学习项目6__地基处理_土力学与地基基础教学

1、学习项目学习项目6 6 地基处理地基处理软弱土地基及其处理换土垫层法排水固结法化学加固法案例引入 意大利的比萨斜塔位于比萨大教堂的后面，是比萨城大教堂的独立式钟楼，为奇迹广场的三大建筑之一。 钟楼始建于1173年，设计为垂直建造，但是在工程开始后不久便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工时塔身已倾斜向东南。比萨斜塔是比萨城的标志，因其对1114世纪意大利建筑艺术的巨大影响，故在1987年和相邻的大教堂、洗礼堂、墓园一起被联合国教科文组织评选为世界遗产。学习项目学习项目6 6 地地 基基 处处 理理案例引入 比萨斜塔为什么会倾斜，专家们曾争论不休。尤其是在14世纪，人们在两种论调中徘徊

2、，比萨斜塔的倾斜究竟是建造过程中无法预料和无法避免的地面下沉累积效应的结果，还是建筑师有意而为之。进入20世纪，随着对比萨斜塔越来越精确的测量，使用各种先进设备对地基土层进行深入的勘测，以及对历史档案的研究，一些事实逐渐浮出水面，即比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑，但是在建造初期就已经偏离了正确的位置。 比萨斜塔之所以会倾斜，是由于其地基下面土层的特殊性。比萨斜塔下有好几层不同性质的土层，即由各种软质粉土的沉淀物和非常软的黏土相间形成，而在深约1 m处则是地下水层。这个结论是在对地基土层的成分进行分析后得出的。最新的挖掘表明，比萨斜塔建造在古代的海岸边缘，其地基下的土质在建造时便已经沙化

3、了。学习项目学习项目6 6 地地 基基 处处 理理项目导读 地基处理是指不能满足地基承载力和变形设计要求的天然地基，经过人工处理后达到满足地基承载力和变形设计要求的工作。 我国地域辽阔，各地的自然地理环境不同，土体的强度、压缩性及透水性等性质有较大差别，其中有不少是软弱土或不良土，如淤泥和淤泥质土、冲填土、杂填土、泥炭土、膨胀土、湿陷性黄土、季节性冻土等。当在该类工程地质条件不良的场地上建造建筑物，或遇有旧房改造、加层、工厂扩建等引起荷载增大，或开挖深基础及修建地下工程时，为避免主体结构失稳破坏，地面变形，以及地下水渗流等现象的出现，都需对地基进行处理。 近年来，国内外的地基处理技术发展迅速，

4、处理方法也越来越多。我们应依据地基土的特性及上部结构对地基的要求，有的放矢、因地制宜地选择地基处理方法，以提高地基的处理水平，节约基本建设的投资。学习项目学习项目6 6 地地 基基 处处 理理任务任务6.1 6.1 软弱土地基及其处理方法软弱土地基及其处理方法学习目标学习目标理解软弱土地基的概念和软弱土的特性。了解软弱土地基的处理方法。 软弱土地基是指由软弱土构成的地基。普通浅基础下的软弱土地基的容许承载力为6080 kPa。由于不做任何处理的软弱土地基不能满足建筑物的要求，因此必须先对其进行人工加固处理后才能建造基础。 地基处理的目的是针对建造在软弱土地基上的建筑物可能产生的问题，采用人工的

5、方法改善地基土的工程性质，以满足上部结构对地基强度、稳定及变形的要求。任务任务6.1 6.1 软弱土地基及其处理方法软弱土地基及其处理方法 软弱土的特性 6.1.1软土软土1. 软土一般是指在滨海、湖泊、河滩、谷地、沼泽等静水或缓流环境中形成的以细颗粒为主的沉积土，最有代表性的是淤泥和淤泥质土。这类土常含有机质，是一种呈软塑到流塑状态的饱和（或接近饱和）的黏性土或粉土，天然孔隙比e1.5时，称为淤泥；当1eb+2ztan （6-4） 式中，b为砂垫层底面的宽度（m）。 砂垫层顶面每边应较基础底部至少超出30 cm。垫砂层宽度的确定垫砂层宽度的确定2.任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法

6、【例例6-16-1】任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法【例例6-16-1】任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法【例例6-16-1】kPa77.6)30tanm1.02m(2.4)30tanm1.02m(1.8kPa)16.85-kPa(205.19m2.4m1.8tan2tan2czlzbppblpzzz任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法【例例6-16-1】任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法【例例6-16-1】任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法 砂垫层的材料要求 6.2.2垫砂层的材料要求垫砂层的材料要求1. （1）砂垫层所用材料应就地取材，且应

7、符合强度要求，一般可采用中砂、粗砂、砾砂和碎（卵）石。 （2）一般不宜选择细砂，因为细砂垫层不易压实且强度不高。 （3）砂石料中不得含有草根、垃圾等有机杂物，且含泥量不应超过5%。 （4）垫料中不应含有过大的石块或碎石，碎石直径不应超过10 cm。任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法 （1）垫层应分层填筑，分层压实。分层厚度应根据所采用的压实方法及压实机具而定，一般取分层厚度为1520 cm。常用的压实方法主要有振动法、碾压法、夯实法及水撼法等。分层压实必须达到设计要求的密实度。 （2）为达到最大密实度，施工中应根据压实方法控制垫料的含水量。当地下水位高于基坑底面时，为保证施工和保证垫

8、层质量，应采取排水或降低水位的措施。砂垫层的施工要点砂垫层的施工要点2.任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法 （3）当开挖基坑敷设垫层时，基坑开挖后应立即回填，且不得扰动软弱土层的表面，以免坑底土的结构遭到破坏，强度降低，使建筑物产生附加沉降。 （4）砂垫层在每层压实后，均应进行质量检验。利用容积不小于200 cm3的环刀压入垫层中取样，测定其干重度，以不小于砂料在中密状态时的干重度为合格。中砂的干重度一般为15.516 kN/m3。砂垫层的施工要点砂垫层的施工要点2.任务任务6.2 6.2 换土垫层法换土垫层法任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法学习目标学习目标理解各种表面压

9、实法的适用条件和作用机理。掌握砂桩的设计与计算方法。了解砂桩挤密法的施工要点。 表面压实法 6.3.1 表面压实法的影响深度很浅，它只能用于分层夯实或基槽整平，并不能达到地基深层加固的目的，主要适用于沙土及含水率在一定范围内的软弱黏性土地基，也适用于加固杂填土和黄土及换土垫层的分层填土压实等。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 机械碾压法是采用平碾、羊足碾、压路机、推土机或其他机械压实松散地基土的地基处理方法。该法常用于含水量较低的大面积回填土和杂填土地基的浅层压实。经碾压后，地基土的密实度增加，压缩性减小。 碾压的效果主要取决于被压实土的含水率和压实机械的压实能量。施工时应控制碾压

10、土的最佳含水率，并选择适当的碾压分层厚度和碾压遍数。 为保证填土质量，应分层检验压实土的干重度和含水率，其控制值由试验确定，若达不到控制要求，则应增加碾压遍数或加大碾压机械的重量。静止土压力计算公式的应用静止土压力计算公式的应用1.任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 碾压黏性土时，通常采用80100 kN的平碾或120 kN的羊足碾，每层土的虚铺厚度为2030 cm，碾压812遍。碾压杂填土时，应先将建筑范围内一定深度的杂填土挖除，开挖深度依据设计要求而定，然后用80120 kN的压路机或其他压实机械将坑底碾压几遍，再将原土分层回填碾压，每层土的虚铺厚度约为30 cm。有时还可在原土

11、中掺入部分碎石、碎砖、白灰等，以提高地基强度。由于杂填土的性质较为复杂，因此碾压后的地基承载力相差较大。根据我国一些地区的经验，用 80120 kN压路机碾压后的杂填土地基的承载力为80120 kPa。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 振动压实法是通过在地基表面施加振动将浅层松散的地基土振实的地基处理方法。此法可用于处理无黏性土或黏性土含量少、透水性较好的松散杂填土地基。实践证明，该方法在处理由炉灰、炉渣、碎砖、瓦块等组成的杂填土地基时效果较好。 振动机械的垂直振动力由机内设置的两个偏心转块产生，在电动机的带动下，这两个偏心转块以相同的速度反向转动，从而产生很大的垂直振动力。这种振

12、动机的频率为1 1601 180 r/min，振幅约为3.5 mm，自重为20 kN，产生的振动力可达到100 kN，并可通过操纵机构的控制使其前后移动或转弯。振动压实法振动压实法2.任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 振动压实效果与填土成分和振动时间等因素有关。一般来说，振动时间越长，效果越好，但超过一定时间后，振动压实效果将趋于稳定，继续施振将不会起到进一步压实的效果。因此，必须在施工前进行试振，以找出振实稳定下沉量与时间的关系。对于主要由炉渣、碎砖、瓦块等组成的建筑垃圾，振实时间应在1 min以上；对于含炉灰等细颗粒的填土，振实时间应为35 min，有效振实深度可达1.5 m。

13、任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 振实范围应从基础边缘放出0.6 m左右，先振基坑两边，后振中间。振实质量的检查应以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验，以检验其均匀性和影响深度，触探深度不应小于1.5 m，且应通过现场荷载试验确定振实地基的承载力，一般经振实的杂填土地基的承载力可达120 kPa。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法重锤夯实法重锤夯实法3. 夯锤重锤夯实法是用起重机械将重锤起吊到一定高度后让其自由下落，利用产生的冲击能重复夯击地基，使地基表层变得密实，从而提高地基表土层承载能力的地基处理方法。该法对于湿陷性黄土，还可以减小其表层土的湿陷性。

14、任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 重锤夯实法适用于处理地下水位距地表面0.8 m以上的稍湿的一般黏性土、沙土、湿陷性黄土及杂填土等软弱土地基。重锤夯实的有效影响深度与锤重、夯锤底面直径、落距及地质条件有关。为达到预期的加固密实度和深度，应在现场进行试夯，以选定夯锤重量、夯锤底面直径、落距及最佳含水量，从而确定夯击的最后下沉量、最少夯击遍数及总下沉量。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法夯锤 夯锤通常采用截头圆锥体的形式。夯锤一般由钢筋混凝土制成，其底面焊有钢板，底面直径为11.5 m，重量为1530 kN，落距为2.54.5 m，锤底面静压力一般为1525 kPa。夯锤顶面

15、应设置吊耳，以便起吊。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 当采用重锤夯实分层填土地基时，每层土的虚铺厚度一般为锤底直径的一倍；基坑夯实范围应大于基础底面；夯击应一夯挨一夯的顺序进行，在一次循环中同一夯位应连夯两次，下一循环的夯位与前一循环应错开半个锤底直径。 夯击时，土的饱和度不宜过高，对于软土层离夯击面很近或地下水位很高的情况，重锤夯实可能会破坏软土的结构而形成“橡皮土”，此时要求夯击面必须高出地下水位0.8 m。 对重锤夯实地基进行质量检验时，除应符合试夯最后下沉量的规定外，还应检查基坑表面的总下沉量，以不小于试夯总下沉量的90%为合格，否则应进行补夯。任务任务6.3 6.3 挤

16、密压实法挤密压实法对于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土及黏土、湿陷性黄土等地基，强夯法的加固效果较好；对于高饱和软黏土（淤泥或淤泥质土）的加固效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入形成复合地基（强夯置换或动力挤淤），则加固效果较好。据国外研究资料表明，经强夯处理的砂性土地基的承载能力可提高200%500%，压缩性可降低 200%1 000%。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 强夯法是将很重的锤（一般为100600 kN）从高处（一般为640 m）自由落下，给地基以冲击能和振动，以对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。国外最大的夯击能曾达到50 000

17、kNm。 强夯法的显著特点是夯击能量大，影响深度大，并具有工艺简单、施工快速、费用低、适用范围广、效果好等优点。它适用于加固从砾石到不饱和黏性土的各类地基土。强夯法不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，还能改善其抵抗液化的能力及消除黄土的湿陷性。强夯法强夯法4.任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法1 1）加固机理）加固机理 强夯法的加固机理与重锤夯实法有着本质的区别，强夯法主要是将势能转化为夯击能，在地基中产生强大的应力和冲击波，从而对土体产生加密和固结作用。强夯法可以在极短的时间内给地基施加一个巨大的冲击能量，加荷历时一般只有几十毫秒。这种突然释放的巨大能量被转化为各种振动波向土中传播

18、从而破坏土的结构。地基经过强夯后，其强度提高的过程可以分为以下四个阶段。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（2 2）夯击能转化，同时伴随着强制压缩或振密（包括孔隙水压力上升，土中气体排出）。 土体液化或土体结构破坏（表现为土体强度降低或丧失）。 调整时需要严格按照顺序执行，否则有可能会出现事故。触变恢复，并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。 （1 1） （3 3） （4 4）任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法2 2）施工要点）施工要点 强夯法施工前，应先在现场进行原位试验（如旁压试验、十字板试验、触探试验等），取原状土样测定其含水率、塑限、液限、

19、粒度成分等，并在试验室进行动力固结试验，以取得相关数据。根据测定的地基土的各项指标，采用理论公式或参照有关地基规范确定地基承载力。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（1）夯距 夯击点通常按正方形或梅花形网格布置，夯距为515 m。其加固范围应比建筑物基础平面有所扩大，以避免因夯击区边缘土性质的不同而造成建筑物的不均匀沉降。一般在基础平面外扩大H/2H的宽度（H为加固厚度），或多布置一圈加固夯击点。 为使深层土体得到加固，第一遍夯击点的间距要大一些，以使夯击能量传递到深处；下一遍的夯点往往布置在上一遍的夯点的中间；最后一遍则以较低的夯击能一夯搭一夯地拍夯，以确保地表土的均匀性和较高的密

20、实度。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（2）单位夯击能 单位夯击能是指单位面积上所施加的总夯击能。它与地基土的类别、荷载大小及要求的加固深度等因素有关，一般通过试夯确定。对于饱和黏性土，单位夯击能不应过大，否则会降低地基土的强度。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（3）夯击次数 各夯击点的击数，以使土体竖向压缩最大、侧向位移最小为原则，一般通过现场试夯确定，通常为410击。同时，还应满足最后两击的平均夯沉量不大于5 cm；当夯击能量较大时，不应大于10 cm。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（4）间歇时间 两遍夯击之间应有一定的间歇时间。间歇时间取决于土中超孔

21、隙水压力的消散速度。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定间歇时间，对于渗透性较差的黏性土地基，间歇时间为34周；对于渗透性较好的地基，可连续夯击。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（5）有效加固深度 影响有效加固深度的因素除了有夯击能量外，还有地基土性质、土层分布顺序及其厚度、地下水位、夯距大小及夯击次数等，公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）规定有效加固深度应根据现场试夯确定。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法（6）垫层 在拟加固场地的表面必须敷设一层松散材料作为垫层，以支撑起重设备的重荷，并增加地下水位的埋深，防止夯坑积水，从而避免地表土被夯成“橡

22、皮土”，同时也有利于夯击能的扩散。敷设垫层的材料中不能含有黏土，一般采用砂或碎石，垫层厚度为0.52.0 m。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 深层挤密法6.3.2 深层挤密法主要是指采用挤密桩的形式进行地基处理的方法。挤密桩是先用振动、冲击荷载或打入套管等方法在地基中成孔，然后向孔中填入某一种材料（如碎石、砂、灰土、石灰、矿渣或钢渣等），再加以挤密而形成的桩体。 挤密桩根据所用材料的不同，可分为砂桩、碎石桩、石灰桩等。挤密桩适用于加固粉砂、松散填土、细砂及粉土、湿陷性黄土等。对于渗透性小的饱和性黏土，采用此法不仅不易将土挤密实，反而还会破坏土的结构强度，使加固效果变差，因此此时的

23、砂桩主要起置换作用。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 在松散土中，根据成桩方法的不同，挤密桩的作用可以是挤密或振密。有效挤密范围可达4倍的桩直径，有效振密范围可达6倍的桩直径。在松软黏性土中，挤密桩的主要作用是置换并形成复合地基，从而提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。此外，砂桩和碎石桩还能像砂井一样起到排水作用，加速地基的排水固结。 在各种材料的挤密桩中，以砂桩较为常见。下面介绍砂桩的设计内容和施工要点，其他类型的挤密与之类似。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法砂桩的设计砂桩的设计1. 对软弱土地基进行处理的目的是增加地基承载力，减少沉降，防止地震时产生液化

24、等，为此要求地基具有一定的密实度。砂桩设计的主要内容是合理确定砂桩的长度和加固范围、桩径、桩距、桩数和单根砂桩的灌砂量等。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法1 1）砂桩的长度和加固范围）砂桩的长度和加固范围 砂桩的长度主要取决于拟加固土层的厚度，一般视建筑物的设计要求及地质条件而定，应以满足地基土的强度和变形条件为原则。当松软土层较厚时，砂桩宜打穿主要受压层深度；当松软土层厚度有限时，可将砂桩长度定为全部松软土层的厚度。 砂桩的加固范围一般不应小于基础宽度的1.2倍，且每边应至少超出0.5 m。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法2 2）砂桩砂桩的直径的直径 砂桩的直径可根据

25、施工设备的能力、地基的类型及地基处理要求确定。桩径不宜过小或过大，过小则桩数增多，施工时机具移动频繁；过大则需要大型机具。目前国内常用砂桩的直径为0.30.8 m。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 由式（6-5）可求得正三角形布置的砂桩间距L为 （6-6） 同理，当砂桩在平面上按正方形布置时，砂桩间距为 （6-7） 式（6-6）和式（6-7）中的y可通过加固后土的孔隙比ey计算得到。一般要求地基在加固后达到中密及以上的密实度。对于粉土，加固后土的孔隙比可取0.70.85。yyc952. 0dLyyc887. 0dL任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法3 3）砂桩的间距）砂桩

26、的间距 加固前三角形里的土体总重量应等于加固后三角形内阴影部分的总重量。设砂桩间距为L，砂桩直径为dc，加固前土的重度为，加固后土的重度为y，则有y2c2284343dLL砂桩间距的确定任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法5 5）单根砂桩的灌砂）单根砂桩的灌砂量量 为保证砂桩加固后的地基质量及土的密实度达到设计要求，每根桩应灌入足够的砂量。 假设加固后地基土和砂桩的孔隙比相同，均为ey，则每根砂桩单位长度的灌砂量q为 （6-11） 式中，A为每根砂桩的影响范围的面积（m2），如图6-5中的阴影部分所示，对于正方形布置，A=L2，对于梅花形布置， 。Aeeeq0y01223LA 任务任务

27、6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法4 4）砂桩的数量）砂桩的数量 加固前后土的孔隙比的变化e为 e=e0ey （6-8） 式中，e0为地基土的天然孔隙比。 加固前后变化的这部分孔隙将由砂桩替代，因此所需砂桩的总面积为 （6-9） 式中，F0为砂桩加固范围的面积（m2）。 则所需砂桩的数量为00y00011FeeeFeeF2c4dFn 任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法单根砂桩的影响范围任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 （1）砂桩施工时可采用振动式或冲击式成孔。振动式是靠振动机的上下振动作用将带桩靴或底盖的钢套管打入土中成孔，然后填入砂料振动密实成桩（一边振动一边拔出套管

28、）。冲击式的施工工艺与振动式基本相同，但灌砂成桩及扩大是利用内管向下冲击完成的。 （2）砂料应分层填筑、分层夯实。 （3）确定砂料的最佳含水率。砂桩的施工砂桩的施工2.任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法 （4）砂桩必须上下连续，并确保设计长度。 （5）保证砂桩的灌砂量，若实际灌砂量未达到设计用量，则应在原处复打，或在旁边补桩。 （6）为增加挤密效果，砂桩可从外圈向内圈施打。 （7）地基加固后的承载力可由静载试验确定，可采用标准贯入法、动力触探法及静力触探法等检测桩及四周土的挤密质量。任务任务6.3 6.3 挤密压实法挤密压实法任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法学习目标学习目

29、标理解排水固结法的概念、适用条件和作用机理了解砂井（普通砂井、袋装砂井和塑料排水板）堆载预压法中砂井的布置形式与要求。理解砂井堆载预压法、天然地基堆载预压法、真空预压法和降水预压法的基本原理，描述其实施过程。 排水固结法是在建筑物建造之前，利用软弱土地基排水固结的特性在地基土中采取各种排水技术措施（如设置竖向排水体和水平排水体），再分级加载预压，使地基土加速排水固结和沉降，当地基土的固结度或土的强度达到规定要求后，卸去预压荷载，然后建造建筑物的一种地基处理方法。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 沙井堆载预压法6.4.1 砂井堆载预压法是先在软弱土地基中设置砂井（普通砂井、袋装砂井和

30、塑料排水板）作为竖向排水通道，并在砂井顶部敷设砂垫层作为水平排水通道，形成三维排水系统，这样可以增加排水通道，缩短排水距离，改善地基的渗透性能。然后在砂垫层上部堆载，增加地基土中的附加应力，使土体中的孔隙水通过竖向砂井和水平砂垫层快速排出，达到加速土体固结，迅速提高软弱地基承载能力的目的。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法砂井堆载预压法任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法砂井设计砂井设计1.1 1）砂井布置范围）砂井布置范围 由于基础以外一定范围内的地基土仍存在压应力和剪应力，因此砂井的布置范围应大于基础范围，一般由基础的轮廓线向外放出24 m。任务任务6.4 6.4 排水固

31、结法排水固结法2 2）砂井的平面布置）砂井的平面布置 砂井在平面上可采用正方形或等边三角形的形式来布置，其中，后者排列较为紧凑，应用较多。假设在大面积荷载作用下，每个砂井均可起到独立排水作用，则以正方形排列的砂井的排水范围为正方形柱体，以等边三角形排列的砂井的排水范围则为六边形棱柱体。为简化计算，将每个砂井在平面上的排水范围以等面积的圆来代替。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 若砂井间距过密，则对周围土体的扰动会较大，会降低土的强度和渗透性，影响加固效果。因此，砂井间距ls一般不应小于1.5 m。 砂井间距ls可按式（6-12）或式（6-13）计算。 等边三角形布置： （6-12）

32、 正方形布置： （6-13）05. 1esdl 13. 1esdl 任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法3 3）砂井的直径和间距）砂井的直径和间距 砂井的直径和间距主要取决于土的固结特性及施工期要求，以确保在预压期内地基的固结度大于或等于80%。根据土的固结理论，为了达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果更好，即采用“细而密”的砂井布置方案更为合理。但如果砂井过细，则施工会比较困难且不能保证砂井灌砂的密实性和连续性。因此，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径一般为 300500 mm，袋装砂井的直径一般为70100 mm。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法4 4）砂

33、井的长度）砂井的长度 砂井长度的选择与土层分布、地基附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素有关。 对于较厚的软土层，砂井的长度应根据建筑物对地基稳定及沉降的要求确定。从稳定方面考虑，砂井应穿越地基的可能滑动面；从沉降方面考虑，砂井应穿越压缩层。 对于厚度不大且下卧有透水的砂或砾石层的软土层，砂井应打到砾石层，这有助于地基排水固结。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法5 5）砂井的填充材料）砂井的填充材料 砂井中的填料材料宜用中砂或粗砂，且必须保证良好的透水性，含泥量应小于3%，渗透系数应大于10-3cm/s。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法6 6）砂垫层的设计）砂垫

34、层的设计 为了保证砂井排水通畅，应在砂井顶部敷设一层砂垫层。排水砂垫层的宽度应超出堆载的宽度，且应伸出砂井区外的边线约2倍井径；其厚度在陆地上一般为0.51 m，在水下一般为12 m，以免地基沉降时切断排水通道。 排水砂垫层的材料宜用中砂或粗砂，含泥量应小于5%，砂料中可混有少量粒径小于50 mm的石粒，砂垫层的干密度应大于15 kN/m3。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法袋装砂井和塑料排水板袋装砂井和塑料排水板3.1 1）袋装砂井）袋装砂井 袋装砂井的直径一般为70100 mm，间距通常为1.02.0 m，可按式（6-12）或式（6-13）计算确定。 沙袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长

35、链聚合物编织制成。沙袋应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀性及较好的透水性和耐水性。 沙袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数，灌入沙袋的砂应为中砂、粗砂并振捣密实，扎紧袋口。沙袋的长度应超出孔口的长度，并保证伸入砂垫层内至少30 cm，以保证排水的连续性。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法预压荷载的大小及堆载方案预压荷载的大小及堆载方案2. 为了加快地基土的压缩过程，可采用比建筑物设计荷载稍大的荷载进行预压，即超载预压。预压荷载一般为设计荷载的1.11.2倍。预压荷载的分布应与建筑物设计荷载的分布大致相同。 在施加预压荷载的过程中，任何时刻作用于地基上的荷载均不得超过地基的极限荷载，以免地基失稳

36、破坏。若需施加较大荷载，则必须分级逐渐加荷，使其与地基强度的增长速度相适应，待前一级荷载作用下的地基强度增加到一定程度后，才可施加下一级荷载。堆载方案的计算步骤是：初步拟订一个加载计划，校核每个时刻地基的稳定性，计算各级荷载和停歇时间，确定加载计划。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 袋装砂井的设计理论、计算方法与普通砂井基本相同，且施工也有相应的定型埋设机 械。相比普通砂井，袋装砂井具有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，成孔时对软土扰动小，有利于地基土稳定的优点。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法2 2）塑排水板）塑排水板 塑料排水板预压法是

37、用插板机将塑料排水板插入待加固的软土中，然后在地基表面堆载预压，使土中孔隙水沿塑料板形成的通道向上经砂垫层排出，从而加速地基固结的方法。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 塑料排水板根据所用材料、制造方法的不同，其结构也不同。塑料排水板通常可分为两类：一类为多孔单一结构型，是用单一材料制成的多孔管道的板带，表面刺有许多微孔；另一类为复合结构型，是由塑料芯板外套一层无纺土工织物滤膜组合而成。复合结构型塑料排水板任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 目前使用的塑料排水板产品都是成卷包装，每卷长约数百米，需用专门的插板机将其插入软土地基中，具体施工步骤是：先在空心套管内装入塑料排水

38、板，并将其一端与预制的专用钢靴连接，插入地基下预定的标高处，然后拔出空心套管，由于土对钢靴的阻力，使塑料板留在软土中，在地面将塑料板切断，再移动插板机进行下一个循环的作业。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法图6-8 塑料排水板施工任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 天然地基堆载预压法6.4.2 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，也可以利用施工过程中建筑物本身的重量缓慢预压，使地基软土压缩固结，强度提高，后期沉降减少，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的

39、方法。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 其他预压法6.4.3真空预压法真空预压法1. 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。在拟加固的软土地基内埋设砂井、袋装砂井或塑料排水板，然后在表面敷设砂垫层，在砂垫层上覆盖不透气的封闭薄膜使之与大气隔绝。通过砂垫层内埋设的吸水管道用真空泵进行抽气，在膜内形成真空状态。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，在此压力差的作用下，土体中的孔隙水不断排出，从而使土体固结。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法真空预压法任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法

40、 真空预压的效果和密封膜内所能达到的真空度的大小有很大关系。根据我国的工程经验，当采用合理的施工工艺和设备时，膜内真空度一般可维持在600 mmHg左右，相当于8 kPa的真空压力，一次预压面积为5005 000 m2。当地基土有充足的水源补给，且地下水大量流入时，由于不可能达到预期的负压，因此预压效果将会受到影响。真空预压法主要适用于软黏性土地基。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法 降水预压法是借助井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压的目的。其降低地下水位的原理、方法和需要的设备基本与井点法基坑排水相同。降水预压法降水预压法2.任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固

41、结法 地下水位的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质量，增加了土中的有效应力。当降水达56 m时，降水预压荷载可达60 kPa。因为降水后土中孔隙水的压力会减小，所以土体不会发生破坏。目前，我国通常采用射流喷射的方法降低地下水位，降水深度可达9 m，而真空泵一般只能降水56 m。 降水预压法适用于渗透性较好的沙土、粉土或含有沙土层软黏土层。在使用降水预压法前应摸清土层分布及地下水位的情况。任务任务6.4 6.4 排水固结法排水固结法任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法学习目标学习目标理解化学加固法的概念、适用条件和作用机理。了解注浆法、高压喷射注浆法和深层搅拌法的实施

42、过程。 化学加固法是指利用灌注压力、高压喷射或深层搅拌等手段，将化学浆液、水泥浆液或黏土浆液注入地基土中，使浆液与地基土颗粒胶结起来，改善地基土的物理和力学性质的方法。该方法主要包括注浆法、高压喷射注浆法和深层搅拌法。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 天然地基堆载预压法6.5.1 注浆法是指利用一般的液压、气压或电化学法，通过注浆管把浆液注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式进入土颗粒间的孔隙中或岩石裂隙中，经一定时间后，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大、防渗性能高及化学稳定性良好的固结体。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法（1）减小地基土的透水性，

43、防止流沙、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水及改善地下工程的开挖条件。（2）防止桥墩和边坡护岸的冲刷。（3）整治塌方滑坡，处理路基病害。（4）提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降。（5）对原有建筑物地基的加固处理。注浆法加固主要具有以下作用。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法水泥注浆法水泥注浆法1. 水泥注浆法适用于砂卵石或有较大裂隙的岩石。水泥浆的水灰比为11，固化剂宜选用32.5级及以上强度等级的普通硅酸盐水泥，矿渣水泥次之。常用的速凝剂有水玻璃、三氧化锡、三羟乙基胺、氯化钙、硫代亚硫酸及铝粉等。速凝剂的掺量为水泥重量的2%5%（水玻璃掺量为5%），凝固时间一般为5 mi

44、n，强度可达5.0 MPa。 细颗粒土的孔隙较小，水泥浆液不易掺入土中孔隙，因此需借助压力来克服地层的初始应力和抗拉强度，从而引起岩石和土体结构的破坏及扰动，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成水力劈裂或孔隙，促使浆液的可注性及扩散距离增大，此种方法称为劈裂注浆。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 硅化加固法是指采用水玻璃（硅酸钠）为主剂的混合溶液加固地基的方法。硅化加固法主要有单液硅化法、双液硅化法和电渗硅化法。硅化加固法硅化加固法2.任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法1 1）单液硅化法）单液硅化法 粉砂加固时，通过下端带孔的注液管将水玻璃加磷酸调和成单液注入地基，利用化学

45、反应后生成的硅胶使土粒胶结；湿陷性黄土加固时，只需注入水玻璃溶液，利用黄土中的钙盐起反应生成凝胶。经硅化加固后，粉砂的抗压强度为400500 kPa，湿陷性黄土可达800 kPa。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法2 2）双液硅化法）双液硅化法 对于渗透系数为0.180 m/d的沙土和黏性土的加固，宜采用双液硅化法，即将水玻璃和氯化钙溶液轮流压入土中，氯化钙溶液的作用是加速硅胶的形成。经双液硅化加固后，沙土的抗压强度可达6 000 kPa。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法3 3）电渗硅化法）电渗硅化法 对于渗透系数小于0.12 m/d的各类土，即使给水玻璃溶液施加压力，也

46、很难将其注入土中孔隙，这时需借助电渗作用将水玻璃溶液注入土中孔隙。即在土中打入两根电极（正极为下端带孔的金属管，负极为金属棒），将水玻璃和氯化钙溶液先后由正极压注入土中，并通以直流电，使溶液随水向负极移动而渗入土中，这种加固方法被称为电渗硅化法。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 高压喷射注浆法6.5.2 高压喷射注浆法是利用工程钻机钻孔到预计处理的深度后，用高压泥浆泵通过钻杆下端的特殊喷嘴以20 MPa左右的高压向周围土体喷射化学浆液（一般使用水泥浆液）；同时钻杆边旋转边向上提升，高压射流使一定范围内的土体结构遭到破坏，并强制与化学浆液混合，在地基中形成圆柱状的固结体。其施工过程为

47、：钻机钻孔钻孔完成开始喷射化学浆液喷射化学浆液并旋转向上提升钻杆喷射化学浆液完成。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法高压喷射注浆法施工任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 高压喷射注浆法主要用于地基加固，提高地基承载力，也可组成闭合的挡水帷幕。如果提升时钻杆不旋转，即为定向喷射，固结体成壁状，这时常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质及稳定边坡等工程。 采用高压喷射注浆法施工时，只需在土层中钻一个孔径为50300 mm的小孔，便可在土中喷射形成直径为0.44 m的固结体，因而可在不损坏原有建筑物基础的情况下，贴近已有的建筑物基础进行施工。此外，它既能垂直喷射注浆，也可倾斜或水平

48、喷射注浆；既可在钻孔的全长形成柱形固结体，也可在钻孔中间的任何部分形成柱形固结体。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 高压喷射注浆的地基加固技术主要适用于软弱土层。实践证明，砂类土、黏性土、黄土和淤泥都可以进行喷射加固，但对于直径过大的砾石、砾石含量过多及有大量纤维质的腐殖土，喷射质量较差，有时甚至不如静压注浆的加固效果。当地下水的流速过大，喷射浆液无法在注浆管周围凝固时，也不宜采用高压喷射注浆法。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 一般情况下，黏性土固结体的强度为5 MPa，砂性土固结体的强度为10 MPa。水泥浆液的水灰比为111.51，对于地下水补给充沛或要求早期承重

49、的工程，需在水泥浆液中掺入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂，掺量为水泥用量的2%4%；在水泥浆液中掺入 2%4%的水玻璃后，其抗渗性能会有明显提高。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 喷射孔的布孔形式及孔距应视不同的加固目的来选定。对于堵水防沙工程，最好按双排或三排布孔形成帷幕，孔距以0.866倍的旋喷设计半径，排距以0.75倍的旋喷设计半径最佳；当以提高地基承载力为目的时，旋喷桩间的距离可适当加大，其孔距以旋喷桩直径的23倍为宜。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 旋喷桩的直径与喷射注浆的种类及喷射方式有关。喷射方式主要有单管、二重管及三重管等。喷射方式不同，所形成的旋喷桩的

50、直径也不同。单管以水泥浆液作为喷流的载能介质，其稠度及黏滞力较大，形成的旋喷直径较小；三重管以水作为喷流的载能介质，水在管路中的流动阻力较小，在同样的压力下所形成的旋喷桩的直径较大。对于大型或重要工程，旋喷桩的直径应通过现场试验确定；对于小型或不太重要的工程，如无试验资料时，旋喷桩的直径可根据经验选用。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 深层搅拌法6.5.3 深层搅拌法是通过深层搅拌机械将固化剂和软弱土在地基深处就地强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性及足够强度的固结体，并与天然地基形成复合地基，从而提高地基强度的方法。固化剂主要采用水泥、石灰等材料，它对提高软土地基的承载能力，减小地基的沉降量具有显著效果。 深层搅拌法适用于加固各种成因的饱和软黏土，一般来说，对于含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等黏土矿物的软土的加固效果较好；而对于含有伊里石、氯化物、水铝石英等矿物及有机质含量高、酸碱度（pH值）较低的黏性土的加固效果较差。任务任务6.5 6.5 化学加固法化学加固法 水泥浆搅拌法是利用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围