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1、岩土工程设计(下),同济大学 高大钊2011年10月,岩土工程勘察与设计讲座之二,引 言,在中国工程勘察信息网的专栏中，提出了许多疑难问题，在答疑和讨论的过程中，积累了不少的资料，出版了土力学与岩土工程师和岩土工程勘察与设计两本书，主办单位提出围绕这两本书的主题开展讲座，也是一个很好的思路，值得尝试。,在2009年2010年，主要环绕岩土工程勘察规范局部修订的宣讲，讲了岩土工程实务工作的一些问题，即勘察方案的编制、勘探孔的深度和平面布置、取样数量、土工试验和原位测试、地下水勘察、土和水对建筑材料腐蚀性评价等问题。2010年底至今年上半年，主要讲解岩土工程评价方法。从现在开始，将讲解岩土工程设计
2、方法。,第二部分 岩土工程设计方法,一. 岩土工程设计的力学基础二. 浅基础设计的地基承载力问题三. 地基基础设计的变形控制方法四. 单桩、群桩的承载力与桩基础设计,五. 地基处理的方案选择与设计控制六. 边坡稳定性分析与土压力计算七. 基坑工程方案设计与事故分析八. 地基基础抗震评价与抗震设计,五.地基处理的方案选择与设计控制,1. 复合地基与褥垫层2.地基处理如何验算承载力与沉降？3.如何进行桩身强度验算？4.怎么计算固结度？5.搅拌桩的桩头为什么下沉了？,6.哪些因素影响水泥土的强度？7.如何评价强夯的效果？8.怎样控制填土辗压质量？9.采用哪一种地基处理方案比较好？,1.复合地基与褥垫
3、层,1.1 褥垫的作用是什么?1.2 这是复合地基吗?1.3 褥垫是复合地基的必要条件吗?1.4 什么是复合土层的压缩模量？1.5 桩间土的复合模量如何计算？1.6 这样对复合地基的设计要求合适吗？1.7 载荷试验的沉降能评价均匀性吗？,1.1褥垫的作用是什么?,在路堤下采用水泥搅拌桩时，为了提高桩的应力比，才需要设置褥垫，但作用和刚性的混凝土基础下是不同的。问题是路堤下设置褥垫层的作用和刚性的混凝土基础下设置褥垫层作用各是什么？有什么区别？,在混凝土基础下和路堤下设置褥垫的作用是完全相反的。加固地基的第一目的是为了提高地基承载能力，设置竖向加固体时，依靠加固体的竖向刚度来提高复合地基的承载能
4、力。因此，桩土应力比就成为能否发挥桩的承载力的重要指标。在相同桩间土的前提下，桩土应力比越高，桩所承担的荷载越多，复合地基的承载能力就越高，当然这需要在桩身的强度容许的范围内。,刚性的混凝土基础底面不可能发生很大的挠曲变形，为桩、土应力分担提供了必要的条件。在桩、土的顶部位移相等的条件下，如已知桩和土刚度就可以分配桩、土的应力分担比，或者从实测的桩、土分担比，反向估计桩、土的刚度比。,对于路堤下的复合地基，情况就不同了，由于路堤是柔性的，即桩顶有条件可以挤入路堤土中，桩顶的应力不可能比土顶部的应力高出太多，即桩、土的应力均匀化了。这样一来，桩就不能发挥承载的作用，复合地基就不能形成。,认为在路
5、堤下设置的半刚性垫层（如土工合成材料的加筋、各种掺加料的处理等）可以使桩顶的荷载得以提高，垫层的厚度和刚度可以调整桩土应力比，这种垫层本来是路堤的一部分，可以扩散底部压力，提高地基的承载能力，同时也有助于发挥桩顶的承载作用。,后来，在混凝土基础下出现采用了褥垫的情况，这几年研究得很火爆，把褥垫的作用说得非常多，但与未设置褥垫的混凝土基础底面相比较，褥垫的作用是降低桩顶的压力，减少桩、土应力比，则肯定是褥垫发挥了主要作用。,这就引出了一个悖论：在复合地基中设置桩体是为了提高复合地基的承载力，复合地基承载力的提高主要依赖桩的承载作用的发挥，也就是希望桩多发挥一些作用，而设置褥垫的目的是使桩体应力比
6、降下来，希望桩少发挥一点作用。,路堤下设置垫层是为了提高桩、土应力比，让桩多承担一些荷载，提高复合地基的承载力；在刚性的混凝土基础下设置垫层是为了降低桩、土应力比，让桩少承担一些荷载，避免将桩头压碎了。这是两种截然不同的作用。,说穿了，设置褥垫是怕桩顶分担荷载太大了，桩体被承台压碎了，这是脆性的CFG桩所要求的。但现在把褥垫推广到所有的复合地基是不合适的，如水泥搅拌桩的刚度有限，而且不那么脆性，从来也没有发生过桩体被压碎的情况，对水泥搅拌桩也用褥垫，有点“殃及池鱼”的味道。,有两种可以减少桩顶荷载的办法，一种是用褥垫，由于桩体进入褥垫而降低应力比来提高土的分担部分；另一种是把桩距做得大一些，降
7、低置换率，也可以提高土的分担作用，降低桩体应力比。能达到同一目的的这两种方法中，哪一种方法比较更经济呢？,1.2 这是复合地基吗?,拟建1幢12层楼，地下室1层深度4m，浅部粉土厚度20m，管桩长度10m，上部荷载由管桩（85荷载）和粉土共同承担。这地基处理叫复合地基吗？因为我一份勘察报告内写了复合地基（上部荷载由管桩（85荷载）和粉土共同承担）的用词，施工图审查人提出些想法，我想请网友和高教授支援正确答案,关于复合地基或复合桩基的说法很多，各种观点的分歧也比较大，目前还难以在学术上完全统一。有的观点把什么都划到复合地基的范畴中，不管是刚性桩还是柔性桩，认为都可以形成复合地基。有的观点则认为只
8、有柔性桩的才属于复合地基，用刚性桩的应称为复合桩基。至于用了刚性桩的是否都是复合桩基，也存在不同的意见。,只有在考虑复合桩基的必要条件条件下，复合才有可能。这是客观存在的条件，不是你主观上是否作为复合桩基设计。形成复合的关键是发挥承台底部土的作用需要一定的条件，如果客观上不具备形成复合桩基的条件，而你按复合桩基设计了，会出现什么情况？有的工程师说，工程不是很好吗？但工程没有出现问题，不等于说你这个设计就是正确了，这怎么说？,如果客观上不具备复合桩基的条件，而你把它作为复合桩基设计了。例如你认为土可以承担30%，桩承担70的荷载，节省了造价，皆大欢喜。但事实上土不具备承担荷载的条件，就把这部分荷
9、载又还给桩了，桩的名义上承担70。而事实上却承担了90甚至100的荷载，那将会出现什么情况呢？就会出现桩的安全度下降的情况，例如从原来的安全系数2下降到1.41.5了，可怕吗？可是你还认为是节约了资金而洋洋自得呢？,那么，在什么条件下可以发挥土的承载作用呢？桩土分担荷载的大小，或者说是桩和土分担的应力比，是取决于桩和土的刚度的大小，可以用如图16-5所示并联的概念模型来理解。设桩的刚度系数Kp，土的刚度系数Ks，由于基础的刚度比较大，基底标高处桩和土的位移相同，即SpSsS。作用于桩顶的力为Fp，作用于土面的力为Fs，合力为F。,刚性基础下桩、土分担比的概念模型,1.3褥垫是复合地基的必要条件
10、吗?,我觉得如果是桩基，承台下不用铺碎石褥垫层，如果是复合地基，不管采用什么样的基础形式，在基础下部应该铺设碎石褥垫层。加上碎石褥垫层，基础传下来的力才能够谈得上分摊，也才能谈得上是复合地基。,褥垫层不是构成复合地基的必要条件。复合地基的必要条件是桩头必须发生相对于周围的土体的沉降差量。如果桩的刚度很大，桩头不下沉，则荷载都让桩承担了，就不能构成复合桩基。在桩端存在比较软一点的土，也能创造降低桩的刚度的这个条件。例如在上海地区，复合地基从来不用褥垫层，也分担得很好。,如果桩端土太硬，桩的刚度太大，就采用褥垫层，让桩顶不致于顶着基础底板，以创造分担的条件。目前有种把褥垫层的作用太夸大的倾向，是不
11、好的，应当以科学的态度来对待。,1.4 什么是复合土层的压缩模量？,有一工程例子，要求复合地基承载力设计值为200kPa，桩径d=600mm, fcu=1300kPa。通过静载试验后复合地基承载力特征值（S/B）满足设计要求，平均为260kPa左右，承压板沉降量平均12mm。处理后桩间土的Es未作测定。搅拌桩为短桩，平均5 m。桩底为坚硬基岩，那么S2就不考虑。,依勘察报告数据，如果按规范第11.2.9条之规定，Esp=55MPa。如果按勘察规范（GB5021-2001）求变形模量EO的方法（浅层法）。E0约为16MPa。我的疑问是：1、 搅拌桩复合地基经处理后，因施工扰动，桩间土的原土层已变
12、化，强度会增加。处理土层是否能按同一土层考虑？,2、E0与Esp之间的差值较大，且Esp=55MPa的值按地区经验来看是偏大了（部分人的看法，呈密实状态）。两者之间有没有可比性、规律性或转换关系？（复合地基的）E0与Es之间的关系如何？，3、如采用现场采土样，桩间土样的Es可能会比原状土大，按11.2.9公式计算，E0将会更大！用标贯或重型触探试验来推算桩间土的E0值是否可行？,4、静载试验后复合地基承载力特征值（S/B）满足设计要求后，是否一定要进行整体沉降验算？当搅拌桩复合地基经处理后，桩间土强度的变化程度是不清楚的，因此建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）11.2.9条的公式中，
13、桩间土的模量是不需要也不可能考虑施工影响的，只能按处理前的土性指标来考虑。,你提出的这个Esp=55MPa是按桩间土的变形模量E016MPa计算的？勘察报告中没有提供压缩模量Es的数据？由于你没有给出桩间土的其他物理力学指标，无法判断这些模量的数值是否太大。E0和Es这两个模量之间虽然在理论存在定量的关系，但因为试验条件不同，实际的关系与理论关系的差别很大。需要总结地方的经验，才能提出可供工程应用的经验关系。,至于E0与Esp之间，没有什么内在的相关性物理基础，因此也没有什么可比性。没有必要去测定施工后桩间土的模量再来用规范的公式组合，复合地基施工以后，关键是需要进行检验性的载荷试验，根据试验
14、结果可以直接求得复合模量Esp。,复合地基承载力满足设计要求后，是否需要验算沉降，这应根据工程的要求而定。但我根据你们这个工程的地质条件，判断沉降量不会很大，如果上部结构没有特殊的要求，即使在地基基础设计时，也没有进行沉降验算的必要性。,1.5 桩间土的复合模量如何计算？,请问CFG桩复合地基设计中沉降计算需用到桩间土每层土的复合模量如何计算？例如：某CFG桩复合地基处理后地基承载力特征值fspk=150kPa, 桩周第一层土Es=5.0MPa, fsk =110kPa,厚3m; 桩周第二层土Es=4.0MPa, fsk=100kPa,厚2m;桩周第三层土Es=6.0MPa, fsk =120
15、kPa, 厚5m; 假如桩长打穿第三层土。现在计算各层土的复合模量。,桩间土每层土的压缩模量乘以系数，系数 = fspk/fsk，第一层土复合模量Esp=(150/110)5.0第二层土复合模量Esp=(150/100)4.0第三层土复合模量Esp=(150/120)6.0,先将各层土压缩模量按厚度加权平均，然后再乘以系数，系数= fspk/fsk，得到整个桩周土的压缩模量（53+42+65）/（3+2+5）=5.3MPaEsp=(150/120)5.3,根据建筑地基处理技术规范的规定：符合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基的压缩模量的 倍，值可按下式确定：式中fa
16、k基础底面下天然地基承载力特征值； fspk复合地基承载力特征值。,根据建筑地基处理技术规范的解释。计算公式中的这个系数 是复合地基的承载力与基础底面下天然地基（即持力层）的承载力之比值。因此，你这里计算的是复合地基承载力与各层土的承载力的比值 ，这种做法与规范的方法并不一致。所以，符合规范规定的方法是应当先计算按厚度加权平均的压缩模量，再乘以这个系数 求复合地基的压缩模量。,1.6 这样对复合地基的设计要求合适吗？,该基坑为82.3m69.7m，基坑右侧中间有27.3m3.4m的区域为1#楼30层高99.50m；基坑左侧中间有44.8m15.6m的区域为2#楼25层高82.50m；其它范围为
17、地下车库，整个基坑为地下两层，基础顶标高在9.10m左右，1#楼基础厚1.0m，2#楼基础厚0.9m，其它部分为0.4m，各部分基础用后浇带连接。,承载力要求为：1#楼520kPa，2#楼415kPa，其它部分120kPa。设计院对CFG桩复合地基的要求是：地基处理后满足建筑最终最大沉降不大于50mm。建筑物任意两点最大沉降差不大于0.1。地基承载力应考虑地震影响地基反力增大1.3倍的因素。,我的问题是：1.在复合地基设计时沉降量是否只需满足设计要求即可，不需要考虑与地下车库的沉降差？2.地基承载力应考虑地震影响地基反力增大1.3倍的因素应该怎么考虑，复合地基规范好像没有这么样的条文，我该怎么
18、办？3.在地震组合作用下验算地基承载力时，fa的取值采用桩间土的天然承载力还是采用CFG桩处理后的复合地基承载力？请指教！,对天然地基或地基处理后的复合地基，勘察或者检测所能控制的指标非常有限，承载力数据一般没有太大的问题，对沉降控制可能只有平均沉降量还可以作些估算，对于不均匀沉降是很难控制的。在基础设计时，条件比较明确了，还可以作些计算，但在勘察时怎么计算啊？这是不现实的要求，计算不出来的，是蒙人的，再说提0.1的要求也没有根据，沉降差并不是由地基条件可以控制的，主要取决于荷载的分布，建筑物任意两点最大沉降差的提法是不明确的。,试想如果是计算高层建筑与裙房之间的任意两点，如果距离足够的近，那
19、么很小的沉降差值都会得到超过0.1的沉降差，因此这种提法是不科学的。如果真的出现了沉降差过大，那也不可能是由复合地基所造成的，造成如此大的沉降差的原因很可能是上部结构的高差太大，荷载相差悬殊，那是设计控制不当之故。,不均匀沉降的控制，主要分析土层的均匀性如何，即厚度的变化是否很大，变形指标的变化是否说明地质单元划分存在问题，如果地质条件不存在大的问题，那主要控制荷载的偏心不能太大，规范有明确的规定，但那是设计工作的内容，所以我说对勘察提这个要求是不现实的。,抗震验算时承载力的提高也是抗震设计应该考虑的问题，如果符合提高的条件，在静力设计所用复合地基承载力的基础上乘以1.3的系数就可以了。但不应
20、该在勘察报告中提高，也不是需要勘察方确定复合地基承载力能不能提高。难道设计人员连乘一个系数也不会了？,这个承载力的提高方法对天然地基和地基处理后的地基都是一样处理的，其实地基处理后还是浅基础设计，只是地基承载力提高了，压缩模量提高了，但其他条件都没有改变，地基基础设计计算的主要方法也都没有改变。,1.7载荷试验的沉降能评价均匀性吗？,有一个复合地基,处理后经静力载荷试验检测,满足复合地基180kPa的要求,指标不超限。但360kPa的沉降量均匀性明显不好，设计人员提出来，“这样的结果应该定为土质不均匀，将来建筑物很可能出现不均匀沉降，复合地基处理有问题”。可是他的观点又找不到有关规范，我总觉得
21、应该按180kPa相对应的沉降差评价其均匀性，不知对否？问设计人员的提法对吗？,地基处理主要为了解决地基承载力问题，处理效果可以用载荷试验直接检测，你说检测结果表明满足复合地基180kPa的要求，这不就可以了吗？怎么还要说360kPa的沉降量均匀性明显不好？360kPa不是极限承载力吗？既然已经达到极限承载力了，那此时的沉降还有什么工程意义呢？工作状态与极限状态是不能比较的。用极限荷载时的沉降来评价，更是不合适的，变形是使用阶段的问题，不是极限状态时验算的内容。,计算地基变形时，不仅复合地基有影响，下卧层也有重要的影响，因此不能单独根据复合地基的试验结果来评价不均匀性。,2.地基处理如何验算承
22、载力与沉降？,2.1 如何验算下卧层？2.2 什么是软弱下卧层？2.3 如何计算灰土挤密桩的承载力？2.4 沉降计算的附加应力如何计算？2.5 大面积填海预压用哪个公式计算沉降？2.6 换填后承载力如何修正？2.7为什么用淤泥的重度计算自重压力？,2.1如何验算下卧层？,某住宅楼采用夯实水泥土桩进行地基处理。地基土压缩层内地质资料如下：黄土状粉土，压缩模量10.3MPa,厚1.5m黄土状粉质粘土压缩模量8.75MPa,厚3.2m,黄土状粉土，压缩模量7.9MPa,厚3.7m粉质粘土，压缩模量6.77MPa,厚3.1m粉土，压缩模量10.3MPa,未揭露1 桩长7m，桩端落在第层土上，桩端下还有
23、（1.5+3.2+3.7）-7.0 = 1.4m 的第层黄土状粉土。 那么在验算下卧层承载力的时候， 都算做下卧层吗？每层都要验算吗？,有人说只验算软弱下卧层，我问什么是软弱下卧层呢？他就说就是相对于被加固土层而言，明显软弱的，我还是比较困惑。有人说只验算桩端下的土层的承载力是否满足要求，也就是说只验算 。还有人说要验算和，但不需算。应该是什么呢？2在进行复合地基变形验算时，建筑地基处理技术规范10.2.7要求“处理后的变形计算应按现行国家标准建筑地基基出规范的有关规定执行”。, 10.3MPa 8.7MPa 7.9MPa 6.8MPa 10.3MPa,这里是否不存在软弱下卧层？,这里的规定应
24、该包括建筑地基基出规范表5.3.4建筑物的地基变形允许值。 但是此表格对砌体承重结构只做了局部倾斜的规定，而没有总沉降量的规定。那么当这个工程满足了局部倾斜的要求，但是总沉降很大，比如说达到了20cm，难道设计没有问题吗？,从地层条件来看，似乎第层比第层还差，为什么舍硬就软呢？怎么确定桩长的？这里讨论地基处理问题，但没有给出上部结构荷载的数据，怎么设计复合地基与验算下卧层强度呢？更无法计算沉降了。桩端放在第层，这是持力层，但只剩下1.4m的厚度了，如果按群桩验算，肯定是由第层软弱下卧层控制设计的。,实际上并不是验算软弱下卧层，而是由下卧层控制设计了。就是搅拌桩的桩端阻力不用第层，而直接按第层选
25、用。第层是下卧层，但不是软弱下卧层，第层满足要求了，第层肯定满足，不需要验算，如果你不相信，算一下就知道了；,关于沉降控制问题，规范规定的局部倾斜在设计时是很难预先计算的，除非建筑物的层高有明显高差或地基有比较明显的厚薄不均匀。因此对大多数情况并不适用，还是可以用平均沉降量来控制，但规范只规定了排架的单柱沉降可以用沉降量控制，参考这个数值，可以用10cm或20cm进行控制，也可以根据实际工程沉降观测的资料，积累地方的经验值。,2.2什么是软弱下卧层？,（1）是不是所有的竖向桩体复合地基（如碎石桩复合地基、砂石桩复合地基、石灰桩复合地基、CFG桩复合地基、水泥土桩复合地基等）都要验算下卧层承载力
26、？,（2）下卧层验算时建筑地基处理技术规范要求用建筑地基基础设计规范5.2.7条，即软弱下卧层顶面处的附加压力值+软弱下卧层顶面处土的自重压力值小于（或等于）软弱下卧层顶面处经深度修正厚地基承载力特征值，这里便要用到压力扩散角。,另外我还看到一种方法，就是把桩和桩间土视为一个假想的实体基础，然后计算假想实体基础底面压力，要求假想实体基础底面压力小于假想实体基础底面经修正后的地基土承载力。这两种方法有什么区别呢？用这两种方法的条件各是什么？,按照建筑地基处理技术规范第3.0.4条的规定，“经处理后的地基，当在受力层范围内仍存在软弱下卧层时，尚应验算下卧层的地基承载力”1，包括了所有的复合地基。你
27、在第2点的前半部分讲的是正确的验算方法，但后半部分讲的并不是软弱下卧层验算，而是用假想的实体基础验算底面的承载力。这两种方法讲的是不同标高处的承载力验算问题，不要把他们混淆起来。,2.3如何计算灰土挤密桩的承载力？,我们这审查报告的专家提出：灰土挤密桩复合地基可用计算公式法确定承载力。可我翻阅了许多资料，也未发现有关公式。请教高老，有计算灰土挤密桩复合地基承载力的公式吗？,灰土挤密桩方法处理地基的原理是使土体得到挤密，与搅拌桩加固地基是桩土分担荷载的原理不同。灰土挤密加固的控制指标不是置换率，而是挤密后达到一定干密度的要求。,由干密度控制设计选定了桩径（300600）求间距桩间土的平均压实系数
28、，宜取0.93三角形布置时：,因此，采用灰土挤密桩加固后的地基承载力只能由载荷试验测定，不能事先按照复合地基的承载力公式计算。规范中没有给出计算承载力的公式，无法用公式计算，因此这位审图专家的意见是没有根据的。,2.4沉降计算的附加应力如何计算？,建筑地基处理技术规范中的P19第 5.2.12条 预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算：,问题在于，堆载预压是大面积堆载的平面问题。它不存在扩散问题（这样的看法，不知正确与否？）。在这种情况下附加应力如何确定？如果是基础，那么附加应力可采用基础的长宽比、宽度预埋深比，求得平均附加应力系数求得附加应力。那么堆载预压是大面积堆载下附加应力如何确定？
29、,大面积堆载还是有一定的范围，就是比一般的基础面积大，也可以按长宽比和深宽比查附加应力系数，只是在浅部的应力系数接近于1.0，附加应力比较大些吧了。极而言之，应力不扩散，则就按堆载的平均压力作为附加应力查孔隙比，计算沉降，这个分层总和法也一样可以适用的。正由于大面积堆载的应力不怎么扩散，深层的附加应力比较大，因而大面积堆载产生的沉降就特别地大。,在大面积（10余万平方米）的填海工程，采用预压堆载固结排水法，预压材料：块碎石。堆载高度8米。在此条件下估算其固结沉降量应按那个公式计算？,2.5 大面积填海预压用哪个公式计算沉降？,建筑地基处理技术规范的这个竖向变形计算公式与地基基础设计规范的沉降计
30、算公式在本质上没有什么差别，只是计算深度采用应力比的方法确定，修正系数采用了不同的数值，都适用于正常压密土层。考虑应力历史的影响，用压缩指数进行沉降计算的方法，在国外非常普遍，但在国内用得比较少，仅在高层建筑勘察规程中列入了，但应用的情况不得而知。,其实，沉降用什么公式计算，规范大可不必作硬性的规定，可由岩土工程师根据自己的经验选用。你说的工程是大面积的预压，可以作为一维问题考虑，如果计算指标都有的话，建议用各种方法计算后进行比较，再决定以何为准。可否？,堆载预压求最终沉降量。按规范公式计算 ：用此公式计算时（大面积堆载10余万平方米）是否要引用附加应力系数进行计算？,根据建筑地基处理技术规范
31、的规定，e1i是第i层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比。关键是加荷的面积有多大，需要加固的软土层有多厚？你现在的堆载面积有10余万平方米，边长得有300余m，所以一般的20m30m厚的土层，附加应力实际上不可能扩散，所以附加应力就等于所堆荷载的大小，如果查应力系数也得到同样的结果。,我们这个工程在海边滩涂上，是一个规模较大的电厂，先有大面积堆载（堆4m左右，打过塑料排水板），堆载完约3个月后打桩，桩打完一年，我们进场检测，包括取土及十字板。十字板强度有2030kPa, 而堆载及打桩前一般10kPa左右。检测地点就在场地内。,这个检测结果说明堆载预压起到了加固的作用，沉桩也有一定的挤密
32、作用，也就是说地基承载能力提高了23倍，这是很好的一个案例。,高教授基本回答了我的问题，但我还想知道，堆载或打桩后，地基土还未固结完成时，超静孔压是以什么形式在土内存在的？是以自由水的形式吗？,这就对了，堆载预压后打桩，你们检测的时候，堆载已经一年多了，又有塑料排水板，孔隙水压力已经有很大的消散，十字板强度的提高一点不奇怪。在土的孔隙中充满了水，讨论孔隙水压力时，认为孔隙水是能传递静水压力的，也就是土质学中的自由水，超静水压力就是自由水所承受的压力。,2.6换填后承载力如何修正？,遇一工程，持力层为粉质粘土夹粉土，地基承载力fak130kPa，局部暗塘，地质报告提供暗塘处处理：“3：7灰土回填
33、，分层夯实至基底标高，经换填后的垫层承载力特征值可达130kPa”问题如下：,1、设计时承载力深度修正，是无暗塘区局部进行修正，还是整个地基都不修正？想听一听老一辈的做法和简化。 2、如果进行修正，换填处可以直接用原持力层修正后承载力（修正后为150 kPa）计算基础吗？此时回填土现场检测要求是提130 kPa还是150 kPa？（回填土虽分层夯实至基底，但其压实较密实，能否考虑施工后填土负压对其的深度修正，这是该问题提出的出发点）,3、换填土很密实，如何解决其与未换填处的变形差异？设计上须加强哪些构造？对施工单位要提那些要求？ 4、如不回填，而采用局部基础落深至老土，设计上须加强哪些构造（砌
34、体、框架、排架）？对施工单位提那些要求？,天然土的承载力是已经考虑了埋置深度的影响还是没有考虑？换填后的地基承载力是估计的还是经过载荷试验验证的？你这个工程是局部处理，处理的部分和未处理的部分应该分别考虑地基承载力的修正问题。有些对地基处理的考虑不适用于未处理的部分。,是否需要修正，取决于所提供的地基承载力是否已经包括了埋置深度的影响，如果没有考虑，则应按实际的埋置深度修正，如果已经考虑了当然就不需要再修正，不管是天然土层还是换填的灰土，都是按这个原则处理。如果一个基础下同时有天然土层和换填后的灰土，在设计基础时应按地基承载力比较小的那个数值计算。,如果地基承载力相差不是非常的大，估计沉降也不
35、会有很大的差别，也就是说对换填部分的要求必须与天然土层的承载力协调，不能要求特别高，形成太大的不均匀性，人为地造成了不均匀性，再采取构造措施来消解，那不是自己找麻烦吗？,如不采取换填，直接落深基础也不是不可以，但要看落深的范围有多大，部位有多少，一般说换填比较方便，基础可以统一要求，如果落深基础的地方太多了，施工就很不方便，何必呢？还要看落深的深度有多少，太深了，构造上麻烦一些，一般就用实体的混凝土，除非体积特别大，才用架空的结构，但也麻烦得很，还是换填比较方便。,2.7为什么用淤泥的重度计算自重压力？,在换土垫层法的计算中，对软弱下卧层验算时： pz+pczfaz,计算pcz时，基础底面上用
36、填土的，而底面下至垫层底面上用淤泥的重度。我觉得如果用砂石垫层，那么垫层厚度内应该用砂石的重度计算。,你产生问题的原因可能是对这个公式中各个物理量的意义和作用还不够清楚。软弱下卧层验算公式中，pz是由附加应力扩散到软弱下卧层顶面的压力，其性质仍是附加应力。它要和经过深度修正后是承载力去比较，必须加上该深度的常驻应力，即自重应力pcz的影响。因此计算这个自重应力时所用到的土层重度应该是天然土层的重度，即淤泥的重度，不应该用垫层材料的重度。,你可以从沉降计算来理解这个问题，沉降计算时，每个不同深度处的自重应力都是从地面按各层土的重度计算下来的，在基础底面以上的部分也用天然土的重度，而不是用基础混凝
37、土的重度，对吗？持力层不是承受基础的重量吗？但这里考虑的是常驻应力，即附加应力的起始点就是在施工挖土以前的自重应力。,3.如何进行桩身强度验算？,建筑地基处理规范规范（JGJ79-2002）3.0.4条“.水泥土类桩复合地基尚应根据修正后的复合地基承载力特征值,进行桩身强度验算。”河北省(DB13(J039-2003)第3.0.9亦有相同规定，但均未说明如何验算请大家来讨论一下这一条的本意是什么?具体应该如何验算？,再说建筑地基处理技术规范第3.0.4条，“对水泥土类桩复合地基尚应根据修正后的复合地基承载力特征值，进行桩身强度验算。”1纵观整个规范，水泥土类桩复合地基有4种，其中CFG桩、搅拌
38、桩和高压喷射注浆三种情况，在各自的条文中都规定了桩身强度的控制条件，即从土对桩的支承和桩身强度两种方法确定的承载力中取小值计算复合地基承载力。,只能说，需要对由地基土的支承条件所构成的承载力和由桩身强度所构成的承载力进行比较，以小值控制，即取用小的数值提供给设计，实际上并不是设计意义上的桩身强度验算。,但对于夯实水泥土桩，在该章中没有水泥土强度的规定，没有桩身强度的条文，也就无从验算。由此可见，这一条没有针对性，没有在计算了复合地基承载力之后再修正，然后再验算桩身强度的必要。再说上面这条中，规范说的验算思路也不清楚，验算桩身强度，需要已知按桩身材料强度计算的承载力和作用于桩顶的荷载，才能进行验
39、算。这里只有复合地基承载力的特征值，没有荷载，如何验算桩身强度？,4.固结度怎么计算？,4.1如何根据孔隙水压力实测结果计算固结度？4.2逐渐加荷条件下地基固结度的计算4.3如何利用观测数据计算固结度?4.4固结度与观测时间长短无关？4.5 为什么孔压不变?,4.1如何根据孔隙水压力实测结果计算固结度？,由于近期我负责一个真空预压加垫层直接碾压的工程，我一直查找如何计算固结度的书及知识，总觉得他们计算（固结度=某一时刻的超孔隙水压力除以膜下真空表读）此公式不妥，好象与时间无关。高老，此公式对否？请您给指教此处理方法固结度的计算方法，及应该注意是么问题。能给详细点么？,那个计算固结度的公式是把膜
40、下真空度作为起始孔隙水压力，那就要看真空度和起始孔隙水压力的数值是否一致，在预压过程中，真空度、孔隙水压力和沉降这三者的变化关系如何，应当画出这三个参数与时间t的对应曲线来分析。因为真空预压是由真空度产生一个负压，驱使孔隙水发生渗流，它的固结是和正压固结的堆载预压有不同的地方。,真空预压的工艺设备平面和剖面布置见图16-6 a)，真空预压时土体中增加的有效应力见图16-6 b)。抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，在压力差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。由于其增加的有效应力不随深度而减低，因此使深层土也能得
41、到有效地固结加固。,中国建筑工业出版社出版，由同济大学叶书麟、叶观宝编的地基处理（高等学校建筑工程专业系列教材），1997年12月第一版，124页在讲解逐渐加荷条件下地基固结度的计算时，改进的太沙基法的假定其中有两条：1. 每一级荷载增量pi 在等速加荷经过时间t的固结度与t/2 时的瞬时加荷的固结度相同，也即计算固结的时间为t/2；,4.2逐渐加荷条件下地基固结度的计算,2. 在加荷停止以后，在恒载作用期间的固结度，即时间t大于Ti （此Ti处为pi的加载期）时的固结度和在Ti /2时瞬时加荷pi后经过的时间（t Ti）的固结度相同； 这两条是什么意思，作者想表达的是什么?,这两条说的是同一
42、个问题，即在固结度计算时都是假定荷载是瞬时加上去的，但实际上荷载不可能是瞬时施加的。一般先将加载的过程简化为等速加载，如果在4天内施加了40kPa的荷载，就假定加载速率是10kPa/d。,计算固结度的时间起点不是放在开始加载前的时刻，而是将时间零点设在加载时间4天的一半，就是假定40kPa的全部荷载作用了2天与从0到40kPa施加了4天的加载过程等效。,第2点是讲这40kPa全部施加以后的固结度计算问题，如又过了10天，计算这个时刻的固结度，时间是用410天呢还是用2+10天？应该是用210天的时间间隔来计算固结度。,4.3如何利用观测数据计算固结度?,真空联合堆载预压处理软基，如何利用孔隙水
43、压力观测数据计算固结度？,根据实测数据可以绘制不同时刻的孔隙水压力随深度变化的曲线，起始孔隙水压力曲线面积A0与某一时刻孔隙水压力面积At之差即为已经转化为有效应力的面积A，则固结度U等于某一时刻有效应力的面积A 除以起始时的孔隙水压力的面积A0。,在预压过程中，孔隙水压力是在随时间而减小的，同时，固结度随时间而增大，固结度当然与观测时间密切相关的。在一定的时刻，固结度与孔隙水压力是相对应的，随着孔隙水压力的消散，土层的固结度相应地提高。,4.4固结度与观测时间长短无关？,我接过一个工程，真空恒载后，孔隙水压力降到某个数值就连续一个月基本不变，那么一个月前和一个月后的固结度能一样吗？,如果你们
44、测定孔隙水压力的仪器没有问题，超静水压力最后会降低到接近于零的。你们测定的孔隙水压力如果停在一个高位值不变了，我估计是存在问题了。或者是仪器的毛病，或者是埋设的问题，或者是和抽真空连通了，请检查孔隙水压力保持不变的原因。如果沉降还在发展，而孔隙水压力不变了，那肯定是量测系统出了毛病。,4.5 为什么孔压不变?,我们在工程中碰到过抽真空后，孔隙水压力降到某一值后，长时间基本不变，或变化很小，但地面沉降曲线比较理想，通过沉降曲线计算的固结度也达到要求，这种情况是是么原因？,如果孔隙水压力没有变化，而沉降在发展，两者是矛盾的，则问题很可能出在孔隙水压力的量测方面。只要孔隙水压力的量测没有问题，它的变
45、化和沉降观测资料的趋势是吻合的，那么就不难采用孔隙水压力数据来计算固结度的变化。,5.搅拌桩的桩头为什么下沉了？,地层以亚砂土为主，地基承载力110160kPa。原设计采用深层水泥浆体搅拌桩。在试桩时发生桩头下沉现象，一般下沉深度0.41.4m，平均下沉1.0m。事后采取掺入早强剂和增加复搅遍数等措施，均不能解决桩头下沉问题。,水泥搅拌桩施工后发生这种所谓“沉桩”现象，即搅拌桩的桩头无缘无故地沉下去了。上海也曾经碰到过这种情况。那是在上个世纪90年代，在上海崇明的一个工地，那里的土质条件是厚层的粉土，在施工结束的第2天就发现桩头沉下去了，而且有一定数量的桩都发生沉桩。当年，我和叶书麟教授一起到
46、这个工地去的。,我们当时分析的原因，认为是这种新近沉积的粉土强度很低，搅拌以后所形成的圆柱体与周围土体之间的连接非常薄弱，底部的承载力也很低，以致不能承受水泥土圆柱体的重力作用，整个桩体压缩，桩头就下沉了。对于这种土层，似乎应当避免采用水泥搅拌桩的处理方法，因为地基处理方法是很多的，各有其适用的条件，发生“沉桩”说明这种地质条件不适宜采用水泥搅拌桩。,6.哪些因素影响水泥土的强度？,我们的项目主要位于长三角软土区。一次与设计交流时，设计提出勘察报告应提供淤泥质粘土中高岭土、姜结石、粉粒等含量，以及PH值等，因为水泥搅拌桩质量与其关系甚大，可我找不到相关资料。,高岭土是黏土矿物成分，不做矿物成分
47、的分析是不知道的它的含量的，而且，高岭土的含量对于水泥搅拌桩的工程用途关系不是很密切。姜结石在野外描述中一般有所描述，但没有什么定量的指标。粉粒含量需要取土做粒度成分的试验，然后在定名中体现出来。有机质含量倒是十分重要的指标，有机酸含量太高会中和水泥的碱性，破坏水泥结石的形成，减低水泥土的强度，需要加添加剂来平衡有机酸。,在图16.7中，比较了不同的有机质含量对水泥土加固效果的影响。横坐标为水泥掺入比，纵坐标为水泥土的强度，曲线I土的有机质含量为1.3；而曲线 II土的有机质含量为10.01。从图可见，在相同水泥掺入量的条件下，有机质含量高的水泥土强度低于有机质含量低的水泥土强度。9,7.如何
48、评价强夯的效果？,7.1 为什么粉砂的加固效果不好？7.2 对强夯提什么样的技术要求？7.3 回弹模量达不到要求怎么办？7.4 碎石高填方能采用强夯处理吗？,7.1 为什么粉砂的加固效果不好？,处理地段工程地质条件如下：粉土，承载力150kPa，厚度约为1.5m，下面是粉砂，承载力200kPa，现主要对粉砂层进行加固到250kPa，无地下水影响，强夯方案采用碎石置换，锤重30吨，落距8.0米，夯4击后填料，处理完成后检测发现，粉土已经置换完成，但下面的粉砂加固效果很差，重型动力触探资料显示锤击数在6-10击，请问高老这是什么原因造成的？,粉砂在强夯前后的数据对比，最好是用标准贯入试验，在强夯前
49、后比较击数的提高以评价强夯的效果，标准贯入可以评价砂的密实度。不知你们为什么用重型动力触探？既用了重型动力触探，那强夯前的击数是多少呢？不比较强夯前后的击数就没有效果差的数值概念，不知道击数究竟提高了多少？,照这个地质条件，采用240tm能量的强夯应当有好的效果，夯4击的依据是什么？夯了4击时，粉砂加固的情况如何？如果当时做了检测，发现没有达到要求，就可以再补夯，等到粉砂达到要求以后再置换，就可以了。,没有检验粉砂是否达到了要求就进行置换，夯成了1.5m厚的碎石层，能量都消耗在碎石层了，传下去的能量不够，就达不到要求了。还有夯点的间距也是十分关键的，不知你们用多大的间距？如果一开始间距小了，能
50、量就传不到深的地方，估计可能也是一个原因。,怎么办？一定要达到250kPa的承载力，就只能加大强夯的能量，加大夯点的间距将能量传下去；如果没有条件这样做，也可以采取深层密实法，打挤密砂石桩来挤密粉砂，如果还没有条件做，那只好在设计上动脑筋，但不知道是什么样的上部结构，什么类型的基础，为什么要求那么高的承载力？,强夯方案是这样的：夯点按正方形布置，一遍夯与二遍夯按正方形对角布置，三遍夯与一遍夯呈平行布置，夯点间距为3.3m，夯击能采用300kN-m，一遍夯在夯第4击时，因起锤困难，开始填料，未能检测到粉砂的密实程度。至于采用重型动力触探方法，因为上部有碎石置换的增强体，形成钻孔困难，因此，采用了
