地基处理讲义1

1、1 第第5章章 地基处理地基处理 第第1节节 概述概述 第第2节节 垫层法垫层法 第第3节节 排水固结法排水固结法 第第4节节 深层深层水泥水泥搅拌法搅拌法 第第5节节 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 第第6节节 强夯法强夯法 第第7节节 振冲法振冲法 2 地基地基:是指直接承受建筑物荷载的那一部分地层。是指直接承受建筑物荷载的那一部分地层。 天然地基天然地基:对地质条件良好的地基，可直接在其上修筑建筑物对地质条件良好的地基，可直接在其上修筑建筑物 而无需事先对其进行加固处理，此种地基称为而无需事先对其进行加固处理，此种地基称为天然地基天然地基。 在工程建设中，有时会不可避免地遇到地质条件不良或

2、在工程建设中，有时会不可避免地遇到地质条件不良或 软弱地基，若在这样的地基上修筑建筑物，则不能满足其设软弱地基，若在这样的地基上修筑建筑物，则不能满足其设 计和正常使用的要求；同时随着科学技术的不断发展，建筑计和正常使用的要求；同时随着科学技术的不断发展，建筑 物的荷载日益增大，对地基变形的要求也越来越严，因而，物的荷载日益增大，对地基变形的要求也越来越严，因而， 即使原来一般可被评价为良好的地基，也可能在特定的条件即使原来一般可被评价为良好的地基，也可能在特定的条件 下必须进行地基加固。下必须进行地基加固。这些需经人工加固后才可在其上修筑这些需经人工加固后才可在其上修筑 建筑物的地基称为人工

3、地基建筑物的地基称为人工地基。 第第1节节 概概 述述 3 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其 具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的 工程性质。工程性质。 工程中常需要处理的土类主要为工程中常需要处理的土类主要为：淤泥及淤泥及 淤泥质土、粉质粘土、细粉砂土、砂砾石土、淤泥质土、粉质粘土、细粉砂土、砂砾石土、 黄土、膨胀土、红粘土及岩溶等。黄土、膨胀土、红粘土及岩溶等。 地基处理地基处理:就是指对不能满足承载力和变形要求就是指对不能满足承载力和变形要求 的地基进行人工处理，以便能满足工程要求，的地基进行人工处理

4、，以便能满足工程要求， 亦称之为地基加固。亦称之为地基加固。 4 软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物 化学作用下形成的软弱土。化学作用下形成的软弱土。 软土物理力学特性软土物理力学特性 天然孔隙比大天然孔隙比大： e1 天然含水量高天然含水量高：接近或大于液限：接近或大于液限 压缩系数高压缩系数高 渗透系数小渗透系数小 固结缓慢固结缓慢 抗剪强度低抗剪强度低 灵敏度高灵敏度高 扰动会影起结构破坏扰动会影起结构破坏 具有明显的流变性具有明显的流变性 流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变

5、和体应变仍 随时间而增长的现象。随时间而增长的现象。 软土地基软土地基 5 淤泥：淤泥：e1.5 淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0 软土软土工程特性工程特性 软土地基的软土地基的 地基承载力低地基承载力低 建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大 建筑物沉降历时长建筑物沉降历时长 软土地基软土地基 6 粉细砂、粉土和粉质土：粉细砂、粉土和粉质土： 在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下 易产生液化、震陷。易产生液化、震陷。 砂土、砂砾石等：砂土、砂砾石等： 透水性大，抗渗和防渗，防止渗透破坏透水性大，抗渗和防渗，防止渗透破坏. 地基的透水性表现

6、在堤坝等基础产生的地地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地 基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉 砂或粉土而产生流砂和管涌。都是地下水的运砂或粉土而产生流砂和管涌。都是地下水的运 动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地 基土降低透水性和减少其上水压力。基土降低透水性和减少其上水压力。 7 地基处理的目的地基处理的目的:主要是改善地基的工程性质，主要是改善地基的工程性质， 包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗 剪强度剪强度，改善其动力特性，提高地基的抗震改善其动力特

7、性，提高地基的抗震( (振振) ) 性能性能等等,使其使其满足工程要求满足工程要求。 工程要求工程要求包括包括：强度要求、变形要求、动力稳定强度要求、变形要求、动力稳定 性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。 地基处理的目的地基处理的目的 8 强度要求：强度要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不 致产生局部或整体剪切破坏。致产生局部或整体剪切破坏。 变形要求变形要求: : 满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下 不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能

8、容许的不均匀不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀 的沉降。的沉降。 动力稳定性要求动力稳定性要求: :满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作 用下不致发生液化、用下不致发生液化、 失稳和震陷等灾害。失稳和震陷等灾害。 透水性要求透水性要求: 满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏 量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事 故。故。 特殊土地基安定性要求特殊土地基安定性要求: 满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性 盐渍

9、土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。 地基处理的目的地基处理的目的 9 各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在 不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。 地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求 也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在 显著差别，没有哪一种方法是万能的。因此，对于每一显著差别，没有哪一种方法

10、是万能的。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。地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。 地基处理的原则地基处理的原则 10 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 要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理. 注意：注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例很多地基处理方法具有多重加固

11、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。石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。 11 地基处理方法的分类 1.换土垫层法换土垫层法 换土垫层法的基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层换土垫层法的基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层 碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石 垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。 一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散

12、素填土、一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、 杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区 域的填筑。域的填筑。 2.振密、挤密法振密、挤密法 振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压 使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。 （1）表层压实法）表层压实法 （2）重锤夯实法）重锤夯实法 利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形 成一层较

13、为均匀的硬壳层。成一层较为均匀的硬壳层。 12 （3）强夯法）强夯法 利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结， 使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性， 消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。 （4）振冲挤密法）振冲挤密法 振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和 砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；另一方砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；另一方 面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中面依靠振冲器的水平振

14、动力，形成垂直孔洞，在其中 加入回填料，使砂层挤压密实。加入回填料，使砂层挤压密实。 （5）土桩与灰土桩法）土桩与灰土桩法 利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地 基中成孔，通过挤压作用，使地基土变得密实，然后基中成孔，通过挤压作用，使地基土变得密实，然后 在孔中分层填入素土（或灰土）后夯实而成土桩（或在孔中分层填入素土（或灰土）后夯实而成土桩（或 灰土桩）。灰土桩）。 13 （6）砂桩）砂桩 在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体 产生挤密作用或同时产生振密作用。产生挤密作用或同时产生振密作用。

15、（7）爆破法）爆破法 利用爆破产生振动使土体产生液化和变形，从而获利用爆破产生振动使土体产生液化和变形，从而获 得较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降量。得较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降量。 3.排水固结法排水固结法 基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排 出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程 中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力 增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高增加，地基抗剪强度相应增

16、加，并使沉降提前完成或提高 沉降速率。沉降速率。 （1）堆载预压法）堆载预压法 （2）砂井法）砂井法 （3）真空预压法）真空预压法 （4）降低地下水位法）降低地下水位法 （5）电渗排水法）电渗排水法 14 4. 置换法置换法 原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分 形成复合地基，达到提高地基强度的目的。形成复合地基，达到提高地基强度的目的。 （1）振冲置换法（碎石桩法）振冲置换法（碎石桩法） （2）石灰桩法）石灰桩法 （3）强夯置换法）强夯置换法 （4）水泥粉煤灰碎石桩法）水泥粉煤灰碎石桩法(cfg桩法桩法) 5 .加筋法加筋法 通过在土层中埋

17、设强度较高的土工聚合物、拉筋、受力通过在土层中埋设强度较高的土工聚合物、拉筋、受力 杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建（构）筑物杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建（构）筑物 或土坡稳定。或土坡稳定。 （1）土工聚合物（）土工聚合物（2）加筋土（）加筋土（3）土层锚杆（）土层锚杆（4）土钉）土钉 （5）树根桩法）树根桩法 15 6 .胶结法胶结法 在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰 等固化物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，等固化物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基， 以提高地基承载力和减小沉降。以提高地基承载力和减

18、小沉降。 （1）注浆法）注浆法 （2）高压喷射注浆法）高压喷射注浆法 （3）水泥土搅拌法）水泥土搅拌法 7. 冷热处理法 （1）冻结法）冻结法 （2）烧结法）烧结法 16 地基处理方法的选择地基处理方法的选择 粘粘 土土 粉粉、细细砂砂 砂砂土土 杂杂填填土土 注注 堆堆载载预预压压 软软弱弱、透透水水 砂砂 井井 法法 软软弱弱、透透水水性性小小 泥泥炭炭土土不不适适用用 真真空空预预压压 软软弱弱 强强 夯夯 法法 非非饱饱和和 振振冲冲挤挤密密 粘粘性性小小 砂砂 桩桩 松松 松松 振振冲冲碎碎石石桩桩 软软弱弱 抗抗剪剪强强度度低低时时慎慎用用 水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩 软软弱弱 灌灌

19、 浆浆 法法 锚锚杆杆压压桩桩 用用于于纠纠偏偏与与基基础础加加固固 17 第第2节节 夯实法及碾压法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、 疏松土层，使其疏松土层，使其孔隙体积减少孔隙体积减少、密实程度密实程度 提高提高，这种作用称为，这种作用称为压实压实。压实能降低土。压实能降低土 的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透 水性，使经过处理的表层弱土成为能承担水性，使经过处理的表层弱土成为能承担 较大荷载的地基持力层。较大荷载的地基持力层。 18 一、土的压实原理一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究大量工程实践和

20、试验研究 表明，控制土的压实效果的主要因素是：表明，控制土的压实效果的主要因素是： 土的含水量土的含水量，压实机械压实机械及其及其压实功能压实功能等。等。 土的压实效果常用土的压实效果常用干密度干密度 d（单位土体积（单位土体积 内土粒的质量）来衡量。内土粒的质量）来衡量。 19 1.最优含水量最优含水量 对粘性土，当压实功能和对粘性土，当压实功能和 条件相同时，土的含水量过大或过小，土条件相同时，土的含水量过大或过小，土 体都不易压实，只有把土的含水量调整到体都不易压实，只有把土的含水量调整到 某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能

21、条件下在一定压实机械的功能条件下，土最，土最 易于被压实，并能达到最大密度时的含水易于被压实，并能达到最大密度时的含水 量，称为量，称为最优含水量最优含水量wop，相应的干密度则，相应的干密度则 称为称为最大干密度最大干密度 dmax。 20 w d 0 dmax wop 21 试验统计表明：最优含水量试验统计表明：最优含水量wop与土的与土的 塑限塑限wp有关，大致为有关，大致为wop=wp+2%。土中粘。土中粘 土矿物含量大，则最优含水量大。土矿物含量大，则最优含水量大。 2.压实功能压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，对于同类土，随着压实功能的变化， 最大干密度和最优含水量也随之变

22、化。当最大干密度和最优含水量也随之变化。当 压实功能较小时，土压实后的最大干密度压实功能较小时，土压实后的最大干密度 较小，对应的最优含水量则较大；反之，较小，对应的最优含水量则较大；反之， 干密度较大，对应的最优含水量则较小。干密度较大，对应的最优含水量则较小。 22 第第3节节 换土垫层法换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能 满足上部荷载对地基的要求时，常在地基表面铺满足上部荷载对地基的要求时，常在地基表面铺 设一定厚度的垫层，或将基础下一定深度内的土设一定厚度的垫层，或将基础下一定深度内的土 层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土层挖去

23、，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土 等，并夯至密实。等，并夯至密实。 这种处理地基表层的方法称为垫层法。这种处理地基表层的方法称为垫层法。 23 按其组成的材料可分为按其组成的材料可分为:砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和 加筋土垫层等。加筋土垫层等。 按其作用分为：按其作用分为：换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。 1.1.换土垫层：换土垫层：是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部 分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰 、等

24、强度较大、性能稳定和无侵蚀性材料。、等强度较大、性能稳定和无侵蚀性材料。 换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方 法。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方较大的回填土方工程法。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方较大的回填土方工程 ，一般适用于，一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、湿陷性黄土、松处理浅层软弱土层（淤泥质土、湿陷性黄土、松 散素填土、杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等散素填土、杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等 ）与低洼区域的填筑。）与低洼区域的填筑。 处理深度常控制在处理深度常控制在3 3米范围以内米范

25、围以内, ,所承受建筑物的荷载不宜所承受建筑物的荷载不宜 太大。太大。也不宜小于也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也 不显著。不显著。 24 砂垫层 25 其作用为：其作用为：提高浅层地基承载力；提高浅层地基承载力；减小地基沉降减小地基沉降 量；量；通过垫层，扩散基底压力，均化应力分布；通过垫层，扩散基底压力，均化应力分布；垫垫 层（砂、石）可作为基底下水平排水层，加速软弱土层层（砂、石）可作为基底下水平排水层，加速软弱土层 的排水固结；的排水固结； 消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性 、防止土的冻胀作用。、防止土

26、的冻胀作用。 常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。 2.2.排水垫层：排水垫层：指软土地基上堤坝基底铺设的水指软土地基上堤坝基底铺设的水 平排水层，采用透水性良好的中粗砂或碎石填平排水层，采用透水性良好的中粗砂或碎石填 筑。其作用主要是排水固结和约束地基的侧向筑。其作用主要是排水固结和约束地基的侧向 变形。变形。 3.加筋土垫层：加筋土垫层：指由砂、石和素土垫层中增设指由砂、石和素土垫层中增设 各种类型加筋材料组成的复合垫层。各种类型加筋材料组成的复合垫层。 改善应力场和应变场，均化应变。改善应力场和应变场，均化应变。 26 换土垫层的设计换土垫

27、层的设计 换土垫层的设计内容主要包括换土垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面垫层厚度和宽度两方面 ，要求，要求有足够厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，有有足够厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，有 足够宽度防止垫层向两侧挤出，又要求设计荷载通过垫层足够宽度防止垫层向两侧挤出，又要求设计荷载通过垫层 扩散至下卧软土层的附加应力，满足软土层承载力与稳定扩散至下卧软土层的附加应力，满足软土层承载力与稳定 性和沉降的要求。性和沉降的要求。 垫层厚度垫层厚度目前常用的计算方法是近似按应力扩散角进目前常用的计算方法是近似按应力扩散角进 行计算。即认为砂垫层以行计算。即认为砂垫层以“”角向下扩散基底

28、附加压力，角向下扩散基底附加压力， 到砂垫层底面到砂垫层底面(下卧层顶面下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重处的土中附加压应力与土中自重 应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承 载力，即：载力，即： 27 (1).(1).砂垫层厚度的确定砂垫层厚度的确定 砂垫层 回填土 b cz+ z p d z b 28 z z 对矩形基础对矩形基础: 垫层底面处的附加压力垫层底面处的附加压力 条形基础条形基础: 垫层厚度不宜小于垫层厚度不宜小于0.5m0.5m，也不宜大于，也不宜大于3m3m。 计算时，先假设一个垫层厚度（计算时，先假设一个

29、垫层厚度（1-2m)1-2m)，再按，再按 上式验算上式验算。 29 (2)(2)垫层宽度的确定垫层宽度的确定 垫层宽度应满足基础底面压力扩散垫层宽度应满足基础底面压力扩散 的要求，可按下式计算或根据当地经的要求，可按下式计算或根据当地经 验确定。验确定。 tan2zbb 对于比较重要的建筑物，还应计算地基对于比较重要的建筑物，还应计算地基 的变形量。地基变形的变形量。地基变形仅考虑仅考虑下卧土层的变形下卧土层的变形 量。量。 垫层材料应分层夯实并达到一定的密实度垫层材料应分层夯实并达到一定的密实度 ，以保证其自身的承载力满足设计要求。，以保证其自身的承载力满足设计要求。 30 第第3节节 排

30、水固结法排水固结法 排水固结预压法排水固结预压法: :即指给地基预先施加荷载，为即指给地基预先施加荷载，为 加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置 竖向和横向的排水通道，使得土体中的水分排出，竖向和横向的排水通道，使得土体中的水分排出， 逐步固结，以达到提高地基承载力和稳定性、减逐步固结，以达到提高地基承载力和稳定性、减 小沉降量目的的一种地基处理方法小沉降量目的的一种地基处理方法。 31 排水固结法由排水固结法由排水系统和加压系统排水系统和加压系统两部分组成两部分组成 。设置排水系统的目的，主要在于。设置排水系统的目的，主要在于改变地基原有的改变

31、地基原有的 排水边界条件，缩短孔隙水排出的路径，加快排水排水边界条件，缩短孔隙水排出的路径，加快排水 固结时间。固结时间。排水系统由竖向排水体和水平向排水体排水系统由竖向排水体和水平向排水体 构成，竖向排水体如砂井，水平排水体为砂垫层。构成，竖向排水体如砂井，水平排水体为砂垫层。 加压系统加压系统主要作用是给地基土增加固结压力，主要作用是给地基土增加固结压力， 使其产生固结。加压的方式通常可利用建筑物（如使其产生固结。加压的方式通常可利用建筑物（如 房屋）或构筑物（如路堤、堤坝等）自重、专门堆房屋）或构筑物（如路堤、堤坝等）自重、专门堆 载、充水（如油罐充水）及抽真空施加负压力荷载载、充水（如

32、油罐充水）及抽真空施加负压力荷载 等。等。 32 目的：目的： 沉降问题：使地基的沉降在加沉降问题：使地基的沉降在加 载预压期间大部分或基本完成，载预压期间大部分或基本完成， 使建筑物在使用期间不致产生不使建筑物在使用期间不致产生不 利的沉降和沉降差；利的沉降和沉降差； 稳定问题：加速地基土的强度的稳定问题：加速地基土的强度的 增长，提高地基的承载力和稳定性。增长，提高地基的承载力和稳定性。 33 一、排水固结预压法加固原理一、排水固结预压法加固原理 室内压缩试验说明排水固结法 原理 饱和软粘土地基在荷载作用下，饱和软粘土地基在荷载作用下， 孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢孔隙中的水慢慢排出，孔

33、隙体积慢 慢地减小，地基发生固结变形。同慢地减小，地基发生固结变形。同 时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，时，随着超静孔隙水压力逐渐消散， 有效应力逐渐提高，地基土的强度有效应力逐渐提高，地基土的强度 逐渐增长。逐渐增长。 进行加载预压使土层固结，进行加载预压使土层固结， 然后卸除荷载，再施工建筑物，然后卸除荷载，再施工建筑物， 可以使地基在建筑场地上先加一可以使地基在建筑场地上先加一 个和上部结构相同的压力沉降减个和上部结构相同的压力沉降减 少，如进行超载预压少，如进行超载预压(预压荷载大预压荷载大 于建筑物荷载于建筑物荷载)效果将更好，但预效果将更好，但预 压荷载不应大于地基土的容许承压荷载

34、不应大于地基土的容许承 载力。载力。 34 当土样在天然状态下施加荷载压力当土样在天然状态下施加荷载压力至完全至完全 固结时，曲线从天然状态固结时，曲线从天然状态a a点开始，在点开始，在作用下作用下 ，土中水排出，土体固结压密，沿曲线，土中水排出，土体固结压密，沿曲线abcabc到达到达c c点点 ，孔隙比减少，孔隙比减少e,e,相应抗剪强度逐渐增大。相应抗剪强度逐渐增大。 在在完全固结完全固结c c点，卸去全部荷载点，卸去全部荷载后，曲线后，曲线 立即回弹，沿立即回弹，沿cefcef曲线返回曲线返回f f点，有效固结压力恢复点，有效固结压力恢复 至天然状态，由于土样孔隙中水部分被固结排走，

35、至天然状态，由于土样孔隙中水部分被固结排走， 孔隙比只能回弹到孔隙比只能回弹到e ef f, ,同样抗剪强度也只能恢复部同样抗剪强度也只能恢复部 分，不能恢复到天然状态，常把这种称为超固结状分，不能恢复到天然状态，常把这种称为超固结状 态。态。 在超固结状态下的土样又再施加荷载压力至完在超固结状态下的土样又再施加荷载压力至完 全固结时，曲线从全固结时，曲线从f f点沿点沿fgcfgc再固结压缩至再固结压缩至cc点点 。 35 显然在相同的固结压力下，当给土样预先施显然在相同的固结压力下，当给土样预先施 加一个荷载后，再给土样施加荷载，则加一个荷载后，再给土样施加荷载，则土样的密土样的密 实度和

36、抗剪强度提高实度和抗剪强度提高( (图中的图中的f f点、点、e e点分别要比点分别要比a a 点和点和b b点高点高) ) ，变形减小变形减小（eeee）。 利用这个原理，如果在建筑场地上预先施利用这个原理，如果在建筑场地上预先施 加一个与上部结构荷载相同甚至大于它的荷载进加一个与上部结构荷载相同甚至大于它的荷载进 行预压，使土层得以排水固结，然后卸除荷载再行预压，使土层得以排水固结，然后卸除荷载再 在其上修建建筑物或构筑物，则由建筑物引起的在其上修建建筑物或构筑物，则由建筑物引起的 沉降可大大减小。沉降可大大减小。 36 （1）提高建筑物软土地基的承载力与）提高建筑物软土地基的承载力与 稳

37、定性，常用于堤坝、油罐等的修筑。稳定性，常用于堤坝、油罐等的修筑。 （2）消除或减少基础（底）的沉降，）消除或减少基础（底）的沉降， 常用于减少建筑物基础的沉降或消除高常用于减少建筑物基础的沉降或消除高 速公路路堤的工后沉降等。速公路路堤的工后沉降等。 主要应用于：主要应用于： 37 土层的排水固结效果和它的土层的排水固结效果和它的排水边界排水边界 条件及预压荷载条件及预压荷载有关。当土层厚度相对于有关。当土层厚度相对于 荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下 面透水层排出而使土层发生固结，称为面透水层排出而使土层发生固结，称为竖竖 向排水固结向排水固结。根据

38、固结理论，。根据固结理论，粘性土固结粘性土固结 所需时间与排水距离的平方成正比所需时间与排水距离的平方成正比。因此，。因此， 为了加速土层的固结，最有效的方法是增为了加速土层的固结，最有效的方法是增 加土层的排水途径，缩短排水距离。可在加土层的排水途径，缩短排水距离。可在 地基中设置各类竖向排水体，如普通砂井、地基中设置各类竖向排水体，如普通砂井、 袋装砂井、塑料排水带和水平排水垫层等。袋装砂井、塑料排水带和水平排水垫层等。 38 竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况 按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机 械，垂直打入一定深度的井孔，

39、内灌透水性好的械，垂直打入一定深度的井孔，内灌透水性好的 砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，缩短砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，缩短 渗径，加速地基固结、强度增长和沉降发展。渗径，加速地基固结、强度增长和沉降发展。 39 排水固结预压法主要适用排水固结预压法主要适用 于于处理淤泥、淤泥质土及其他处理淤泥、淤泥质土及其他 饱和软粘土。饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透对于砂类土和粉土，因其透 水性良好，无需用此法处理。水性良好，无需用此法处理。 一、堆载预压法一、堆载预压法 二、砂井堆载预压法二、砂井堆载预压法 三、真空预压法三、真空预压法 40 二、砂井地基固结理论二、砂井地基固结

40、理论 沙井的平面布置有：梅花形（正三角形）沙井的平面布置有：梅花形（正三角形） 、正方形。设每根砂井为一独立排水体系、正方形。设每根砂井为一独立排水体系 ，每根砂井的影响范围以等面积圆代替，每根砂井的影响范围以等面积圆代替， 其等效影响直径为：其等效影响直径为： 梅花形布置梅花形布置 de=1.05l 正方形布置正方形布置 de=1.128l l砂井布置间距。砂井布置间距。 41 地基中设置砂井后，土体孔隙水既可沿地基中设置砂井后，土体孔隙水既可沿 竖向排出，也可沿径向排出，竖向和径向竖向排出，也可沿径向排出，竖向和径向 的排水均可引起地基的固结。的排水均可引起地基的固结。 固结度计算时，作如

41、下假设固结度计算时，作如下假设： 地基土是完全饱和的，排出的孔隙水地基土是完全饱和的，排出的孔隙水 体积等于土体的压缩体积；体积等于土体的压缩体积； 预压荷载均布、连续，地基仅产生竖预压荷载均布、连续，地基仅产生竖 向的压密变形，不考虑侧向变形的影响；向的压密变形，不考虑侧向变形的影响； 42 预压荷载是一次、瞬时加上的，预压荷载是一次、瞬时加上的， 加荷瞬时，外荷载全部由孔隙水压力加荷瞬时，外荷载全部由孔隙水压力 承担；承担； 地基土在压密过程中，保持渗透地基土在压密过程中，保持渗透 系数不变，同时不计施工时产生的、系数不变，同时不计施工时产生的、 可影响砂井渗透性的井壁涂抹作用可影响砂井渗

42、透性的井壁涂抹作用 43 固结度的计算 瞬时加载： 逐级线性加载 逐级变速加载： 44 三、排水固结设计三、排水固结设计 设计内容：设计内容： 确定预压荷载类型、大小；确定预压荷载类型、大小； 确定竖向排水体的类型、布置和打入深度；确定竖向排水体的类型、布置和打入深度； 分析地基固结、地基强度增长和地基沉降的分析地基固结、地基强度增长和地基沉降的 发展；发展； 拟定分级逐级加载的进程，控制加载速率，拟定分级逐级加载的进程，控制加载速率， 保证地基在稳定条件下施工。保证地基在稳定条件下施工。 45 1.竖向排水体类型选用竖向排水体类型选用 （见表（见表5-3） 2.竖向排水体布置间距、打入深度竖

43、向排水体布置间距、打入深度 布置的间距根据须达到的固结度和允布置的间距根据须达到的固结度和允 许预压时间的长短来确定。排水带和袋装许预压时间的长短来确定。排水带和袋装 砂井宜为砂井宜为1.0-2.0m,普通砂井宜为普通砂井宜为2.0-3.5m ，低于下限时，易受施工对土扰动增大涂，低于下限时，易受施工对土扰动增大涂 抹的影响；大于上限时，固结效果不佳。抹的影响；大于上限时，固结效果不佳。 46 打入深度：打入深度： 当压缩的软土层厚度当压缩的软土层厚度10m时，对以稳定性控制的预时，对以稳定性控制的预 压工程，打入深度应到达圆弧滑动分析压工程，打入深度应到达圆弧滑动分析 确定的最危险圆弧最大深

44、度下确定的最危险圆弧最大深度下2m; 当厚度当厚度10m时，对以变形控制设计的时，对以变形控制设计的 工程，打入深度应到达地基沉降计算时工程，打入深度应到达地基沉降计算时 有效压缩层的深度。有效压缩层的深度。 47 3.地基强度增长的计算地基强度增长的计算 在外荷载作用下，一方面由于地基排水在外荷载作用下，一方面由于地基排水 固结，土中有效应力增大，引起地基土强固结，土中有效应力增大，引起地基土强 度增大；另一方面，地基由于剪切变形，度增大；另一方面，地基由于剪切变形， 引起地基强度的衰减。时间引起地基强度的衰减。时间t地基强度的增地基强度的增 长值为：长值为： ft=(cu+zuttancu

45、) ft荷载作用下，历时荷载作用下，历时t对应的地基强度；对应的地基强度； cu天然地基土的三轴试验不排水抗剪强度天然地基土的三轴试验不排水抗剪强度 48 z z计算点的竖向附加应力；计算点的竖向附加应力； u ut t计算点历时计算点历时t t 的固结度；的固结度； 4.4.预压设计预压设计 （1 1）为消除基础沉降的预压设计）为消除基础沉降的预压设计 应满足下式的要求：应满足下式的要求： s sf f p p -s st t p p+p +p s sa a t t t ta a s st t p p+p +p= =s sf f p p+ +p p(u (ut t) )p p+p +p +(

46、 +(- 1)1/1)1/ 49 s st t p p+p +p预压荷载 预压荷载p+p+ p p作用下，相应于历 作用下，相应于历 时时t t，地基固结度为地基固结度为utut引起的沉降值，引起的沉降值， s sf f p p+p +p为预压荷载作用下的最终沉降值 为预压荷载作用下的最终沉降值, , 可可 用分层总和法计算。用分层总和法计算。 s sf f p p设计荷载作用下基础的最终沉设计荷载作用下基础的最终沉 降值，可用分层总和法计算；降值，可用分层总和法计算； 50 设计内容设计内容: 确定预压荷载的大小；确定预压荷载的大小； 预压要求达到的固结度或预压固结持续预压要求达到的固结度或

47、预压固结持续 的时间。的时间。 设计步骤：设计步骤： 设定某一预压荷载（设定某一预压荷载（ p+p+ p p）， ），计算最计算最 终沉降值终沉降值 s sf f p p+p +p ； ； 计算设计要求达到的固结度和所需预计算设计要求达到的固结度和所需预 压持续时间，且满足压持续时间，且满足t t t ta a 。 51 p1 p2 p3 t1t2t3t4t5 q1 q2 q3 52 设计步骤：设计步骤： 利用天然地基强度求第一级荷载利用天然地基强度求第一级荷载p p1 1; ; 求仅在第一级荷载求仅在第一级荷载p p1 1持续作用下地基固结度持续作用下地基固结度 为为70%-8070%-80

48、所需预压时间所需预压时间t t1 1; ; 求仅在第一级荷载求仅在第一级荷载p p1 1持续作用下地基的强度持续作用下地基的强度 增长值增长值ft1 ft1 ，固结度取 ，固结度取70%;70%; 利用地基强度利用地基强度ft1 ft1求 求p p2 2； 如如p p2 2未达到设计荷载，重复上述步骤计算第未达到设计荷载，重复上述步骤计算第 三、四三、四. .级荷载，直到达到设计荷载为止。级荷载，直到达到设计荷载为止。 确定地基稳定性，沉降和工期是否满足？如确定地基稳定性，沉降和工期是否满足？如 不，重新设计。不，重新设计。 53 四、排水固结的施工四、排水固结的施工 应用排水固结法加固软粘土

49、地基是应用排水固结法加固软粘土地基是 一种比较成熟、应用广泛的方法。从施一种比较成熟、应用广泛的方法。从施 工角度分析，要保证排水固结法的加固工角度分析，要保证排水固结法的加固 效果，主要做好以下三个环节：效果，主要做好以下三个环节：铺设水铺设水 平排水垫层、设置竖向排水体和施加固平排水垫层、设置竖向排水体和施加固 结压力。结压力。每个环节都有其特殊的要求，每个环节都有其特殊的要求， 它关系到该法加固软土地基的成败。它关系到该法加固软土地基的成败。 54 普通砂井的施工普通砂井的施工 55 普通砂井的施工普通砂井的施工 56 袋装砂井的施工 57 袋装砂井的施工袋装砂井的施工 58 塑料带排水

50、法是将带状塑料排水带塑料带排水法是将带状塑料排水带 用插带机将其插入软土中，然后在地基用插带机将其插入软土中，然后在地基 面上加载预压面上加载预压( (或采用真空预压或采用真空预压) )，土中，土中 水沿塑料带的通道逸出、从而使地基土水沿塑料带的通道逸出、从而使地基土 得到加固的方法。得到加固的方法。 塑料排水带的施工 59 60 预压荷载的施工预压荷载的施工 61 预压荷载的施工预压荷载的施工 62 预压荷载的施工预压荷载的施工 63 第四节第四节 真空预压加固机理真空预压加固机理 真空预压法真空预压法(vacuum preloading)不需要进行不需要进行 堆载和卸荷，是在需要加固的软土

51、地基表面先铺堆载和卸荷，是在需要加固的软土地基表面先铺 设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气 的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中， 通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行 抽气，使其形成真空。当抽真空时，先后在地表抽气，使其形成真空。当抽真空时，先后在地表 砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体 内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差 作用下，土体中的孔隙水不断地

52、由排水通道排出作用下，土体中的孔隙水不断地由排水通道排出 ，使土体固结。，使土体固结。 64 第第4节节 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法 深层搅拌法（深层搅拌法（deep mixing methoddmm） 是一种化学加固地基的方法。它通过特制是一种化学加固地基的方法。它通过特制 机械机械各种深层搅拌机，沿深度将固化剂各种深层搅拌机，沿深度将固化剂 （水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的 添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固 化剂自身及其与地基土之间所产生的一化剂自身及其与地基土之间所产生的一 65 系列物理、化学反应，使地基

53、土硬结成为系列物理、化学反应，使地基土硬结成为 具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一 定强度的复合土桩（体），或与地基土构定强度的复合土桩（体），或与地基土构 成复合地基，从而提高软土地基的承载力、成复合地基，从而提高软土地基的承载力、 减小地基的变形。减小地基的变形。 66 v水泥土搅拌桩的应用水泥土搅拌桩的应用 支护结构支护结构 重力式支护结构；止水帷幕；重力式支护结构；止水帷幕； 地基加固地基加固 提高地基强度；控制沉降；防止液化提高地基强度；控制沉降；防止液化 适用于淤泥质土、粉质粘土和低强度适用于淤泥质土、粉质粘土和低强度 的粘性土地基。的粘性土地

54、基。 67 68 支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙 69 支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙 70 支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙 71 水泥土搅拌桩的应用水泥土搅拌桩的应用 地基加固地基加固 c) a) d) b) a)柱状布置；柱状布置；b) 壁状布置；壁状布置；c) 格栅状布置；格栅状布置；d) 块状布置块状布置 72 建筑物的地基加固，常采用桩型水建筑物的地基加固，常采用桩型水 泥土加固体，荷载不大时，可用单轴单泥土加固体，荷载不大时，可用单轴单 桩体，较大时用双轴桩体，平面上按基桩体，较大时用双轴桩体，平面上按基 础的形状均匀布置；如基础面积大，对础的形状均匀布置；如基础面积大，对

55、地基均匀沉降要求高，应按格室形或墙地基均匀沉降要求高，应按格室形或墙 体型布置水泥土加固体。体型布置水泥土加固体。 73 74 深层搅拌法按固化主剂的深层搅拌法按固化主剂的 不同可分为水泥系深层搅拌法不同可分为水泥系深层搅拌法 和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分 为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅 拌法（湿喷和干喷）。拌法（湿喷和干喷）。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称水泥系深层搅拌法所形成的固化土称 为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强 度的主要因素有：度的主要因素有： 1.水泥

56、掺入比水泥掺入比 75 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入 比的增大而增大。当比的增大而增大。当aw0.84时,土的湿陷起始压力 ps200kpa。湿陷即已消除。 浸水载荷试验：天然地基的沉陷量45cm， 挤密地基为其值的215%。 大面积试坑浸水试验：天然地基自重沉 陷量67cm，挤密地基为其值的7.2cm,其 中5cm发生在处理层9m以下天然土层上， 因此处理层湿陷消除。 161 设计方案 土桩挤密法与垫层法相结合,上部垫层为厚 2m的整片灰土垫层，下部为68m的土桩 挤密地基，处理范围超出基础边缘尺寸为 大于基础宽度的3/4，且不小于7m，桩径 d=0.4m

57、，桩间距s=0.9m，按等边三角形 布置，要求平均干密度d=16.3kn/m3， 平均压实系数c0.93，符合规范要求。 施工用沉管法成孔，要求预留1m厚的土层， 待作基础垫层时挖除。 162 第第6 6章章 土工合成材料土工合成材料 土工合成材料土工合成材料：曾称为土工织物，它是：曾称为土工织物，它是 由高分子聚合物通过纺丝制成纤维而合由高分子聚合物通过纺丝制成纤维而合 成，是各种聚合材料的总称。土工织物成，是各种聚合材料的总称。土工织物 有多种形式，如以聚合物材料丝编而成有多种形式，如以聚合物材料丝编而成 的的“土工网土工网”；以聚合物体冲孔并拉伸；以聚合物体冲孔并拉伸 制成的制成的“土工

58、格栅土工格栅”；以及工程上要求；以及工程上要求 不透水的不透水的“土工膜土工膜”等。等。 特点：质量轻、强度高、弹性好、耐磨特点：质量轻、强度高、弹性好、耐磨 、耐酸碱、不易腐烂、吸湿性小。、耐酸碱、不易腐烂、吸湿性小。但在但在 阳光照射下易老化。阳光照射下易老化。 163 根据制造工艺的不同，又可分为根据制造工艺的不同，又可分为“不织不织 土工布土工布”、“编织土工布编织土工布”和和“机织土工机织土工 布布”等。等。具有良好的透水和反滤性能。具有良好的透水和反滤性能。 土工格栅土工格栅 ：抗拉强度高：抗拉强度高 土工网格：强度较低，用作隔离和排水土工网格：强度较低，用作隔离和排水 土工膜：不

59、透水，用于隔水防渗土工膜：不透水，用于隔水防渗 164 土工合成材料的作用土工合成材料的作用 (1).反滤作用反滤作用 将土工织物置于上游面的块石护坡下将土工织物置于上游面的块石护坡下 面，土工织物将与其相邻接触部分土层面，土工织物将与其相邻接触部分土层 共同形成一个反滤系统，起到反滤、隔共同形成一个反滤系统，起到反滤、隔 离和防冲刷的作用，也可铺放在下游排离和防冲刷的作用，也可铺放在下游排 水体水体( (褥垫排水或棱体排水褥垫排水或棱体排水) )周围起反滤周围起反滤 作用，防止管涌。作用，防止管涌。 165 (2).(2).排水作用排水作用 土工织物除了可作透水反滤外，由于土工织物除了可作透

60、水反滤外，由于 其具有良好的三维透水性，由土工织物其具有良好的三维透水性，由土工织物 和排水芯材制成的复合排水材料和排水芯材制成的复合排水材料, ,可作为可作为 土体中的竖向和水平向排水体土体中的竖向和水平向排水体, ,起到加速起到加速 填筑土体排水固结过程的作用。填筑土体排水固结过程的作用。 166 (3).(3).隔离作用隔离作用 土工织物可设置在两种不同的材料之土工织物可设置在两种不同的材料之 间，既不使不同材料相互混杂，又能保持间，既不使不同材料相互混杂，又能保持 整个构筑体统一的作用。在道路工程中，整个构筑体统一的作用。在道路工程中， 可防止因软弱土层浸入路基碎石中而引起可防止因软弱