第九章 地基处理

1、2022-4-221第九章第九章 地基处理地基处理2022-4-222各类建筑物地基需要解决的问题v地基的强度与稳定性问题v地基的变形问题v地基的渗漏与溶蚀问题v地基振动液化v凡建筑物的天然地基，存在这四个问题之一时，必须进行地基处理，以确保工程安全v2002年颁布规范，要求地基处理做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量2022-4-223 地基处理的目的地基处理的目的 利用换填、夯实、挤密、排水、胶利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性：用以改良地基土的工程特性：v1)提高地基的抗剪切强度提高地基

2、的抗剪切强度v2)改善地基的变形性质改善地基的变形性质v3)改善地基的渗透性和渗透稳定改善地基的渗透性和渗透稳定 v4)提高土的坑震性能提高土的坑震性能v5)消除黄土的湿陷性，膨胀土的胀缩性。消除黄土的湿陷性，膨胀土的胀缩性。 承载力、稳定沉降、不均匀沉降渗透破坏液化、隔振、减小振幅2022-4-224地基处理对象v软弱地基v不良地基2022-4-225淤泥及淤泥质土(软土)冲填土杂填土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：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高具有明显的流变性具有明显的流变性淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土

3、：1.5 e1.0软土软土软弱地基粘土颗粒粘土颗粒以粉土或粉细砂为主的以粉土或粉细砂为主的强度低、压缩性高的欠固结土强度低、压缩性高的欠固结土建筑垃圾、建筑垃圾、生活垃圾和生活垃圾和工业废料工业废料结构松散结构松散分布无规律分布无规律极不均匀极不均匀承载力低承载力低沉降和差异沉降和差异沉降较大沉降较大沉降历时长沉降历时长液化液化2022-4-226淤泥及淤泥质土(软土)冲填土杂填土上海上海天津天津温州温州连云港等沿海地区连云港等沿海地区宁波宁波和昆明、武汉等内和昆明、武汉等内陆地区陆地区软弱土的分布分布在沿海江分布在沿海江河两岸地区河两岸地区分布最广分布最广历史悠久的城市，历史悠久的城市，杂填

4、土厚度大杂填土厚度大天津市有大面天津市有大面积海河冲填土积海河冲填土2022-4-227湿陷性黄土地基膨胀土地基黄土中含有大孔隙和易溶盐类黄土中含有大孔隙和易溶盐类不良地基湿陷湿陷蒙特石矿物蒙特石矿物吸水膨胀、失水收缩吸水膨胀、失水收缩泥炭土地基有机质含量有机质含量大于大于25%纤维状疏松结构、纤维状疏松结构、高压缩性土高压缩性土多年冻土地基高寒地区，含高寒地区，含 有固态水，且有固态水，且冻结状态持续二年或二年以上冻结状态持续二年或二年以上需专门研究需专门研究岩溶与土洞地基对建筑物影对建筑物影响很大响很大山区地基地质条件复杂地质条件复杂地基的不均匀性地基的不均匀性和场地的稳定性和场地的稳定性

5、饱和粉细砂与粉土强烈地震下强烈地震下液化液化2022-4-228地基处理方案的确定v搜集详勘资料和地基基础设计资料。v论证地基处理的必要性v调查本地区地基处理经验与施工条件v初选几种可行方案v选择最佳方案v现场试验2022-4-229地基处理施工注意事项v技术交底与质量监理v做好监测工作v处理效果检验2022-4-2210地基处理方法v1. 机械压实法v2. 强夯法v3. 换填垫层法v4. 预压固结法v5. 挤密法v6. 振冲法v7. 化学加固法v8. 托换技术2022-4-22119.2 机械压实法v如建筑地基土质疏松，最简便的处理方法是将天然土压实。v最优含水率：粘性土在某种压实功能作用下

6、，达到最密时的含水率。2022-4-2212分层辗压法压路机，推土机或羊足碾等压路机，推土机或羊足碾等适用于地下水位以上，大面积回填压实，适用于地下水位以上，大面积回填压实，也可用于含水率较低的素填土或杂填土也可用于含水率较低的素填土或杂填土地基，如堤坝、路基等地基，如堤坝、路基等用用80-120kN的压路机辗压杂填土，压实的压路机辗压杂填土，压实深度为深度为30-40cm，承载力，承载力80-120kPa振动压实法振动机械振动松散地基，土颗粒移动振动机械振动松散地基，土颗粒移动到稳固位置，减小孔隙而压实。到稳固位置，减小孔隙而压实。适用于松散状态的砂土、砂性杂填土，适用于松散状态的砂土、砂性

7、杂填土，含少量粘性土的建筑垃圾、工业废料和含少量粘性土的建筑垃圾、工业废料和炉灰填土地基。炉灰填土地基。处理有效深度可达处理有效深度可达1.5m，压实后的地基，压实后的地基承载力为承载力为100-120kPa2022-4-2213蛙式夯柴油冲击夯蛙式夯振动碾平板振动夯拖式羊足碾2022-4-22149.3 强夯法v用巨锤、高落距、对地基施加强大的冲击能，强制压实地基，图9.2v动力压密机理：加固多孔隙、粗颗粒，非饱和土。夯击能使气相体积减小。v动力固结机理：加固细粒饱和土。破坏土的结构，使土体局部液化并产生裂隙，作为排水通道，加速土的固结v动力置换机理：加固淤泥。将碎石整体挤入淤泥形成整式置换

8、，或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。2022-4-2215适用范围v适用于也隙大而疏松的碎石土，砂土及建筑垃圾，也适用于低饱和度粉土、粘性土、湿陷性黄土和素填土。v对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其对软粘土地基，采用动力固结机理强夯法要慎重。v对周围建筑的影响v距夯击点30m以外，为相对安全区，15m以内为明显振动区,或必须在邻近建筑物处进行强夯时，应采取防振措施（挖隔振沟。）2022-4-2216提高地基承载力深层加固地基可提高可提高1-5倍，倍，fak=180-250kPa效果有效加固深度为有效加固深度为5-10m，高能量台夯，高能量台夯法可超过法可超过10m消除液化消除湿陷性饱和疏松粉细砂饱和

9、疏松粉细砂减小沉降量密度增大，孔隙比减小，压缩密度增大，孔隙比减小，压缩系数降低，沉降量可减小数倍，系数降低，沉降量可减小数倍，并解除不均匀沉降的危害并解除不均匀沉降的危害2022-4-2217优缺点v优点v设备简单、工艺方便、原理直观v应用范围广，加固效果好。v人员少，施工速度快v不消耗水泥，钢材等，费用低v缺点v振动大，有噪音，在市区密集建筑区难以采用。v理论不成熟，需采用现场试夯才能确定夯击参数v强夯的振动对周围建筑物的影响研究还不够2022-4-22189.4 换填垫层法换填垫层法v 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、碎石垫层、粉煤

10、灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。v 该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层与低洼区域的填筑。一般处理深度为23m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。2022-4-22192022-4-22202022-4-2221（1）垫层的厚度）垫层的厚度z： 应根据垫层底部下卧层的承载力确定，(一般应大于0.5m，小于3m）并符合下式： pz + pcz faz （4 -2-2）式中：pz 相当于荷载效应标准组合时，垫层底面处 的附加应力，kPa； pcz

11、垫层底面处的自重应力，kPa； faz 经深度修正后垫层底面处土层的地基 承载力特征值，kPa。 其中pz设按下式计算：2022-4-2222垫层设计计算模型垫层设计计算模型z：垫层厚度d：基础埋深附加压力曲线bPz:垫层底面压力h：垫层埋深Pzb扩散角2022-4-22239.5 预压固结法预压固结法 v其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沉降速率。v排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，也可设置砂井

12、、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法v可处理深厚的淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘性土地基。2022-4-2224 (1)堆载预压法堆载预压法 v在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。v临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。v为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。如粘土层较薄，透水性较好，也可单独采用堆载预压法。v适用于软粘土地基。2022-4-2

13、2252022-4-2226砂井砂井v(包括袋装砂井、塑料排水带等) 在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。v适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。2022-4-2227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2022-4-2228(2)真空预压法真空预压法 v在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。v适用于能在加固区形成(包括采取措施后

14、形成)稳定负压边界条件的软土地基。2022-4-2229工程实例（武钢工业港软基处理工程）（武钢工业港软基处理工程） ：工艺流程：2022-4-22301.清淤整平场地 抽水清淤，然后填筑整平； 原地面应清除杂草、树根等杂物，对于场地中的粗大石块等影响插板作业的障碍应予以清除；该工序是第一道，但可以分块与其他工序交叉作业。作业前要测绘大比例尺地形图，以利工程计量的准确。造地平台要达到设计高程，才能保证效果。2022-4-22312.砂垫层铺筑 砂垫层铺筑须做到厚度均匀，先铺设30cm厚中粗砂垫层，打设塑料排水板后再铺设20cm中粗砂垫层；摊铺砂垫层时应尽量减少对地基的扰动，尽量避免泥土、杂物等

15、混入砂层，厚度的误差不能太大。2022-4-22323.塑料排水板施工 采用插板机将塑料排水板打设到设计规定深度，并做好详细记录；铺设第二层20cm砂垫层前将打设好的塑料排水板端部回折入砂垫层中。2022-4-22332022-4-22344.布置抽真空主滤管2022-4-22355.铺设无纺土工布 抽真空管道铺设完毕后，应拣除砂垫层表面的尖棱小石子、尖锐贝壳及其它杂物；埋设完真空表测头及其它观测仪器后，在砂垫层上铺设无纺土工布一层，以保护密封膜。土工布要求采用克重不小于250g/m2的无纺土工布；加固区边缘预留一定宽度的土工布，使其能在周边密封沟处起到保护密封膜作用； 2022-4-2236

16、6.铺设密封膜 将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟并压实；2022-4-22376.铺设密封膜 将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟并压实；2022-4-22386.铺设密封膜 将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟并压实；2022-4-22396.铺设密封膜 将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出

17、5m左右，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟并压实；2022-4-22407.出膜连接及抽真空系统安装 抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；2022-4-22417.出膜连接及抽真空系统安装 抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；2022-4-2242(4)真空真空-堆载联合预压法堆载联合预压法v 当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。v适用于软粘

18、土地基。2022-4-2243砂石桩法挤密松散砂土、素填土和杂填土等挤密松散砂土、素填土和杂填土等砂性土加固机理砂性土加固机理挤密挤密施工方法：施工方法：p443土桩挤密法机械成孔，将素土分层填入孔中，压实机械成孔，将素土分层填入孔中，压实适用于地下水位以上的湿陷性黄土、素适用于地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等，处理深并为填土和杂填土等，处理深并为5-15m9.6 挤密法粘性土加固机理粘性土加固机理置换，形成复合地基置换，形成复合地基灰土桩挤密法以提高地基的承载力或水稳定性为主要以提高地基的承载力或水稳定性为主要目的。目的。2022-4-2244 振冲法是利用一个振冲器，在高压水振冲

19、法是利用一个振冲器，在高压水流的作用下边振边冲，使松砂地基变密；流的作用下边振边冲，使松砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的土构成复合地基。土构成复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法的加固机在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是理是不同的。在砂土中主要是振动挤密振动挤密和和振动液化作用振动液化作用；在粘性土中主要是；在粘性土中主要是振冲置振冲置换作用换作用，置换的桩体与土组成复合地基。，置换的桩体与土组成复合地基。9.7振冲法振冲法2022-4-2245它

20、是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心轮，它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心轮，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振动边水冲的综合作用下，将振冲嘴喷射高压水流，在边振动边水冲的综合作用下，将振冲器沉到土中设计预定深度，经过清孔后，就可从地面向孔器沉到土中设计预定深度，经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填入碎石中逐段填入碎石,每段填料均在振动作用下逐渐振挤密实，每段填料均在振动作用下逐渐振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料

21、和振密，直到设计预定的桩顶或至地面，从而在地基中形成一根大直到设计预定的桩顶或至地面，从而在地基中形成一根大直径的很密实碎石桩体。直径的很密实碎石桩体。2022-4-2246v干振碎石桩技术是对振冲碎石桩的直接改进，干振碎石桩技术是对振冲碎石桩的直接改进，即以无射水干振的即以无射水干振的“振孔器振孔器”取代振动加水取代振动加水冲的冲的“振冲器振冲器”造孔和制桩，利用造孔和制桩，利用“振孔器振孔器”的水平振动力和自重成孔、挤密碎石而成干的水平振动力和自重成孔、挤密碎石而成干振碎石柱。从而避免泥水污染环境及非饱和振碎石柱。从而避免泥水污染环境及非饱和土遭水浸的缺点。干振法的土遭水浸的缺点。干振法的

22、“振孔器振孔器”构造构造见图。见图。2022-4-2247沉管碎石桩v 振挤碎石桩也称振动沉管碎石桩，它采用振振挤碎石桩也称振动沉管碎石桩，它采用振动沉管打桩机为主要机具，是模仿挤密砂桩动沉管打桩机为主要机具，是模仿挤密砂桩工艺制造的碎石柱。工艺制造的碎石柱。2022-4-22482022-4-22492022-4-2250工程应用v（1）处理多层建筑物的松砂地基，提高地基的承载力，减少沉降。v（2）处理堤坝可液化的细粉砂地基。v（3）处理其他类建筑物的可液化地基。2022-4-22519.8 化学加固法2022-4-2252v利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌，形成坚硬的拌和拄体，与原地层共同形成复合地基。v适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。深层水泥土搅拌法深层水泥土搅拌法2022-4-2253(a)定位定位 (b)喷浆