地基基础工程设计第五章地基处理PPT

10/26/2022第5章章地基处理10/26/2022内容提要概述地基处理原原理地基处理方法法及分类本章小结5.1概述基础是指建筑物向向地基传递荷荷载的下部结结构，它具有有承上启下的的作用。它处处于上部结构构的荷载及地地基反力的相相互作用下，，承受由此而而产生的内力力（轴力、剪剪力和弯矩）），另外，基基础底面的反反力反过来又又作为地基上上的荷载，使使地基土产生生应力和变形形。地基是指承托建筑筑物基础的这这一部分范围围很小的场地地。建筑物的的地基所面临临的问题有以以下五方面：：①强度及稳定定性问题；②②压缩及不均均匀沉降问题题；③渗漏问题；；④液化问题题；⑤特殊土土的特殊问题题。10/26/202210/26/2022地基处理的优优劣，关系到到整个工程的的质量、造价价与工期，地地基处理的意意义已被越来来越多的人所所认识。地基基处理要做到到技术先进、、经济合理、、安全适用、、确保质量和和保护环境。。根据结构类型型、荷载大小小及使用要求求，结合地形形地貌、地层层结构、土质质条件、地下下水特征、环环境情况和对对邻近建筑的的影响等因素素进行综合分分析，初步选选出几种可供供考虑的地基基处理方案，，包括选择两两种或多种地地基处理措施施组成的综合合处理方案。。10/26/20225.2.1地基处理原理理地基处理是利利用换填、夯夯实、挤密、、排水、胶结结、加筋和化化学等方法对对地基土进行行加固，用以以改良地基土土的工程特性性。地基处理理的原理主要要有以下几点点：（1）提高地地基的抗剪切切强度（2）降低地地基的压缩性性（3）改善地地基的透水特特性（4）改善地地基的动力特特性（5）改善特特殊土的不良良地基特性5.2地基处理原理理和方法分类类10/26/2022（1）换填法5.2.2地基处理方法法分类（2）密实法（3）复合地基法法真空预压强夯法堆载预压（4）深层搅搅拌法（5）加筋法法（6）灌浆法法（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）复合地基法法强夯法堆载预压真空预压（1）换换填填法法（2）密实实法法（4））深深层层搅搅拌拌法法（3）复复合合地地基基法法强夯夯法法堆载载预预压压真空空预预压压（1）换换填填法法（2）密实实法法（5））加加筋筋法法（4））深深层层搅搅拌拌法法（3）复复合合地地基基法法强夯夯法法堆载载预预压压真空空预预压压（1）换换填填法法（2）密实实法法（6）灌灌浆法（5）加加筋法（4）深深层搅拌拌法（3）复合地地基法堆载预压压真空预压压（1）换填法法（2）密实法（1）换填法法（2）密实法真空预压压（2）密实法堆载预压压真空预压压（2）密实法堆载预压压真空预压压（2）密实法堆载预压压真空预压压（2）密实法（3）复合地地基法堆载预压压真空预压压（2）密实法（1）换填法法（3）复合地地基法堆载预压压真空预压压（2）密实法（4）深深层搅拌拌法（1）换填法法（3）复合地地基法堆载预压压真空预预压（2）密实法法（5））加筋筋法（4））深层层搅拌拌法（1）换填填法（3）复合合地基基法堆载预预压真空预预压（2）密实法法（6））灌浆浆法（4））深层层搅拌拌法（1）换填填法（3）复合合地基基法（2）密实法法（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）复合地基基法10/26/2022换填垫层法法是先将基基础底面下下一定范围围内的软弱弱土层挖除除，再换填填其他无侵侵蚀性、低低压缩性和和强度大的的散体材料料，经过分分层夯实，，作为地基基的持力层层。它是一种较较简易的浅浅层软弱地地基及不均均匀地基的的处理方法法，并已得得到广泛的的应用，常常用于处理理轻型结构构、地坪、、堆料场及及道路工程程等。对于于建筑范围围内局部存存在松填土土、暗沟、、暗塘、古古井、古墓墓或拆除旧旧基础后的的坑穴，均均可采用换换填法进行行处理。此此时保持建建筑地基整整体变形均均匀是应遵遵循的最基基本的原则则。5.3换填垫垫层法法10/26/2022（1）提高高地基基承载载力。。（2）减小小地基基沉降降量。。（3）加速速软土土的排排水固固结。。（4）防止止冻胀胀。（5）消除除膨胀胀土的的胀缩缩作用用。（6）消除除湿陷陷性黄黄土的的湿陷陷性。。5.3.1垫层的的作用用10/26/2022（1）垫层层的厚厚度合理确确定垫垫层厚厚度是是垫层层设计计的主主要内内容。。通常常根据据土层层的情情况确确定需需要换换填的的深度度。对于于浅浅层层软软土土厚厚度度不不大大的的工工程程，，应应置置换换掉掉全全部部软软土土。。对对需需换换填填的的软软弱弱土土层层，，首首先先应应根根据据垫垫层层的的承承载载力力确确定定基基础础的的宽宽度度和和基基底底压压力力，，再再根根据据垫垫层层下下卧卧层层的的承承载载力力，，假假设设垫垫层层的的厚厚度度z（图图5.1）5.3.2垫层层的的设设计计10/26/2022图5.1垫层层的的尺尺寸寸设设计计10/26/2022并复核下式式：式中：pz——相应于于荷载效应应标准组合合时，垫层层底面处的的附加压力力值（kPa）;pcz——垫层底底面处土的的自重压力力值（kPa）；paz——垫层底底面处经深深度修正后后的地基承承载力特征征值（kPa）.10/26/2022垫层底面处处的附加压压力值可按按扩散角法法计算，即即条形基础矩形基础式中：b———矩形基基础或条形形基础底面面的宽度（（m）；l——矩形形基础底面面的长度（（m）；pk——相应于于荷载效应应标准组合合时，基础础底面处的的平均压力力值（kPa）；pc——基础底底面处土的的自重压力力值（kPa）；θ——垫层的的压力扩散散角（°）），宜通过过试验确定定，当无试试验资料时时，可按表表5.1采采用。10/26/2022

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压力力扩扩散散角角（（°）注：：1）当当z/b<0.25，，除除灰灰土土取取=28°°外外，，其其余余材材料料均均取取=0°°，，必必要要时时，，宜宜由由试试验验确确定定；；2）当0.25<z/b<0.5时时，值值可内内插求求得。。

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≥0.50302310/26/2022（2）垫层层的宽宽度确定垫垫层宽宽度时时，除除应满满足应应力扩扩散条条件外外，还还应考考虑垫垫层应应有足足够的的宽度度及侧侧面土土的强强度条条件，，防止止垫层层材料料向侧侧边挤挤出而而增大大垫层层的竖竖向变变形量量。最最常用用的方方法依依然是是按扩扩散角角法计计算，，即垫垫层的的底部部宽度度应按按下式式计算算，或或根据据当地地经验验确定定。(5.4)式中：：θ———垫层的的压力力扩散散角（（°），可可按表表5.1采用；；当z/b<0.25时，仍仍按表表中z/b<0.25取值。。当时时，垫垫层厚厚度较较大，，按扩扩散角角确定定垫层层的底底宽较较宽，，而按按垫层层底面面应力力分布布计算算值分分布的的应力力等值值线在在垫层层底面面处的的实际际分布布则较较窄。。当二二者差差别较较大时时，也也可根根据应应力等等值线线的形形状将将垫层层剖面面做成成倒梯梯形，，以节节省换换填的的工作作量。。当基基础荷荷载较较大，，或对对沉降降要求求较高高，或或垫层层侧边边土的的承载载力较较差时时，垫垫层底底宽可可适当当加大大。另另外，，整片片垫层层也可可根据据施工工的要要求适适当放放宽。。10/26/2022（3））垫层层地基基的承承载力力经换填填处理理后的的地基基，由由于理理论计计算方方法尚尚不够够完善善，或或由于于较难难选取取有代代表性性的计计算参参数等等原因因，而而难于于通过过计算算准确确确定定地基基承载载力。。因此此，《《地基基处理理规范范》强强调经经换填填垫层层处理理后的的地基基承载载力宜宜通过过试验验、尤尤其是是通过过现场场原位位试验验确定定，并并应进进行下下卧层层承载载力的的验算算。对对于丙丙级建建筑物物及一一般不不太重重要的的、小小型的的、轻轻型或或对沉沉降要要求不不高的的工程程，在在无试试验资资料或或经验验时，，当施施工达达到《《地基基处理理规范范》要要求的的压实实标准准后，，可以以参考考表5.2所列列的承承载力力特征征值取取用。。10/26/2022施工方法换填材料类别压实系数λC承载力特征值faK(kPa)碾压或振密碎石、卵石0.94～0.97200～300砂夹石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)200～250土夹石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)150～200中砂、粗砂、砾砂150～200粘性土和粉土(8<Ip<14)130～180灰土0.93～0.95200～250重锤夯实土或灰土0.93～0.95150～200表5.2各种垫垫层的的承载载力10/26/2022（4）垫层地地基的变变形验算算垫层地基基的变形形由垫层层自身变变形和下下卧层变变形组成成。粗粒粒换填材材料的垫垫层在施施工期间间垫层自自身的压压缩变形形已基本本完成，，且量值值很小。。因而对对于碎石石、卵石石、砂加加石、砂砂和矿渣渣垫层，，在地基基变形计计算过程程中，可可以忽略略垫层自自身部分分的变形形值。但对于细细粒材料料的尤其其是厚度度较大的的换填垫垫层，则则应计入入垫层自自身的变变形。有有关垫层层的模量量应根据据试验或或当地经经验确定定。地基基变形计计算应考考虑邻近近基础对对软弱下下卧层顶顶面应力力叠加的的影响。。另外，下下卧层顶顶面承受受换填材材料本身身的压力力超过原原天然土土层压力力较多的的工程，，地基下下卧层也也将产生生较大的的变形。。如工程程许可，，宜尽早早换填，，以使由由此引起起的大部部分地基基变形在在上部结结构施工工前完成成，并应应考虑其其附加的的荷载对对建筑及及邻近建建筑的影影响。10/26/20225.3.3垫层的材材料选择择及质量量检验（1）垫层的的材料选选择垫层可选选用下列列材料：：1)砂石。宜选用用碎石、、卵石、、角砾、、圆砾、、砾砂、、粗砂、、中砂或或石屑（（粒径小小于2mm的部分不不超过总总重的45%），且应应级配良良好，不不含植物物残体、、垃圾等等杂质。。2)粉质粘土土。土料中中有机质质含量不不得超过过5%，也不得得含有冻冻土或膨膨胀土。。当含有有碎石时时，其粒粒径不宜宜大于50mm。3)灰土。体积配配合比宜宜为2：8或3：7。土料宜宜用粉质质粘土，，不宜使使用块状状粘土和和砂质粉粉土，不不得含有有松软杂杂质，并并应过筛筛，其颗颗粒不得得大于15mm。4)粉煤灰。可用于于道路、、堆场和和小型建建筑、构构筑物等等的换填填垫层。。10/26/20225）矿渣。垫层使用用的矿渣是是指高炉重重矿渣，可可分为分级级矿渣、混混合矿渣及及原状矿渣渣。矿渣垫垫层主要用用于堆场、、道路和地地坪，也可可用于小型型建筑、构构筑物地基基。矿渣的的稳定性是是其能否适适用于做换换填垫层材材料的最主主要性能，，设计、施施工前必须须对选用的的矿渣进行行试验，在在确认其性性能稳定并并符合安全全规定后方方可使用。。6）其他工业废废渣。在有可靠靠试验结果果或成功工工程经验时时，对质地地坚硬、性性能稳定、、无腐蚀性性和反射性性危害的工工业废渣等等均可用于于填筑换填填垫层。7）土工合成材材料。由分层铺铺设的土工工合成材料料与地基土土构成加筋筋垫层。所所用土工合合成材料的的品种与性性能及填料料的土类应应根据工程程特性和地地基土条件件，按照《土工合成材材料应用技技术规当工工程要求垫垫层具有排排水功能时时，垫层材材料应具有有良好的透透水性。10/26/2022（2）垫层层的检验对粉质粘土土、灰土、、粉煤灰和和砂石垫层层可用环刀刀法、贯入入仪、静力力触探、轻轻型动力触触探或标准准贯入试验验检验；对砂石、矿矿渣可用重重型动力触触探试验检检验。并均均应通过现现场试验以以设计压实实系数所对对应的贯入入度为合格格标准。压实系数也可采用环环刀法、灌灌砂法、灌灌水法或其其他方法检检验。垫层的施工工质量检验验必须分层进行。应在在每层的压压实系数符符合设计要要求后铺填填上层土。。采用环刀刀法取样时时，取样点点应位于每每层厚度的的2/3深深度处。检检验点数量量，对大基基坑每50～100m2不应少于1个检验点点；对基槽槽每10～～20m不应少少于一个点点；每个独独立柱基不不应少于1个点。采采用贯入仪仪或动力触触探检验时时，每分层层检验点的的间距应小小于4m。。10/26/20225.3.4垫层层的的施施工工（1））施施工工机机械械垫层层施施工工应应根根据据不不同同的的换换填填材材料料选选择择施施工工机机械械。。粉粉质质粘粘土土、、灰灰土土宜宜采采用用平平碾碾、、振振动动碾碾或或羊羊足足碾碾，，中中小小型型工工程程也也可可采采用用蛙蛙式式夯夯、、柴柴油油夯夯。。砂砂土土等等宜宜用用振振动动碾碾。。粉粉煤煤灰灰宜宜采采用用平平碾碾、、振振动动碾碾、、平平板板振振动动器器、、蛙蛙式式夯夯。。矿矿渣渣宜宜采采用用平平板板振振动动器器或或平平碾碾或或振振动动碾碾。（2）铺填厚厚度垫层的施工方方法、分层铺铺填厚度、每每层压实遍数数等宜通过试试验确定。除除接触下卧软软土层的垫层层底部应根据据施工机械设设备及下卧层层土质条件确确定厚度外，，一般情况下下，垫层的分分层铺填厚度度可取200～300mm。。为保证分层层压实质量，，应控制机械械碾压速度。。10/26/2022（3）控制含含水量粉质粘土和灰灰土垫层土料料的施工含水水量宜控制在在最优含水量量的范围内；；当使用振动动碾压时，可可适当放宽下下限范围值，，最优含水量量可通过击实实试验确定；；在缺乏试验验资料时，也也可近似取0.6倍液限限值，或按照照经验采用塑塑限的范围值值作为施工含含水量的控制制值。（4））其其他他注注意意事事项项1））基基坑坑开开挖挖时时应应避避免免坑坑底底土土层层受受扰扰动动2））换换填填垫垫层层施施工工应应注注意意基基坑坑排排水水3））垫垫层层底底部部宜宜设设在在同同一一标标高高上上，，如如深深度度不不同同，，基基坑坑底底土土面面应应挖挖成成阶阶梯梯或或斜斜坡坡搭搭接接，，并并按按先先深深后后浅浅的的顺顺序序进进行行垫垫层层施施工工，，搭搭接接处处应应夯夯压压密密实实。。4））铺铺设设土土工工合合成成材材料料时时，，下下铺铺地地基基土土层层顶顶面面应应平平整整，，防防止止土土工工合合成成材材料料被被刺刺穿穿、、顶顶破破。。10/26/20225.4排水水固固结结法法排水水固固结结法法是是在在建建（（构构））筑筑物物建建造造前前，，利利用用地地基基排排水水固固结结的的特特性性，，对对建建（（构构））筑筑物物地地基基进进行行加加荷荷预预压压，，使使土土体体提提前前完完成成固固结结沉沉降降，，增增加加地地基基强强度度的的一一种种软软土土地地基基加加固固措措施施。。排水水固固结结法法适适用用于于处处理理淤淤泥泥质质土土、、淤淤泥泥和和冲冲填填土土等等饱饱和和粘粘性性土土地地基基。。它它们们广广泛泛分分布布于于我我国国东东南南沿沿海海、、内内陆陆山山间间盆盆地地和和河河湖湖沉沉积积区区，，具具有有含含水水量量大大、、压压缩缩性性高高、、强强度度低低、、透透水水性性差差等等特特点点。。排排水水固固结结法法是是处处理理该该种种软软粘粘土土地地基基的的有有效效方方法法之之一一。。适适用用的的建建(构构)筑筑物物加加固固地地基基包包括括飞飞机机跑跑道道、、铁铁路路和和公公路路路路堤堤、、仓仓库库、、罐罐体体及及轻轻形形建建筑筑物物等等。。10/26/20225.4.1排水固结法法原理与应应用（1）排水固结结法原理在荷载作用用下，土层层的固结过过程就是超超静孔隙水水压力(简称孔隙水水压力)消散和有效效应力增加加的过程。。排水固结结法的排水水系统和加加压系统就就是改变地地基应力场场中的总应应力σ和孔隙水压压力u来达到增大大有效应力力、压缩土土层的目的的。根据固固结理论，，在达到同同一固结度度时，固结结所需的时时间与排水水距离的长长短平方成成正比。为为了加速固固结，最为为有效的方方法是在天天然土层中中增加排水水途径，缩缩短排水距距离，在天天然地基中中设置垂向向排水体。。实际上，排排水固结法法是由排水系统和和加压系统统两部分共同同组合而成成的。排水水系统是一一种手段，，如没有加加压系统，，孔隙中的的水没有压压力差就不不会自然排排出，地基基也就得不不到加固。。如果只增增加固结压压力，不缩缩短土层的的排水距离离，则不能能在预压期期间尽快地地完成设计计所要求的的沉降量，，强度不能能及时提高高，加载也也不能顺利利进行。所所以上述两两个系统，，在设计时时总是联系系起来考虑虑的。（2）排水固结结法的应用用在实际应用用中，排水水固结法的的排水系统统包括竖向排水体体和水平排排水体，其作用是是改善地基基排水边界界条件，增增强土层的的排水固结结效果。根根据固结理理论，粘性性土固结所所需的时间间和排水距距离的平方方成正比，，土层越厚厚，固结延延续的时间间越长。为为了加快土土层的固结结速度，最最有效的方方法是增加加土层的排排水途径，，缩短排水水距离。设设置砂井、、塑料排水水板（袋））等竖向排排水体，以以及砂垫层层水平排水水体就是具具体的排水水手段。10/26/20225.4.2砂井堆载载预压法法设计(1）砂井井或塑料料排水带带（板））尺寸、、间距、、排列方方式和深深度的确确定竖向向排水体体分为普普通砂井井、袋装装砂井和和塑料排排水带（（板）。。砂井直直径和间间距，主主要取决决于粘性性土层的的固结特特性和施施工期限限的要求求。研究究表明，，即使砂砂井直径径很小，，如只有有3cm的理想井井，对加加速固结结也是极极其有效效的。所所以原则则上以采采用“细细而密””的方案案较好。。塑料排排水带（（板）的的当量换换算直径径可按下下式计算算：(5.5)图5.2竖井排列列形(a)等边三角角形；(b)正方形10/26/2022式中：dp——塑料排水水带（板板）当量量换算直直径(mm)；b——塑料排水水带（板板）宽度度(mm)；δ——塑料排水水带（板板）厚度度(mm)。竖向排水水体（竖竖井）的的平面布布置可采采用等边边三角形形或正方方形排列列，图5.2所示。当当竖井为为正方形形排列时时，竖井井的有效效排水范范围为正正方形，，而等边边三角形形排列时时则为正正六边形形，在该该有效范范围内的的水均通通过位于于其中的的竖井排排出。竖竖井的有有效排水水直径de与竖井间间距的关关系为：：(5.7)(5.6)等边三角角形排列列正方形形排排列10/26/2022排水竖竖井的的间距距l可根据据地基基土的的固结结特性性和预预定时时间内内所要要求达达到的的固结结度确确定。。设计计时，，竖井井的间间距l可按井井径比比n选用（（n=de／dw，dw为竖井井直径径，对对塑料料排水水带可可取dw＝dp，）。。塑料料排水水带（（板））或袋袋装砂砂井的的间距距可按按n＝15～22选用，，普通通砂井井的间间距可可按n＝6～8选用。。排水竖竖井的的深度度应根根据建建筑物物对地地基的的稳定定性、、变形形要求求和工工期确确定。。对以以地基基抗滑滑稳定定性控控制的的工程程，竖竖井深深度至至少应应超过过最危危险滑滑动面面2.0m。对以以变形形控制制的建建筑，，竖井井深度度应根根据在在限定定的预预压时时间内内需完完成的的变形形量确确定。。10/26/2022(2））排水水砂垫垫层材材料和和厚度度的确确定在竖井井顶面面应铺铺设排排水砂砂垫层层，以以连通通砂井井、塑塑料排排水带带等竖竖向排排水体体，引引出从从土层层排入入竖向向排水水体的的渗流流水。。《建建筑地地基处处理技技术规规范》》规定定，砂砂垫层层厚度度应小小于500mm，砂砂垫层层砂料料宜用用中粗粗砂，，粘粒粒含量量不宜宜大于于3％％，砂砂料中中可混混有少少量粒粒径小小于50mm的的砾石石。砂砂垫层层的干干密度度应大大于1.5g/cm3，其其渗渗透透系系数数宜宜大大于于1××10-2cm/s。。(3））预预压压荷荷载载大大小小、、荷荷载载分分级级、、加加载载速速率率和和预预压压时时间间的的确确定定在软软弱弱地地基基上上堆堆载载预预压压，，必必然然在在地地基基中中产产生生剪剪应应力力。。当当这这种种剪剪应应力力大大于于软软土土地地基基的的抗抗剪剪强强度度时时，，地地基基将将剪剪切切破破坏坏。。为为此此，，堆堆载载预预压压需需进进行行分分级级加加荷荷，，等等到到前前期期荷荷载载作作用用下下地地基基强强度度增增加加到到足足以以满满足足下下一一级级荷荷载载时时，，方方可可施施加加下下一一级级荷荷载载，，直直至至加加到到设设计计荷荷载载。。10/26/2022(4)地基土的固固结度计算算固结度计算算是堆载预预压处理地地基中的重重要内容，，可根据各各级荷载下下不同时间间的固结度度，推算地地基强度的的增长值，，分析地基基的稳定性性，确定相相应的加荷荷计划，估估算加荷期期间地基的的沉降量，，确定预压压荷载的期期限等。1)瞬间加荷条条件下砂井井地基固结结度的计算算如图5.3所示为堆载载预压砂井井地基处理理，每个砂砂井影响范范围内的柱柱体可用等等面积的圆圆柱体来代代表。等效效圆柱体直直径为de，高度为2H，砂井直径径为dw，饱和软粘粘土层上、、下面均为为排水面，，在加荷条条件下，土土层中的孔孔隙水沿径径向和竖向向渗流，土土层固结。。图5.3砂井地基固固结度计算算模型10/26/2022瞬间间加加荷荷砂砂井井固固结结理理论论有有假假设设条条件件:①每个个砂砂井井的的有有效效影影响响范范围围为为圆圆柱柱体体，，且且不不计计砂砂井井施施工工过过程程中中所所引引起起的的涂涂抹抹作作用用；；②在在影影响响范范围围水水平平面面积积上上的的荷荷载载是是瞬瞬时时施施加加且且均均布布的的；；③土土体体仅仅有有竖竖向向压压密密变变形形，，土土的的压压缩缩系系数数和和渗渗透透系系数数是是常常数数；；④土土体体完完全全饱饱和和，，加加荷荷开开始始时时，，荷荷载载所所引引起起的的全全部部应应力力由由孔孔隙隙水水承承担担，，固固结结过过程程就就是是土土中中孔孔隙隙水水排排出出的的过过程程。。现设设圆圆柱柱体体内内任任意意点点(r，z)处的的孔孔隙隙水水压压力力为为u，水水平平向向渗渗透透系系数数为为kh，竖竖向向渗渗透透系系数数为为kv，则固结微分分方程为(5.11)式中：t——时间Cv——竖向固结结系数；Ch——径向固结结系数(或称称水平向固结结系数)。10/26/2022式(5.11)可用分离离变量法法求解，，将式(5.11)可分解为为竖向固固结和径径向固结结两个微微分方程程，如下下两式，，即(5.12)(5.13)将上两式式分别求求解，得得到竖向向排水平平均固结结度和径径向排水水平均固固结度，，然后再再求出在在竖向排排水和径径向排水水联合作作用下的的整个砂砂井影响响范围内内土柱体体的平均均总固结结度。(推导过过程见教教材)10/26/20222）多级逐逐渐加荷荷条件下下砂井地地基固结结度的计计算(图5.6)在多级等等速加荷荷条件下下，改进进的太沙沙基法可可归纳为为以下计计算公式式，即（5.24）式中：——多级等速速加荷，，t时刻修正正后的平平均固结结度；Urz——瞬间加荷荷条件的的平均固固结度；；tn-1、tn——分别为每每级等速速加荷的的起点和和终点时时间(从时间0点起算)，当计算算某一级级荷载加加荷期间间t时刻的固固结度时时，则tn改为t；△pn——第n级荷载增增量，如如计算加加荷过程程中某一一时刻t的固结度度时，则则用该时时刻相对对应的荷荷载增量量。图5.6多级等速速加荷过过程10/26/20221955年，日本本高木俊俊介针对对任意变变速加荷荷情况，，提出了了固结度度计算方方法。当当0<t<T时，对于于p而言的固固结度为为：（5.25）当t>T时，对于于而而言的的固结度度为：（5.26）式中，U(t-τ)———瞬间间加荷固固结度理理论解;q——任任意时刻刻t时的的加荷速速率;T——加加荷终点点时间。。10/26/20223）地基土土的强度度增长计计算《建筑地基基处理技技术规范范》给出了相相似的计计算方法法，规定定计算预预压荷载载下饱和和粘性土土地基中中某点的的抗剪强强度时，，应考虑虑土体原原来的固固结状态态。对正正常固结结饱和粘粘性土地地基，某某点某一一时间的的抗剪强强度可按按下式计计算：(5.34)10/26/20224）地基土土的沉降降计算预压荷载载下地基基最终沉沉降量s∞由三部分分组成，，即瞬时时沉降sd、固结沉沉降sc、和次固固结沉降降s0。表达式式为：(5.35)固结沉降降sc可采用分分层总和和法计算算，即:(5.36)瞬时沉降降sd的计算采采用弹性性理论公公式。sd可按下式式计算，，即：：(5.37)10/26/2022次固结沉沉降s0根据下式式计算：：(5.38)如果在建建筑物使使用年限限内，次次固结沉沉降经判判断可以以忽略的的话，则则最终总总沉降s∞可按下式式计算，，即在实际工工程中，，常采用用经验算算法，它它考虑了了地基剪剪切变形形及其他他因素的的综合影影响，以以固结沉沉降量sc为基准，，用经验验系数ξ予以修正正，得到到预压地地基的最最终沉降降量。《建筑地基基处理技技术规范范》规定，预预压荷载载下地基基的最终终竖向变变形量可可按下式式计算，，即(5.39)10/26/20225.4.3排水固结结法的施施工与质质量检测测（1）排水固固结法的的施工1）堆载预预压施工工方法从施工角角度分析析，要保保证排水水固结法法的加固固效果，，主要做做好以下下三个环环节：铺设水平平排水垫垫层；设设置竖向向排水体体和施加加固结压压力。竖向排水水体在工工程中的的应用有有：普通通砂井；；袋装砂砂井；塑塑料排水水带。①砂井施施工要求求：保持持砂井连连续和密密实，并并且不出出现颈缩缩现象；；尽量减减小对周周围土的的扰动；；砂井的的长度、、直径和和间距应应满足设设计要求求。②袋装砂砂井施工工，袋装装砂井是是普通砂砂井的改改良和发发展。比比较适应应在软弱弱地基上上施工；；施工速速度加快快、工程程造价降降低，是是一种比比较理想想的竖向向排水体体。10/26/2022③塑料排水水带的施工工，塑料带带排水法是是将带状塑塑料排水带带用插带机机将其插入入软土中，，然后在地地基面上加加载预压，，土中水沿沿塑料带的的通道溢出出，从而使使地基土得得到加固的的方法。2)真空预压施施工方法真空预压是是一种有效效的加速软软土地基排排水固结的的方法，该该法不需要要堆载，省省略了加载载和卸载的的工序，真真空法所产产生的负压压使地基土土的孔隙水水迅速排出出，缩短了了预压固结结时间。同同时，真空空预压法所所用的设备备和施工工工艺均比较较简单，无无需大量的的大型设备备，便于大大面积施工工。真空预压的的施工工艺艺图图5.710/26/2022真空预压的的主要设备备及要求如如下：①真空泵：：普通真空空泵和射流流真空泵。。真空预压压的抽气设设备宜采用用射流真空空泵。②水平向分分布滤管：：它的主要要作用是，，在抽真空空过程中使使真空度在在整个加固固区内分布布均匀。水水平向分布布滤水管可可采用条状状、梳齿状状及羽毛状状等形式，，滤水管布布置宜形成成回路。③密封膜：：常采用聚聚氯乙烯薄薄膜、聚乙乙烯专用薄薄膜等。密密封膜的施施工是真空空预压加固固法成败的的关键问题题之一，加加工好的密密封膜面积积要大于加加固场地面面积，一般般要求每边边应大于加加固区相应应边2～4m。为了保证证整个预压压过程中的的密封性，，塑料膜一一般宜铺设设2—3层，并保证证膜周边的的密封性。。如果采用真真空一堆载载联合预压压时，应先先进行抽真真空，当达达到设计要要求并稳定定后，再进进行堆载，，并继续抽抽气，在膜膜上铺设土土工编织布布等保护材材料。10/26/2022（2）质量检测测1)施工过程质质量检查和和检测应包包括以下内内容：①塑料排水水带必须在在现场随机机抽样送往往实验室进进行性能指指标的测试试，其性能能指标包括括纵向通水量量、复合体体抗拉强度度、滤膜抗抗拉强度、、滤膜渗透透系数和等等效孔径等。②对不同来来源的砂井井和砂垫层层砂料，必必须取样进行颗粒分分析和渗透透性试验。。③对于以抗抗滑稳定控控制的重要要工程，应应在预压区区内选择代代表性地点点预留孔位位，在加载载不同阶段段进行原位位十字板剪剪切试验和和取土进行行室内土工工试验。④对预压工工程，应进进行地基竖向变形、、侧向位移移和孔隙水水压力等项项目的监测测。⑤真空预压压工程除应应进行地基基变形、孔孔隙水压力力的监测外外，尚应进进行膜下真空度度和地下水水位的量测。10/26/20222)预压法竣工工验收检验验应符合下下列规定：：①排水竖井井处理深度度范围内和和竖井底面面以下受压压土层，经经预压所完完成的竖向向变形和平平均固结度度应满足设设计要求。。②应对预压压的地基土土进行原位位十字板剪剪切试验和和室内土工工试验。必必要时，尚尚应进行现现场载荷试试验，试验验数量不应应少于3点。10/26/20225.5复合地基5.5.1复合地基的的概念与分分类(1)复合地基的的概念复合地基是是指天然地地基在地基基处理过程程中部分土土体得到增增强，或被被置换，或或在天然地地基中设置置加筋材料料，加固区区是由基体体(天然地基土土体)和增强体两两部分组成成的人工地地基。复合地基中中桩体与基基础往往不不是直接相相连的，它它们之间通通过垫层（（碎石或砂砂石垫层））来过渡；；而桩基中中桩体与基基础直接相相连，两者者形成一个个整体。由于复合地地基的理论论的最基本本假定为桩桩与桩周土土的协调变变形。为此此，从理论论而言，复复合地基中中也不存在在类似桩基基中的群桩桩效应。10/26/2022(2)复合地基的的分类根据地基中中增强体的的方向可分分为水平向向增强体复复合地基和和竖向增强强体复合地地基。（a)水平向增强强体复合地地基（（b)竖向增强体体复合地基基图5-8复合地基示示意图10/26/2022桩体如按成成桩所采用用的材料可可分为：①散体土类类桩——如碎石桩、、砂桩等；；②水泥土类类桩——如水泥土搅搅拌桩、旋旋喷桩等；；③混凝土类类桩——树根桩、CFG桩等。桩体如按成成桩后的桩桩体的强度度（或刚度度）可分为为:①柔性桩——散体土类桩桩属于此类类桩；②半刚性桩桩——水泥土类桩桩；③刚性桩——混凝土类桩桩。复合地基中中的桩体为为同一种材材料的称为为单一桩型型复合地基基。这类复复合地基可可以是桩径径相同，而而桩距和桩桩长不同。。由两种或两两种以上类类型的桩组组成的复合合地基，称称为多桩型型复合地基基。10/26/20225.5.2复合地基的作作用机理复合地基的作作用机理一般般是以下一种种或多种作用用：(1)桩体作用由于复合地基基中桩体的刚刚度较周围土土体为大，在在刚性基础下下等量变形时时，地基中应应力将按材料料模量进行分分布。(2)垫层作用桩与桩间土复复合形成的复复合地基或称称复合层，由由于其性能优优于原天然地地基，它可起起到类似垫层层的换土、均均匀地基应力力和增大应力力扩散角等作作用。(3)加速固结作用用除碎石桩、砂砂桩具有良好好的透水特性性，可加速地地基的固结外外，水泥土类类和混凝土类类桩在某种程程度上也可加加速地基固结结。(4)挤密作用如砂桩、土桩桩、石灰桩、、砂石桩等在在施工过程中中由于振动、、挤压、排土土等原因，可可使桩间土起起到一定的密密实作用。(5)加筋作用各种桩土复合合地基除了可可提高地基的的承载力外，，还可用来提提高土体的抗抗剪强度，增增加土坡的抗抗滑能力。10/26/20225.5.3复合地基参数数设计（1）面积置换率率m在复合地基中中，取一根桩桩及其所影响响的桩周土所所组成的单元元体作为研究究对象，桩体体的横截面积积与该桩体所所承担的复合合地基面积之之比称为复合合地基面积置置换率m。桩体在平面面上的布置常常用的有：等等边三角形、、正方形和矩矩形布置。其其面积置换率率m为：(5.40)式中：d——桩体平均直径径（m）；de——根桩分担的处处理地基面积积的等效圆半半(m)径，对对三种种布桩桩方式式分别别为等边三三角形形布桩桩矩形布布桩正方形形布桩桩(5.41)(5.42)(5.43)10/26/2022（2）桩土土应力力比n桩土应应力比比n是指复复合地地基中中桩体体的竖竖向平平均应应力与与桩间间土的的竖向向平均均应力力之比比，它它是复复合地地基的的一个个重要要的设设计参参数，，关系系到复复合地地基承承载力力和变变形的的计算算。（3）复合合土层层压缩缩模量量在复合合地基基计算算中，，为了了简化化，将将加固固区视视作一一均质质的复复合土土体，，那么么与原原非均均质复复合土土层等等价的的均质质复合合土层层的压压缩模模量称称为复复合土土层压压缩模模量。。（4）复合合地基基承载载力复合求求和法法的计计算公公式根根据桩桩的类类型不不同而而有所所不同同。1)竖向增增强体体复合合地基基承载载力计计算复合地地基的的极限限承载载力可可用用下式式表示示：(5.44)10/26/2022对刚性性桩复复合地地基和和柔性性桩复复合地地基，，桩体体极限限承载载力可可采用用类似似摩擦擦桩极极限承承载力力计算算式计计算，，其表表达式式为按式(5.45)计算桩桩体极极限承承载力力外，，尚需需计算算桩身身材料料强度度允许许的单单桩极极限承承载力力，即即散体材材料桩桩在荷荷载作作用下下，桩桩体发发生鼓鼓胀，，桩周周土进进入塑塑性状状态，，可通通过计计算桩桩间土土侧向向极限限应力力计算算单桩桩极限限承载载力。。其一一般表表达式式可用用下式式表示示：（5.45）（5.46）（5.47）10/26/20222)水平平向向增增强强体体复复合合地地基基承承载载力力计计算算水平平向向增增强强体体复复合合地地基基主主要要包包括括在在地地基基中中铺铺设设各各种种加加筋筋材材料料，，如如土土工工织织物物、、土土工工格格栅栅等等形形成成的的复复合合地地基基。。Florkiewicz认为为基基础础的的极极限限荷荷载载是是无无加加筋筋体体的的双双层层土土体体系系的的常常规规承承载载力力和和由由加加筋筋引引起起的的承承载载力力提提高高值值之和和，，即即(5.48)图5-9水平平向向增增强强体体复复合合地地基基上上的的条条形形基基础础10/26/2022复合合地地基基中中各各点点的的视视粘粘聚聚力力值值取取决决于于所所考考虑虑的的方方向向，，其其表表达达式式（（Schlosser和Long，1974）为为采用用极极限限分分析析法法分分析析，，地地基基土土体体滑滑动动模模式式取取Prandtl滑移移面面模模式式，，当当加加筋筋复复合合土土层层中中加加筋筋体体沿沿滑滑移移面面AC滑动时，，地基破破坏。此此时，刚刚性基础础竖直向向下速度度为，，加筋体体沿AC面滑动引引起的能能量消散散率增量量为忽略了ABCD区和BGFD区中由于加筋筋体存在（Cr≠0）能量消散率率增量的增加加。根据上限限定理，可得得到承载力提提高值表示式式如下：(5.49)(5.50)(5.51)10/26/20225）褥垫层的设设置为保证桩土共共同承担荷载载，减少基础础底面的应力力集中，基础础底面与桩体体顶部之间应应设置褥垫层层。褥垫层厚厚度一般在100～300mm，可采用中砂砂、粗砂、砾砾砂、碎石、、卵石等散体体材料。碎石石、卵石宜掺掺入20%～30%的砂。另外，，也可通过改改变褥垫层的的厚度，调整整桩土荷载的的分担，通常常褥垫层越薄薄，桩承担的的荷载占总荷荷载的百分比比越高，反之之亦然。10/26/20225.5.4复合地基沉降降计算在各类复合地地基沉降实用用计算方法中中，通常把沉沉降量分为二二部分，如图图5-10所示。加固区区土体压缩量量为，加固区区下卧层土体体压缩量为，，则复合地基基总沉降表达达式为(5.52)图5-10复合地基沉沉降计算模模式10/26/2022的计算方法法一般有以以下三种:(1)复合模量法法采采用分层总总和法计算算，，表达式为为Ecs值可通过面面积加权法法计算或弹弹性理论表表达式计算算，也可通通过室内试试验测定。。面积加加权表达式式为(2)应力修正法法在该法中，，根据桩间间土承担的的荷载Ps，按照桩间间土的压缩缩模量Es，忽略增强强体的存在在，采用分分层总和法法计算加固固区土层的的压缩量S1(5.55)(5.53)(5.54)10/26/2022(3)桩身压缩量量法在荷载作用用下，桩身身压缩量为为复合地基加加固区下卧卧层土层压压缩量通常常采用分层层总和法计计算。在分分层总和法法计算中，，作用在下下卧层土体体上的荷载载或土体中中附加压力力是难以精精确计算的的。目前在在工程应用用上，常采采用下述方方法计算：：1)应力扩散法法2)等效实体法法(5.56)图5-11下卧层附加加应力计算算（a）应力扩散散法;（b）等效实体体法10/26/20225.6强夯夯法法强夯夯法法又又名名动动力力固固结结法法或或动动力力压压实实法法(dynamicconsolidation)，1969年首首先先由由法法国国工工程程师师梅梅纳纳提提出出。。由由于于强强夯夯法法具具有有加加固固效效果果显显著著、、适适应应土土类类广广、、设设备备简简单单、、施施工工方方便便、、节节省省劳劳力力、、施施工工期期短短、、节节省省材材料料、、施施工工文文明明和和施施工工费费用用低低等等优优点点，，我我国国自自20世纪纪70年代代引引进进此此法法后后迅迅速速在在全全国国推推广广应应用用。。从加加固固机机理理和和作作用用来来看看，，强强夯夯法法可可分分为为动力夯实、动动力固结和动动力置换三种情况,其共同的特点点是：破坏土土的天然结构构，达到新的的稳定状态。。5.6.1强夯法加固机机理及适用范范围10/26/2022（1）有效加固深度度强夯法创始人人梅纳曾提出出下式估算影影响深度H：工程实践表明明，上述梅纳纳公式估算的的有效加固深深度往往偏大大。因此，《地基处理规范范》放弃修正后的的梅纳公式，，规定强夯法法的有效加固固深度应根据据现场试夯或或当地经验确确定，在缺少少试验资料或或经验时，可可按表5.7(见课本本)预估。。（5.61）5.6.2强夯法法参数数设计计10/26/2022（2）夯击次次数夯击次次数是是强夯夯设计计中的的一个个重要要参数数。对对于不不同地地基土土来说说夯击击次数数应不不同。。（3）夯击遍遍数夯击遍遍数应应根据据地基基土的的性质质确定定。一一般来来说，，由粗粗颗粒粒土组组成的的渗透透性强强的地地基，，夯击击遍数数可少少些。。反之之，由由细颗颗粒土土组成成的渗渗透性性弱的的地基基，夯夯击遍遍数要要求多多些。。（4）时间间间隔两遍夯夯击之之间的的时间间间隔隔，应应根据据土中中超静静孔隙隙水压压力的的消散散速率率确定定。但但后者者与土土的类类别、、夯点点间距距等因因素有有关。。（5）夯击点布置置夯击点位置置可根据基基础平面形形状布置。。夯击点间间距，一般般根据地基基土的性质质和要求处处理的深度度而定。（6）处理范围围强夯处理理范围应应大于建建筑物基基础范围围。具体体放大范范围可根根据建筑筑结构类类型和重重要性等等因素考考虑确定定。（7）试夯与检检测根据初步步确定的的强夯参参数，提提出强夯夯试验方方案，进进行现场场试夯。。10/26/20225.6.3强夯法施施工（1）强夯锤强夯锤的质量可取10～40t，其底面形状状宜采用圆形形或多边形，，锤底面积宜宜按土的性质质确定，锤底底静接地压力力值可取25～40kPa，对于细颗粒粒土锤底静接接地压力宜取取较小值。（2）起重机械施工机械宜采采用带有自动动脱钩装置的的履带式起重重机或其他专专用设备。采采用履带式起起重机时，可可在臂杆端部部设置辅助门门架，或采用用其他安全措措施，防止落落锤时机架倾倾覆。（3）施工前的准准备工作施工前应查明明场地范围内内的地下构筑筑物和各种地地下管线的位位置和标高等等，并采取必必要措施，以以免因施工而而造成损坏。。10/26/2022（4）施工工步骤骤平整场场地——测量高高程———起重重机机就就位位———测量量夯夯前前锤锤顶顶高高程程———夯击击———重复复上上述述步步骤骤———整平平5.6.4强夯夯法法的的质质量量检检验验首先先检检查查施施工工过过程程中中的的各各项项测测试试数数据据和和施施工工记记录录，，不不符符合合设设计计要要求求时时应应及及时时补夯夯或采采取取其其他他有有效效措措施施。。强夯夯处处理理后后的的地地基基竣竣工工验验收收承承载载力力检检验验，，应应在在施施工工结结束束后后间间隔隔一一定定时时间间方方能能进进行行。检验验方方法法应应采采用用原位位测测试试和室内内土土工工试试验验。检检验验的的数数量量应应根根据据场场地地复复杂杂程程度度和和建建筑筑物物的的重重要要性性确确定定。。10/26/20225.7其他地基基处理方方法5.7.1深层搅拌拌法（1）概述深层搅拌拌法加固固软土地地基是利利用水泥泥、石灰灰等材料料作为固化剂的主剂，，通过特特制的深深层搅拌拌机械，，在地基基深处就就地将软软土和浆浆液或粉粉状的固固化剂进进行强制制搅拌，，经拌和和的混合合物发生生一系列列物理化化学反应应，使软软土硬结结成具有有整体性、水稳定性性和一定强强度的加加固体。。10/26/2022水泥土搅搅拌法使使用的固化剂和外掺剂必须通过过试验确确定其合合理的配配比与加加固土的的强度值值。固化化剂的掺掺入量一一般为加加固土中中的12%～20%。当采用用水泥作作为固化化剂，宜宜选用32.5号以上的的普通硅硅酸盐水水泥水泥土搅搅拌法适适用于处处理正常常固结的的淤泥与与淤泥质质土、粉粉土、饱饱和黄土土、素填填土、粘粘性土以以及无流流动地下下水的饱饱和松散散砂土等等地基。。进行深层层搅拌法法加固软软土地基基的设计计时，除除了一般般常规的的要求外外，对下下述各点点也应予予以特别别的重视视：1)土质分析析：有机质质含量，，可溶