工程巖土學(xué)_巖土工程地質(zhì)性質(zhì)人工改良的基本原.ppt

1,第9章 巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的 人工改良的基本原理 教師：韓文喜 Email： Tel:工 程 巖 土 學(xué),2,第9章 巖土工程地質(zhì)性質(zhì)的 人工改良的基本原理 1. 概述 2. 土體人工改良的基本原理 3. 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,工 程 巖 土 學(xué),3,Vibroflotation,From Das, 1998,Vibroflotation is a technique for in situ densification of thick layers of loose granular soil deposits. It was developed in Germany in the 1930s.,4,振沖碎石樁,Stage1: The jet at the bottom of the Vibroflot is turned on and lowered into the ground Stage2: The water jet creates a quick condition in the soil. It allows the vibrating unit to sink into the ground Stage 3: Granular material is poured from the top of the hole. The water from the lower jet is transferred to he jet at the top of the vibrating unit. This water carries the granular material down the hole Stage 4: The vibrating unit is gradually raised in about 0.3-m lifts and held vibrating for about 30 seconds at each lift. This process compacts the soil to the desired unit weight.,From Das, 1998,5,6,7,振動(dòng)壓縮,8,六、射水成孔袋裝碎石樁 射水成孔袋裝碎石柱是指采用高壓射水成孔，然后向孔中置入袋裝碎石而成的樁。該法避免了碎石樁在軟土中由于側(cè)向約束小，而在垂直荷載作用下變形大的特點(diǎn)，因此，袋裝碎石柱復(fù)合地基比一般碎石樁復(fù)合地基承載力高。,CFG樁,五、水泥粉煤灰碎石樁(CFG) 這種工藝是通過(guò)在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結(jié)材料(添加粉煤灰是為了增加混合料的和易性并有低標(biāo)號(hào)水泥的作用同時(shí)還添加適量的石膏以改善級(jí)配)，使樁體獲得膠結(jié)強(qiáng)度并從散體材料樁轉(zhuǎn)換為柔性樁。 機(jī)具和施工工藝與振擠碎石樁大體相同，但也可采用錘擊碎石樁的機(jī)具和工藝制樁，近年來(lái)還有用長(zhǎng)螺旋成樁機(jī)具和工藝的工程實(shí)例。 樁體的配合料可根據(jù)地層的工程地質(zhì)情況和加固要求通過(guò)試驗(yàn)確定 成樁。詳細(xì)內(nèi)容見CFG轉(zhuǎn)有關(guān)內(nèi)容。,9,1 土體人工改良的基本原理,隨著工程建設(shè)的發(fā)展，由于經(jīng)濟(jì)、國(guó)防方面的需要，有些建筑物不得不在不良的地質(zhì)條件下進(jìn)行修建；或者建筑物場(chǎng)地雖無(wú)特殊不利的地質(zhì)情況，但因建筑物規(guī)模巨大，場(chǎng)地地質(zhì)條件不能滿足建筑物要求。這時(shí)，除在工程設(shè)計(jì)方面采取措施，如調(diào)整上部結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不利地質(zhì)條件外，還需要采取工程地質(zhì)措施以改變不良的地質(zhì)條件。這些措施主要是改變土體的不良性質(zhì)，一股稱為土體人工改良或簡(jiǎn)稱土質(zhì)改良。土體性質(zhì)不符合建筑物要求，可能是土體物質(zhì)、土體結(jié)構(gòu)或地質(zhì)環(huán)境的某些缺陷不能保證建筑物地基、邊坡或地下工程的穩(wěn)定性。人工改良必須針對(duì)有關(guān)改造的對(duì)象對(duì)癥下藥。土體人工改良的任務(wù)和目的，主要是提高土體的力學(xué)強(qiáng)度，減少其變形量，提高抗水穩(wěn)定性，降低透水性；或增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的完整性，增強(qiáng)其聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，減弱滲透途徑及滲透量；或改善地質(zhì)環(huán)境，主要是改變土中的應(yīng)力狀態(tài)和地下水存在條件，以增強(qiáng)土體的力學(xué)強(qiáng)度，提高建筑物地基、邊被或圍巖的穩(wěn)定性以保證建筑物的安全穩(wěn)定和正常使用。,10,1 土體人工改良的基本原理,當(dāng)土體性質(zhì)不良，不能滿足建筑物的要求時(shí)，需要人工改良的具體情況主要有： (1)修筑道路、飛機(jī)場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等，把表層土作為建筑材料鋪路面或作為地基時(shí)，需要人工改變土的密實(shí)度、透水性或抗水性，以增強(qiáng)土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性； (2)修筑工業(yè)與民用建筑、橋梁、水工建筑，將土體作為地基時(shí)，由于土體承載能力不夠或地下水滲漏過(guò)甚而影響施工或土體不穩(wěn)定，需要加固地基或設(shè)置防滲帳幕，提高土體強(qiáng)度和降低其透水性； (3)水工、道路等建筑物的邊坡不穩(wěn)定時(shí)，需要加固土坡，可采用消除水的危害，改變邊坡力學(xué)平衡條件，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度等措施； (4)地下建筑或開挖(隧道、礦井、坑道等)，需要提高土體強(qiáng)度，降低進(jìn)水性，須采用噴漿護(hù)面或設(shè)置阻水帳幕。為了防止涌水或坍塌，保證正常工作，錨筋加固，灌漿膠結(jié)等措施加固圍巖,11,目的土質(zhì)改良的方法，大致可以歸納為四類： 第一類是加進(jìn)某種材料以改變土的成分，使土體連結(jié)能力加強(qiáng)，充填孔隙、裂隙，以提高上體強(qiáng)度，降低土體適水性。根據(jù)加進(jìn)材料的方式。又可分三大類：拌和法、換(填)墊層法、化學(xué)加固法。 拌和法是將某些材料拌混于土中，并加以壓實(shí)，使土膠結(jié)，提高土的強(qiáng)度或抗水穩(wěn)定性；根據(jù)使用的材料不同，有最優(yōu)土法、膠結(jié)材料膠結(jié)法和吸溫鹽法等。 換(填)墊層法是將基底下一定深度的軟弱土層挖除，然后回填較好的土、砂、碎石料，或在天然地層上鋪設(shè)土、砂、碎石料，作為人工填筑的持力層，提高地基承載力，減少地基沉降量。 化學(xué)加固法是通過(guò)注入水泥或化學(xué)漿液等材料，膠結(jié)土粒，填塞孔隙、裂隙，從而提高土體強(qiáng)度，降低土體透水性，提高地基、邊坡或地下洞室圍巖的穩(wěn)定性。根據(jù)施工方法不同，有灌漿法、高壓噴射注漿法、探層攪拌法等。,12,第二類是通過(guò)某種技術(shù)方法，改變土體的松散狀態(tài)，使土體孔隙或裂隙減少，密實(shí)度增大，強(qiáng)度提高，透水性降低，抗水穩(wěn)定性增強(qiáng)改善土體抗振動(dòng)能力。根據(jù)處理土體部位和采用手段不同，可分為表層壓實(shí)法和探層擠密法。 表層壓實(shí)法有機(jī)械碾壓法、振動(dòng)壓實(shí)法和重錘夯實(shí)法之分； 深層擠密法有強(qiáng)夯法、爆破擠密法、振沖法、擠密法等方法。 第三類是改變地下水條件，降低土體水分。通過(guò)布置排水并、排水溝和排水墊層，改善土體排水條件，并采取加壓、抽水、電滲等措施，以加速土體的固結(jié)，提高土體強(qiáng)度，增強(qiáng)土體穩(wěn)定性。此法一般稱排水固結(jié)法或預(yù)壓法，包括砂井堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、抽降水法、電滲法等。 第四類是改善土體結(jié)構(gòu)完整性的加筋法，增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的完整，除采用化學(xué)加固法以增強(qiáng)聯(lián)結(jié)外，還可以在土體中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件及各種不同材料的校體，以提高建筑物地基、邊按或地下圍巖的穩(wěn)定性，提高承載力，減少變形量。這類方法可統(tǒng)稱加筋法，包括多種方法。,13,1拌和法 將某些材料拌入土中，加固地表l一2m厚的土層 (1)最優(yōu)土法：根據(jù)各種粒組在土中所起的不同作用，可按一定比例將不同粒組加以人工配合，使這種土在不同含水情況具有一定的強(qiáng)度，這種土就稱為最優(yōu)土(或稱最佳級(jí)配土)。最優(yōu)土中各粒組含量的多少，取決于當(dāng)?shù)氐那闆r、氣候條件和建筑物的要求。在般最優(yōu)土小，將大量粗粒組(0.255mm)作為基本骨架(占25一50)。加適量的粘粒起膠結(jié)作用(占6一12)。在過(guò)濕地區(qū)，粘粒廢少些，粗粒應(yīng)多些。此法就地取材，技術(shù)簡(jiǎn)單，費(fèi)用很低，適用于各種土類，修筑一般公路，廣泛應(yīng)用。 (2)膠結(jié)材料膠結(jié)法：膠結(jié)材料很多，主要有瀝青、柏油、水泥和石灰等。經(jīng)過(guò)膠結(jié)材料處理后，土的強(qiáng)度增大，抗水性提高。 此外，還可以6n入爐碴、碎磚、石粉、煤碴等工業(yè)廢料，以減少粘性土的粘性；加入少量的泥炭，以增加砂土的連結(jié)力。將這些摻臺(tái)擲與最優(yōu)土相互配合，效果更好。,1 土體人工改良的基本原理,14,(3)吸濕鹽法：要使土路面保持良好的狀況，應(yīng)保持一定的水量。摻入少量吸濕鹽類(CaCl2，NaCl)可使土保持一定水分，使土粒有較好的連結(jié)，干燥時(shí)無(wú)塵，潮濕時(shí)穩(wěn)定。此法主要適用于粉質(zhì)細(xì)粒土路面。用食鹽1一3%的氯針漬土，摻入土中，也能達(dá)到一定的效果。在海濱，常用海水或鹵水灑路面，也能起到很好的作用。 也有用食鹽撤于水渠邊坡，使Na4代替黃土中的Ca2，Na在土粒表面形成很厚的擴(kuò)散水膜，因此土膨脹而減低透水性。,1 土體人工改良的基本原理,15,2換(填)墊層法 此法實(shí)質(zhì)是設(shè)置墊層方法，有兩種情況： 一種是在天然地層上鋪設(shè)墊層，作為人工填筑的待力層； 一種是將表層一定深度的軟弱層挖除，然后置換回填較好的墊層。 按填的材料命名墊層，如砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、二灰墊層等。墊層可提高持力層的承載力，減少地基沉降量，部分消除土的濕陷性和脹縮性，防止土的凍脹，改善土的動(dòng)力特性。此法適用于各類軟弱十(如淤泥類土、飽和軟弱粘性土、松砂、京填土、雜填上)和持殊性土(如濕陷性土、脹縮性土、季節(jié)凍土等)。處理深度控制在3m以內(nèi)，一般為l一2m，常用于輕型建筑和表層工程(堆料場(chǎng)、地坪、道路)。,1 土體人工改良的基本原理,16,3化學(xué)加固法 此法通過(guò)壓力、高壓噴射或深層攪拌等措施，將水泥、石灰或化學(xué)漿液注入土體中，使?jié){液與土粒膠結(jié)起來(lái)，形成堅(jiān)硬的樁體，以改善十體的工程性質(zhì)，提高承載力，增加穩(wěn)定件減少沉降，防止?jié)B漏加固深度一般可達(dá)20m左右。施工方法可有下列三種。 (1)灌漿法：通過(guò)鉆孔或打入花管(端部帶有孔眼的注漿管)，用壓力把膠結(jié)材料漿液壓進(jìn)土中在土個(gè)凝固，填充孔隙、裂隙，把土粒膠結(jié)起來(lái)，從而增強(qiáng)土體強(qiáng)度或降低透水性。此法最常用于各類建筑韌的地基、邊坡或地下開挖工程。 灌漿材料包括較粗的懸濁液，如各種水泥、粘土漿、瀝青，以及各種化學(xué)溶液，如水玻璃、紙漿廢液(絡(luò)木素、木銨等)、丙稀酞胺、尿醛樹脂等。根據(jù)漿液的不同，灌漿法可分為水泥理漿法、粘土灌漿法、瀝青灌漿法和化學(xué)灌漿法等。,1 土體人工改良的基本原理,17,水泥灌漿法是將水泥灌入土的孔隙中，水泥中的成分發(fā)生水化作用，形成新的化合韌，演塞孔隙，膠結(jié)土粒，以減低土的透水性，提高強(qiáng)度。最常用于滲透系數(shù)為10一80md的粗砂、礫石層，以防止地下水的大量滲漏。一般用硅酸鹽水泥或礦碴水泥；為加速水泥凝結(jié)，使?jié){液較稀，可摻少量速凝劑，如氯化鈣、水玻璃等，這樣對(duì)1：個(gè)砂也可以加固。在吸漿量特大地區(qū)，為節(jié)約水泥，有時(shí)可加適量細(xì)砂、石粉、粉煤灰、細(xì)礦碴或粘土。 粘土灌漿法是惜壓力將粘土漿灌入土的孔隙中，使土粒留在扎隙中，充填孔隙，大大降低透水性，但強(qiáng)度增加很小。故只用于臨時(shí)性或次要防滲工程，降低滲透系數(shù)小于80md砂礫石層的透水性。粘土料易找，較便宜，臣能抵抗水的侵蝕性，但效果較差，有時(shí)需反復(fù)處理。為提高處理效果，增加土的強(qiáng)度，可以加一些水泥、石灰或水玻璃。,1 土體人工改良的基本原理,18,瀝青灌漿法是通過(guò)鉆孔把瀝青溶液壓入土中，使它填塞7L隙，大大降低土的透水性，提高抗水性，但強(qiáng)度增加不大。瀝青漿有熱、冷兩種。熱瀝青法將熔化(200一220)的瀝青灌入孔隙中瀝青冷卻硬化后將孔隙堵塞。但熱瀝青稠度濃，需用較大的壓力，只適用孔隙較大的礫石層(滲透系數(shù)為80一100md)，地下水流速很大也能處理，同時(shí)，瀝青能抵抗水的侵蝕。但要保持瀝青要有高溫度，設(shè)備復(fù)雜，成本較高，孔隙較小的砂土不適用。 冷瀝青法是用專門的瀝青乳濁液壓進(jìn)孔隙中。瀝青乳濁液是由水t40一50)、瀝青(45一60)和少量乳化劑(1一5)組成。乳化劑是極化性較強(qiáng)的物質(zhì)，如肥皂、松香、膠、淀粉等。瀝青顆粒在乳化劑包圍下與水形成分散系壓入孔隙后，瀝青粒為土所吸附而沉淀凝結(jié)。冷瀝青法適用于孔隙較小的砂礫(滲透系數(shù)為10一100md)，不用加熱，但對(duì)孔隙大、地下水流速快的砂礫石不適用。,1 土體人工改良的基本原理,19,化學(xué)灌漿法是將某些溶液壓入士的孔隙中，這些溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，迅速分泌出凝膠或結(jié)晶，使土膠結(jié)成整塊，具有較高的強(qiáng)度和抗水性，透水性大大降低。目前，最常用的材料為水玻璃，此法稱為硅化法。硅化法多用于孔隙較小的土，如砂土、一般紉粒土、黃上類土等，可用于施1：前加固處理，也可用于已有建筑物的加固，處理效果快，只用很短時(shí)間溶液就凝固起作用且強(qiáng)度隨時(shí)間而增高。加固后的土強(qiáng)度很大，透水性大大降低，在水中很穩(wěn)定，但費(fèi)用較高，技術(shù)復(fù)雜。除用水玻璃加固土的硅化法外可采用很多其他化學(xué)溶液加固土，統(tǒng)稱化學(xué)灌漿法。例如，可用亞硫酸鹽紙漿廢液(絡(luò)木素，木銨等)、尿醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙稀酰胺等溶液加固各種砂土和砂性較大的粘性土、黃土類土(環(huán)氧樹脂對(duì)粘性土和黃土不適用)。由于溶液滲透能力強(qiáng)，凝固迅速，效果良好，但成本較高。,1 土體人工改良的基本原理,20,3化學(xué)加固法 (2)高壓噴射注漿法： 將帶有特殊噴嘴的注漿管，以高壓噴射流直接沖擊破壞土體，使射入的漿液(一般是水泥漿)和土拌和，經(jīng)過(guò)凝結(jié)硬化，形成圓柱狀高強(qiáng)度校體群、復(fù)合地基或擋土和擋水的結(jié)構(gòu)物，可提高地基承載力，改變水流方向。增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。此法適用于較松軟的各類一般土和人工垣土、淤泥類土。 (3)深層攪拌法： 利用水泥或石灰作為固化劑的主劑，通過(guò)持制的深層攪拌機(jī)械，在土體深處就地將軟弱土和漿狀或粉狀的固化劑進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，經(jīng)拌和后的混合物發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟弱土體硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定和一定強(qiáng)度的加固柱體，其加固效果與高壓噴射注漿法類似。此法適用于強(qiáng)度較低、含水較多的粉砂細(xì)土和紉粒土，以及淤泥類土、沖填土等。,1 土體人工改良的基本原理,21,4表層壓實(shí)法 利用機(jī)械力量來(lái)壓實(shí)表層疏松多孔的土體，使其透水性和壓縮性減弱，強(qiáng)度提高。由于其沖擊力量不夠，一般只能加固壓實(shí)I53om厚的土層。由于壓實(shí)方法不同，一般有下列三種方法： (1)機(jī)械輾壓法：利用壓路機(jī)、羊足輾等壓實(shí)機(jī)械來(lái)壓實(shí)松散的土，常用于處理含水較少的各種土，適用于基礎(chǔ)密集、開挖土方絕大的地基。用壓路機(jī)輾壓幾遍后，表層土密實(shí)，從而減少了地基的沉降，提高了填土的承載力。 (2)振動(dòng)壓實(shí)法：適用于處理含粘粒較少的建筑垃圾、工業(yè)廢料及爐灰等雜填土、松散砂土。通過(guò)大能量的振動(dòng)壓密機(jī)械，改變土自然組合結(jié)構(gòu)，形成較密實(shí)的土體。,1 土體人工改良的基本原理,22,4表層壓實(shí)法 利用機(jī)械力量來(lái)壓實(shí)表層疏松多孔的土體，使其透水性和壓縮性減弱，強(qiáng)度提高。由于其沖擊力量不夠，一般只能加固壓實(shí)I53om厚的土層。由于壓實(shí)方法不同，一般有下列三種方法： (3)重錘夯實(shí)法：用起重機(jī)械將重錘提高到一定高度后，自由落下沖擊土層，使表層土受到壓密，以降低土的壓縮性和透水性，提高地基承載力。此法最適用于稍濕的各種土類，亦可以消除黃土的部分濕陷性，但不適用于飽水土。,1 土體人工改良的基本原理,23,5深層擠密法 通過(guò)某些措施，如沖擊、振動(dòng)、夯填等方法，使深部土體擠密，提高強(qiáng)度；若再回填某些強(qiáng)度較好的填料，則其效果更佳，一般加固深度達(dá)20m。 (1)強(qiáng)夯法：采用80一400kN的重錘，從很高處(820m)自由落下，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)的方法。這是在重錘夯實(shí)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)。強(qiáng)夯法是用很大的沖擊能，使土體中出現(xiàn)沖擊波和很大的應(yīng)力，致使孔隙被壓縮，土體局部液化，夯實(shí)點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，形成良好排水通道，土體迅速固結(jié)。最大加固深度可達(dá)1112m或更大。此法不僅能加固陸上土層，也能加固水中土層；適用于多種土類：粗粒土、低飽和度的細(xì)粒土、雜填土、素填土、濕陷性黃土；不僅能提高地基承載力，也可防止地基液化。對(duì)于飽和細(xì)粒土，要慎用。,1 土體人工改良的基本原理,24,5深層擠密法 通過(guò)某些措施，如沖擊、振動(dòng)、夯填等方法，使深部土體擠密，提高強(qiáng)度；若再回填某些強(qiáng)度較好的填料，則其效果更佳，一般加固深度達(dá)20m。 (2)爆炸振密法：鉆孔，埋置多個(gè)小炸藥包，利用爆炸使松土或飽水松砂結(jié)構(gòu)破壞，土重新沉積而獲得較密實(shí)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于處理易液化的飽水松砂或濕陷黃土地基這是有效和經(jīng)濟(jì)的方法。 (3)振沖法：振沖法是將類似于混凝土振搗棒的“振沖器”插入上午，一方面利用振沖器內(nèi)旋轉(zhuǎn)的偏心塊對(duì)周圍土體施加水平振動(dòng)力；一方面利用振沖器的上下噴口噴水(或噴氣)協(xié)助成孔并護(hù)壁，孔內(nèi)填以碎石。在砂土中產(chǎn)生振動(dòng)液化，振密砂土，稱振沖擠密法。在飽水軟土中，振動(dòng)力不能使軟土內(nèi)的孔隙水排出擠密，面是將填料碎石振密，且擠入周圍的軟土中，形成粗大密實(shí)的樁體，稱碎石校，此法又稱振沖置換法。,1 土體人工改良的基本原理,25,5深層擠密法 通過(guò)某些措施，如沖擊、振動(dòng)、夯填等方法，使深部土體擠密，提高強(qiáng)度；若再回填某些強(qiáng)度較好的填料，則其效果更佳，一般加固深度達(dá)20m。 (4)擠密樁法：是在土中打入沉管以擠密土體，通過(guò)振動(dòng)或錘夯回填某些材料。此法主要適用于擠密砂性較大的軟土、雜填土和松散的砂土，以防止振動(dòng)液化，提高強(qiáng)度，減少地基沉降量。 施工所用的主要工具是一般的打樁設(shè)備和空心鋼管(直徑一般為30一40cm)，用振動(dòng)法或錘擊法沉入土中，使管周圍的土受到擠密。達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在鋼管內(nèi)淄入填料，將鋼管向上拔起，并用振動(dòng)器將其振密。這樣，在土體中埋設(shè)下由某些材料回填的校。一般填入砂石料者，稱砂樁。若為加固地下水位以上的濕陷性黃土和人工填土，則可回填素土、灰土、二灰等，分別稱土樁、灰土樁或二灰樁。,1 土體人工改良的基本原理,26,1 土體人工改良的基本原理,6排水固結(jié)法 通過(guò)布置垂直排水井，改善土體的排水條件，并采用加壓、抽氣、抽水或電滲等措施，以加速土體的固結(jié)和強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高土體的穩(wěn)定性。此法適用于處理厚度較大的淤泥類土、沖填土、飽和軟粘性上等。 實(shí)際上，排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同完成的。徘水系統(tǒng)包括水平誹水砂墊和豎向誹水砂并(或砂袋、塑料排水帶)，主要在于改變土體排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離。加壓系統(tǒng)是起固結(jié)作用的荷載，使土中壓力增大而產(chǎn)生因結(jié)。可用多種方法加荷載，如堆放砂石等重物的堆載，用真空泵抽氣造成的壓力，抽水降低地下水位以增加土中的有效應(yīng)力，以及借助電滲作用排除土中水的辦法等。這些都起到預(yù)先加壓的作用，故又稱之為預(yù)壓法。由于排水和加壓系統(tǒng)的不同組合，可形成多種誹水固結(jié)方法，此法有效處理深度一般為10一20m。,27,1 土體人工改良的基本原理,7冷熱處理法 利用加熱方法使土中水分消失，部分礦物熔融重新粘結(jié)，凍結(jié)方法，使飽水土體中水凍結(jié)成冰，形成暫時(shí)注結(jié)的凍土： 狀態(tài)改良土質(zhì)的方法。但其技術(shù)復(fù)雜，成本較高，一般少用使土體強(qiáng)度大大增強(qiáng)。利用這些都是改變土中地下水的 (1)熱處理法：將親水的粘性土、黃土、鹽漬土、含有機(jī)物較多的土用高溫處理，使其結(jié)合水消失，有機(jī)物燒盡，碳酸鹽分離，部分礦物可能熔融重新粘結(jié)。這種變化是不可逆的，它可使土的連結(jié)增強(qiáng)，親水性大大降低，土體強(qiáng)度和抗水性也就大大提高；但使孔隙增多，透水性增強(qiáng)。 (2)凍結(jié)法：通過(guò)鉆孔向飽水土中壓入循環(huán)的冷卻溶液(通常用氯化鈣溶液，溫度為一20至一40)使鉆孔附近的飽水土逐漸凍結(jié)變成凍土柱；凍土柱相連成墻，就能阻止水流涌入基坑或坑道、隧洞。所有飽水上都能用凍結(jié)法，但用以加固流砂效果最好，凍結(jié)結(jié)果使土體具有暫時(shí)的較高強(qiáng)度和不透水性。但其設(shè)備復(fù)雜，耗時(shí)較多，冷卻液停止循環(huán)后凍土融化，故只用于臨時(shí)工程。,28,1 土體人工改良的基本原理,8加筋法 在軟弱土體或結(jié)構(gòu)面較發(fā)育的土體中建造各種樁體(粗細(xì)不同，材料各異)，或在土體中埋設(shè)土工聚合物(鋼帶、鋼條、尼龍繩等)，或者利用錨因技術(shù)或土釘、樹根樁作為加筋，使這種人工復(fù)合的土體可以承受抗拉、抗壓、抗剪或抗彎作用，以提高土體承載力，增加上體的穩(wěn)定性。這種加筋作用的入工材料稱筋體，由土和筋體所組成的復(fù)合土體稱加筋土體，在工程實(shí)踐中廣泛用于地基、邊坡和地下工程，種類繁多，可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。 以卜簡(jiǎn)述了主要的土體人工改良方法的基本情況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，改良方法也會(huì)愈多而更加完善。主要土體人工改良方法的應(yīng)用范圍，如表7l所示。,29,30,31,不同建筑物對(duì)土質(zhì)改良的要求不一樣，土體種類繁多，性質(zhì)各異，地質(zhì)條件不同，選擇土質(zhì)改良方法時(shí)，必須考慮下列三個(gè)因素： (1)工程建筑的要求； (2)技術(shù)可能性相經(jīng)濟(jì)的合理性； (3)土體類型和水文地質(zhì)條件。 各類建筑物對(duì)土體有不同的要求：道路、機(jī)場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等表層建筑，一般將土作為建筑材料，主要是提高土的強(qiáng)度，增強(qiáng)其抗水穩(wěn)定性，常采用各種拌和法、表層壓實(shí)法；水工或工業(yè)與民用建筑將土體作為地基或開挖工程，主要是加固和防滲，常采用各種化學(xué)加固法、排水因結(jié)法和各種探層擠密法。其中，水泥灌漿法、化學(xué)灌漿法既能提高土的強(qiáng)度，父能降低遠(yuǎn)水性，而粘土灌漿法和瀝青灌漿法主要用于降低透水性；臨時(shí)性的加固和防滲可用凍結(jié)法；電化學(xué)法相熱處理法能提高粘性土和某些特殊土的抗水穩(wěn)定性和強(qiáng)度；而深層擠密法主要是增加土體密實(shí)度，提高強(qiáng)度，減少壓縮量。 有些土質(zhì)改良方法的效果很好，但要求較高技術(shù)、復(fù)雜的設(shè)備和較多的費(fèi)用，如化學(xué)灌漿法、瀝青灌漿法、熱處理法、凍結(jié)法。有些方法效果可能要差些，但操作容易，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉，如最優(yōu)土法、吸濕鹽法、夯實(shí)法、換(填)墊層法。,32,不同土的特點(diǎn)各異，要求不同的土質(zhì)改良方法： 粗粒土沒有連結(jié)，孔隙很大，透水強(qiáng)，故當(dāng)作為表層建筑的建筑材料時(shí)，要求膠結(jié)，可摻細(xì)顆粒土、瀝青、水泥等以增強(qiáng)連結(jié)。當(dāng)作為水工建筑地基時(shí)，因透水強(qiáng)烈而需防止?jié)B漏，可用各種灌漿法填充孔隙，膠結(jié)土粒，降低土體透水性，有時(shí)亦能提高強(qiáng)度。 疏松砂土，可用振動(dòng)法振密。此外，流砂可用硅化法加固，用凍結(jié)法暫時(shí)固定。 細(xì)粒上的性質(zhì)與結(jié)合水膜有關(guān)，當(dāng)作為建筑地基或建筑環(huán)境時(shí)，可用電滲法和熱處理法提高抗水穩(wěn)定性；用表層夯實(shí)法、砂樁法、據(jù)沖法或預(yù)壓加固法減少壓縮變形量。當(dāng)作為表層建筑的建筑材料時(shí)，可用各種拌和法增強(qiáng)土的連結(jié)。 淤泥類土的稠度很大可用電滲法提高抗水性，用砂樁或石灰樁加速排水，用排水加固法壓實(shí)。 黃土類土改良的目的是防止?jié)裣轀p少孔隙，可用硅化法等化學(xué)灌漿法，或熱處理法提高抗水性，用灰土校法和強(qiáng)夯法擠密和夯實(shí)，用拌和法改善土料的性質(zhì)。 雜填土一般較疏松，可用壓實(shí)法壓實(shí)，用強(qiáng)夯法夯實(shí)。,33,2 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,巖體性質(zhì)的人工改良是指當(dāng)工程巖體的性質(zhì)，包括變形和強(qiáng)度不能滿足工程的需要時(shí)，必須用人工方法加以處理，以增強(qiáng)其強(qiáng)度與變形性能，保證工程巖體和建筑物安全穩(wěn)定而采用的人工處理措施。由于巖體中有各種成因的結(jié)構(gòu)面切割，破壞了它的完整性，造成巖體件質(zhì)的非均一性和非連續(xù)性，給工程建筑帶來(lái)不良影響，甚至造成建筑物破壞。對(duì)此，方面通過(guò)改變建筑物結(jié)構(gòu)加以改善和解決，另一方面用人工方法改善巖體性質(zhì)，增強(qiáng)巖體強(qiáng)度。 巖體性質(zhì)的人工改良是巖土工程的一個(gè)重要內(nèi)容，它以工程地質(zhì)和巖體力學(xué)為基礎(chǔ)。巖體作為建筑工程的一部分(即以巖體作為建筑材料和工程結(jié)構(gòu)，以地質(zhì)外境為建筑環(huán)境)，只有一定的自穩(wěn)能力。這類工程產(chǎn)生破壞和失穩(wěn)的主要原因是巖體材料、巖體結(jié)構(gòu)或巖體地質(zhì)環(huán)境條件不足以維持工程穩(wěn)定性的需要而造成的。因此，為了防止防治工程破壞只需要對(duì)巖體性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧?，即可滿足要求。在這一基本觀點(diǎn)的指導(dǎo)下，巖體性質(zhì)的人工改良必須根據(jù)巖體本身的性質(zhì)，即針對(duì)巖體材料、結(jié)構(gòu)或其賦存的環(huán)境條件的不足有目的地進(jìn)行。因此，在進(jìn)行巖體性質(zhì)人工改良前，必須充分認(rèn)識(shí)和掌握巖體的工程地質(zhì)特征。,34,巖體是由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的，具有一定的巖石成分和結(jié)構(gòu)，并賦存于一定的天然應(yīng)力和地下水等地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體。物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素是組成巖體的三個(gè)不可缺少的要素。因此，巖體性質(zhì)的人工改良，必須針對(duì)這三個(gè)要素進(jìn)行，主要內(nèi)容包括：巖休材料改良；巖體結(jié)構(gòu)改良；環(huán)境條件改良三方面。表1215結(jié)出了巖體改良的原理和技術(shù)方法，供實(shí)踐工作中參考。 一、巖體材料改良 巖體材料是由巖石和裂隙、孔隙組成的。巖石組成成分又分為礦物顆粒和膠結(jié)物兩部分。一般來(lái)說(shuō)，巖石礦物是很難被改造的。因此，巖體材料改良主要是改變巖石的膠結(jié)物和巖體內(nèi)裂隙、孔隙的充填物成分或膠結(jié)特征，以提高巖體強(qiáng)度和變形性能。改良的主要手段是灌漿。,2 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,35,巖體灌漿是將具有流動(dòng)性和膠凝性的漿液或化學(xué)溶液，按一定的濃度，通過(guò)專門鉆孔及空壓系統(tǒng)灌入到巖體的裂隙、孔隙中；待漿液凝固硬化后，起到固結(jié)巖體或防滲的作用。 巖體灌漿，按其作用分為固結(jié)灌漿和防滲灌漿。 固結(jié)灌漿的主要目的是改善巖體的力學(xué)性能，如通過(guò)提高巖體的完整性或強(qiáng)化軟弱帶，以增強(qiáng)巖體的均勻程度，減少巖體差異性位移；放過(guò)提高巖體的變形模員相強(qiáng)度，以增強(qiáng)片體的抗變形能力初承載能力等 防滲灌漿是將漿液灌入巖體裂隙中，形成道防海帶，褐；為防滲帳幕；其它要作用是防止水滲漏，進(jìn)免發(fā)生沖劇相管涌，確保建筑物的滲透穩(wěn)定性，用于灌漿的材料很多，通常有水泥、水玻璃、環(huán)氧樹脂及枯土等。具體漿液的配比及其灌漿工藝可參考有關(guān)規(guī)程相專著。,2 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,36,2 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,37,二、巖體結(jié)構(gòu)改良 巖體中，由于種鐘結(jié)構(gòu)面的切割破壞它的完整性。因此，巖體結(jié)構(gòu)改良的主要目的是增強(qiáng)巖體的完整性。巖體結(jié)構(gòu)改良可分為表面結(jié)構(gòu)改良和巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)改良兩種。 巖體表面結(jié)構(gòu)改良主要是通過(guò)噴射以凝上的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。噴射混凝上處理巖體表層增加工程巖體的穩(wěn)定性是一種戶分有效的力法，有時(shí)為了增強(qiáng)噴目的強(qiáng)度，在噴層內(nèi)部還加扶鋼筋網(wǎng)，即所謂掛悶噴射混凝土的辦法。借此來(lái)提高表層巖體結(jié)構(gòu)的完整性和強(qiáng)度，維護(hù)工程巖體的穩(wěn)定性。噴射混凝土加固巖體的機(jī)理可用下式說(shuō)明： 式中，R1 硐室松動(dòng)圈半徑，R0壩室半徑；0巖體中的天然應(yīng)力； Cm、m 分別為巖體的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。 從上式可以看出，硐室的松動(dòng)圈半徑R1 隨巖體內(nèi)聚力Cm降低而增大、一旦Cm值接近于0，則硐室?guī)r體將無(wú)休止地破壞。,2 巖體性質(zhì)人工改良的基本原理,38,一般來(lái)說(shuō)，只要垌壁巖體表層有足夠的強(qiáng)度，其內(nèi)部是不會(huì)產(chǎn)生破壞的。研究還表明，噴層還必須有一定的厚度因?yàn)榄h(huán)向應(yīng)力的衰減還是有一定的區(qū)間的，一般噴層厚度不宜于小于20一30cm。 巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)改良，常采用灌漿和錨固的方法，以增強(qiáng)巖體的整體性和強(qiáng)度。灌漿主要是起膠結(jié)結(jié)溝面，以增強(qiáng)其粘聚力的作用。錨固則是通過(guò)錨桿或錨索將不同巖層組合起來(lái)形成整體，以增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而提高巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定件。錨固方法對(duì)層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和炔狀結(jié)構(gòu)巖休及局部楔形體破壞失穩(wěn)的加固十分有效。錨桿的種類很多，分類方法也不盡致。 按錨固作用機(jī)理劃分： 有粘結(jié)式錨桿、磨擦式錨桿、端頭固式錨桿