地基处理技术

1、 地基处理技术1第1章 绪论1.1 地基处理的目的和意义 地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。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。 2意义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312 历史回顾地基处理是古老而又年轻的领域，许多现代的地基处理技术都可在古代找到它的雏形。地基处理技术在我国有着悠久的历史，人民群众在长期的生产实践中积累了丰富的经验。据史料记载，早在三千年前，我国已开始采用竹子、木头以

2、及麦秸等来加固地基。向软土中夯入碎石等材料以挤密软土也早在两千多年前就有记载。此外，利用夯实的灰土和三合土等作为建(构)筑物垫层，在我国古建筑中就更为广泛。如经历了无数次地震已屹立了一千多年的西安小雁塔，就是采用了分层夯实的3m多厚的黄土垫层；陕西扶风塔的垫层，也是采用了分层夯实的拌和了石灰的黄土；在更为著名的万里长城的建设中，石灰也常常被用来加固软弱地基。4第一个阶段：砂石垫层法、砂桩挤密法、石灰桩、化学灌浆法、重锤夯实法、堆载预压法、挤密土桩和灰土桩、预浸水法以及井点降水等地基处理技术先后被引进或开发使用。但是，受当时对地基处理加固机理的研究和认识水平及地基处理实践经验的限制，在地基处理中

3、主要是参照前苏联的规范和实践经验，仍有一定的盲目性。与工业及民用建筑发展水平和机械化施工水平相适应，这个时期最为广泛使用的是垫层等浅层处理法。第二个阶段，也是我国地基处理技术发展的最主要阶段。从20世纪70年代末开始，由于改革开放，伴随着沿海地区大批工业项目的上马兴建，尤其是上海宝山钢铁公司等大型现代化企业的建设和沿海城市高层建筑的发展，大批国外先进的地基处理技术被引进，从而大大促进了我国地基处理技术的应用和研究。 5 13 地基处理方法分类及应用范围按时间可分临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理 1换土垫层法

4、 (1)垫层法 其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、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。 常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。 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。 6(2)强夯挤淤法 采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。2振密、挤密法振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，

5、达到地基处理的目的。(1)表层压实法 采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松的表层土进行压实。也可采用分层回填压实加固。适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填土等。7(2)重锤夯实法 利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土。(3)强夯法 利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。适用于碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和度的粉土与粘性土及湿陷性黄土

6、。 (4)振冲挤密法 振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的水平振动方，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。适用于砂性土和小于O005mm的粘粒含量低于10的粘性土。 8 (5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法 是利用打入钢套管在地基中成孔，通过挤压作用，使地基土得到加密，然后在孔中分层填素土后夯实而成土桩. 适用于处理地下水位以上湿陷性黄土、新近堆积黄土、素填土和杂填土。(6)砂桩 在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体或产生挤密作用， 或同时产生振密作用。可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉

7、降量。 适用于处理松砂地基和杂填土地基。(7)夯实水泥土桩 利用沉管、冲击、人工洛阳铲、螺旋钻等方法成孔，回填水泥和土的拌和料，分层夯实形成坚硬的水泥土柱体，并挤密桩间土，通过褥垫层与原地基土形成复合地基。 适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土和淤泥质土等地基。93排水固结法 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。 (1)堆载预压法 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) (3)真空预压法 (4)降低地下水位法

8、 10 4置换法其原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。 (1)振冲置换法(或称碎石桩法) 碎石桩法是利用一种单向或双向振动的振冲头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。 适用于淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。 (2)石灰桩法 在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，同时桩与土形成复合地基，达到地基加固的目的。适用于软弱粘性土地基。11(

9、3)强夯置换法 对厚度小于6m的软弱土层，边夯边填碎石，形成深度36m、直径为2m左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基。适用于软粘土。(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) 是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。适用于填土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地基(5)柱锤冲扩法 柱锤冲扩法是利用直径为200600mm、长度为26m、质量为16t的柱状锤冲扩成孔，填入碎砖三合土等材料，夯实成桩，桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。适用于处理杂填土、粉土、粘性土、粘性素填土、黄土等地基。 12 5加筋法 通过在土层中埋设强

10、度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、或维持建筑物稳定。(1)土工聚合物 利用土工聚合物的高强度、韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度适用于砂土、粘性土和软土 (2)加筋土 把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦作用形成一个整体，用以提高土体的稳定性。适用于人工填土的路堤和挡墙结构。(3)土层锚杆 土层锚杆是依赖于土层与锚固体之间的粘结强度来提供承载力的。 ，适用于一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程。13 (4)土钉 土钉技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，用以弥补土体自身强度的不足。不仅提高了土体整体刚度

11、，又弥补了土体的抗拉和抗剪强度低的弱点，显著提高了整体稳定性。 适用于开挖支扩和天然边坡的加固。(5)树根桩法 在地基中沿不同方向，设置直径为75250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定边坡。 适用于软弱粘性土和杂填土地基。 146胶结法 软弱地基中部分土体内掺入水泥；水泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。(1)注浆法 其原理是用压力泵把水泥或其他化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可加固

12、暗浜和使用在托换工程中。 (2)高压喷射注浆法 适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。 (3)水泥土搅拌法 利用水泥、石灰或其他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，形成坚硬的拌和柱体，与原地层共同形成复合地基。 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140kPa的粘性土地基。157冷热处理法 (1)冻结法 通过人工冷却，使地基温度低到孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有理想的截水性能和较高的承载力。适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时措施。 (2)烧结法 通过渗入压缩的热

13、空气和燃烧物，并依靠热传导，而将细颗粒土加热到100C以上，从而增加土的强度，减小变形。 适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土 16第2章 换 填 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰)或其他性能稳定、无侵蚀性等材料，并压(夯、振)实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法。机械碾压、重锤夯实、平板振动可作为压(夯、振)实垫层的不同机具对待，这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。 1724 垫层施工241 按密实方法分类1

14、机械碾压法 机械碾压法是采用各种压实机械(表2-6)来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。 182重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表08m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。 重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的夯击顺序夯击。同一基坑的底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。累计夯击1

15、020次，最后两击平均夯沉量，对砂土不应超过510mm，对细粒土不应超过1020mm。 重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量和有效夯实深度等。一般重锤夯实的有效夯实深度可达lm左右。 193平板振动法平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。振实范围应从基础边缘放出06m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是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检验

16、其均匀性及影响深度。 20第3章 强 夯 31 概述 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般830t的重锤(最重可达200t)和820m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为5008000kN-m。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。 21当前，应用强夯法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的

17、和其它力学的加固方法更为广泛和有效。工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。 2234 施工方法 341 施工机械西欧国家所用的起重设备大多为大吨位的履带式起重机，稳定性好，行走方便，起吊40t夯锤，落距可达40m，国外所用履带吊都是大吨位的昂机，通常在lOOt以上。我国绝大多数强夯工程只具备小吨位起重机的施工条件，所以只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩的装置使锤形成自由落体。23342 施工步骤 1)清理并平整施工场地； 2)铺设垫层，在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工。 3

18、)标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程； 4)起重机就位，使夯锤对准夯点位置； 5)测量夯前锤顶标高；246)将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；7)重复步骤6)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；8)重复步骤4)7)，完成第一遍全部夯点的夯击；9)用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；10)在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。25第4章 碎(砂)石桩 碎石桩和砂桩总称为碎(砂)石桩，又称粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中

19、，形成大直径的碎(砂)石所构成的密实桩体。碎石桩最早出现在1835年，直至1937年由德国人发明了振动水冲法(简称振冲法)用来挤密砂土地基，直接形成挤密的砂土地基。20世纪50年代末，振冲法开始用来加固粘性土地基，并形成碎石桩。随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等 262砂桩目前国内外砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。振动成桩法是使用振动打桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂料。冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管打入土层中，并用内管夯击密实砂填料：，实际上这也就是碎石桩的沉管法。因此，砂桩的沉桩方法，对于砂性土相当于挤密法，对

20、粘性土则相当于排土成桩法。 27421 振冲法振冲法是碎石桩的主要施工方法之一，它是以起重机吊起振冲器(图4-7)，起动潜水电动机后，带动偏心块，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，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，直至地面，从而在地基中形成一根大直径的和很密实的桩体。图4-8为振冲法施工程序示意图。 281施工前准备工作(1)三通一平 即指水通、电通、料通和平整场地(2)施工场地布置 (3)桩的定位 2施工组织设计为明

21、确施工顺序、施工方法，计算出在允许的施工期内需配备的机具设备、需耗用的水、电、料，而进行施工组织设计。排出施工进度计划表和绘出施工平面布置图。(1)施工顺序 施工顺序如图49示。一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行。 29(2)施工方法 填料方式一般有三种：第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1m堆高的填料，然后再放下振冲器进行振密。第二种方法是振冲器不提出孔口，只是往上提升约1m左右，然后往下倒料，再放下振冲器进行振密。第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。1)“振冲挤密法”施工操作要求：振冲挤密法一般在中粗地基中使用时可不另外加料，而利用振冲器的振动力，使原地基

22、的松散砂振挤密实。 2)“振冲置换法”施工操作要求：在粘性土层中制桩，孔中的泥浆水太稠时，碎石料在孔内下降的速度将减慢，且影响施工速度。 30加料时宜“少吃多餐”，每次往孔内倒入的填料数量，约为堆积在孔内lm高，然后用振冲器振密，再继续加料。施工要求填料量大于造孔体积，孔底部分要比桩体其他部分多些，因为刚开始往孔内加料时，一部分料沿途沾在孔壁上，到达孔底的料就只能是一部分，孔底以下的土受高压水破坏扰动而造成填料的增多。密实电流应超过原空振电流3545A。 在强度很低的软土地基中施工，则要用“先护壁、后制桩”的方法。即在开孔时，不要一下子到达加固深度，可先到达第一层软弱层，然后加些料进行初步挤振，让这些填料挤入孔壁，把此段的孔壁加强以防塌孔。然后使振冲器下降至下一段软土中，用同样方法加料护壁。如此重复进行，直到设计深度。孔壁护好后，就可按常规步骤制桩了。31(3)施工质量控制 施工时检验质量关键是填料量、密实电流