大学地基处理PPT课件之加筋与托换与纠倾.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 加 筋,7.1 概述,7.2 土工合成材料,7.3 加筋土挡墙,7.4 锚杆与土钉支护,7.5,其他加筋处理,7.1 概述,土的加筋,是指在土体中设置加筋材料，形成可以承受抗压、抗拉、抗剪、抗弯的复合土体，以提高地基承载力、减少沉降和增加地基稳定性，常称为“加筋土法”或“加筋土技术”。,加筋土的分类,：,从材料的性质上分，有金属材料和合成材料；,从形式上分，有棒状、条状、网状、格栅状等；,从材料允许的变形来分，有刚性材料和柔性材料，刚性材料如金属和一些弹性模量较大的合成材料，柔性材料如土工织物、土工格栅等。,加筋土工程应用实例,挡墙加筋,陡坡加筋,桥台加筋,返 回,7.2 土工合成材料,土工合成材料,是指以人工合成的聚合物为原料的材料总称，是应用于土木工程领域的一种新型材料。,土工合成材料是将高分子聚合物通过纺丝和后处理支撑纤维，再加工而成，常见的这类纤维有：聚酰胺纤维（PA，如尼龙，锦纶）、聚酯纤维（如涤纶）、聚丙烯纤维（PP，如腈纶）、聚乙烯纤维（PE，如维纶）和聚氯乙稀纤维（PVC，如氯纶），等。,7.2.1,土工合成材料的类型,1、土工织物：,分为有纺土工织物（织造）和无纺土工织物（非织造）。,土工织物重量轻、整体连续性好、施工简便、抗拉强度高、耐腐蚀，常用做加筋和防护材料、反滤材料、隔离材料等。,2、土工膜：,土工膜是由聚合物或者沥青制成的一种具有极低渗透性的膜状材料，其渗透系数常为110-11110-13cm/s，为理想的防渗材料。工程应用中常利用其防渗和隔离功能。例如，土工膜可用于渠道、水库、堤坝的防渗；应用于液体或垃圾填埋场的覆盖层或衬垫。,3、土工格栅：,土工格栅是由聚乙烯或者聚丙烯通过打孔、单向或双向拉伸扩孔制成的类似格栅状的土工合成材料。土工格栅的孔格尺寸一般为10100mm。,4、土工网：,土工网是由平行的聚合物肋条按一定的角度交叉，并在交点处靠热粘结而成的平面网状制品。主要功能是排水、排气，在土中使用时，需和外包无纺织物反滤层一起使用。,5.土工复合材料：,土工复合材料是由两种或两种以上的材料复合而成的土工合成材料，其基本原理就是将不同特性的材料组合起来以达到所要求的功能。常见的有：复合土工膜；塑料排水板；土工复合排水网：土工织物土工格栅等等。,6、其他土工材料：,土工合成材料发展迅速，新产品层出不穷，如土工格室、土工条带、土工网垫、土工模袋、土工管、土工泡沫塑料、土工管袋、土工包等，下面简要介绍土工条带。,土工条带,是指用高强合成材料或玻璃纤维作为抗拉材料，外面裹以具有防滑花纹的塑料套形成的一种土工合成材料。土工条带多用于加筋土挡墙。,有纺土工织物,无纺土工织物,土工膜,部分土工合成材料,7.2.2,土工合成材料的主要功能,1.加筋作用土工合成材料的加筋作用就是将具有高拉伸强度、拉伸模量和表面摩擦系数较大的土工合成材料埋入土体中，通过筋材与周围界面间摩擦阻力进行应力传递，约束土体受力时产生侧向位移。,一般用于加筋的土工合成材料有编织土工织物、土工拉筋带、土工网、土工格栅等。,2.排水作用,土工合成材料的排水作用是指土工合成材料收集降水、地下水或其它液体，并沿其平面进行传输，达到排水目的。一些土工合成材料如塑料排水带、土工织物、土工复合排水网等具有良好的垂直和水平排水功能,3.反滤作用,土工合成材料的过滤作用是指将土工合成材料置于土体中或土体表面，在允许液体通过的同时，有效地限制土颗粒或者其他颗粒的流失，即利用土工合成材料的反向过滤作用保护土体。,4.防渗作用,土工合成材料的防渗作用是指在工程中可以有限阻止水或其它液体从一侧渗透到另一侧，以保护工程设施不受损害。,常用的防渗土工合成材料有土工膜及复合土工膜等，这些材料可以用在各种需要防水防气以及防有害物质的地方。,5.隔离作用,土工合成材料的隔离作用是指土工合成材料能防止相邻的土和其它介质混合。,土工合成材料用于隔离的示意图,6.防护作用,土工合成材料的防护作用是指使用土工合成材料限制或防止岩土体受外界环境作用而产生的破坏、侵蚀现象。,土工合成材料用于防护的示意图,必须指出的是，土工合成材料的六大功能是不能截然分开的，不同材料的功能不尽相同，但同一种材料往往兼有多种功能。另外，同一工程中，土工合成材料往往综合应用，发挥不同的功效。,高速公路软基路堤的土工合成材料应用实例,7.2.3,土工合成材料的主要特性,1.物理性质,土工合成材料的物理性质包括,单位面积质量,、,厚度,、,孔隙率,、,开孔孔径,等。,单位面积质量,指1m,2,土工合成材料的质量，用,m,表示，单位g/m,2,。,厚度,指压力2kPa时材料顶面到底面的距离，单位mm。,孔隙率,指孔隙体积与总体积之比，用,n,表示，单位为%。,2.力学性质,土工合成材料的力学性质是指材料在各种静、动载作用下所表现出的强度和变形特性，其主要指标有：抗拉强度、握持强度、撕破（裂）强度、顶破强度、刺破强度、穿透强度、蠕变性等。,3.耐久性,土工合成材料的耐久性是指其抵抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性等。,耐久性可以包括很多方面的内容，包括抵抗紫外线辐射、温度和适度变化、化学侵蚀、生物侵蚀、冻融变化、机械损伤等能力，耐久性反映了土工合成材料在长期应用和不同环境中工作的性状变化。,4.土工合成材料土的界面特性,加筋是土工合成材料的重要用途，对加筋机理的理论和试验研究表明，加筋作用的直接来源在于土与土工合成材料的界面效应。,表征界面特性的指标主要有土与土工合成材料的界面摩擦系数和渗透系数。,返 回,7.3 加筋土挡墙,加筋土挡墙一般由基础、面板、加筋材料、土体填料、帽石等主要部分组成,，如图所示。,1.面板 2.拉筋 3.填料 4.帽石 5.基础,与传统的重力式挡墙结构相比，加筋土挡墙结构有以下特点：,（1）可做成很高的垂直填土，减少占地面积，对于不利于放坡的地区和土地昂贵的城市道路可采用。,（2）墙面板和拉筋可预制，施工简便、快速，能节省劳力和缩短工期。,（3）充分利用材料性能，使挡土墙结构轻型化，基础尺寸小。其混凝土体积相当于重力式挡墙的3%5。,（4）具有柔性结构的功能，地基变形对加筋土挡墙的稳定影响比对其它结构物小，可用于软土地基。,（5）工程造价比较低。挡墙高度超过5m时，与重力式挡墙相比，可节约造价2060，且墙体越高，经济效益越显著。,加筋土挡墙结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力、填料与拉筋间的摩擦力，这些相互作用的内力使得结构的内部稳定，同时，加筋土挡墙结构还抵抗拉筋尾部后面填土所产生的侧压力，使结构外部稳定。在加筋土结构中，加筋的目的是提高填料的抗剪强度特性，且承担部分侧向土压力。,土在自重或外力的作用下易产生变形或倒塌，容易将筋带从土中拔出，由于筋带材料被土压住，于是填土与筋带之间的摩阻力阻止了筋带被拔出，在此种情况下，只要筋带材料具有足够强度，而且与土产生摩擦力而不产生滑移，筋带就能改善和提高土的力学特性，成为能够支承外力和自重的结构体。,返 回,7.4 锚杆与土钉支护,锚杆支护是指在稳定土层内部的钻孔中，用水泥砂浆将钢筋（或钢绞线）与土体粘接一起的拉结挡土结构,。,它由,锚头,、,自由段,和,锚固段,组成。,锚头,是连接锚杆和主体结构的部件；,锚固段,位于锚杆的尾部，深埋于地层中，是由高压所注入的水泥浆或水泥砂浆凝固而成；,自由段,是连接主体结构和锚固端的桥梁，把主体结构的荷载传于锚固段，常由钢筋或钢铰线构成。,7.4.1概述,锚杆全貌,土钉支护是一种用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构，是由锚杆技术发展而来。,它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层和必要的防水系统组成，形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定,。,土钉为用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承变拉力作用。土钉支护也被称为锚钉支护或喷锚网支护。,土钉支护示意图,7.4.2,锚杆支护,锚杆可分为岩层锚杆和土层锚杆，以下主要介绍土层锚杆支护的有关知识。,按照不同的分类方法，土层锚杆可分为,摩擦型锚杆、承压型锚杆,；,临时性锚杆、永久性锚杆,；,圆柱型锚杆、端部扩大头型锚杆,等等。,土层锚杆主要具有如下优点：,锚杆施工简便，其施工机械和设备作业空间不大，可以适合各种地形和场地；,锚杆的设计拉拔力可由现场抗拔试验获得，因此，只要施工质量较好，就可保证设计有足够的安全度；,用锚杆代替钢模撑作侧壁支承，可以节省大量钢材，还可以改善施工条件；,锚杆可预先张拉，采用预应力锚杆，能在一定程度上控制基坑或者边坡的变形；,锚杆施工时，施工噪音和振动均很小。,土层锚杆支护的适用范围,适用于粘性土、粉土和砂土等。具体主要有以下几个方面：,深基坑工程,如用作地下室、地下停车场、地下街道,边坡稳定工程,如用于边坡加固、挡墙锚固、滑坡整治工程中。,抵抗倾覆的结构工程,如用于防治高架桥倾倒、高塔倾倒、挡墙倾覆等工程中。,隧道与地下工程,如用于隧道支护、控制隧道岩土体变形等。,冲击区的抗浮和防护,如用于大坝下游冲击区、排洪隧洞冲击区的抗浮与保护。,土层锚杆支护作用机理,不同的锚杆就有不同的锚固机理。目前，对土层锚杆的工作机理有以下几种观点。,（1,）摩擦作用,一般认为，锚杆主要靠锚固段的注浆体与被锚固土体之间的摩擦力来维持土体的平衡和稳定。实践表明，单根锚杆的承载力除锚筋必须具有足够的截面积以承受极限拉力外，对于土层锚杆，其抗拔力取决于锚固体与土层之间的极限摩阻力。,（,2,）土体稳定性增大,由于锚杆的预应力作用，可以有效限制被锚固土体的变形量，从而增加土体的稳定性，另外，灌浆可大大增加锚杆和土的界面强度，进而增加土体稳定性。,（,3,）土体等效变形模量增加,由于锚杆的弹性模量远高于土体的弹性模量，当锚杆随土体变形时，这种变形特性的差异造成了土体等效变形模量的增加。,（,4,）土体抗剪强度提高,早期的锚杆计算模型就是认为锚杆提高了土体的抗剪强度指标,c,和,，相应地土的抗剪强度性能提高，进而增加土体稳定性。,必须指出的是，以上这些锚杆支护的作用机理实际上并不是孤立的，不同的岩体或土体条件下，对于不同的锚杆类型，可能是一两个甚至多个方面共同起作用。,7.4.3,土钉支护,土钉的类型,打入钉，指用钢筋或钢管作土钉，直接击入土中。,注浆钉，指通过机械成孔，再置入钢筋或钢管，然后沿全长注浆填孔。,土钉支护类型,由土钉与钢筋混凝土面板构成支护系统。,由土钉与格构梁构成支护系统。,由土钉与混凝土块(台座)构成支护系统。,土钉支护的优点,施工简便，施工速度快；工程造价低；节省占地；结构轻巧，柔性大，有非常好的抗震性能和延性；作业噪音小；工期短；适用范围广等。,土钉支护的缺点,用于基坑支护时，水平位移较大，对周围道路、建筑物可能引起损坏。,要求土体的自稳性好，土钉支护的第一步是开挖12m深，方进行第一道土钉施工，在完成之前需要求土体在无支撑的情况下保持稳定。,不能应用于冻土和地下水位以下的土层。,在市区使用时，因建筑物密度大，土钉要“入侵”到其他建筑物、道路下，可能对其它建筑物基础造成影响。,土钉施工时要求坡面无水渗出。土钉一般不能回收利用，且“寿命”较短。,土钉支护施工,主要包括开挖、排水系统设置、土钉设置、喷射混凝土面层等几个环节。,（a）井字架型 （b）垫板型,土钉与面层的连接方式,7.4.4,土钉、土层锚杆与加筋土挡墙比较,土钉与加筋土挡墙的比较,从工作机理上讲，锚杆主要为锚固机制，加筋土主要为加固机制，而土钉支护则为加固基础上的锚固机制。土钉支护属于土体加筋技术中的一种，其形式与通常的加筋土挡墙相似，,相似之处,在于：,加筋体均处于无应力状态，只有在土体产生一定位移后，方能发挥作用。,加筋土抗力均由加筋体与土之间产生的界面摩擦力提供。,加筋土挡墙面层为预制构件，而土钉面层为现场喷射混凝土。二者的面层较薄，受到的荷载都相对较小，故均对稳定不起主要作用。,二者的,不同之处,在于：,筋体所受的拉力分布不同，加筋土在坡底的筋体受到的拉力最大，筋体越靠近坡顶，受到的拉力越小；而土钉则是在中间深度的筋体受到的拉力较大，土钉两端的拉力较小。,土钉是一种原位加筋技术，用以改良天然土层，而加筋土能够控制填土性质。,加筋土挡墙中，摩擦力直接来源于筋材和土之间，而土钉支护中，通过灌浆技术使筋材和土粘结。,施工工序截然不同，土钉施工是“自上而下”，加筋土挡墙是“自上而下”。,（a）土钉支护施工,（b）加筋土挡墙施工,土钉与加筋土挡墙施工顺序比较,土钉与土层锚杆比较,土钉是锚杆技术发展而来的一种新型支护技术，二者均常用于边坡加固和开挖支护，它们在概念的外延上有交叉，具有一定的相似之处，它们有不同的工作机理。二者的主要区别有以下几个方面。,土钉是加固土体用的“加强筋”，没有自由段与锚固段之分，密集设置时形成强度较高的挡土墙，通常称“土钉墙”。锚杆是利用其锚固力“拉”住滑移体，分自由段与锚固段。,锚杆只是在锚固段内受力，而自由端只是传力作用，土钉则是全长范围内受力。,锚杆挡土墙应该设法防止产生变位，可预先张拉；而土钉一般要求土体产生小量位移，从而使土钉与土体之间的摩阻力得以充分发展，一般不张拉。,土钉提供的锚固力较小，锚杆提供的锚固力较大，所以土钉用于较浅的基坑或较矮的边坡支护，锚杆可用于较深的基坑或较高的边坡支护。,锚杆往往较长（一般为,15,45m,），因此需要大型设备来安装。锚杆体系常用于大型挡土结构。而土钉的施工设备较为简单，由于土钉安装密度高，单筋破坏后果未必严重，因而施工精度要求没有锚杆高。,（a）土钉 （b）锚杆,土钉和锚杆受力比较,返 回,7.5,其他加筋处理,加筋土垫层,当软弱地基承载力和沉降不能满足要求时，将基础下一定范围内的软弱土层挖去，然后逐层铺设土工合成材料与砂石填料等构成加筋土垫层。,可用于加筋土垫层的土工合成材料有土工织物、土工条带、土工格栅、土工格室和一些土工复合材料。,加筋土垫层具有以下特点：,一是扩散应力,。,由于加筋垫层的刚度较大，在承受较大的基础集中荷载后，土工合成材料中将产生较大的内应力，从而抵消部分建筑物附加荷载，同时又将荷载较均匀地传递、分布到地基土中，因而可以较好地提高地基承载力。,二是调整地基不均匀沉降。,在软土地基中，承受荷载后土体的剪切破坏、挤出和塑性流动会使地基产生很大的变形，当设置加筋垫层后，加大了压缩层范围内地基的整体刚度，有利于调整地基变形，尤其是不均匀沉降。,三是增大地基稳定性。,由于加筋垫层的约束，可大大地限制土体的侧向移动、挤出或隆起，以提高软土地基的强度，增大地基稳定性。,（,a,）路基加固 （,b,）浅基础地基 （,c,）路面基层加固,加筋土垫层在工程中的应用,加筋土边坡,与加筋土挡墙不同，加筋土边坡也是常见的加筋土技术之一。,加筋土边坡是由加筋材料、面层和回填材料组成。加筋材料多为连续的土工合成材料如土工织物、土工格室、土工格栅等。,加筋土边坡具有美观、占地少、经济效益明显等优点。,加筋土边坡可用于修筑陡坡、加固滑坡、拓宽路面等。,（a）修筑陡坡 （b）拓宽路面 （c）修复滑坡,加筋土边坡在工程中的应用,第8章 托换与纠倾,8.1 概述,8.2 托换加固技术,8.3 纠倾技术,8.1 概述,托换与纠倾,是指既有建构筑物，因地基基础原因不能满足安全、稳定要求时进行的一种特殊的综合施工过程。,托换,就是解决既有建构筑物地基基础承载力不足、变形等不满足正常使用要求等问题，使之能达到正常使用状态。包括两部分，包括两部分内容，一是对既有建构筑物基础的加固，二是对既有建构筑物地基的加固。,纠倾,是指将倾斜超过规范容许值的建构筑物扶正的过程。,返回,8.2 托换加固技术,托换功能分类：,从既有建构筑物工程对托换的要求不同，托换技术可分为三种不同类型：,补救性托换、预防性托换,和,维持性托换,。,对地基基础的托换包含两方面的内容：一是,基础托换,（托换加固），二是,地基加固,，二者联系紧密。,基础托换,主要方法：,基础加大底面积托换法,在许多既有建筑物中，基础可能因机械损伤、冻涨，或地基不均匀沉降带来的次应力而出现裂缝等，可以通过加大基底面积使地基承载力和变形满足使用要求。,基础加大法托换,1、既有墙体；2、既有基础；3、基础加宽部分；4、种植钢筋,基础加深托换法,基础托换优先采用与原有基础相同的埋深，即前述的扩大底面积法。对存在软弱下卧层的情况，经过计算，如果扩大基础底面尺寸后，地基的变形深度有所增加变形或下卧层强度验算不满足要求时，可采用基础加深法。,基础加深法托换,1、既有墙体；2、既有基础；3、导坑；4、基底下托换基槽；5、加深部分基础,锚杆静压桩托换法,锚杆静压桩托换采用静压方式沉桩，以建筑物自重做反力，用千斤顶将桩压入土中，桩土共同作用来分担原有建筑物的荷载，从而对既有建筑物地基进行加固处理。,地基加固,主要方法：,既有建筑物地基加固与一般意义上的地基加固不同。通常说的地基加固是指建筑物在建造前，对地基实施的加固。既有建筑物的地基加固，要结合考虑的很多情况因素很多，对于车间而言，加固期间不能停产；对住宅而言，加固期间人不需搬离等等。,主要方法有：高压灌浆加固地基等。,返回,8.3 纠倾技术,建筑物,倾斜原因,大致如下：,1、高压缩性地基土厚薄不均，建筑物向高压缩土层分布厚的方向倾斜；,2、软土上相邻建筑物净距太小，地基中附加应力扩散叠加，出现相向倾斜；,3、在既有建筑物附近开挖基坑，缺乏有效支撑，或降低地下水后，形成排水固结，引起倾斜；,4、由于勘察原因，未能查明饱和软粘土的分布；,5、由于设计原因，未能采取合理的地基加固方案；,6、改变建构筑物的使用功能，如对地基未加处理，就,进行,增层、增加荷载等,活动,。,纠倾实施原则,倾斜建筑物的纠倾过程是一个系统工程，涉及岩土工程、结构工程方面的知识。,纠倾方案主持人还应具备建筑施工等方面的相关经验。,纠倾对象是建构筑物，但具体施工主要针对地基基础展开，而地基基础具有很多的不确定性，施工过程中应及时调整纠倾方案，实施信息化施工。,纠倾的主要方法有：,迫降纠倾,顶升纠倾,迫降纠倾,指在反向倾斜一侧（沉降小的一侧）的地基土内，采用钻孔取土、深层冲水排土等手段，人为促使该侧建构筑物在较短时间内下沉到设计标准。,其原理是，在沉降量较小的基础下排除部分土后，集中在空穴周围的应力促使土体向空穴内压缩转移。另外，饱和软粘土产生塑性流动，使地基土向临空面移动，从而加速建构筑物的下沉，达到纠倾目的。,钻孔取土纠倾存在明显的效应滞后现象。一般情况下，取土后48小时内沉降比较显著，取土一周后，仍有明显的沉降出现。规划纠倾方案时，要充分考虑沉降滞后效应引起的后期沉降。,顶升纠倾,适用于：,建筑物的整体沉降及不均匀沉降较大，造成标高过低；,倾斜建筑物基础为桩基；,不适用采用迫降纠倾的倾斜建筑等。,顶升纠倾的最大顶升高度不宜超过80cm。,顶升纠倾前要全面考虑地基基础及上部结构、荷载的特点，并通过钢筋混凝土或砌体结构托换加固技术，将建筑物的基础和上部结构沿某一特定的位置进行分离，采用钢筋混凝土进行加固、托换。,根据千斤顶设置的位置，顶升纠倾可分为,基础底部顶升法,；,地圈梁顶升法,；,上部结构托梁顶升法等,。,无论何种顶升法，千斤顶均需有可靠支撑点。,当采用在基础底部顶升时，可在既有基础下设置桩体，提供有效反力。,当采用其它顶升法时，要将设置千斤顶处的上下结构断开，并计算千斤顶作用处的局部抗压承载力是否满足要求，必要时要对建筑物的结构部分进行加固。,谢谢,