换土垫层、碾压与夯实法地基处理技术

换土垫层层、碾压压与夯实实法地基基处理技技术学习对象象软弱土地地基特征征及处理理方法，，换土垫垫层法，，碾压与与夯实法法；排水固结结法，挤挤密砂(碎石)桩；化学加固固法，土土层锚固固技术和和加筋土土结构学习内容容软弱土的的工程特特点，换换土垫层层及其作作用，砂砂垫层设设计要点点；重锤夯实实法，碾碾压与压压实及强强夯法，，排水固固结法原原理，砂砂井的应应用与设设计；振密及振振冲法设设计和计计算原理理；化学加固固和土层层锚固和和加筋学习目的的了解软弱弱土的工工程特征征，能够够进行砂砂垫层的的设计，，会进行行挤密桩桩的设计计；会进行强强夯法一一些参数数的计算算；能够进行行砂井的的设计；；对化学加加固和土土层锚固固，加筋筋结构作作简要了了解。第一节概概述软弱土地地基的特特征软弱土是是指淤泥泥，淤泥泥质土，，冲填土土，杂填填土及其其它高压压缩性土土，由软软弱土组组成的地地基称软软弱土地地基。软土是指指淤泥和和淤泥土土，它们们是在静静水或缓缓慢流水水环境中中沉积，，经生物物化学作作用形成成。天然然含水量量大于液液限，天天然孔隙隙比大于于1.5的粘性土土称为淤淤泥，天天然孔隙隙比小于于1.5大于1.0时称为淤淤泥质土土。第一节概概述软土的物物理力学学特征1.天然含水水量较高高，孔隙隙比较大大；2.压缩性较较高，且且压缩性性随液限限的增高高而增高高；3.抗剪强度度很低；；排水剪剪时，其其抗剪强强度随固固结程度度的增加加而增加加；4.渗透性很很小；5.具有显著著的结构构性，一一旦扰动动，其絮絮状结构构受到破破坏，土土的强度度显著降降低；6.具有明显显的流变变性，在在荷载作作用下，，软土承承受剪应应力的作作用产生生缓慢的的剪切变变形。第一节概概述冲填土的的物理力力学特征征冲填土是是用挖泥泥船或泥泥浆泵将将泥沙夹夹带大量量水分吹吹送到江江河两岸岸而形成成的沉积积土层。。其成分分和分布布规律与与冲填时时的泥沙沙来源及及冲填时时的水力力条件有有关。若若冲填物物是粘性性土为主主，土中中含有大大量的水水分，且且难于排排出，故故它在形形成初期期常处于于流动状状态，这这类土属属于强度度较低和和压缩性性较高的的欠固结结土。在冲填土土地基上上建造房房屋，应应具体分分析它的的状态，，考虑它它的欠固固结影响响和不均均匀性。。第一节概概述杂填土的的物理力力学特征征它的成因因很不规规律，成成分复杂杂，分布布极不均均匀，结结构松散散，杂填填土性质质随堆龄龄期而变变化。其其承载力力一般随随堆填的的时间增增长而增增高。杂杂填土土的主要要特征是是强度低低，压缩缩性高和和均匀性性差。同同时，某某些杂填填土内含含有腐植植质及亲亲水和水水溶性物物质，会会给地基基带来更更大的沉沉降和浸浸水湿陷陷性。第一节概概述软弱土地地基处理理的一般般方法，消除其其它不利利影响。。地基处处理不仅仅应用于于地基处处理的目目的主要要是改善善地基土土的工程程性质，，达到满满足建筑筑物对地地基稳定定和变形形的要求求，包括括改善地地基土的的变形特特性和渗渗透性，，提高其其抗剪强强度和抗抗液化能能力拟建建工程，，也可用用于已建建工程的的地基处处理，例例如建筑筑物的加加层扩建建或对建建成后出出现的一一些事故故进行处处理等。。第一节概概述碾压夯实实处理方法法:机械碾压压法、振振动压实实法、重锤夯实实法、强夯法。原理及作作用:通过机械械碾压或或夯击压压实土的的表层，，而强夯夯法则利利用强大大的夯击击功迫使使深层土土液化和和动力固固结而密密实。提提高地基基土的强强度，减减少部分分沉降量量，消除除或部分分消除黄黄土的湿湿陷性，，改善土土的可液液化性。。适用范围围:一般适用用于砂土土及含水水量不高高的粘性性土。强强夯法应应注意其其震动对对附近建建筑物的的影响。第一节概概述换土垫层层处理方法法:素土垫层层、砂垫垫层、碎碎石垫层层。原理及作作用:挖去浅层层土，换换用比较较好的土土料，以以提高持持力层的的承载力力，减少少部分沉沉降量，，并消除除或部分分消除土土的湿陷陷性、胀胀缩性及及防止土土的冻胀胀作用，，改善土土的可液液化性能能。适用范围围:适用于处处理浅层层软弱土土地基、、湿陷性性黄土地地基、膨膨胀土地地基、季季节性冻冻土地基基。第一节概概述排水固结结处理方法法:堆载挤压压法、砂砂井堆载载预压法法、排水水纸板法法、井点点降水预预压法、、真空预预压法。。原理及作作用:通过改善善地基的的排水的的条件和和施加预预压荷载载，加速速地基的的固结和和强度增增长，提提高地基基的稳定定性，并并使沉降降提前完完成。适用范围围:适用于处处理厚度度较大的的饱和软软土层，，但需要要具体预预压条件件(时间)，对于厚厚的泥炭炭层则要要慎重。。第一节概概述振动挤密密处理方法法:砂桩挤密密法、土土桩挤密密法、灰灰土桩挤挤密法、、生石灰灰挤密法法、振冲冲法。原理及作作用:通过挤密密或振动动使深层层土密实实，并振振动挤密密过程中中回填砂砂，砾石石等形成成砂桩或或碎石桩桩，与桩桩间土一一起组成成复合地地基，从从而提高高地基承承载力，，减小沉沉降量。。适用范围围:适用于处处理砂土土、粉砂砂或部分分粘土颗颗粒含量量不高的的粘性土土。第一节概概述化学加固固处理方法法:硅化法、、旋喷法法、碱液液加固法法、水泥泥灌浆法法、深层层搅拌法法。原理及作作用:通过注入入化学浆浆液将土土粒胶结结，或通通过化学学作用或或机械拌拌和等改改善土的的性质，，提高地地基承载载力。适用范围围:适用于处处理砂土土、粘性性土、湿湿陷性黄黄土等地地基，特特别适用用于工作作事故处处理。第一节概概述其它方法法处理方法法:加筋法、、土层锚锚固技术术、热加加固法、、冻结法法等。原理及作作用:通过特殊殊的技术术措施处处理。适用范围围:根据实际际情况确确定。第二节换换填填垫层法法换填垫层层法：换填垫层层法是指挖去去地表浅浅层软弱弱土层或或不均匀匀土层，，回填坚坚硬、较较粗粒径径的材料料，并夯夯压密实实，形成成垫层的的地基处处理方法法。换土土垫层适适用于软软弱地基基的浅层层处理。。深度一一般不宜宜大于3m，但太薄薄效果不不显著，，因此其其厚度不不宜小于于0.5m。换土垫垫层由于于回填资资料的不不同，可可分为砂砂垫层，，碎石垫垫层，灰灰土垫层层和素土土垫层等等。第二节换换填填垫层法法换填垫层层的作用用和原理理：①提高高基础底底面以下下浅层地地基的承承载力；；②减少少了沉降降量；③加速速了软弱弱土层的的排水固固结；④防止止冻胀，，砂垫层层材料颗颗粒粗大大，不会会产生毛毛细现象象，因而而可以防防止结冰冰造成的的冻胀。。消除膨胀胀土的胀胀缩作用用。第二节换换填垫层层法垫层设计要要求垫层的设计计不但要满满足建筑物物对地基变变形及稳定定的要求，，且应符合合经济合理理的原则。。垫层设计的的主要是确确定断面的的合理厚度度和宽度，，以防止产产生局部破破坏，防止止垫层材料料向两侧挤挤出。第二节换换填垫层层法砂垫层厚度度的确定垫层厚度一一般是根据据垫层底部部软弱土层层的承载力力来确定的的，即满足足下列条件件：第二节换换填垫层层法附加压力计计算条形基础：：矩形基础：：方形基础：：第二节换换填垫层层法垫层宽度的的确定砂垫层的宽宽度除了满满足扩散的的要求外，，还应根据据垫层侧面面土的承载载力来确定定。垫层要要有足够的的宽度，改改正垫层材材料向两边边挤出，若若垫层材料料向两边挤挤出，则会会使基础沉沉降增大，，一般是按按应力扩散散的要求确确定砂垫层层底宽：底宽确定后后，再根据据开挖基坑坑需要的边边坡延伸至至地面，要要求垫层顶顶部距基础础外缘距离离大于300mm，这样即得得砂垫层断断面设计。第二节换换填垫层层法垫层施工要要点1、砂垫层所所用的材料料，以中粗粗砂为好，，也可用砾砾砂，碎石石。细砂虽虽然也可作作为垫层，，但不易压压实，而且且强度不高高。2、砂垫层施施工的关键键是保证垫垫层的岩实实度，采用用分层密实实法，分层层厚度一般般为15cm～20cm。3、开挖基坑坑铺设垫层层时，必须须避免扰动动软弱层的的表面。4、每层砂层层压实后都都应进行质质量检验。。第三节重重锤夯实实与强夯法法机械压密法法利用一定的的机具在土土体中产生生瞬时重复复荷载，以以克服颗粒粒间的阻力力，使颗粒粒间相互移移动，孔隙隙体积减小小，密度增增加，称之之为机械压压密法。机械压密分分类：碾子静重压压密：采用用平碾、羊羊脚碾和气气胎碾等机机具压密；；冲击荷重压压密：采用用夯板和动动力夯等机机具压密；；振动压密：：采用振动动碾、振动动板凳机具具压密。第三节重重锤夯实实与强夯法法振冲器第三节重重锤夯实实与强夯法法平碾第三节重重锤夯实实与强夯法法羊脚碾第三节重重锤夯实实与强夯法法机械压密的的效果取决决于土的性性质和机械械的荷重参参数。对于于粘性土而而言，重要要影响因素素是土的含含水量。含水量低的的土，因为为大量空气气的存在，，孔隙水都都成为毛细细水，土颗颗粒间存在在可观的摩摩擦阻力，，阻碍颗粒粒的移动，，所以土不不容易被压压密；对于含水量量很大时，，气体处于于封闭状态态，在短暂暂荷载作用用下，水不不容易排出出，土也就就不容易被被压密；对于砂土，，由于很容容易排水，，所以水的的存在，可可以较少颗颗粒间的摩摩擦而不会会影响颗粒粒间的相互互挤密，所所以压密砂砂土时要充充分洒水。。第三节重重锤夯实实与强夯法法重锤夯实法法是用起重机机将夯锤提提高到一定定高度，然然后自由下下落，利用用冲击能重重复夯击地地基，使地地表面形成成一层比较较密实的硬硬壳层，从从而提高地地基表土层层的强度。。对湿陷性性黄土，可可减小表层层土的湿陷陷性。重锤夯实法法适用于地地下水距地地表面0.8m以上稍湿的的一般粘性性土，砂土土，湿陷性性黄土和杂杂填土等。。正式施工工前，一般般应在建筑筑地段先行行试夯。选选定夯锤重重量，底面面直径，落落距和最优优含水量，，以便确实实夯击的最最后下沉量量，相应的的最少夯遍遍数和总下下沉量。第三节重重锤夯实实与强夯法法重锤夯实的的效果与锤锤重，锤底底直径，落落距，夯击击的遍数，，夯实土的的种类和含含水量有密密切关系，，合理地选选定以上参参数和控制制土的含水水量，才能能达到好的的夯实效果果。因此在在施工时，，一方面控控制土的含含水量，使使土在最优优含水量条条件下夯实实，另一方方面，若夯夯实土的含含水量发生生变化，则则可以调节节夯实功的的大小。一一般情况，，增大夯实实功或增加加夯击的遍遍数可以提提高夯实的的效果。第三节重重锤夯实实与强夯法法强夯法又名动力固固结法，是是将很重的的锤(一般100KN～400KN)从高处自由由落下(一般为6m～40m)，给地基以以冲击能和和振动。国国外最大的的夯击能曾曾达到50MN··m。它它适适合合加加固固从从砾砾石石到到不不饱饱和和粘粘性性土土的的各各类类地地基基土土。。强强夯夯法法不不仅仅能能提提高高地地基基的的强强度度，，降降低低其其压压缩缩性性，，而而且且还还能能改改善善其其抵抵抗抗液液化化的的能能力力和和消消除除黄黄土土的的湿湿陷陷性性。。第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法工程程实实践践表表明明，，强强夯夯法法具具有有施施工工简简单单，，加加固固效效果果好好，，使使用用经经济济等等优优点点，，其其承承载载力力可可提提高高200%～500%，压压缩缩性性可可降降低低200%～1000%，不不仅仅可可以以在在陆陆地地施施工工，，也也可可在在水水下下夯夯实实，，其其缺缺点点是是施施工工时时的的噪噪音音和和振振动动较较大大，，因因而而不不宜宜在在人人口口密密集集的的城城市市内内使使用用。。第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法加固固机机理理强夯夯法法是是在在极极短短的的时时间间内内对对内内地地基基土土体体施施加加一一个个巨巨大大的的冲冲击击能能量量，，这这种种突突然然释释放放的的巨巨大大能能量量将将使使土土体体发发生生一一系系列列物物理理变变化化，，如如土土体体结结构构破破坏坏或或液液化化，，排排水水固固结结压压密密，，触触变变恢恢复复等等。。强强夯夯过过程程对对地地基基土土状状态态的的影影响响如如图图所所示示，，强度度提提高高较较明明显显的的区区段段是是Ⅱ区，，压压密密区区深深度度即即加加固固深深度度。。第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法解释释强强夯夯效效应应，，目目前前有有两两种种理理论论即即Menard动力力固固结结理理论论和和冲冲击击破破坏坏压压缩缩理理论论，，以以下下对对Menard理论论作作简简要要介介绍绍。。对饱饱和和细细颗颗粒粒土土，，其其渗渗透透性性低低，，因因而而在在瞬瞬时时荷荷载载作作用用下下，，孔孔隙隙水水不不能能迅迅速速排排出出，，这这样样土土体体就就不不会会立立即即产产生生很很大大的的沉沉降降，，与与强强夯夯法法有有所所矛矛盾盾。。Menard认为为，，由由于于土土中中有有机机物物的的分分解解，，第第四四纪纪土土中中大大都都含含1%～4%的以以微微气气泡泡形形式式出出现现的的气气体体，，进进行行强强夯夯时时，，气气体体体体积积压压缩缩，，产产生生瞬瞬间间变变形形。。由由于于强强夯夯冲冲击击能能量量大大，，致致使使土土体体内内有有些些点点的的拉拉应应力力大大于于抗抗拉拉能能力力，，形形成成树树枝枝裂裂缝缝排排水水网网络络，，孔孔隙隙水水得得以以顺顺利利透透出出，，其其动动力力固固结结模模型型如如图图10.4.5b所示示。。图图10.4.5a是太太沙沙基基模模型型即即静静力力固固结结模模型型。。这这两两种种模模型型分分别别说说明明静静力力固固结结理理论论和和动动力力固固结结理理论论。。第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法强夯夯法法设设计计计计算算①机机具具设设备备，，起起重重设设备备和和夯夯锤锤夯夯锤锤重重：：150KN～2000KN，落落距距：：10m～25m；夯夯锤锤底底面面积积：：砂砂性性土土一一般般为为3m～4m，粘粘性性土土不不宜宜小小于于6m；②铺铺设设垫垫层层场地地地地下下水水位位在在-2m以下下的的沙沙砾砾石石土土层层，，直直接接强强夯夯场场地地地地下下水水位位较较高高的的饱饱和和粘粘性性土土与与易易液液化化饱饱和和砂砂土土，，铺铺0.5m～2m垫层层，，若若地地下下水水上上升升到到夯夯坑坑，，要要降降水水。。第三三节节重重锤锤夯夯实实与与强强夯夯法法③夯距距通常常为为5m～15m，加加固固面面积积比比建建筑筑物物基基础础平平面面有有所所扩扩大大，，通通常常在在基基础础平平面面外外扩扩大大一一个个等等于于H/2～2H/3的宽宽度度(H为加加固固深深度度)，或或多多布布置置一一圈圈夯夯击击点点进进行行加加固固定定。。为为了了使使深深层层土土体体得得到到加加固固，，第第一一遍遍夯夯击击点点的的间间距距要要大大，，这这样样可可以以使使夯夯击击能能量量传传递递到到深深处处，，下下一一遍遍夯夯点点往往往往布布置置在在上上一一遍遍点点的的中中间间。。最最后后一一遍遍则则以以较较低低的的夯夯击击能能，，一一夯夯搭搭一一夯夯地地拍拍夯夯，，用用以以确确保保地地表表土土的的均均匀匀性性和和较较高高的的密密实实度度。。④单位位夯击能能粗粗颗粒粒土单位位夯击能能可取1000～3000KN··m/m，细颗粒粒土可取取1500～4000KN··m/m。第三节重重锤锤夯实与与强夯法法⑤夯击的次次数和遍遍数各各夯夯击点的的击数一一般为4m～10m，夯击遍遍数为1～8遍，国内内采用““搭夯””，一般般为2～5遍。最后后再用小小能量满满堂拍夯夯一遍，，加固表表层土。。⑥⑥间歇歇时间砂砂性土2～4min，可连续续夯击；；粘粘性土土3～4周。第三节重重锤锤夯实与与强夯法法⑦加固范围围

加固固深度：：式中：H——有效加固固深度；；M——夯锤重量量；h——落距；k——修正系数数，粘性性土取0.5，砂性土土取0.7，黄土取取0.35～0.5。第四节固固结结法预压加固固法1、预压加加固法预压加固固法是在在拟建的的建筑物物的地基基上，预预先施加加荷载，，使地基基产生相相应的压压缩固结结，然后后将这些些荷载卸卸除以后后再进行行建筑物物的施工工。由于于地基沉沉降大部部分在预预压的过过程中已已完成，，所以建建筑物实实际的沉沉降量打打打减小小；同时时软弱土土层已被被压密，，强度提提高，因因而增加加地基的的承载能能力。降水预压压法真空预压压法第四节固固结结法排水固结结法（预预压法））是在建筑筑物建造造前，对对天然地地基或对对已设各各种排水水体的地地基施加加预压荷荷载，使使土体固固结沉降降基本完完成或完完成大部部分，从从而提高高地基土土强度的的一种地地基处理理方法。。排水固结结法可分分为：堆堆载预压压法、真真空预压压法和联联合预压压法。第四节固固结结法在e～σc′压缩曲线线中，当当试样的的天然压压力为σc′时，对应应的孔隙隙比为e。如图中中a点；当压压力增加加Δσ至固结完完成Δσ′时，在抗抗剪强度度与固结结压结σc′的变化曲曲线τf～σc′中，抗剪剪强度随随固结压压力的增增大也由由a点提高至至c点，增加加了Δτf。如果从从c点卸除压压力Δσ′，则土样样产生膨膨胀，曲曲线由c点返回到到f点，然后后又从f点再加Δσ′压力至完完全固结结，土样样再加压压缩沿虚虚线至c′点，相应应的强度度也从f点增大至至c′点。由此可见见，地基基受压固固结时，，一方面面孔隙比比减小，，土体被被压缩，，抗剪强强度也相相应提高高，另一一方面，，卸荷再再压缩时时，固结结压力同同样从σc′增加Δσ′，而孔隙隙比减少少了Δe′，因为土土体已由由固结状状态变为为超固结结状态的的压缩，，所以Δe′比Δe小得多，，抗剪强强度也相相应有所所提高。。第四节固固结结法排水固结结增大地地基土密密度的原原理第四节固固结结法排水固结结就是利利用这一一变化规规律来处处理软弱弱土地基基，主要要有两方方面问题题:①沉降问题题预先拟建建的建筑筑物场地地上施加加一预压压荷载，，使土层层固结，，然后卸卸去预压压荷载建建造建筑筑物，称称为预压压法，这这样由建建筑物引引起的沉沉降和沉沉降差就就大大地地减小了了。②稳定定问题利利用建筑筑物荷载载作用，，促使地地基土排排水固结结引起抗抗剪强度度的增长长，提高高地基承承载力，，控制施施工加荷荷速率，，满足建建筑物荷荷载对地地基稳定定性的要要求。第四节固固结结法地基土层层的排水水固结效效果与它它的排水水边界有有关。根根据固结结理论，，在达到到同一固固结度时时，固结结所需时时间与排排水距离离的长短短的平方方成正比比。为了加速速固结，，最有效效的办法法就是在在天然土土层中增增加排水水途径，，缩短排排水距离离。在天天然地基基中设置置垂直向向排水体体(砂井或塑塑料排水水带)，这就是是缩短排排水距离离的最好好措施。。第四节固固结结法第四节固固结结法砂井或塑塑料带的的作用就就是增加