第五章地基处理

1、5/21/2022第第 5 章章地基处理地基处理5/21/2022内容提要5.1 概述 基础是指建筑物向地基传递荷载的下部结构，它具有承上启下的作用。它处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的内力（轴力、剪力和弯矩），另外，基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。 地基是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地。建筑物的地基所面临的问题有以下五方面： 强度及稳定性问题；压缩及不均匀沉降问题； 渗漏问题；液化问题；特殊土的特殊问题。5/21/20225/21/2022 地基处理的优劣，关系到整个工程的质量、造价与工期，地基处理的意义已被越来越多的人所认识

2、。地基处理要做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量和保护环境。 根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、环境情况和对邻近建筑的影响等因素进行综合分析，初步选出几种可供考虑的地基处理方案，包括选择两种或多种地基处理措施组成的综合处理方案。5/21/20225.2.1 地基处理原理 地基处理是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和化学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。地基处理的原理主要有以下几点：（1）提高地基的抗剪切强度（2）降低地基的压缩性（3）改善地基的透水特性 （4）改善地基的动力特性 （5）改善特殊土的不良地基特性5.2 地基

3、处理原理和方法分类5/21/2022（1）换填法5.2.2 地基处理方法分类 （2）密实法 （3 ）复合地基法真空预压强夯法堆载预压（4）深层搅拌法（5）加筋法（6）灌浆法（1）换填法 （2）密实法真空预压（1）换填法 （2）密实法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法强夯法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法强夯法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法 （3 ）复合地基法强夯法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法（4）深层搅拌法 （3 ）复合地基法强夯法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法（5）加筋法（4）深层搅拌法 （3 ）复合地基法强夯法堆载预压真空预压（1）换

4、填法 （2）密实法（6）灌浆法（5）加筋法（4）深层搅拌法 （3 ）复合地基法堆载预压真空预压（1）换填法 （2）密实法（1）换填法 （2）密实法真空预压 （2）密实法堆载预压真空预压 （2）密实法堆载预压真空预压 （2）密实法堆载预压真空预压 （2）密实法 （3 ）复合地基法堆载预压真空预压 （2）密实法（1）换填法 （3 ）复合地基法堆载预压真空预压 （2）密实法（4）深层搅拌法（1）换填法 （3 ）复合地基法堆载预压真空预压 （2）密实法（5）加筋法（4）深层搅拌法（1）换填法 （3 ）复合地基法堆载预压真空预压 （2）密实法（6）灌浆法（4）深层搅拌法（1）换填法 （3 ）复合地基法

5、（2）密实法（1）换填法 （2）密实法（1）换填法 （2）密实法（1）换填法 （2）密实法（1）换填法 （2）密实法 （2）密实法 （2）密实法 （3 ）复合地基法5/21/2022 换填垫层法是先将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，再换填其他无侵蚀性、低压缩性和强度大的散体材料，经过分层夯实，作为地基的持力层。 它是一种较简易的浅层软弱地基及不均匀地基的处理方法，并已得到广泛的应用，常用于处理轻型结构、地坪、堆料场及道路工程等。对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，均可采用换填法进行处理。此时保持建筑地基整体变形均匀是应遵循的最基本的原则。5/21/20

6、22（1）提高地基承载力。（2）减小地基沉降量。（3）加速软土的排水固结。（4）防止冻胀。（5）消除膨胀土的胀缩作用。（6）消除湿陷性黄土的湿陷性。5.3.1 垫层的作用5/21/2022（1）垫层的厚度 合理确定垫层厚度是垫层设计的主要内容。通常根据土层的情况确定需要换填的深度。 对于浅层软土厚度不大的工程，应置换掉全部软土。对需换填的软弱土层，首先应根据垫层的承载力确定基础的宽度和基底压力，再根据垫层下卧层的承载力，假设垫层的厚度z（图5.1）5.3.2 垫层的设计5/21/2022图5.1垫层的尺寸设计5/21/2022并复核下式： azczzfpp 式中：pz相应于荷载效应标准组合时，

7、垫层底面处的附加压力值（kPa）; pcz垫层底面处土的自重压力值（kPa）； paz垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）.5/21/2022tan2)(ckzzbppbp)tan2)(tan2()(ckzzlzbppblptan2)(ckzzbppbp)tan2)(tan2()(ckzzlzbppblp垫层底面处的附加压力值可按扩散角法计算，即 条形基础 矩形基础 式中：b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；l矩形基础底面的长度（m）；pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；pc基础底面处土的自重压力值（kPa）；垫层的压力扩散角（），宜通过试验确定，当

8、无试验资料时，可按表5.1采用。tan2)(ckzzbppbp)tan2)(tan2()(ckzzlzbppblp5/21/2022 换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520628 0.503023表5.1压力扩散角（）注：1）当z/b0.25，除灰土取=28外，其余材料均取=0，必要时，宜由试验确定；2）当0.25 z/b0. 5时，值可内插求得。 换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520628 0.503023 换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿

9、渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520628 0.503023 换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520628 0.5030235/21/2022 （2）垫层的宽度确定垫层宽度时，除应满足应力扩散条件外，还应考虑垫层应有足够的宽度及侧面土的强度条件，防止垫层材料向侧边挤出而增大垫层的竖向变形量。最常用的方法依然是按扩散角法计算，即垫层的底部宽度应按下式计算，或根据当地经验确定。 (5.4) tan2zbb 式中：垫层的压力扩散角（），可按表5.1采用；当z/b0.25时，仍按表中z/b0.25取值。当时，垫层厚度较大，按扩散角确定垫层的底宽

10、较宽，而按垫层底面应力分布计算值分布的应力等值线在垫层底面处的实际分布则较窄。当二者差别较大时，也可根据应力等值线的形状将垫层剖面做成倒梯形，以节省换填的工作量。当基础荷载较大，或对沉降要求较高，或垫层侧边土的承载力较差时，垫层底宽可适当加大。另外，整片垫层也可根据施工的要求适当放宽。5/21/2022 （3）垫层地基的承载力经换填处理后的地基，由于理论计算方法尚不够完善，或由于较难选取有代表性的计算参数等原因，而难于通过计算准确确定地基承载力。因此，地基处理规范强调经换填垫层处理后的地基承载力宜通过试验、尤其是通过现场原位试验确定，并应进行下卧层承载力的验算。对于丙级建筑物及一般不太重要的、

11、小型的、轻型或对沉降要求不高的工程，在无试验资料或经验时，当施工达到地基处理规范要求的压实标准后，可以参考表5.2所列的承载力特征值取用。5/21/2022施 工 方 法换 填 材 料 类 别压 实 系 数C承载力特征值faK (kPa)碾 压 或 振 密 碎石、卵石0.940.97200300砂夹石(其中碎石、卵石占全重的30%50%)200250土夹石(其中碎石、卵石占全重的30%50%)150200中砂、粗砂、砾砂150200粘性土和粉土( 8 Ip 14)130180灰土0.930.95200250重 锤 夯实土或灰土0.930.95150200表5.2 各种垫层的承载力5/21/20

12、22（4）垫层地基的变形验算 垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成。粗粒换填材料的垫层在施工期间垫层自身的压缩变形已基本完成，且量值很小。因而对于碎石、卵石、砂加石、砂和矿渣垫层，在地基变形计算过程中，可以忽略垫层自身部分的变形值。 但对于细粒材料的尤其是厚度较大的换填垫层，则应计入垫层自身的变形。有关垫层的模量应根据试验或当地经验确定。地基变形计算应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响。 另外，下卧层顶面承受换填材料本身的压力超过原天然土层压力较多的工程，地基下卧层也将产生较大的变形。如工程许可，宜尽早换填，以使由此引起的大部分地基变形在上部结构施工前完成，并应考虑其附加的荷载

13、对建筑及邻近建筑的影响。5/21/20225.3.3 垫层的材料选择及质量检验（1）垫层的材料选择垫层可选用下列材料：1) 砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不超过总重的45%），且应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。2) 粉质粘土。土料中有机质含量不得超过5%，也不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50 mm。3) 灰土。体积配合比宜为2：8或3：7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15 mm。4) 粉煤灰。可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。5/21/20225

14、）矿渣。垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。矿渣的稳定性是其能否适用于做换填垫层材料的最主要性能，设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。6）其他工业废渣。在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和反射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。7）土工合成材料。由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和地基土条件，按照土工合成材料应用技术规当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具

15、有良好的透水性。5/21/2022（2）垫层的检验 对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验； 对砂石、矿渣可用重型动力触探试验检验。并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为合格标准。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。 垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。采用环刀法取样时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。检验点数量，对大基坑每50 100m2不应少于1个检验点；对基槽每10 20m不应少于一个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验时，每分层检验点的间距

16、应小于4m。5/21/20225.3.4 垫层的施工（1）施工机械 垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯。砂土等宜用振动碾。粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯。矿渣宜采用平板振动器或平碾或振动碾。（2）铺填厚度 垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200 300 mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。5/21/2022（3）控制含水量 粉质粘土和灰土垫层土料的施工含水量

17、宜控制在最优含水量的范围内；当使用振动碾压时，可适当放宽下限范围值，最优含水量可通过击实试验确定；在缺乏试验资料时，也可近似取0.6倍液限值，或按照经验采用塑限的范围值作为施工含水量的控制值 。（4）其他注意事项 1）基坑开挖时应避免坑底土层受扰动 2）换填垫层施工应注意基坑排水 3）垫层底部宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面应挖 成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。 4）铺设土工合成材料时，下铺地基土层顶面应平整，防止土工合成材料被刺穿、顶破。5/21/20225.4 排水固结法 排水固结法是在建（构）筑物建造前，利用地基排水固结的特性，对建（构）筑物地

18、基进行加荷预压，使土体提前完成固结沉降，增加地基强度的一种软土地基加固措施。 排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。它们广泛分布于我国东南沿海、内陆山间盆地和河湖沉积区，具有含水量大、压缩性高、强度低、透水性差等特点。排水固结法是处理该种软粘土地基的有效方法之一。适用的建(构)筑物加固地基包括飞机跑道、铁路和公路路堤、仓库、罐体及轻形建筑物等。5/21/20225.4.1 排水固结法原理与应用 （1）排水固结法原理 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。排水固结法的排水系统和加压系统就是改变地基应力场中的总应力和孔隙水压

19、力u来达到增大有效应力、压缩土层的目的。根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置垂向排水体。 实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。（2）排水固结法的应用 在实际应用中，排水固结法的排水系统

20、包括竖向排水体和水平排水体，其作用是改善地基排水边界条件，增强土层的排水固结效果。根据固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，土层越厚，固结延续的时间越长。为了加快土层的固结速度，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。设置砂井、塑料排水板（袋）等竖向排水体，以及砂垫层水平排水体就是具体的排水手段。5/21/20225.4.2 砂井堆载预压法设计(1） 砂井或塑料排水带（板）尺寸、间距、排列方式和深度的确定竖向排水体分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水带（板）。砂井直径和间距，主要取决于粘性土层的固结特性和施工期限的要求。研究表明，即使砂井直径很小，如只有3cm的理想井，对加

21、速固结也是极其有效的。所以原则上以采用“细而密”的方案较好。塑料排水带（板）的当量换算直径可按下式计算：)(2bdp(5.5)图5.2 竖井排列形 (a) 等边三角形； (b) 正方形5/21/2022式中：dp塑料排水带（板）当量换算直径(mm)； b塑料排水带（板）宽度(mm)； 塑料排水带（板）厚度(mm)。 竖向排水体（竖井）的平面布置可采用等边三角形或正方形排列，图5.2所示。当竖井为正方形排列时，竖井的有效排水范围为正方形，而等边三角形排列时则为正六边形，在该有效范围内的水均通过位于其中的竖井排出。竖井的有效排水直径de与竖井间距的关系为：llde13. 1 4 (5.7)(5.6

22、)llde05. 1 32等边三角形排列 正 方 形 排 列5/21/2022 排水竖井的间距l可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。设计时，竖井的间距l可按井径比n选用（n=dedw，dw为竖井直径，对塑料排水带可取dwdp，）。塑料排水带（板）或袋装砂井的间距可按n1522选用，普通砂井的间距可按n68选用。 排水竖井的深度应根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度至少应超过最危险滑动面2.0m。对以变形控制的建筑，竖井深度应根据在限定的预压时间内需完成的变形量确定。5/21/2022(2）排水砂垫层材料和厚度的确定 在竖井顶

23、面应铺设排水砂垫层，以连通砂井、塑料排水带等竖向排水体，引出从土层排入竖向排水体的渗流水。建筑地基处理技术规范规定，砂垫层厚度应小于500mm，砂垫层砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于3，砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石。砂垫层的干密度应大于1.5g/cm3，其渗透系数宜大于110-2cm/s。(3）预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间的确定 在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。当这种剪应力大于软土地基的抗剪强度时，地基将剪切破坏。为此，堆载预压需进行分级加荷，等到前期荷载作用下地基强度增加到足以满足下一级荷载时，方可施加下一级荷载，直至加到设计荷载。5/21/2022(4

24、)地基土的固结度计算固结度计算是堆载预压处理地基中的重要内容，可根据各级荷载下不同时间的固结度，推算地基强度的增长值，分析地基的稳定性，确定相应的加荷计划，估算加荷期间地基的沉降量，确定预压荷载的期限等。 1)瞬间加荷条件下砂井地基固结度的计算如图5.3所示为堆载预压砂井地基处理，每个砂井影响范围内的柱体可用等面积的圆柱体来代表。等效圆柱体直径为de，高度为2H，砂井直径为dw，饱和软粘土层上、下面均为排水面，在加荷条件下，土层中的孔隙水沿径向和竖向渗流，土层固结。图5.3 砂井地基固结度计算模型5/21/2022瞬间加荷砂井固结理论有假设条件:每个砂井的有效影响范围为圆柱体，且不计砂井施工过

25、程中所引起的涂抹作用； 在影响范围水平面积上的荷载是瞬时施加且均布的； 土体仅有竖向压密变形，土的压缩系数和渗透系数是常数； 土体完全饱和，加荷开始时，荷载所引起的全部应力由孔隙水承担，固结过程就是土中孔隙水排出的过程。 现设圆柱体内任意点(r，z)处的孔隙水压力为u，水平向渗透系数为kh，竖向渗透系数为kv，则固结微分方程为r 12222urruCzuCtuhv(5.11) 式中： t时间 Cv竖向固结系数； Ch径向固结系数(或称水平向固结系数)。5/21/2022式(5.11)可用分离变量法求解，将式(5.11)可分解为竖向固结和径向固结两个微分方程，如下两式，即22zuCtuzvzr

26、122rrhrurruCtu(5.12)(5.13) 将上两式分别求解，得到竖向排水平均固结度和径向排水平均固结度，然后再求出在竖向排水和径向排水联合作用下的整个砂井影响范围内土柱体的平均总固结度。(推导过程见教材)5/21/20222）多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度的计算(图5.6)在多级等速加荷条件下，改进的太沙基法可归纳为以下计算公式，即nntttrztppUUnn1)2(1（5.24）式中： 多级等速加荷，t时刻修正后的平均固结度； Urz瞬间加荷条件的平均固结度；tn-1、tn分别为每级等速加荷的起点和终点时间(从时间0点起算)，当计算某一级荷载加荷期间t时刻的固结度时，则tn改为

27、t； pn第n级荷载增量，如计算加荷过程中某一时刻t的固结度时，则用该时刻相对应的荷载增量。图图5.6多级等速加荷过程多级等速加荷过程tU5/21/2022 1955年，日本高木俊介针对任意变速加荷情况，提出了固结度计算方法。当0tT时，对于 而言的固结度为：PT0) 1dqUPUtt（5.26）式中，U(t-)瞬间加荷固结度理论解; q任意时刻t时的加荷速率; T加荷终点时间。5/21/20223）地基土的强度增长计算建筑地基处理技术规范给出了相似的计算方法，规定计算预压荷载下饱和粘性土地基中某点的抗剪强度时，应考虑土体原来的固结状态。对正常固结饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下式

28、计算：cutzfftUtan0(5.34)5/21/20224）地基土的沉降计算预压荷载下地基最终沉降量s由三部分组成，即瞬时沉降sd、固结沉降sc、和次固结沉降s0。表达式为：0sssscd(5.35) 固结沉降sc可采用分层总和法计算，即:iniiiicheees10 101 (5.36) 瞬时沉降sd的计算采用弹性理论公式。sd可按下式计算，即 ： )(21EpbCsdd(5.37) 5/21/2022次固结沉降s0根据下式计算：inittChs1*00lg(5.38) 如果在建筑物使用年限内，次固结沉降经判断可以忽略的话，则最终总沉降s可按下式计算，即在实际工程中，常采用经验算法，它考

29、虑了地基剪切变形及其他因素的综合影响，以固结沉降量sc为基准，用经验系数予以修正，得到预压地基的最终沉降量。建筑地基处理技术规范规定，预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算，即cdsssiniiiifheees10 101 (5.39) 5/21/20225.4.3 排水固结法的施工与质量检测（1）排水固结法的施工 1）堆载预压施工方法 从施工角度分析，要保证排水固结法的加固效果，主要做好以下三个环节：铺设水平排水垫层；设置竖向排水体和施加固结压力。 竖向排水体在工程中的应用有：普通砂井；袋装砂井；塑料排水带。 砂井施工要求：保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；尽量减小对周围土的扰动；

30、砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。 袋装砂井施工，袋装砂井是普通砂井的改良和发展。比较适应在软弱地基上施工；施工速度加快、工程造价降低，是一种比较理想的竖向排水体。5/21/2022 塑料排水带的施工，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，然后在地基面上加载预压，土中水沿塑料带的通道溢出，从而使地基土得到加固的方法。2)真空预压施工方法 真空预压是一种有效的加速软土地基排水固结的方法，该法不需要堆载，省略了加载和卸载的工序，真空法所产生的负压使地基土的孔隙水迅速排出，缩短了预压固结时间。同时，真空预压法所用的设备和施工工艺均比较简单，无需大量的大型设备，便于大面积施工。真空

31、预压的施工工艺 图5.75/21/2022真空预压的主要设备及要求如下：真空泵：普通真空泵和射流真空泵。真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵。水平向分布滤管：它的主要作用是，在抽真空过程中使真空度在整个加固区内分布均匀。水平向分布滤水管可采用条状、梳齿状及羽毛状等形式，滤水管布置宜形成回路。密封膜：常采用聚氯乙烯薄膜、聚乙烯专用薄膜等。密封膜的施工是真空预压加固法成败的关键问题之一，加工好的密封膜面积要大于加固场地面积，一般要求每边应大于加固区相应边24m。为了保证整个预压过程中的密封性，塑料膜一般宜铺设23层，并保证膜周边的密封性。如果采用真空一堆载联合预压时，应先进行抽真空，当达到设计要求并

32、稳定后，再进行堆载，并继续抽气，在膜上铺设土工编织布等保护材料。5/21/2022（2）质量检测1)施工过程质量检查和检测应包括以下内容：塑料排水带必须在现场随机抽样送往实验室进行性能指标的测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。对不同来源的砂井和砂垫层砂料，必须取样进行颗粒分析和渗透性试验。对于以抗滑稳定控制的重要工程，应在预压区内选择代表性地点预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土进行室内土工试验。对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。真空预压工程除应进行地基变形、孔隙水压力的监测外，尚应进行膜下真空

33、度和地下水位的量测。5/21/20222) 预压法竣工验收检验应符合下列规定：排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3点。5/21/20225.5 复合地基5.5.1 复合地基的概念与分类(1)复合地基的概念复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。复合地基中桩体与基础往往不是直接相连的，它们之间通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡；

34、而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。 由于复合地基的理论的最基本假定为桩与桩周土的协调变形。为此，从理论而言，复合地基中也不存在类似桩基中的群桩效应。5/21/2022(2)复合地基的分类根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。（a) 水平向增强体复合地基 （b) 竖向增强体复合地基图5-8 复合地基示意图5/21/2022桩体如按成桩所采用的材料可分为： 散体土类桩如碎石桩、砂桩等； 水泥土类桩如水泥土搅拌桩、旋喷桩等； 混凝土类桩树根桩、CFG桩等。桩体如按成桩后的桩体的强度（或刚度）可分为: 柔性桩散体土类桩属于此类桩； 半刚性桩水泥土类桩； 刚性

35、桩混凝土类桩。复合地基中的桩体为同一种材料的称为单一桩型复合地基。这类复合地基可以是桩径相同，而桩距和桩长不同。由两种或两种以上类型的桩组成的复合地基，称为多桩型复合地基。5/21/20225.5.2 5.5.2 复合地基的作用机理复合地基的作用机理复合地基的作用机理一般是以下一种或多种作用： (1)桩体作用 由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力将按材料模量进行分布。(2)垫层作用 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层，由于其性能优于原天然地基，它可起到类似垫层的换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。(3)加速固结作用 除碎石桩、砂桩具有良好的透水特

36、性，可加速地基的固结外，水泥土类和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。(4)挤密作用 如砂桩、土桩、石灰桩、砂石桩等在施工过程中由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用。(5)加筋作用 各种桩土复合地基除了可提高地基的承载力外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。5/21/20225.5.3 复合地基参数设计复合地基参数设计（1）面积置换率m在复合地基中，取一根桩及其所影响的桩周土所组成的单元体作为研究对象，桩体的横截面积与该桩体所承担的复合地基面积之比称为复合地基面积置换率m。桩体在平面上的布置常用的有：等边三角形、正方形和矩形布置。其面积置换率m为：2e2/

37、ddm (5.40) 式中：d桩体平均直径（m）； de根桩分担的处理地基面积的等效圆半(m)径，对三种布桩方式分别为等边三角形布桩 矩形布桩正方形布桩sd05. 1esd13. 1e21e13. 1ssd (5.41) (5.42) (5.43) 5/21/2022（2）桩土应力比n桩土应力比n是指复合地基中桩体的竖向平均应力与桩间土的竖向平均应力之比，它是复合地基的一个重要的设计参数，关系到复合地基承载力和变形的计算。 （3）复合土层压缩模量在复合地基计算中，为了简化，将加固区视作一均质的复合土体，那么与原非均质复合土层等价的均质复合土层的压缩模量称为复合土层压缩模量。 （4）复合地基承载

38、力复合求和法的计算公式根据桩的类型不同而有所不同。 1) 竖向增强体复合地基承载力计算 复合地基的极限承载力 可用下式表示：cfpsfpfcfpmkmpkp)1(2211(5.44) 5/21/2022对刚性桩复合地基和柔性桩复合地基，桩体极限承载力可采用类似摩擦桩极限承载力计算式计算，其表达式为按式(5.45)计算桩体极限承载力外，尚需计算桩身材料强度允许的单桩极限承载力，即散体材料桩在荷载作用下，桩体发生鼓胀，桩周土进入塑性状态，可通过计算桩间土侧向极限应力计算单桩极限承载力。其一般表达式可用下式表示：RLfSApiappf1（5.45） qppf（5.46） prupfKp（5.47）

39、5/21/20222)水平向增强体复合地基承载力计算 水平向增强体复合地基主要包括在地基中铺设各种加筋材料，如土工织物、土工格栅等形成的复合地基。 Florkiewicz认为基础的极限荷载是无加筋体的双层土体系的常规承载力和由加筋引起的承载力提高值 之和，即ffqqq0(5.48) 图5-9 水平向增强体复合地基上的条形基础5/21/2022复合地基中各点的视粘聚力值取决于所考虑的方向，其表达式（Schlosser和Long，1974）为采用极限分析法分析，地基土体滑动模式取Prandtl滑移面模式，当加筋复合土层中加筋体沿滑移面AC滑动时，地基破坏。此时，刚性基础竖直向下速度为 ，加筋体沿A

40、C面滑动引起的能量消散率增量为 忽略了ABCD区和BGFD区中由于加筋体存在（Cr0）能量消散率增量的增加。根据上限定理，可得到承载力提高值表示式如下：000cos)cos(sinrC (5.49)v0)()sin(cos000000ctgZvvCACDr)(0000ctgBZBvDqf (5.50) (5.51)5/21/20225）褥垫层的设置 为保证桩土共同承担荷载，减少基础底面的应力集中，基础底面与桩体顶部之间应设置褥垫层。褥垫层厚度一般在100 300mm，可采用中砂、粗砂、砾砂、碎石、卵石等散体材料。碎石、卵石宜掺入20% 30%的砂。另外，也可通过改变褥垫层的厚度，调整桩土荷载的

41、分担，通常褥垫层越薄，桩承担的荷载占总荷载的百分比越高，反之亦然。5/21/20225.5.45.5.4复合地基沉降计算复合地基沉降计算在各类复合地基沉降实用计算方法中，通常把沉降量分为二部分，如图5-10所示。加固区土体压缩量为，加固区下卧层土体压缩量为，则复合地基总沉降表达式为 sss12(5.52)图5-10 复合地基沉降计算模式5/21/2022的计算方法一般有以下三种:(1)复合模量法 采用分层总和法计算 ，表达式为 Ecs值可通过面积加权法计算或弹性理论表达式计算，也可通过室内试验测定。 面积加权表达式为(2)应力修正法在该法中，根据桩间土承担的荷载Ps，按照桩间土的压缩模量Es，

42、忽略增强体的存在，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量S1 1sniicsiiHEps11s1spcsEmmEE1ninilsssissisisHEpHEps11111(5.55) (5.53) (5.54) 5/21/2022(3)桩身压缩量法在荷载作用下，桩身压缩量为复合地基加固区下卧层土层压缩量通常采用分层总和法计算。在分层总和法计算中，作用在下卧层土体上的荷载或土体中附加压力是难以精确计算的。目前在工程应用上，常采用下述方法计算： 1)应力扩散法 2)等效实体法lEppspbopp2(5.56) 加固区加固区bb下卧层（b)下卧层（a) 图5-11下卧层附加应力计算（a）应力扩散法;（

43、b）等效实体法5/21/20225.6 强夯法强夯法 强夯法又名动力固结法或动力压实法(dynamic consolidation)，1969年首先由法国工程师梅纳提出。由于强夯法具有加固效果显著、适应土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节省材料、施工文明和施工费用低等优点，我国自20世纪70年代引进此法后迅速在全国推广应用。 从加固机理和作用来看，强夯法可分为动力夯实、动力固结和动力置换三种情况,其共同的特点是：破坏土的天然结构，达到新的稳定状态。5.6.1强夯法加固机理及适用范围5/21/2022（1）有效加固深度 强夯法创始人梅纳曾提出下式估算影响深度H：工程实践表明，上述梅

44、纳公式估算的有效加固深度往往偏大。因此，地基处理规范放弃修正后的梅纳公式，规定强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，在缺少试验资料或经验时，可按表5.7(见课本)预估。)m(MhH （5.61） 5.6.2强夯法参数设计5/21/2022（2）夯击次数 夯击次数是强夯设计中的一个重要参数。对于不同地基土来说夯击次数应不同。 （3）夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定。一般来说，由粗颗粒土组成的渗透性强的地基，夯击遍数可少些。反之，由细颗粒土组成的渗透性弱的地基，夯击遍数要求多些。（4）时间间隔 两遍夯击之间的时间间隔，应根据土中超静孔隙水压力的消散速率确定。但后者与土的类别、夯

45、点间距等因素有关。 （5）夯击点布置 夯击点位置可根据基础平面形状布置。夯击点间距，一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。（6）处理范围 强夯处理范围应大于建筑物基础范围。具体放大范围可根据建筑结构类型和重要性等因素考虑确定。 （7）试夯与检测 根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。 5/21/20225.6.3强夯法施工（1）强夯锤强夯锤的质量可取10 40 t，其底面形状宜采用圆形或多边形，锤底面积宜按土的性质确定，锤底静接地压力值可取25 40 kPa，对于细颗粒土锤底静接地压力宜取较小值。（2）起重机械施工机械宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。采

46、用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅助门架，或采用其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。 （3）施工前的准备工作施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置和标高等，并采取必要措施，以免因施工而造成损坏。5/21/2022（4）施工步骤 平整场地测量高程起重机就位测量夯前锤顶高程夯击重复上述步骤整平5.6.45.6.4强夯法的质量检验强夯法的质量检验首先检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应及时补夯或采取其他有效措施。强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行。检验方法应采用原位测试和室内土工试验。检验的数量应根据场地复杂程度和建筑物的重要

47、性确定。5/21/20225.7 5.7 其他地基处理方法其他地基处理方法5.7.1 5.7.1 深层搅拌法深层搅拌法（1）概述深层搅拌法加固软土地基是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和浆液或粉状的固化剂进行强制搅拌，经拌和的混合物发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体。5/21/2022 水泥土搅拌法使用的固化剂和外掺剂必须通过试验确定其合理的配比与加固土的强度值。固化剂的掺入量一般为加固土中的12%20%。当采用水泥作为固化剂，宜选用32.5号以上的普通硅酸盐水泥 水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤

48、泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。 进行深层搅拌法加固软土地基的设计时，除了一般常规的要求外，对下述各点也应予以特别的重视： 1)土质分析：有机质含量，可溶盐含量，总烧失量。 2)水质分析：地下水的酸碱度（pH）值，硫酸盐含量。5/21/2022 （2）加固型式的选择 相据目前的深层搅拌法施工工艺，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。 1）柱（桩）状：每间隔一定的距离打设一根搅拌桩。适合于独立柱基础和条形基础下的地基加固。 2）壁状：将相邻搅拌桩部分重叠搭接即成为壁状加固型式。适合于深基坑的软土边坡加固以及多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固。 3

49、）块状：对上部结构单位面积荷载大，对不均匀下沉控制严格的构筑物地基进行加固时可采用这种布桩型式。另外在软土地区开挖深基坑时，为防止坑底隆起和封底时也可采用块状加固型式。5/21/2022 （3）加固范围的确定 搅拌桩按其强度和刚度是介于刚性桩（钢筋混凝土预制桩、就地灌注桩）和柔性桩（砂性、碎石桩）之间的一种桩型，但其承载性能又与刚性桩相近。因此桩的布置与加固范围：水泥土搅拌桩平面布置可根据上部建筑对变形的要求，采用柱状、壁状、隔栅状、块状等处理形式。可只在基础范围内布桩。 （4）承载力计算 搅拌桩复合地基承载力特征值(kPa) 应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式估算：skpaspkfm

50、ARmf)1 ( (5.62)式中 桩间土承载力折减系数5/21/2022 水泥土桩单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时按下面两式估算：ppnnisipaAqlquR1pcuaAfR(5.63) (5.64) 式中 桩身强度折减系数，干法可取0.200.30；湿法可取0.250.33； 桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.40.6，承载力高时取低值。5/21/2022 （5）变形计算 水泥土搅拌桩复合地基的变形包括复合土层的压缩变形 与桩端下未加固土层的压缩变形 ； 1）搅拌桩复合土层的压缩变形 可按下式计算：spzzElpps2)(11spspEmmEE)1 ( (5.6

51、5) (5.66)式中：pz 搅拌桩复合土层顶面的平均附加压力值 (kPa)； pz1搅拌桩复合土层底面的平均附加压力值(kPa)； Esp搅拌桩复合土层的复合模量； Ep搅拌桩的压缩模量，可取(100200) 。对桩较短 或桩身强度较低者取低值，反之可取高值。2)桩端以下未加固土层的压缩变形s2的计算可按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的有关规定进行计算。 （6）深层搅拌法施工 1)将深层搅拌机就位对中，启动电机； 2)待搅拌头转动速度正常后，搅拌切土下沉，直至设计加固深 度； 3)制备水泥浆，将搅拌机向上提升，进行喷浆搅拌提升； 4)重复搅拌下沉，提升搅和，使水泥土搅拌均匀；

52、 5)搅拌机提出地面后，成桩完毕，关闭电源，移至新的桩位。5/21/2022（7）质量检验 水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。 质量检验的方法是：成桩7d后，浅部开挖桩头；检测均匀性，量测直径，检验量为总桩数的5%；成桩3d内可用轻型动力触探检查桩身的均匀性，竖向承载的竣工验收应采用载荷试验。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。5.7.25.7.2化学加固法化学加固法 化学加固法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其他化学浆液，通过灌注加入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理

53、和力学性质的地基处理方法。5/21/2022化学加固法高压喷射注浆法灌浆法(1) 灌浆法灌浆法的实质是把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或孔隙，经一定时间，浆液与原来松散的土粒或裂隙岩石胶结在一起，形成结构致密，强度大，防水防渗性能和化学稳定性好的“结石体”。灌浆的主要目的:防渗；堵漏；加固；纠正建筑物偏斜；维护边坡稳定等。 灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统，其后再按材料的主要特点细分为不稳定粒状浆材、稳定粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类，如图 5-12所示。5/21/2022水泥粘土浆等粘土浆稳定粒状浆材水泥砂浆等浆泥水不稳定粒状浆材.他其类素质木类胺酰稀丙类酯氨聚甲基丙

54、烯酸酯类类脂树氧环有机浆材硅酸盐无机浆材粒状浆材化学浆材图 5-12 浆液材料的选择应满足以下要求： 浆液应是真溶液而不是悬浊液； 浆液的凝胶时间可随意调节； 浆液的稳定性好； 浆液无毒无臭； 浆液容易清洗，无腐蚀性； 浆液固化时无收缩现象； 材料来源丰富、价格低廉。5/21/2022（2）高压喷射注浆法 高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为2040MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。 1）高压喷射注浆法的加固机理 喷射流性质 高压喷射流

55、破坏土体结构强度的最主要因素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋喷压力，一般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上。 高压喷射流可由三个区域所组成，即保持出口压力 的初期区域A、紊流发达的主要区域B和喷射水变成不连续喷流的终期区域C等三部分。喷射流在终期区域，能量衰减很大，不能直接冲击土体使土颗粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。 加固土的基本形状 (a)直径或长度旋喷固结体的直径大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。旋喷桩的设计直径见表5.8。5/21/2

56、0225/21/2022 方法 土质单管法二重管法三重管法粘性土0 N50.50.80.81.21.21.86 N100.40.70.71.11.01.611N 200.30.60.60.90.71.2砂性土0N 100.61.01.01.41.52.011 N200.50.90.91.31.21.821 N300.40.80.81.20.91.5表5.8 旋喷桩的设计直径(m)5/21/2022 (b）固结体形状：按喷嘴的运动规律不同而形成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状、扇形壁状等，同时因土质和工艺不同而有所差异。 （c）重量：固结体内部土粒少并含有一定数量的气泡，因此，固结体的重

57、量较轻，轻于或接近于原状土的密度。粘性土固结体比原状土轻约10%，但砂类土固结体也可能比原状土重10%。 (d)渗透系数：固结体内虽有一定的孔隙，但这些孔隙并不贯通，而且固结体有一层较致密的硬壳，其渗透系数达10-6cm/s或更小。 (e)强度：土体经过喷射后在横断面上中心强度低，外侧强度高。 影响固结体强度的主要因素是土质和浆材，一般在粘性土和黄土中的固结体，其抗压强度可达(510)MPa，砂类土和砂砾层可达(820)MPa，固结体的抗拉强度一般为抗压强度的1/51/10。 (f)耐久性：固结体的化学稳定性较好，有较强的抗冻和抗干湿循环作用的能力。 （g)单桩承载力：旋喷柱状固结体有较高的强

58、度，外形凸凹不平，因此有较大的承载力，固结体直径愈大，承载力愈高。 2）设计计算 承载力的计算 竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。初步设计时，初步设计时也可按下式估算：5/21/2022skpaspkfmARmf1（5.67）单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定。也可按式 (5.68)和(5.69)估算，取其中较小值： 式中fcu与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm的立方体)在标准养护条件下28d龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)； 桩身强度折减系数，可取0.33 n桩长范围内所划分的土层数； li桩周第i层土的厚度(m)；

59、 qsi桩周第i层土的侧阻力特征值(kPa)，可按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007)有关规定或地区经验确定。 Qp 桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)，可按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB50007)有关规定或地区经验确定。5/21/2022pcuaAfRppinisipaAqlquR1（5.68） （5.69）地基变形计算 桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值应按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007)有关规定计算，其中，复合土层的压缩模量可根据地区经验确定。防渗堵水设计 防渗堵水工程设计时，最好按双排或三排布孔形成帷幕（图5-13）。孔距应为1

60、.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5R0最经济。5/21/2022(b)双排布孔(a)三排布孔图5-13布孔孔距和旋喷注浆固结体交联图 相邻孔定喷连接形式见图5-14，其中: a)单喷嘴单墙首尾连接； b)双喷嘴单墙前后对接； c)双喷嘴单墙折线连接； d)双喷嘴双墙折线连接； e)双喷嘴夹角单墙连接； f)单喷嘴扇形单墙首尾连接； g)双喷嘴扇形单墙前后对接； h)双喷嘴扇形单墙折线连接。5/21/2022图5-14定喷帷幕型式示意图 摆喷连接形式也可按图5-15方式进行布置。5/21/2022图5-15摆喷防渗帷幕型式示意图 a)直摆型(摆喷) d)微摆型 b)折摆型 e)摆定