eA软弱地基处理

1、第5篇地基处理11软弱土地基处理11.1概述11.2换土垫层法11.3预压固结法11.4 碾压法及夯实法11.5挤密碎石桩法和振冲法11.6水泥土搅拌法111.1 概 述11.1.1 地基处理的概念及目的1. 地基处理的含义 地基处理也称地基加固，是人为改善土的工程性质或地基组成，使之适应工程需要而采取的措施，处理后称人工地基。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。2软土及其分布3 软土 天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，压缩系数宜大于0.5MPa1，不排水抗剪强度宜小于30

2、kPa，并且具有灵敏结构性的细粒土。其包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。3软土及其分布4 分布 滨海环境沉积、海陆过渡环境沉积（三角洲沉积） 河流环境沉积、湖泊环境沉积和和沼泽环境沉积 山地型的软土，软岩风化产物和地表的有机物质经水流搬运，沉积于低洼处，长期饱水软化或间有微生物作用而形成。4CH7- 5 5软弱地基不良地基淤 泥 土 e1.5，L (IL1.0)淤泥质土 e=1.01.5，L (IL1.0)泥炭土 ，泥炭质土冲填土湿陷性黄土膨胀土冻土松砂 Dr 0.85 饱和液化,干土震陷人工填土，杂填土地基处理的对象61）软土 软土（含淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等）的

3、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) 具有显著的结构性； (6) 具有明显的流变性。72）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。83）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。92. 地基处

4、理的目的 提高土的抗剪强度，使地基保持稳定; 降低土的压缩性或改善地基组成; 降低土的渗透性，防止或减少水的渗漏; 改善土的动力性能，防止地基产生震陷变形; 改善特殊土地基安定性，消除或减少湿陷变形。10地基处理的方法换土垫层法加密法深层压密法土工合成材料化学加固法方法众多，分类不统一 复合地基换填法浅层压密法强夯法挤密桩复合地基预压加固法冻结法胶结法11.1.2 地基处理方法的分类和使用条件11软弱土地基处理方法分类表 1211.2 换土垫层法13 定义当软弱地基土层承载力和变形不能满足要求，且层厚不很大时，可将基底下一定范围内的软弱土部分或全部挖去后分层换填并压实强度大、性能稳定、无侵蚀性

5、的材料。 分类：砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿渣、粉煤灰等。 适用土层 淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的不良地基的浅层处理。13垫层的主要作用14 提高地基承载力； 减少地基沉降量； 加速排水固结； 消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性； 防止土的冻胀作用； 改善土的抗液化性能。14b回填土卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂素土灰土：灰土比 2:8 或 3:7工业废料：粉煤灰，矿渣垫层厚度一般：0.53m压实系数 c=d/dmax 0.93垫层材料 垫层厚度z：根据垫层底面自重压力与附加压力之和小于或等于该处下卧土层的承载力要求确定。 15b回填土B= b+2zt

6、gdz填z pCZ pCD要求： pC + pZ faz以条基为例注意： pC 的计算16砂垫层17 例 某砖混结构办公楼，承重墙下为条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，承重墙传至基础的荷载F=180kN/m；地表为1.5m厚的杂填土，=16kN/m3，sat=17kN/m3；下面为淤泥层，含水率w=50%,sat=19kN/m3；回归修正系数k=0.95，地下水埋深1.0m。试设计基础的垫层。 18 垫层材料选中砂，并设垫层厚度z=1.5m，则垫层的应力扩散角=30o 。 垫层厚度的验算。据题意，基础底面平均压力设计值p 为：基底处的自重应力 c=161.0=16 kPa 垫层底面处的附加应

7、力得： 垫层底面处的自重应力 cz = 161.0(17-10)0.5(19-10)1.0 = 28.5 kPa 19 根据淤泥层的含水率w=50%，查得地基承载力基本值fo=70kPa，故地基承载力标准值fk=700.95=66.5 kPa。再经深度修正得地基承载力设计值f（查表得深度修正系数d=1.1）。f= fk+do（d-0.5） = 66.5+1.1（2.5-0.5）161+（17-10）0.5 +（19-10）1.0/2.5 = 91.6 kPa ccz = 63.028.5 =91.5 kPa 40cm，平面上每边超出砂井区域的宽度一般应不小于2dw。38固结度计算（砂井）dwd

8、edw排水板39可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）三维渗流固结问题其中40求解，得到其中 固结度 井径比查表 增加井径dw与减小间距de哪个有效？41 例 某工程建在饱和软粘土地基上，砂井长H=12m，间距l=1.5m，梅花形布置， dw= 30cm，CH =Cv =1.010-3cm2/s，求一次加荷3个月时砂井地基的平均固结度。42 解竖向平均固结度 水平向平均固结度 43地基的平均固结度44排水固结法施工简介与现场观测45 施工 铺设水平排水垫层； 设置竖向排水体； 埋设观测设备； 实施预压； 检查预压效果； 若不满足设计要求，则更改设计至满足设计要求为止。 从施工

9、角度分析，主要做好三个环节，即铺设水平排水垫层、设置竖向排水体、施加固结压力。45-u11.3.2 其它的预压法1. 真空预压法46真空预压现场47真空膜48真空预压法 真空预压法实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道(普通砂井、袋装砂井或塑料排水板)，再用不透气的封闭薄膜覆盖软土地基，使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空泵进行抽气，使其形成真空，当真空泵抽气时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐渐形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，在此压力差作用下，土体中的孔隙水不断排水，从而使土

10、体固结。49真空预压法适用范围 真空预压法适用于饱和均质粘性土及含薄层砂夹层的粘性土，特别适用于新吹填土、超软粘土地基的加固。 但不适于在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面工程进行地基处理。50真空预压法的特点（）（1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量材料、能源和运输能力，缩短预压时间；（2）真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果；负压可通过管路传到任何场地，适应性强；51真空预压法的特点（）（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的

11、附加应力均指向被加固土体，周围土体向预压区移动使整个加固地基呈收缩的趋势；（4）适用于超软粘土以及边坡、码头等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土愈软，加固效果愈明显；（5）真空预压加固地基影响范围广而深；（6）无噪声、无振动、无污染，可做到文明施工。522. 降低水位预压法 降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况，使用前应摸清土层分布及地

12、下水位情况等。53基坑降水预固结设计坑底坑底降水深度D坑底降水线板桩54z降水预压z55真空预压 密封层-u5611.4 碾压法及夯实法土的压实原理饱和曲线粘性土砂土粘性土在某种压实功能下（标准压实功能）达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度砂土：不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态下易于击实；潮湿状态下不易击实571 机械压密法(1)碾压法浅层压密，一般用做地基表层处理压路机、推土机、羊足碾，分层铺土，分层压实。每层填土3040cm，承载力：80120kPa 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

13、土厚度为2030cm，碾压数遍。58手柄导桶击锤击实桶导杆土样底板击实仪结构示意图59电动击实仪手提式击实仪取样设备60施工质量控制： 压实系数 c=d/dmax无试验时，黏土与粉土的最大干重度经验系数：黏土取0.95；粉质黏土取0.96； 粉土取0.97。砌体与 框架结构排架结构在主要受力层内c 0.97； 在主要受力层下c 0.95。在主要受力层内c 0.96； 在主要受力层下c 0.94。6111SIVACopyright2001Field CompactionField Compactionfor compacting very small areasVibrating Platese

14、ffective for granular soils12SIVACopyright2001Field CompactionField CompactionProvides kneading action;“Walks out?after compactionSheepsfoot RollerVery effective on claysNote: 4 photoes here6263Pneumatic tired rollerSheepsfoot roller64青藏铁路压实路基广州白云机场扩建工程京福高速公路65(2)振动压实有效深度：1.5m，承载力：100200kPa 振动压实法是通过

15、在地基表面施加振动把浅层松散土振实的方法，可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。 竖向振动力（50100kN）由偏心块产生，振动压实的效果与振动力的大小、填土成分和振动时间有关。 振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间。66(3) 重锤夯实锤重：12t，落距：3.54.0m，有效深度：1.52.5m，承载力：100150kPa 重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度（2.54.5m），然后使夯锤（锤重一般不小于15kN）自由落下并重复夯击，以加固地基。 机理 经夯击后，地基表层土体的干密度将增加，从而提高表层地基的承载力，降低压缩性。 适用范围 处理距

16、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。67锤重：825t，最大200t落距：825m有效深度：510m承载力：180250kPa1969年，法国1978年，中国强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置加固机理：动态能量, 波的传播和密实固结加固效果：提高承载力、减小沉降量， 消除液化可能、消除湿陷性等优 缺 点：经济；噪音新发展：强夯置换法2 . 强夯法68强夯法69 定义：法国人Menard首创的地基加固法，亦称动力固结法：将80400kN重锤起吊到一定高度(830m)后自由下落，强力夯实地基，以提高其强度、降低压缩性。 加固

17、机理：与重锤夯实法不同，其利用重锤下落产生的强大夯击能量，在土中形成冲击波和冲击应力，除挤密土粒外，还产生较大孔隙水压力，甚至导致土体暂时液化。同时，巨大冲击能使夯点周围产生裂缝，形成良好的排水通道，加速孔隙水压力消散，使土体进一步加密。 适用性：可用于加固各种填土、湿陷性黄土、碎石、低饱和度的粘性土与粉土。691.单位夯击能锤重与落距的乘积称为夯击能。强夯法的单位夯击能（指单位面积上所施加的夯击能），应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和处理深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。一般对粗粒土可取10003000kN.m/m2，细粒土取15004000kN.m/m2 。 70 2. 夯击点的布置

18、及间距 夯击点的布置应根据基础型式和加固要求而定。对大面积地基，夯点一般采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置；对条形基础，夯点可成行布置；对独立柱基础，可按柱网设置采取单点或成组布置，并在基础下面布置夯点。 夯击点间距通常可取夯锤直径的3倍，第一遍夯击点间距为59m，以后可适当减小。对处理深度较大或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距宜适当增大。71 3. 单点夯击击数与夯击遍数 单点夯击击数指单个夯点一次连续夯击的次数。夯击遍数是对整个场地完成全部夯击点称为一遍，单点夯击遍数加满夯夯击遍数为整个场地的。 单点夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足： (1)

19、最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，夯沉量不大于100mm； (2) 夯坑周围地面不应发生过大隆起； (3) 不因夯坑过深而发生起锤困难。每夯击点的夯击数一般为310击。 夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般可取23遍，最后再以较低能量（如前几遍能量的1/41/5，击数为24击）满夯一遍，以加固前几遍之间的松土和被振松的表层土。72 4. 夯击间隔时间 两遍夯击之间应有一定的时间间隔，以利于土中超静孔隙水应力的消散，待地基稳定后再夯下遍，一般两遍之间间隔为14周。 透性较差的粘性土不少于3周； 对无地下水或地下水在地面以下5m，含水率较低的碎石类土和透水性强的砂性土，可取

20、12天间隔时间，甚至不需间隔时间，夯完一遍后，将土推平，连续夯击。735. 处理范围强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/21/3，并不小于3m。746. 加固影响深度 强夯法的有效加固深度H与夯实击能的关系，可用经验公式估算，即:式中： 折减系数，粘性土取0.5，砂性土取0.7； W 夯锤重(kN)； h 落距(m)。75强夯法76强夯法77强夯法7879强夯法8011.5 挤密碎石桩和振冲桩 1.挤密法 挤密法是指在软弱土层中挤土成孔，从侧向将土挤密，然后再将碎石、砂、灰土、石灰或炉渣等填料充填密实成柔性的桩体，并与原地基形成一种复合地基，从而改善地

21、基的工程性能。81砂桩8283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。 84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。85e1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

22、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）1/2式中 m 置换率。86872. 振冲法 振冲法是以起重机吊起振冲器，潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时启动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，用循环水带出孔中稠泥浆；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。88 设备：振冲器 d=270450mm，L=1.63m 原理：振：偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动 冲：高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结 加固

23、挤密、振动液化、渗流固结 填料：粗颗粒(粘细粒少)；级配好；最大颗粒50mm适用于松砂,杂填土和一般粘性土，不适用于淤泥和淤泥质土2. 振冲法8990振冲桩方法91振冲桩方法92振冲桩方法93振冲桩方法94振冲桩方法95振冲桩方法96振冲桩方法97989911.5.2 设计和计算要点1001. 复合地基的概念与分类101 复合地基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，或设置加筋材料，加固区由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。101102复合地基桩土应力比：n= p / s面积置换率：m=Ap/A复合地基散体材料桩复合地基柔性桩复合地基刚性桩复合地基砂石桩、砂桩；搅

24、拌桩、水泥土桩、土桩、灰土桩、CFG桩；混凝土桩桩与土共同变形，共同承载；非均质，各向异性 与桩基区别？103复合地基的承载力(1) 公式计算(2) 载荷试验桩土应力比与土性有关，随荷载过程变化。对于碎石桩n=24复合地基的压缩模量单桩载荷试验，复合地基载荷试验1042. 复合地基的有关设计参数105 1）面积置换率 m 定义：桩体截面积Ap与其承担的复合地基面积A之比 矩 形布桩：梅花形布桩：其中：d桩体直径；l桩间距。 1052）桩土应力比 n106 定义：桩体竖向应力sp与桩间土竖向平均应力ss之比 复合模量 Eps定义：将加固区视为一均质复合土体，则与原复合地基等价的均质复合土体模量称

25、为复合模量。 1063. 复合地基承载力fspk确定107 复合求和法对散体材料桩复合地基 式中：fspk、fpk、fsk分别为复合地基、桩体和桩间土承载 力特征值。107复合地基承载力fspk确定108 复合求和法 对柔性桩复合地基 式中：b 桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取 0.51.0，对摩擦支承型桩取0.10.4。 108复合地基承载力fspk确定109 复合求和法对刚性桩复合地基 式中：N 基础下桩数； 单桩承载力特征值； A 基础面积； As 桩间土面积； b 桩间土承载力折减系数，取0.81.0。10911.6 水泥土搅拌法1. 高压喷射注浆桩法(又称旋喷法) 用高压将气、水和

26、水泥浆液，经沉入土层中的特制喷射管送到旋喷头，并从开口于旋喷头侧面的喷咀高速喷射出来,形成能量高度集中的液流，直接冲击破坏土体，使土颗粒在冲击力、离心力和重力共同作用下与浆液搅拌混合，经一定时间后凝固成强度甚高、渗透性较低的加固土体。110高压喷射注浆桩法111 高压喷射注浆分类 按固化剂分 浆喷法；干喷法。 按喷浆的形式 旋转喷射（旋喷）：圆柱状 定向喷射（定喷）：板状 摆动喷射（摆喷）：扇形墙状 按工艺类型分 单管法 二重管法 三重管法 多重管法111高压旋喷注浆三种型式单管旋喷注浆(浆液)二重管旋喷注浆(浆液+气体)三重管旋喷注浆(水+气体+浆液)112高压喷射注浆三种型式1.旋转喷射注

27、浆；2.定向喷射注浆；3.摇摆喷射注浆；113高压喷射注浆桩法114 高压喷射注浆特征 适用范围广 施工简便 固结体形状可控 可垂直、倾斜和水平喷射高压喷射注浆适用范围 适用：淤泥质土、粘土、粉土、黄土、砂土、人工 填土、碎石土。 慎用：含块石、坚硬粘土、大量植物根茎或过多有 机质的土。 不宜：岩溶区、永冻土、地下水活动区。114高压喷射注浆桩法115 加固机理 高压喷射流对土体的破坏作用 水(浆)、气同轴喷射流对土的破坏作用 固结体状况 水泥与土的固结机理 旋 喷定 喷固结体状况115注浆方法旋喷法定喷法摆喷法适用于：淤泥、淤泥质土、一般粘性土、粉土、黄土、砂土、碎石土高压喷射注浆法116喷

28、射注浆施工顺序a-开始钻进b-钻进结束c-高压悬喷开始d-喷嘴边旋转边提升e-悬喷结束1172. 深层搅拌桩法118 定义 利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，在产生一系列的物理、化学反应后形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土。118加固的机理(1)水泥的水解和水化反应。 (2)离子交换和团粒化作用。 (3)硬凝反应。 (4)碳酸化作用。119水泥搅拌机120三轴水泥搅拌机121深层搅拌桩法122 分类 按注入固化剂的状态 粉喷法：w60； 浆喷法：w4060。 按搅拌头的数目 单头：圆形； 双头：字型； 多头。 按是否配加劲材料

29、 加劲搅拌桩：SMW法； 不加劲搅拌桩。SMW法是在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的劲性材料，从而增加水泥土桩抗弯、抗剪能力，并具有挡水、挡土、工艺闭单、操作方便等特点的基坑围护施工方法。122深层搅拌桩法123 适用范围 适 用： 淤泥及淤泥质土； fk120kPa的粘性土和粉质粘土。 不适用： 伊利石、氯化物和水铝英石矿物的粘性土； 有机质含量高、pH值低的粘性土。123适用土质：淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土、无流动地下水的饱和松散砂土地基，高速公路，基坑支护深层搅拌法粉体喷搅法 湿法 干法处理深度受限深层搅拌法124水泥搅拌机125126三轴水泥搅拌机127复合地基承载

30、力深层搅拌桩复合地基承载力可按下式计算： 式中:fsp,k 复合地基的承载力标准值； m 面积置换率； AP 桩截面积； fs，k 桩间天然地基土承载力标准值； 桩间土承载力折减系数； Rkd 单桩竖向承载力标准值。128深层搅拌桩平面布置 深层搅拌桩平面布置可根据上部结构及加固目的要求，采用柱状、壁状、格栅状、块状等形式，可只在基础范围内布桩，可采用正方形或梅花形布桩形式。129130131 包括：各种土工纤维（又称土工织物）、土工膜、土工格栅、土工垫等高分子聚合物。特点 （1）质地柔软，重量轻，整体连续性好，抗拉强度高，没有显著的方向性，各向强度基本一致； （2）弹性、耐磨、耐腐蚀性、耐久性和抗微生物侵蚀性好，不易霉烂和虫蚀； （3）土工纤维具有毛细作用，内部具有大小不等的网眼，有较好的渗透性和良好的疏导作用。 （4）抗紫外线能力低，如暴露在外受到紫外线（日光）直接照射则容易老化。11.7 土工合成材料132土工聚合物 土工布 土工网 土工格室 土工格栅13311.7 土工合成材料土工合成材料适用于： （1）加固软弱土地基，以加速土的固结，提高土的强度； （2）用于公路、铁路路基作加强层，防止路基翻浆、下沉； （3）用于堤岸边坡，可加大结构坡