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地基处理技术第一章 绪 论（全面版）资料
第一章 绪 论
第一节 地基、基础的概念
地基是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地。也就是说承受由基础传来荷载 的土层(或岩称为地基。位于基础底面下第一层称为持力层,在其以下的土层统称为下 卧层。
我国土地辽阔、幅员广大、自然地理环境不同,土质各异、地质条件区域性较强,因 而使地基基础这门学科特别复杂。随着当前经济建设的蓬勃发展,不仅事先要选择在地质 条件良好的场地从事建设,而且有时也不得不在地质条件不好的场地进行建设,为此必须 对地基进行地基处理。
建筑物的地基所面临的问题有以下四方面:
1、地基承载力及稳定性 .
地基承载力及稳定性是指地基在建(构筑物荷载(包括静、动荷载的各种组合作 用下能否保持稳定,若地基承载力不能满足要求,在建(构筑物荷载作用下地基将会产 生局部或整体剪切破坏,影响建(构筑物的安全与正常使用,严重的会引起建(构筑 物的破坏。天然地基承载力主要与土的抗剪强度有关,也与基础型式和埋深有关。天然地 基承载力不能满足要求时,需要进行地基处理,形成人工地基,以满足建(构筑物对地 基承载力的要求。
2、沉降、水平位移及不均匀沉降 .
在建(构筑物的荷载(包括静、动荷载的各种组合作用下,地基沉降,或水平位 移,或不均匀沉降会超过相应的允许值。若地基变形超过允许值,将会影响建(构筑物 的安全与正常使用,严重的会引起建(构筑的破坏。天然地基变形主要与荷载大小和土 的变形特性有关,也与基础型式有关。若天然地基变形不能满足要求,则需要进行地基处 理,形成人工地基,以满足建(构筑物对地基变形的要求。
3、渗漏 .
渗漏主要分两类:一类是堤坝蓄水构筑物地基渗流量超过其允许值时,其后果是造成 较大水量损失;另一类是地基中水力比降超过其允许值时,地基土会潜蚀和管涌产生破坏 而导致建(构筑物破坏造成工程事故。天然地基渗漏问题主要与土的渗透性有关。若天 然地基不能满足要求,则需对地基进行改良,减小土的渗透性,或在地基中设置止水帷幕, 阻截渗流。
4、液化 .
在动荷载(地震、机器以及车辆振动、波浪和爆破等作用下,会引起饱和松散粉细
纱(包括部分粉土产生液化,它是使土失去抗剪强度近似液体特性的一种现象,并会造 成地基失稳和震陷。
基础是具有承上启下的作用。它处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下,承受 由此而产生的内力(轴力、剪力和弯矩 。基础是建筑物十分重要的组成部,没有一个坚固 而持久的基础,上部结构就是建造得再结实,也是要出问题的。基础是承受上部结构荷重, 并将其传递到下卧土层的结构,它的主要功能有以下几点:
1、通过扩大的基础底板或桩基础等形式将上部结构传来的荷载,如轴向力,水平力和 弯矩等传递到持力层和下卧层上,以满足地基承载力要求。
2、根据地基可能出现的变形及上部结构特点,利用基础所具有的刚度,与上部结构共 同调整基础的不均匀变形,使上部结构不致产生过多的次应力。
3、当上部结构受到较大的水平力,如风压、水压、土压以及地震力的作用时,采用挡 土墙、板桩或锚杆等可起一定的抗滑或抗倾覆作用。
4、作为震动设备的基础还具有减振的功能。
上部结构的荷重通过基础传至土体后,便继续向土体深部扩散。由于土体是半无限空 间体,土中应力随扩散深度而逐渐减少,到某一深度后,由于上部荷载所增加的土中应力 甚小,对工程实际已无意义。
基础设计时,除保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外,同时还需选择合理的基 础尺寸和布置方案,使地基的强度和变形满足规范的要求。因此,基础方案的论证常是地 基评价的自然引伸和必然结果,地基和基础的设计往往是不可截然分割的。
凡是基础直接建造在未经过加固的天然土层上时,这种地基称之为天然地基。当天然 地基不能满足建(构筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时,则事先要经过人工 处理再建造基础,这种地基加固称为地基处理。
第二节 地基处理的目的和意义
在土木工程建设中,当天然地基不能满足建(构筑物对地基的要求时,需要对天然 地基进行地基处理,形成人工地基,以满足建(构筑物对地基的要求,保证其安全与正 常使用。
建筑物的地基问题,主要有以下四个方面:
1、强度及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时,地 基就会产生局部或整体剪切破坏。
2、压缩及不均匀沉降问题。当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形 时,会影响结构物的正常使用,特别是超过建筑物所能容许的不均匀沉降时,结构可能开 裂破坏。沉降较大时,不均匀沉降往往也较大。湿陷性黄土遇水而发生剧烈的变形也可包
括在这一类地基问题中。
3、地基的渗漏量或水力比降超过容许值时,会发生水量损失,或因潜蚀和管涌而可能 导致失事。
4、地震、机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土,特别是 饱和无粘性土的液化,失稳和震陷等危害。
当建(构筑物的天然地基存在以上四类问题之一或其中几个时,即须采用这种或那 种地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。有的可在上部结构上采取一些措施,地 基与建(构筑物的关系极为密切。
地基问题的处理恰当与否,关系到整个工程质量、投资和进度。因此,其重要性已越 来越多地被人们所重视。
我国地域辽阔,从沿海到内地,由山区到平原,分布着多种多样的地基土,其抗剪强 度、压缩性、以及透水性等,因土的种类不同而可能有很大差别。各种地基土中,不少为 软弱土和不良土,主要包括:软粘土、人工填土(包括素填土、杂填土和冲填土 、饱和粉 细纱(包括部分轻亚粘土 、湿陷性黄土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、 土洞和山区地基等。而我国的新建设工程越来越多地遇到不良地基。因此地基处理的要求 也就越来越迫切和广泛。下面分别简单介绍:
1、软粘土
软粘土是软弱粘性的简称,有时还简称为软土。它是第四纪后期形成的海相、泻湖相、 三角洲相、溺谷相和湖泊相的粘性土沉积物或河流冲积物,有的属于新近淤积物。大部分 是饱和的, 其天然含水量大于液限, 孔隙比大于 1.0。 当天然孔隙比大于 1.5时, 称为淤泥, 当天然孔隙比大于 1.0而小于 1.5时,称为淤泥质土。软粘土的特点是天然含水量高,一 般为 35%~80%, 天然孔隙比大, 一般为 1.0~2.0, 抗剪强度低, 不排水抗剪强度约在 5kPa ~ 25 kPa ,压缩系数高,一般为 a
1-2
=0.5Mpa-1~1.5 Mpa -1,最大可达到 4.5Mpa -1,渗透系数小, 一般约 1×10-6㎝ /s~1×10-8㎝ /s。 在荷载作用下, 软粘土地基承载力低, 地基沉降变形大, 不均匀沉降也越大,而且沉降稳定历时比较长,在比较深厚的软粘土层上,结构物基础的 沉降往往需要几年,甚至几十年。软粘土地基是在工程建设中遇到最多需要处理的软弱地 基,它们广泛地分布在我国沿海以及内地河流两岸和湖泊地区。例如:天津、连云港、上 海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、湛江、广州、深圳、珠海等沿海地区,以及武汉、 南京、马鞍山和昆明等内陆地区。
2、人工填土地基(包括素填土、杂填土和冲填土 .
人工填土按照物质组成和堆填方式可以分为素填土、杂填土和冲填土三类。按堆填时 间分为老填土和新填土两类。粘性土堆填时间超过 10年,粉土堆填时间超过 5年,称为老 填土。
素填土:是由磷石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土,其中不含杂质 或含杂质较少。若分层压实则称为压实填土。其性质取决于填土性质,压实程度以及堆填 时间。
杂填土:是人类活动形成的无规则堆积物,由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组 成,其成分复杂,成层有厚有薄,性质也不相同,且无规律性。在大多数情况下,杂填土 是比较疏松和不均匀的。在同一场地的不同位置,地基承载力和压缩性也有较大的差异。
冲填土:是由水力冲填泥砂形成的。冲填土的性质与所冲填泥砂的来源及冲填时的水 力条件有密切关系。含粘土颗粒较多的冲填土往往是欠固结的,其强度和压缩性指标都比 同类天然沉积土差,粉细砂为主的冲填土,其性质基本上和粉细砂相同。
3、饱和粉细砂 .
指饱和的粉砂土、 饱和的细砂土和砂质粉土。 粒径大于 0.25mm 的颗粒不超过全重的 50%, 粒径大于 0.075mm 的颗粒超过全重的 85%称为细砂土。 粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重 的 85%,但超过 50%称为粉砂土。粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重的 50%,而粒径小于 0.005mm 的颗粒含量不超过全重的 10%,塑性指数 I
P
小于或等于 10的称为砂质粉土,处于 饱和状态的细砂土、粉砂土和砂质粉土在静载作用下虽然具有较高的强度,但在机器振动、 车辆荷载、波浪或地震力的反复作用下有可能产生液化或大量震陷变形。地基会因液化而 丧失承载能力。如需要承担动力荷载,这类地基也需要进行处理。
4、湿陷性土 .
湿陷性土包括湿陷性黄土、粉砂土和干旱、半干旱地区具有崩解性的碎石土等。是否 属湿陷性土可根据野外浸水载荷试验确定。当在 200Kpa 压力作用下附加变形量与载荷板宽 之比大于 0.015时称为湿陷性土。在工程建设中遇到较多的是湿陷性黄土。
湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力综合作用下,受 水浸湿后,土的结构迅速破坏,并发生显著的附加下沉,其强度迅速降低的黄土。由于黄 土湿陷而引起建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。由于大面积地下水位上 升等原因, 部分湿陷性黄土饱和度达到 80%以上, 黄土湿陷性消退, 转变为低承载力 (100Kpa 和高压缩性土。饱和黄土既不同于软土,也不属湿陷性黄土。它兼具两者特性,这类地基 的处理问题逐渐增多。黄土在我国特别发育、地层多、厚度大,广泛分布在甘肃、陕西、 山西大部分地区,以及河南、河北、山东、宁夏、辽宁、新疆等部分地区。当黄土作为建 筑物地基时,首先判断它是否具有湿陷性,然后才考虑是否需要地基处理以及如何处理。
5、有机质土和泥炭土 .
土中有机质含量大于 5%时称为有机质土,大于 60%时称为泥炭土。
土中有机质含量高,强度往往降低,压缩性增大,特别是泥炭土,其含水量极高,压 缩性很大,且不均匀,一般不宜作为天然地基,需要进行地基处理。
6、膨胀土 .
膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩,具有较大胀缩变形性能,且变形往复的高塑性粘 土。 利用膨胀土作为建 (构 筑物地基时, 如果采取必要措施进行地基处理, 常会给建 (构 筑物造成危害。膨胀土在我国分布范围很广,根据现有资料,广西、云南、湖北、河南、 安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等地均有不同范围的分布。
7、多年冻土 .
多年冻土是指温度连续三年或三年以上保持在摄氏零度或零度以下,并含有冰的土层。 多年冻土的强度和变形有许多特殊性。例如,冻土中因有冰和未冰水存在,故在长期荷载 作用下有强烈的流变性。多年冻土作为建(构筑物地基需慎重考虑,需要采取处理措施。
8、岩溶、土洞和山区地基 .
岩溶或称“喀斯特” ,它是石灰岩、白云岩、泥灰岩、大理石、岩盐、石膏等可溶性岩 层受水的化学和机械作用而形成的溶洞、熔沟、裂隙、以及由于溶洞的顶板塌落使地表产 生陷穴、洼地等现象和作用的总称。土洞是岩溶地区上覆土层被地下冲蚀或被地下水潜蚀 所形成的洞穴。岩溶和土洞对建(构筑物的影响很大,可能造成地面变形,地基陷落, 发生水的渗漏和涌水现象。在岩溶地区修建建筑物时要特别重视岩溶和土洞的影响。
山区地基地质条件比较复杂,主要表现在地基的不均匀性和场地的稳定性两方面。山 区基岩表面起伏大,且可能有大块孤石,这些因素常会导致建筑物基础产生不均匀沉降。 另外,在山区常有可能遇到滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象,给建(构筑物造成直 接的或潜在的威胁。在山区修建建(构筑物时要重视地基的稳定性和避免过大的不均匀 沉降,必要时需进行地基处理。
改革开放和加入 WTO 以后,更快地促进了国民经济飞速发展,土木工程建设规模日益 扩大,要求越来越高,难度也不断加大。土木工程功能化,城市建设立体化,交通高速化 和改善综合居住条件成为现代化土木工程的特征。现代化土木工程建设对地基提出了更高 要求。随着现代化建设事业的发展,越来越多的土木工程需要天然地基进行处理。
除了在上述各种软弱和不良地基上建(构筑物时需要考虑地基处理外,当旧房改造、 加层,工厂设备更新等造成荷载增大,对原来地基提出更高要求,原地基不能满足新的要 求时,或者在开挖深基坑,建造地下铁道等工程中有土体稳定、变形或渗漏问题时,也需 要进行地基处理或土质改良。
在现代建设中,土木工程量大面广、投资大、参与的劳动力多,全国东西南北中,到 处见工地,土木工程是现代化建设中最活跃的领域之一。土木工程领域中,与上部结构比 较,地基不确定因素多、问题复杂、难度大。地基问题处理不好,后果严重。据调查统计, 世界各国发生的各种土木工程建设中的工程事故,地基问题常常是主要原因。地基问题处 理好,不仅安全可靠而且具有较好的经济效益。需求促进发展、实践发展理论,近些年来 我国地基处理技术发展很快,地基处理队伍不断壮大,地基处理水平不断提高,地基处理 已成为活跃的土木工程领域中的一个热点。总结国内外地基处理方面的经验教训,推广和 发展各种地基处理技术,提高地基处理水平对加快基本建设速度,节约基本建设投资具有 特别重要的意义。
第三节 地基处理的方法与分类
当天然地基不能满足建(构筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时,需要对 天然地基进行处理,以满足建(构筑物对地基的要求。地基处理方法,可以按地基处理 原理、地基处理的目的、地基处理的性质、地基处理的时效、动机等不同角度进行分类。
已经发展的地基处理方法很多,新的地基处理方法还在不断发展。要对各种地基处理方法 进行精确的分类是困难的。根据地基处理的原理进行分类。下面据此作简要介绍,具体各 种地基处理方法,详见以后各章。
1、置换
置换是用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土或不良土, 形成双层地基或复合地基,以达到提高地基承载力、减少沉降的目的。它主要包括换土垫 层法、挤淤置换法、褥垫法、振冲置换法(或称振中碎石法 、沉管碎石桩法、强夯置换法、 砂桩(置换法、石灰桩法,以及 EPS 超轻质料填土法等。
2、排水固结
排水固结的原理是软粘土地基在荷载作用下,土中孔隙水慢慢排出,孔隙比减小,地 基发生固结变形,同时,随着超静水压力逐渐消散,土的有效应力增大,地基土的强度逐 步增长。以达到提高地基承载力,减少工后沉降的目的。它主要包括加载预压法、超载预 压法、 砂井法 (包括普通砂井、 袋装砂井和塑料排水带法 、 真空预压与堆载预压联合作用, 以及降低地下水位等。
3、振密、挤密
振密、挤密是采用振动或挤密的方法使未饱和土密实使地基土体孔隙比减小,强度提 高,达到提高地基承载力和减小沉降的目的。它主要包括表层原位压实法、强夯法、振冲 密实法、挤密砂桩法、爆破挤密法、土桩和灰土桩法。
4、灌入固化物
灌入固化物是向土体中灌入或拌入水泥,或石灰,或其他化学浆材在地基中形成增强 体,以达到地基处理目的。它主要包括深层搅拌法、高压喷射注入法、渗入性灌浆法、劈 裂灌浆法、挤密灌浆法和电动化学灌浆法等。
5、加筋法
加筋法是在地基中设置强度高的土工聚合物、拉筋、受力杆件等模量大的筋材,以达 到提高地基承载力、减少沉降的目的。强度高、模量大的筋材可以是钢筋混凝土,也可以 是土工格栅、土工织物等。它主要包括加筋法、土钉墙法、锚固法、树根桩法、低强度混 凝土桩复合地基和钢筋混凝土桩复合地基法等。
6、冷热处理法
冷热处理是通过人工冷却,使地基温度低到孔隙水的冰点以下,使之冻结,从而具有 理想的截水性能和较高的承载能力。或焙烧、加热地基主体改变土体物理力学性质以达到 地基处理目的。它主要包括冻结法和烧结法两种。
7、托换
托换是指对原有建筑物地基和基础进行处理、加固或改建,在原有建筑物基础下需要
修建地下工程以及邻近建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问题的技术总称。它主要 包括基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法以及综合加固法等。
8、纠偏
纠偏是指对由于沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段。 主要包括加载纠偏法、 掏土纠偏法、顶升纠偏法和综合纠偏法等。
各类地基处理方法的简要原理和适用范围如表 1·3·1所列 。

地基处理方法除按地基处理加固原理进行分析外,还可以按下述方法分类:
地基处理方法可分为物理的地基处理方法、化学的地基处理方法、以及生物的地基处 理方法。
也可根据地基处理加固区的部位分为浅层地基处理方法、深层地基处理方法和斜坡面 土层处理方法三大类。
还可视用途将地基处理方法分为临时性地基处理方法和永久性地基处理方法两种。
地基处理方法的严格分类是困难的,不少地基处理方法具有几种不同的作用,例如振 冲法具有置换作用还有挤密作用,又如土桩和灰土既有挤密作用又有置换作用。另外,还 有一些地基处理方法的加固机理以及计算方法目前还不是十分明确,尚需进行探讨。地基 处理方法不断发展,功能不断壮大,也使之变得更加困难。因此上述分类仅供读者参考。
地基处理是利用物理的方法、化学的方法,有时还采用生物的方法,对地基中的软弱 土,或不良土进行置换、改良(或部分改良 、加筋、形成人工地基。经过地基处理形成的 人工地基大致上可以分为三类:均匀地基、多层地基和复合地基。广义地讲,桩基础也可 以说是一类经过地基处理形成的人工地基。
将桩基础也包括在内,通过地基处理形成的人工地基可分为以下三类:
1、通过土质改良或置换,全面改善地基土的物理力学性质,提高地基土抗剪强度,增 大土体压缩模量,或减少土的渗透性。该类人工地基属于均匀质地基,或多层地基。
2、 通过在地基中设置增强体, 增强体与原地基土体形成复合地基, 以提高地基承载力, 减少地基沉降。
3、通过在地基中设置桩,荷载由桩体承担。特别是端承桩,通过桩将荷载直接传递给 地基中承载力大,模量高的土层。
各种天然地基和人工地基均可归属于三种地基:
1、均质地基(包括多层地基 。
2、复合地基。
3、桩基础。
考虑到桩基础已有较完善的理论体系,在介绍地基处理技术的书中一般不包括桩基础。 因此,认为地基处理形成的人工地基一般为均质地基和复合地基两类。
第四节 地基处理方法设计
各种地基处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点,没有一种方法是万能的。在 具体的地基处理工程中,情况是非常复杂的,工程地质条件千变万化,具体的处理要求也 不相同,而且各施工单位的设备、技术、材料也不同。所以,对每一项具体地基处理工程 要进行具体细致分析,应从地基条件、处理要求(包括经处理后地基应达到的各项指标、 处理的范围、工程进度等 、工程费用以及材料、设备等各方面进行综合考虑,以确定合理 的地基处理方法。合理的地基处理方法总的原则是技术先进可靠、经济合理、安全适用、 确保质量,又能满足施工进度要求。对于一个具体工程可以采用一种地基处理方法,也可 采用两种或两种以上的地基处理方法。在确定地基处理方法时,还要注意节约能源,并注 意环境保护,避免因为地基处理时对地面水或地下水产生污染以及设备噪音对周围环境产 生的不良影响等。要因地制宜确定合适的地基处理方法,在引用外地或外单位某一方法时 应该克服盲目性,注意地区特点。因地制宜是一项重要的选用原则。当天然地基不能满足 建(构筑物对地基要求时,不能只考虑加固地基,同时应考虑上部结构体型是否合理, 整体刚度是否足够等。在考虑地基处理方案时,应同时参考上部结构、基础和地基的共同 工作,决定选用地基处理方案或选用加强上部结构刚度和地基处理相结合的方案。
初步确定地基处理方案后,可视需要进行小型现场试验或进行补充调查,根据试验成 果进行施工设计,然后进行施工。施工过程中通过监测、检验以及反分析,如需要还可对 设计进行修改、补充。实践证明,这是比较好的地基处理程序。
这里要强调的是要重视对天然地基工程地质条件的详细了解,许多由地基问题造成的 工程事故,或地基处理达不到预期目的,往往是由于对工程地质条件了解不够全面造成的。 详细的工程地质勘察是判断天然地基能否满足建(构筑物对地基要求的重要依据之一。 如果需要进行地基处理,详细的工程地质勘察资料也是确定合理的地基处理方法的主要基 本资料之一。通过工程地质勘察,调查建筑物场地的地形地貌,查明地质条件:包括岩土 的性质、成因类型、地质年代、厚度和分布范围。对地基中是否存在明滨、暗滨、古河道、 古井、古墓要了解清楚。对于岩层,还应查明风化程度及地层的接触关系,调查天然地层 的地质构造,查明水文及工程地质条件,确定有无不良地质现象:如滑坡、崩塌、岩溶、 土洞、冲沟、泥石流、岸边冲刷及地震等。测定地基土的物理力学性质指标,包括:天然 重度、相对密度、颗粒分析、塑性指数、渗透系数、压缩系数、压缩模量、抗剪强度等。 最后,按照要求,对场地的稳定性和适宜性,地基的均匀性、承载力和变形特征等进行评 价。
地基处理技术的设计顺序建议按图 1·4·1所示的程序进行。首先根据建(构筑物 对地基的各种要求和天然地基条件确定地基是否需要加固。若天然地基能够满足要求,尽 量采用天然地基。在确定是否需要进行地基处理时,应将上部结构、基础和地基统一考虑。 若天然地基不能满足建(构筑物对地基要求,首先需要确定进行地基处理的天然地层的 范围以及地基处理要求,然后根据天然地层条件、地基处理方法的原理、过去应用的经验 和机具设备、材料条件,进行地基处理方案的可行性研究,提出多种可行方案,最后,对 提出的多种方案进行技术、经济、进度等方面的比较分析,考虑环境保护要求,确定采用 一种或几种地基处理方法。
图 1·4·1地基处理方法设计顺序
第五节 地基处理技术的发展
国内外在地基处理技术方面发展十分迅速,使传统方法得到改进,新的技术不断涌现。 如在 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” ; 以如何提高土的排水固结这一观点出发,发展了土工聚合物,砂井预压和塑料排水带;从 如何进行深层密实处理方法考虑,采用了加大击实功的“强夯法”和“振动水冲法”等等。 随着工业的发展,给地基处理工程提供了先进的生产手段,如制造重达几千吨的专用起吊 机械(强夯法使用的起重机械 ;潜水电机的出现,带来了振动水冲法;真空泵的问世,才

能建立真空预压法;生产了大于 20Mpa 的压缩空气机,从而产生了“高压喷射法” 。为了适 应工程建设的需要,地基处理技术在我国得到飞速发展。地基处理技术新的发展反映在地 基处理机械、材料、现场监测技术,以及地基处理新方法的不断发展和多种地基处理方法 综合应用等各个方面。
为了满足日益发展的地基处理工程的需要,近几年来地基处理机械发展很快。例如, 深层搅拌机型号增加,除几年前生产的单轴深层搅拌机和固定双轴搅拌机、浆液喷射和粉 体喷射深层搅拌机外,近年来研制成功可变距双轴深层搅拌机和可同时适用浆液喷射和粉 体喷射的深层搅拌机,搅拌深度和成桩直径也在扩大,海上深层搅拌机也已投入使用。我 国深层搅拌机拥有量近年来大幅度增加。高压喷射注浆机械发展很快,出现不少新的高压 喷射设备,如井口传动由液压代替机械,改正了气、水、浆液的输送装置,提高了喷射压 力,增加了对地层的冲切搅拌能力。水平旋喷机械的成功应用,使高压喷射注浆法进一步 扩大了应用范围。应用于排水固结法的塑料排水带插带机的出现大大提高了工作效率。振 冲器的生产也走向系列化、标准化。为了克服振冲过程中排放泥浆污染现场,干法振动成 孔器研制成功,使干法振动碎石桩技术得到应用。地基处理机械的发展使地基处理能力得 到较大的提高。
地基处理材料的发展也促进了地基处理水平的提高。新材料的应用,不仅使一些原有 的地基处理方法效能提高,而且产生了一些新的地基处理方法。土工合成材料在地基处理 领域得到愈来愈多的应用。土工合成加筋材料的发展促进了加筋土法的发展。轻质土工合 成材料 EPS 作为填土材料形成 EPS 超轻质料填土法。塑料排水带的应用提高了排水固结法 施工质量和工效,且便于施工管理。灌浆材料如超细水泥、粉煤灰水泥浆材、硅粉水泥浆 材等水泥系浆材和化学浆材在品种、质量上发展都很快。化学浆材的研究重视降低浆材毒 性和对环境的污染。灌浆材料的发展有效地扩大了灌浆法的应用范围,满足了工程需要。 在地基处理材料应用方面还值得一提的是近年来重视将地基处理同工业废料的利用结合起 来。粉煤灰垫层、粉煤灰石灰二灰桩复合地基、钢渣桩复合地基、渣土桩复合地基、二灰 混凝土桩复合地基等应用取得了较好的社会经济效益。
地基处理的工程实践促进了地基处理计算理论的发展。随着地基处理技术的发展和各 种地基处理方法的推广使用,复合地基概念在土木工程中得到愈来愈多的应用,复合地基 理论得到发展,逐步形成复合地基承载力和沉降计算理论。除复合地基理论外,对强夯法 加固地基的机理、强夯法加固深度、砂井法非理想井计算理论、真空预压法计算理论方面 都有不少新的研究成果。地基处理理论的发展又反过来推动地基处理技术新的进步。人们 在改造土的工程性质的同时,不断丰富了对土的特性研究和认识,从而又进一步推动地基 处理技术和方法的更新,因而成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分支。
各项地基处理方法的施工工艺近年来也得到不断改善和提高,不仅有效地保证和提高 了施工质量,提高了工效,而且扩大了应用范围。真空预压法施工工艺的改进使这项技术 应用得到推广,高压喷射注浆法施工工艺的改进使之可用于第四纪覆盖层的防渗。石灰桩 施工工艺改进使石灰桩法走向成熟。边填碎石(块石或其它材料边强夯施工工艺扩大了 强夯法的应用范围。可以说,每一项地基处理方法的施工工艺都在不断提高。
地基处理的监测日益得到人们重视。在地基处理施工过程中和施工后进行监测,用以 指导施工、检查处理效果、检验设计参数。检测手段愈来愈多,检测精度日益提高。地基 处理逐步实行信息化施工,有效地保证了施工质量,取得较好的经济效益。
近年来,各地因地制宜发展了许多新的地基处理方法。例如:将强夯法用以处理较软 弱土层,边填边夯形成强夯碎石墩或桩复合地基以提高地基承力、减少沉降。采用沉管法 在软土地基中设置由碎石、粉煤灰、水泥或由砂石、水泥搅拌形成的低强度混凝土桩,与 桩间土形成复合地基。疏松基础,或称钢筋混凝土桩复合地基也可较好地发挥桩间土的效 用,减少用桩数量,取得较好的经济效益。新的地基处理方法的不断发展提高了地基处理 技术的整体水平和能力。
地基处理技术的发展还表现在多种地基处理方法综合应用。例如:真空预压法和堆载 预压法的综合应用可克服真空预压法预压荷载小于 80kpa 的缺点,扩大了它的应用范围。 真空预压法与高压喷射注浆法结合可使真空预压应用于水平渗透性较大的土层。高压喷射 注浆法与灌浆法相结合可提高灌浆法的纠偏加固效果。锚杆静压法与掏土法结合,锚杆静 压法与顶升法结合使纠偏加固技术提高到一个新的水平。重视多种地基处理方法的综合应 用可取得较好的社会经济效益。
地基处理领域是土木工程中非常活跃的领域,也是非常有挑战性的领域。复杂的工程 地质情况,现代土木工程对地基日益严格的要求,给我们提出了一个又一个的难题,让我 们面对挑战,促进地基处理技术更大发展。
第一章勾股定理
1. 探索勾股定理(第 1课时
一、学生起点分析
八年级学生已经具备一定的观察、归纳、探索和推理的能力.在小学,他们 已学习了一些几何图形面积的计算方法 (包括割补法 , 但运用面积法和割补思 想解决问题的意识和能力还远远不够. 部分学生听说过“勾三股四弦五”, 但并 没有真正认识什么是“勾股定理”. 此外, 学生普遍学习积极性较高, 探究意识 较强,课堂活动参与较主动,但合作交流能力和探究能力有待加强.
二、教学任务分析
本节课是义务教育课程标准实验教科书北师大版八年级 (上 第一章《勾股定 理》第一节第 1课时 . 勾股定理揭示了直角三角形三边之间的一种美妙关系,将 形与数密切联系起来, 在数学的发展和现实世界中有着广泛的作用. 本节是直角 三角形相关知识的延续, 同时也是学生认识无理数的基础, 充分体现了数学知识 承前启后的紧密相关性、 连续性. 此外, 历史上勾股定理的发现反映了人类杰出 的智慧,其中蕴涵着丰富的科学与人文价值.
为此本节课的教学目标是:
1.用数格子(或割、补、拼等的办法体验勾股定理的探索过程并理解勾 股定理反映的直角三角形的三边之间的数量关系, 会初步运用勾股定理进行简单 的计算和实际运用.
2. 让学生经历 “ 观察 — 猜想 — 归纳 — 验证 ” 的数学思想, 并体会数形结合和特 殊到一般的思想方法.
3.进一步发展学生的说理和简单推理的意识及能力;进一步体会数学与现 实生活的紧密联系.
4.在探索勾股定理的过程中,体验获得成功的快乐;通过介绍勾股定理在 中国古代的研究, 激发学生热爱祖国, 热爱祖国悠久文化历史, 激励学生发奋学 习.
三、教学过程设计
本节课设计了五个教学环节:第一环节:创设情境,引入新课;第二环节:探索发现勾股定理;第三环节:勾股定理的简单应用;第四环节:课堂小结;第 五环节:布置作业.
第一环节:创设情境,引入新课
内容:2002年世界数学家大会在我国北京召开,投影显示本届世界数学家 大会的会标:

会标中央的图案是一个与 “ 勾股定理 ” 有关的图形,数学家曾建议 用 “ 勾股定理 ” 的图来作为与 “ 外星人 ” 联系的信号.今天我们就来一同 探索勾股定理.(板书课题
意图:紧扣课题,自然引入,同时渗透爱国主义教育 . 效果:激发起学生的求知欲和爱国热情 .
第二环节:探索发现勾股定理 xK b1 .C om
1.探究活动一

内容:投影显示如下地板砖示意图,引导学生从面积角度观察图形:
问:你能发现各图中三个正方形的面积之间有何关系吗? 学生通过观察,归纳发现:
结论 1 以等腰直角三角形两直角边为边长的小正方形的面积的和, 等于以 斜边为边长的正方形的面积 .
意图:从观察实际生活中常见的地板砖入手,让学生感受到数学就在我们身 边.通过对特殊情形的探究得到结论 1,为探究活动二作铺垫 .
效果:1.探究活动一让学生独立观察,自主探究,培养独立思考的习惯和 能力; 2.通过探索发现,让学生得到成功体验,激发进一步探究的热情和愿望 . 2.探究活动二

内容:由结论 1我们自然产生联想:一般的直角三角形是否也具有该性质呢? (1观察下面两幅图:
(2填表:

(3你是怎样得到正方形 C 的面积的?与同伴交流.(学生可能会做出多 种方法,教师应给予充分肯定.

图 1 图 2 图 3 学生的方法可能有: 方法一:
如图 1,将正方形 C 分割为四个全等的直角三角形和一个小正方形,
131322
1
4=+⨯⨯⨯=C S .
方法二:
如图 2,在正方形 C 外补四个全等的直角三角形,形成大正方形,用大正方 形的面积减去四个直角三角形的面积,
.
方法三:
如图 3,正方形 C 中除去中间 5个小正方形外,将周围部分适当拼接可成为 正方形, 如图 3中两块红色 (或两块绿色 部分可拼成一个小正方形, 按此拼法,
A
B
D
.
(4分析填表的数据,你发现了什么? 学生通过分析数据,归纳出:
结论 2 以直角三角形两直角边为边长的小正方形的面积的和, 等于以斜边 为边长的正方形的面积 .
意图:探究活动二意在让学生通过观察、计算、探讨、归纳进一步发现一般 直角三角形的性质.由于正方形 C 的面积计算是一个难点,为此设计了一个交流 环节 .
效果:学生通过充分讨论探究, 在突破正方形 C 的面积计算这一难点后得出 结论 2. 3.议一议
内容:(1你能用直角三角形的边长 , b , c 来表示上图中正方形的面积
吗?
(2你能发现直角三角形三边长度之间存在什么关系吗?
(3分别以 5厘米、 12厘米为直角边作出一个直角三角形,并测量斜边的 长度. 2中发现的规律对这个三角形仍然成立吗?
勾股定理 :直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方 . 如果用 a , b , c 分别表示直角三角形的两直角边和斜边,那么 222c b a =+.
数学小史:勾股定理是我国最早发现的, 中国古代把直角三角形 中较短的直角边称为勾, 较长的直角边称为股, 斜边称为弦, “ 勾股定 理 ” 因此而得名.(在西方文献中又称为毕达哥拉斯定理
意图:议一议意在让学生在结论 2的基础上, 进一步发现直角三 角形三边关系,得到勾股定理 .
效果:1.让学生归纳表述结论,可培养学生的抽象概括能力及语言表达能 力; 2.通过作图培养学生的动手实践能力 .
第三环节:勾股定理的简单应用
弦 股
勾
内容:

例题 如图所示,一棵大树在一次强烈台风中于离地面 10m 处折断倒下, 树顶落在离树根 24m 处 . 大树在折断之前高多少?
(教师板演解题过程 练习:
1.基础巩固练习:
求下列图形中未知正方形的面积或未知边的长度(口答:
2.生活中的应用:
小明妈妈买了一部 29 in(74 cm 的电视机 . 小明量了电视机的屏幕后, 发现 屏幕只有 58 cm长和 46 cm宽, 他觉得一定是售货员搞错了. 你同意他的想法吗? 你能解释这是为什么吗?
意图:练习第 1题是勾股定理的直接运用,意在巩固基础知识.
效果:例题和练习第 2题是实际应用问题,体现了数学来源于生活,又服务 于生活,意在培养学生 “ 用数学 ” 的意识.运用数学知识解决实际问题是数学教学 的重要内容 .
第四环节:课堂小结
内容: 教师提问:
1.这一节课我们一起学习了哪些知识和思想方法? 2.对这些内容你有什么体会?与同伴进行交流. 在学生自由发言的基础上,师生共同总结:
1.知识:勾股定理:直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方.如果

2.方法:(1 观察 — 探索 — 猜想 — 验证 — 归纳 — 应用;
?
225100
x
15
(2 “ 割、补、拼、接 ” 法 .
3.思想:(1 特殊 — 一般 — 特殊;
(2 数形结合思想.
意图:鼓励学生积极大胆发言,可增进师生、生生之间的交流、互动. 效果:通过畅谈收获和体会,意在培养学生口头表达和交流的能力,增强不 断反思总结的意识 .
第五环节:布置作业
内容:布置作业:1.教科书习题 1.1.
2

.观察下图,探究图中三角形的三边长是否满足 ?
意图:课后作业设计包括了三个层面:作业 1是为了巩固基础知识而设计; 作业 2是为了扩展学生的知识面; 作业 3是为了拓广知识, 进行课后探究而设计, 通过此题可让学生进一步认识勾股定理的前提条件.
效果:学生进一步加强对本课知识的理解和掌握.
五、教学设计反思
(一设计理念
依据 “ 学生是学习的主体 ” 这一理念,在探索勾股定理的整个过程中,本节课 始终采用学生自主探索和与同伴合作交流相结合的方式进行主动学习. 教师只在 学生遇到困难时,进行引导或组织学生通过讨论来突破难点 .
(二突出重点、突破难点的策略
为了让学生在学习过程中自我发现勾股定理, 本节课首先情景创设激发兴趣, 再通过几个探究活动引导学生从探究等腰直角三角形这一特殊情形入手, 自然过
渡到探究一般直角三角形,学生通过观察图形,计算面积,分析数据,发现直角 三角形三边的关系,进而得到勾股定理.
第一章 勾股定理
1. 探索勾股定理(第 2课时
一、学生起点分析
学生的知识技能基础:学生在七年级已经学习了整式的加、减、乘、除运算 和等式的基本性质, 并能进行简单的恒等变形; 上节课又已经通过测