第11章地基處理

1、第十二章第十二章 地基處理地基處理重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：1.軟土的物理力學(xué)性質(zhì)及其工程特性軟土的物理力學(xué)性質(zhì)及其工程特性2.各種地基處理方法的基本原理各種地基處理方法的基本原理 地基處理的：對(duì)象對(duì)象主要是軟弱地基和特殊土地基。 軟弱地基系指主要由軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土）、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。 12.112.1 概概 述述一一. . 地基處理的對(duì)象和目的地基處理的對(duì)象和目的 軟土的特性是含水率高、孔隙比大、滲透系數(shù)小、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低。軟土地基承載力低，在外荷載作用下，地基變形大，不均勻變形也大，且變形穩(wěn)定歷時(shí)較長(zhǎng)，在比較深厚的軟土層上，建筑物基礎(chǔ)的沉降往往持續(xù)數(shù)年甚至數(shù)

2、十年之久。 軟土地基是在工程實(shí)踐中最需要人工處理的地基。 1. 軟土：軟土：淤泥及淤泥質(zhì)土的總稱為軟土。 雜填土主要特性是強(qiáng)度低、壓縮性高和均勻性差，即使在同一建筑場(chǎng)地的不同位置，其地基承載力和壓縮性也有較大差異。雜填土未經(jīng)人工處理一般不宜作為持力層。 2. 雜填土：雜填土：由人類活動(dòng)所形成的建筑垃圾、工業(yè)廢棄物和生活垃圾等無(wú)規(guī)則堆填物。 3. 沖填土：沖填土：在整治和疏浚江河航道時(shí)，用挖泥船通過(guò)泥漿泵將夾大量水分的泥砂吹到江河兩岸而形成的沉積土。 沖填土的工程性質(zhì)主要取決于顆粒組成、均勻性和排水固結(jié)條件，如以粘性土為主的沖填土往往是欠固結(jié)的，其強(qiáng)度較低且壓縮性較高，一般需經(jīng)過(guò)人工處理才能作為

3、建筑物地基；如以砂性土或其它粗顆粒土所組成的沖填土，其性質(zhì)基本上與砂性土相類似，可按砂性土考慮是否需要進(jìn)行地基處理。 對(duì)軟弱土和特殊土進(jìn)行地基處理。目的目的：為了提高地基的強(qiáng)度和保證地基的穩(wěn)定、降低地基的壓縮性、減少地基的沉降和不均勻沉降、防止地震時(shí)地基土的振動(dòng)液化以及消除特殊性土的濕陷性、脹縮性和凍脹性。 4. 其它高壓縮土其它高壓縮土: 飽和松散粉細(xì)砂及部分粉土，在機(jī)械振動(dòng)、地震等動(dòng)力荷載的重復(fù)作用下，有可能會(huì)產(chǎn)生液化或震陷變形。另外，在基坑開(kāi)挖時(shí)，也可能會(huì)產(chǎn)生流砂或管涌。因此，對(duì)于這類地基土，往往需要進(jìn)行地基處理。5. 特殊土地基：特殊土地基：大部分帶有地區(qū)性特點(diǎn)，包括濕陷性黃土、膨脹土

4、和凍土等。 二、地基處理方法的分類二、地基處理方法的分類 地基處理方法的分類可有多種多樣。按按 時(shí)時(shí) 間：間：可分為臨時(shí)處理和永久處理；按按 處處 理理 深深 度：度：可分為淺層處理和深層處理；按處理土性對(duì)象：按處理土性對(duì)象：可分為砂性土處理和粘性土處理，飽和 土處理和非飽和土處理；按地基處理作用機(jī)理：按地基處理作用機(jī)理：可分為置換、夯實(shí)、擠密、排水、 膠結(jié)、加筋和冷熱等處理方法。 最本質(zhì)的是根據(jù)地基處理作用機(jī)理進(jìn)行分類，其具體分類以及加固原理、適用范圍見(jiàn)表12-1。 五大類：換土墊層法、深層密實(shí)法、排水固結(jié)法、加筋五大類：換土墊層法、深層密實(shí)法、排水固結(jié)法、加筋 法、化學(xué)加固法。法、化學(xué)加固

5、法。三三 地基處理的原則及其注意事項(xiàng)地基處理的原則及其注意事項(xiàng) 地基處理是一門(mén)技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科。在選擇地基處理方法之前，必須認(rèn)真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)，選擇經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。地基處理的幾條原則。1. 針對(duì)地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)選用合適的地基處理方法；2. 所選用的處理方法必須符合土力學(xué)的基本原理;3. 根據(jù)地基處理的時(shí)效特點(diǎn)進(jìn)行工程驗(yàn)算與控制;4. 重視地基處理的工程經(jīng)驗(yàn)。 在眾多的地基處理方法中，加固機(jī)理、理論分析和計(jì)算方法等都尚需進(jìn)一步研究，因此，經(jīng)驗(yàn)具有相當(dāng)重要的作用。巖土工程師必須不斷的研究和總結(jié)。因地制宜，切忌機(jī)械地搬用。 換填法就是將基礎(chǔ)底面下一

6、定深度范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖去，然后換填強(qiáng)度較大的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、干渣等性能穩(wěn)定且無(wú)侵蝕性的材料，并分層夯壓至要求的密實(shí)度。 換填法適用條件：適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理，且建筑物荷載不太大的地基。換填法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)合理，但不應(yīng)小于0.5m。 換填法處理地基時(shí)換填材料所形成的墊層，按其材料的不同，可分為砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、粉煤灰墊層等。不同材料墊層上建筑物沉降特點(diǎn)基本相似，各種材料墊層的設(shè)計(jì)都可參照砂墊層方法。12.2 12.2 換填法換填法 換填法處理地基的作用主要有以下幾個(gè)方面：

7、 (1)提高地基承載力 地基中的剪切破壞是從基礎(chǔ)底面開(kāi)始的，并隨著基底壓力的增大而逐漸向縱深發(fā)展。因此，若以強(qiáng)度較大的砂或其它填筑材料代替軟弱土層，就可提高地基承載力，從而避免地基破壞。 (2)減少地基沉降量 基礎(chǔ)下地基淺層部分的應(yīng)力較大，其沉降量一般在地基總沉降中所占的比例也較大，若以密實(shí)的砂或密實(shí)填筑材料代替淺層軟弱土，就可減少地基的大部分沉降量。另外，由于密實(shí)墊層對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使作用在下臥土層上的壓力較小，因此也相應(yīng)減少了下臥土層的沉降量。 一、換填法的作用和適用范一、換填法的作用和適用范圍圍 由于粗顆粒墊層材料的孔隙較大，不易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹

8、。 (3) 加速軟弱土層的排水固結(jié) 由于砂或碎石等墊層材料的透水性大，當(dāng)軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力得以迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)，從而提高地基土強(qiáng)度。 (4)防止地基土凍脹 在各類工程中，墊層所起的主要作用有時(shí)是不同的，如建筑物基礎(chǔ)下的墊層主要是起換土作用；而在路堤和土壩等工程，主要是利用墊層起排水固結(jié)作用。 換填法主要適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。二、墊層的設(shè)計(jì)與計(jì)算二、墊層的設(shè)計(jì)與計(jì)算 換填法處理軟弱地基的設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定墊層的厚度和寬度。對(duì)于換土墊層，根據(jù)建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和變形的要求，既要求墊層有足

9、夠的厚度以置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求墊層有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出；而對(duì)于排水墊層，則主要是在基礎(chǔ)底面下設(shè)置厚度為30cm的砂、砂石或碎石等透水性大的墊層，以形成一個(gè)排水層，從而促使軟弱土層的排水固結(jié)。(一一)墊層厚度的確定墊層厚度的確定 墊層厚度(P328 圖12-1)應(yīng)根據(jù)墊層底面下臥軟弱土層的承載力來(lái)確定，即要求作用在墊層底面處土的自重壓力與附加壓力之和不大于下臥軟弱土層頂面處的地基承載力，應(yīng)滿足下式要求： 式中 ： 墊層底面處的附加壓力(kPa)； 墊層底面處的自重壓力(kPa)； 墊層底面處經(jīng)深度修正后的下臥土層地基承載力設(shè)計(jì)值(kPa)。 ppfzczpzpczf

10、墊層底面處的附加壓力，除了可用彈性理論的土中應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算外，常用的是按壓力擴(kuò)散角的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。 具體設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)下臥土層的地基承載力，先假設(shè)一個(gè)墊層的厚度，然后按式(12-18)進(jìn)行驗(yàn)算，若不符合要求，則改變厚度，重新再驗(yàn)算，直至滿足要求為止。(二二)墊層寬度的確定墊層寬度的確定 確定墊層寬度時(shí)，應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面壓力擴(kuò)散的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮到墊層應(yīng)有足夠的寬度以及墊層側(cè)面土的強(qiáng)度條件，以防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增加墊層的豎向變形量。 墊層的寬度可按式(12-20)壓力擴(kuò)散角的方法進(jìn)行計(jì)算，或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。式中 墊層底面寬度(m)； 墊層壓力擴(kuò)散角，按表12-2采用，但 0.25時(shí)

11、，仍按 0.25取值。bbhtg 2sbh bsh bs (三三)地基變形計(jì)算地基變形計(jì)算 采用換填法對(duì)地基進(jìn)行處理后，由于墊層下軟弱土層的變形，建筑物地基往往仍將產(chǎn)生一定的沉降量及差異沉降量。因此，在墊層的厚度和寬度確定后，對(duì)于重要的建筑物或墊層下存在軟弱下臥層的建筑物，還應(yīng)進(jìn)行地基的變形計(jì)算。 換土墊層后的建筑物地基沉降由墊層自身的變形量和下臥土層的變形量?jī)刹糠炙鶚?gòu)成，即 式中 基礎(chǔ)沉降量(cm)； 墊層自身變形量(cm)； 壓縮層厚度范圍內(nèi)，自墊層底面算起的各土層壓縮變形量之和(cm)。sss12ss1s2三、墊層的施工三、墊層的施工 采用砂、石填料時(shí)，墊層施工應(yīng)注意以下幾方面： （1）

12、墊層的砂料必須具有良好的壓實(shí)性）墊層的砂料必須具有良好的壓實(shí)性。砂料的不均勻系數(shù)不能小于5，以中粗砂為好，容許在砂中摻入一定數(shù)量的碎石，但要分布均勻。如果用碎石作墊層，其強(qiáng)度較高，易于夯實(shí)，還可以水下拋填；碎石的直徑一般不應(yīng)超過(guò)10cm。碎石的含泥量不應(yīng)超過(guò)3%；有機(jī)質(zhì)含量和水穩(wěn)定性都應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)。 （2）墊層的質(zhì)量關(guān)鍵是如何把墊層密實(shí)到設(shè)計(jì)要求）墊層的質(zhì)量關(guān)鍵是如何把墊層密實(shí)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。的密實(shí)度。加密的方法可采用振動(dòng)法、水撼法、碾壓法等。要嚴(yán)格控制墊層的松鋪厚度，一般為15cm20cm。分層密實(shí)，及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢查。 （3）開(kāi)挖基坑鋪設(shè)墊層時(shí)，必須避免對(duì)軟土層的擾動(dòng)，）開(kāi)挖基坑

13、鋪設(shè)墊層時(shí)，必須避免對(duì)軟土層的擾動(dòng)，否則由于坑底土的擾動(dòng)，使土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，強(qiáng)度降低否則由于坑底土的擾動(dòng)，使土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，強(qiáng)度降低而導(dǎo)致附加沉降增加。而導(dǎo)致附加沉降增加。當(dāng)采用碎石墊層時(shí)，最好在基坑底面先鋪一層砂墊底，然后再鋪碎石。 （4）作好基坑的排水工作，必要時(shí)應(yīng)采取降低地下水）作好基坑的排水工作，必要時(shí)應(yīng)采取降低地下水位的措施。位的措施。采用振實(shí)時(shí)，應(yīng)保證水源補(bǔ)給與 排水暢通，水面宜保持與砂面齊平。 可用作墊層的材料很多，除砂和碎石外，還有素土、灰土墊層，以及粉煤灰墊層等。 國(guó)外還在墊層中鋪設(shè)塑料網(wǎng)片（加筋）來(lái)提高墊層的強(qiáng)度。 排水固結(jié)法是在建筑物建造之前，在場(chǎng)地上進(jìn)行加載預(yù)壓，使

14、土體中部分孔隙水逐漸排出，地基固結(jié)，土體強(qiáng)度逐漸提高，沉降提前完成的方法。 排水固結(jié)法主要是用于處理海相、湖相以及河相沉積的軟弱粘土層，這類土的特點(diǎn)是含水率大、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差，而且沉降持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)。 采用排水固結(jié)法，可以使土體的強(qiáng)度增長(zhǎng)，地基承載力提高；相對(duì)于預(yù)壓荷載的地基沉降，在處理期間部分消除或基本消除，使建筑物在使用期間不會(huì)產(chǎn)生不利的沉降或沉降差。12.312.3 排水固結(jié)法排水固結(jié)法 地基土的排水固結(jié)效果與它的排水邊界有關(guān)，根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需的時(shí)間與排水距離的平方成正比。如圖12-2所示，這是一種典型的單向固結(jié)情況。 當(dāng)土層較薄或土層厚度相對(duì)荷載寬度較小時(shí)，土中

15、孔隙水可以由豎向滲流經(jīng)上下透水層排出而使土層固結(jié)。但當(dāng)軟土層很厚時(shí)，一維固結(jié)所需的時(shí)間很長(zhǎng)，為了滿足工程的要求，加速土層固結(jié)。 最有效的方法就是在地基中增加排水途徑，如圖12-2所示，這是目前常用的由砂井（袋裝砂井）或塑料排水板構(gòu)成的豎向排水系統(tǒng)以及由砂層構(gòu)成的橫向排水系統(tǒng)，在荷載作用下促使孔隙水由水平向流入砂井，豎向流入砂墊層，從而固結(jié)時(shí)間可以大大縮小。一、加固機(jī)理 要使土體中孔隙水排出，必須對(duì)土體施加荷載，所以排水固結(jié)還必須配有加載系統(tǒng)。加載系統(tǒng)的形式和方法很多，目前常用的方法有：堆載法、真空法、降水法、電滲法和聯(lián)合法等。排水固結(jié)法處理地基主要有以下兩種情況。 (一)等載預(yù)壓 （二）超載預(yù)

16、壓 （二）豎向系統(tǒng) 設(shè)置豎向系統(tǒng)的目的是為了創(chuàng)造一個(gè)水平向滲流邊界。根據(jù)我國(guó)的情況，大致有以下幾種形式：30cm50cm直徑的普通砂井；7cm12cm直徑的袋裝砂井；各種類型的塑料排水板等。 二、排水系統(tǒng) 排水系統(tǒng)分為水平排水系統(tǒng)和豎向排水系統(tǒng)兩種。 （一）水平排水系統(tǒng) 水平排水系統(tǒng)是指軟土層頂面的排水砂層，目的是為了創(chuàng)造一個(gè)豎向滲流的排水邊界。 排水墊層的材料，一般采用透水性好的砂料，其滲透系數(shù)不低于10-3 ，同時(shí)能起到一定的反濾作用，并要求含泥量不超過(guò)3%。scm/四、加載系統(tǒng) 土體孔隙水是靠地面荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力將其擠出的，所以加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇關(guān)系到預(yù)壓排水固結(jié)的效果。（三）真空預(yù)壓

17、法su（）堆載預(yù)壓法（二）降水預(yù)壓法（四）聯(lián)合預(yù)壓法三、地基固結(jié)度計(jì)算 地基固結(jié)度計(jì)算主要時(shí)根據(jù)圖12-2所示的兩種邊界條件作出的。 土的密實(shí)原理:利用各種機(jī)械功能，在短時(shí)間內(nèi)促使土的孔隙比減小，密實(shí)度增加，從而達(dá)到增加地基強(qiáng)度、減少沉降的目的。利用密實(shí)原理處理地基的方法有：碾壓、碾壓、夯實(shí)、擠密和震密夯實(shí)、擠密和震密等四類。以上四類方法適用于非飽和粘性土以及飽和或非飽和的砂類土。12.412.4 密實(shí)法密實(shí)法一、碾壓法 碾壓法是利用各種壓實(shí)機(jī)械，如壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、羊足碾等的機(jī)械重量對(duì)土進(jìn)行壓實(shí)。由于機(jī)械的重量有限，壓實(shí)功能小，壓實(shí)的影響深度很淺，所以碾壓法主要用于填土工程，如土壩、路堤或大面

18、積回填土，這類工程一般都是把土作為回填材料，因此可采用分層碾壓的辦法來(lái)達(dá)到密實(shí)的效果。二、夯實(shí)法 夯實(shí)法是利用沖擊能來(lái)?yè)魧?shí)地基。根據(jù)沖擊能大小，可分為重錘夯實(shí)和強(qiáng)夯重錘夯實(shí)和強(qiáng)夯兩類。 （一）重錘夯實(shí) 用起重機(jī)械將夯錘提高到一定的高度后，然后將其自由下落，利用沖擊能量將地基夯實(shí)。夯擊的能量隨著夯錘的重力和落距的增加而增加，夯錘的重力一般為15kN30kN，落距一般為2.5m4.5m，夯擊812遍后，夯實(shí)的影響深度一般能達(dá)到錘底直徑的一倍左右，約1.2m。 但若在影響深度范圍內(nèi)，地下水位高且存在有低滲透性飽和軟土?xí)r，軟土結(jié)構(gòu)很可能被破壞，而水又無(wú)法排出，從而形成所謂“橡皮土”，在這種情況下，土層

19、則不可能達(dá)到密實(shí)的效果，應(yīng)特別注意。（二）強(qiáng)夯法 強(qiáng)夯法的特點(diǎn)是夯擊能量特別大，錘重一般為100kN400kN，落距為6m40m。國(guó)外最大的夯擊能曾達(dá)到50000kNm。強(qiáng)夯法可用來(lái)處理各類碎石土、沙土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。 強(qiáng)夯法是在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)地基施加一個(gè)巨大的沖擊能量，加荷歷時(shí)一般只有幾十毫秒，這種突然釋放的巨大能量，轉(zhuǎn)化為各種振動(dòng)波向土中傳播，破壞土的結(jié)構(gòu)。強(qiáng)夯后地基強(qiáng)度提高的過(guò)程可分為四個(gè)階段： 強(qiáng)制壓縮或震密； 土體液化或土結(jié)構(gòu)破壞； 排水固結(jié)壓密； 觸變恢復(fù)和固結(jié)壓密。 所以強(qiáng)夯也稱為動(dòng)力固結(jié)。三、擠密法 擠密法是指在軟弱土層中擠土成孔，從

20、側(cè)向?qū)⑼翑D密，然后再將碎石、砂、灰土、石灰或礦渣等填料充填密實(shí)成柔性的樁體，并與原地基形成一種復(fù)合型地基，從而改善地基的工程性能。由施工方法和灌入材料不同：分為沉管擠密砂（或碎石）樁、振沖碎石樁、石灰樁、灰土樁、渣土樁、爆擴(kuò)樁等。擠密法加固地基的作用，從兩個(gè)方面分析。 成孔過(guò)程中，由于套管排土使在成孔的有效影響范圍 內(nèi)的土孔隙比減小，密實(shí)度增加；用填料填入振密成樁。這種樁雖是柔性樁，但其性質(zhì)比原土要好得多，在某種意義上講，樁體本身是一種置換作用。 由于柔性樁的變形比剛性樁大得多，因此可以把它看作地基的一部分。一、注漿法 注漿法亦稱灌漿法，是利用液壓、氣壓或電化學(xué)的方法，通過(guò)注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以充填、滲透和擠密等方式，進(jìn)入土顆粒之間的裂隙中，將原來(lái)松散的土體膠結(jié)成一個(gè)整體，從而形成強(qiáng)度高、防滲和化學(xué)穩(wěn)定性好的固結(jié)體。根據(jù)注入材料注漿法可分為水泥注漿和化學(xué)注漿兩類。1