djjc6-2特殊土地基与地基处理

1、 早在二千年前就已采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法；灰土和三合土的垫层法，也是我国古代传统的建筑技术之一；我国古代在沿海地区极其软弱的地基上修建海塘时，采用每年农闲时逐年填筑，即现代堆载预压法中称为分期填筑的方法，利用前期荷载使地基逐年固结，从而提高土的抗剪强度，以适应下一期荷载的施加，这就是我国古代劳动人民在软土地基上从实践中积累的宝贵经验。 11、强度和稳定性问题2、压缩及沉降问题3、渗漏及渗透破坏4、动力稳定问题1、提高强度2、减小变形3、改善渗透性4、防治液化5、减小或消除不良工程特性1、因地制宜2、就地取材3、技术上可能4、经济上合理建筑物地基问题：地基处理的目的：处理原则：2

2、一、地基常见问题二、地基处理对象三、地基处理目的四、地基处理定义五、地基处理方法6.6 地基处理概述3一、地基常见问题包括以下五个方面：1地基强度及稳定性问题：地基的抗剪强度不足引起局部或整体剪切破坏。2压缩及不均匀沉降问题：引起开裂。3渗漏问题：大坝地基，基坑开挖降水，防洪4液化问题：地震、机器、车辆的振动以及波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。5.特殊土地基问题：比如黄土湿陷、膨胀土涨缩、 岩溶塌陷等。4加拿大特朗斯康谷仓，建于1913年。高31m，宽23m，片筏基础。由于事前未探明有厚达16m的软土层，建成储存谷物后，西侧突然陷入土中8.8

3、米，东侧抬高1.5m，仓身倾斜27o。地基强度不够失事的谷仓5路基滑坡由于路基下伏软土地基，因其强度不够而导致路基滑坡。6因地基不均匀沉降导致墙体开裂7地基沉降变形因其路面开裂8大坝渗漏渗漏产生的问题：1）蓄水水位下降；2）产生流土、管涌，大坝失事9 地面塌陷10 路基路面塌陷11岩溶塌陷引起桩基折断121.软弱地基 淤泥及淤泥质土地基，即软土地基 冲填土地基 人工填土地基 高压缩性土地基2.不良地基 湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、岩溶地基、松砂土地基二、地基处理对象13软弱与不良地基软土杂填土冲填土饱和松砂湿陷黄土膨胀土有机质土山区土岩溶14软弱地基 在附加应力影响范围内主要受

4、力层由软土组成，则为软弱地基。一般由软弱土组成，软弱土指淤泥、淤泥质土、某些冲填土以及其他高压缩性土。 1）淤泥和淤泥质土是在静水或缓慢流水的环境中沉积，并经生物化学作用而形成，是具有特殊性质的粘性土。具有高含水率，高孔隙比，高压缩性、抗剪强度低，触变性和流变性等不良特征。15 2）冲填土 冲填土是在疏浚河流或港口航道时，认为地由水力冲填泥砂形成的填土。它的颗粒组成随泥砂来源而变，多为粘粒和粉粒，其次为砂粒。冲填土当粘粒含量较多时往往是欠固结的，其强度和压缩性都比天然沉积的同类土差。 163）杂填土 主要是人类在生产和生活活动中，堆填建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物形成的填土。这些土的组成物

5、质中，建筑垃圾性能较为稳定，工业垃圾遇水会发生变化；生活垃圾成分极为复杂，混合不均匀。杂填土性质与堆填年龄有关，填龄较短者往往是欠固结，一般填龄达到五年左右的杂填土，性质才逐渐趋于稳定。杂填土大多疏松且不均匀，在同一场地的不同位置，其承载力和压缩性往往有较大差异。17 4）其他高压缩性土 饱和松散粉细砂(包括部分粉土)也应属于软弱地基范畴。其在动力荷载(机械振动、地震等)重复作用下将产生液化；基坑开挖时也会产生管涌。18不良地基 主要受力层由具有特殊工程性质的土层组成，这些土层包括：湿陷性黄土、膨胀土。 1）湿陷性黄土 在我国西北和华北地区分布很广，其颗粒以粉粒为主，颗粒间主要由碳酸盐、硫酸盐

6、和氯化物等可溶性盐逐渐浓缩、沉淀形成的胶结物所胶结，孔隙比在1.0左右。天然黄土强度一般很高，能直立成壁，压缩性也较低。但遇水后，由于水膜增厚和颗粒间盐类胶结物质溶于水而使土的结构破坏，从而突然发生显著的沉陷，强度也迅速降低。19 2）膨胀土 天然状态下强度很高，压缩性较低。但由于其粘粒含量很高，且矿物成分主要为蒙脱石和伊利石，胀缩性显著，吸水膨胀失水收缩，反复作用强度降低，不均匀变形较大，引起上部建筑物开裂。 3）山区土岩组合地基20三、地基处理目的1增加地基土的剪切强度；2降低地基土的压缩性；3改善地基的透水特性；4改善动力特性（抗液化，抗震）；5改善特殊土的不良地基的特性； 主要是指消除

7、或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基特性。21 对于不能满足强度、变形和稳定性等要求的问题地基，必须经过人工改良或加固后才能使用，这种改良和加固，就称地基处理。四、地基处理定义22换土垫层法：密实法：表层密实法、重锤夯实法、强夯法、阵 冲挤密桩法、土（灰土、二灰土)桩法、 夯实水泥土桩法等置换法：碎石桩法、石灰桩法、CFG桩法胶结法：静压注浆法、高压喷射注浆法、水泥土搅 拌法排水固结法：堆载预压法、真空预压法、降低地下 水法等加筋法：土工织物法、加筋土法、土锚、土钉、树 根桩法五、地基处理方法23密实法是借助于机械、夯锤或爆破产生的振动和冲击使土的孔隙比减小，或在地基内打砂桩、

8、碎石桩、土桩或灰土桩，挤密桩间土体而达到处理目的。其中主要有重锤夯实法、强夯法、振冲挤密法以及砂桩、土桩或灰土桩挤密法等，可用于处理无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土等地基，但振冲挤密法的适用范围一般只限于砂土和粘粒含量较低的粘性土。24置换法是用砂、碎石、矿渣或其它合适的材料置换地基中的软弱或不良土层，夯压密实后作为基底垫层，或用上述材料填筑成一根根桩体，由桩群和桩间土组成复合地基，从而达到处理目的。常用于处理软弱地基。从经济合理考虑，开挖置换法一般适用于处理浅层地基（深度通常不超过3m）。25胶结法是靠压力传送或利用电渗原理，把含有胶结物质并能固化的浆液灌入土层，使其渗入土的孔隙或

9、充填土岩中的裂缝和洞穴中，或者把很稠的浆体压入事先打好的钻孔中，借助于浆体传递的压力挤密土体并使其上抬，达到加固或处理目的。其适用性与灌浆方法和浆液性能有关，一般可用于处理砂土、砂砾石、湿陷性黄土及粘性土等地基。26排水固结法是采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。主要用于处理软弱粘性土地基。27加筋法是在土中埋设土工聚合物（即土工织物）或拉筋，形成加筋土或各种复合土工结构，或沿不同方向设置直径为75mm-250mm的桩，形成树根状桩群，即所谓树根桩，以减小地基沉降，提高地基承载力或增强土体稳定性。土工聚合物还可起到排水、反滤和隔离作用。

10、在地基处理中，加筋法可用于处理软弱地基。28293031换填法垫层设计垫层材料工艺控制适用范围淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土垫层厚度，垫层宽度砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、工业废渣、土工合成材料分层夯实，控制含水量6.7 垫层法32一、垫层法的概念 当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者把表面部分软弱土层挖去，置换成强度较大的砂石素土等，处理地基表层，这类方法称为垫层法。二、垫层法的分类 按其组成材料分为：砂垫层、碎石垫层、灰土 垫层 和加筋土垫层。 按垫层在地基中的主要作用又分为：换土垫层、 排水垫层和加筋土垫层

11、。 6.7.1 垫层的作用331提高地基承载力。 地基中的剪切破坏是从基础底面开始，随着基底压力的增大，逐渐向纵深发展。故强度较大的砂石等材料代替可能产生剪切破坏的软弱土，就可避免地基的破坏。2减少地基沉降量。3垫层用透水材料可加速软弱土层的排水固结。 固结效果仅限于表层，对深部的影响并不显著。4. 防止冻胀。5. 消除膨胀土的胀缩性。三、垫层法的作用34 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。常用于轻型建筑、地坪、堆料场地和道路工程等地基处理。当建筑物荷载不大，软弱土层厚度较小时，采用换填垫层法能取得较好的效果。四、垫层法的适用范围35 垫层设计的

12、主要内容是确定断面的合理宽度和厚度。设计的垫层不但要求满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。1垫层厚度的确定 垫层的厚度必须满足如下要求：当上部荷载通过垫层按一定的扩散角传至下卧软弱土层时，该下卧软弱土层顶面所受的自重力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的地基承载力设计值，如图5-1所示。其表达式为：6.7.2 换土垫层的设计36图5-1 砂垫层剖面图对于条形基础：对于矩形基础：37b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基础底面压力（kPa）；z基础底面下垫层的厚度（m）；垫层的压力扩散角（）; 基础底面处土的自重压力。 一般砂垫层的厚

13、度约为1-2m左右。砂垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工困难，也不宜小于0.5m，太薄则换土垫层的作用不显著。38关于垫层宽度的计算，目前还缺乏可行的理论 方法，在实践中常常按照当地某些经验数（考虑砂垫层两侧土的性质）或按经验方法确定。常用的经验方法是扩散角法。此时矩形基础的垫层底面的长度l及宽度b为： ll+2ztg bb+2ztg 式中 b、l垫层底面宽度及长度； 垫层的压力扩散角，仍按表5-2取值。条形基础则只计算垫层底面宽度b。2砂垫层底面尺寸的确定39砂垫层法需注意的问题：考虑到工程质量，不应该用浅的垫层来解决加固上部荷载较大、深厚软土的地基问题，在地震区使用砂垫层也应慎重考虑，另外

14、砂垫层法不能解决由于上部荷载不均匀而产生的不均匀沉降。垫层顶面每边最好比基础底面大300mm，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡延伸至地面。整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。当垫层的厚度、宽度和放坡线确定后，即得砂垫层的设计断面。403.砂石垫层的施工及质量检验1）砂石垫层施工材料要求：一般采用级配良好、质地坚硬的粒料，颗粒的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，可掺入一定量的碎石，但要分布均匀。细沙也可作为垫层材料，但不易压实且强度不高，使用时一般掺入一定数量的碎卵石。含泥量和水稳定性不良的砂料必须限制在一定范围之内。41在满足垫层材料要求后，尚应注意以下垫 层施工要点：（

15、1）应注意将砂加密到要求的密实度，这是保证砂垫层质量和承载力的关键。要求采用适合的加密方法，采用分层铺砂，然后逐层振密。分层厚度视振动力的大小而定，一般为15-20cm之间。（2）铺筑垫层前，应先行验槽，清除浮土，保持边坡稳定。若基坑或基槽两侧有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴等，应在未做垫层前加以填实。42（3）当采用碎石垫层时，为防止基坑底部 的表层软土发生局部破坏而使建筑物基础 产生附加沉降，最好在基坑底部先铺一层砂垫底，然后再铺碎石垫层。铺砂层时要注意对基坑底部土层的保护，不要对其扰动，防止产生结构破坏引起强度降低，引起大的附加沉降。（4）当砂石垫层底面由于建筑物构造要求不在同一标高时，应

16、注意分层搭接处的捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。432）砂垫层质量检验（1）环刀取样法在夯实振捣后的砂垫层中用容积不小于200cm3的环刀取样，测定干容重，以不小于该砂在中密状态时的干容重数值为合格。一般为15.5kN/m3 16.0kN/m3。（2）贯入测定法先将垫层表面的砂刮去3cm左右，然后用贯入仪、钢筋等工具以贯入度大小来衡量砂垫层的质量。446.8 复合地基6.8.1 复合地基的概念与分类6.8.2 复合地基的作用机理6.8.3 复合地基的破坏模式6.8.4 复合地基的有关设计参数6.8.5 复合地基承载力的确定 6.8.6 复合地基变形计算45发展概况复合地基（Composite

17、 Foundation）一词,国外最早见于1962年。复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。初期 后来 主要指天然地基中设置碎石桩而形成的碎石桩复合地基 深层搅拌法和高压喷射注浆法的应用，人们开始重视水泥土桩复合地基的研究 46?复合地基定义的争论 复合地基是指两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。砂石桩复合地基或水泥土桩复合地基根据桩体的刚度桩体与基础不相连与桩体刚度无关桩和桩间土共同承担荷载根

18、据其工作状态476.8.1 复合地基的概念与分类一、复合地基的概念： 指天然地基在地基处理过程中部分土体被增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，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。二、复合地基的两个基本特点： 1.加固区是由增强体和其周围地基土两部分组成，是非均质和各向异性的；48 2.增强体和其周围地基土体共同承担荷载并协调变形。4950三、复合地基的分类与形成条件（1）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。均质人工地基水平向增强复合地基竖直向增强复合地基51（2）根据复合地基工作机理可作下述分类：复合地基常用的形式水平向增强复合地

19、基竖直向增强复合地基斜向增强复合地基长短桩复合地基52地基复合地基桩基 的区别天然地基复合地基桩基础53四、我国复合地基技术发展： 1990年 河北承德，由中国建筑学会地基基础专业委员会黄熙龄院士主持召开了我国第一次以复合地基为专题的学术讨论会。应用领域 高等级公路房屋建筑铁路堆场机场堤坝54工业厂房地基55堆场水泥土搅拌桩复合地基56房屋建筑粉喷桩复合地基57水下的碎石桩复合地基58桩体作用垫层作用加速固结作用挤密作用加筋作用 6.8.2 复合地基的作用机理59桩体作用：复合地基是由许多独立桩体与桩周土共同作用，由于桩体的刚度比周围土体大，在刚性基础底面产生等量变形时，地基中的应力将重新分配

20、，桩体产生应力集中而桩周土应力降低，于是复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所减小。垫层作用：复合地基的垫层可调节桩土相对变形，避免荷载引起桩体应力集中，有效保证桩体正常工作。60加速固结作用：散体材料桩具有良好的透水性，可加速地基的固结。挤密作用：砂石桩等在施工过程中由于振动、挤压等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。加筋作用：通过在土层中埋设强度较大的土工合成材料、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力和整体刚度，减小沉降，或维持建筑物稳定的作用。616.8.3 复合地基的破坏模式刚性桩柔性桩，如石灰桩、水泥搅拌桩散体材料桩626.8.4 复合地基的有关设计参数1.面积置换率 在复合地

21、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。桩体的横截面面积（Ap）与该桩体所承担的复合地基面积（Ae）之比为复合地基面积置换率（m），则：式中：d-桩身平均直径； de-一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。63过大或过小的结果？64等边三角形布桩：de=1.05s正方形布桩：de=1.13ss、s1、s2分别为桩间距、纵向间距和横向间距。2.桩土应力比 在荷载作用下，设复合地基中桩体的竖向平均应力为 ，桩间土的竖向平均应力为 ，则桩土应力比n为：矩形布桩：65 目前复合地基桩土应力比n的计算公式很多，但还没有一个完善的计算模式。例如模量比公式，其假定在刚性基础下，桩体和桩间

22、土的竖向应变相等，即p=s。于是，桩体上竖向应力p=Epp，桩间土竖向应力s=Ess，桩土应力比n的表达式为： n=p/s=Ep/Es 式中：Ep、Es分别为桩和桩间土的压缩模量。663.复合压缩模量 复合地基加固区由桩体和桩间土两部分组成，呈非均质。在复合地基计算中，为了简化计算，将加固区视作一均质的复合土体，则与原非均质复合土体等价的均质复合土体的模量称为复合地基的复合压缩模量（Esp）。 一般按下列公式计算：或676.8.5 复合地基承载力的确定 复合地基承载力一般应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时也可按复合求和法估算。 关于复合地基荷载试验确定复合地基承载力应按现行国家标准建筑

23、地基处理技术规范（JGJ79-2002）的附录A进行。 这里仅介绍计算复合地基承载力的复合求和法。复合求和法是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，再根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力。68砂石桩（散体材料桩）复合地基承载力可按下式计算：对小型工程的黏性土地基如无现场荷载试验资料，初步设计时也可按下式估算：水泥土粉煤灰碎石桩（水泥土类桩、混凝土类桩）复合地基承载力可按 下式计算：69式中：fspk、fpk、fsk分别为复合地基、桩体和桩间土承载力特征值（kPa）； Ra 单桩竖向承载力特征值（kN）； Ap 桩的截面积； 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值。706.8.

24、6 复合地基变形计算 在各类计算复合地基变形的方法中，通常把复合地基沉降量分为两部分：复合地基加固区变形量和加固区下卧层变形量。加固区压缩量 下卧层压缩量 71 1、加固区压缩量计算方法 （1）复合模量法（Ecs法） （2）应力修正法（Es法） （3）桩身压缩量法（Ep法） 2、下卧层压缩量计算方法（1）分层总和法 72（2）应力扩散法 该法假定复合地基顶面的荷载p在复合地基加固区内按压力扩散角传递。对于宽度为b长度为L的矩形荷载，设加固区厚度为h，则作用在下卧层顶面上的附加应力为：73 对宽度为b的条形荷载，仅考虑宽度方向的扩散，则： （3）等效实体法746.9 排水固结法排水固结法： 它是

25、采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。 主要用于处理软弱粘性土地基。75 排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它可以解决以下两个方面问题： 1沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大的沉降。 原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。76 2稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从 而提高地基的承载力和稳定性。 原理

26、：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。 77 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，加固延续的时间越长。为加速土层的固结，最有效的方法是先增加土层的排水途径，缩短排水距离。然后分级加载预压(也可利用建筑物本身重)，使软土中孔隙加快排出水，地基土固结沉降加快完成，强度也得到相应提高，当土质条件较好时，也可在天然地基上直接加载预压。78一、砂井堆载预压法 软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软

27、土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。 砂井堆载预压 79砂井地基的设计1砂井的直径和间距： 砂井的直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期的要求。从原则上讲，为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即以“细而密”为佳，不过，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径为300-500mm。砂井的间距可根据地基土的固结特征和预定时间内所要求达到的固结度确定，间距可按为直径的6-8倍选用。802砂井深度： 砂井深度主要

28、根据土层的分布、地基中的附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。当软土不厚（一般为10-20m）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超过20m）,不必打穿粘土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。81 3砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：等边三角形布置 正方形布置 824砂井的布置范围：由于在基础以外一

29、定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加2-4m。 5砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于10-3cm/s。 6砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5 m-1 m。 83二、袋装砂井和塑料排水板预压法 用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。近年来普通在砂井的基础上，出现了以袋装砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不连续缺点，而且施工简便

30、、加快了地基的固结，节约用砂，在工程中得到日益广泛的应用。84 (一)袋装砂井预压法 目前国内应用的袋装砂井直径一般为70-120mm，间距为1.0m-2.0m(井径比n约取15-20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。 85 袋装砂井的设计理论、计算方法基本与普通砂井相同，它的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，优点是：施工工艺和机具简单、用砂量少；它间距较小，排水固结效率高，井径小，成

31、孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。86袋装砂井87多孔单一结构型塑料排水板 复合结构塑料排水板 88塑料排水板89塑料排水板施工90施工后的塑料排水板91三、天然地基堆载预压法 天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。 此方法费用较少，但工期较长。 如软土层不太厚，或软土中夹有多层细、粉砂夹层渗透性能较好，不需很长时间就可获

32、得较好预压效果时可考虑采用，否则排水固结时间很长，应用就受到限制。此法设计计算可用一维固结理论。92四、真空预压法和降水位预压法 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，从而使土体固结。93 降低水位预压法是借井点抽水

33、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下水位情况等。 946.10 挤(振)密法挤密砂桩法夯（压）实法振冲法95一、挤密砂桩法 挤密砂（或砂石）桩法是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm600mm)，然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入25%35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而

34、加固地基的方法。 96 对于松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用。 对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。97（一）砂土加固范围的确定 砂桩加固的范围A(m2)必需稍大于基础的面积，一般应自基础向外加大不少于0.5m或0.1b(b为基础短边的宽度，以m计)。一般认为砂（石）桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度不少于13排；用于防止砂土液化时，每边放宽不宜少于处理深度的1/2，且不小于5m；当可

35、液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层时，每边放宽不应小于液化层厚度的1/2，并不应小于3m。98 A1的大小除与加固范围A有关外，主要与土层加固后所需达到的地基容许承载力相对应的孔隙比有关。下图表示砂桩加固后的地基。假设砂桩加固前地基土的孔隙比为e0，砂土加固范围为A，加固后土孔隙比为e1。从加固前后的地基中取相同大小的土样可见，加固前后原地基土颗粒所占体积不变，由此可得所需砂桩的面积A1（m2）：(二)所需砂桩的面积A1 99(三)砂桩根数 确定A1后，可根据施工设备的能力，地基的类型和地基处理的加固要求，确定砂桩的直径d(m)，目前国内实际采用的直径一般为0.30.6m，由此求出砂桩根数

36、n，则砂桩根数约为：100(四) 砂桩的布置及其间距 为了使挤密作用比较均匀，砂桩的可按正方形、梅花形布置或等边三角形，也可以为其他形式，如放射形等。 梅花形：正方形：101(五) 砂桩长度 如软弱土层不很厚，砂桩一般应穿透软土层，如软弱土层很厚，砂桩长度可按桩底承载力和沉降量的要求，根据地基的稳定性和变形验算确定。102（六）砂桩的灌砂量 为保证砂桩加固后地基达到设计要求的的质量，每根桩应灌入足够的砂量Q(kN)，以保证加固后土的密实度达到设计要求。则每根砂桩的灌砂量为： 由上式计算所得灌砂量是理论计算值，应考虑各种可能损耗，备砂量应大于此值。 103二、夯（压）实法 夯（压）实法对砂土地基

37、及含水量在一定范围内的软弱粘性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。按采用夯实手段的不同可对浅层或深层土起加固作用，浅层处理的换土垫层法（第二节）需要分层压实填土，常用的压实方法是碾压法、夯实法和振动压实法。还有浅层处理的重锤夯实法和深层处理的强夯法(也称动力固结法）。104(一)重锤夯实法 重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提到一定高度(3-4m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍湿的粘性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基加固方法。重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为15-3

38、0kN，锤底直径0.7m-1.5m，锤底面自重静压力约为15-25kPa，落距一般采用2.5-4.0m。 105有效影响深度：重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土，当锤重为15kN，锤底直径1.15m，落距3-4m时，夯击6-8遍，夯击有效深度约为1.10-1.20m，为达到预期加固密实度和深度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。106 (二)强夯法 强夯法亦称为动力固结法，是一种将较大的重锤(一般约为80-400kN，最重达2000kN)从6-20m高处(最高达40m)自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。特点：夯击能

39、量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。1071.强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉 土和粘 土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土) 强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入 形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。2.加固机理：动力挤密、动力固结、动力置换。108 3.强夯法的设计 (1)有效加固深度： 强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修

40、正后的估算公式：式中：W-夯锤重量； h-落距。109 指单位面积上所施加的总夯击能，它的大小应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。对于粗粒土可取1000-5000)KNmm2；对细粒土可取1500-6000kNmm2。夯锤底面积对砂类土一般为(3-4)m2，对粘性土不宜小于6m2。夯锤底面静压力值可取24-40kPa，强夯置换锤底静压力值可40-200 kPa。实践证明，圆形夯锤底并设置可取250-300mm的纵向贯通孔的夯锤，地基处理的效果较好。（2）强夯的单位夯击能： 110（3）夯击次数与遍数： 夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲

41、线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定。施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于6000kNm时不大于200mm；111夯坑周围地基不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为5-15击。夯击遍数一般为2-3遍，最后再以低能量满夯一遍。（4）间歇时间： 对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的

42、消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于3-4周，渗透性较好的地基可连续夯击。 112（5）夯点布置及间距： 夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出1/2-2/3的处理深度，且不宜小于3m。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取5-9m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适减小。113强夯法114强夯法115强夯法116强夯法117强夯法118王曲电厂8000KN.M强夯2119榆次大乘寺2000KN.M强夯120三、振冲法 振冲法主要的施工机具是振冲器、吊机和水泵。

43、振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2m-0.45m，长2-5m，重约20-50kN，筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。 振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力(4090kN)作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。 121 振冲器构造示意图 振冲施工过程122 施工方法：振冲器由吊车或卷扬机就位后，打开下喷水口，启动振冲器，在振动力和水冲作用下，在土层中形成孔洞，直至设计标高。然后经过清孔，用循环水带出孔中稠泥浆后，向桩孔逐段添加填料(粗

44、砂、砾砂、碎石、卵石等)，填料粒径不宜大于80mm，碎石常用20mm-50mm，每段填料均在振冲器振动作用下振挤密实，达到要求密实度后就可以上提，重复上述操作直至地面，从而在地基中形成一根具有相当直径的密实桩体，同时孔周围一定范围的土也被挤密。孔内填料的密实度可以从振动所耗的电量来反映，通过观察电流变化来控制。 不加填料的振冲法密实法仅适用于处理粘粒含量不大于10%的粗砂、中砂地基。123 适用性：振冲法处理地基最有效的土层为砂类土和粉土，其次为粘粒含量较小的粘性土，对于粘粒含量大于30%的粘性土，则挤密效果明显降低，主要产生置换作用。124振冲桩方法125振冲桩方法126振冲桩方法127振冲

45、桩方法128振冲桩方法129振冲桩方法130振冲桩方法1316.11 水泥土搅拌桩法6.11.1 概述6.11.2 加固机理 6.11.5 水泥土搅拌桩的设计6.11.3 水泥土搅拌桩的特点6.11.4 水泥土搅拌桩的施工1326.11.1 概述1.定义: 水泥土搅拌桩法是以水泥等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂(浆体或粉体)和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。2.适用于：正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土地基。3.分类： 水泥土搅桩拌法分为深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称

46、干法)。133深层搅拌法： 利用水泥（或石灰）作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在一定的深度范围内把地基土与水泥（或其他固化剂）强行搅拌，固化后形成具有水稳定性和足够强度的水泥土，制成桩体、块体和墙体等加固体，并与地基土共同作用，提高地基的承载力，改善地基变形特性的一种地基处理方法，称为深层搅拌法，简称为CDM法。134深层搅拌法的发展历史： 20世纪40年代首创于美国，国内于1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院研制，1978年生产出第一台深层搅拌机，并于1980年在上海宝山钢铁总厂软基加固中获得成功。 135136深基坑围护水泥搅拌桩机137深层搅拌桩施工现场138139粉

47、体喷射搅拌法（DJM ）： 简称为粉喷（干喷）法，这是在软土地基中，通过粉喷机械把加固材料（石灰或水泥）的粉料，用气体喷射到地基中并与土搅拌混合，使粉喷料与地基土发生化学作用，形成具有一定强度、水稳定性的加固体，应用于地基加固。140 注：当地基土的天然含水率小于30%(黄土含水率小于25%)、大于70%或地下水的pH 值小于4 时不宜采用干法。4.应用： 水泥土搅拌桩法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基，基坑工程围护挡墙、被动区加固、防渗帷幕，大体积水泥稳定土等。1416.11.2 加固机理 水泥土搅拌法加固机理包括对天然地基土的加固硬化机理(微观机理)和形成复合地基以加固地基土、

48、提高地基土强度、减少沉降量的机理(宏观机理)。 1.水泥土硬化机理(微观机理) 当水泥浆与土搅拌后，水泥颗粒表面的矿物很快与黏土中的水发生水解和水化反应，在颗粒间形成各种水化物。这些水化物有的继续硬化，形成水泥石骨料，有的则与周围具有一定活性的黏土颗粒发生反应。通过离子交换和团粒化作用使较小的土颗粒形成较大的土团粒；通过硬凝反应，逐渐生成不溶于水的稳定的结晶化合物，从而使土的强度提高。142此外，水泥水化物中的游离Ca(OH)2能吸收水中和空气中的CO2，发生碳酸化反应，生成不溶于水的CaCO3，这种碳酸化反应也能使水泥土增加强度。通过以上反应，使软土硬结成具有一定整体性、水稳性和一定强度的水

49、泥加固土。 1432.复合地基加固机理(宏观机理) 通过特制的施工机械，在土中形成一定直径的桩体，与桩间土形成复合地基承担基础传来的荷载，可提高地基承载力和改善地基变形特性。有时，当地基土较软弱、地基承载力和变形要求较高时，也采用壁式加固，形成纵横交错的水泥土墙，形成格栅形复合地基。甚至直接将拟加固范围内土体全部进行处理，形成块式加固实体。1446.11.3 水泥土搅拌桩的特点 (1)在地基加固过程中无振动、无噪声、对周围环境无污染，对软土无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小； (2)可根据上部结构需要灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等多种加固形状； (3)可有效提高地基强度(当水泥掺量为8%和1

50、0%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，而天然软土地基强度仅0.006MPa)； (4)施工机具比较简单，施工期较短，造价低廉，效益显著。1456.11.4 水泥土搅拌桩的施工（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法) 1.施工方法： 通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。 2.施工作业顺序（见下页）146 粉体喷射搅拌施工作业顺序 a） 搅拌机对准桩位；b）下钻；c）钻进

51、结束 d）提升喷射搅拌 e）提升结束1473.优、缺点 优点：以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。 缺点：是于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为8-15m。 148（二）深层水泥搅拌法 1.施工方法： 用回转的搅拌叶将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设备。 我

52、国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达30m形成的桩柱体直径60cm-80cm。2.施工过程（见下页）149深层搅拌法施工过程1503.优点 与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：1.加固深度加深；2.由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；3.搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小。1516.11.5 水泥土搅拌桩的设计1. 对地质勘察的要求 确定处理方案前应搜集拟处理区域内详尽的岩土工程资料，包括：(1)填土层的厚度和组成；(2)软土层的分布范围、分层情况；(3)地下水位及酸碱度(pH 值)；(4)土的含水率、塑性指数和有机质含量等。2. 布桩型式的选择 布桩型式可根据

53、上部结构特点及对地基承载力和变形的要求，采用柱状、壁状、格栅状或块状等不同形式。桩可只在基础平面范围内布置，独立基础下的桩数不宜少于3 根。柱状加固可采用正方形、等边三角形等布桩形式。1523. 桩长和桩径的确定 竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层；为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长应超过危险滑弧以下2m。 湿法的加固深度不宜大于20m；干法的加固深度不宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。4.地基承载力特征值 仅介绍建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）推荐的方法。153 水泥土复合地基承载力特征值可按

54、下式计算： 桩间土承载力折减系数，可取0.5-0.9；式中：fspk、fsk分别为复合地基、桩间土承载 力特征值（kPa）； Ap 水泥土桩的截面面积； m-复合地基的面积置换率；Ra 水泥土桩的单桩体竖向承载力特征值；有现场载荷试验确定，或取下两式计算结果的较小值；154与设计的水泥土配比相同的立方体试块(边长70.7mm 或50mm)在室内测定的无侧限抗压强度平均值(kPa)；桩端土的天然地基承载力特征值(kPa)，按建筑地基基础设计规范(GB 50072002) 规定确定；桩周土的摩阻力特征值。对淤泥可取47kPa；对淤泥质土可取612kPa；对软塑状态的黏性土可取1015kPa；对可塑

55、状态的黏性土可取1218kPa；155折减系数，可取0.40.6；桩身强度折减系数，干法可取0.200.30；湿法可取0.250.33。桩周长；1566.12 高压喷射注浆法6.12.1 高压喷射注浆法概况 6.12.2 高压喷射注浆法概念及适用性6.12.6 设计要点6.12.3 高压喷射注浆法的分类6.12.4 高压喷射注浆法的特征6.12.5 加固机理1576.12 高压喷射注浆法6.12.1 高压喷射注浆法概况 高压喷射注浆法在20世纪60年代末期创始于日本，它是将高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切削土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。 我国于1975

56、年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，1977年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，1986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺干喷法。158 经过多年的实践和发展，高压喷射注浆法已成为我国常用的一种施工方法，这种地基处理方法已分别列入我国两个标准：建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB 502022002)和建筑地基处理技术规范(JGJ 791999)中。 1591.概念 它是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以20MPa左右的高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射出冲击土层，土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下；与浆液搅拌混合，

57、浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。 6.12.2 高压喷射注浆法概念及适用性160 2.适用性： 高压喷射注浆法适用于砂类土、粘性土、湿陷性黄土、淤泥和人工填土等多种土类，加固直径(厚度)为0.5m1.5m，固结体抗压强度(325号水泥三个月龄期)加固软土为(5-10)MPa，加固砂类土为(10-20)MPa。 对于砾石粒径过大，含腐殖质过多的土加固效果较差；对地下水流较大，对水泥有严重腐蚀的地基土也不宜采用。1616.12.3 高压喷射注浆法的分类1.根据喷射流的移动方式： 高压喷射注浆法可分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种类别。 高压喷射注浆法所形成

58、的加固体形状与喷射流的移动方式有关。旋喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升并旋转，加固体呈圆柱状或圆盘状。定喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，加固体呈板状或壁状。摆喷法施工时：喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，加固体呈较厚墙状。1621632.根据注浆管的类型： 高压喷射注浆法又可分为单管法、双管法、三管法和多管法等四种施工方法。 单管法的特点是用单层注浆管喷射，只喷射水泥浆液一种介质。由于喷射流在土中衰减快，破碎土的射程较短，成桩直径较小，一般为0.30.8m。 双管法的特点是用双层注浆管喷射，喷射高压水泥浆液和压缩空气，或喷射高压水泥浆液和高压水两种介质，

59、成桩直径1.0m 左右。164 多管法的特点是用多重管喷射，喷射超高压力水射流，切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充。成桩直径可达4m。 三管法的特点是用三层注浆管喷射，喷射高压水流与气流复合喷射流，喷射高压水、压缩空气及高压水泥浆液三种介质由于高压水流和气流的作用，使地基中一部分土粒随着水、气排出地面，高压水泥浆流随之填充空隙。成桩直径较大，一般有1.02.0m，但成桩强度较低。1656.12.4 高压喷射注浆法的特征(1)适用范围较广。可用于

60、既有建筑和新建建筑的地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。(2)适用土层较多。适用范围从淤泥、淤泥质土到碎石土，均有良好的加固效果。(3)施工简便灵活。设备较简单、轻便，机械化程度高，全套设备紧凑，体积小，机动性强，占地少，能在狭窄场地施工；操作容易，管理方便，速度快，效率高，用途广泛，成本低。(4)可控制加固体的形状和加固范围。(5)耐久性好，可用于永久性工程中。(6)环保效果好。用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体，施工噪声低，振动小。1661.加固机理：1）高压喷射流对土体的破坏作用 破坏土体的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