8上海交大 土力学 课件8

1、第八章 软弱地基处理第一节 概 述一、软弱地基土的特征 由软弱土组成的地基称为软弱地基。 软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它高压缩性土。 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土。 1、软土 软土的工程特性如下： (1) 含水率高，孔隙比大； (2) 压缩性高； (3) 抗剪强度低； (4) 渗透性较差； (5) 具有明显的流变性。 第一节 概 述2、冲填土 冲填土是在整治和疏通江河时，用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填形成的。 冲填土的物质成分比较复杂： （1） 若以粉土、粘土为主，则属于欠固结的软弱土； （2） 当冲填土主要由中砂粒以上的粗颗粒组成时，则不属于软弱土。

2、第一节 概 述3、杂填土 杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物。 包括： 碎砖瓦块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。 杂填土主要特性： （1） 强度低； （2） 压缩性高； （3） 均匀性差。第一节 概 述 二、地基处理的目的 目的 改善地基土的性质，满足建筑物地基的稳定和变形要求，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度和抗液化能力。 方法 每一具体工程都应从地基条件、目标要求、工程费用及材料、机具来源等方面进行综合分析，以确定合适的地基处理方法。第一节 概 述软弱土地基处理方法分类表 第二节 碾压法与夯实法 一、土的压实原理控制土的压实效果的主要因素有：土的含水量，压实机械、压实功

3、能、添加料。压实效果用干密度d来衡量，压实后d =1.61.7g/cm3。二、机械碾压法 机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾等机械将地基土压实。 对于杂填土地基，应把影响深度以上部分挖去，然后分层碾压并逐层回填碾压； 对于粘性土地基的碾压，一般用质量为810315103kg的平碾（或振压机）或12103kg的羊足碾，每层铺土厚度为2030cm，碾压数遍。第二节 碾压法与夯实法 压实功能 影响夯击的压实功能的因素有：夯锤的重量、落高、夯击次数、被夯击土的厚度 影响碾压的压实功能的因素有：碾压机具的重量、接触面积、碾压遍数、土层的厚度第二节 碾压法与夯实法第二节 碾压法与夯实法 压实条件 指压实

4、时被压实土层的特点，所采用压实机械的功能和性能，压实的方法和方式等。 其它因素 如：土的颗粒粗细、级配、矿物成分、添加材料等因素。第二节 碾压法与夯实法二、重锤夯实法适用类型：非饱和粘性土或杂填土、湿陷性黄土。主要机具：起重机、重锤。影响夯实效果的因素：锤重、锤底的直径、落距、夯击的遍数、夯实土的种类和含水量第二节 碾压法与夯实法 适用范围 处理距地下水位0.8m以上稍湿的杂填土、粘性土、湿陷性黄土和分层填土等地基，在有效夯实深度内存在软粘土时不宜采用此法。 停夯标准 随着夯击遍数的增加，土的每遍夯沉量逐渐减少，对于粘性土及湿陷性黄土，一般要求最后两遍平均夯沉量不大于1.02.0cm；对于砂性

5、土，不大于0.51.0cm。第二节 碾压法与夯实法三、机械碾压法适用范围：大面积填土和杂填土地基主要机具：平碾、羊足碾、压路机、推土机等。影响碾压效果的因素有：被压实土的含水量、压实机械的压实能量。第二节 碾压法与夯实法四、振动压实法适用范围：处理砂土、炉碴、碎石等无粘性土的填土。主要机具：振动压实机影响压实效果的因素：被压实土的成分和振动时间。第三节 换土垫层法一、换土垫层法的原理 换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯击、碾压至密实的一种地基处理方法。第三节 换土垫层法二、垫层设计要点 垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合

6、经济合理的原则。 设计内容主要是确定垫层断面合理的厚度和宽度。 对于有排水要求的垫层来说，除要求有一定厚度和宽度外，还需形成一个排水面，促进软弱土的固结，提高强度，以满足上部结构的要求。第三节 换土垫层法(一)垫层厚度的确定 垫层厚度一般是根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层的承载力设计值进行确定。 其表达式为： czz f f 垫层底面处软弱土层的承载力设计值； cz 垫层底面处土的自重应力(KPa)； z 垫层底面处土的附加应力(KPa)。 第三节 换土垫层法垫层底面处的附加应力z ，按计算即：条形基础矩形基础 p 基础底面平均压力设计值(kPa)； C 基础底面标高处的

7、自重应力(kPa)；l、b 基础底面的长度和宽度(m)； z 垫层的厚度(m)； 垫层的应力扩散角，按下表选取。垫层材料z/b中砂、粗砂、砾砂、碎石类土、石屑粘性土和粉土（8Ip14）灰土0.25206300.503023第三节 换土垫层法(二) 垫层宽度的确定 垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，就有可能部分挤入侧面软弱土中，增大基础沉降。宽度计算通常可按应力扩散角法。 底宽确定后，再根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计断面。 第三节 换土垫层法三、施工要点1、垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、碾压法

8、等。2、垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，可在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。3、开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏坑底土的结构。第四节 排水固结预压法 排水固结预压法是利用地基排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结，提高土体强度的一种软土地基处理方法。第四节 排水固结预压法 一、加固原理与应用条件1.定义：利用地基排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件，以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。2.基本原理：软粘土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出

9、，孔隙体积不断减小，地基发生固结变形；同时，随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步增长。3.影响预压固结效果的主要因素有：（1）必要的预压荷载-堆载预压、自重预压、真空预压、降水预压（2）良好的排水边界条件水平向排水垫层、竖向排水砂井、袋装砂井、塑料排水带竖向排水体设置原理第四节 排水固结预压法 二、堆载预压法 1.机理 堆载预压法是在建筑物施工前，在地基表面分级堆土或加其它荷重，使地基土压密、沉降、固结，待达到预定的强度变形标准后再卸载，建造建（构）筑物。从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。第四节 排水固结预压法 2.堆载预压法的特点：（1）使用的材料、机具和方

10、法简单直接，施工操作方便；（2）堆载预压需要一定时间，对厚度大的饱和软粘土，排水固结所需的时间很长；（3）需要大量堆载材料，在使用上受到一定限制。第四节 排水固结预压法 3.堆载预压法适用范围： 各类软弱地基，包括天然沉积土层和人工冲填土层，如沼泽土、淤泥、淤泥质土以及水力冲填土，广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头等沉降要求比较高的地基。 第四节 排水固结预压法 三、砂井堆载预压法 1. 机理 在软弱地基中用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，在砂垫层上部堆载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井和砂垫层排出，以达到加速土体固结，

11、提高地基土强度的目的。典型的砂井地基工程剖面图第四节 排水固结预压法 预压法排水体设置2. 砂井直径和间距:工程上常采用砂井直径为：2050cm常用井距为砂井直径的69倍3. 砂井的长度:砂井长度的选择和土层分布、地基中附加应力的大小、施工期限和条件等因素有关。第四节 排水固结预压法 第四节 排水固结预压法4.砂井的布置和范围: 砂井常按梅花形和正方形布置。 假设每个砂井的有效影响面积为圆面积，如砂井间距为L，则等效圆（有效影响范围）的直径de与L的关系为：梅花形de =1.05L；正方形 de=1.13L。 砂井的布置范围应稍大于建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大约24m。砂井

12、布置图第四节 排水固结预压法5.地基固结度计算(1)竖向平均固结度Uz可按太沙基固结理论计算。如果考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算；如为双面排水，H取土层厚度的一半。(2)根据Barron的解法计算径向平均固结度Uz 第四节 排水固结预压法TH 水平向固结时间因素， CH 水平固结系数， KH 水平渗透系数(cm/s)；F 与n有关的系数， n 井径比，n =de/dw ；一般取为412。 (3).砂井的平均固结度为 第五节 挤密法和振冲法 一、挤密砂桩 (一) 作用原理 1、松散砂土中的作用 由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层产生挤密作用和振密作用。采用冲击法或振动法往

13、砂土中下沉桩管和拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向挤压力，孔隙比减小，密度增大。有效挤压密范围可达34倍桩径。第五节 挤密法和振冲法2、软弱粘性土中的作用 由于软粘土的透水性很小，成桩时并不能导致土体孔隙水迅速排出使孔隙比减小，土体密实。而是密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，起置换作用并形成“复合地基”，使地基承载力有所提高，沉降变小。同时，砂桩在软弱粘性土地基中像砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。 第五节 挤密法和振冲法（二）砂桩设计要点 由于砂桩在松散砂土中和软弱粘性土中的作用原理不同，因此砂桩间距计算方法也有不同。在砂土地基中，基本假定是挤密后

14、土体中土颗粒增加而体积不变，控制加固后的孔隙比，从而根据设计要求的孔隙比计算桩距l。 第五节 挤密法和振冲法按梅花形布置时 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2按正方形布置时 l=0.95d（1+eo）/（eo-e1）1/2 式中：l 桩距（cm）； d 桩径（cm）； eo 天然孔隙比； e1 设计要求的孔隙比。第五节 挤密法和振冲法e1可按下式计算： e1=emax-Dr（emax-emin） 式中 emax最大孔隙比； emin最小孔隙比； Dr相对密实度，一般取0.70.8。在软弱粘性土地基中桩距可按置换率要求来计算，如对正方形布置的桩距可按下式计算： l=（Ap/m）1/

15、2式中 m 置换率。第五节 挤密法和振冲法 二、挤密土桩和灰土桩 土、灰土或石灰、粉煤灰混合物（简称二灰）挤密桩是利用沉管 、冲击、爆破等方法将钢管打入土中侧向挤密成孔，然后在孔中分层填土、灰土或二灰土，夯实而成的桩，它与周边土共同组成复合地基，承受上部荷载。第五节 挤密法和振冲法（一） 特点及适用范围1、土和灰土挤密桩的主要特点是：（1）土和灰土挤密桩成桩时为横向挤密，同样达到所要求的干密度指标，消除地基土的湿陷性，提高承载力，降低压缩性；（2）与换土垫层相比，不需大量开挖回填土方工程量；处理深度较大，可达12-15m；成桩材料可就地取材，降低工程造价，二灰桩可利用工业废料粉煤灰，变废为宝；

16、（3）机具简单，施工方便，工效高。第五节 挤密法和振冲法（一） 特点及适用范围 2、土和灰土挤密桩的适用范围： 土和灰土（或二灰土）挤密桩适于加固地下水位以上，天然含水率12%-25%，厚度5-15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土及含水率较大的软弱地基。 第五节 挤密法和振冲法（二） 桩的构造和布置 1、桩孔直径：根据工程量、挤密效果、施工设备、成孔方法等情况而定，一般选用30-60cm。 2、桩长：根据土质情况、桩处理地基深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般为5-15m。 3、桩距和排距：桩孔一般按梅花形布置。 4、处理宽度：处理地基的宽度应大于基础的宽度。第五节 挤密法和振冲法 三、振冲

17、法 （一）振冲法加固机理 振冲法是以起重机吊起振冲器，使振动器产生高频振动，同时通过喷嘴喷射高压水流；在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度；经清孔后，从地面向孔内逐段填入砂石，或不加填料，使土体在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器。 振冲法成桩过程第五节 挤密法和振冲法（二）分类 振冲法按加固机理和效果的不同，分为振冲置换法和振冲密实法两类。 1、振冲置换法是在地基中借振冲器成孔，振密填料置换，形成一群以碎石、砂砾等散粒材料组成的桩体，与原地基土一起构成复合地基，使其排水性能得到很大改善，使承载力提高，沉降量减少。第五节 挤密法和振冲法2、振冲密实法主要是利用振

18、动和高压水流使砂层液化，砂颗粒相互挤密，孔隙减少，从而提高砂层本身的承载力和抗液化能力。第五节 挤密法和振冲法(三) 振冲法加固地基的特点是：（1）技术可靠，机具设备简单，施工简便；（2）可因地制宜，就地取材；（3）加固速度快，节约投资，碎石桩具有良好的透水性，地基承载力可提高1.2-1.35倍；（4）振冲过程中的预震效应，可增加砂土地基抗液化能力。 第五节 挤密法和振冲法（四）振冲密实法适用范围 振冲置换法适用于： 处理不排水抗剪强度小于20KPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基，如果桩周土的强度过低，则难以形成桩体。第五节 挤密法和振冲法（四）振冲密实法适用范围 振冲密实法适用于：

19、 处理砂土和粉土等地基，不加填料的振冲密实法仅适用于处理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。 振冲法不适于在地下水位较高、土质松散易塌方和含有大块石等障碍物的土层中使用。第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法 一、高压喷射注浆法高压喷射注浆法又称旋喷法，是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，以高速高压射流喷入土体，冲击切削土层，使喷射流射程内的土体遭受破坏，同时，钻杆边转动边提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，凝聚固结后即在地基中形成一定强度的水泥土混合体，从而使地基得到加固。施喷法施工流程图高压喷射注浆的三种形式第六节 高压喷射注浆

20、法与深层搅拌法 (一) 分类及形式 1、注浆形式分为：（1） 旋转喷射注浆（旋喷法）；（2） 定向喷射注浆（定喷法）；（3） 在某一角度范围内摆动喷射注浆（摆喷法）。加固体形状可分为立柱、壁状和块状等。 （二）主要特征1、适用范围较广2、施工简便3、固结体形状可控制4、既可垂直喷射又可倾斜和水平喷射5、有较好的耐久性6、料源广阔价格低廉7、浆液集中，流失较少8、设备简单，管理方便9、安全生产10、无公害第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法 第六节 高压喷射注浆法与深层搅拌法 （三）适用范围： （1） 淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土等地基的加固， （2） 用于既有建筑和新建建筑的地基处理、