湘潭大学地基处理考试docWord文件下载.docx
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6.4试阐述碎石桩复合地基的受力特点和破环模式。
6.7某小型工程采用振冲置换法碎石桩处理,碎石桩径0.6m,桩距初定1.5m,桩间土天然地基承载力特征值取120kpa,桩土应力比3.0,试分别计算三角形布桩和正方形布桩时该复合地基的面积置换率和承载力特征值。
6.8某松散沙土地基,e=0.81.室内试验得emax=0.9,emin=0.6,采用沙石桩法加固,要求挤密后沙土地基相对密实度达0.8.沙石桩直径0.7m试分别计算等边三角形布桩和正方形布桩时沙石桩间距,
9.1试阐述CFG桩的适用范围。
9.4CFG桩的施工方法有哪些?
其特点是什么?
9.5在施工过程中有哪些需要注意的事项。
12.2水泥土的固话机理?
12.3水泥土无侧限抗压强度的影响因素有哪些?
如何影响?
12.4如何确定水泥土桩复合地基的置换率?
1.地基处理:
对存在有强度、变形、稳定性和渗漏等问题的地基所作的改良(Improvement)和加固(Reinforcement)。
2.场地:
工程建设所直接使用的有限面积的土地。
3.地基:
承托建筑物基础的这一部分很小的场地。
4.基础:
建筑物向地基传递荷载的下部结构。
5.地基处理的对象:
软弱地基,主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基;
特殊地基,具有特殊物质成分、结构和独特工程性质的岩土,包括湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、季节性冻土等的地基。
6.地基处理的目标:
改善特殊土的不良地基特性,提高地基承载力、土的抗剪强度,改善压缩特性减少地基的的沉降、不均匀沉降,改善动力特性防止地基土液化、改善其振动性能,改善透水特性。
7.换土垫层法(换填法)原理:
将基础底面的软弱土层挖去;
质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填,并予以分层压实;
让垫层承受上部较大的应力,减小软弱层承担的应力,以满足上部结构对地基的要求;
8.换土垫层按其回填的材料垫层分类及适用范围:
1.换土垫层按其回填的材料可分为砂(碎石、砂石)垫层、素土垫层、灰土垫层等。
2.砂(砂石、碎石)垫层:
多用于中小型建筑工程的浜、塘、沟等的局部处理。
适用于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理。
不适宜用于湿陷性黄土地基,也不适宜用于大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理,砂垫层不宜用于有地下水流速快、流量大的地基处理3.素土垫层:
适用于中小型工程及大面积回填、湿陷性黄土地基的处理4.灰土垫层:
适用于中小型工程,尤其适用于湿陷性黄土地基的处理5.粉煤灰垫层:
适用于厂房、机场、港区陆域和堆场等大、中、小型工程的大面积填筑6.矿渣垫层:
适用于中小型建筑工程,尤其适用于地坪、堆场等工程大面积的地基处理和场地平整。
但对于受酸性或碱性废水影响的地基不得采用矿渣垫层
9.换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。
不适宜于处理较深软弱土层
基坑开挖、分层回填压实
地下水位高而采取降水措施
坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护
施工土方量大,弃土多
一般在3m以内
湿陷性黄土等土质较好,可直立开挖或边坡稳定的可在5m以内
10.垫层的作用:
提高地基承载力、减少地基变形、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除湿陷性黄土的湿陷性、消除膨胀土的胀缩作用。
11.1.提高持力层的承载力;
(1)承载力一一抗剪强度,换填抗剪强度较好的材料;
(2)通过扩散作用,减小单位面积压力
fa=3+Mdymd+Mcckpk="
;
Q<
f〃
2.减少地基变形
浅层部分的沉降量在总沉降量中占的比重较大。
如:
条形基础宽度的深度范围内沉降占总沉降50%o
垫层对应力的扩散作用,下卧层上的附加应力减小,从而减小下卧土层沉降量
3.加速基底下软弱土层的排水固结;
软土地基一一渗透性差,固结速度慢
基础透水性差,水绕两侧排出不易固结,形成较大孔隙水压力;
砂石垫层较好的透水性,可作为良好的排水面,其下土体的孔隙水可通过此面排出,可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散,加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度,避免地基土塑性破坏。
4.防止冻胀;
粗颗粒垫层材料的孔隙大,不易产生毛细现象。
透水性强,有利于未冻胀水排出冻胀区。
12.土的压实原理:
克服颗粒间引力达到致密状态
13.含水量对压实程度的影响
1)粘性土含水量小时,土颗粒(细粒)间引力较大,压实效果差;
(土体含粘粒愈多、粒间引力愈大)
2)含水量增大,形成结合水膜(润滑作用),减小了引力,土粒容易移动挤密;
3)含水量到一定程度时,出现自由水,对引力减少的贡献较少,且当其填充于孔隙中,压实时孔隙中过多的水分不易立即排出,阻止了土颗粒的移动,压实效果降低;
14.“最佳含水量w°
p"
—一在一定的压实能量作用下使土最容易压实,并能达到最大密实度的含水量
相应的干密度称为最大干密度一一Pdmax:
工程实践中,对垫层的碾压质量的检验,要求能获得填土的最大干密度Pdmax,其最大干密度可用室内击实试验确定
15.土的压实原理:
-粘性颗粒多,土颗粒之间的吸引力大,达到最大干密度的含水量较大。
-压实功增大,最大干密度增大、最优含水量减小。
在较低含水量下达到更大的密实程度
16.垫层的设计与计算:
1、垫层材料的选用:
(1)砂石:
应为级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质,且含泥量不应超过5%。
当使用粉细砂时,应掺入不少于30%的碎石或卵石,最大粒径不宜大于50mm。
对湿陷性的黄土地基,不得选用砂石等透水材料。
(2)素土:
施工含水量宜控制在最优含水量coopt±
2%范围内。
用于湿陷性黄土地基的素土垫层,土层中不得夹有砖、瓦和石块。
(3)灰土:
体积配合比宜为2:
8或3:
7。
土料宜用粉质粘土,不宜使用块状粘土和砂土,不得含有松软杂质,并应过筛,其粒径不得大于15mmo石灰宜用新鲜的消石灰,其粒径不得大于5mm。
(4)工业废渣:
应质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性,其最大粒径及级配通过实验确定。
(5)粉煤灰垫层:
粉煤灰的工程特征
a)自重轻:
一般的松散重度为6~7kN]m3,降低下卧土层压力。
道路路堤的填筑高度可由4.5m提高到8m。
b)击实性能好:
相对较优的含水量区间。
一般土±
2%,粉煤灰土4%。
施工过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制。
c)抗剪强度、压缩性、承载能力较好
d)初期渗透性良好:
近似砂质粉土。
因此受压后孔隙水压力消散快,水易排出,给多雨地区的施工带来方便。
17.砂垫层的设计要点:
a)不同材料的垫层,其应力分布稍有差异但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的;
其沉降特性也基本相似,故可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行。
b)足够的厚度(3m以内)以置换可能被剪切破坏的软弱土层
c)足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。
d)排水垫层一一形成排水面,促进软弱土层的固结,提高其强度
18.
3、垫层厚度的确定:
垫层厚度应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定,并符
合下式要求:
Pz+Pcz'
faz
•Pz——相应于荷载效应标准组合时,垫层底面处的附加压力值(kPa)o
-Pcz一垫层底面处土的自重压力值(kPa)
•faz—经深度修正后垫层底面处软弱下卧层土经修正后的地基承载力特征值(kPa)
Pcz=九=d+Zpcz+pz<
=bah-Pc°
)
z[b+2ztan\_a+2ztan
p,-软弱下卧层顶面处的附加应力
19.垫层宽度的确定:
a)常用的计算方法是扩散角法,一般可根据当地经验确定或按下式计算垫层底面宽度:
bf>
b+2ztan0
b)垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm,或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡。
20.强夯法:
是一种较常采用的地基处理方法,它是用起重机械将大吨位夯锤(10-40t的重锤,最重可达200t)起吊到高处(10-40m一般不小于6m)后,自由落下,对土体进行强力夯实。
强夯可提高地基土的强度,降低土的压缩性,改善土的抗液化条件。
21.强夯法加固机理:
a)强夯冲击引起的波动,瑞利波携带了约2/3的能量,以夯坑为中心沿地表向四周传播,使周围物体产生振动,在夯击点附近造成地面隆起,对深层地基压密没有效果;
瑞利波的竖向分量起到松动的作用
b)瑞利波携带了约2/3的能量,以夯坑为中心沿地表向四周传播,使周围物体产生振动,在夯击点附近造成地面隆起,对深层地基压密没有效果;
瑞利波的竖向分量起到松动的作用
c)强夯法的加固机理取决于地基土的类别和强夯施工工艺。
对于饱和土和非饱和土、粘性土和砂性土以及特殊性质的土都有所不同。
强夯作用与土层在被处理过程中的三种机理有关:
动力密实、动力固结、动力置换
22.动力密实:
采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理,即强夯巨大的夯击能量所产生的冲击波和动应力在土中传播,使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动,从而使土体孔隙中的气体迅速排出或压缩,孔隙体积减小,土体变得密实,从而提高地基土强度。
23.土的动力固结:
处理细粒饱和土、饱和土(有液化性的)。
1)饱和土压缩性2)排水固结3)触变恢复
24.强夯置换法:
是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料,用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。
具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。
主要用于处理透水性极低饱和粘性土——强夯可使土的结构破坏,但难以使孔隙水压力迅速消散。
表现为夯点周围地面隆起。
25.强夯置换:
在夯坑内回填块、碎石,强行夯入并排开软土,形成砂石桩与软土的复合地基,称之为强夯置换(或动力置换、强夯挤淤)
26.有效加固深度:
a)国外称有效加固深度为“加固土层厚度h”,应理解为经强夯加固后,该土层强度的提高和压缩模量的增大效果显著的土层范围。
b)影响深度是是给定夯击能量能够影响到的深度,对工程无实用意义,而影响深度远大于有效加固深度。
c)既是选择地基处理方案的依据,又是反映处理效果的重要参数。
27.夯击能:
单击夯击能万=Mgh或e-(苛)g
£
—单击夯击能,KNm;
M—夯锤重,t;
g—重力加速度,g=9.8m/s;
/)—落距,m;
加固深度,m;
d一修正系数,变动范围在035—0.70,一般粘性土、粉土,取0.5;
砂土取0.7;
黄土取0.350〜
0.500o
28.夯击点布置及间距:
a)根据基底平面形状采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置夯击点。
工业厂房可根据柱网来布置夯击点。
b)强夯处理范围应大于建筑物基础范围,建筑物轮廓线外未夯击的与内夯击过的边界处,土体出现不均匀“边界现象”,引起差异沉降。
具体的放大范围可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。
对于一般建筑物,每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2~2/3,且不小于3m。
29.夯击击数与遍数
1.夯击击数:
1)夯点的夯击击数,指单个夯点一次连续夯击次数。
应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定,应同时满足下列条件:
a)最后两击的夯沉量:
单击夯击能量小于4000kN-m时为50mm;
夯击能为4000〜6000kN・m时为100mm;
夯击能大于6000kN・m时为200mm;
b)夯坑周围地面不应发生过大隆起;
c)不因夯坑过深而发生起锤困难。
2)对于碎石土、砂土、低饱和度的湿陷性黄土和填土等地基,夯击时夯坑周围往往没有隆起或隆起量很小,应尽量增多夯击次数,以减少夯击遍数。
3)对于饱和度较高的粘性土地基,随着夯击击数的增加,孔隙水压力升高,但由于此类土渗透性较差,引起夯坑周围地面隆起。
如继续夯击,并不能使地基土得到有效的夯实,造成浪费。
2.遍数:
1)遍数应根据地基土性质确定。
先点夯2〜4遍,渗透性较差的细颗粒土,必要时夯击遍数可适当增加。
使之均匀受力,逐步施加能量。
2)常用夯击期间的沉降量达到计算最终沉降量的60%〜90%,或根据设计要求已经夯到预定标高来控制夯击遍数。
能一次夯到底或已满足要求的,可一遍夯成。
3)满夯一一即加固单夯点间未压密土,深层加固时的坑侧松土及整平夯坑填土。
以低能量(500〜1000kN・m)“搭夯”即锤印彼此搭接,并控制最后二击夯沉量,宜小于30〜50mm。
30.间歇时间:
前后两遍的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需时间。
1)粘性土的孔隙水压力在间歇时间若未消除,则会形成叠加。
因此消散越多,则再次压缩的阻力越小。
2)对于透水性较好的粘性土,间歇时间一般为1〜2周,透水性差的粘性土,淤泥质土间隔不少于3〜4周。
3)砂土,孔隙水压力消散时间只有2〜4min,为此可不考虑间歇时间而连续夯击。
31.排水固结法
排水系统:
竖向排水井(普通沙井、袋装沙井、塑料排水井),水平排水层(砂垫层)
加压系统:
堆载法、真空法、降低地下水法、电渗法
两个系统的联系使用:
加压系统一一为孔隙水提供固结压力;
排水系统一一为土层提供排水途
径,缩短排水距离
32.排水固结法的加固机理:
地基中某一点的有效应力,=b-u
6土体受荷后所产生的应力;
有效应力一一由土颗粒传递的这部分应力,使土层发生压缩变形,强度变化;
U:
孔隙水压力一一由孔隙水传递的这部分应力,不使土层发生压缩变形。
此时固结度为〃=b=£
1:
t无穷大,u=0,b=6。
=1
(J+U(7
由此可见:
固结就是超静水压力消散、有效应力增长和土体逐步压密的过程
堆载预压法就是用填土等外加荷载来增加总应力a并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力b的方法。
真空预压法、降低地下水位法是总应力不变,通过一定方法促使孔隙水排出、减少孔隙水压力来增加有效应力cf的方法。
33.排水固结法的应用范围:
主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土,是十分有效的方法。
按照使用目的可以解决两个问题:
沉降问题、强度问题。
34.有效影响范围的等效直径=J—•7=1.057;
de=J-•/=1.137
V71V71
d2u18〃、
—+
drrdr/
dud2u
35.理想排水条件下竖井固结微分方程:
°
’°
Z
口一地基中任意点(r,z)在时刻t时的孔隙水压力;
径向固结系数(或称水平固结系数),G,=2幻(l+e)/(“EQ;
(其中知为径向渗透系数,e为土的孔隙比;
。
为土体压缩系数,心为砂井直径)
Cv-竖向固结系数,G=2稣(1+。
)/(。
・心);
(其中化为竖向渗透系数)。
—=Cv
36.竖向固结微分方程'
一厂=1—京
竖井地基竖向排水平均固结度公式(Uz>
3°
%),太沙基〃2
H一一竖向排水距离,地基双面排水时取土层厚度的一半,单面排水时取土层厚度。
37.径向固结微分方程
竖井地基内径向排水平均固结度的解答,巴隆(Barron,1948)
lTr=\-eFn把
n】,、3〃~一1de——ln(/z)—〃=辛
K-14〃~
t<
7;
时万;
=万&
E)•等J;
4VzV彳时,讯=~UrZ
40.砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等,以保证地基在堆载预压过程中,在预期的时间内,达到所需要的固结度。
41.1.砂井长度一般为10~25m;
2.砂井直径:
常采用“细而密"
原则。
(1)砂井的排水主要取决于软土与砂井的渗透性差异。
井径大,对于加速固结无明显效果,另外砂料会增加渗流的阻力;
(2)排水间距越小越好一一排水距离与时间的关系。
(3)一般砂井直径:
300~500mm;
袋装砂井直径:
70~120mm。
42.加压系统设计
1.利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载P】。
对长条梯形填土,可根据
5
Fellenius公式估算,即:
px=-一,K——安全系数,建议采用1.1-1.5;
Q——天然地K
基土的不排水抗剪强度(kPa),由无侧限、三轴不排水试验或原位十字板剪切试验测定。
2.确定第一级荷载加荷时间。
根据第一级荷载Pi大小和加荷速率确定。
3.确定第一级荷载施加后停歇时间。
通过计算P】作用下达到设定固结度(通常假设为70%)所需要的时间,从而确定第一级荷载停歇时间,亦即第二级荷载P2施加时间。
43.复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体)和增强体阴部分组成的人工地基。
44.复合地基分类:
1.桩体如按成桩所采用的材料可分为:
1)散体土类桩复合地基(只有依靠周围土体的围箍作用才能成桩)如碎石桩、砂桩等;
2)水泥土类桩复合地基一一如水泥土搅拌桩、旋喷桩等;
3)混凝土类桩复合地基一一树根桩、CFG桩等。
2.桩体如按成桩后的桩体的强度(或刚度)可分为:
1)柔性桩复合地基一一散体土类桩属于此类桩;
2)半刚性桩复合地基一一水泥土类桩;
3)刚性桩复合地基一一混凝土类桩。
半刚性桩中水泥掺入量的大小将宜接影响桩体的强度。
当掺入量较小时,桩体的特性类似柔性桩;
而当掺入量较大时,又类似于刚性桩,为此,它具有双重特性。
45.复合地基与桩基的区别:
1)复合地基与桩基都是采用以桩的形式出现,故两者有其相似之处,但复合地基属于地基范畴,而桩基属于基础范畴,所以两者乂有其本质区别。
2)笈合地基中桩体与基础往往不是直接相连的,它们之间通过垫层(碎石或砂石垫层)来过渡;
而桩基中桩体与基础直接相连,两者形成一个整体。
因此,它们的受力特性也存在着明显差异。
3)复合地基的主要受力层在加固体内而桩基(端承型桩)的主要受力层是在桩尖以卜-一定范围内。
46.桩体复合地基的两个基本特点
1)加固区是由基体和增强体两部分组成,是非均质的和各向异性的,使复合地基区别于均质地基。
2)在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载的作用,使复合地基区别于桩基础。
47.桩体复合地基形成条件:
复合地基犹似钢筋混凝土,其中地基中的桩体有如混凝土中的钢筋。
它的实质就是考虑桩、土的共同作用,这无疑较之仅仅认为荷载由桩体来承担要经济和合理。
48.褥垫层:
桩体复合地基和上部结构基础之间设置的垫层。
(1)刚性基础下复合地基的褥垫层常采用柔性垫层,如砂石垫层,通常的厚度为压实后10cm〜35cm;
(2)柔性基础卜•复合地基的褥垫层常采用刚度较大的垫层,如土工格栅加筋垫层、灰土垫层等;
49.复合地基承载力特征值:
复合地基载荷试验测定的荷载一沉降曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值,其最大值为比例界限值,用£
湫表示。
50.面积置换率:
复合地基中一根桩和它所承担的桩间土体为复合土体单元,在这一复合土体单元中,桩的横截而面积和复合土体单元面积之比称为面积置换率
51.桩土应力比:
其他条件相同时,桩体材料刚度越大,桩土应力比越大;
桩越长,桩土应力比越大;
面积置换率越小,桩土应力比越大。
52.复合模量:
复合土体抵抗变形的能力,可用桩抵抗变形能力与桩间土抵抗变形能力的某种叠加来表示,计算式为万s/,=mEf,+(1-ni)Es
53.复合地基受力特征和破坏模式
散体材料桩:
桩顶附近(桩径的2.3倍)发生侧向膨胀变形半柔性桩:
破坏形式为环向拉裂和桩体压碎
刚性桩:
刺入破坏、鼓胀破坏、剪切破坏、滑动剪切破坏
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