0）倍；3）最后兩擊的平均夯沉量可按表4-3確定。5.墩位布置及間距墩位布置宜采用等邊三角形或正方形。對獨立基礎或條形基礎可根據(jù)基礎形狀與寬度相應布置。墩間距應根據(jù)荷載大小和原土的承載力選定，當滿堂布置時，可取夯錘直徑的（2~3）倍。對獨立基礎或條形基礎可取夯錘直徑的（1.5~2.0）倍。墩的計算直徑可取夯錘直徑的（1.1~1.2）倍。當墩間凈距較大時，應適當提高上部結構和基礎的剛度。強夯置換處理范圍應大于建筑物基礎范圍。每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的1/2~2/3，并不宜小于3m。6.墊層鋪設墩頂應鋪設一層厚度不小于500mm的壓實墊層，墊層材料可與墩體相同，粒徑不宜大于100mm。7.現(xiàn)場試夯8.強夯置換地基承載力特征值9.沉降計算時間分配：4學時習題4-1、4-3、4-4湖南科技大學課程教案課程名稱土力學章節(jié)、專題第5章擠密樁法教學目標及基本要求了解擠密樁的特征、作用機理，掌握砂石樁、灰土樁的設計計算方法、樁間距的確定方法、加固后地基承載力特征值的確定，掌握各種擠密樁的施工所需機具、施工步驟、施工要點與質(zhì)量檢測要求。教學重點擠密樁的樁間距確定和加固后地基承載力特征值得的確定教學難點擠密樁的設計方法教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容：一、概述擠密樁法是以振動、沖擊或帶套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或其它材料，再加以振實而成為直徑較大樁體的方法。二、砂石樁法砂石樁適用于擠密松散砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土、雜填土等地基，以及用于可液化地基。飽和粘土地基，如對變形控制不嚴格，可采用砂石樁置換處理。對大型、重要的或場地地層復雜的工程，以及對于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基，應在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。1.對松散砂土和粉土的加固機理砂石樁法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少變形和增強抗液化性。砂石樁加固砂土地基抗液化的機理主要：（1）擠密作用，（2）排水減壓作用，（3）砂基預震效應。2.對粘性土的加固機理：（1）置換作用，（2）排水作用三、砂石樁法設計計算1.處理范圍地基處理范圍應根據(jù)建筑物的重要性和場地條件確定，宜在基礎外緣擴大（1～3）排樁。對可液化地基，在基礎外緣擴大寬度應不應小于可液化土層厚度的1/2，并不應小于5m。2.樁位布置3.樁長砂石樁樁長可根據(jù)工程要求和工程地質(zhì)條件，通過計算確定。4.樁徑砂石樁直徑可根據(jù)地基土質(zhì)情況、成樁方式和成樁設備等因素確定，樁的平均直徑可按每根樁所用填料量計算。振沖碎石樁樁徑宜為800~1200mm；沉管砂石樁樁徑宜為300~800mm。5.樁間距砂石樁間距應通過現(xiàn)場試驗確定。振沖碎石樁的樁間距應根據(jù)上部結構荷載大小和場地土層情況，并結合所采用的振沖器功率大小綜合考慮；（1）松散粉土和砂土地基正方形布樁正三角形布樁（2）粘性土地基正方形布樁正三角形布樁6.樁體材料砂石樁樁體材料可就地取材。振沖樁樁體材料可采用含泥量不大于5%的碎石、卵石、礦渣或其他性能穩(wěn)定的硬質(zhì)材料，不宜使用風化易碎的石料。7.填料量砂石樁樁孔內(nèi)的填料量應通過現(xiàn)場試驗確定，估算時可按設計樁孔體積乘以充盈系數(shù)β確定，β可取1.2~1.4。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料量應根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。8.墊層樁頂和基礎之間宜鋪設厚度為300~500mm的墊層。墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30mm，其夯填度（夯實后的厚度與虛鋪厚度的比值）不應大于0.9。9.砂石樁復合地基承載力特征值砂石樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)場復合地基荷載試驗確定。10.沉降計算11.穩(wěn)定性分析四石灰樁法（一）概述石灰樁法是指由生石灰與粉煤灰等摻合料拌和均勻，在孔內(nèi)分層夯實形成豎向增強體，并與樁間土組成復合地基的處理方法。按用料特征和施工工藝的分類方法如下：（1）石灰樁法（又稱塊灰灌入法）（2）石灰柱法（也叫粉灰攪拌法）（3）石灰漿壓力噴注法（二）加固機理石灰樁的加固機理可從樁間土、樁身和復合地基三方面進行分析。1.樁間土加固機理（1）成孔擠密（2）膨脹擠密（3）脫水擠密（4）膠凝作用（5）離子交換2.樁身加固機理克服樁中心軟弱的問題：1）必須要求石灰樁應具有一定的初始密度，而且吸水過程中有一定的壓力，限制其自由脹發(fā)。當填充的初始重度為11.7kN/m3，上覆壓力大于50kPa時，石灰吸水并不軟化。2）加大充盈系數(shù)（如1.6~1.7），提高石灰含量或縮短樁距，進一步約束樁的脹發(fā)作用，也可提高樁的密實度。3）樁頂采用粘土封頂，可限制由于石灰膨脹而隆起，同樣可起到提高樁身密實度的作用。4）用砂填石灰樁的孔隙，使脹發(fā)后的石灰樁本身比脹發(fā)前密實，但并不減弱樁身的排水固結作用。5）采用摻合料（粉煤灰、火山灰、鋼渣或粘性土）也可防止石灰樁的軟心，3.復合地基由于石灰樁樁體較樁間土具有更大的強度（抗壓強度約500kPa），在與樁間土形成復合地基中具有樁體作用。當承受荷載時，樁上將產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。根據(jù)國內(nèi)實測數(shù)據(jù)，石灰樁復合地基的樁土應力比一般為2.5～5.0。石灰樁法適用于處理飽和粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土和雜填土等地基。用于地下水位以上的土層時，宜增加摻合料的含水量并減少生石灰用量，或采取土層浸水等措施。（三）設計計算1.樁徑、樁位及布置石灰樁成孔直徑，常用300～400mm，可按等邊三角形或矩形布樁，樁中心距可?。?～3）倍成孔直徑。石灰樁可布置在基礎底面下，當基底土的承載力特征值小于70kPa時，宜在基礎以外布置1~2排圍護樁。2.樁長樁的長度取決于石灰樁的加固目的、上部結構條件及成孔機具。1）若石灰樁加固只是為了形成一層壓縮性較小的墊層，則樁長可較小，一般可取2～4m。2）若加固目的是為了減少沉降，則需要較長的樁。如果為了解決深層滑動問題，也需要較長的樁，保證樁長穿過滑動面。3）洛陽鏟成孔時樁長不宜超過6m；機械成孔管外投料時，樁長不宜超過8m，螺旋鉆成孔及管內(nèi)投料時，可適當增加樁長。4）石灰樁樁端宜選在承載力較高的土層中。在深厚的軟弱地基中采用“懸浮樁”時，應減少上部結構重心與基礎形心的偏心，必要時宜加強上部結構及基礎的剛度。5）地基處理深度應根據(jù)巖土工程勘察資料及上部結構設計要求確定。3.樁體材料石灰樁的主要固化劑為生石灰，摻合料宜優(yōu)先選用粉煤灰、火山灰、爐渣等工業(yè)廢料。生石灰與摻合料的配合比宜根據(jù)地質(zhì)情況確定，生石灰與摻合料的配合比可選用1:1或1:2，對于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土可適當增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過大。當摻石膏和水泥時，摻加量為生石灰用量的3%~10%。4.墊層當?shù)鼗枰潘ǖ罆r，可在樁頂上設200~300mm厚的砂石墊層。5.石灰樁樁復合地基承載力特征值初步設計時也可采用單樁和處理后樁間土承載力特征值按下式估算6.沉降計算石灰樁處理后的地基變形應按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）的有關規(guī)定進行計算。變形經(jīng)驗系數(shù)ψs可按地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定。石灰樁復合土層的壓縮模量宜通過樁身及樁間土壓縮試驗確定，初步設計時可按下式估算四土擠密樁法和灰土擠密樁法(一)概述土擠密樁法或灰土擠密樁法是指利用橫向擠壓成孔設備，使樁間土得以擠密。用素土或灰土填入樁孔內(nèi)分層夯實形成土樁或灰土樁，并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。土（或灰土）擠密樁適用于處理地下水位以上的粉土、粘性土、素填土、雜填土和濕陷性黃土等地基，可處理地基的厚度宜為3~15m。(二)加固機理1.擠密作用2.灰土性質(zhì)作用：（1）灰土樁，（2）雙灰樁3.樁體作用（三）設計計算1.處理范圍土擠密樁和灰土擠密樁處理地基的面積，應大于基礎或建筑物底層平面的面積，并應符合下列規(guī)定：1）當采用局部處理時，超出基礎底面的寬度：對非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，每邊不應小于基底寬度的0.25倍，并不應小于0.5m；對自重濕陷性黃土地基，每邊不應小于基底寬度的75%倍，并不應小于1.0m。2）當采用整片處理時，超出建筑物外墻基礎底面外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應小于2.0m。2.處理深度土擠密樁和灰土擠密樁處理地基的深度，應根據(jù)建筑場地的土質(zhì)情況、工程要求和成孔及夯實設備等綜合因素確定。3.樁間距及樁位布置4.樁孔數(shù)量樁孔數(shù)量可按下式估算：5.樁體填料夯實密度及配合比樁孔內(nèi)的填料，應根據(jù)工程要求或處理地基的目的確定，樁體的夯實質(zhì)量宜用平均壓實系數(shù)控制。當樁孔內(nèi)用灰土或素填土分層回填、分層夯實時，樁體內(nèi)的平均壓實系數(shù)不應小于0.97，其中壓實系數(shù)最小值不應低于0.93。樁孔內(nèi)的灰土填料，其消石灰與土的體積配合比，宜為2:8或3:7。土料宜選用粉質(zhì)粘土，土料中的有機質(zhì)含量不應超過5%，且不得含有凍土，渣土垃圾粒徑不超過15mm。石灰可選用新鮮的消石灰或生石灰粉，粒徑不應大于5mm。消石灰的質(zhì)量應合格，有效CaO+MgO含量不低于60%.6.墊層樁頂標高以上應設置300~600mm厚褥墊層。的2:8灰土墊層，其壓實系數(shù)均不應低于0.95。7.土（或灰土）擠密樁復合地基承載力特征值灰土擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前天然地基承載力特征值的2.0倍，且不宜大于250kPa；對土擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前天然地基承載力特征值的1.4倍，且不宜大于180kPa。8.沉降計算五夯實水泥土樁法（一）概述夯實水泥土樁法是指將水泥和土按設計的比例拌和均勻，在孔內(nèi)夯實至設計要求的密實度而形成的加固體，并與樁間土組成復合地基的處理方法夯實水泥土樁法適用于處理地下水位以上的粉土、粘性土、素填土和雜填土等地基。處理地基的深度不宜大于15m。（二）加固機理1.樁體作用2.擠密作用3.褥墊層作用（1）樁、土通過褥墊層的變形協(xié)調(diào)共同承擔上部荷載（2）調(diào)整樁、土水平荷載分擔（3）增加樁頂圍壓，提高樁體豎向承載力（三）設計計算1.處理范圍由于夯實水泥土樁具有一定的粘結強度，在荷載作用下不會產(chǎn)生大的側向變形，因此夯實水泥土樁宜在基礎范圍內(nèi)布樁；基礎邊緣距離最外一排樁中心的距離不宜小于1.0倍樁徑。2.樁長夯實水泥土樁處理地基的深度，應根據(jù)土質(zhì)情況、工程要求和成孔設備等因素確定。當相對硬土層的埋藏較淺時，應按相對硬土層的埋藏深度確定；當相對硬土層的埋藏較深時，可按建筑物地基的變形允許值確定。3.樁孔直徑、樁孔布置及樁間距樁孔直徑宜為300mm~600mm；樁孔宜按等邊三角形或方形布置，樁間距可為樁孔直徑的（2~4）倍。4.樁身材料樁孔內(nèi)的填料，應根據(jù)工程要求進行配比試驗，并應式（5-7）和（5-8）的要求；水泥與土的體積配合比宜為1:5~1:8?？變?nèi)填料應分層回填夯實，填料的平均壓實系數(shù)不應低于0.97，壓實系數(shù)最小值不應低于0.93。5.墊層樁頂標高以上應設置厚度為100mm~300mm的褥墊層；墊層材料可采用粗砂、中砂或碎石等，墊層材料最大粒徑不宜大于20mm；褥墊層的夯填度不應大于0.9。6.夯實水泥土樁復合地基承載力特征值夯實水泥土樁復合地基承載力特征值應通過復合地基靜載荷試驗或采用增強體靜載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經(jīng)驗確定。初步設計時，可采用式（5-5）進行估算；樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β可取0.9~1.0；單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ可取1.0。7.沉降計算六水泥粉煤灰碎石樁法（一）概述水泥粉煤灰碎石樁法又稱CFG樁法，是指由水泥、粉煤灰、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘結強度樁，并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復合地基的地基處理方法。（二）加固機理CFG樁加固軟弱地基其加固軟弱地基主要有三種作用：樁體作用；擠密作用；褥墊層作用。6.5.3設計計算1.設計思路當基礎承受水平荷載時有三部分力與平衡。其一為基礎底面摩阻力Tt；其二為基礎兩側面摩阻力Tl；其三為與水平荷載方向相反的土的抗力。Tt與基底和褥墊層之間的摩擦系數(shù)以及建筑物荷載P有關，P數(shù)值越大則Tt越大。基底摩阻力Tt傳遞到樁和樁間土上，樁頂應力為τp、樁間土應力為τs。由于CFG樁復合地基置換率一般不大于10%，則有不低于90%的基底面積的樁間土，承擔了絕大部分水平荷載，而樁承擔的水平荷載則占很小一部分。根據(jù)試驗結果，樁、土剪應力比隨褥墊層厚度增大而減少。設計時可通過改變?nèi)靿|層厚度調(diào)整樁、土水平荷載分擔比。2.參數(shù)確定（1）布樁范圍水泥粉煤灰碎石樁可只在基礎范圍內(nèi)布樁，并可根據(jù)建筑物荷載分布、基礎形式和地基土性狀，合理確定布樁參數(shù)：1）內(nèi)筒外框結構內(nèi)筒部位可采用減小樁距，增大樁長和樁徑布樁；2）對相鄰柱荷載水平相差較大的獨立基礎，應按變形控制確定樁長和樁距；3）筏板厚度和跨距之比小于1/6的平板式筏基、梁的高跨比大于1/6且板的厚跨（筏板厚度與梁的中心距之比）小于1/6梁板式筏基，應在柱（平板式筏基）和梁（梁板式筏基）邊緣每邊外擴2.5倍板厚的面積范圍內(nèi)布樁。4）對荷載水平不高的墻下條形基礎可采用墻下單排布樁。（2）樁長水泥粉煤灰碎石樁，應選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層。（3）樁徑長螺旋鉆中心壓灌、干成孔和振動沉管灌注成樁宜為350mm~600mm；泥漿護壁鉆孔成樁宜為600mm~800mm；鋼筋混凝土預制樁宜為300mm~600mm。（4）樁間距樁間距應根據(jù)基礎形式、設計要求的復合地基承載力和變形、土性及施工工藝確定：1）采用非擠土成樁工藝和部分擠土成樁工藝，樁間距宜為（3~5）倍樁徑；2）采用擠土成樁工藝和墻下條形基礎單排布樁的樁間距宜為（3~6）倍樁徑；3）樁長范圍內(nèi)有飽和粉土、粉細砂、淤泥、淤泥質(zhì)土層，采用長螺旋鉆中心壓灌成樁施工中可能發(fā)生串孔時宜采用較大樁距。（5）褥墊層樁頂和基礎之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜為樁徑的40%~60%。褥墊層材料宜采用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等，最大粒徑不宜大于30mm。（6）水泥粉煤灰碎石樁復合地基承載力特征值（7）沉降計算七柱錘沖擴樁法（一）概述柱錘沖擴樁法是指反復將柱狀重錘提到高處使其自由落下沖擊成孔，然后分層填料夯實形成擴大樁體，與樁間土組成復合地基的地基處理方法柱錘沖擴樁法適用于處理雜填土、粉土、粘性土、素填土和黃土等地基，對地下水位以下飽和松軟土層應通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。地基處理深度不宜超過10m，復合地基承載力特征值不宜超過160kPa。對大型的、重要的或場地復雜的工程，在正式施工前應在有代表性的場地上進行試驗。（二）加固機理柱錘沖擴樁法的加固機理主要有以下四點：1.成孔及成樁過程中對原土的動力擠密作用2.對原土的動力固結作用3.沖擴樁充填置換作用4.生石灰的水化和膠凝作用對于含水量較高的軟土地基，碎磚三合土中的石灰將發(fā)揮加固作用。（1）膨脹擠密（2）脫水擠密（3）膠凝作用此外，石灰與樁間土會產(chǎn)生化學反應，使土體強度具有一定的安全儲備。（三）設計1.處理范圍處理范圍應大于基底面積，主要作用在于增強地基的穩(wěn)定性，防止基底下被處理土層在附加應力作用下產(chǎn)生側向變形，因此原天然土層越軟，加寬的范圍應越大。通常按壓力擴散角來確定加固范圍的寬度。對一般地基，在基礎外緣應擴大（1~3）排樁，且不應小于基底下處理土層厚度的1/2；對可液化地基，在基礎外緣擴大的寬度，不應小于基底下可液化土層厚度的1/2，且不應小于5m。2.處理深度地基處理深度的確定應考慮以下因素：①軟弱土層厚度；②可液化土層厚度；③地基變形等因素。對相對硬土層埋藏較淺地基，應達到相對硬土層深度；對相對硬土層埋藏較深地基，應按下臥層地基承載力及建筑物地基的變形允許值確定；對可液化地基，應按現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）的有關規(guī)定確定。限于設備條件，柱錘沖擴樁法適用于處理10m以內(nèi)的地基處理，因此當軟弱土層較厚時應進行地基變形計算或下臥層地基承載力驗算。3.樁位布置樁位布置宜為正方形和等邊三角形。樁距宜為1.2m~2.5m或取樁徑的（2~3）倍。對于可塑狀態(tài)粘性土、黃土等，因靠沖擴樁的擠密來提高樁間土的密實度，所以采用等邊三角形布樁有利，可使地基擠密均勻。對于軟粘土地基，主要靠置換?？紤]施工方便，以正方形或等邊三角形的布樁形式最為常用。4.樁徑柱錘沖擴樁法施工有以下三個直徑：（1）柱錘直徑：它是柱錘實際直徑，現(xiàn)已形成系列，常用直徑為300mm~500mm，如公稱錘，就是377mm直徑的柱錘。（2）沖孔直徑：它是沖孔達到設計深度時，地基被沖擊成孔的直徑，對于可塑狀態(tài)粘性土其成孔直徑往往比錘直徑大。（3）樁徑：它是樁身填料夯實后的平均直徑，它比沖孔直徑大，如柱錘夯實后形成的樁徑可達600mm~800mm。因此，樁徑不是一個常數(shù)，當土層松軟時，樁徑就大，當土層較密時，樁徑就小。設計時一般先根據(jù)經(jīng)驗假設樁徑，假設時應考慮柱錘規(guī)格、土質(zhì)情況及復合地基的設計要求，一般常取500mm~800mm，經(jīng)試成樁后再調(diào)整樁徑。樁孔內(nèi)填料量應通過現(xiàn)場試驗確定。5.墊層樁頂部應鋪設200mm~300mm厚砂石墊層，墊層的夯填度不應大于0.9；對濕陷性黃土，墊層材料應采用2:8或3:7的灰土，其壓實系數(shù)均不應小于0.95。6.樁體材料樁體材料推薦采用以拆房為主組成的碎磚三合土，主要是為了降低工程造價，減少雜土丟棄對環(huán)境的污染。有條件時也可采用級配砂石、礦渣、灰土、水泥混合土等。當采用其他材料缺少足夠的工程經(jīng)驗時，應通過試驗確定其適用性和配合比等有關參數(shù)。7.柱錘沖擴樁復合地基承載力特征值8.沉降計算八多型樁法(一)概述多型樁法是指采用兩種或兩種以上不同材料增強體，或采用同一材料、不同長度增強體加固形成復合地基的地基處理方法。多型樁法適用于處理不同深度存在相對硬層的正常固結土，或淺層存在欠固結土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土，以及地基承載力和變形要求較高的地基。（二）加固機理當巖土工程條件較為復雜或建筑物對地基要求較高時，采用單一的地基處理方法處理地基，往往滿足不了設計要求或造價較高，而由兩種或多種地基處理措施組成的綜合處理方法很可能是最佳選擇。當基底以下存在厚度不大的軟弱或不良土層時，采用短樁對該區(qū)域土層進行加固，可提高基底軟弱、不良土層的承載力，消除軟弱、不良土層引起的不均勻沉降與不良特性。對于建筑物地基存在中等、嚴重液化場地，可采用短樁（如碎石樁）消除場地土的液化，采用剛性長樁落在較好的樁端持力層，以提高地基承載力和滿足建筑物對地基變形要求；(三)設計1.樁型及施工工藝樁型及施工工藝的確定，應考慮土層情況、承載力與變形控制要求、經(jīng)濟性和環(huán)境要求等綜合因素：（1）對復合地基承載力貢獻較大或用于控制復合土層變形的長樁，應選擇相對較好的持力層；對處理欠固結土的增強體，其樁長應穿越欠固結土層；對消除濕陷性土的增強體，其樁長宜穿過濕陷性土層；對處理液化土的增強體，其樁長宜穿過可液化土層。（2）如淺部存在較好持力層的正常固結土，可采用長樁與短樁的組合方案。（3）對淺部存在軟土或欠固結土，宜先采用預壓、壓實、夯實、擠密方法或低強度樁復合地基等處理淺層地基，再采用樁身強度相對較高的長樁進行地基處理。（4）對濕陷性黃土應按現(xiàn)行國家標準《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）的規(guī)定，采用壓實、夯實或土樁、灰土樁等處理濕陷性，再采用樁身強度較高的長樁進行地基處理。（5）對可液化地基，可采用碎石樁等方法處理液化土層，再采用有粘結強度樁進行地基處理。2.樁位布置多樁型復合地基的布樁宜采用正方形和三角形間隔布置。剛性樁宜在基礎范圍內(nèi)布樁，其他增強體布樁應滿足液化土地基和濕陷性黃土地基對不同性質(zhì)土質(zhì)處理范圍的要求3.墊層多型樁復合地基墊層設置，對剛性長、短樁復合地基宜選擇砂石墊層，墊層厚度宜取對復合地基承載力貢獻大的增強體直徑的1/2；對剛性樁與其他材料增強體樁組合的復合地基，墊層材料宜取剛性樁直徑的1/2；對濕陷性的黃土地基，墊層材料應采用灰土，墊層厚度宜為300mm。4.多型樁復合地基承載力特征值多型樁復合地基承載力特征值，應采用多樁復合地基靜載荷試驗確定，初步設計時，可采用下列公式進行估算：（1）對具有粘結強度的兩種樁組合形成的多樁型復合地基承載力特征值（2）對具有粘結強度的樁和散體材料樁組合形成的多樁型復合地基承載力特征值8.沉降計算多型樁復合地基變形計算應符合現(xiàn)行國家標準有關規(guī)定。計算深度必須大于復合土層的深度。時間分配：10學時習題5-1、5-2、5-6、5-11、5-13湖南科技大學課程教案課程名稱土力學章節(jié)、專題第6章漿液固化法教學目標及基本要求了解漿液固化法之定義，作用機理和常用的漿液擴散理論，了解各種漿液與水泥土的基本性能，掌握灌漿材料的選擇原則，掌握灌漿法和水泥土攪拌法的設計、施工方法與施工質(zhì)量檢測要求，能進行灌漿法和水泥土攪拌法地基處理設計。教學重點漿液擴散理論及其應用，灌漿法和水泥土攪拌法的設計、施工方法教學難點灌漿法和水泥土攪拌法的設計、施工方法教學內(nèi)容與時間分配教學內(nèi)容：一灌漿法（一）概述加固目的：（1）增加地基的不透水性，常用于防止流砂、鋼板樁滲水、壩基漏水、隧道開挖時涌水以及改善地下工程的開挖條件；（2）截斷滲透水流，增加邊坡、堤岸的穩(wěn)定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水結構等；（3）提高地基承載力，減少地基的沉降和不均勻沉降；（4）提高巖土的力學強度和變形模量，固化地基和恢復工程結構的整體性，常用于地基基礎的加固和糾偏處理。此外，利用灌漿法還可以減少擋土墻上的土壓力，防止巖土的沖刷，消除砂土液化等。實際工程中，灌漿的目的并不是單一的，在達到某種目的的同時，往往收到其他幾個方面的效果。應用：（1）壩基的加固及防滲：對砂基、砂礫石地基、喀斯特溶洞、斷層軟弱夾層裂隙巖體和破碎巖體等加固，可提高土體密實度和整體性，改善其力學性能，增加地基的不透水性，減少沉降；（2）建筑物地基的加固：提高地基和樁基承載力，減少地基的沉降和不均勻沉降；（3）土坡穩(wěn)定性加固：提高土體抗滑能力；（4）擋土墻后土體的加固：增加土體的抗剪能力，減少土壓力；（5）已有結構的加固：對已有結構物缺陷的修復和補強；（6）道路地基基礎加固：公路、鐵路路基和飛機跑道的加固，橋梁基礎加固；（7）地下結構的止水及加固：增強土體的抗剪能力，減少透水性；（8）井巷工程中的加固及止水；（9）動力基礎的抗振加固：提高地基土的抗液化能力；（10）其他：預填骨料灌漿、后拉錨桿灌漿及鉆孔灌注樁后灌漿。二加固機理理論基礎：1.滲透灌漿滲透灌漿是指在壓力作用下使?jié){液填充土的孔隙和巖石的裂隙，排擠出孔隙中存在的自由水和氣體，而基本上不改變原狀土的結構和體積，所用灌漿壓力相對較小。這類灌漿一般只適用于中砂以上的砂性土和有裂隙的巖石。代表性的滲透灌漿理論有：球形擴散理論、柱形擴散理論和袖套管法理論。2.劈裂灌漿劈裂灌漿是指在灌漿壓力作用下，向鉆孔泵送不同類型的流體，以克服地層的初始應力和抗拉強度，引起巖石和土體結構的破壞和擾動，使其垂直小主應力的平面上發(fā)生劈裂，使地層中原有的裂隙和孔隙張開，漿液的可灌性和擴散距離增大，而所用的灌漿壓力相對較高。3.壓密灌漿壓密灌漿是指通過在土中灌入極濃的漿液，在注漿點使土體擠密，在注漿管端部附近形成“漿泡”。4.電動化學灌漿三灌漿材料及選用原則1.灌漿材料（1）粒狀漿材粒狀漿材主要包括純水泥漿、粘土水泥漿及水泥砂漿三種，粒狀漿材的主要性質(zhì)包括；分散度、沉淀析水性、凝結性、熱學性、收縮性、結石強度、滲透性和耐久性。（2）化學漿材化學漿材的品種很多，包括環(huán)氧樹脂類、甲基丙烯酸脂類、聚氨脂類、丙烯酰胺類、木質(zhì)素類和硅酸鹽類等?；瘜W漿材的最大特點是漿液屬于真溶液，初始粘度大都較小，故可用來灌注細小的裂隙或孔隙，解決水泥漿材難于解決的復雜地質(zhì)問題?；瘜W漿材的主要缺點是造價較高和存在污染環(huán)境問題，使這類漿材的推廣應用受到較大的局限。（3）混合型漿材混合型漿材包括聚合物水玻璃漿材、聚合物水泥漿材和水泥水玻璃漿材等幾類。四灌漿設計1.設計程序和設計內(nèi)容（1）設計程序地基灌漿設計一般遵循以下步驟：1）地質(zhì)調(diào)查。查明場地的工程地質(zhì)特性和水文地質(zhì)條件。2）方案選擇。根據(jù)工程性質(zhì)、灌漿目的及地質(zhì)條件，初步選定灌漿方案。3）灌漿試驗。除進行室內(nèi)灌漿試驗外，對較重要的工程，還應選擇有代表性的地段進行現(xiàn)場灌漿試驗，以便為確定灌漿技術參數(shù)及灌漿施工方法提供依據(jù)。4）設計和計算。確定各項灌漿參數(shù)和技術措施。5）補充和修改設計。在施工期間和竣工后的運營過程中，根據(jù)觀測所得的異常情況，對原設計進行必要的調(diào)整。其中，方案選擇是設計者首先要面對的問題。通常在選擇方案時，一般都把灌漿方法和灌漿材料的選擇放在首要位置。灌漿方法和灌漿材料的選擇與下列因素有關：1）灌漿目的。是為了提高地基強度和變形模量還是為了防滲堵漏，或是增加抗滑穩(wěn)定性。2）地質(zhì)條件。包括地層構造、土的類型和性質(zhì)、地下水位、水的化學成分、灌漿施工期的地下水流速及地震級別。3）工程性質(zhì)。是永久性工程還是臨時性工程，是重要建筑物還是一般建筑物，是否振動基礎以及地基將要承受多大的附加荷載等。（2）設計內(nèi)容設計內(nèi)容主要包括下述幾方面：1）灌漿標準。通過灌漿要達到的效果和質(zhì)量指標。2）施工范圍。包括灌漿深度、長度和寬度。3）灌漿材料。包括漿材種類和漿液配方。4）漿液影響半徑。指漿液在設計壓力下所能達到的有效擴散距離。5）鉆孔布置。根據(jù)漿液影響半徑和灌漿體設計厚度，確定合理的孔距、排距、孔數(shù)和排數(shù)。6）灌漿壓力。規(guī)定不同地區(qū)和不同深度的允許最大灌漿壓力。7）灌漿效果評估。用各種方法和手段檢測灌漿效果。目前常用的灌漿方法主要有：水泥漿液灌注法、硅化法和堿液法。7.2水泥土攪拌法7.2.1概述水泥土攪拌法是利用水泥或石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將固化劑和地基土強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的樁體的地基處理方法。水泥土攪拌法加固軟土技術，具有以下獨特的優(yōu)點：（1）水泥土攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，因而最大限度地利用了原土；（2）攪拌時無振動、無噪音和無污染，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進行施工；（3）攪拌時不會使地基側向擠出，所以對周圍原有建筑物及地下溝管影響很?。唬?）水泥土攪拌法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復合地基、基坑工程圍護擋墻、基坑被動區(qū)加固、防滲帷幕、大體積水泥穩(wěn)定土等，其設計靈活，可按不同地基土的性質(zhì)及工程設計要求，合理選擇固化劑及其配方；（5）根據(jù)上部結構的需要，可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式；（6）與鋼筋混凝土樁基相比，可節(jié)約大量的鋼材，并降低造價。水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、粘性土（軟塑、可塑）、粉土（稍密、中密）、粉細砂（松散、中密）、中粗砂（松散、稍密）、飽和黃土等土層。不適用于含大孤石或障礙物較多且不易清除的雜填土、欠固結的淤泥和淤泥質(zhì)土、硬塑及堅硬的粘性土、密實的砂類土，以及地下水滲流影響成樁質(zhì)量的土層。當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%（黃土含水量小于25%）時，不宜采用粉體攪拌法。冬季施工時，應注意負溫對處理地基效果的影響。水泥土攪拌法可用于增加軟土地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性，適用于以下情況：（1）作為建筑物或構筑物的地基、廠房內(nèi)具有地面荷載的地坪、高填方路堤下基層等；（2）進行大面積地基加固、以防止碼頭岸壁的滑動、深基坑開挖時坍塌、坑底隆起和減少軟土中地下構筑物的沉降；（3）作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流，對樁側或板樁背后的軟土加固以增加側向承載能力。加固機理水泥加固土的物理化學反應過程與混凝土的硬化機理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料（比表面不大、活性很弱的介質(zhì)）中進行水解和水化作用，所以凝結速度較快。而在水泥加固土中，由于水泥摻量很小，水泥的水解和水化反應完全是在具有一定活性的介質(zhì)—土的圍繞下進行，所以水泥加固土的強度增長過程比混凝土緩慢。1.水泥的水解和水化反應2.土顆粒與水泥水化物的作用3.碳酸化作用7.2.3水泥土的物理力學特性1.水泥土的物理性質(zhì)2.水泥土的力學性質(zhì)7.2.4設計計算1.水泥土攪拌樁設計前的一般要求（1）勘察要求（2）試驗要求（3）加固形式選擇攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種形式。2.柱狀水泥土攪拌樁復合地基的設計計算（1）固化劑固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。增強體的水泥摻量不應小于12%，塊狀加固時不應小于加固天然土質(zhì)量的7％；樁長超過10m時，可采用固化劑變摻量設計。在全長樁身總水泥摻量不變的前提下，樁身上部1/3樁長范圍內(nèi)，可適當增加水泥摻量及攪拌次數(shù)；濕法的水泥漿水灰比可取0.5～0.6。外摻劑可根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件選用具有早強、緩凝、減水以及節(jié)省水泥等作用的材料，但應避免污染環(huán)境。（2）樁位布置豎向承載攪拌樁的平面布置可根據(jù)上部結構特點及對地基承載力和變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等加固型式。樁可只在基礎平面范圍內(nèi)布置，獨立基礎下的樁數(shù)不宜少于4根。柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁型式。（3）樁長水泥土攪拌樁的設計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度。豎向承載攪拌樁的長度應根據(jù)上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。為提高抗滑穩(wěn)定性而設置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑弧以下2m。濕法的加固深度不宜大于20m，干法的加固深度不宜大于15m。（4）樁徑水泥土攪拌樁的樁徑不應小于500mm。（5）墊層豎向承載攪拌樁復合地基宜在基礎和樁之間設置褥墊層，厚度可取200mm～300mm。褥墊層材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。褥墊層的夯填度不應大于0.9。（6）豎向承載水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值豎向承載水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值應通過復合地基靜載荷試驗或采用增強體靜載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經(jīng)驗確定。處理后樁間土的承載力特征值fsk，可取天然地基承載力特征值；樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β，對淤泥、淤泥質(zhì)土和流塑狀軟土等處理土層，可取0.1~0.4，對其他土層可取0.4~0.8；單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ可取1.0。（7）沉降計算3.壁狀水泥土攪拌樁的設計計算壁狀加固體是由相鄰攪拌樁搭接而成，采用這種形式形成的水泥土擋墻可用于防止碼頭滑動、保護深基坑邊坡的穩(wěn)定等工程中。水泥土擋墻可參照重力式擋土墻的的設計計算方法進行設計。水泥土擋墻的厚度、強度與深度用試算法確定，根據(jù)初步擬定的擋墻參數(shù)，進行擋墻穩(wěn)定性驗算，必要時進行適當修改，直到滿足設計要求為止。水泥土擋墻計算主要包括抗滑移穩(wěn)定性驗算、抗傾覆穩(wěn)定性驗算、整體穩(wěn)定性驗算、抗?jié)B驗算、抗隆起驗算等內(nèi)容。設計計算時采用的計算圖式，見圖7-16。OOqBEabiEpHhhphaWWiαiA基坑底水泥攪拌樁側向支護計算圖式圖7-16中，攪拌樁墻寬度B為格柵組成的外包寬度，根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗，墻寬B=（0.6~0.8）倍開挖深度，樁插入基坑底深度h=（0.8~1.2）倍開挖深度。（1）土壓力計算墻后主動土壓力計算墻前被動土壓力計算：（2）抗傾覆驗水泥土擋墻抗傾覆穩(wěn)定性按下式驗算：（3）抗滑移驗算水泥土擋墻抗滑移穩(wěn)定性按下式驗算（4）整體穩(wěn)定性驗算水泥土擋墻與地基整體滑動時，一般按通過墻底的圓弧滑動面驗算。當墻底以下有軟弱夾層時，按實際可能發(fā)生的非圓弧滑動面驗算。計算時采用圓弧滑動簡單條分法確定，整體穩(wěn)定安全系數(shù)采用總應力法計算一般最危險滑弧在墻底以下0.5~1.0m的位置，當墻底下面的土層很差時，危險滑弧的位置還深一點，當墻體無側限抗壓強度不低于1Mpa時，一般不必計算切墻體滑弧的安全系數(shù)。在無側限抗壓強度低于1Mpa時，可取，，作為墻體指標來計算切墻體滑弧的安全系數(shù)。（5）抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算當?shù)叵滤畯幕滓韵孪蚧觾?nèi)滲流時，若其水力坡降大于滲流出口處土顆粒的臨界水力坡降，將產(chǎn)生基底滲流失穩(wěn)現(xiàn)象。由于這種滲流具有空間性和不恒定性，至今理論上還未解決。（6）抗隆起穩(wěn)定性驗算在軟弱的粘土層內(nèi)，由于基坑開挖卸載作用，導致墻后土體及基坑土體向基坑內(nèi)移動，促使坑底向上隆起，出現(xiàn)塑性流動和涌土現(xiàn)象。因此，應驗算坑底土抗隆起穩(wěn)定性。支護樁、墻端以下土體向上隆起，可按下式計算（見圖7-18）qqHhγ2hγ1H+q基坑底抗隆起穩(wěn)定性驗算示意圖三高壓噴射注漿法概述高壓噴射注漿法是指用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。擺噴擺噴噴射注漿管旋噴定噴冒漿射流板墻樁高壓噴射注漿的三種形式1.高壓噴射注漿法的工藝類型當前，高壓噴射注漿法的基本工藝類型有：單管法、二重管法、三重管法和多重管法四種方法。2.高壓噴射注漿法的主要特征（1）適用范圍廣（2）施工簡便，（3）可控制固結體形狀，（4）可垂直、傾斜和水平噴射，（5）耐久性較好，（6）料源廣闊，（7）設備簡單。3.高壓噴射注漿法的適用范圍（1）土質(zhì)條件適用范圍高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土（流塑、軟塑或可塑）、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。對土中含有較多的大直徑塊石、大量植物根莖和高含量的有機質(zhì)，以及地下水流速較大的工程，應根據(jù)現(xiàn)場試驗結果確定其適應性。7.3.2加固機理1.加固地基的機理（1）高壓噴射流對土體的破壞作用（2）水（漿）、氣同軸噴射流對土體的破壞作用（3）水泥與土的固結機理2.加固土的基本性狀（1）直徑較大（2）固結體形狀可不同（3）重量輕（4）滲透系數(shù)?。?）固結強度高（6）單樁承載力高7.3.3設計計算1.室內(nèi)配方與現(xiàn)場噴射試驗為了解噴射注漿固結體的性質(zhì)和漿液的合理配方，必須取現(xiàn)場各層土樣，在室內(nèi)按不同的含水量和配合比進行試驗，優(yōu)選出最合理的漿液配方。對規(guī)模較大及性質(zhì)較重要的工程，設計完成之后，要在現(xiàn)場進行試驗，查明噴射固結體的直徑和強度，驗證設計的可靠性和安全度。2.固結體尺寸3.固結體強度4.豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值用旋噴樁處理的地基，應按復合地基設計。5.沉降計算6.墊層豎向承載旋噴樁復臺地基宜在基礎和樁頂之間設置褥墊層。褥墊層厚度可取150mm~300mm，其材料可選用中砂、粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。褥墊層的夯填度不應大于0.9。7.布孔形式和孔距（1）加固地基豎向承載豎向承載旋噴樁的平面布置可根據(jù)上部結構和基礎特點確定，獨立基礎下的樁數(shù)不應少于4根。（2）堵水防滲堵水防滲工程，最好按雙排或三排布孔形成帷幕（圖7-38）?？拙鄳獮長=1.73R0（R0為旋噴樁設計半徑），排距為l.5R0最為經(jīng)濟。1.731.73R0R01.5R0LR0e布孔孔距和旋噴注降固結體交聯(lián)圖若想增加每一排旋噴樁的交圈厚度，可適當縮小孔距，按下式計算：定噴和擺噴是一種常用的防滲堵水方法，由于噴射出的板墻薄而長，不但成本較旋噴低，而且整體連續(xù)性亦高。（a）（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）120°定噴防滲帷幕形式示意圖直擺形直擺形（擺噴）柱墻形折擺形微擺形擺定形柱列形擺噴防滲帷幕形式示意圖8.漿量計算漿量計算有兩種方法，即體積法和噴量法，取其大者作為設計噴射漿量。9.漿液材料與配方課時分配：6學時習題6-1、6-2、6-3、6-4、6-5湖南科技大學課程教案課程名稱土力學章節(jié)、專題第7章加筋土技術教學目標及基本要求了解加筋土技術的定義、構成與作用機理，了解土工合成材料的基本類型和功能，掌握加筋地基的設計方法、