地基基礎工程設計第五章地基處理PPT

10/26/2022第5章章地基處理10/26/2022內容提要概述地基處理原原理地基處理方法法及分類本章小結5.1概述基礎是指建筑物向向地基傳遞荷荷載的下部結結構，它具有有承上啟下的的作用。它處處于上部結構構的荷載及地地基反力的相相互作用下，，承受由此而而產生的內力力（軸力、剪剪力和彎矩）），另外，基基礎底面的反反力反過來又又作為地基上上的荷載，使使地基土產生生應力和變形形。地基是指承托建筑筑物基礎的這這一部分范圍圍很小的場地地。建筑物的的地基所面臨臨的問題有以以下五方面：：①強度及穩(wěn)定定性問題；②②壓縮及不均均勻沉降問題題；③滲漏問題；；④液化問題題；⑤特殊土土的特殊問題題。10/26/202210/26/2022地基處理的優(yōu)優(yōu)劣，關系到到整個工程的的質量、造價價與工期，地地基處理的意意義已被越來來越多的人所所認識。地基基處理要做到到技術先進、、經濟合理、、安全適用、、確保質量和和保護環(huán)境。。根據結構類型型、荷載大小小及使用要求求，結合地形形地貌、地層層結構、土質質條件、地下下水特征、環(huán)環(huán)境情況和對對鄰近建筑的的影響等因素素進行綜合分分析，初步選選出幾種可供供考慮的地基基處理方案，，包括選擇兩兩種或多種地地基處理措施施組成的綜合合處理方案。。10/26/20225.2.1地基處理原理理地基處理是利利用換填、夯夯實、擠密、、排水、膠結結、加筋和化化學等方法對對地基土進行行加固，用以以改良地基土土的工程特性性。地基處理理的原理主要要有以下幾點點：（1）提高地地基的抗剪切切強度（2）降低地地基的壓縮性性（3）改善地地基的透水特特性（4）改善地地基的動力特特性（5）改善特特殊土的不良良地基特性5.2地基處理原理理和方法分類類10/26/2022（1）換填法5.2.2地基處理方法法分類（2）密實法（3）復合地基法法真空預壓強夯法堆載預壓（4）深層攪攪拌法（5）加筋法法（6）灌漿法法（1）換填法（2）密實法真空預壓（1）換填法（2）密實法堆載預壓真空預壓（1）換填法（2）密實法強夯法堆載預壓真空預壓（1）換填法（2）密實法強夯法堆載預壓真空預壓（1）換填法（2）密實法（3）復合地基法法強夯法堆載預壓真空預壓（1）換換填填法法（2）密實實法法（4））深深層層攪攪拌拌法法（3）復復合合地地基基法法強夯夯法法堆載載預預壓壓真空空預預壓壓（1）換換填填法法（2）密實實法法（5））加加筋筋法法（4））深深層層攪攪拌拌法法（3）復復合合地地基基法法強夯夯法法堆載載預預壓壓真空空預預壓壓（1）換換填填法法（2）密實實法法（6）灌灌漿法（5）加加筋法（4）深深層攪拌拌法（3）復合地地基法堆載預壓壓真空預壓壓（1）換填法法（2）密實法（1）換填法法（2）密實法真空預壓壓（2）密實法堆載預壓壓真空預壓壓（2）密實法堆載預壓壓真空預壓壓（2）密實法堆載預壓壓真空預壓壓（2）密實法（3）復合地地基法堆載預壓壓真空預壓壓（2）密實法（1）換填法法（3）復合地地基法堆載預壓壓真空預壓壓（2）密實法（4）深深層攪拌拌法（1）換填法法（3）復合地地基法堆載預壓壓真空預預壓（2）密實法法（5））加筋筋法（4））深層層攪拌拌法（1）換填填法（3）復合合地基基法堆載預預壓真空預預壓（2）密實法法（6））灌漿漿法（4））深層層攪拌拌法（1）換填填法（3）復合合地基基法（2）密實法法（1）換填法（2）密實法（1）換填法（2）密實法（1）換填法（2）密實法（1）換填法（2）密實法（2）密實法（2）密實法（3）復合地基基法10/26/2022換填墊層法法是先將基基礎底面下下一定范圍圍內的軟弱弱土層挖除除，再換填填其他無侵侵蝕性、低低壓縮性和和強度大的的散體材料料，經過分分層夯實，，作為地基基的持力層層。它是一種較較簡易的淺淺層軟弱地地基及不均均勻地基的的處理方法法，并已得得到廣泛的的應用，常常用于處理理輕型結構構、地坪、、堆料場及及道路工程程等。對于于建筑范圍圍內局部存存在松填土土、暗溝、、暗塘、古古井、古墓墓或拆除舊舊基礎后的的坑穴，均均可采用換換填法進行行處理。此此時保持建建筑地基整整體變形均均勻是應遵遵循的最基基本的原則則。5.3換填墊墊層法法10/26/2022（1）提高高地基基承載載力。。（2）減小小地基基沉降降量。。（3）加速速軟土土的排排水固固結。。（4）防止止凍脹脹。（5）消除除膨脹脹土的的脹縮縮作用用。（6）消除除濕陷陷性黃黃土的的濕陷陷性。。5.3.1墊層的的作用用10/26/2022（1）墊層層的厚厚度合理確確定墊墊層厚厚度是是墊層層設計計的主主要內內容。。通常常根據據土層層的情情況確確定需需要換換填的的深度度。對于于淺淺層層軟軟土土厚厚度度不不大大的的工工程程，，應應置置換換掉掉全全部部軟軟土土。。對對需需換換填填的的軟軟弱弱土土層層，，首首先先應應根根據據墊墊層層的的承承載載力力確確定定基基礎礎的的寬寬度度和和基基底底壓壓力力，，再再根根據據墊墊層層下下臥臥層層的的承承載載力力，，假假設設墊墊層層的的厚厚度度z（圖圖5.1）5.3.2墊層層的的設設計計10/26/2022圖5.1墊層層的的尺尺寸寸設設計計10/26/2022并復核下式式：式中：pz——相應于于荷載效應應標準組合合時，墊層層底面處的的附加壓力力值（kPa）;pcz——墊層底底面處土的的自重壓力力值（kPa）；paz——墊層底底面處經深深度修正后后的地基承承載力特征征值（kPa）.10/26/2022墊層底面處處的附加壓壓力值可按按擴散角法法計算，即即條形基礎矩形基礎式中：b———矩形基基礎或條形形基礎底面面的寬度（（m）；l——矩形形基礎底面面的長度（（m）；pk——相應于于荷載效應應標準組合合時，基礎礎底面處的的平均壓力力值（kPa）；pc——基礎底底面處土的的自重壓力力值（kPa）；θ——墊層的的壓力擴散散角（°）），宜通過過試驗確定定，當無試試驗資料時時，可按表表5.1采采用。10/26/2022

換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣粉質粘土、粉煤灰灰土0.2520628≥0.503023表5.1壓力力擴擴散散角角（（°）注：：1）當當z/b<0.25，，除除灰灰土土取取=28°°外外，，其其余余材材料料均均取取=0°°，，必必要要時時，，宜宜由由試試驗驗確確定定；；2）當0.25<z/b<0.5時時，值值可內內插求求得。。

換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣粉質粘土、粉煤灰灰土0.2520628≥0.503023

換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣粉質粘土、粉煤灰灰土0.2520628≥0.503023

換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣粉質粘土、粉煤灰灰土0.2520628≥0.50302310/26/2022（2）墊層層的寬寬度確定墊墊層寬寬度時時，除除應滿滿足應應力擴擴散條條件外外，還還應考考慮墊墊層應應有足足夠的的寬度度及側側面土土的強強度條條件，，防止止墊層層材料料向側側邊擠擠出而而增大大墊層層的豎豎向變變形量量。最最常用用的方方法依依然是是按擴擴散角角法計計算，，即墊墊層的的底部部寬度度應按按下式式計算算，或或根據據當地地經驗驗確定定。(5.4)式中：：θ———墊層的的壓力力擴散散角（（°），可可按表表5.1采用；；當z/b<0.25時，仍仍按表表中z/b<0.25取值。。當時時，墊墊層厚厚度較較大，，按擴擴散角角確定定墊層層的底底寬較較寬，，而按按墊層層底面面應力力分布布計算算值分分布的的應力力等值值線在在墊層層底面面處的的實際際分布布則較較窄。。當二二者差差別較較大時時，也也可根根據應應力等等值線線的形形狀將將墊層層剖面面做成成倒梯梯形，，以節(jié)節(jié)省換換填的的工作作量。。當基基礎荷荷載較較大，，或對對沉降降要求求較高高，或或墊層層側邊邊土的的承載載力較較差時時，墊墊層底底寬可可適當當加大大。另另外，，整片片墊層層也可可根據據施工工的要要求適適當放放寬。。10/26/2022（3））墊層層地基基的承承載力力經換填填處理理后的的地基基，由由于理理論計計算方方法尚尚不夠夠完善善，或或由于于較難難選取取有代代表性性的計計算參參數等等原因因，而而難于于通過過計算算準確確確定定地基基承載載力。。因此此，《《地基基處理理規(guī)范范》強強調經經換填填墊層層處理理后的的地基基承載載力宜宜通過過試驗驗、尤尤其是是通過過現(xiàn)場場原位位試驗驗確定定，并并應進進行下下臥層層承載載力的的驗算算。對對于丙丙級建建筑物物及一一般不不太重重要的的、小小型的的、輕輕型或或對沉沉降要要求不不高的的工程程，在在無試試驗資資料或或經驗驗時，，當施施工達達到《《地基基處理理規(guī)范范》要要求的的壓實實標準準后，，可以以參考考表5.2所列列的承承載力力特征征值取取用。。10/26/2022施工方法換填材料類別壓實系數λC承載力特征值faK(kPa)碾壓或振密碎石、卵石0.94～0.97200～300砂夾石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)200～250土夾石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)150～200中砂、粗砂、礫砂150～200粘性土和粉土(8<Ip<14)130～180灰土0.93～0.95200～250重錘夯實土或灰土0.93～0.95150～200表5.2各種墊墊層的的承載載力10/26/2022（4）墊層地地基的變變形驗算算墊層地基基的變形形由墊層層自身變變形和下下臥層變變形組成成。粗粒粒換填材材料的墊墊層在施施工期間間墊層自自身的壓壓縮變形形已基本本完成，，且量值值很小。。因而對對于碎石石、卵石石、砂加加石、砂砂和礦渣渣墊層，，在地基基變形計計算過程程中，可可以忽略略墊層自自身部分分的變形形值。但對于細細粒材料料的尤其其是厚度度較大的的換填墊墊層，則則應計入入墊層自自身的變變形。有有關墊層層的模量量應根據據試驗或或當地經經驗確定定。地基基變形計計算應考考慮鄰近近基礎對對軟弱下下臥層頂頂面應力力疊加的的影響。。另外，下下臥層頂頂面承受受換填材材料本身身的壓力力超過原原天然土土層壓力力較多的的工程，，地基下下臥層也也將產生生較大的的變形。。如工程程許可，，宜盡早早換填，，以使由由此引起起的大部部分地基基變形在在上部結結構施工工前完成成，并應應考慮其其附加的的荷載對對建筑及及鄰近建建筑的影影響。10/26/20225.3.3墊層的材材料選擇擇及質量量檢驗（1）墊層的的材料選選擇墊層可選選用下列列材料：：1)砂石。宜選用用碎石、、卵石、、角礫、、圓礫、、礫砂、、粗砂、、中砂或或石屑（（粒徑小小于2mm的部分不不超過總總重的45%），且應應級配良良好，不不含植物物殘體、、垃圾等等雜質。。2)粉質粘土土。土料中中有機質質含量不不得超過過5%，也不得得含有凍凍土或膨膨脹土。。當含有有碎石時時，其粒粒徑不宜宜大于50mm。3)灰土。體積配配合比宜宜為2：8或3：7。土料宜宜用粉質質粘土，，不宜使使用塊狀狀粘土和和砂質粉粉土，不不得含有有松軟雜雜質，并并應過篩篩，其顆顆粒不得得大于15mm。4)粉煤灰?？捎糜谟诘缆?、、堆場和和小型建建筑、構構筑物等等的換填填墊層。。10/26/20225）礦渣。墊層使用用的礦渣是是指高爐重重礦渣，可可分為分級級礦渣、混混合礦渣及及原狀礦渣渣。礦渣墊墊層主要用用于堆場、、道路和地地坪，也可可用于小型型建筑、構構筑物地基基。礦渣的的穩(wěn)定性是是其能否適適用于做換換填墊層材材料的最主主要性能，，設計、施施工前必須須對選用的的礦渣進行行試驗，在在確認其性性能穩(wěn)定并并符合安全全規(guī)定后方方可使用。。6）其他工業(yè)廢廢渣。在有可靠靠試驗結果果或成功工工程經驗時時，對質地地堅硬、性性能穩(wěn)定、、無腐蝕性性和反射性性危害的工工業(yè)廢渣等等均可用于于填筑換填填墊層。7）土工合成材材料。由分層鋪鋪設的土工工合成材料料與地基土土構成加筋筋墊層。所所用土工合合成材料的的品種與性性能及填料料的土類應應根據工程程特性和地地基土條件件，按照《土工合成材材料應用技技術規(guī)當工工程要求墊墊層具有排排水功能時時，墊層材材料應具有有良好的透透水性。10/26/2022（2）墊層層的檢驗對粉質粘土土、灰土、、粉煤灰和和砂石墊層層可用環(huán)刀刀法、貫入入儀、靜力力觸探、輕輕型動力觸觸探或標準準貫入試驗驗檢驗；對砂石、礦礦渣可用重重型動力觸觸探試驗檢檢驗。并均均應通過現(xiàn)現(xiàn)場試驗以以設計壓實實系數所對對應的貫入入度為合格格標準。壓實系數也可采用環(huán)環(huán)刀法、灌灌砂法、灌灌水法或其其他方法檢檢驗。墊層的施工工質量檢驗驗必須分層進行。應在在每層的壓壓實系數符符合設計要要求后鋪填填上層土。。采用環(huán)刀刀法取樣時時，取樣點點應位于每每層厚度的的2/3深深度處。檢檢驗點數量量，對大基基坑每50～100m2不應少于1個檢驗點點；對基槽槽每10～～20m不應少少于一個點點；每個獨獨立柱基不不應少于1個點。采采用貫入儀儀或動力觸觸探檢驗時時，每分層層檢驗點的的間距應小小于4m。。10/26/20225.3.4墊層層的的施施工工（1））施施工工機機械械墊層層施施工工應應根根據據不不同同的的換換填填材材料料選選擇擇施施工工機機械械。。粉粉質質粘粘土土、、灰灰土土宜宜采采用用平平碾碾、、振振動動碾碾或或羊羊足足碾碾，，中中小小型型工工程程也也可可采采用用蛙蛙式式夯夯、、柴柴油油夯夯。。砂砂土土等等宜宜用用振振動動碾碾。。粉粉煤煤灰灰宜宜采采用用平平碾碾、、振振動動碾碾、、平平板板振振動動器器、、蛙蛙式式夯夯。。礦礦渣渣宜宜采采用用平平板板振振動動器器或或平平碾碾或或振振動動碾碾。（2）鋪填厚厚度墊層的施工方方法、分層鋪鋪填厚度、每每層壓實遍數數等宜通過試試驗確定。除除接觸下臥軟軟土層的墊層層底部應根據據施工機械設設備及下臥層層土質條件確確定厚度外，，一般情況下下，墊層的分分層鋪填厚度度可取200～300mm。。為保證分層層壓實質量，，應控制機械械碾壓速度。。10/26/2022（3）控制含含水量粉質粘土和灰灰土墊層土料料的施工含水水量宜控制在在最優(yōu)含水量量的范圍內；；當使用振動動碾壓時，可可適當放寬下下限范圍值，，最優(yōu)含水量量可通過擊實實試驗確定；；在缺乏試驗驗資料時，也也可近似取0.6倍液限限值，或按照照經驗采用塑塑限的范圍值值作為施工含含水量的控制制值。（4））其其他他注注意意事事項項1））基基坑坑開開挖挖時時應應避避免免坑坑底底土土層層受受擾擾動動2））換換填填墊墊層層施施工工應應注注意意基基坑坑排排水水3））墊墊層層底底部部宜宜設設在在同同一一標標高高上上，，如如深深度度不不同同，，基基坑坑底底土土面面應應挖挖成成階階梯梯或或斜斜坡坡搭搭接接，，并并按按先先深深后后淺淺的的順順序序進進行行墊墊層層施施工工，，搭搭接接處處應應夯夯壓壓密密實實。。4））鋪鋪設設土土工工合合成成材材料料時時，，下下鋪鋪地地基基土土層層頂頂面面應應平平整整，，防防止止土土工工合合成成材材料料被被刺刺穿穿、、頂頂破破。。10/26/20225.4排水水固固結結法法排水水固固結結法法是是在在建建（（構構））筑筑物物建建造造前前，，利利用用地地基基排排水水固固結結的的特特性性，，對對建建（（構構））筑筑物物地地基基進進行行加加荷荷預預壓壓，，使使土土體體提提前前完完成成固固結結沉沉降降，，增增加加地地基基強強度度的的一一種種軟軟土土地地基基加加固固措措施施。。排水水固固結結法法適適用用于于處處理理淤淤泥泥質質土土、、淤淤泥泥和和沖沖填填土土等等飽飽和和粘粘性性土土地地基基。。它它們們廣廣泛泛分分布布于于我我國國東東南南沿沿海海、、內內陸陸山山間間盆盆地地和和河河湖湖沉沉積積區(qū)區(qū)，，具具有有含含水水量量大大、、壓壓縮縮性性高高、、強強度度低低、、透透水水性性差差等等特特點點。。排排水水固固結結法法是是處處理理該該種種軟軟粘粘土土地地基基的的有有效效方方法法之之一一。。適適用用的的建建(構構)筑筑物物加加固固地地基基包包括括飛飛機機跑跑道道、、鐵鐵路路和和公公路路路路堤堤、、倉倉庫庫、、罐罐體體及及輕輕形形建建筑筑物物等等。。10/26/20225.4.1排水固結法法原理與應應用（1）排水固結結法原理在荷載作用用下，土層層的固結過過程就是超超靜孔隙水水壓力(簡稱孔隙水水壓力)消散和有效效應力增加加的過程。。排水固結結法的排水水系統(tǒng)和加加壓系統(tǒng)就就是改變地地基應力場場中的總應應力σ和孔隙水壓壓力u來達到增大大有效應力力、壓縮土土層的目的的。根據固固結理論，，在達到同同一固結度度時，固結結所需的時時間與排水水距離的長長短平方成成正比。為為了加速固固結，最為為有效的方方法是在天天然土層中中增加排水水途徑，縮縮短排水距距離，在天天然地基中中設置垂向向排水體。。實際上，排排水固結法法是由排水系統(tǒng)和和加壓系統(tǒng)統(tǒng)兩部分共同同組合而成成的。排水水系統(tǒng)是一一種手段，，如沒有加加壓系統(tǒng)，，孔隙中的的水沒有壓壓力差就不不會自然排排出，地基基也就得不不到加固。。如果只增增加固結壓壓力，不縮縮短土層的的排水距離離，則不能能在預壓期期間盡快地地完成設計計所要求的的沉降量，，強度不能能及時提高高，加載也也不能順利利進行。所所以上述兩兩個系統(tǒng)，，在設計時時總是聯(lián)系系起來考慮慮的。（2）排水固結結法的應用用在實際應用用中，排水水固結法的的排水系統(tǒng)統(tǒng)包括豎向排水體體和水平排排水體，其作用是是改善地基基排水邊界界條件，增增強土層的的排水固結結效果。根根據固結理理論，粘性性土固結所所需的時間間和排水距距離的平方方成正比，，土層越厚厚，固結延延續(xù)的時間間越長。為為了加快土土層的固結結速度，最最有效的方方法是增加加土層的排排水途徑，，縮短排水水距離。設設置砂井、、塑料排水水板（袋））等豎向排排水體，以以及砂墊層層水平排水水體就是具具體的排水水手段。10/26/20225.4.2砂井堆載載預壓法法設計(1）砂井井或塑料料排水帶帶（板））尺寸、、間距、、排列方方式和深深度的確確定豎向向排水體體分為普普通砂井井、袋裝裝砂井和和塑料排排水帶（（板）。。砂井直直徑和間間距，主主要取決決于粘性性土層的的固結特特性和施施工期限限的要求求。研究究表明，，即使砂砂井直徑徑很小，，如只有有3cm的理想井井，對加加速固結結也是極極其有效效的。所所以原則則上以采采用“細細而密””的方案案較好。。塑料排排水帶（（板）的的當量換換算直徑徑可按下下式計算算：(5.5)圖5.2豎井排列列形(a)等邊三角角形；(b)正方形10/26/2022式中：dp——塑料排水水帶（板板）當量量換算直直徑(mm)；b——塑料排水水帶（板板）寬度度(mm)；δ——塑料排水水帶（板板）厚度度(mm)。豎向排水水體（豎豎井）的的平面布布置可采采用等邊邊三角形形或正方方形排列列，圖5.2所示。當當豎井為為正方形形排列時時，豎井井的有效效排水范范圍為正正方形，，而等邊邊三角形形排列時時則為正正六邊形形，在該該有效范范圍內的的水均通通過位于于其中的的豎井排排出。豎豎井的有有效排水水直徑de與豎井間間距的關關系為：：(5.7)(5.6)等邊三角角形排列列正方形形排排列10/26/2022排水豎豎井的的間距距l(xiāng)可根據據地基基土的的固結結特性性和預預定時時間內內所要要求達達到的的固結結度確確定。。設計計時，，豎井井的間間距l(xiāng)可按井井徑比比n選用（（n=de／dw，dw為豎井井直徑徑，對對塑料料排水水帶可可取dw＝dp，）。。塑料料排水水帶（（板））或袋袋裝砂砂井的的間距距可按按n＝15～22選用，，普通通砂井井的間間距可可按n＝6～8選用。。排水豎豎井的的深度度應根根據建建筑物物對地地基的的穩(wěn)定定性、、變形形要求求和工工期確確定。。對以以地基基抗滑滑穩(wěn)定定性控控制的的工程程，豎豎井深深度至至少應應超過過最危危險滑滑動面面2.0m。對以以變形形控制制的建建筑，，豎井井深度度應根根據在在限定定的預預壓時時間內內需完完成的的變形形量確確定。。10/26/2022(2））排水水砂墊墊層材材料和和厚度度的確確定在豎井井頂面面應鋪鋪設排排水砂砂墊層層，以以連通通砂井井、塑塑料排排水帶帶等豎豎向排排水體體，引引出從從土層層排入入豎向向排水水體的的滲流流水。。《建建筑地地基處處理技技術規(guī)規(guī)范》》規(guī)定定，砂砂墊層層厚度度應小小于500mm，砂砂墊層層砂料料宜用用中粗粗砂，，粘粒粒含量量不宜宜大于于3％％，砂砂料中中可混混有少少量粒粒徑小小于50mm的的礫石石。砂砂墊層層的干干密度度應大大于1.5g/cm3，其其滲滲透透系系數數宜宜大大于于1××10-2cm/s。。(3））預預壓壓荷荷載載大大小小、、荷荷載載分分級級、、加加載載速速率率和和預預壓壓時時間間的的確確定定在軟軟弱弱地地基基上上堆堆載載預預壓壓，，必必然然在在地地基基中中產產生生剪剪應應力力。。當當這這種種剪剪應應力力大大于于軟軟土土地地基基的的抗抗剪剪強強度度時時，，地地基基將將剪剪切切破破壞壞。。為為此此，，堆堆載載預預壓壓需需進進行行分分級級加加荷荷，，等等到到前前期期荷荷載載作作用用下下地地基基強強度度增增加加到到足足以以滿滿足足下下一一級級荷荷載載時時，，方方可可施施加加下下一一級級荷荷載載，，直直至至加加到到設設計計荷荷載載。。10/26/2022(4)地基土的固固結度計算算固結度計算算是堆載預預壓處理地地基中的重重要內容，，可根據各各級荷載下下不同時間間的固結度度，推算地地基強度的的增長值，，分析地基基的穩(wěn)定性性，確定相相應的加荷荷計劃，估估算加荷期期間地基的的沉降量，，確定預壓壓荷載的期期限等。1)瞬間加荷條條件下砂井井地基固結結度的計算算如圖5.3所示為堆載載預壓砂井井地基處理理，每個砂砂井影響范范圍內的柱柱體可用等等面積的圓圓柱體來代代表。等效效圓柱體直直徑為de，高度為2H，砂井直徑徑為dw，飽和軟粘粘土層上、、下面均為為排水面，，在加荷條條件下，土土層中的孔孔隙水沿徑徑向和豎向向滲流，土土層固結。。圖5.3砂井地基固固結度計算算模型10/26/2022瞬間間加加荷荷砂砂井井固固結結理理論論有有假假設設條條件件:①每個個砂砂井井的的有有效效影影響響范范圍圍為為圓圓柱柱體體，，且且不不計計砂砂井井施施工工過過程程中中所所引引起起的的涂涂抹抹作作用用；；②在在影影響響范范圍圍水水平平面面積積上上的的荷荷載載是是瞬瞬時時施施加加且且均均布布的的；；③土土體體僅僅有有豎豎向向壓壓密密變變形形，，土土的的壓壓縮縮系系數數和和滲滲透透系系數數是是常常數數；；④土土體體完完全全飽飽和和，，加加荷荷開開始始時時，，荷荷載載所所引引起起的的全全部部應應力力由由孔孔隙隙水水承承擔擔，，固固結結過過程程就就是是土土中中孔孔隙隙水水排排出出的的過過程程。?，F(xiàn)設設圓圓柱柱體體內內任任意意點點(r，z)處的的孔孔隙隙水水壓壓力力為為u，水水平平向向滲滲透透系系數數為為kh，豎豎向向滲滲透透系系數數為為kv，則固結微分分方程為(5.11)式中：t——時間Cv——豎向固結結系數；Ch——徑向固結結系數(或稱稱水平向固結結系數)。10/26/2022式(5.11)可用分離離變量法法求解，，將式(5.11)可分解為為豎向固固結和徑徑向固結結兩個微微分方程程，如下下兩式，，即(5.12)(5.13)將上兩式式分別求求解，得得到豎向向排水平平均固結結度和徑徑向排水水平均固固結度，，然后再再求出在在豎向排排水和徑徑向排水水聯(lián)合作作用下的的整個砂砂井影響響范圍內內土柱體體的平均均總固結結度。(推導過過程見教教材)10/26/20222）多級逐逐漸加荷荷條件下下砂井地地基固結結度的計計算(圖5.6)在多級等等速加荷荷條件下下，改進進的太沙沙基法可可歸納為為以下計計算公式式，即（5.24）式中：——多級等速速加荷，，t時刻修正正后的平平均固結結度；Urz——瞬間加荷荷條件的的平均固固結度；；tn-1、tn——分別為每每級等速速加荷的的起點和和終點時時間(從時間0點起算)，當計算算某一級級荷載加加荷期間間t時刻的固固結度時時，則tn改為t；△pn——第n級荷載增增量，如如計算加加荷過程程中某一一時刻t的固結度度時，則則用該時時刻相對對應的荷荷載增量量。圖5.6多級等速速加荷過過程10/26/20221955年，日本本高木俊俊介針對對任意變變速加荷荷情況，，提出了了固結度度計算方方法。當當0<t<T時，對于于p而言的固固結度為為：（5.25）當t>T時，對于于而而言的的固結度度為：（5.26）式中，U(t-τ)———瞬間間加荷固固結度理理論解;q——任任意時刻刻t時的的加荷速速率;T——加加荷終點點時間。。10/26/20223）地基土土的強度度增長計計算《建筑地基基處理技技術規(guī)范范》給出了相相似的計計算方法法，規(guī)定定計算預預壓荷載載下飽和和粘性土土地基中中某點的的抗剪強強度時，，應考慮慮土體原原來的固固結狀態(tài)態(tài)。對正正常固結結飽和粘粘性土地地基，某某點某一一時間的的抗剪強強度可按按下式計計算：(5.34)10/26/20224）地基土土的沉降降計算預壓荷載載下地基基最終沉沉降量s∞由三部分分組成，，即瞬時時沉降sd、固結沉沉降sc、和次固固結沉降降s0。表達式式為：(5.35)固結沉降降sc可采用分分層總和和法計算算，即:(5.36)瞬時沉降降sd的計算采采用彈性性理論公公式。sd可按下式式計算，，即：：(5.37)10/26/2022次固結沉沉降s0根據下式式計算：：(5.38)如果在建建筑物使使用年限限內，次次固結沉沉降經判判斷可以以忽略的的話，則則最終總總沉降s∞可按下式式計算，，即在實際工工程中，，常采用用經驗算算法，它它考慮了了地基剪剪切變形形及其他他因素的的綜合影影響，以以固結沉沉降量sc為基準，，用經驗驗系數ξ予以修正正，得到到預壓地地基的最最終沉降降量?！督ㄖ鼗幚砑技夹g規(guī)范范》規(guī)定，預預壓荷載載下地基基的最終終豎向變變形量可可按下式式計算，，即(5.39)10/26/20225.4.3排水固結結法的施施工與質質量檢測測（1）排水固固結法的的施工1）堆載預預壓施工工方法從施工角角度分析析，要保保證排水水固結法法的加固固效果，，主要做做好以下下三個環(huán)環(huán)節(jié)：鋪設水平平排水墊墊層；設設置豎向向排水體體和施加加固結壓壓力。豎向排水水體在工工程中的的應用有有：普通通砂井；；袋裝砂砂井；塑塑料排水水帶。①砂井施施工要求求：保持持砂井連連續(xù)和密密實，并并且不出出現(xiàn)頸縮縮現(xiàn)象；；盡量減減小對周周圍土的的擾動；；砂井的的長度、、直徑和和間距應應滿足設設計要求求。②袋裝砂砂井施工工，袋裝裝砂井是是普通砂砂井的改改良和發(fā)發(fā)展。比比較適應應在軟弱弱地基上上施工；；施工速速度加快快、工程程造價降降低，是是一種比比較理想想的豎向向排水體體。10/26/2022③塑料排水水帶的施工工，塑料帶帶排水法是是將帶狀塑塑料排水帶帶用插帶機機將其插入入軟土中，，然后在地地基面上加加載預壓，，土中水沿沿塑料帶的的通道溢出出，從而使使地基土得得到加固的的方法。2)真空預壓施施工方法真空預壓是是一種有效效的加速軟軟土地基排排水固結的的方法，該該法不需要要堆載，省省略了加載載和卸載的的工序，真真空法所產產生的負壓壓使地基土土的孔隙水水迅速排出出，縮短了了預壓固結結時間。同同時，真空空預壓法所所用的設備備和施工工工藝均比較較簡單，無無需大量的的大型設備備，便于大大面積施工工。真空預壓的的施工工藝藝圖圖5.710/26/2022真空預壓的的主要設備備及要求如如下：①真空泵：：普通真空空泵和射流流真空泵。。真空預壓壓的抽氣設設備宜采用用射流真空空泵。②水平向分分布濾管：：它的主要要作用是，，在抽真空空過程中使使真空度在在整個加固固區(qū)內分布布均勻。水水平向分布布濾水管可可采用條狀狀、梳齒狀狀及羽毛狀狀等形式，，濾水管布布置宜形成成回路。③密封膜：：常采用聚聚氯乙烯薄薄膜、聚乙乙烯專用薄薄膜等。密密封膜的施施工是真空空預壓加固固法成敗的的關鍵問題題之一，加加工好的密密封膜面積積要大于加加固場地面面積，一般般要求每邊邊應大于加加固區(qū)相應應邊2～4m。為了保證證整個預壓壓過程中的的密封性，，塑料膜一一般宜鋪設設2—3層，并保證證膜周邊的的密封性。。如果采用真真空一堆載載聯(lián)合預壓壓時，應先先進行抽真真空，當達達到設計要要求并穩(wěn)定定后，再進進行堆載，，并繼續(xù)抽抽氣，在膜膜上鋪設土土工編織布布等保護材材料。10/26/2022（2）質量檢測測1)施工過程質質量檢查和和檢測應包包括以下內內容：①塑料排水水帶必須在在現(xiàn)場隨機機抽樣送往往實驗室進進行性能指指標的測試試，其性能能指標包括括縱向通水量量、復合體體抗拉強度度、濾膜抗抗拉強度、、濾膜滲透透系數和等等效孔徑等。②對不同來來源的砂井井和砂墊層層砂料，必必須取樣進行顆粒分分析和滲透透性試驗。。③對于以抗抗滑穩(wěn)定控控制的重要要工程，應應在預壓區(qū)區(qū)內選擇代代表性地點點預留孔位位，在加載載不同階段段進行原位位十字板剪剪切試驗和和取土進行行室內土工工試驗。④對預壓工工程，應進進行地基豎向變形、、側向位移移和孔隙水水壓力等項項目的監(jiān)測測。⑤真空預壓壓工程除應應進行地基基變形、孔孔隙水壓力力的監(jiān)測外外，尚應進進行膜下真空度度和地下水水位的量測。10/26/20222)預壓法竣工工驗收檢驗驗應符合下下列規(guī)定：：①排水豎井井處理深度度范圍內和和豎井底面面以下受壓壓土層，經經預壓所完完成的豎向向變形和平平均固結度度應滿足設設計要求。。②應對預壓壓的地基土土進行原位位十字板剪剪切試驗和和室內土工工試驗。必必要時，尚尚應進行現(xiàn)現(xiàn)場載荷試試驗，試驗驗數量不應應少于3點。10/26/20225.5復合地基5.5.1復合地基的的概念與分分類(1)復合地基的的概念復合地基是是指天然地地基在地基基處理過程程中部分土土體得到增增強，或被被置換，或或在天然地地基中設置置加筋材料料，加固區(qū)區(qū)是由基體體(天然地基土土體)和增強體兩兩部分組成成的人工地地基。復合地基中中樁體與基基礎往往不不是直接相相連的，它它們之間通通過墊層（（碎石或砂砂石墊層））來過渡；；而樁基中中樁體與基基礎直接相相連，兩者者形成一個個整體。由于復合地地基的理論論的最基本本假定為樁樁與樁周土土的協(xié)調變變形。為此此，從理論論而言，復復合地基中中也不存在在類似樁基基中的群樁樁效應。10/26/2022(2)復合地基的的分類根據地基中中增強體的的方向可分分為水平向向增強體復復合地基和和豎向增強強體復合地地基。（a)水平向增強強體復合地地基（（b)豎向增強體體復合地基基圖5-8復合地基示示意圖10/26/2022樁體如按成成樁所采用用的材料可可分為：①散體土類類樁——如碎石樁、、砂樁等；；②水泥土類類樁——如水泥土攪攪拌樁、旋旋噴樁等；；③混凝土類類樁——樹根樁、CFG樁等。樁體如按成成樁后的樁樁體的強度度（或剛度度）可分為為:①柔性樁——散體土類樁樁屬于此類類樁；②半剛性樁樁——水泥土類樁樁；③剛性樁——混凝土類樁樁。復合地基中中的樁體為為同一種材材料的稱為為單一樁型型復合地基基。這類復復合地基可可以是樁徑徑相同，而而樁距和樁樁長不同。。由兩種或兩兩種以上類類型的樁組組成的復合合地基，稱稱為多樁型型復合地基基。10/26/20225.5.2復合地基的作作用機理復合地基的作作用機理一般般是以下一種種或多種作用用：(1)樁體作用由于復合地基基中樁體的剛剛度較周圍土土體為大，在在剛性基礎下下等量變形時時，地基中應應力將按材料料模量進行分分布。(2)墊層作用樁與樁間土復復合形成的復復合地基或稱稱復合層，由由于其性能優(yōu)優(yōu)于原天然地地基，它可起起到類似墊層層的換土、均均勻地基應力力和增大應力力擴散角等作作用。(3)加速固結作用用除碎石樁、砂砂樁具有良好好的透水特性性，可加速地地基的固結外外，水泥土類類和混凝土類類樁在某種程程度上也可加加速地基固結結。(4)擠密作用如砂樁、土樁樁、石灰樁、、砂石樁等在在施工過程中中由于振動、、擠壓、排土土等原因，可可使樁間土起起到一定的密密實作用。(5)加筋作用各種樁土復合合地基除了可可提高地基的的承載力外，，還可用來提提高土體的抗抗剪強度，增增加土坡的抗抗滑能力。10/26/20225.5.3復合地基參數數設計（1）面積置換率率m在復合地基中中，取一根樁樁及其所影響響的樁周土所所組成的單元元體作為研究究對象，樁體體的橫截面積積與該樁體所所承擔的復合合地基面積之之比稱為復合合地基面積置置換率m。樁體在平面面上的布置常常用的有：等等邊三角形、、正方形和矩矩形布置。其其面積置換率率m為：(5.40)式中：d——樁體平均直徑徑（m）；de——根樁分擔的處處理地基面積積的等效圓半半(m)徑，對對三種種布樁樁方式式分別別為等邊三三角形形布樁樁矩形布布樁正方形形布樁樁(5.41)(5.42)(5.43)10/26/2022（2）樁土土應力力比n樁土應應力比比n是指復復合地地基中中樁體體的豎豎向平平均應應力與與樁間間土的的豎向向平均均應力力之比比，它它是復復合地地基的的一個個重要要的設設計參參數，，關系系到復復合地地基承承載力力和變變形的的計算算。（3）復合合土層層壓縮縮模量量在復合合地基基計算算中，，為了了簡化化，將將加固固區(qū)視視作一一均質質的復復合土土體，，那么么與原原非均均質復復合土土層等等價的的均質質復合合土層層的壓壓縮模模量稱稱為復復合土土層壓壓縮模模量。。（4）復合合地基基承載載力復合求求和法法的計計算公公式根根據樁樁的類類型不不同而而有所所不同同。1)豎向增增強體體復合合地基基承載載力計計算復合地地基的的極限限承載載力可可用用下式式表示示：(5.44)10/26/2022對剛性性樁復復合地地基和和柔性性樁復復合地地基，，樁體體極限限承載載力可可采用用類似似摩擦擦樁極極限承承載力力計算算式計計算，，其表表達式式為按式(5.45)計算樁樁體極極限承承載力力外，，尚需需計算算樁身身材料料強度度允許許的單單樁極極限承承載力力，即即散體材材料樁樁在荷荷載作作用下下，樁樁體發(fā)發(fā)生鼓鼓脹，，樁周周土進進入塑塑性狀狀態(tài)，，可通通過計計算樁樁間土土側向向極限限應力力計算算單樁樁極限限承載載力。。其一一般表表達式式可用用下式式表示示：（5.45）（5.46）（5.47）10/26/20222)水平平向向增增強強體體復復合合地地基基承承載載力力計計算算水平平向向增增強強體體復復合合地地基基主主要要包包括括在在地地基基中中鋪鋪設設各各種種加加筋筋材材料料，，如如土土工工織織物物、、土土工工格格柵柵等等形形成成的的復復合合地地基基。。Florkiewicz認為為基基礎礎的的極極限限荷荷載載是是無無加加筋筋體體的的雙雙層層土土體體系系的的常常規(guī)規(guī)承承載載力力和和由由加加筋筋引引起起的的承承載載力力提提高高值值之和和，，即即(5.48)圖5-9水平平向向增增強強體體復復合合地地基基上上的的條條形形基基礎礎10/26/2022復合合地地基基中中各各點點的的視視粘粘聚聚力力值值取取決決于于所所考考慮慮的的方方向向，，其其表表達達式式（（Schlosser和Long，1974）為為采用用極極限限分分析析法法分分析析，，地地基基土土體體滑滑動動模模式式取取Prandtl滑移移面面模模式式，，當當加加筋筋復復合合土土層層中中加加筋筋體體沿沿滑滑移移面面AC滑動時，，地基破破壞。此此時，剛剛性基礎礎豎直向向下速度度為，，加筋體體沿AC面滑動引引起的能能量消散散率增量量為忽略了ABCD區(qū)和BGFD區(qū)中由于加筋筋體存在（Cr≠0）能量消散率率增量的增加加。根據上限限定理，可得得到承載力提提高值表示式式如下：(5.49)(5.50)(5.51)10/26/20225）褥墊層的設設置為保證樁土共共同承擔荷載載，減少基礎礎底面的應力力集中，基礎礎底面與樁體體頂部之間應應設置褥墊層層。褥墊層厚厚度一般在100～300mm，可采用中砂砂、粗砂、礫礫砂、碎石、、卵石等散體體材料。碎石石、卵石宜摻摻入20%～30%的砂。另外，，也可通過改改變褥墊層的的厚度，調整整樁土荷載的的分擔，通常常褥墊層越薄薄，樁承擔的的荷載占總荷荷載的百分比比越高，反之之亦然。10/26/20225.5.4復合地基沉降降計算在各類復合地地基沉降實用用計算方法中中，通常把沉沉降量分為二二部分，如圖圖5-10所示。加固區(qū)區(qū)土體壓縮量量為，加固區(qū)區(qū)下臥層土體體壓縮量為，，則復合地基基總沉降表達達式為(5.52)圖5-10復合地基沉沉降計算模模式10/26/2022的計算方法法一般有以以下三種:(1)復合模量法法采采用分層總總和法計算算，，表達式為為Ecs值可通過面面積加權法法計算或彈彈性理論表表達式計算算，也可通通過室內試試驗測定。。面積加加權表達式式為(2)應力修正法法在該法中，，根據樁間間土承擔的的荷載Ps，按照樁間間土的壓縮縮模量Es，忽略增強強體的存在在，采用分分層總和法法計算加固固區(qū)土層的的壓縮量S1(5.55)(5.53)(5.54)10/26/2022(3)樁身壓縮量量法在荷載作用用下，樁身身壓縮量為為復合地基加加固區(qū)下臥臥層土層壓壓縮量通常常采用分層層總和法計計算。在分分層總和法法計算中，，作用在下下臥層土體體上的荷載載或土體中中附加壓力力是難以精精確計算的的。目前在在工程應用用上，常采采用下述方方法計算：：1)應力擴散法法2)等效實體法法(5.56)圖5-11下臥層附加加應力計算算（a）應力擴散散法;（b）等效實體體法10/26/20225.6強夯夯法法強夯夯法法又又名名動動力力固固結結法法或或動動力力壓壓實實法法(dynamicconsolidation)，1969年首首先先由由法法國國工工程程師師梅梅納納提提出出。。由由于于強強夯夯法法具具有有加加固固效效果果顯顯著著、、適適應應土土類類廣廣、、設設備備簡簡單單、、施施工工方方便便、、節(jié)節(jié)省省勞勞力力、、施施工工期期短短、、節(jié)節(jié)省省材材料料、、施施工工文文明明和和施施工工費費用用低低等等優(yōu)優(yōu)點點，，我我國國自自20世紀紀70年代代引引進進此此法法后后迅迅速速在在全全國國推推廣廣應應用用。。從加加固固機機理理和和作作用用來來看看，，強強夯夯法法可可分分為為動力夯實、動動力固結和動動力置換三種情況,其共同的特點點是：破壞土土的天然結構構，達到新的的穩(wěn)定狀態(tài)。。5.6.1強夯法加固機機理及適用范范圍10/26/2022（1）有效加固深度度強夯法創(chuàng)始人人梅納曾提出出下式估算影影響深度H：工程實踐表明明，上述梅納納公式估算的的有效加固深深度往往偏大大。因此，《地基處理規(guī)范范》放棄修正后的的梅納公式，，規(guī)定強夯法法的有效加固固深度應根據據現(xiàn)場試夯或或當地經驗確確定，在缺少少試驗資料或或經驗時，可可按表5.7(見課本本)預估。。（5.61）5.6.2強夯法法參數數設計計10/26/2022（2）夯擊次次數夯擊次次數是是強夯夯設計計中的的一個個重要要參數數。對對于不不同地地基土土來說說夯擊擊次數數應不不同。。（3）夯擊遍遍數夯擊遍遍數應應根據據地基基土的的性質質確定定。一一般來來說，，由粗粗顆粒粒土組組成的的滲透透性強強的地地基，，夯擊擊遍數數可少少些。。反之之，由由細顆顆粒土土組成成的滲滲透性性弱的的地基基，夯夯擊遍遍數要要求多多些。。（4）時間間間隔兩遍夯夯擊之之間的的時間間間隔隔，應應根據據土中中超靜靜孔隙隙水壓壓力的的消散散速率率確定定。但但后者者與土土的類類別、、夯點點間距距等因因素有有關。。（5）夯擊點布置置夯擊點位置置可根據基基礎平面形形狀布置。。夯擊點間間距，一般般根據地基基土的性質質和要求處處理的深度度而定。（6）處理范圍圍強夯處理理范圍應應大于建建筑物基基礎范圍圍。具體體放大范范圍可根根據建筑筑結構類類型和重重要性等等因素考考慮確定定。（7）試夯與檢檢測根據初步步確定的的強夯參參數，提提出強夯夯試驗方方案，進進行現(xiàn)場場試夯。。10/26/20225.6.3強夯法施施工（1）強夯錘強夯錘的質量可取10～40t，其底面形狀狀宜采用圓形形或多邊形，，錘底面積宜宜按土的性質質確定，錘底底靜接地壓力力值可取25～40kPa，對于細顆粒粒土錘底靜接接地壓力宜取取較小值。（2）起重機械施工機械宜采采用帶有自動動脫鉤裝置的的履帶式起重重機或其他專專用設備。采采用履帶式起起重機時，可可在臂桿端部部設置輔助門門架，或采用用其他安全措措施，防止落落錘時機架傾傾覆。（3）施工前的準準備工作施工前應查明明場地范圍內內的地下構筑筑物和各種地地下管線的位位置和標高等等，并采取必必要措施，以以免因施工而而造成損壞。。10/26/2022（4）施工工步驟驟平整場場地——測量高高程———起重重機機就就位位———測量量夯夯前前錘錘頂頂高高程程———夯擊擊———重復復上上述述步步驟驟———整平平5.6.4強夯夯法法的的質質量量檢檢驗驗首先先檢檢查查施施工工過過程程中中的的各各項項測測試試數數據據和和施施工工記記錄錄，，不不符符合合設設計計要要求求時時應應及及時時補夯夯或采采取取其其他他有有效效措措施施。。強夯夯處處理理后后的的地地基基竣竣工工驗驗收收承承載載力力檢檢驗驗，，應應在在施施工工結結束束后后間間隔隔一一定定時時間間方方能能進進行行。檢驗驗方方法法應應采采用用原位位測測試試和室內內土土工工試試驗驗。檢檢驗驗的的數數量量應應根根據據場場地地復復雜雜程程度度和和建建筑筑物物的的重重要要性性確確定定。。10/26/20225.7其他地基基處理方方法5.7.1深層攪拌拌法（1）概述深層攪拌拌法加固固軟土地地基是利利用水泥泥、石灰灰等材料料作為固化劑的主劑，，通過特特制的深深層攪拌拌機械，，在地基基深處就就地將軟軟土和漿漿液或粉粉狀的固固化劑進進行強制制攪拌，，經拌和和的混合合物發(fā)生生一系列列物理化化學反應應，使軟軟土硬結結成具有有整體性、水穩(wěn)定性性和一定強強度的加加固體。。10/26/2022水泥土攪攪拌法使使用的固化劑和外摻劑必須通過過試驗確確定其合合理的配配比與加加固土的的強度值值。固化化劑的摻摻入量一一般為加加固土中中的12%～20%。當采用用水泥作作為固化化劑，宜宜選用32.5號以上的的普通硅硅酸鹽水水泥水泥土攪攪拌法適適用于處處理正常常固結的的淤泥與與淤泥質質土、粉粉土、飽飽和黃土土、素填填土、粘粘性土以以及無流流動地下下水的飽飽和松散散砂土等等地基。。進行深層層攪拌法法加固軟軟土地基基的設計計時，除除了一般般常規(guī)的的要求外外，對下下述各點點也應予予以特別別的重視視：1)土質分析析：有機質質含量，，可溶