《第3章基础工程.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章基础工程.ppt(104页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第三章 基础工程,主讲:张宗领 付超,土木工程概论,本章主要内容:,3.1 工程地质勘查 3.2 浅基础 3.3 深基础 3.4 不均匀沉降问题 3.5 地基处理,基础:将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构 与地基土的下部结构。 地基:是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。,前言,天然地基 :自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求,不需要人工处理的地基。 天然地基土分为:岩石、碎石土、砂土、粘性土。 地基处理:地基处理是指天然地基软弱,不能满足地基承载力和变形的设计要求,而需经过人工处理后再建造基础。欧美国家亦有称地基加固。 人工地基: 天然地基的承载力不能承受基础传递的全部荷载,需经
2、人工处理后作为地基的土体称为人工地基。 处理方法:换填法、 预压法、强夯法、震冲法、 深层搅拌法等。,3.1 岩土工程勘察,勘察与测绘的目的和任务:,1.查明地貌和地质条件 2.对场地或建筑地段的稳定性和适宜性做出评价 3.为勘察方案的布置提供依据,岩土工程勘察的任务: 按照不同勘察阶段的要求,正确反映场地的工程地质条件 及岩土体性状的影响,并结合工程设计、施工条件,以及地基 处理等工程的具体要求,进行技术论证和评价,提出岩土工程 问题及解决问题的决策性具体建议,并提出基础、边坡等工程 的设计准则和岩土工程施工的指导性意见,为设计、施工提供 依据。,岩土工程勘察三阶段:,可行性研究勘察 应符合
3、场地方案确定的要求,并进行下列主要工作: 1、搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料; 2、在充分搜集和分析已有资料的基础上,通过踏勘了解场地的地层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件; 3、当拟建场地工程地质条件复杂,已有资料不能满足要求时,应根据具体情况进行工程地质测绘和必要的勘探工作; 4、当有两个或两个以上拟选场地时应进行比选分析。,初步勘察 应符合初步设计或扩大初步设计的要求,应对场地内拟建建筑地段的稳定性做出评价,并进行下列主要工作: 1、搜集拟建工程的有关文件、工程地质和岩土工程资料以及工程场地范围的地形图; 2、初步查明地质构造
4、、地层结构、岩土工程特性、地下水埋藏条件; 3、查明场地不良地质作用的成因、分布、规模、发展趋势,并对场地的稳定性做出评价。 4、对抗震设防烈度等于或大于6 度的场地,应对场地和地基的地震效应做出初步评价; 5、季节性冻土地区,应调查场地土的标准冻结深度; 6、初步判定水和土对建筑材料的腐蚀性; 7、高层建筑初步勘察时,应对可能采取的地基基础类型、基坑开挖与支护、工程降水方案进行初步分析评价。,详细勘察 应符合施工设计的要求。应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数,对建筑地基做出岩土工程评价,并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防
5、治等提出建议。主要应进行下列工作: 1、搜集附有坐标和地形的建筑总平面图,场区的地面整平标高,建筑物的性质、规模、荷载、结构特点、基础形式、埋置深度、地基允许变形等资料; 2、查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度,提出整治方案的建议; 3、查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性、分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力; 4、对需进行沉降计算的建筑物,提供地基变形计算参数,预测建筑物的变形特征; 5、查明埋藏的河道、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物; 6、查明地下水的埋藏条件,提供地下水位及其变化幅度; 7、在季节性冻土地区,提供场地土的标准冻结深度; 8、
6、判定水和土对建筑材料的腐蚀性。,3.1.1 工程地质测绘 对地质条件较复杂的场地,在可行性研究或初步勘察阶段宜进行工程地质测绘。 工程地质测绘的定义: 就是填绘工程地质图件,根据野外调查综合研究勘察区的地质条件,填绘在适当比例尺的地形图上加以综合反映。 工程地质测绘的目的: 为查明场地及其邻近地段的地貌、地质条件,并结合其他勘察资料对场地或建筑地段的稳定性和适宜性做出评价,并为勘察方案的布置提供依据。,各种条件下的勘测,海上勘察,水上勘察,岩溶勘察,软土勘察,像片成图法 是利用地面摄影或航空(卫星)拍摄的像,先在室内解释,并结合所掌握的区域地质资料,确定出地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地
7、质现象等,描绘在单张像片上。然后在像片上选 择需要调查的若干点和 路线,据此去实地进行 调查、校对修正,绘成 底图。最后,将结果转 绘成工程地质图。,工程地质常用的测绘方法:,航空摄影测量,实地测绘法,遥感技术 目前,遥感技术也已在工程地质测绘中得到广泛应用。 遥感是指根据电磁辐射的理论,应用现代技术中的各种探测器,对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收、传送到地面接收站加工处理成遥感资料(图像或数据),用来探测识别目标物的整个过程。将卫星照片和航空照片的解译应用于工程地质测绘,做到省时、高质、高效,节省工程勘察费用。,3.1.2 岩土工程勘探方法 一、钻探 钻探是用钻机在地层中钻孔,以鉴别和
8、划分地层,观测地下水位,并可沿孔深取样,用以测定岩石和土层的物理力学性质。 钻探属直接勘探手段,能较可靠地了解地下地质情况,是勘探方法中应用最广泛的一种。 钻探方法一般分回转式、冲击式、振动式和冲洗式四种。岩土工程勘察规范根据岩土类别和勘察要求,给出了各种钻探方法的适用范围。另外,对浅部土层的勘探可采用人力钻,如小口径麻花钻(或提土钻)、小口径勺形钻、洛阳铲。,二、坑探、槽探 坑探是在建筑场地挖深井(槽)以取得直观资料和原状土样,这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。 坑探工程的缺点是:使用时往往受到自然地质条件的限制,耗费资金大而勘探周期长;尤其是重型坑探工程不可轻易采用。岩土工程勘
9、探中常用的坑探类型有:探槽、试坑、浅井、竖井(斜井) 、平硐dng 和石门(平巷) 。,各种坑探工程的特点和适用条件,三、地球物理勘探,地球物理学用物理学的原理和方法,对地球的各种物理场分布及其变化进行观测,探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化,研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术,为灾害预报提供重要依据。,重力勘探三维数据处理,1、重力勘探 利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。 2、 磁法勘探 自然界的岩石和矿石具有不同磁性,可以
10、产生各不相同的磁场,它使地球磁场在局部地区发生变化,出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常,进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。 3、电法勘探 根据岩石和矿石电学性质(如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性,即所谓“电性差异”)来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场,分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。,4、 地震勘探 是近代发展变化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时,遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波
11、或折射波返回地面,用专门的仪器可记录这些波,分析所得记录的特点,如波的传播时间、振动形状等,通过专门的计算或仪器处理,能较准确地测定这些界面的深度和形态,判断地层的岩性,是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法,也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工程地质等问题。,3.1.3 室内试验与原位测试 在土工实验室或现场原位进行测试工作,可以取得土和岩石的物理力学性质和地下水的水质等定量指标。 1、室内试验 室内试验项目应根据岩土类别、工程类型、工程分析计算要求确定。如对粘性土、粉土一般应进行天然密度、天然含水量、土粒比重、液限、塑限、压缩系数及抗剪强度(采用三轴仪或直
12、剪仪)试验。,四联等应变直剪仪,光电液塑限测定仪,三轴仪,电子天平,烘箱,2、原位测试 原位测试包括静载荷试验、旁压试验、静力触探试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、波速测试及其他现场试验。 原位测试能在现场条件下直接测定土的性质,避免试样在取样、运输以及室内试验操作过程中被扰动后导致测定结果的失真,因而其结果较为可靠。,(1)浅层平板载荷试验 地基土浅层平板载荷试验是在天然地基上通过承压板向地基施加竖向荷载,观察所研究地基土的变形和强度规律的一种原位试验。 试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍。深度与被测土层深度相同,承压板面积可采用0.25 0.5m2。 应注意保持试验土层的原结构
13、和天然湿度。宜在拟压表面用不超过20mm厚的粗中砂找平。 加荷分级不应小于8级,每级加载后,按间隔10min,10min,10min,15min,15min测读一次沉降,以后间隔半小时测读一次沉降量,当连续2小时内,每小时沉降量小于0.1mm时,则认为已经趋于稳定,可加下一级荷载。最终得到荷载-变形曲线。,(2)旁压试验 当基础埋深较大,不适合载荷试验;当持力层在地下水位以下,无法采用载荷试验。 原理:利用放置在钻孔内的一个可扩张的圆柱形旁压器,通过控制装置对孔壁施加压力,测得土体的横向应力应变关系曲线,从而得到较深处土层的变形模量和承载力。 在已钻成的钻孔内进行的旁压试验,称为预钻式旁压仪。
14、由于钻孔不但使孔壁土体受扰动,同时也改变了孔壁土体的应力状态,使旁压试验结果失真。 因此,为减少探头插入过程对土的扰动,保持土体的天然应力状态,又发展了自钻式旁压仪。,旁压仪及实验曲线,(3)触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层,从而间接判断土层及其性质的一类勘探方法。触探可用于划分土层,了解地层的均匀性,但应与钻探等其他勘探方法配合使用,以取得良好的效果;另外,还可用来估计地基承载力和土的变形指标。 触探分为静力触探和动力触探。 1)静力触探 静力触探试验是用静力匀速将标准规格的探头压入土中,利用电测技术同时量测探头阻力,测定土的力学特性,具有勘探和测试双重功能。适用于软土、一
15、般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。,静力触探设备的核心部分是触探头。探头按结构分为单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头。触探杆将探头匀速贯入土层时,探头通过安装在其上的电阻应变片可以测定土层作用于探头的锥尖阻力和侧壁阻力。,静力触探试验,2)动力触探 动力触探是将一定质量的穿心锤,以一定高度自由下落,将探头贯入土中,然后记录贯入一定深度的锤击次数,以此判别土的性质。动力触探设备主要由触探头、触探杆和穿心锤三部分组成。 根据探头的形式不同,分为标准贯入试验和圆锥动力触探试验两种类型。 1)标准贯入试验 标准贯入试验应与钻探工作相配合。标准贯入试验是将质量为63.5kg的穿心锤以
16、76cm的落距自由下落,将贯入器垂直打入土层30cm的锤击数,计为标准贯入试验锤击数N。当锤击数已达50击,而贯入深度未达30cm时,可记录50击的实际贯入深度,按下式换算成相当于30cm的标准贯入试验锤击数N,并终止试验。,式中:S50击时的贯入度,cm。,试验后拔出贯入器,取出其中的土样进行鉴别描述。根据标准贯入试验锤击数N,可对砂土、粉土和一般粘性土的物理状态,土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力,成桩的可能性等做出评价。在建筑抗震设计规范中,以它作为判定砂土和粉土是否可液化的主要方法。但需指出,应用N值时是否修正和如何修正,应根据建立统计关系时的具体情况确定。,3.2 浅基础,一
17、、浅基础的定义,天然地基上的浅基础:位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度虽超过5m,但小于基础宽度的大尺寸基础(如箱形基础)。 人工地基上的浅基础:若地基属于软弱土层(通常指承载力低于100kPa的土层),或者上部有较厚的软弱土层,不适于做天然地基上的浅基础时,也可将浅基础做在人工地基上。 天然地基上的浅基础优点:埋置深度较浅,用料较省,无需复杂的施工设备,在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建,工期短、造价低,因而设计时宜优先选用天然地基。,二、浅基础的类型,按基础刚度分类:刚性基础、扩展基础,1.刚性基础 刚性基础是由砖、石、素混凝土或
18、灰土等材料做成的基础。,(a)砖基础 (b)毛石基础 (c)素混凝土基础,刚性基础又称为无筋基础,其抗拉、抗剪强度较低,广泛用于基底压力较小或地基土承载力较高的六层以下的民用建筑或砖墙承重的轻型厂房。 刚性基础的结构设计是限制材料强度和控制台阶宽高比即满足刚性角的要求。,2、扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求时,可以做成钢筋混凝土基础,称为扩展基础,亦称延性基础。,墙下钢筋混凝土扩展基础示意图,一般用钢筋混凝土建造,其抗弯能力强,可不受刚性角限制。扩展基础的作用是将上部结构传来的荷载,通过向侧边扩展成一定的底面积,使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力,而基础内部的应力应同时满足材
19、料本身的强度要求,这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。 扩展基础一般可分为柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。,柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成锥形和台阶形。 对于墙下扩展基础,当地基不均匀时,还要考虑墙体纵向弯曲的影响,为增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力,墙下扩展基础可采用有肋梁的基础形式。,扩展基础按构造可分为:独立基础、条形基础、筏板基础、箱型基础、壳体基础。 (1)独立基础: 在建筑中,柱的基础一般都是独立基础。当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时,基础常采用方行或矩形的独立式基础。 常作为高烟囱,水塔基础等的基础形式。,(2)条形基础: 指基础长度
20、远远大于宽度的一种基础形式。按上部结构分为墙下条形基础和柱下条形基础。 当上部荷载较大,地基承载力或地基土层不均匀,采用柱下钢筋混凝土独立基础时承载力或沉降不能满足要求,而增加基底面积及埋深又受到条件限制时,宜采用柱下条形基础。 当采用柱下条形基础仍不能满足要求时,可采用柱下十字交叉条形基础。,墙下条形基础,(3)筏形基础,(4)箱形基础,(5)壳体基础,3.3 深基础,一、深基础的定义,深基础:位于地基深处承载力较高的土层上,埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础。,二、深基础的类型 桩基础、地下连续墙、墩基础和沉井基础、沉箱基础等。,1、采用桩基础的条件 一般若采用天然地基,出现地基承载力不
21、足或沉降量过大时,宜考虑选择桩基础。 如高层建筑、纪念性或永久性建筑、设有大吨位的重级工作制吊车的重型单层工业厂房、高耸建筑物或构筑物(如烟囱、输电铁塔等)、大型精密仪器设备基础。 当建筑物或构筑物荷载较大,地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地层时,最宜采用桩基。,2、桩的分类 桩可根据桩身材料、施工方法、成桩过程中挤土效应、承载性状及使用功能等进行分类。,3.3.1 桩基础,(1)按桩身材料分类 按桩身材料不同可将桩划分为:木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,a.木桩 b.预制混凝土桩 c.预制混凝土管桩 g.复合桩,(2)按施工方法分类 按施工方法可分为预制桩和灌注桩两
22、大类。,1)预制桩:是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩(如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等),用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。,2)灌注桩:直接在所设计的桩位上开孔,其截面为圆形,然后在孔内加放钢筋骨架,灌注混凝土而成。 由于具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点,在施工中得到较为广泛的应用。,混凝土灌注桩,(3)按成桩过程中挤土效应分类 挤土桩(排土桩) 在成桩过程中,桩周围的土被挤密或挤开,使桩周围的土受到严重扰动,土的原始结构遭到破坏,土的工程性质发生很大变化。这类桩主要有挤土灌注桩和打入式预制桩等。 非挤土桩(非排土桩) 在成桩过
23、程中,将与桩体积相同的土挖出,因而桩周围的土很少受到扰动。这类桩主要有各种形式的挖孔或钻孔桩、井筒管桩和预钻孔埋桩等。 部分挤土桩 在成桩过程中,桩周围的土仅受到轻微的扰动,土的原状结构和工程性质没有明显变化。这类桩主要有预钻孔打人式预制桩、打人式敞口桩和部分挤土灌注桩等。,(4)按承载性状分类 轴向荷载作用下的竖直桩,按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式,可分为:端承型桩和摩擦型桩。,端承型桩,摩擦型桩,摩擦型桩 a)摩擦桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载由桩侧摩擦阻力承受的桩,桩尖部分承受的荷载很小,如在饱和软粘土地基,数10米深度内无坚硬的桩尖持力层的桩。这类桩基的沉降较大。 b)端承
24、摩擦桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载主要由桩侧摩擦阻力承受。即在外荷载作用下,桩的端阻力和侧壁摩擦力都同时发挥作用,但桩侧摩擦阻力大于桩尖阻力。如穿过软弱地层嵌入较坚实的硬粘土的桩。,端承型桩 a)端承桩:在极限荷载作用状态下,桩顶荷载由桩端阻力承受的桩。如通过软弱土层桩尖嵌入基岩的桩,外部荷载通过桩身直接传给基岩,桩的承载力由桩的端部提供,不考虑桩侧摩擦阻力的作用。 b)摩擦端承桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载主要由桩端阻力承受的桩。如通过软弱土层桩尖嵌入基岩的桩,由于桩的长细比很大,在外部荷载作用下,桩身被压缩,使桩侧摩擦阻力得到部分地发挥。,3.3.2 地下连续墙 地下连续墙开挖技术起源
25、于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的,1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工,20世纪5060年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广,成为地下工程和深基础 施工中有效的技术。 1、定义:利用各种挖槽机械,借 助于泥浆的护壁作用,在地下挖出 窄而深的沟槽,并在其内浇注适当 的材料而形成一道具有防渗(水)、 挡土和承重功能的连续的地下墙体。,2、发展 经过几十年的发展,地下连续墙技术已经相当成熟,其中以日本在此技术上最为发达,已经累计建成了1500万平方米以上,目前地下连续墙的最大开挖深度为140m,最薄的地下连续墙厚度为20cm。 1958
26、年,我国水电部门首先在青岛丹子口水库用此技术修建了水坝防渗墙,到目前为止,全国绝大多数省份都先后应用了此项技术,估计已建成地下连续墙120万140万平方米。 初期阶段,地下连续墙基本上都是用作防渗墙或临时挡土墙,现在已经越来越多地用作结构物的一部分或用作主体结构的深基坑工程中。,2、适用范围: (1)施工震动小、噪声低,墙体刚度大,防渗性能好,对周围地基无扰动,可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙代替桩基础、沉井基础或沉箱基础。 (2)对土壤的适应范围很 广,在软弱的冲积层、中硬 地层、密实的砂砾层以及岩 石的地基中都可施工。 (3)初期用于坝体防渗,水 库地下截流,后发展为挡土 墙、地下
27、结构的一部分或全部。 房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用。,3.3.3 墩基础 1、定义: 是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土(钢筋混凝土)而成,我国多用人工开挖,亦称大直径人工挖孔桩。 2、墩身施工: 在护圈保护下开挖土方支模板浇筑混凝土护圈浇筑墩身混凝土。 3、适用范围: 墩基础多用于多层建筑,由于 基底面积按天然地基的设计方法进 行计算,免去了单墩载荷试验。因 此,在工期紧张的条件下较受欢迎。,一般埋深大于3m、直径不小于800mm且埋深与墩身直径比小于6或埋深与扩底直径比小于4的独立刚性基础,可按墩基进行设计。,3.3.4 沉井基础 为了满足
28、结构物的要求,适应地基的特点,在土木工程结构的实践中形成了各种类型的深基础,其中沉井基础,尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井,在国内外已有广泛的应用和发展,如我国的南京长江大桥。,公路铁路两用双层钢 架连续桥梁,跨度160米, 铁路桥总长6,772米, 1968年建成,该桥的建成 是中国修建深水基础桥梁工程的一项重大突破。,1、沉井的定义: 沉井是一种四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物。通常用钢筋混凝土制成。 沉井是在地面或地坑上,先制作开口钢筋混凝土筒身,达到一定强度后,在井筒内分层挖 土、运土,随着井内土面逐渐 降低,沉井筒身借其自重或添 加重物等措施克服
29、与土壁之间 的摩阻力,不断下沉至设计标 高,再浇注混凝土封底并填塞 井孔,成为建筑物基础的井筒 状构造物。,2、沉井基础的类型: (1)按平面形式分类:单孔或多孔的圆形、矩形、圆端形或网格形; 圆形沉井:水流阻力小,在同等面积下,同其他类型相比,周长最小、摩阻力相应减小,便于下沉;井壁只受轴向压力,且无绕轴线偏移问题; 矩形沉井:制作方便,和等面积的圆形沉井相比,其惯性矩及核心半径均较大,对基底受力有利;但四角处的土不易挖除,河流水流也不顺,在侧压力作用下,沉井外壁受较大的挠曲应力; 圆端形沉井:兼有两者的优缺点。,(2)按竖直剖面形式分类:竖直形、倾斜形和阶梯形等。,优点:埋置深度可以很大、
30、整体性强、稳定性好,能承受较大的垂直荷载和水平荷载。 缺点:施工期较长;对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现象,造成沉井倾斜;沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大,均会给施工带来一定困难。 范围:当上部荷载较大,结构对基础的变位敏感,而表层地基土的允许承载力不足,做扩大基础开挖工作量大以及支撑困难,但在一定深度下有好的持力层时,一般采用沉井基础。 在山区河流中,虽然浅层土质较好,但冲刷大,或河中有较大卵石不便桩基础施工的情况下会考虑采用沉井基础方案。,3.3.5 沉箱基础 沉箱基础又称气压沉箱基础,它是以气压沉箱来修筑的桥梁墩台或其它构筑物的基础。 在沉箱工作室里,工作人员
31、用挖土机具、水力机械和其他机具挖除沉箱底下的土石,排除各种障碍物,使沉箱在其自重及其他压重作用下,克服周围的摩阻力及压缩空气的反力而下沉。 沉箱下到设计标高并经检验、处理 地基后,用圬工填充工作室,拆除气 闸气筒,这时沉箱就成了基础的组成 部分。在其上面可在围堰保护下继续 修筑所需要的建筑物,如桥梁墩台、 水底隧道、地下铁道及其他水工、港 口构筑物等。,适用范围: 待建基础的土层中有障碍物而用沉井无法下沉,基桩无法穿透时; 待建基础邻近有埋置较浅的建筑物基础,要求保证其地基的稳定和建筑物的安全时; 待建基础的土层不稳定,无法下沉井或挖槽沉埋水底隧道箱体时; 地质情况复杂,要求直接检验并对地基进
32、行处理时。,发展简史: 沉箱是从潜水钟发展起来的。 1841年法国工程师M.特里热在采煤工程中为克服管状沉井下沉困难,把沉井的一段改装为气闸,成了沉箱,并提出了用管状沉箱建造水下基础的方案。 1851年J.赖特在英国罗切斯特梅德韦河建桥时,首次下沉了深18.6米的管状沉箱。 1859年法国弗勒尔-圣德尼在莱茵河上建桥时,下沉了底面和基底相同的矩形沉箱,以后被广泛应用。,早期的沉箱多用钢铁制造,以后又相继出现石沉箱、木沉箱、钢筋混凝土沉箱等。 特大型的沉箱应推18781880年法国土伦船坞钢沉箱,其平面为41144米。 下沉最深的沉箱为1955年位于密西西比河上、跨度 655米的管道悬索桥,因采
33、用了沉箱周围打深井抽水以降低地下水位的措施,使刃脚下工作最低处在静水位以下达44米。 中国最先采用沉箱基础的是京山(北京山海关)铁路滦lun河桥(18921894年),中国自行设计建造的浙赣(浙江江西)铁路杭州钱塘江桥(19351937年),采用了沉箱下接桩基的联合基础。中华人民共和国成立后,有些桥梁如1955年建成的黎(塘)湛(江)铁路贵县郁江桥也曾使用沉箱基础,但以后逐渐为管柱及其他基础所替代。,3.4 不均匀沉降 地基的不均匀沉降会造成建筑物的开裂,影响其使用功能的发挥,因此,设计中必须考虑如何防止或减轻不均匀沉降造成的危害。,浅基础设计和计算应该兼顾地基和基础两方面进行,主要内容包括:
34、,1天然地基设计:选择基础埋置深度;确定地基承载力;验算地基变形和地基稳定性。,2基础设计:选择基础类型和材料;计算基础内力;确定基础各部分尺寸、配筋和构造。,一、 建筑措施 1建筑物体型应力求简单 平面形状复杂如:“L”、“T”、“E”、“Z”等的建筑物,整体刚度差,刚度不对称,当地基出现不均匀沉降时,容易产生扭曲应力使建筑物开裂。 因此,当遇到软弱地基时,要力求: 平面形状简单,如用“一”字形建筑物; 立面体型变化不宜过大,砌体承重结构房屋高差不宜超过12层。,2控制建筑物的长高比 二层以上的砌体承重房屋,当预估的最大沉降量超过120mm时,长高比不宜大于2.5。,建筑物开裂实例纵墙的长高
35、比达7.6的过长建筑物。,3合理布置纵横墙,当同一建筑物的地基承载力不同,若外纵墙多次转折,且内纵墙中断时,应尽量使内、外纵墙都贯通。,4设置沉降缝 为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。 当一幢建筑物建造在不同土质且性质差别较大的地基上; 建筑物相邻部分的高度、荷载和结构形式差别较大; 相邻墙体基础埋深相差悬殊时。 为防止建筑物出现不均匀沉降,以至发生错动开裂,应在差异处设置贯通的垂直缝隙,将建筑物划分若干个可以自由沉降的独立单元。,设置原则: 建筑物平面的转折部位; 建筑的高度和荷载差异较大处; 过长建筑物的适当部位; 地基土的压缩性有着显著差异处; 建
36、筑物基础类型不同以及分期建造房屋的交界处。,5合理安排建筑物间的距离,原有的一幢二层房屋,在新建五层大楼影响下开裂。,6控制与调整建筑物的各部分标高,由于沉降会改变建筑物原有标高,严重时将影响建筑物的正常使用,甚至导致管道等设备的破坏。,二、结构措施 1减轻建筑物的自重; 2在墙体内设置圈梁; 3减小和调整基础底面附加应力; 4采用非敏感结构。,圈梁中断时的处理,三、 施工措施 1保持地基土的原状结构; 2选择合理的施工方法; 3合理安排施工顺序。,1、地基处理的对象 地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。 我国的建筑地基基础设计规范(GBJ789)中明确规定:“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质
37、土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。 特殊土地基带有地区性的特点,它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。,3.5 地基处理,3.5.1 地基处理的对象与目的,2、地基处理的目的 地基处理的目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件,这些措施包括以下五个方面的内容。 (1) 改善剪切特性 地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够;使结构失稳或土方开挖时边坡失稳;使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。因此,为了防止剪切破坏,就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。 (2)改善压缩特性 地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大,因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。,
38、(3) 改善透水特性 地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏;基坑开挖过程中产生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。 (4) 改善动力特性 地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化;由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基产生振动下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化,并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。 (5) 改善特殊土的不良地基的特性 主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。,3.5.2 地基处理的方法,换填法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时,常采用换土垫层来处理软弱地基。即将
39、基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯实至密实。,预压法:,预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是,在建筑物或构筑物建造前,先在拟建场地上施加或分级施加相当的荷载,使土体中孔隙水排出,孔隙体积变小,土体密实,提高地基承载力和稳定性。 堆载预压法处理深度一般达10m左右,真空预压法处理深度可达15m左右。,真空预压施工,推土机平整后场地1,整个场区地形高差起伏很大,西部软弱较高区域,推土机平整后场地1,一、处 理 前 场 地,二、处 理 前 平 整 后 场 地,真空预压施工,三、铺 设 砂 垫 层,挖掘机、自卸汽车运砂,机械铺砂全过程,软土区先铺设土工
40、布,再铺设砂垫层,砂垫层找平、清泥,技术人员检查砂垫层质量,真空预压施工,四、打 设 塑 料 排 水 板,塑料排水板打设场景1,塑料排水板打设场景2,塑料排水板施工特写1,塑料排水板施工特写2,真空预压施工,排水板施工后场地情况,五、打 设 塑 料 排 水 板 后 现 场,打板后地面开始沉降,打板后地表出水、沉降、人工清泥,插板验收前场地清泥,真空预压施工,六、开始压膜沟,现场指导开挖压膜沟,开挖好的压膜沟,七、埋设滤管,铺设滤管,安装好的出膜口,真空预压施工,八、铺膜,人工抬膜,人工铺膜,人工踩膜,铺设后场景,真空预压施工,九、安装射流泵,往场区内运送射流泵,安装好的射流泵,试抽气场景,场区
41、南北向修筑的围堰,十、抽气,强夯法(dynamic consolidation) 又称动力固结法,利用起吊设备,将1025吨的重锤提升至1025米高处使其自由下落,依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。 为法国L梅纳(Menard)1969年首创,是提高软弱地基的承载力的方法。,强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。 对非饱和的粘性土地基,一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法;并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。 现有经验表明:在100200吨米夯实能量下,地基承载力可提高25倍,压缩性可降低200500,一般可获得36米的有效夯实深度。,振冲法(Vibrapun
42、ehing method) 又称振动水冲法,是以起重机吊 起振冲器,启动潜水电机带动偏心 块,使振动器产生高频振动,同时 起动水泵,通过喷嘴喷射高压水流,在边振边冲的共同作用下,将振动器沉到土中的预定深度,经清孔后,从地面向孔内逐段填入碎石,使其在振动作用下被挤密实,达到要求的密实度后即可提升振动器,如此反复直至地面,在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基,提高地基承载力,减少沉降,是一种快速、经济有效的加固方法。,振冲法按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。 振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用,置换后填料形成的桩体与土组成复合地基; 在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。
43、振冲法的处理深度可达10m左右。,深层搅拌法 通过特制的深层搅拌机械,在地基中就地将软粘土和固化剂(多用水泥浆)强制拌和,使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。 根据上部结构的要求,可对软土地基进行柱状、壁状和块状等不同形式的加固,处理深度可达812m。,所谓“深层”搅拌法是相对于“浅层”搅拌法而言的。 20世纪20年代,美国及西欧国家在软土地区修筑公路和堤坝时,经常采用一种“水泥土(或石灰土)”来作为路基或堤基。这种水泥土(或石灰土)是按地基加固需要的范围,从地表挖取0.61.0m厚的软土,在附近用机械或人工拌入水泥或石灰,然后填回原处压实,此即软土的浅层搅拌加固法。这种加固软
44、土的方法的深度大多小于1m,一般不超过3m。,深层搅拌法,我国1980年在上海宝钢使用。适宜于加固各种成因的饱和软粘土。一般认为含有高岭石,多水高岭石,蒙胧石等粘土矿物的软粘土加固效果较好,而含有伊里石、氯化物和水钻石英矿物的粘性土以及有机质含量高,酸碱度(PH值)较低的粘性土的加固效果差。,施工过程: 定位沉入到底部喷浆搅拌(上升)重复搅拌(下沉)重复搅拌(上升)完毕。,砂石桩法 振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。 振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下,把套管打入规定的设计深度,夯管入土后,挤密了套管周围土体,然后投入砂石,再排砂石于土中,振动密实成桩,多次循环后就成为砂
45、石桩。也可采用锤击沉管方法。 桩与桩间土形成复合地基,从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化,也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。,砂石桩机,土或灰土挤密桩法 土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土或灰土成桩。 成孔时,桩孔部位的土被侧向挤出,从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基,是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。 土桩及灰土桩法的特点是:就地取材,以土治土,原位处理、深层加密和费用较低。,灰土桩挤密法,3.5.3 地基处理的技术发展,在20世纪60年代中期,从如何提高土的抗拉强度这一思路中,发展了土的“加筋法”;
46、 从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发,发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带; 从如何进行深层密实处理的方法考虑,采用加大击实功的措施,发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。 现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段,如能制造重达几十吨的强夯起重机械;潜水电机的出现,带来了振动水冲法中振冲器的施工机械; 真空泵的问世,才能建立真空预压法;生产了大于200个大气压的压缩空气机, 从而产生了“高压喷射注浆法”。,当前国际土力学及基础工程学会下有专门的地基处理学术委员会。 1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会下也成立了相应的地基处理学术委员会,并组织编著了地基处理手册,同时出
47、版了地基处理期刊,提供了推广和交流地基处理新技术的园地; 我国建设部也组织编写了建筑地基处理技术规范(JGJ7991)。 由此可见,地基处理技术在国内外都处于发展与创新的重要时期。,加筋法 是指在建筑物基础软弱处的土基中加入特殊材料。常见的种类有三种:土工合成材料、加筋土和土钉墙技术。 (1)土工合成材料: 是一种新型的岩土工程材料。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。,土工布,防渗膜,(2)加筋土: 是将抗拉能力很强的拉筋埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生的摩擦力使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定。 拉筋是一种水平向增强体。一般使用抗拉能力强、摩擦系数大而耐腐蚀的条带状、网状、丝状材料,例如,镀锌钢片;铝合金、合成材料等。,土工格栅,(3)土钉墙技术: 一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置,但也有通过直接打入较粗的钢筋和型钢、钢管形成土钉。土钉一般与平面形成一定的角度,故称之为斜向加固体。,工作机理: 土钉与周围土体接触,依靠接触界面上的粘结摩阻力,与其周围土体形成复合土体,并在土体发生变形时,通过其受剪工作对土体进行加固。 适用范围: 适用于地下水位以上或经降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土的基坑支护和边坡加固。,
链接地址:https://www.31doc.com/p-2973700.html