基础工程(附动画)第六章_地基处理

第六章地基处理第六章地基处理 第一节概述地基处理的目的：是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。人工地基：土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。地基处理方法的分类物理处理化学处理热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结6-1概述第六章地基处理 6-1概述第六章地基处理公路工程地基处理方法分类及其适用范围表6-1类别方法简要原理适用范围置换换土垫层法将软弱土或不良土开挖至一定深度，回填抗剪强度较高、压缩性较小的材料，如砂、砾、石渣等，并分层夯实，形成双层地基。垫层能有效扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降各种软弱土地基膨胀土掺灰改性换土法掺灰改性换土法是将原地膨胀土翻松，掺加一定比例的石灰后，分层压实。经过一段时间的养护，可以很好地消除或减小膨胀性，提高土体强度，降低土中的含水量膨胀土地基挤淤置换法通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基的目的，也可采用爆破挤淤置换淤泥或淤泥质黏土地基强夯置换法采用边填碎石边强夯的方法在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土以及碎石垫层形成复合地基，以提高承载力，减小沉降粉砂土和软黏土地基等 6-1概述第六章地基处理公路工程地基处理方法分类及其适用范围表6-1类别方法简要原理适用范围置换石灰桩法通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入生石灰块或生石灰块加其他掺和料，通过石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用来改善桩与土的物理力学性质，并形成石灰桩复合地基，可提高地基承载力，减少沉降杂填土、软黏土地基气泡混合轻质料填土法气泡混合轻质料的重度为5-12kN/m3，具有较好的强度和压缩性能，用作路堤填料可有效减小作用在地基上的荷载，也可减小作用在挡土结构上的侧压力软弱地基上的填方工程EPS超轻质料填土法发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的1/50-1/100,并具有较好的强度和压缩性能，用作填料，可有效减小作用在地基上的荷载和作用在挡土结构上的侧压力，需要时也可置换部分地基土，以达到更好的效果软弱地基上的填方工程 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围排水固结加载预压法在地基中设置排水通道——砂垫层和竖向排水系统（竖向排水系统通常有普通砂井、袋装砂井、塑料排水带等），以缩小土体固结排水距离，地基在建筑路堤荷载作用下排水固结，地基承载力提高，工后沉降小软黏土、杂填土、泥炭土地基等超载预压法原理基本上与堆载预压法相同，不同之处是其预压荷载大于设计使用荷载。超载预压不仅可减少工后固结沉降，还可消除部分工后次固结沉降同上真空联合堆载预压法在软黏土地基中设置排水体系（同加载预压法），然后在上面形成一不透气层（覆盖不透气密封膜，或其他措施），通过对排水体系进行长时间不断抽气抽水，在地基中形成负压区，而使软黏土地基产生排水固结，达到提高地基承载力，减小工后沉降的目的，常与堆载预压联合使用软黏土地基降低地下水位法通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如加载预压，使地基土产生排水固结，达到加固目的砂性土或透水性较好的软黏土层 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围化学加固深层搅拌法利用深层搅拌机将水泥浆或水泥粉和地基土原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙式的水泥土增强体，形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。也常用它形成水泥土防渗帷幕。深层搅拌法分喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种淤泥、淤泥质土、黏性土和粉土等软土地基，有机质含量较高时应通过试验确定适用性高压喷射注浆法利用高压喷射专用机械，在地基中通过高压喷射流冲切土体，用浆液置换部分土体，形成水泥土增强体。按喷射流组成形式，高压喷射注浆法有单管法、二重管法、三重管法。高压喷射注浆法可形成复合地基，以提高承载力，减少沉降淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，当含有较多的大块石，或地下水流速较快，或有机质含量较高时应通过试验确定适用性渗入性灌浆法在灌浆压力作用下，将浆液灌入地基中以填充原有孔隙，改善土体的物理力学性质中砂、粗砂、砾石地基 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围化学加固劈裂灌浆法在灌浆压力作用下，浆液克服地基土中初始应力和土的抗拉强度，使地基土中原有的孔隙或裂隙扩张，用浆液填充新形成的裂缝和孔隙，改善土体的物理力学性质基岩或砂、砂砾石、黏性土地基挤密灌浆法在灌浆压力作用下，向土层中压入浓浆液，在地基土中形成浆泡，挤压周围土体。通过压密和置换改善地基性能。在灌浆过程中因浆液的挤压作用可产生辐射状上抬力，引起地面隆起常用于可压缩性地基、排水条件较好的黏性土地基有机大分子溶液改良法往土中掺加高价金属盐类物质或有机阳离子化合物，通过离子交换吸附，削弱蒙脱石晶内负电斥力和减薄双电层的厚度，从而抑制蒙脱石晶内膨胀性和黏土微粒之间膨胀性，达到改善土的吸水性质的目的膨胀土地基 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围振密、挤密表层原位压实法采用人工或机械夯实、碾压或振动，使土体密实。密实范围较浅，常用于分层填筑杂填土、疏松无粘性土、非饱和黏性土、湿陷性黄土等地基的浅层处理强夯法采用质量为10~40t的夯锤从高处自由落下，地基土体在强夯的冲击力和振动力作用下密实，可提高地基承载力，减少沉降碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基振冲密实法一方面依靠振冲器的振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面依靠振冲器的水平振动力，加回填料使砂层挤密，从而达到提高地基承载力、减小沉降，并提高地基土体抗液化能力。振冲密实法可加回填料也可不加回填料。加回填料，又称为振冲挤密碎石桩法黏粒含量小于10%的疏松砂性土地基 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围振密、挤密挤密砂石桩法采用振动沉管法等在地基中设置碎石桩，在制桩过程中对周围土体产生挤密作用。被挤密的桩间土和密实的砂石桩形成砂石桩复合地基，达到提高地基承载力、减小沉降的目的砂土地基、非饱和黏性土地基爆破挤密法利用爆破在地基中产生的挤压力和振动力使地基土密实以提高土体的抗剪强度，提高地基承载力和减小沉降饱和净砂、非饱和但经灌水饱和的砂、粉土、湿陷性黄土地基土桩、灰土桩法采用沉管法、爆扩法和冲击法在地基中设置土桩或灰土桩，在成桩过程中挤密桩间土，由挤密的桩间土和密实的土桩或灰土桩形成土桩复合地基或灰土桩复合地基，以提高地基承载力和减小沉降，有时用于消除湿陷性黄土的湿陷性地下水位以上的湿陷性黄土、杂填土、素填土等地基 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围加筋加筋土垫层法在地基中铺设加筋材料（如土工织物、土工格栅、金属板条等）形成加筋土垫层，以增大压力扩散角，提高地基稳定性筋条间用无黏性土，加筋土垫层可适用各种软弱地基隔水封闭法隔水封闭法是采用土工膜或其他隔水材料进行隔水封闭，达到割断地下水的流通或阻止气候干湿循环对地基或坡面土体的影响，达到稳定路基或边坡的目的膨胀土地基和盐渍土地基加筋土挡墙法利用在填土中分层铺设加筋材料以提高填土的稳定性，形成加筋土挡墙。挡墙外侧可采用侧面板形式，也可采用加筋材料包裹形式用于填土挡墙结构土钉墙法通常采用钻孔、插筋、注浆在土层中设置土钉，也可直接将杆件插入土层中，通过土钉和土形成加筋土挡墙以维持和提高土坡稳定性用于维持和提高土坡稳定性 6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围加筋锚杆支护法锚杆通常由锚固段、非锚固段和锚头三部分组成。锚固段用于稳定土层，可对锚杆施加预应力。用于维持边坡稳定用于维持和提高土坡稳定性锚碇板挡土结构由墙面、钢拉杆、锚碇板和填土组成。锚碇板处在填土层，可提供较大的锚固力。锚碇板挡土结构用于填土支挡结构用于填土支挡结构树根桩法在地基中设置如树根状的微型灌注桩（直径70~250mm），提高地基承载力或土坡的稳定性各类地基低强度混凝土桩复合地基法在地基中设置低强度混凝土桩，与桩间土形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降各类深厚软弱地基钢筋混凝土桩复合地基法在地基中设置钢筋混凝土桩，与桩间土形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降各类深厚软弱地基长短桩复合地基由长桩和短桩与桩间土形成复合地基，提高地基承载力和减小沉降。长桩和短桩可采用同一桩型，也可采用不同桩型。通常长桩采用刚度较大的型桩，短桩采用柔性桩或散体材料桩深厚软弱地基 注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。因此：对于每一工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。6-1概述第六章地基处理 第二节软土地基软土的分布：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土。软土的特点：具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-2>0.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。软土的分类：主要包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。6-2软土处理第六章地基处理 一．软土的成因及划分（一）滨海沉积1.滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒(粗、中、细砂)相掺杂，使其不均匀和极松软，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。2.泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘，表层常有厚约0.3～2.0m的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。3.溺谷相：孔隙比大、结构松软、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。4.三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软，颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中央有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。6-2软土处理第六章地基处理 （二）湖泊沉积湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为10m左右，最厚者可达25m。（三）河滩沉积主要包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般小于10m。6-2软土处理第六章地基处理 （四）沼泽沉积分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质并不很接近，不应借用。软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得。6-2软土处理第六章地基处理 二、软土的工程特性含水量较高，孔隙比较大抗剪强度低压缩性较高渗透性很小结构性明显流变性显著6-2软土处理第六章地基处理五大特性 三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算(一)软土地基的承载力软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：①软土成层条件、应力历史、力学特性及排水条件；②上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；③基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；④施工方法和程序；⑤采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。6-2软土处理第六章地基处理 1．根据极限承载力理论公式确定《公桥基规》提出软土地基承载力容许值(kPa)为2．根据土的物理性质指标确定一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料w与软土的承载力基本容许值关系如下表所示。天然含水量w（%）36404550556575(kPa)1009080706050406-2软土处理第六章地基处理 3．按临塑荷载估算软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载pcr公式估算，以控制沉降在一般建筑物容许范围。条形基础临塑荷载pcr(kPa)计算式为饱和软土时，Nq=1，Nc=则6-2软土处理第六章地基处理 4．用原位测试方法确定由于室内试验测定土的物理力学指标(如cu等)常受土被扰动影响使结果不正确；而一般土的承载力理论公式用于软土也会有偏差，因此采用现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。软土地基常用的原位测试方法：载荷试验、旁压试验十字板剪切试验按标准贯入试验静力触探试验6-2软土处理第六章地基处理 （二）软土地基的沉降计算软土地基在荷载下沉降变形的主要部分为固结沉降Sc，此外还包括瞬时沉降Sd与次固结沉降Ss，如图所示。软土地基的总沉降量S为Sd、Sc、Ss之和。6-2软土处理第六章地基处理图6-1软土地基沉降的组成 1．固结沉降Sc在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结发生的沉降称为（主）固结沉降，常用的计算方法如下。（1）采用e—p曲线计算（2）采用压缩模量计算(3)采用e—logp曲线计算6-2软土处理第六章地基处理 2．瞬时沉降Sd瞬时沉降包括土的两种沉降，一种由地基土弹性变形引起；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由软土侧向剪切变形引起。前一部分可用弹性理论公式计算有时也用Sd＝(0.2～0.3)Sc对瞬时沉降进行估算。6-2软土处理第六章地基处理 3．次固结沉降Ss长期现场观测表明，在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动而继续发生长期(长达数年以上)的、缓慢的压缩，称为次固结沉降。6-2软土处理第六章地基处理计算公式：图6-2次固结沉降图 (三)软土地基的稳定性分析分析软土地基上建筑物承受水平推力后，由于地基土抗剪强度低，发生基础连同部分地基土在土中剪切滑移失稳的可能性。在软土地基上桥台、挡土墙等承受侧向推力的建筑物在保证其地基承载力、沉降验算。同时，应进行稳定性的分析。6-2软土处理第六章地基处理 四、软土地基基础工程应注意的事项6-2软土处理第六章地基处理（一）要取得代表性很好的地质资料（二）软土地基路堤地基处理设计应注意的事项1．软土路堤的稳定性分析2．软土路堤的变形分析3．软土地基处理方案的合理选择4．观测和试验（三）软土地区的桥涵基础设计应注意的事项（四）软土地基桥台及桥头路堤的稳定设计应注意的事项 第三节换土垫层法换土垫层法是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗料径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度和宽度，一般可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。6-3换土垫层法第六章地基处理 砂垫层6-3换土垫层法第六章地基处理 一、砂垫层的设计计算(一)砂垫层厚度的确定6-3换土垫层法第六章地基处理砂垫层厚度计算实质上是软弱下卧层顶面承载力的验算，根据需要置换的软弱下卧层顶面承载力确定垫层厚度，应满足下式要求，通过试算求得：（6-12） 6-3换土垫层法第六章地基处理设计时，一般采用试算法，即先根据上部结构、基础的荷载情况以及软弱下卧层的承载力情况初步取定垫层的厚度，然后验算承载力是否满足要求。不满足时调整初选值再进行验算直至符合要求。垫层的厚度通常不宜小于0.5m，也不宜大于3m。 (二)砂垫层的宽度6-3换土垫层法第六章地基处理（1）垫层的顶宽为防止垫层向两侧挤出，垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上，按当地开挖基坑经验要求的坡度延伸到地面。（2）垫层的底宽垫层的宽度应满足基底压应力扩散的要求，可按下式或根据当地经验确定：b1=b+2ztanθ（6-15） (三)垫层的承载力6-3换土垫层法第六章地基处理垫层承载力容许值[fcu]宜通过现场确定，当无试验资料时，可按表6-4参考采用。各种垫层承载力容许值[fcu]表6-4施工方法垫层材料压实系数λc承载力容许值（kPa）碾压、振密或夯实碎石、卵石0.94~0.97200~300砂夹石（其中碎石、卵石占总质量30~50%）200~250土夹石（其中碎石、卵石占总质量30~50%）150~200中砂、粗砂、砾砂150~200 (四)沉降验算垫层地基的变形包括垫层自身变形及压缩层范围内下卧层的变形。垫层地基的沉降量按下式计算：6-3换土垫层法第六章地基处理（6-16）（6-17） 二、垫层施工与质量检验软土地区采用换填地基时，其填筑、压实的施工及检测应符合《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）规定。垫层施工应严格控制垫层材料的颗粒成分和质量。在地下水位高于基坑底面时，应采取排水或降低水位措施。在基坑挖好经检验后，应迅速进行铺压垫层材料，避免坑底暴露过久，或被践踏、浸水使土结构遭到破坏，强度降低。施工时应严格保证垫层材料的密实度，应选择合格的铺压厚度，确定最优含水量。分层压实可采用机械碾压、重锤夯实、振动压实等。要求分层压实达到设计要求的压实度(应在90%以上)。砂垫层的质量检验，可选用环刀取样法或贯入测定法进行，采用应达到的干重度或贯入度作为控制指标。垫层材料除砂、砂砾外，也可考虑用石灰土、二灰土(石灰加粉煤灰)、加筋土等，可根据具体情况因地制宜、就地取材选择，并正确选用有关设计参数。6-3换土垫层法第六章地基处理 第四节排水固结法排水固结法是使天然地基在建筑物投入使用之前完成大部分固结沉降，从而减少建筑物或构筑物使用期的沉降，保证建筑物的沉降和沉降差在允许的范围内。图6-5室内压缩试验说明排水固结法原理a)e-曲线b)τ-曲线6-4排水固结法第六章地基处理 一、砂井堆载预压法6-4排水固结法第六章地基处理图6-6砂井堆载预压砂井堆载预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏土地基。饱和黏土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。 6-4排水固结法第六章地基处理1．排水竖井设计（1）砂井的直径和间距：以“细而密”为佳，普通砂井的直径为300~500mm，间距可按为直径的6~8倍选用。（2）砂井深度：当软土不厚（一般为10~20m）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超过20m）,不必打穿黏土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。 （3）砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：等边三角形布置正方形布置6-4排水固结法第六章地基处理图6-7砂井的平面布置及固结渗透途径 （4）砂井的布置范围：由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加2~4m。（5）砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于10~3cm/s。（6）砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5m~1m。6-4排水固结法第六章地基处理 2．预压荷载6-4排水固结法第六章地基处理对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理，超载量大小应根据预压时间内要求完成的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加应力。在公路工程中，预压分欠载预压、等载预压和超载预压。预压高度应根据软土性质、路堤设计高度、填料情况及施工工期等确定，并考虑路面结构层材料重度与填料重度不同的因素。 3．砂井地基的固结度计算。6-4排水固结法第六章地基处理一级或多级等速加载条件下，当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：（6-18） 4．预压荷载下地基土体的抗剪强度验算6-4排水固结法第六章地基处理计算预压荷载下饱和黏性土地基中某点的抗剪强度时，应考虑土体原来的固结状态，对正常固结饱和黏性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下式计算：（6-24） 5．预压荷载下地基的最终竖向变形量计算6-4排水固结法第六章地基处理预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算：（6-25） 二、袋装砂井和塑料排水板预压法用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。6-4排水固结法第六章地基处理 (一)袋装砂井预压法目前国内应用的袋装砂井直径一般为70~120mm，间距为1.0m~2.0m(井径比n约取15~20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。6-4排水固结法第六章地基处理袋装砂井的设计理论、计算方法基本与普通砂井相同，它的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，优点是：施工工艺和机具简单、用砂量少；间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。 (二)塑料排水板预压法塑料排水板预压法是将塑料排水板用插板机插入加固的软土中，然后在地面加载预压，使土中水沿塑料板的通道逸出，经砂垫层排除，从而使地基加速固结。塑料板排水与砂井比较具有如下优点：1，塑料板由工厂生产，材料质地均匀可靠，排水效果稳定；2．塑料板重量轻，便于施工操作；3．施工机械轻便，能在超软弱地基上施工；施工速度快，工程费用便宜。6-4排水固结法第六章地基处理 多孔单一结构型塑料排水板复合结构塑料排水板6-4排水固结法第六章地基处理 塑料排水板6-4排水固结法第六章地基处理 三、天然地基堆载预压法天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。此方法费用较少，但工期较长。如软土层不太厚，或软土中夹有多层细、粉砂夹层渗透性能较好，不需很长时间就可获得较好预压效果时可考虑采用，否则排水固结时间很长，应用就受到限制。此法设计计算可用一维固结理论。6-4排水固结法第六章地基处理 四、真空预压法和降水位预压法真空预压法实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道(普通砂井、袋装砂井或塑料排水板)，再用不透气的封闭薄膜覆盖软土地基，使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空泵进行抽气，使其形成真空，当真空泵抽气时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐渐形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，在此压力差作用下，土体中的孔隙水不断排水，从而使土体固结。6-4排水固结法第六章地基处理 降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况，使用前应摸清土层分布及地下水位情况等。6-4排水固结法第六章地基处理 第五节挤(振)密法一、挤密砂桩法概念：是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm～600mm)然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入25%~35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。作用：对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用，对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。6-5挤密法第六章地基处理 （一）砂桩的设计6-5挤密法第六章地基处理1．加固范围通常砂桩挤密地基的面积应超出基础的面积，每边放宽不应少于1~3排；用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，且不宜小于5m；对高速公路，一般应处理至边缘外1~3m。2．桩直径及桩位布置图6-12砂桩的布置及中距 6-5挤密法第六章地基处理3．砂桩的间距一般对粉土和砂土地基，不宜大于砂桩直径的4倍；对黏性土地基不宜大于砂桩直径的3倍。初步设计时，砂桩的中距也可按下列公式估算。(1)松散粉士和砂土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比e1来确定。等边三角形布置：（6-27）正方形布置：（6-28） 6-5挤密法第六章地基处理（2）黏性土地基等边三角形布置：（6-30）正方形布置：（6-31） 6-5挤密法第六章地基处理4．砂桩桩长砂桩桩长不宜小于4m当软弱土层厚度不大时，砂桩桩长宜穿过松软土层；当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂石桩桩长不应小于最危险滑动面以下2m的深度；对按变形控制的工程，砂桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求；对可液化的地基，砂石桩桩长应按现行相关国家标准中的有关规定采用。 6-5挤密法第六章地基处理5．砂桩孔内的填料和填砂量砂桩内填料宜用砾砂、粗砂、中砂、圆粒、角砾、卵石、碎石等，填料中含泥量不应大于5%，并不宜含有粒径大于50mm的粒料。6．垫层砂桩施工完成后，桩顶部分的桩体比较松散，密实度较小，应采用碾压或夯实的方法将其压密，然后在砂桩顶部宜铺设一层厚度为300～500mm的砂石垫层。必要时可在垫层中增设加筋织物，加大地基抗剪强度。 6-5挤密法第六章地基处理7．强度验算计算中设有砂桩的复合地基的路堤整体抗剪稳定安全系数时，复合地基内滑动面上的抗剪强度采用复合地基抗剪强度，该强度可按下式计算：（6-34）（6-35）（6-36）（6-37） 6-5挤密法第六章地基处理8．沉降计算在砂桩桩长深度内地基的沉降按下式计算：（6-38）（6-39） 6-5挤密法第六章地基处理（二）砂桩施工可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法。当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩法。振动式是靠振动机的垂直上下振动作用，把带桩靴或底盖的钢套管打入土中成孔，填入砂料振动密实成桩(一面振动一面拔出套管)；锤击式是将钢套管打入土中，其他工艺与振动式基本相同，但灌砂成桩和扩大是用内管向下冲击而成。 6-5挤密法第六章地基处理（三）质量检验应在施工期间及施工结束后，检查砂桩的施工记录。对沉管法，尚应检查套管往复挤压振动次数与时间、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等施工记录。施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和黏性土地基应待孔隙水压力消散后进行，间隔时间不宜少于28d；对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。 二、夯（压）实法夯（压）实法对砂土地基及含水率在一定范围内的软弱黏性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。填方或地面浅表层常用的压实方法是碾压法、夯实法和振动压实法，而浅层处理可采用重锤夯实法，深层处理可选择强夯法。6-5挤密法第六章地基处理 (一)重锤夯实法重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提到一定高度(3~4m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍湿的黏性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基加固方法。重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为15~30kN，锤底直径0.7m~1.5m，锤底面自重静压力约为15~25kPa，落距一般采用2.5~4.0m。有效影响深度：重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土，当锤重为15kN，锤底直径1.15m，落距3~4m时，夯击6~8遍，夯击有效深度约为1.10~1.20m，为达到预期加固密实度和深度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。6-5挤密法第六章地基处理 6-5挤密法第六章地基处理重锤的式样常为一截头圆锥体(图6-13)，重为15~30kN，锤底直径0.7m~1.5m，锤底面自重静压力约为15~30kPa，落距一般采用2.5~4.0m。图6-13夯锤 (二)强夯法强夯法概念：用质量达数十吨的重锤自数米高处自由下落，给地基以冲击（图6-14），从而提高一定深度内地基土的密度、强度并降低其压缩性的方法。特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。6-5挤密法第六章地基处理强夯法适用范围：处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。对饱和软黏土地基中夹有多层粉砂可采用在夯坑中回填块石、碎砾石、卵石等粒料进行强夯置换处理， 6-5挤密法第六章地基处理1．强夯法加固的机理图6-14强夯法示意图（1）动力密实（2）动力固结（3）动力置换 6-5挤密法第六章地基处理2．强夯法设计(1)有效加固深度：(2)夯点的夯击次数（最佳夯击能）：以夯坑的压缩量最大，夯坑周围地面隆起最小为原则，且最后两击或三击的平均夯沉量不大于50~100mm。(3)夯点可采用正方形或等边三角形布置，间距以5~7m为宜。一般夯锤有效加固面积可以相连或重合。(4)夯击遍数通过试夯确定。 6-5挤密法第六章地基处理(5)间歇时间：两遍夯击之间留出使土中超孔隙水压力消散的时间，可以通过试夯过程中孔隙水压力测量确定，当缺少实测资料时，可按3~7d考虑（适用条件是：饱和软黏土地基中夹有多层粉砂或采用在夯坑中回填块石、碎砾石、卵石等粒料进行强夯置换时）。 强夯法6-5挤密法第六章地基处理 强夯法6-5挤密法第六章地基处理 强夯法6-5挤密法第六章地基处理 强夯法6-5挤密法第六章地基处理 王曲电厂8000KN.M强夯26-5挤密法第六章地基处理 榆次大乘寺2000KN.M强夯6-5挤密法第六章地基处理 三、振冲法6-5挤密法第六章地基处理概念：利用振冲器在土层中振动和水流喷射的联合作用成孔，然后填入碎石料并提拔振冲器逐段振实形成刚度较大的碎石桩的地基处理方法。适用范围：适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。 6-5挤密法第六章地基处理振冲法对砂性土地基的加固原理：振动力除直接将砂层挤压密实外，还向饱和砂土传播加速度，因此在振冲器周围一定范围内砂土产生振动液化，液化后的土颗粒在重力、上覆土压力及外添填料的挤压下重新排列变得密实，孔隙比大为减小，从而提高地基承载力及抗振能力；另一方面，依靠振冲器的重复水平振动力，在加回填料情况下，通过填料使砂层挤压加密。 图6-15振冲器构造示意图图6-16振冲施工过程6-5挤密法第六章地基处理振冲法主要的施工机具和施工工艺： 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 振冲桩方法6-5挤密法第六章地基处理 第六节化学固化法概念：指在软土地基土中掺入水泥、石灰等，采用喷射、搅拌等方法使其与原土体充分混合，产生固化作用；或把一些具有固化作用的化学浆液(如水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)灌入地基土体中，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的。6-6化学加固法第六章地基处理分类：按加固材料的状态可分为粉体类(水泥、石灰粉末等)和浆液类(水泥浆及其他化学浆液)。按施工工艺可分为低压搅拌法(如粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩等)、高压喷射注浆法（如高压旋喷桩等）和胶结法(如灌浆法、硅化法)三类。 一、粉体喷射搅拌(桩)法和水泥浆搅拌(桩)法概念：深层搅拌法是利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械将其与地基深层土体强制搅拌，经物理——化学作用、硬化或形成整体的浆液搅拌法和粉喷搅拌法。6-6化学加固法第六章地基处理 1.加固机理：(1)水泥的水化反应(2)阳离子交换与团粒化作用(3)硬凝反应(4)碳酸化反应6-6化学加固法第六章地基处理 6-6化学加固法第六章地基处理2.水泥土搅拌法设计(1)对工程地质勘察的要求和适用范围(2)布桩形式(3)桩长、桩径和间距的确定(4)固化剂及外掺剂类型和用量(5)水泥土桩复合地基稳定计算(6)水泥土桩复合地基沉降计算 6-6化学加固法第六章地基处理3.水泥土搅拌施工水泥搅拌桩分为干喷法与湿喷法两种方法，干喷法是把水泥粉喷入地下，与软土搅拌成桩，俗称粉喷桩。湿法是把水泥浆喷入地下，与软土搅拌成桩，又称浆喷桩或深搅桩。其主要步骤应为：搅拌机械就位、调平；预搅下沉至设计加固深度；边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；重复搅拌下沉至设计加固深度；根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；关闭搅拌机械；在预（复）搅下沉时，也可采用喷浆（粉）的施工工艺，但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。 二、高压喷射注浆法6-6化学加固法第六章地基处理概念：高压喷射注浆法是采用注浆管和喷嘴，借高压将水泥浆等从喷嘴射出，直接破坏地基土体，并与之混和，硬凝后形成固结体，以加固土体和降低其渗透性的方法。适用范围：适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑黏性土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。分类：高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种类别。按注浆的基本工艺可分为单管法（浆液管）、二重管法（浆液管和气管）、三重管法（浆液管、气管和水管）和多重管法（水管、气管、浆液管和抽泥浆管）等。加固形状可分为柱状、壁状、条状和块状。 6-6化学加固法第六章地基处理1．加固机理对天然地基土的加固硬化机理和形成复合地基以加固地基土、提高地基土强度、减少沉降量。2．高压喷射注浆法的施工①首先进行施工前的准备；②桩机按布好的桩点就位；③开机钻孔至设计深度；④高压喷射注浆；⑤边注浆边提升；⑥成桩结束提管冲洗。 三、胶结法(一)灌浆法概念：亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。6-6化学加固法第六章地基处理 6-6化学加固法第六章地基处理按照施工工艺和灌浆工作原理的不同，灌浆方法可分为下列几种：1．灌浆方法(1)渗透灌浆(2)劈裂灌浆(3)压密灌浆(4)电化学灌浆（或电渗法） 6-6化学加固法第六章地基处理按浆液所处状态可分为真溶液、悬浮液和乳化液；按工艺性质可分为单浆液和双浆液；按浆液主剂分为无机系列和有机系列；按浆液颗粒可分粒状浆液（纯水泥浆、水泥黏土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸酯类和聚氨酯等）两大类。2．浆液材料 (二)硅化法利用硅酸钠(水玻璃)为主剂的化学浆液加固方法称为硅化法。1．硅化法的加固机理硅化法按浆液成分可分为单液法和双液法。单液法使用单一的水玻璃溶液，它较适用于渗透系数位0.1～0.2m/d的湿陷性黄土等地基的加固。此时，水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体。6-6化学加固法第六章地基处理 2．硅化法的设计计算加固范围及深度应根据地基承载力和要求沉降量验算确定，一般情况加固厚度不宜小于3m，加固范围的底面不小于由基底边缘按30度扩散的范围。化学浆液的浓度，水玻璃溶液自重为1.35~1.44，氯化钙为1.20~1.28，土的渗透系数高时取高值，渗透系数低时取低值。6-6化学加固法第六章地基处理 第七节土工合成材料加筋法6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理一、土工合成材料的发展及分类 6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理功能类型土工合成材料的功能分类隔离加筋反滤排水防渗防护土工织物（GT）PPPPPS土工格栅（GG）P土工网（GN）PP土工膜（GM）SPS土工垫块（GCL）SP复合土工材料（GC）P或SP或SP或SP或SP或SP或S各类土工合成材料应用中的主要功能：注：P表示主要功能，S表示辅助功能。 二、土工合成材料的排水反滤作用（一）排水作用具有一定厚度的土工合成材料具有良好的三维透水特性，利用这一特性可以使水经过土工合成材料的平面迅速沿水平方向排走，也可和其他排水材料（如塑料排水扳等）共同构成排水系统或深层排水井，如后图所示土工合成材料埋设方法。（二）反滤作用在渗流出口铺设土工合成材料作为反滤层，这和传统的砂砾石滤层一样，均可以提高被保护土的抗渗强度。6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理 图6-17土工合成材料用于排水过滤的典型实例6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理 三、土工合成材料的加筋作用1．土工合成材料加筋路堤2．台背路基填土加筋3．加筋软土地基6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理 图6-18土工合成材料加固路堤6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理 6-7土工合成材料加筋法第六章地基处理四、土工合成材料在应用中的问题1．土工合成材料的理论研究工作滞后于应用，制约了土工合成材料技术的深入发展。2．必须依据具体工程的要求，寻找性能改善的程度与土工合成材料成本之间的平衡。3．土工合成材料的耐久性包括很多方面，应综合考虑。4．土工合成材料的施工损伤可引起强度降低，对土工合成材料的耐久性影响较大。5．为了选择和应用土工合成材料，必须了解材料的工程性质，以便确定设计参数。 第八节复合地基理论广义复合地基是指天然地基在地基处理中部分土体得到增强、或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。6-8复合地基理论第六章地基处理一、复合地基的基本概念1．复合地基的涵义和分类 6-8复合地基理论第六章地基处理根据复合地基工作分类：复合地基水平增强体复合地基——土工合成材料加筋垫层散体材料桩复合地基黏结材料桩复合地基竖向增强体复合地基砂桩复合地基碎石桩复合地基柔性桩复合地基刚性桩复合地基深层搅拌桩复合地基粉喷桩复合地基石灰桩复合地基粉煤灰桩复合地基等小桩复合地基疏松桩复合地基等土桩和灰土桩复合地基低标号混凝土桩复合地基 6-8复合地基理论第六章地基处理2．复合地基的作用机理桩体作用排水作用挤密作用加筋作用垫层作用 6-8复合地基理论第六章地基处理3．复合地基的常用概念(1)复合地基置换率复合地基面积置换率m定义为：（6-43）(2)桩土应力比桩土应力比(n)是指复合地基中桩体的竖向平均应力(σp)与桩间土的竖向平均应力(σs)之比。(3)复合压缩模量将加固区视为一均质的复合土体，与原非均质复合土体等价的均质复合土体的压缩模量称为复合压缩模量(Esp)。 6-8复合地基理论第六章地基处理二、复合地基承载力确定在工程应用中，复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。由理论公式确定复合地基承载力，目前主要有两种计算模式：第一种是将复合地基作为整体来考虑，这方面的研究成果不多；第二种是分别确定桩体和土的承载力，然后按一定的原则将这两部分承载力叠加得到复合地基的承载力。 6-8复合地基理论第六章地基处理三、复合地基变形验算通常把复合地基沉降量分为加固区的沉降量s1和下卧层的沉降量s2两部分，基础和复合地基之间垫层的压缩量常被忽略。如图6-19所示，复合地基的总沉降量s可表示为：s=s1+s2（6-50）图6-19复合地基沉降