第五章地基处理

1、1扬州大学建工学院扬州大学建工学院路桥教研室路桥教研室张静张静 制作制作基础工程基础工程2第五章第五章 地基处理地基处理本章的主要内容 重点掌握地基处理的基本原理和常用方法，了解复合基础的概念及计算特点。第一节 概述3第一节第一节 概述概述一、基本概念 软土 通常指天然强度低、压缩性高、透水性小的粘性土； 广义上包括松砂、淤泥、淤泥质土、软弱吹填土、杂填土等，主要指淤泥、淤泥质土； 软土地基 由软土(淤泥及淤泥质土)、冲填土、杂填土、松散砂土及其他高压缩性土层构成的地基；4第一节第一节 概述概述二、人工加固软弱地基的基本原理 1、提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；

2、 2、改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降； 3、改善其渗透性，加速固结沉降过程； 4、改善土的动力特性防止液化，减轻振动； 5、消除或减少特殊土的不良工程特性，如黄土的湿陷性、膨胀土的膨胀性等。5第一节第一节 概述概述三、地基处理方法 根据工程地质勘探和土工试验、土层条件、经济分析、合理考虑处理方案，对于地基承载力、变形、稳定性要求较高的构造物，在不宜采用上述方法加固时，应采用桩基础或沉井基础等。6第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法一、加固方法及原理 当软弱土层不太层（3m）且接近地面，可将其全部挖除，如果软弱土层较厚，可将基底下一定深度范围内软弱土层挖除，换填分层夯实强度较高、

3、稳定性较好的中砂、粗砂和砂砾（粘粒含量35%，粉粒含量25%，砾料粒径50mm）。 此时基础底面地基由砂砾垫层及软弱下卧层组成，足够厚度的砂垫层置换可能被剪切破坏的软弱土层，以使垫层底部下卧层满足承载力的要求，而达到加固地基的目的。7第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法二、垫层的设计计算 确定垫层的平面尺寸和厚度 厚度的决定 即软弱卧层顶面强度的验算 1、按弹性理论的土中应力分布公式计算 把垫层及下卧层看成一个均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，用弹性理论计算各点土的附加应力并加上自重应力，同时利用“规范”法计算地基容许承载力，当两者相等时，即作为垫层的设计厚度，但是，由于此法未考虑

4、成层地基对土中应力传递，得到的厚度一般偏大； 也可将加固后地基，按双层地基计算各点土中附加应力。8第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法 2、按应力扩散角计算 认为基底压力通过垫层以角向下扩散，扩散至下卧层顶面的压应力为h，与垫层的自重应力之和H该处软弱下卧层顶面地基的地基容许承载力，即HH 9第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法 软弱土层同时还受到垫层本身及回填土的重力，即： hs一般为13m。 砂垫层平面尺寸确定 以保证应力的扩散和防止承受荷载后垫层向两侧挤动tghbllblbsh34hhsshHtghlLs2tghbBs210第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法 基础的最

5、终沉降计算 1、垫层本身的压缩量Ss 一般忽略不计或 下卧层的沉降Sl：采用土力学或规范方法计算ssHsEhS211第二节第二节 换土（垫层）法换土（垫层）法四、垫层施工 严格控制垫层材料的颗粒成分，使之具有良好的压实性； 保证垫层材料的密实度； 在地下水位高于基坑底面时，应采取排水或降低水位措施； 开挖基坑铺砂垫层时，必须避免扰动土层表面。五、砂垫层的质量检验 环刀取样 测定干容重，以不小于通过试验室确定的该砂料在中密状态时的干容重数值为合格。 贯入测定法12第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 适用于冲刷深度不大的松散土地基，主要包括松散中、细、粉砂土，松散细粒砂炉渣，杂填土以及IL1、

6、孔隙比接近或大于1的含砂量较多的松软粘土。13第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法一、砂桩挤密法 加固方法及原理 以振动、冲击或打入套管等方法成孔（3060cm），然后向孔中填入中、粗砂（含泥量5%），再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。 对松散的砂质土层，砂桩的主要作用是使地基土挤密，容重增加、孔隙比减小，从而提高地基土抗剪强度、减少沉降； 对于松软粘性土，砂桩挤密效果不如在砂土中明显，但由于砂桩和土体共同组成复合地基，共同承担荷载，从而能提高整体地基的承载力和稳定性； 对于砂质土与粘性土互层的地基及吹填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。14第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密

7、法 设计计算 1、加固范围的决定 一般在基础四边各加0.5m，即： 加固范围平面面积为： 2、加固砂桩的总截面积 在加固砂桩范围A内，砂桩占有的面积即加固砂桩的总截面积A1，与A以及土层加固后所需达到的地基容许承载力所相应的孔隙有关；1 bB1 lLBLA AeeeAAA0021115第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 3、桩数及桩的排列 桩径应视施工机械而定，一般为3060cm； 设砂桩的直径是d，则一根砂桩的截面积为： 桩数为： 排列方式 等距离梅花形或行列式 间距241daaAn116第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 4、砂桩长度及灌砂量 砂桩长度l0 软弱土层不太厚，砂桩一般

8、应穿过松软土层，即基底至松软土层底面的距离； 松软土层很厚，可按桩底土的承载力确定； 每根砂桩的砂量 设加固后地基土和砂桩的孔隙相同，则： zhzhhzh210laqeG1117第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 砂桩施工 地基检验 砂桩必须上下连续，确保设计长度；每单位长度砂桩投砂量应保证；砂桩位置的允许偏差不大于一个砂桩直径，垂直度允许偏差不大于1. 5；加固后地基承载力可用静载试验确定，桩体强度和桩间土质量可用标准贯入法或触探法检验。18第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法二、夯实法 适用于砂土地基及含水量在一定范围的软弱的粘性土地基或加固杂填土和黄土等 分层锤击夯实 机械碾压、振

9、动压实 分层锤击 重锤夯实法及强夯法（动力固结法）19第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 重锤夯实法 一种浅层处理方法； 利用起重机械将重锤（15kN）提到一定高度，然后自由下落，重复夯击地基，使表层一定范围内密实而提高强度； 适用于砂土、稍湿的粘性土、部分杂填土及湿陷性黄土等土层； 重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关； 一般含水量应尽量控制接近击实土的最佳含水量或控制在塑液限之间而稍接近塑限，也可由试夯确定含水量与锤击功能的规律，以求能用较少的夯击遍数达到预期的设计加固深度和密实度，从而指导施工； 重锤夯实法加固后的地基应经静载试验确定其承载力，需要时还应对软弱下

10、卧层及地基沉降进行验算。20第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 强夯法 利用较大的重锤（一般80kN400kN）从高处（一般8m20m）自由下落，对较厚的软弱土层进行强力夯实的地基处理方法； 一般适用于杂填土、砂类土、粘土类土、湿陷性黄土等地基的加固；对于饱和软粘土(淤泥及淤泥质土)也有成功的经验；21第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 强夯加固机理 重大夯锤下落对土层施加巨大冲击能量在地基土中产生很大的应力和冲击波，当作用于非饱和土时，随着夯击能量的转化土层发生强制压缩和振密；在饱和无粘性土时，随着孔隙水压力的增大，使土体产生不同程度的液化继而密实压缩。其压密机理同振动压密相似；对饱

11、和细粒土在夯击能量作用下土体产生超孔隙水压力，土颗粒间出现裂隙，形成排水通道，渗透性改变，随着孔隙水压力消散土开始密实，抗剪强度、变形模量增大。有记录说明粘性土经强夯后，承载力可提高100300，粉砂土近400，砂土200400； 影响强夯有效深度的因素有锤重和落距、地基土性质、土层分布、地下水位以及其他有关设计参数；MhH22第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 振动水冲法 振冲器产生水平向振动力(40kN90kN)作用于周围土体；同时从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁； 适用于砂土和粘粒含量少于510

12、的土类；23第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 1、对砂性土地基 振动力除直接将砂层挤压密实外，还向饱和砂土传播加速度，因此在振冲器周围一定范围内砂土产生振动液化。液化后的土颗粒在重力、上覆土压力及外添填料的挤压下重新排列变得密实，孔隙比大为减小，从而提高地基承载力及抗震能力； 2、对粘土地基 软粘性土透水性很低，振动力并不能使饱和土中孔隙水迅速排除而减小孔隙比，振动力主要是把添加料振密并挤压到周围粘土中去形成粗大密实的桩柱，桩柱与软粘土一起组成非均质体（复合地基）。24第三节第三节 挤（压）密法挤（压）密法 振冲桩的设计计算 对砂性土类似于挤密砂桩的计算，即根据地基土振冲挤密前后孔隙比进

13、行； 对粘性土地基应按复合地基理论进行； 地基检验 振冲法加固砂性土地基，宜在加固半个月后进行效果检验，粘性土地基则至少要个月才能进行； 可采用静载试验、标准贯入试验、静力触探或土工试验等方法。25第五节第五节 搅拌桩法搅拌桩法( (深层搅拌桩深层搅拌桩) )与灌浆胶结法与灌浆胶结法 在软土地基土中渗入水泥、石灰等，用喷射、搅拌等方法便与土体充分混和固化；或把些能固化的化学浆液(水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等)注入地基土孔隙，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的，因此又统称为化学加固法； 所用化学加固材料可分为粉体类(水泥、石灰粉末)，浆液类(水泥浆及其他化学浆液)； 类型有搅拌桩法(粉体喷

14、射搅拌桩、水泥浆搅拌桩、高压旋喷桩)及胶结法(硅化法、水泥灌注法)两类。26第五节第五节 搅拌桩法搅拌桩法( (深层搅拌桩深层搅拌桩) )与灌浆胶结法与灌浆胶结法一、粉体喷射搅拌(桩)法 粉体喷射搅拌法是将石灰或水泥粉末通过特制的粉体喷搅施工机械喷入需要加固的软土地基中，经过由下而上逐步喷搅使软土中形成结硬的桩柱而得到加固； 粉体喷搅法不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比； 采用石灰粉体喷搅加固软粘土，其原理与公路常用的石灰加固土基本相同；27第五节第五节 搅拌桩法搅拌桩法( (深层搅拌桩深层搅拌桩) )与灌浆胶结法与灌

15、浆胶结法 水泥搅拌加固软粘土的原理是在加固过程中发生水泥的水解和水化反应；水泥水化生成钙离子与土粒的钠离子交换使土粒形成较大团粒；硬凝反应。这些反应使土颗粒形成凝胶体和较大颗粒；颗粒间形成蜂高状结构；生成稳定的不溶于水的结晶化合物，从而提高软土强度； 石灰、水泥粉体加固形成的桩柱的力学性质变动幅度相差较大，取决于软土特性、掺加料种类、质量、用量、施工条件及养护方法等。石灰用量一般为干土重的615，软土含水量以接近液限时效果较好；水泥掺入量一般为干土重的5以上(715)。粉体喷搅法形成的粉喷桩直径为50cm100cm，加固深度可达10m30m。28第五节第五节 搅拌桩法搅拌桩法( (深层搅拌桩深

16、层搅拌桩) )与灌浆胶结法与灌浆胶结法二、水泥浆搅拌(桩)法 水泥浆搅拌桩是利用特制的深层搅拌机械由下而上逐步搅拌将软土与喷射的水泥浆强制拌和，使软土结硬成桩柱而得到加固； 加固形成桩柱体强度与加固时所用水泥标号、用量、被加固土含水量等有密切关系，应在施工前通过现场试验取得有关数据。一般用425号水泥，水泥用量为加固土干容重215。29第六节第六节 复合地基复合地基 是指由两种不同刚度(或模量)的材料(不同刚度的加固桩柱体与桩间土)所组成，两者共同分担上部荷载并协调变形的地基。 适用于地基中加固桩柱体为非刚性体如由松散材料所构成的碎石桩、挤密砂桩等，也适用于由非松散材料构成的桩(或称柔性桩)，

17、如石灰桩、深层搅拌水泥桩、旋喷桩等。30第六节第六节 复合地基复合地基一、复合地基承载力的计算 先分别确定桩柱体及桩柱间土的承载力，然后按一定的原则叠加得到复合地基承载力。 应力比法 假定加固桩柱体和软弱地基土在刚性基础下，在荷载作用下，基底平面内桩柱体和地基土的沉降相同，由于桩柱体的变形模量大于土的变形模量，根据虎克定律，荷载向桩柱体集中而在土上荷载降低。spEEn 31第六节第六节 复合地基复合地基ssppApApApspppn spAAm ppnnmp11 ppnmp11 pffpnnmp11 pffpnmp11 32第六节第六节 复合地基复合地基 面积比法 为桩间土支承力发挥系数，一般取0.51.0。sfpffpmmpp1sfpffpmmpp133第六节第六节 复