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　本書總結(jié)國內(nèi)外近年來地基柞理技術(shù)的科研成查成果和工程實(shí)踐，生活費(fèi)統(tǒng)介紹了在水利工程中廣泛應(yīng)用的地工在處理新技術(shù)。全書共入章，包括地基處理基礎(chǔ)知識、墊層處理、強(qiáng)夯法、碎石樁、深層攪半法，高壓噴射注獎法，沖積型地基堤壩工程滲流控制和土工合成材料。
　　本書在對幾種具有代表性的地工在處理新技術(shù)的方法，原理及計(jì)算方法、施工要點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)的同時(shí)，注重理論性與實(shí)用性相結(jié)合，介紹了較多的水工地基處理工程實(shí)例，可作為水利類專業(yè)研究生、本科生的教材，同時(shí)也可作為水利工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)施工參考書。

水利工程中的堤防、土石壩、涵閘、泵站、渡槽等水工建筑物大都建造在各種類型的土基上。地基土的物理性狀對水工建筑物的工作狀態(tài)和安危有著直接的影響。實(shí)踐表明，大部分水工建筑物的破壞或失事是由于地基缺陷或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不妥造成的。飽和軟黏土地基上的大量水閘、泵房建筑物因未采取地基處理措施而產(chǎn)生滑移、傾斜和裂縫。建造在砂卵(礫)石地基或粉細(xì)砂地基的堤壩、水閘、泵房等建筑物，由于缺乏有效的滲流控制措施而發(fā)生滲透變形，并引起建筑物的塌陷、滑坡或傾覆。因此在水利工程建設(shè)中，做好地基的勘察、測試工作，并在此基礎(chǔ)上對不良地基采取針對性的加固處理措施是十分必要的。水工建筑物地基加固的目的在于提高軟弱地基的強(qiáng)度，保證地基的穩(wěn)定性；減小地基的壓縮性，避免過大的地基沉陷及不均勻沉陷；控制地基(尤其是砂土地基)滲流，防止?jié)B透變形。
　　最近二十多年來，地基處理技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，突出地表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是各種復(fù)合地基處理技術(shù)的誕生，二是各類土工合成材料在地基處理中的應(yīng)用。這些地基處理新技術(shù)的共同特點(diǎn)是地基處理效果好、施工效率高、工程費(fèi)用低，已經(jīng)成功應(yīng)用于多項(xiàng)實(shí)際工程的加固。為了使地基處理技術(shù)更好地服務(wù)于水利工程建設(shè)，本書對幾種具有代表性的地基處理新技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，同時(shí)也包括了作者本人近年來的一些研究成果，注重闡明各項(xiàng)地基處理技術(shù)的方法、原理及計(jì)算方法、施工要點(diǎn)，力求實(shí)用性與理論性相結(jié)合。全書共八章，第一章主要介紹與水工地基處理相關(guān)的土力學(xué)基礎(chǔ)知識，并提供了不同土質(zhì)的一些重要物理、力學(xué)指標(biāo)，以便讀者在地基加固設(shè)計(jì)時(shí)參考；第二章至第六章介紹了目前國內(nèi)較成熟的地基處理方法，它們分別是：墊層處理、強(qiáng)夯法、碎石樁、深層攪拌法和高壓噴射注漿法；第七章介紹沖積型地基的水工滲流控制方法及設(shè)計(jì)方案及相關(guān)的滲流計(jì)算方法；第八章介紹土工合成材料的類型、功能及其在水工地基處理中的應(yīng)用。本書給出了較多的水工地基處理實(shí)例，以便讀者加深理解并在實(shí)際應(yīng)用時(shí)參考。
　　本書既可作為水利類專業(yè)研究生、本科生的參考教材，同時(shí)也可作為水利工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)、施工參考書。
　　由于作者學(xué)識有限，書中錯(cuò)誤、疏漏之處在所難免，敬請讀者批評指正。
　　本書的出版，得到了武漢大學(xué)“研究生教材出版基金”的資助，作者對此表示衷心的感謝。作者
　　2003年9月

　振沖密實(shí)加固砂層的機(jī)理簡單地來講，一方面振沖器的強(qiáng)力振動使松砂在振動荷載作用下，顆粒重新排列，體積縮小，變成密砂，或使飽和砂層發(fā)生液化，松散的單粒結(jié)構(gòu)的砂土顆粒重新排列，孔隙減小；另一方面，依靠振沖器的重復(fù)水平振動力，在加回填料的情況下，還通過填料使砂層擠壓加密，所以這一方法被稱為振沖密實(shí)法。
　　二、振沖置換的加固機(jī)理
　　利用一個(gè)產(chǎn)生水平向振動的管狀設(shè)備在高壓水流沖擊作用下，邊振邊沖在黏性土地基中成孔，再在孔內(nèi)分批填入碎石等粗粒徑的硬質(zhì)材料，制成一根一根的樁體，樁體和原來的地基土構(gòu)成復(fù)合地基，和原地基相比，復(fù)合地基的承載力高、壓縮性小。這種加固技術(shù)被稱為振沖置換法。
　　振沖碎石樁加固黏性土地基主要作用是置換作用(或稱樁柱作用)、墊層作用、排水固結(jié)作用以及加筋作用。
　　1．置換作用(或稱樁柱作用)
　　按照一定的間距和分布打設(shè)了許多樁體的土層叫做“復(fù)合土層”。如果軟弱土層不太厚，樁體可以貫穿整個(gè)軟弱土層，直達(dá)相對硬層。亦即復(fù)合土層和相對硬層接觸，復(fù)合土層中的碎石樁在外荷載作用下，其壓縮性比樁周黏性土明顯小，樁體的壓縮模量遠(yuǎn)比樁間土大，從而使基礎(chǔ)傳遞給復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨著樁土的等量變形會逐漸集中到樁上來。從而使樁周軟土負(fù)擔(dān)的應(yīng)力相應(yīng)減小。結(jié)果與原地基相比，復(fù)合地基的承載力提高，壓縮性減小，這就是碎石樁體的應(yīng)力集中作用(碎石樁在復(fù)合地基中即置換了一部分樁間土，又在復(fù)合地基中起到樁柱作用)，就這一點(diǎn)來說，復(fù)合地基有如鋼筋混凝土，而復(fù)合地基的樁有如混凝土中的鋼筋。
　　2．墊層作用
　　對于軟弱土層較厚的情況，樁體有可能不貫穿整個(gè)軟弱土層，這樣，軟弱土層只有部分厚度的土層轉(zhuǎn)換為復(fù)合土層，其余部分仍處于天然狀態(tài)。對這種樁體不打到相對硬層，亦即復(fù)合土層與相對硬層不接觸的情況，復(fù)合土層主要起墊層的作用。
　　碎石樁是依賴樁周土體的側(cè)向壓力保持形狀并承受荷重的，承重時(shí)樁體產(chǎn)生側(cè)向變形，同時(shí)，通過側(cè)向變形將應(yīng)力傳遞給周圍土體。這樣，碎石樁和周圍土體一起組成一個(gè)剛度較大的人工墊層，該墊層能將基礎(chǔ)荷載引起的附加應(yīng)力向周圍橫向擴(kuò)散，使應(yīng)力分布趨于均勻，從而可提高復(fù)合地基的整體承載力。另外，整個(gè)碎石樁復(fù)合土層對于未經(jīng)加固的下臥層也起到了墊層的作用，墊層的擴(kuò)散作用使作用到下臥層上的附加應(yīng)力減小并趨于均勻，從而使下臥層的附加應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)，這樣就提高了地基的整體抵抗力，并減小了地基沉降。這就是墊層的應(yīng)力擴(kuò)散和均布的作用。
　　3．排水固結(jié)作用
　　振沖置換法形成的復(fù)合土層之所以能改善原地基土的力學(xué)性質(zhì)，主要是因?yàn)樵诘鼗写蛟O(shè)了很多粗粒徑材料樁體，如振沖碎石樁。過去有人擔(dān)心在軟弱土中用振沖法制作碎石樁會使原地基土強(qiáng)度降低。誠然，在制樁過程中，由于振動水沖、擠壓擾動等作用，地基土中會出現(xiàn)較大的超靜孔隙水壓力，從而使原地基土的強(qiáng)度降低，但在復(fù)合地基完成后，一方面隨著時(shí)間的推移原地基土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有所恢復(fù)，另一方面，孔隙水壓力向樁體轉(zhuǎn)移消散。結(jié)果是有效應(yīng)力增加，強(qiáng)度提高。同時(shí)在施加建筑物荷載后，地基土內(nèi)的超靜孔隙水壓力能較快地通過碎石樁消散，固結(jié)沉降能較快地完成。
　　對粉質(zhì)黏土和粉土結(jié)構(gòu)在振沖制樁前后的微觀變化進(jìn)行電鏡掃描攝片觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)振沖前這些土的集�；蝾w粒連接以點(diǎn)一點(diǎn)接觸為主，振沖后不穩(wěn)定的點(diǎn)一點(diǎn)接觸遭到破壞，形成比較穩(wěn)定的點(diǎn)一面接觸和面一面接觸，孔隙減小，孔洞明顯變小或消散，顆粒變細(xì)，級配變佳，并且，新形成的孑L隙條有明顯的規(guī)律性和方向性。由于這些原因，土的結(jié)構(gòu)趨于密實(shí)，穩(wěn)定性增大，這從微觀結(jié)構(gòu)角度證實(shí)了黏性土的強(qiáng)度在制樁后會恢復(fù)并明顯增大。
　　目前，對振沖法加固黏性土地基(特別是軟黏土地基)有不同的認(rèn)識，焦點(diǎn)在振沖對黏性土強(qiáng)度的影響和碎石樁的排水作用上。對碎石樁的排水性能看法不一，而且，專門性的研究資料較少。
　　4．加筋作用
　　振沖置換樁有時(shí)也用來提高土坡的抗滑能力，這時(shí)樁體就像一般阻滑樁那樣是用來提高土體的抗剪強(qiáng)度，迫使滑動面遠(yuǎn)離坡面、向深處轉(zhuǎn)移，這種作用就是類似于干振碎石樁和砂樁的加筋作用。
　　第四節(jié)振沖碎石樁的設(shè)計(jì)計(jì)算
　　振沖法從加固原理上分為兩大類，則它的設(shè)計(jì)計(jì)算也分別進(jìn)行。到目前為止，振沖法還沒有成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，這里提到的只是在現(xiàn)有的工程實(shí)踐和現(xiàn)有的實(shí)測資料上來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的。
　　一、振沖密實(shí)法的設(shè)計(jì)計(jì)算
　　砂基振沖密實(shí)法的加固范圍，一般情況下，如果沒有抗液化要求，一般不超出或稍超出基底覆蓋的面積；但在地震區(qū)有抗液化要求時(shí)，應(yīng)在基礎(chǔ)輪廓線外加2～3排保護(hù)樁，或在基礎(chǔ)外緣四周每邊放寬不得少于5m。
　　2．加固深度
　　振沖密實(shí)法的加固深度應(yīng)根據(jù)松散土層的性能、厚度及工程要求等綜合確定，通常遵循以下原則：
　　(1)如果松軟土層厚度不大，則樁體可穿透松軟土層，直達(dá)相對硬層一定深度。
　　(2)如果松軟土層厚度較大，對于按變形控制的工程，加固深度應(yīng)滿足碎石樁復(fù)合地基加固后的變形值不超過建筑物地基變形允許值的要求；對按穩(wěn)定性控制的工程，加固深度應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動面的深度；對于可能液化的砂基，樁長必須大于液化土層的埋藏深度。
　　(3)一般樁長不宜短于4m。
　　3．孔位布置和間距
　　對于大面積的地基加固宜采用正方形或正三角形布樁；對于獨(dú)立、條形基礎(chǔ)宜采用矩形、正方形或等腰三角形布樁；對于圓形或環(huán)形基礎(chǔ)宜用放射狀布樁(即徑向等間距，環(huán)向則應(yīng)內(nèi)環(huán)密外環(huán)稀)。振沖密實(shí)法的孔距視砂土的顆粒組成、密實(shí)要求、振動器功率、地下水位等因素而定。砂基的粒徑越小，密實(shí)要求越高，則間距越小。
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