第六章 地基處理

第六章地基處理§6.1概述§6.2換土墊層法§6.3排水固結(jié)法§6.4水泥土攪拌法§6.5高壓噴射注漿法§6.6強(qiáng)夯法與強(qiáng)夯置換法§6.7振沖法§6.8托換技術(shù)2

概念也稱(chēng)地基加固，是人為改善土的工程性質(zhì)或地基組成，使之適應(yīng)工程需要而采取的措施，處理后稱(chēng)人工地基。

目的提高土的抗剪強(qiáng)度，使地基保持穩(wěn)定;

降低土的壓縮性或改善地基組成;

降低土的滲透性，防止或減少水的滲漏;

改善土的動(dòng)力性能，防止地基產(chǎn)生震陷變形;

改善特殊土地基安定性，消除或減少濕陷變形。一

、軟土地基的利用與處理6.1概述二、

地基處理的土類(lèi)特性

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)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。

軟土：淤泥及淤泥質(zhì)土的總稱(chēng)為軟土。

沖填土：在整治和疏浚江河航道時(shí)，用挖泥船或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，如以黏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(lèi)似，可按砂性土考慮是否需要進(jìn)行地基處理。

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。

雜填土：由人類(lèi)活動(dòng)所形成的未經(jīng)認(rèn)真壓密的堆積物，包括建筑垃圾、工業(yè)廢棄物和生活垃圾等。

泥炭土主要特性是常處于飽和狀態(tài)，含水量很高，密度很低壓縮性很大，承載力很低，屬于性質(zhì)最差的土，一般不宜作為建筑物的地基。

泥炭土：有機(jī)質(zhì)含量較高的土。其它高壓縮土:飽和松砂及部分粉土，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(lèi)地基土，往往需要進(jìn)行地基處理。

上述的軟弱土外，另一類(lèi)也經(jīng)常需要處理的地基土是滲透系數(shù)很大，粒徑級(jí)配不連續(xù)，組成不均勻的碎石土。

特殊土地基：大部分帶有地區(qū)性特點(diǎn)，包括濕陷性黃土、膨脹土和凍土等。9

三、

常用地基處理方法分類(lèi)置換法:包括開(kāi)挖置換法和振沖置換法拌入法:高壓噴射注漿、深層噴漿攪拌、深層噴粉攪拌排水固結(jié)法振密和擠密法:重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、振沖擠密及砂樁、土樁或灰土樁擠密法等灌漿法加筋法托換技術(shù)10

6.2換土墊層法定義——當(dāng)軟弱地基土層承載力和變形不能滿(mǎn)足要求，且層厚不很大時(shí)，可將基底下一定范圍內(nèi)的軟弱土部分或全部挖去后分層換填并壓實(shí)強(qiáng)度大、性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料。分類(lèi)：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層等。適用土層淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的不良地基的淺層處理。11

一、

換土墊層法

墊層的主要作用：提高地基承載力；減少地基沉降量；加速排水固結(jié)；消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的凍脹作用；改善土的抗液化性能。12

二、

墊層設(shè)計(jì)

墊層厚度的確定

墊層厚度z：根據(jù)墊層底面自重壓力與附加壓力之和小于或等于該處下臥土層的承載力要求確定，即矩形基礎(chǔ)：條形基礎(chǔ)：0.5≤z≤3m13

墊層底面尺寸b'

墊層底面寬度及長(zhǎng)度b′和l′需滿(mǎn)足應(yīng)力擴(kuò)散要求：

墊層底面尺寸確定6.3排水固結(jié)法

排水固結(jié)法能解決軟黏土地基的沉降和穩(wěn)定問(wèn)題?？墒沟鼗某两翟陬A(yù)壓期間基本完成或大部分完成，保證建筑物在使用期間不致產(chǎn)生過(guò)大的沉降和沉降差。同時(shí)可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成的。排水固結(jié)法亦稱(chēng)預(yù)壓法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井(袋裝砂井或塑料排水帶)等豎向排水體，然后分級(jí)逐漸加載；使土體加速固結(jié)。一、原理與應(yīng)用1.排水固結(jié)法的原理加

固

軟

土

層豎

向

排

水

體排水墊層水平排水盲溝堆載預(yù)壓法就是用填土等外加荷載來(lái)增加總應(yīng)力σ并使超靜孔隙水壓力u消散從而增加有效應(yīng)力σ’的方法。降低地下水位和電滲排水法是總應(yīng)力不變,減少孔隙水壓力來(lái)增加有效應(yīng)力σ’的方法。排水固結(jié)法的原理

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，飽和黏性土固結(jié)所需的時(shí)間與排水距離的平方成正比。

2.排水固結(jié)原理加固地基的方法預(yù)壓方法堆載預(yù)壓法真空預(yù)壓法降低地下水位法排水方法豎向排水體可用砂井、袋裝砂井、塑料排水板等做成。水平排水體一般由地基表面的砂墊層組成。二、地基固結(jié)度計(jì)算1.瞬時(shí)加荷條件下地基固結(jié)度計(jì)算固結(jié)度定義式豎向排水平均固結(jié)度計(jì)算徑向固結(jié)度計(jì)算總平均固結(jié)度計(jì)算土層的平均固結(jié)度普遍表達(dá)式為：2.逐漸加荷條件下地基固結(jié)度的計(jì)算一級(jí)或多級(jí)等速加荷條件下地基平均固結(jié)度式中

——

時(shí)間地基的平均固結(jié)度；

——第

級(jí)荷載的加載速率，kPa/d；

——與一級(jí)或多級(jí)等速加載歷時(shí)

相對(duì)應(yīng)的累加荷載，kPa；

，

——第

級(jí)荷載加載的起始和終止時(shí)間（從零點(diǎn)起算），當(dāng)

計(jì)算第

級(jí)荷載加載過(guò)程中某實(shí)際

平均固結(jié)度時(shí)，

改為

。

三、

考慮井阻作用的固結(jié)度計(jì)算

瞬時(shí)加載條件下，考慮涂抹和井阻影響時(shí)，豎井地基徑向排水平均固結(jié)度可按下式計(jì)算：對(duì)砂井，其縱向通水量可按下式計(jì)算：四、土體固結(jié)抗剪強(qiáng)度增減計(jì)算23

排水過(guò)程中地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值的推算在預(yù)壓荷載作用下，地基土在某一時(shí)刻t的抗剪強(qiáng)度為：

——地基中某點(diǎn)在加荷前的天然土抗剪強(qiáng)度；

——在加荷后t時(shí)刻地基土由固結(jié)引起的強(qiáng)度增量；

——考慮土體由于剪切蠕變的綜合性折減系數(shù)。

抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)量常用有效固結(jié)壓力法計(jì)算：

——預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)附加豎向壓力；

——該點(diǎn)土的固結(jié)度。五、砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算24

設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容初步確定砂井布置方案；初步擬定加荷計(jì)劃，即每級(jí)加載量及加載延續(xù)時(shí)間；計(jì)算每級(jí)荷載作用下，地基的固結(jié)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)量；驗(yàn)算每一級(jí)荷載下地基土的抗滑穩(wěn)定性；驗(yàn)算地基沉降量是否滿(mǎn)足要求；若上述驗(yàn)算不滿(mǎn)足要求，則需調(diào)整加荷計(jì)劃。25

砂井布置砂井直徑和間距

砂井深度與排列深度多為10-20m；按正方形或等邊三角形布置。排水砂墊層和砂溝

頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層或砂溝，砂墊層厚宜>40cm，平面上每邊超出砂井區(qū)域的寬度一般應(yīng)不小于2dw。常采用“細(xì)而密”原則。一般砂井直徑：300～400mm；間距：6～8倍井徑。袋裝砂井直徑：70～120mm；間距：15～30倍井徑。lldede等邊三角形排列正方形排列堆載預(yù)壓基本要求堆載預(yù)壓分類(lèi)預(yù)壓荷載的大小①通常預(yù)壓荷載與建筑物的基底壓力大小相同；②對(duì)于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法；③預(yù)壓荷載應(yīng)小于極限荷載

，以免地基發(fā)生滑動(dòng)破壞；堆載的平面范圍

略大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。加載的速率應(yīng)分級(jí)加載，控制加載速率與地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)相適應(yīng)。預(yù)壓荷載計(jì)算

(1)利用地基的天然抗剪強(qiáng)度估算第一級(jí)容許施加的荷載。

①用斯開(kāi)普頓極限荷載半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：②對(duì)于飽和軟黏土可采用下式估算：③對(duì)于堤壩地基或長(zhǎng)條形基礎(chǔ)，可按Fellenius公式估算：（2）估算加荷速率

和預(yù)壓固結(jié)時(shí)間。

控制加荷速率

≤4～8kPa/d，（3）計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值。（4）計(jì)算

作用下達(dá)到所確定固結(jié)度需要的時(shí)間及

加載開(kāi)始時(shí)間。（5）根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度計(jì)算第二級(jí)所施加的荷載

。穩(wěn)定性分析

由于地基土在預(yù)壓荷載作用下可能失穩(wěn)破壞，因此，預(yù)壓加載過(guò)程中必須驗(yàn)算每級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性。

進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，通常假定地基的滑動(dòng)面為圓筒面，可采用圓弧法（條分法）進(jìn)行。六、

排水固結(jié)法施工簡(jiǎn)介與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)施工

施工順序如下：①鋪設(shè)水平排水墊層；②設(shè)置豎向排水體；③埋設(shè)觀測(cè)設(shè)備；④實(shí)施預(yù)壓；⑤檢查預(yù)壓效果；⑥若不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則更改設(shè)計(jì)至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為止。

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

工程上通常應(yīng)進(jìn)行孔隙水壓力觀測(cè)、沉降觀測(cè)、側(cè)向位移觀測(cè)等。6.4水泥土攪拌法

水泥上攪拌法的概念

水泥上攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法，它是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體件、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土—水泥土，從而提高地基土強(qiáng)度和增大變模。根據(jù)固化劑摻入狀態(tài)的不同，它可分為漿液攪拌和粉體噴射攪拌兩種。前者是用漿液和地基土攪拌，后者是用粉體或石灰和地基土攪拌。一、

概述適用條件水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0％（黃土含水量小于25%）、大于70％或地下水的pH值小于4時(shí)不宜采用干法。冬期施工時(shí)，應(yīng)注意負(fù)溫對(duì)處理效果的影響。濕法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。水泥土攪拌樁的樁徑不應(yīng)小于500mm。水泥土攪拌法加固軟土其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)最大限度地利用了原土；攪拌時(shí)施工，對(duì)原有建筑物影響很??；根據(jù)地基土的不同性質(zhì)和工程要求，可以合理選擇固化劑的類(lèi)型及其配方，設(shè)計(jì)靈活；攪拌時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)污染、無(wú)噪音，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中施工；加固后土體的重度基本不變，不會(huì)產(chǎn)生附加沉降；與鋼筋混凝土樁基相比，降低成本的幅度較大；可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固型式。水泥土的形成機(jī)理水泥的水解和水化反應(yīng)；

②離子交換和團(tuán)?；饔?；③硬凝反應(yīng)；④碳酸化作用。二、水泥土形成的機(jī)理及其性質(zhì)水泥土的力學(xué)性質(zhì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.3～4.0MPa之間，比原狀土提高幾十倍乃至幾百倍?？估瓘?qiáng)度

水泥土的抗拉強(qiáng)度

隨無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

的增長(zhǎng)而提高?？辜魪?qiáng)度

水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高。④變形模量

當(dāng)垂直應(yīng)力達(dá)到50%無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(shí)，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱(chēng)為水泥土的變形模量

。水泥土的變形模量

，水泥土破壞時(shí)的軸向應(yīng)變

，呈脆性破壞。⑤水泥土的壓縮系數(shù)和壓縮模量

水泥土的壓縮系數(shù)為（2.0～3.5）×10-5kPa-1，壓縮模量MPa。⑥水泥土的滲透系數(shù)

水泥摻入比7%～15%，水泥土的滲透系數(shù)可達(dá)到10-8cm/s的數(shù)量級(jí)，具有明顯的抗?jié)B、隔水作用。影響水泥土的力學(xué)性質(zhì)的因素水泥摻入比水泥標(biāo)號(hào)齡期含水量有機(jī)質(zhì)含量外摻劑養(yǎng)護(hù)條件等三、

水泥土攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算固化劑和摻入比的確定

固化劑宜選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥。水泥摻量除塊狀加固時(shí)可用被加固濕土質(zhì)量的7%～12%外,其余宜為12%～20%，濕法水泥漿水灰比可選用0.45～0.55。樁長(zhǎng)和樁徑的確定

豎向承載攪拌樁的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達(dá)承載力相對(duì)較高的土層；為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的攪拌樁，其樁長(zhǎng)應(yīng)超過(guò)危險(xiǎn)滑弧以下2m。濕法的加固深度不宜大于20m；干法的加固深度不宜大于15m。水泥土攪拌樁的樁徑不應(yīng)小于500mm。單樁豎向承載力特征值的計(jì)算豎向水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值的計(jì)算加固后攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可按下式計(jì)算：式中：

——復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；

——樁間天然地基土承載力特征值(kPa)；

——樁土面積置換率；

——樁間土承載力折減系數(shù)。當(dāng)樁端為軟土?xí)r取0.5～0.9；當(dāng)樁端為硬土?xí)r，可取0.1～0.4。下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算

—假想實(shí)體基礎(chǔ)底面壓力(kPa)；—基礎(chǔ)底面積(m2)；—假想實(shí)體基礎(chǔ)的自重(kN)；—假想實(shí)體基礎(chǔ)底面積(m2)；—基礎(chǔ)底面處的天然地基承載力特征值(kPa)；—實(shí)體深基礎(chǔ)外側(cè)周邊表面平均摩阻力(kPa)；—假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)表面積(m2)；—假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基容許承載力(kPa)。褥墊層的設(shè)計(jì)

豎向承載攪拌樁復(fù)合地基應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層。褥墊層厚度可取200～300mm。其材料可選用中砂、粗砂、級(jí)配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm。復(fù)合地基的變形計(jì)算

豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形包括攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形

和樁端下未加固土層的壓縮變形

攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1可按下式計(jì)算

—樁群頂面的附加壓力值(kPa）；—樁群底面土的附加壓力(kPa)；Esp—攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量(kPa)；

Ep—水泥土攪拌樁的壓縮模量(kPa)；Es—樁間土的壓縮模量。樁端下未加固土層的壓縮變形

樁端以下未加固土層的壓縮變形可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。布樁型式水泥土樁的布置形式對(duì)加固效果很有影響，一般根據(jù)工程地質(zhì)特點(diǎn)和上部結(jié)構(gòu)要求可采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀以及長(zhǎng)短樁相結(jié)合等不同加固型式。①柱狀每隔一定距離打設(shè)一根水泥土樁，形成柱狀加固型式，適用于單層工業(yè)廠(chǎng)房獨(dú)立柱基礎(chǔ)和多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固，它可充分發(fā)揮樁身強(qiáng)度與樁周側(cè)阻力。②壁狀

將相鄰樁體部分重疊搭接成為壁狀加固型式，適用于深基坑開(kāi)挖時(shí)的邊坡加固以及建筑物長(zhǎng)高比大、剛度小、對(duì)不均勻沉降比較敏感的多層房屋條形基礎(chǔ)下的地基加固。③格柵狀它是縱橫兩個(gè)方向的相鄰樁體搭接而形成的加固型式。適用于對(duì)上部結(jié)構(gòu)單位面積荷載大和對(duì)不均勻沉降要求控制嚴(yán)格的建（構(gòu)）筑物的地基加固。④長(zhǎng)短樁相結(jié)合當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，同一建筑物坐落在兩類(lèi)不同性質(zhì)的地基土上時(shí)，可用3m左右的短樁將相鄰長(zhǎng)樁連成壁狀或格柵狀，藉以調(diào)整和減小不均勻沉降量。四、水泥土攪拌樁的施工和質(zhì)量檢驗(yàn)施工前準(zhǔn)備施工步驟攪拌機(jī)械就位、調(diào)平；預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)加固深度；邊噴漿（粉）、邊攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面；重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，噴漿（粉）或僅攪拌提升直至預(yù)定的停漿（灰）面；關(guān)閉攪拌機(jī)械?？⒐べ|(zhì)量檢驗(yàn)淺部開(kāi)挖；輕型動(dòng)力觸探；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；靜力觸探試驗(yàn)；載荷試驗(yàn)；鉆芯取樣。51

一、基本原理與噴射漿的類(lèi)型定義用高壓將氣、水和水泥漿液，經(jīng)沉入土層中的特制噴射管送到旋噴頭，并從開(kāi)口于旋噴頭側(cè)面的噴嘴高速?lài)娚涑鰜?lái),形成能量高度集中的液流，直接沖擊破壞土體，使土顆粒在沖擊力、離心