天大《土力学与基础工程》学习笔记九

9.1 概述 9.1.1 软土的特点 ①含水量高，孔隙比大 ②抗剪强度低 ③压缩性大 ④ 渗透性小 l1 < 20kpa ϕ ′ = 20o ~ 35o a1− 2 在 4-5 MPa k = i ×10−6 ~ 10 −9 cm / s w=30~80%;e=1~2
⑤有明显结构性 ⑥明显的流变性。 在可能的情况下，尽量选用天然地基，不得已时选用人工地基。 9.1.2 处理方法 砂垫层法；砂井；真空预压；深层搅拌；强夯法，土工织物法等。 9.2 夯实及碾压法 9.2.1 土的击实 （一）击实原理 含水量较小时，土粒表面结合水膜很薄（主要是强结合水） ，颗粒间很大的 分子力阻碍着土的压实，含水量增大时，结合水膜增厚，粒间联结力减弱，水起
F (n) = n= de dw
式中 Tr－径向固结时间因数； t－计算时间； n－井径比； dw－砂井直径。 de ――砂井固结的等效影响直径，视砂井排列形状不同而异 正方形排列时 de ＝1.128d 施花形排列时 de ＝1.05d ，d 为砂井间距。 e――自然对数的底。 砂井预压加固的设计要点： ① 预压范围和预压荷载的大小 预压范围应大于拟建建筑物基础的面积； 预压荷载采用建筑物设计荷载的 1.2 ～1.5 倍。 控制好预压荷载的施工速率。 沉降（每昼夜不大于 10mm） ，水平位移（每昼夜不大于 3 ～5mm） ②预压时间的确定 视要求达到的固结度，被加固软土层的厚度、透水性、排水边界条件及预压 荷载的大小，而通过固结度计算确定。 ③砂井的长度 当软土层不厚时，应尽量打穿软土层；当软土层很厚，尽量打到透水夹层或 透镜体。 ④砂井的直径 d w 和间距 l d w 多采用 d w ＝30～40Cm
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Cvr ――径向固结系数。 ②用分离变量法解得土层的平均固结度 U rz = 1 − (1 − U z )(1 − U r ) 式中 U rz ――由径向、竖向固结同时作用引起的平均固结度： U z ――竖向固结引起的平均固结度； U r ――由径向固结引起的土层平均固结度。 由径的排水引起的土层平均固结度 ur = 1 − e − Tr = Cvr t d e2 u2 3n 2 − 1 n ln( ) − 4n 2 n2 − 1 8 Tr F ( n)
3. 土性及颗粒级配，级配越好，越能获得较大干密度。粗颗粒土，则易 在低含水量时获得最大干密度； “橡皮土” ，不好压实； 级配好，容易压实。 9.2.2 重锤夯实和碾压 垂锤夯实：起重机和重锤。锤重不小于 15KN，锤底直径 0.7～1.5m。 重锤夯实效果： 锤重、锤底直径、落距，夯击的遍数，夯实土的种类，含水量 机械碾压： 平碾、举足碾、压路机、推土机等。压实效果取决于含水量和压实能。平碾 80～100KN，举足碾 120KN。每层铺土厚约为 200～300mm，碾压 8～12 遍。 *9.3 换土垫层法 9.3.1 垫层的类型及作用 一、类型： ① 砂垫层；②碎石垫层；③素土垫层④灰土垫层等。 二、垫层作用： ①提高浅基础土地基的承载力； ②减少沉降量； ③加速软土层排水固结 9.3.2 砂垫层设计
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水泥或石灰强制搅拌，使软粘土硬结成具有整体性， 水稳定性和足够强度的地基 土。 该法对已有建筑物筑影响小，施工方便，无噪音，无振动。 深度：15m 左右 9.7.2 复合地基计算 1. 复合地基承载力计算 水泥土复合地基承载力标准值 f sp • k = m Rkd + β (1 − m) f sk Ap
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着润滑的作用，使土粒易于移动而形成最优的密实排列，压实效果就变好。如果 含水量继续增大，以致土中出现自由水，压实时，孔隙水不易排出，形成较大的 孔隙压力，阻土粒靠拢，压实效果下降。 （二）土的击实试验
Wop = W p +2(%) （三）影响击实的因素 1. 含水量 w； 2. 夯击能量；
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确定断面合理的厚度和宽度 1.砂垫层厚度的确定 对软弱下人层验算的要求 σ z + σ cz ≤ f z 式中 f z ――两垫层底面积软弱土层的承载力设计值： σ cz ――砂垫层底面处土的自重应力标准值 σ z ――砂垫层底面处的附加应力设计值 计算时先假设垫层厚，然后按上式验算，至满足要求为止。一般垫层厚度为 1～2m。若<0.5m 效果不显著；若>3.0m 施工较困难。 2. 确定砂垫层宽度 满足应力扩散的要求，防止垫层向两边挤动。常用扩散角法。
b ' = b + 2 z tan θ
Q = f （换填材料、Z/b）
9.3.3 砂垫层的施工 1.选择砂垫层料 2.加密砂垫层砂到设计要求 3.避免挠动软土层表面和破坏坑底土结构 4.采用碎石垫层，需要先铺一层砂，然后再铺垫层，避免碎石挤入土中。 9.4 排水固结预压法 适宜处理： 淤泥、淤泥质土及其他软粘土 排水砂井（堆载+砂井） 砂井地基固结包括两部分：①天然地基在竖直方向的单向固结；②设置砂井 引起的水平排水导致的固结。以上构成三向轴对称固结问题。 ①三向轴对称固结微分方程 ∂ 2 u2 1 ∂u r ∂u ∂ 2u = Cvz 2 + Cvr 2 + ∂t ∂z x ∂r ∂r 式中 C zr ――竖向固结系数；
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f s ――基础底面处的天然地基承载力设计值； G――群桩体总重量； Al――群桩体底面积； f l ――群桩体底面处天然地基承载力设计值（经深度修正） Au――群桩体外侧表面面积； f e ――群桩体外侧表面平均摩阻力 （3）复合地基沉降计算 S=SSP+SS 式中 S sp S s ――复合地基（群桩体）及其土层的压缩量，按分层总和法计算 计算 S sp 用压缩模量为桩土复合模量 Esp Esp = mE p + (1 − m) Es 式中E P、ES ――水泥土搅拌桩和桩间基土的压缩模量 §9-8 高压喷射注浆法 高压喷射注浆法是我国工程界常用的方法，它是用高压射流技术、 喷射化学 浆液加固处理地基的一种方法。大坝堤防渗漏时常用，如“流土” “管涌” 。 机具：高压脉冲泵，带有喷口的钻头。 ①单管法②二重管法③三重管法④多重管法 9.9 土工合成材料的应用 9.9.1 何为土工合成材料 土工合成材料在软土加固中应用广泛。它是由化纤纤维（纺织布）组成化纤 胶结压合而成（无纺布） 。 9.9.2 特点： ①强度高 ①延伸性能③易塑性 9.9.3 应用 它具有良好的透水性能，用作排水，还可用作加固 1. 在软土上建造土堤或围堰 2. 作挡土墙 3. 作施工垫层 4. 护坡加固 5. 铺路等 6. 加筋材料； 7. 排水板；
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l――由井径比 n 确定，目前常用的井径比 n=5～9 ，即间距 2～3m。井径 比愈小，易破坏土的结构；愈大，则固结效果差。 ⑤砂井的排列 正方形和梅花形两种。 梅花形布置 de = 正方形布置 de = d e ——砂井影响直径； l ——砂井的间距。 9.5 挤密法和振冲法 9.5.1 挤实砂桩法 把套管通过冲击和振动边挤实边造孔，再把砂灌入孔中形成挤实砂桩。 直径 d=0.6 ～0.8m,间距约 1 ～2.5。常采用正方形成梅花形。石土、石灰、 灰土或其他材料加入捣实成桩体。砂桩和砂井不同，桩——挤密、直径大；井— —排水固结，井径小，间距大。 适用于处理深层松砂、杂填土和粘粒含量不高的粘性土。 桩――挤密、直径大 井――排水团结桩距较井径小，间距大， 9.5.2 振冲法 振冲器、在振动和水冲的联合作用下边挤实边造孔，然后强化砂而成桩。 振冲桩的作用： 1.置换作用。振冲桩对软粘土没有挤实作用。 2.排水性能。振冲桩在软土中的适 9.6 强夯法 9.6.1 验夯法的作用机理 重锤 100KN ～300KN 从高处（10～15mm）自由下落，对土进行强力夯击称为 强夯法。由夯击能转化为土骨架的变形能，起到加固土层的目的。 9.6.2 经验公式 Z＝M E＝M WH/10 式中 Z――加固深度； E――夯击能量； W――锤重，KN； H――落高，m； m――经验系数，m=04~08 9.7 深层水泥搅拌法 9.7.1 机理 利用水泥作固结剂，通过特制的深层搅拌机械， 在地基深部就地将软粘土和 4 l = 1.13l π 2 3 l = 1.05l π
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主 内
题：基础工程》学习笔记九 ——软土地基
教学目的、要求 : 掌握： 换土垫层的设计要点 理解： 复合地基设计的概念 了解： 常用地基处理方法的原理与适用范围 教学内容： 基本内容：夯实及碾压法；换土垫层法；排水固结预压法；挤密法和振冲法； 强夯法；深层水泥搅拌法；高压喷射注浆法；土工合成材料的应用。 重点： 换土垫层法的设计要点 难点： 换土垫层法的设计要点 基本要求 了解常用地基处理方法的原理与适用范围，熟悉复合地基设计的概念， 掌握换土垫层的设计要点。
（2）群桩体底面下软弱层承载力验算 此时视桩和桩间土为底面积为 Al 的实体基础，要求满足下列条件： pA + G ≤ f l Al + f s ( A − Al ) + f e Au 或[pA + G - f s (A - A l ) - f e A u ]/A l ≤ f l 式中 p ――作用于复合地基表面的荷载设计值； A――基础底面面积；
式中 f sp • k , f sk ――复合地基，桩间土的承载力标准值； AP、m ――搅拌桩载面面积和复合地基面积置换率。 β――桩间土承载力折减系数 桩端下为软土时，取β＝0.5～1.0 桩端下为硬土时，β＝0.1～0.4 不考虑桩端土时，β＝0 k kd ――搅拌桩的单桩竖向承载力标准值，现场载荷试验确定或取以下二式 计算结果的小值 Rkd = ηf cuk A p Rkd = q s u p l + ξAp q p 式中 f cuk ――与搅拌桩水泥土配方相同的立方体试块，在室内测定的无侧限抗压 强度平均值（标准质） l , u p ――桩长和桩周长； q s ――桩周土的平均摩阻力标准质； q p ――桩端土的天然地基承载力标准值； ξ ,η ――折减系数， ξ ＝0.4 ～20 ，η ＝0.35～0.5