地基处理及建筑纠偏与平移—1

null地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 应 惠 清 同济大学 土木学院 e-mail：tjuyhq@163.com Tel：13601988551地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 概述 强夯法 排水固结法 水泥土搅拌桩 特殊灌注桩施工 建（构）筑物的纠偏 建筑的平移 地基处理及建筑平移纠偏技术 1 概述 1.1 地基处理一般解决的问 （1）强度及稳定性； （2）沉降及不均匀沉降； （3）渗透性（防渗漏）； （4）动力稳定性； （5）特殊土的安定性 （如湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土等）地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 1.2 地基处理的分类 地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 1.3 地基处理方法的选择原则 应综合考虑地基条件、加固要求、工程进度、 工程造价、材料及机具等各方面因素，并注意环境 保护等因素。 可以采用一种地基处理方法，也可采用由两种 或两种以上的组合。地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 1.4 地基处理的程序 地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法 强夯法是1969年由法国梅那（Menard）首创的一种地基处理技术。这种方法一般将100~400kN重的锤从6~40m高处自由落下，对地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。目前已在世界许多国家应用，国外强夯法施工中运用最大的锤重200kN，落距25m，其加固深度达到40m。我国在20世纪70年代引进强夯法技术。目前，已被广泛应用于工业与民用建筑、仓库、油罐、贮仓、公路和铁路路基，飞机场跑道及码头等工程中。地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 强夯工程实例地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 强夯法的适用性—— 强夯法适用于各种土层，而且能应用于饱和粘性土。 砂性土加固后的强度和压缩模量可以提高2~3倍，甚 至更大。 粘性土强夯后6个月土的平均强度可达到200MPa。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.1 强夯法原理 2.1.1 Menard的饱和粘性土力学模型 ——动力固结模型 与传统固结理论不同，提出了饱和土的可压缩性。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 静力固结和动力固结模型静力固结模型动力固结模型1—土骨架与孔隙；2—排水孔； 3—弹簧；4—活塞地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法动力固结模型几点假定： ① 液体可以“压缩” ② 变孔隙 ③ 有摩擦的活塞 ④ 弹簧刚度可变地基处理及建筑平移纠偏技术 2.1.1 Menard的饱和粘性土力学模型 ——动力固结模型 夯击能的传递 夯击能的传递是由波传播的。 体波包括压缩波（P波）和剪切波（S波），在强夯中是沿半球 波阵面的径向向外传播的： 压缩波对土颗粒产生径向的推拉运动，一方面使孔隙水压力增 加，同时又使土颗粒密实。 剪切波则使土颗粒沿波阵面的正交方向产生位移。土颗粒与波 阵面正交方向的位移使土体受到剪切，对土起到松动的作用 地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.1.2 强夯过程中土体的变化地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.2 强夯法设计 2.2.1 有效加固深度 强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地 经验确定。 在缺少试验资料或经验时可按梅那Menard经验 公式估算。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.2 强夯法设计 有效加固深度式中 h —— 有效加固深度（m）； Q —— 锤重（kN）； H —— 有效落距（m）； α—— 修正系数，可取0.5~0.8，若地基中设置 排水通道时，α值可适当提高。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.2 强夯法设计 2.2.2 锤重选择 在选择锤重时，应考虑锤底压力： 对粘性土，锤底静压应力不宜大于30kPa； 对砂性土，锤底静压应力可适当增大。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.2 强夯法设计 2.2.3 夯点布置（1）布置形式 可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。 大面积基础——宜采用正方形插档法布置（图2-3a）； 条形基础——可采用点线插档法布置（图2-3b）并保证纵 横承重墙交接处基础下均有夯击点； 工业厂房独立柱基——可按柱网采用三角形布置（图2-3c） 或点夯法夯击；1—第一次夯点；2—第二次夯点；3—第三次夯点（a）正方形插档布置；（b）点线插档布置；（c）等边三角形 夯点布置地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 （2）夯点间距 应通过试夯确定。 为便于超静孔隙水压力的消散——间距不宜过小。 第一遍间距适当放大，以免在浅层形成密实层而影响 夯击能往深层传递。一般可取夯锤直径的2.5~3.5倍； 第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后夯击点间 距可适当减小。2.2 强夯法设计 2.2.3 夯点布置地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 （1）夯击能量 经验： 对砂性土可取1000~5000kN·m/m2； 粘性土可取1500~6000kN·m/m2。 可通过现场试夯确定。2.2 强夯法设计 2.2.4 夯击遍数与间歇时间 地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 （2）夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用 点夯2~4遍。 对压缩层厚度大，渗透系数小，含水量高， 用大值，反之用小值。 最后，以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或 低落距锤多次夯击，锤印搭接。2.2 强夯法设计 2.2.4 夯击遍数与间歇时间 地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.2 强夯法设计 2.2.4 夯击遍数与间歇时间 （3）间歇时间 一般对粘性和粉性土，含水量高、软弱土层较 厚、渗性较差的，间隔时间不应少于3~4周，可采用 塑料排水带或袋装砂井，有利于孔隙水压力的消散。 对于渗透性好的地基土可不考虑间歇时间而进行 连续夯击，例如砂土，孔隙水压力的峰值夯完后随即出 现，而其消散时间一般只有2~4min。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 2.3 强夯施工 2.3.1 施工机械（1）夯锤夯锤的形状 底面形状宜采用圆形或多边形； 锤底面积宜按土性质确定。 静接地压力值可取25~40kPa。 锤的底面与其顶面设置贯通的排气孔，孔径可取 250~300mm。气孔可减小起吊夯锤时的吸力（达3倍锤重）； 又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 （1）夯锤b. 夯锤质量 根据要求处理的深度和起重机的起重能力选择 强夯锤质量。 强夯锤质量可取100~400kN。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.1 施工机械地基处理及建筑平移纠偏技术 （1）夯锤c. 夯锤材料 锤重为80~120kN时，宜用钢板为外壳，内部 浇筑混凝土； 锤重大于120kN时，可用钢或铸铁锤。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.1 施工机械地基处理及建筑平移纠偏技术 （2）起重设备 宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其它 专用设备。 起重机接地压力应小于地基承载力。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.1 施工机械地基处理及建筑平移纠偏技术 （3）脱钩装置 自动脱钩装置—— 要有足够强度、 锁卡稳定、 脱钩灵活。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.1 施工机械地基处理及建筑平移纠偏技术 强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。 对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的强夯参数。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.2 试夯地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.3 施工工艺和管理（1） 垫层铺设 垫层的厚度一般为0.5~2.0m的砂石垫层。 垫层能使击夯能扩散，还可免夯击成“弹簧土”。（2）现场检查 ① 开夯前应检查夯锤质量和落距； ② 在每一遍夯击前，应复核夯点放线进行； ③ 强夯时检查每个夯点的夯击次数和每击的夯 沉量。地基处理及建筑平移纠偏技术 （3）地基承载力试验 a. 原位试验和室内土工试验 b. 试验时间与检测数量 根据强夯的“时间效应”，承载力检验应在施工结束后 间隔一定时间后进行，间隔时间可参照下表。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.3 强夯施工 2.3.3 施工工艺和管理地基处理及建筑平移纠偏技术 2.5 工程实例1、我国大型地基处理工程强夯法施工实例 2.5.1 我国大型地基处理强夯法施工实例地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 （1）工程概况 黄石市人民广场位于黄石市团城山开发区桂林南路与杭州北路东侧，总占地面积约40000m2，广场区域内为饱和粘性回填土（3~5m），回填时未经压实，土质疏松，必须进行地基处理，否则地面沉降量较大且不均匀，将危害地下管线，影响广场景观及环境。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.5 工程案例 2.5.2 黄石市人民广场地基处理 地基处理及建筑平移纠偏技术 （2）方案选择 对广场地基处理提出了两种方案： ① 采用强夯法处理进行一次性全面地基处理； ② 局部道路采用粉喷桩加固处理，其他部分（约4/5区域） 均采用自然固结沉降，地面采用地面砖过渡，日后修整。 经过各方面的技术经济，采用了强夯法处理方法。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.5 工程案例 2.5.2 黄石市人民广场地基处理 地基处理及建筑平移纠偏技术 经过试夯，并调整试夯中的 施工参数。 a. 夯点布置 夯点布置方式见下图。 广场区域内夯坑间距 b 取4.5 m； 广场道路及管线部位间距 b 取3 m。夯点布置地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.5 工程案例 2.5.2 黄石市人民广场地基处理 地基处理及建筑平移纠偏技术 b. 夯击参数 广场区域内： 锤重200 kN的夯锤，锤底面积5 m2，落距10m， 夯击能为2000 kN m； 广场道路及管线部位： 点夯采用锤重120 kN的夯锤，锤底面积4 m2，落距 10 m，夯击能为1200 kN m。 夯击数6~8击。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.5 工程案例 2.5.2 黄石市人民广场地基处理 地基处理及建筑平移纠偏技术 c. 其他措施 （a）夯击间歇时间不小于2周； （b）产生“橡皮土”现象后，增设袋装砂井，并延长间歇时间。 （c）夯坑内回填煤矸石，有利孔隙水消散。 （d）淤泥质土区域采用底面积为2 m2、重160 kN的夯锤夯击，将毛渣夯至深处，使回填的毛渣形成一个“墩基” 。地基处理及建筑平移纠偏技术 2 强夯法2.5 工程案例 2.5.2 黄石市人民广场地基处理 地基处理及建筑平移纠偏技术 排水固结法对软粘土进行处理，是在建（构）筑物 建造前一定时间，在场地内进行堆土或堆其它重物对地 基进行预压，同时设置（有时不设置）竖向排水体，并 铺设水平排水垫层，使地基在预压荷载下逐渐固结，使 地基的强度提高。 排水固结法由加压系统和排水系统两个部分组成。地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法地基处理及建筑平移纠偏技术 澳门国际机场排水固结工程实例地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法上海F1赛场地基处理及建筑平移纠偏技术 天津东突港地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法上海国际机场A30长桥桥头地基处理及建筑平移纠偏技术 3.1 排水固结法分类地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法 3.2 排水固结法原理地基处理及建筑平移纠偏技术 加载—— 即增加总应力，使孔隙水压力消散，增加有效应力； 降水—— 总应力不变，减小孔隙水压力，增加有效应力。1—土骨架与孔隙； 2—排水孔；3—弹簧； 4—活塞地基处理及建筑平移纠偏技术 3.2.1 水平滤水层 砂料的选材： 应选用中粗砂，可以混有少量粒径小于50mm的砾石，其 渗透系数宜大于1×10-2cm/s。 砂料的摊铺： 地表层土的承载力较好时——可用机械分堆摊铺法； 硬壳层承载力不足时——可用顺序推进铺摊法； 软土地基表面很软——先铺设竹芭、塑料编织网、土工聚合物等改善 地基表面持力层条件，再用人力或轻型机械进行铺摊。 地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法 3.2 排水固结法施工地基处理及建筑平移纠偏技术 3.2.2 竖向排水井系统（1）形式 排水砂井、袋装砂井、塑料排水板（排水纸板） 。地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法 3.2 排水固结法施工（2）直径 普通砂井——直径可取300～500mm； 袋装砂井——直径可取70～120mm； 塑料排水带的当量换算直径可按下式计算： 式中 dp — 塑料排水带当量换算直径（mm）； b — 塑料排水带的宽度（mm）； δ — 塑料排水带的厚度（mm）。塑料排水板地基处理及建筑平移纠偏技术 3.3.3 预压荷载（1）预压范围 预压范围应等于或大于建筑物基础外边缘所包围的范围。 （2）预压荷载 预压荷载的大小应根据设计要求确定。 （3）加载速率 一次性加载—— 天然地基土的强度满足预压荷载下地基的稳定性。 分级逐渐加载—— 天然地基土的强度不满足时，应待前期预压荷载下 地基土的强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性时方 可加载。地基处理及建筑平移纠偏技术 3 排水固结法 3.3 排水固结法施工4.1 水泥土的形成4.1 水泥土的形成4 水泥土搅拌桩 通过机械将水泥与 土进行强力搅拌，形成 具有较高强度的水泥土。地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 4.1 水泥土的物理力学性质 4.1.1 物理性质 （1）重度 当水泥掺入比在8%～20%之间，水泥土重度比 原状土增加约3%～6% （2） 含水量 水泥土的含水量一般比原状土降低7～15% （3）抗渗性 渗透系数K一般在10-7～10-8cm/ces4 水泥土搅拌桩地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 （1）无侧限抗压强度 无侧限抗压强度qu在0.3～4.0MPa之间，比原状土提高几十倍 乃至几百倍。 （2）抗拉强度 抗拉强度在（0.15～0.25）qu之间。 （3）抗剪强度 当水泥土qu=0.5～4MPa时，其粘聚力C在100～1000KPa之间， 其摩擦角在20～30之间。 （4）变形特性 当qu=0.5～4.0MPa时，50d后的变形模量相当于（120～150）qu。4 水泥土搅拌桩4.1 水泥土的物理力学性质 4.1.1 力学性质地基处理及建筑平移纠偏技术 4.3 水泥土搅拌桩地基加固4.3 水泥土搅拌桩地基加固a) 柱状布置；b) 壁状布置； c) 格栅状布置；d) 块状布置 4 水泥土搅拌桩工程实例照片 地基处理及建筑平移纠偏技术 4.4 设计原理4.4 设计原理桩土共同承载（复合地基） 承载力 —— 桩的承载力 + 桩间土承载力（折减）； 沉降 —— 桩范围的压缩 + 桩端以下土的沉降。4 水泥土搅拌桩地基处理及建筑平移纠偏技术 4.4 设计原理 水泥土桩复合地基的变形包括： 水泥土桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩 变形之和。 桩群体的压缩变形值可根据上部结构、桩长、桩身强 度等因素按经验取20~40mm。 桩端以下未加固土层的压缩变形可按分层总和法计算。 4 水泥土搅拌桩4.4 设计原理地基处理及建筑平移纠偏技术 4.5 水泥土搅拌桩的施工4.5 水泥土搅拌桩的施工4 水泥土搅拌桩搅拌桩机的主机地基处理及建筑平移纠偏技术 4.5 水泥土搅拌桩的施工4.5 水泥土搅拌桩的施工 4 水泥土搅拌桩“一次喷浆、二次搅拌”施工流程 a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌； e)重复提升搅拌；f )成桩结束 当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，以后再重复d）与e）的过程。地基处理及建筑平移纠偏技术 水泥掺量及外加剂 水泥掺量及外加剂 水泥掺量—— 水泥掺入比一般为12~18% 水灰比~1: (0.5~1) 4 水泥土搅拌桩4.5 水泥土搅拌桩的施工地基处理及建筑平移纠偏技术 施工施工要点.  a. 复搅工艺 确保搅拌均匀，必要时采用“二喷三搅”工艺 b. 提升速度~喷浆速度 提升搅拌速度不宜大于0.5m/min； 提升速度与喷浆速度应协调，以保证延桩身全长 喷浆均匀。 c. 桩顶与桩端的处理 （a） 采用复搅工艺 采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺； （b） 增加水泥掺量（2%～4%）。4 水泥土搅拌桩4.5 水泥土搅拌桩的施工地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 旋挖筒状钻5 特殊灌注桩施工技术地基处理及建筑平移纠偏技术 扩底桩 扩底桩 5 特殊灌注桩施工技术地基处理及建筑平移纠偏技术 扩底桩扩底桩5 特殊灌注桩施工技术地基处理及建筑平移纠偏技术 地基处理及建筑平移纠偏技术 5 特殊灌注桩施工技术地基处理及建筑平移纠偏技术