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《建筑地基基础设计方法及实例分析(第二版)》第3章
按处理深度可分为浅层处理和深层处理;
按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理;
按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、 胶结、加筋等处理方法。
3.1 概述
换填法
按
碾压与夯实
作
用
机
预压法
理
密实法
换土垫层法 褥垫法 重锤夯实 机械碾压 振动压实
强夯
堆载预压
砂井(塑料排水板)堆载预压
z s2h
在p ~s 曲线上褥垫所 受压力的变形量
设计关键是 确定其厚度
土层
褥垫
岩层
3.2 换填法
褥垫材料的选择
褥垫材料一般采用炉渣、中粗砂、土夹石或粘性土等。 其中炉渣调整沉降的幅度较大,夯实密度较为稳定,也不受 水的影响;中粗砂虽性能稳定亦不受水的影响,但因其压缩 性低调整沉降的幅度不大;土夹石调整沉降比较灵活,但水 对其有一定影响;粘性土虽调整沉降的灵活性大,但水的影 响也比较大。
(1) 复合地基是由两种刚度(或模量)不同的材料 (增强体和基体)两部分组成,是非均质和各向异性 的; 区别于均质地基
(2) 复合地基在荷载作用下,基体和增强体共同承担 荷载并协调变形。 区别于桩基础
3.3 复合地基
三、复合地基的分类
1.按成桩材料分类 1)散体材料桩:如砂桩、碎石桩、矿渣桩等; 2)水泥土类桩:水泥搅拌桩、高压旋喷桩等; 3)混凝土类桩:水泥粉煤灰碎石桩 CFG、树根桩、锚杆静压桩。
软土地基 沉降太大、强度不足
深厚软土
垫层法地基处理 过程示意
3.2 换填法 垫层的类型
按垫层材料分
砂垫层 砂卵石垫层 碎石垫层 素土垫层 灰土垫层 粉煤灰垫层 矿渣垫层
适用范围: 软弱地基的 浅层处理。
3.2 换填法
垫层的主要作用
不同材料的垫层, 其作用也各不相同。
1)提高持力层的承载力:高强度材料置换软弱土,强度提高; 2)减少地基的沉降量:基础下浅层土的压缩占基础总沉降的比
σcd=γmd
矩形基础
z
(l
lb( pk cd ) 2z tan )(b 2z tan )
3.2 换填法
试算法确定垫层厚度
(1)初定z为1~2m; (2)计算垫层底面处的σcz和σz; (3)按式 σcz +σz ≤ faz 验算;
若不满足要求则重新取值, 直到满足要求为止。
定义 垫层法
当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求, 可将基础底面下一定范围内的软弱土层部分或全部挖 除,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、 炉渣、粉煤灰)或其他性能稳定、无侵蚀性的材料, 并压实至要求的密实度为止,这种地基处理方法称为
换土垫层法,简称垫层法。
3.2 换填法 垫层法
深厚软土
2019年度注册结构师继续教育
建筑地基基础设计方法及实例分析 (三)
1
3 地基处理 3.1 概述 3.2 换填法 3.3 复合地基 3.4 强夯法 3.5 其他地基处理方法 3.6 常见设计问题
3.1 概述
地基基础优先选择方案:天然地基上浅基础
3.1 概述
土木工程建设中,当天然地基不能满足 建(构)筑物对地基强度或变形或稳定性的 要求时,需对天然地基进行加固改良,形成 人工地基,以满足建(构)筑物对地基的要 求,保证其安全与正常使用。这种地基加固 改良称为地基处理。
(3)基坑开挖时应避免坑底土层受扰动。
(4)作好基坑的排水工作,必要时应采取降低地下水位的措 施。采用振实时,应保证水源补给与 排水畅通,水面宜 保持与砂面齐平。
3.2 换填法
地基变形验算
采用换填法对地基进行处理后,由于垫层下软弱 土层的变形,建筑物地基往往仍将产生一定的沉降量 及差异沉降量。因此软弱下卧层的建筑物, 还应进行地基的变形计算。
应力σcz与附加应力σz之和不大 于垫层底面下土的承载力。
软弱下卧土层经深度 修正的承载力特征值
cd CZ
回填土
b
p0
d
Z z z
3.2 换填法
z的简化计算
cd
CZ
压力扩散角法
回填土
b
p0
Z
b′= b+2ztan
d
zz
条形基础
z
b( pk cd ) b 2z tan
•(1) 桩体作用。 •(2) 排水固结作用。 •(3) 挤密作用。 •(4) 加筋作用。
3.3 复合地基
五、复合地基的设计参数 1.面积置换率m dss
Ap
s
Ae
s
d ss s
Ae
正方形布桩
m Ap Ae
一根桩体的横截面积 一根桩体的加固面积
等边三角形布桩
s 1.08 Ae
3.3 复合地基
3.1 概述
4. 地基处理的对象
泥炭,泥炭质土:有机含量> 25%
1)淤泥土与淤泥质土 --- 简称软土
淤泥: 孔隙比 e > 1.5, w > wl ( Il > 1.0 )
淤泥质土: 孔隙比 e =1.0 ~1.5, w >wl ( Il > 1.0 )
工程特性
*高含水量 w= 40 ~ 90% *高压缩性 a > 0.5 ~ 3.0MPa-1 *高流变性 : 次固结量随时间增加
真空预压
井点降水
振冲挤密
沉桩挤密
灰土挤密 爆破挤密
3.1 概述
固化法
按
作
用
机
加筋法
理
其他方法
灌浆法
水泥灌浆
碱液法 单液硅化法
喷拌法
冲抓置换 深层搅拌
土工合成材料 锚杆(索)静压桩 树根桩 加筋土
灌浆 冻结 托换 (平移) 纠偏
3.1 概述
6. 地基处理方法选用原则
土工合成材料加筋垫层:一般用于z/b较小的薄垫层, 其压力扩散角宜通过静载荷试验确定,通过实测软弱下卧层 顶面的压力反算上部垫层的压力扩散角。对于土工带加筋垫 层,设置一层土工筋带时,宜取26°;设置两层及以上土工 筋带时,宜取35°。
3.2 换填法
垫层材料的压力扩散角
回填土
d
b
zz
3.1 概述
*低强度 cu < 30 kPa,φ ≈ 0
*低渗透性 k =10-6 ~10-8cm/s,固结过程长 *高结构性 St > 4
3.1 概述
2)填土
杂填土:人类活动所形成的无规则堆积物。 如建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等。
主要特性:强度低,压缩性高,不均匀,不稳定。
冲填土:利用水力将泥砂冲填到岸边形成的沉积土。 主要特性:含粘粒多的细、 呈流动状态,低强度、
要求: (1)满足应力扩散的要求; (2)防止垫层侧向挤出。
按地区经验或压力扩散角法
垫层底宽:
b b 2 z tan
垫层顶宽: 按开挖坡度确定
回填土 b
b′≥ b+2ztan
d
zz
3.1 概述
垫层材料的压力扩散角 (°)
3.1 概述
垫层材料的压力扩散角
水泥稳定碎石垫层:其主要组成分为级配碎石和水泥,正 常养护后垫层抗压强度通常不小于3.0MPa,变形模量不小 于30MPa,经水泥稳定后的碎石垫层还获得一定的抗拉强度, 作为垫层其压力扩散角与碎石垫层相比更为有利。
2.按成桩后桩体的刚度(或强度)分类 1)柔性桩:散体材料类桩; 2)半刚性桩:水泥土类桩; 3)刚性桩:混凝土类桩。
3.按增强体的方向分类 1)竖向增强体复合地基: 由不同材料形成不同强度桩体的复合地基。 2)横向增强体复合地基: 由土工合成材料、金属材料格栅等形成的复合地基。
3.3 复合地基
• 4)复合地基作用机理
褥垫法 --- 以软换硬,主要是调整地基的相对变形。
3.2 换填法
褥垫的设计与构造
要求
褥垫材料的压缩性 比被换填的 地基大
褥垫厚度的确定:
1)确定要求褥垫的沉降量:
s2 = s1 - [Δs ] ≤ s1
2)确定褥垫的厚度:
z s2Es z
褥垫材料的压缩模量 褥垫顶底面的平均附
加应力
或
褥垫材料试样的高度
3.2 换填法 垫层材料的选择
注意: 砂垫层不宜用于处理 湿陷性黄土地基
(1)砂石:宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、 中砂或石屑(粒径<2mm的部分不应超过总重的45%), 应级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细 砂时,应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最 大粒径不宜大于50mm。
换填后地基沉降
垫层的压缩
可忽略不计
垫层下软土的变形
按常规法计算
3.2 换填法
褥垫法简介
褥垫是在基础底面下一定深度范围内,将局部压 缩性低的岩石凿去,换填压缩性较大的材料,然后分 层夯实形成垫层作为基础的部分持力层,使基础变形 协调的地基处理方法。
换填垫层法 --- 以硬换软,主要提高强度,降低沉降;
既要求有足够的厚度置换可
能剪切破坏的软弱土层,并使 通过垫层扩散到软土层的附加 应力,满足软土层强度和变形
的要求;又要求有足够的宽度
以防止垫层向两侧挤出。
回填土
d
确定其断面的合理厚度和宽度。
z b′
3.2 换填法
砂垫层设计的步骤
1) 垫层厚度的确定
z cz faz
要求: 作用在垫层底面处土的自重
2.桩土应力比n
基础刚性时,桩与桩间土沉降一致,但模量不一致, 因此荷载向桩体集中,桩体所受压力pp大于基底平 均压力p,桩间土的压力ps小于p。
n pp ps