土力学与地基基础：第12章 软弱地基处理

12软弱地基处理问题：什么是软弱地基？软弱地基有什么工程问题？地基处理方法都有哪些？?第12章软弱地基处理一、软弱地基的特征：软弱地基系指由具有强度较低、压缩性较高及其他不良性质的软弱土组成的地基。天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土称为软土，它包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。软土具有如下工程特性：第12章软弱地基处理一、软弱地基的特征：具有显著的结构性。软土一旦受到扰动，其絮状结构受到破坏，土的强度絮状降低，甚至呈流动状态。软土的灵敏度在3~16之间。具有较明显的流变性。软土在不变的剪应力作用下，将连续产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减。第12章软弱地基处理一、软弱地基的特征：压缩性较高。软土的压缩系数a1-2>0.5MPa-1，大部分压缩变形发生在垂直压力为100kPa左右。软土的抗剪强度低。软土的天然不排水强度一般小于30kPa.软土的渗透性较差。因此土层在荷载作用下固结所需的时间很长。具有不均匀性。第12章软弱地基处理一、软弱地基的特征：由于软土均匀强度低、压缩性较高和透水性较差等特性，因此，在软土地基上修建建筑物、必须重视地基的变形和稳定问题。软土地基的承载力常为50~80kPa，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载，否则软土地基就有可能出现局部剪切乃至整体滑动的危险。第12章软弱地基处理一、软弱地基的特征：此外软土地基上建筑物的沉降和不均匀沉降也较大。沉降稳定的历时亦较长，在比较厚的软土层上，建筑物基础的沉降往往持续数年乃至数十年以上。沉降量过大和持续的时间过长，都会给建筑物设计标高的确定和建筑物内设备的安装带来麻烦，而不均匀沉降则可能会造成建筑物开裂或严重影响建筑物的使用。第12章软弱地基处理二、地基所面临的几个问题：地基的强度与稳定性问题地基的变形问题地基的渗漏与溶蚀地基振动液化与振沉

凡建筑物的天然地基，存在上列4类问题之一时，即需采用地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用，地基与建筑物的关系极为密切，而地基问题常常是造成工程事故的主要原因。第12章软弱地基处理三、地基处理的目的：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。使其能够满足工程要求。各种地基处理方法简介第12章软弱地基处理一、机械压实法采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械来压实松散的地基土。常用于处理含水量较低的填土地基或杂填土地基。碾压后，土体的孔隙体积减小，密实程度提高。压实能降低土的压缩性，提高其抗剪强度，减弱土的渗透性。第12章软弱地基处理二、强夯法用起重机械（起重机或起重机配三角架、龙门架）将几吨或几十吨重锤从高处自由落下，产生强大的冲击能量，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。每一击的夯击能量可达1000~6000kNm以上，重锤落地时在土中产生强大的冲击波和冲击应力，使浅层和深层土层得到不同程度的密实。工程实践表明，强夯加固的效果是显著的。经强夯后地基的承载力可提高2~5倍，压缩性可降低200~500%，影响深度在10m以上。这种方法具有施工简单、速度快、节省材料等特点。如果在夯坑内回填砂石、钢渣等材料并夯实成墩体，则称强夯置换法，它是强夯法的新发展。第12章软弱地基处理三、换填法当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物的要求，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分软弱土层部分或全部挖去，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、无侵蚀性材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止。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、暗塘等的浅层处理。第12章软弱地基处理三、换填法其主要作用如下：提高地基承载力减少沉降量加速软弱土层的排水固结防止冻胀消除地基湿陷性和胀缩性第12章软弱地基处理三、换填法砂垫层的施工要点：砂垫层材料：中粗砂为好，且级配良好，不含杂质；砂垫层密度：分层压实至设计要求的干密度；注意坑底保护：尽量减少对坑底土体的扰动，开挖后不宜暴露过久和浸水。第12章软弱地基处理土的压实原理大量工程实践经验表明，对于过湿的粘性土进行碾压或夯实时会出现软弹现象，土体很难压实，对于很干的他进行碾压或夯实也不能把土充分压实；只有在适当的含水量范围内才能压实。在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优含水量，用wop表示。与其相对应的干密度则称为最大干密度，以dmax表示。含水量干密度wopρdmax第12章软弱地基处理土的压实原理在工程实践中，用土的压实度或压实系数来直接控制填方工程质量。压实系数用表示，它定义为工地压实时要求达到的干密度dmax与室内击实试验所得到的最大干密度dmax之比值，即可见，值越接近1，表示对压实质量的要求越高，这应用于主要受力层或者重要工程中。在高速公路的路基工程中，要求>0.95，但对于路基的下层或次要工程，值可取得小一些。在工地对压实度的检验，一般采用灌砂（水）法等来测定土的干密度和含水量。含水量干密度wopρdmax第12章软弱地基处理四、排水固结法是利用地基排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结的一种软土地基处理方法。排水固结法主要用于处理淤泥，淤泥质土及其他饱和软粘土。第12章软弱地基处理第12章软弱地基处理五、挤密法挤密法是以振动或冲击的方法成孔，然后在孔中填入砂、石、土、石灰、灰土或其他材料，并加以捣实成为桩体，按其填入的材料分别称为砂桩、碎石桩、石灰桩、灰土桩等。挤密法一般采用打桩机或振动打桩机施工。第12章软弱地基处理五、挤密法挤密法的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒之间彼此靠近，空隙减少，使土密实，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。由于桩体本身具有较大的强度和变形模量，桩的断面也较大，故桩体与土组成复合地基，共同承担建筑物荷载。第12章软弱地基处理五、挤密法挤密法主要应用于处理松软砂类土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等。注意：挤密砂桩与排水砂井都是以砂作为填料的桩体，但两者的作用是不同的。砂桩的作用是挤密，故桩径较大，桩距较小；而砂井的作用主要是排水固结，故井径小而间距大，避免破坏地基土的天然结构。第12章软弱地基处理六、振冲法又称振动水冲法，是以起重吊机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时启动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振冲器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，或不加填料，使在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振冲器，如此重复填料和振密，直至地面，使在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，从而提高地基的承载力，减小沉降和不均匀沉降，是一种快速、经济有效的加固方法。第12章软弱地基处理六、振冲法振冲置换法适用于处理不排水强度小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基，如果桩周土的强度过低，则难以形成桩体。振冲密实法适用于处理砂土和粉土等地基，不加填料的振冲密实法仅适用于处理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。振冲法不适于地下水位较高，土质松散易塌方和含有大块石等障碍物的土层中使用。国内应用振冲法加固地基的深度一般为14m，最大可达18m，置换率一般在10~30%，直径为0.7~1.2m。第12章软弱地基处理七、深层水泥搅拌法利用水泥、石灰等作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。深层搅拌法最适宜于各种饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等。另外根据需要，也可将搅拌桩体逐根紧密排列构成地下连续墙或作为防水帷幕、基坑工程围护挡墙、被动区加固、大体积水泥稳定土等。搅拌法分为深层搅拌法（亦称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。深层搅拌法是使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法；粉体喷搅法是以干水泥粉（石灰粉）作为固化剂的水泥土搅拌法。深层搅拌法用特制的搅拌机械，一般能使加固深度都大于5m，国外最大加固深度可达60m。水泥土搅拌法加固软土技术的优点：水泥土搅拌法由于将固化剂和原土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；施工时无振动、无噪音、无污染，可在市区内和建筑群中进行施工；土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价；根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。水泥土搅拌法的适用性：水泥土搅拌法最适用于加固各种成因的软粘土。国内目前采用搅拌法加固的土质有正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土（包括冲填土）、粘性土和无流动地下水的饱和松散砂土等地基。水泥加固土的室内试验表明，有些软土的加固效果较好，而有的不够理想。一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度（pH值）较低的粘性土的加固效果较差。水泥土搅拌法的适用性：水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，多数适用于以下情况：作为建筑物和构筑物的地基，厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等。进行大面积地基加固，以防止码头岸壁的滑动，以及防止深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降。对深基坑开挖中的桩侧背后的软土加固，以增加侧向承载能力；作为地下防渗墙，以阻止地下渗透水流。水泥土搅拌桩外貌

高压喷射注浆法

(HighPressureJetGrouting)高压喷射注浆法又称旋喷法，它是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵（工作压力在20MPa以上），将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15~30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀具有一定强度（0.5~0.8MPa）的圆柱体，从而使地基得到加固。高压喷射注浆法的发展概况我国是在日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。在我国，高压喷射注浆法卓有成效地用于已有建筑和新建工程的地基处理、深基坑地下工程的支护和护底、筑造地下防水帷幕、减震防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防止基础冲刷等各方面，至今我国已有数百项工程应用了高压喷射注浆法。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。项目名称：北京宣威广场A座工程简介：北京宣威广场为大型综合性建筑，建筑面积210000m2,主楼A座29层，基础平面59m*35m，基底压力550kpa。地基处理方案采用高压旋喷桩复合地基，旋喷桩桩径约1.4m，桩长26m高压喷射注浆法的三种形式高压喷射注浆法的特征适用范围广施工简便可控制固结体形状可垂直、倾斜和水平喷射耐久性较好料源广阔设备简单高压喷射注浆法的适用范围土质条件适用范围高压喷射注浆法加固地基技术，主要适用于软弱土层，如第四纪冲（洪）积层、残积层以及人工填土等，这些正是建筑物地基常出现病害，需要进行地基处理的地层。由于高压喷射注浆法使用的压力大，产生的喷射流能量大、速度快，当它连续和集中地作用在土体上，压应力和冲蚀等多种因素便在很小的区域内产生效应，对从粒径很小的细粒土到颗粒直径较大的卵石、碎石土，几乎各类土质，无论其软硬，均有巨大的冲击破坏和搅动作用，使注入的浆液和土拌和均匀，凝固为新的固结体。实践证明，高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土或软塑粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土地基。高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围高压喷射注浆法的适用范围工程使用范围四、施工方法土工合成材料土工合成材料（Geosynthetics）是一种新型的岩土工程材料，是岩土工程应用的合成材料产品的总称。它以人工合成的聚合物为原料，如合成纤维、合成橡胶、合成树脂、塑料或者一些天然的材料，将它们制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，来改善土体性能或保护土体。