地基处理讲稿new

前言地基处理的主要目的：提高软弱地基的强度，保证地基的稳定；降低软弱地基的压缩性，减少地基的沉降和不均匀沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性，膨胀性和冻胀性。绪言1.1地基处理的含义场地：工程建设所直接占有并直接使用用的有限面积的土地。地基：承托建筑物基础场地。度和稳定性：当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会发生居部和整体剪切破坏。形：当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的使用功能；当大于建筑物所能容许的不均匀沉降时结构可能开裂。于地下水在运动时会产生水量的损失，或因潜蚀和管涌而可能导致建筑物产生事故。4.液化：在动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂或部分粉土产生液化，使土体失去抗剪强度近似体特征的现象，从而导致地基失稳的震陷。基础：建筑物向地基传递荷载的下部结构。客观存在具有承上启下的作用，它外于上部结构的荷载的地基反力的相互作用下，承受由此而产生的轴力、剪力和弯矩。另外，基础底面的反力反过来又作为地基的荷载，使地基土产生应力和变形。地基处理（也称地基加固）：天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的设计要求，需经人工处理后才能建造基础。1.2地基处理的对向及其特性地基处理的对向是软弱地基和特殊土地基。二、软弱地基工程师们常将不能满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。天然地基是否属于软弱地基的相对的。天然地基是否需要地基处理取决于地基土的性质和建筑物对地基的要求两个方面。在土木工程中遇到的软弱土和不良土主要有：软粘土、人工填土（包括素填土杂填土和冲填土）、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土的泥碳土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。1、软粘土是软弱粘性土的简称，包括海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖泊相的粘性土沉积物或河流冲积物。大部分是饱和的，其天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0。当天然孔隙比大于1.5时，称为淤泥；当天然孔隙比大于1.0小于1.5时，称为淤泥质土。软粘土特点是天然含水量高，一般为35%~80%；天然孔隙比大，一般为1.0~2.0；抗剪强度低，不排水剪强度约在5~25kPa；压缩系数高，一般为ａ1-2=0.5~1.5MPa-1，最大可达4.5MPa-1，渗透系数小，一般约为1*10-6~1*10-8cm1.2.1软弱地基软弱地基主要由淤泥，淤泥质土，冲填土，杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。软土软土是淤泥和淤泥质土的总称。它的特性是天然含水量高，天然孔隙比大，抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小、一般情况下埋藏较深。在外荷载作用下地基承载力低，地基变形大，不均匀变形也大，而且变形稳定历时较长。设计时宜利用其上覆较好的土层作为持力层；应考虑上部结构和地基的共同作用，对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件等进行综合分析，再确定建筑和结构措施及地基处理方法。施工时应注意对软土地基槽底面的保护，减少扰动；对荷载差异较大的建筑物，宜先建重、高部分，后建轻、低部分。冲填土冲填土（吹填土）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。以粘性土为主的冲填土，因为吹到两岸的土中含有大量的水分且难于排出而呈流动状态，这类土是属于强度低、压缩性高的欠固结土。以砂性土或其他粗颗粒土所组成的冲填土，其性质基本上和粉细砂相类似而不属于软弱土范畴。冲填土是否需要处理和采用什么处理方法，取决于冲填土的工程性质中颗粒组成、土层厚度、均匀性和排水条件。杂填土是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的成因很不规律，组成的物质杂乱，分布极不均匀，结构松散。因而强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。即在同一建筑场地的不同位置，其地基承载力和压缩性也有较大差异。高压缩性土饱和松散粉细砂包括部分粉土，在动力荷载重复作用下将产生液化；在基坑开挖时会产生管涌。1.2.2特殊土地基特殊土地基带有地区性特点，包括软土，湿陷性黄土，膨胀土，红粘土和冻土等地基。湿陷性黄土凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏，并发生显著附加下沉的黄土称湿陷性黄土。由于黄土的浸水湿陷而引起建筑物的不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因，设计时首先要判断是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。选择地基处理方法，应根据建筑物的类别，湿陷性黄土的特性、施工条件和当地材料，并经综合技术经济比较确定。膨胀土膨胀土是土中粘粒成分由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀软化和失水收缩开裂两种变形特性的粘性土。而且是变形往复的高塑性粘土。利用膨胀土作为建筑地基时，如果不进行地基处理，常会对建筑物造成危害。裂隙发育是膨胀土的一个重要特征。3．红粘土碳酸盐系出露区的岩石在气侯变化大和潮湿的环境下经风化作用，形成棕红、褐黄等色的高塑性粘土称红粘土。通常红粘土是较好的地基土，但是由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀沉降。4．节性冻土冻土提指气侯在负温条件下，其中含有冰的各种土。季节性冻土是指该冻土在冬季节冻结，而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大。1.3地基处理的目的土木工程建设中，当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时是，需要对天然地基进行地基处理，形成人工地基，以满足建筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基条件。建筑物对地基的要求建筑物对地基的要求主要包括三个方面：地基承载力或稳定性问题地基承载力或稳定性问题是指地基在建筑物荷载（静、动各种组合）作用下能否保持稳定。若地基承载力不满足要求，在建筑物作用下，地基将产生局部或整体破坏，影响建筑物的安全与正常使用，堪至造成建筑物的破坏。天然地基承载力的高低与土的抗剪强度有关，也与基础形式、大小和埋深有关。边破稳定也属于这类问题。沉降水平位移及不均匀沉降在建筑物荷载（静、动各种组合）作用下，地基将产生沉降、水平位移以及不均匀沉降。基地基变形超过允许值，将会影响建筑物的安全与正常使用，严重的将造成建筑物的破坏。其中不均匀沉降超过允许值造成的工程事故比例最高，特别在深厚软粘土地区。天然地基变形大小主要与荷载大小和土的变形有关，也与基础形式有关。渗透问题渗透问题主要分两类：一类是堤坝蓄水构筑物地基渗流量超过允许值时，其后果是造成较大水量损失，甚至蓄水失败；另一类是地基中水力比降超过其允许值时，地基土会因潜蚀和管涌产生破坏，严重的将导致建筑物破坏。天然地基渗透问题主要与地基中水力比降和土的性质有关。1.3.1改善剪切特性地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够；由于偏心荷载及侧向土压力的作用，使结构物失稳；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起；土主开挖时边坡失稳；基坑开挖时坑底隆起。地基剪切破坏反映在地基土的剪切强度不足。因此，为了防止剪切破坏，就需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。1.3.2改善压缩特性地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和不均匀沉降大；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生固结沉降；作用于建筑物基础的负摩擦力所引起的建筑物沉降；大范围地基沉降或不均匀沉降；基坑开挖引起邻近地基沉降；由于降水产生地基固结沉降。地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小。因此，需要采取何种措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基的沉降或不均匀沉降；另外，防止侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是地基处理的加固目的。1.3.3改善透水特性地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏；市政开挖工程中，因土层内常夹有薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。以上都是地下水的运动中所出现的问题。为此，必须研究需要采取何种地基处理措施使地基土变成不透水或减少其水压力。1.3.4改善动力特性地基的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂（包括部分粉土）将会产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使地基产生振动下沉。为此需要采取措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。1.3.5改善特殊土的不良地基的特性主要是消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。1.4地基处理方法分类按时间分类：临时处理和永久处理按处理深度：浅层处理和深层处理按处理对象：砂性土处理和粘性土处理，饱和处理和非饱和处理地基处理的基本方法：置换，夯实，挤密，排水，胶结，加筋和冷热处理等。值得注意的是，严格地按照地基处理的作用机理进行分类也是很困难的，很多地基处理的方法有多种处理效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等反复作用；在各种挤密法中，同时都有置换作用。可见每一种处理方法可能具有多种处理的效果。托换技术或称基础托换是指解决对即有建筑物的地基需要处理和基盛典需要加固的问题；和对既有建筑物基础下需要修建地下工程以及其邻近需要建造新工程而影响到既有建筑物的安全等问题的技术总称。1.5地基处理的方案选择1.5.1选择前调查研究1.结构条件建筑物的体型,刚度,结构受力体系,建筑物材料和使用要求;荷载大小,分布和种类;基础类型,布置和埋深;基底压力,天然地基承载力和变形容许值等.2.地基条件地形及地质成因,地基成层状况;软弱土层厚度,不均匀性和分布范围;持力层位置及状况;地下水情况及地基土的物理和力学性质.各种软土地基的性状是不同的,现场地质条件随着场地的位置不同也是多变的.可能具有多种地基处理方案.如果根据软弱土层厚度确定地基处理方案,当软弱土层厚度较薄时,可采用简单的浅层加固方法;反之可按加固土的的特性和地下水位高低采用排水固结法,水泥搅拌法等.如遇砂性土地基,若主要考虑解决砂土的液化问题,则一般可采用强夯法振冲法等.如遇软土层中夹有薄砂层,则一般不需设置竖向排水井,可直接采取堆载预压法;另外根据具体情况也可采用挤密桩法.如遇淤泥质土地基,由于其透水性差,一般就采用竖向排水井和堆载预压法,真空预压法,土工合成材料等.如遇杂填土,冲填土和湿陷性黄土地基,在一般情况下采用深层密实法是可行的.3.环境影响在地基处理施工中应考虑场地环境影响:采用强夯法和振动砂桩挤密法等施工时,振动,噪音和挤土对邻近建筑物和居民会产生影响和干扰.采用堆载预压法时,将会有大量土方运进输出;采用真空预压法或降水预压法时,会使邻近建筑物周围地基产生附加下沉;采用高压喷射注浆法或石灰桩时,有时会污染周围环境;4.施工条件1)用地条件:如果施时占地较大，会影响经济造价;2)工期:3)工程用料:尽可能就地取材;4)其它:施工机械、施工难易程度等也是采用何种地基处理方案的关键因素.1.5.2地基处理方案确定步骤1.在选择地基处理方案前应具备的资料1)如果勘察资料不全，则根据可能采用的地基处理方法所需的勘察资料作必要的补充勘察;并须搜集地下管线和地下障碍物分布情况的资料;2)对地基处理设计，除应满足地基土强度、变形、抗液化和抗渗等要求外，还应确定地基处理范围;3)某一地区常用的地基处理方法往往是该地区地的设计和施工经验的总结.2.在确定地基处理方案时可按下列步骤进行1)根据搜集的资料，初步选定几种地基处理方案;2)对初步选定的几种方案,从预期处理效果,材料来源和消，施工机具和进度，对周围环境影响等各种因素对比，从中选出最佳的处理方案;选择地基处理方案时，还应同时考虑加强上部结构的整体性和刚度;3)对已选定的地基处理方案，根据建筑物安全等级和场地复杂程度，可在有代表性的场地进行相应的实体试验，来选择合理的施方法和确定处理效果。1.6地基处理效果检验对地基处理效果检验，应在地基处理施工结束后经一定时间的休止恢复后再进行检验。因为地基加固有个时效作用，复合地基的强度和模量的提高往往需要一定的时间，随时间的延长，其强度和模量在不断的增长.效果检验的方法有:钻孔取样、静力触探试验、轻便触探试验、标准贯入试验、载荷试验等措施。在地基处理设计时，对加固后地基必须满足有关工程对地基强度和变形的要求。1.7地基处理的监测和监理由于地基处理是一项隐蔽工程，施工时必须重视施工质量监测和质量检验的方法，只有通过施工全过程的监理，才能保证质量，及时发现问题和采取必要的措施。沉降和位移的观测周期，应根据观测目的、工程要求、沉降和位移速率等具体情况确定，以便能以较小的工作量，获得最大限度的观测信息，而又能反映变形特征为原则。沉降和位移观测的基本精度要求，应根据建筑物地基容许变形值，并考虑建筑类型，变形速率和沉降周期等因素综合分析进行确定。18地基处理技术的国内外发展情况老方法得到改进,新方法不断涌现.随着地基处理工程实践和发展，人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的特性研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新，因而地基处理成为土力学基础工程领域中的一个较有生命力的分枝。换土垫层法2.1概述当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内的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。二灰、粉煤灰、高炉渣或其它性能稳定，无侵蚀性的材料，并压实至要求密度为止，这种地基处理方法称为换填法。换填法分为低洼地域筑高(平整场地)或堆填筑高(道路路基)。按回填不同材料形成的垫层，命名为该种材料的垫层，如砂垫层砂石垫层等。在用换填法处理地基的设计前应进行详细的勘察和调查工作，其主要内容有:1)查明地层土性及不良地质现象;2)查明处理场地的地形，地质构成及土的物理性质;3)查明地下水的埋藏条件、类型、埋深、流量、最高与最低水位和年变化幅度，侵蚀性等;4)查明地下管线,防空洞及地下障碍物的分布范围及走向;5)查明换填土料的来源、种类、规格等.根据工程地质条件，建筑工程的要求及材料来源和种类等进行综合分析对比，提出合理的换填土处理方案。2.2压实原理及压实参数当粘性土的土样含水量较小时，其粒间力较大，在一定外部压实功能作用下，如还不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果比较差；当增加土样含水量时，结合水模逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当含水量增加到一定程度后，孔隙中出现了自由水，结合水模扩大作用就不大了，因而引力的减小就不显著，此时自由水模填充在孔隙中，从而阻止土粒移动的作用所以压实效果又趋于下降，因而设计时要选择一个”最优含水量”。在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，是要求能获得填土的最大干密度，其最大干密度可用室内击实试验确定。2.3砂(砂石,碎石)垫层2.3.1砂（砂石、碎石）垫层设计对砂（砂石、碎石）垫层的设计要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。1．砂垫层厚度的确定砂垫层的厚度应根据砂垫层底面下卧层的承载力及建筑物对地基变形要求确定，当按下卧层承载力确定时，应符合：垫层底面处的附加压力，除可用弹性理论中土中应力计算公式计算外，还可规范（JGJ79－91）规定可按下式进行简化计算：条形基础：矩形基础：2．砂垫层的宽度确定砂垫层宽度应以满足基础底面压力扩散和不破坏垫层侧面土质为原则进行设计。规范（JGJ79－91）规定可按下式进行简化计算：3．砂垫层承载力的确定垫层的承载力决定于填筑材料的性质，施工机具能量大小及施工质量的优劣等，一般应通过试验现场确定。另外垫层载力的设计值应对软弱下卧层的承载力验算后再确定。4．沉降计算当垫层断面确定后，对于重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地基的变形计算，这量建筑物基础的沉降等于垫层自身的变形量与下卧层的变形量之和：砂垫层的自身变形量可按：2.3.2砂（砂石、碎石）垫层的施工1．砂（砂石、碎石）料用砂石料作垫层时宜选用级配良好，质地坚硬的中砂，粗砂等，料中不含有植物残体，垃圾等杂，且泥量不应大于5％用粉细砂作填筑料时，应掺入25％－30％的碎石或卵石，且应分布均匀，最大粒径不得大于50毫米用于排水固结的砂石料，含量不宜超过3%。对湿陷性黄土地基，不得选取用砂石等渗水材料。2．施工参数砂垫层选取用的材料应进行室内击实试验，确定最大干密度和最优含水量，然后根据设计要求的压实系数，确定设计要求的干密度，依此作为检验砂垫层质量控制的技术指标。3．施工要点按密实方法分类施工机械有：机械碾压法，重锤夯实法和平板振动法。机械碾压法：是采用各种压实机械来压实地基土。常用于基坑面积大和开挖土方量较大的工程。为了将室内击实试验的结果用于设计和施工，必须研究室内击实试验和现场碾压的关系。所有施工参数都必须由工地试验确定。重锤夯实法：是用起重机械将夯锤提到一定高度，然后自由落锤不断重复夯击以加固地基。一般适用于地下水位距地表08米以上稍湿的粘性土，砂土，湿陷性黄土，杂填土和分层填土。平板振动法：是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少，透水性好的松散杂填土等地基的方法。振动压实效果与填土成分，振动时间等因素有关。一般振动时间越长效果越好但振动超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，即使继续振动也不能起到进一步压实作用。砂石实宜采用振动碾或振动压实机等压密，其压实效果，分层铺填厚度，压实遍数，最优含水量等应根据具体施工方法及施工机具通过现场试验确定对垫层底部有古井、古墓等软硬不均的部位时，应先予以清理后，再用砂石逐层回填夯实，并经检验合格后，方可铺填上一层砂石料后再进行施工。严禁扰动垫层下卧的软土。砂石垫层的底机宜铺设在同一标高上，如置换深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜面坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。垫层的施工方法应控制分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。人工级配的砂石应拌和均匀。当地下水位高于基坑底面时，宜采用排水或降水措施，注意边坡稳定。2.3.3砂（砂石、碎石）垫层质量检验砂（砂石、碎石）垫层的质量检验应随施工分层进行。检验方法主要有环刀法、贯入测定法。2.3.4砂垫层工程实例2.4粉煤灰垫层粉煤灰垫层是对软弱土地基采用的换填加固技术之一。2.4.1粉煤灰的工程特性及其不境的影响1．自重轻对回填土工程带来有利的一面，可降低下卧层土的压力，减少沉降。2．击实性能好粉煤灰的颗粒组成特点，使它具有可振实或碾实的条件，击实曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。在回填施工过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制。3．抗剪强度抗剪试验按直剪（快剪）和三轴剪（固结不排水剪）分别进行，粉煤灰的内摩擦角粘聚力均随其灰种、剪切方法、压密系数大小和龄期长短有关。4．压缩性粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和度程度等到因素有关。5．承载能力粉煤灰垫层压实后承载能力的试验结果得知，具有遇水后强度降低的特性。6．渗透性由于粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，太实过程中与压实初期具有较大的渗透系数，但随着龄期的增加，渗透性能逐渐减弱。7．抗液化性实际贯入击数证明不会发生液化。8．对环境的影响粉煤灰是一种碱性材料，遇水后由于碱性可溶物的析出使用权PH值升高。PH值及含硼量上海粉煤灰的初始PH值较高，大于土壤本底值。但随着时间的推移，实践证明PH值会衰减到接近土壤本底值，一般能满足有关环境保护的要求，在初期对绿化有一定的影响。粉煤灰经这压实与凝胶后，硼的释放是缓慢和微量的，且在大自然长期缓冲作用下会衰减下来，一般可以达到有关要求。微量有害元素粉煤灰中微量有害元素，特别是其浸出液中，有害元素的溶出对土壤和地下水的影响是又一个环境影响问题。由于地下水的稀释、粉煤灰自身的化学反应、土壤的过滤和固定作用以及微量元素在高碱溶液相中的沉淀作用，地下质符合生活用水标准。放射性元素由于原煤成矿过程中伴生某些微量放射性矿物，因此粉煤灰具有较弱的放射性。试验证明其放射性基本上不会对人体构成危害。2.4.2粉煤灰垫层的设计和施工不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但试验结果表明，其极限承载力比较接近，沉降特性也基本相似，所以各种材料的垫层设计都近似按砂垫层的计算方法进行计算。粉煤灰垫层可采用分层压实法。压可用平板振动器、蛙式打夯机、压路机或振动压路机等。机具选取应按工程性质、设计要求和工程地质条件等确定。粉煤灰垫层不应采用水沉法或浸水饱和施工。对过湿的粉煤灰应沥干装运，装运时含水量以15%-25%为宜。底层粉煤灰宜选用较粗的灰，并使含水量稍低于最优含水量。施工压实参数可由室内轻型击实试验确定。填筑应分层铺筑与碾压，设置泄水沟或排水肓沟。虚铺厚度与碾压遍在通过现场小型试验确定。对小型工程可采用人工分层摊铺，在整平后用平板振动器或蛙式打夯机进行压实。大中型工程可采用机械摊铺，在整平后用履带式机具初压二遍，然后用中、重型压路机碾压。施工时宜当天铺筑，当天压实施工时压实含水量应控制在最优含水量区间范围内。施工时最低气温不低于0Cº，以防粉煤灰含水冻胀。每一层粉煤灰垫层经验收合格后，应及时铺筑上层或采用封层，以防干燥松散起尘污染环境，并禁止车辆在其上行驶通行。粉煤灰的分层施工质量检验标准是压实系数大于或等于0.90，可选用环刀压入法或钢筋贯入法进行检验。换填结束后，可按工程要求进行垫层的工程质量验收，验收方式可采用载荷试验进行。2.4.3粉煤灰垫层工程实例2.5矿渣垫层即高炉重矿渣，亦称矿渣。2.5.1矿渣垫层的工程特性1．稳定性矿渣在回填工程中推广应用取决于其结构的稳定性。衡量稳定性主要观察矿渣在生产、施工与使用与使用时是否会产生硅酸盐分解、石灰分解和铁锰分解。2．松散密度3．变形模量矿渣的变形模量一般大于或等于砂（碎）石垫层的变形模量值。2.5.2矿渣垫层的设计和施工要点1．矿渣垫层的厚度和宽度可按砂垫层的计算方法确定。2．矿渣垫层的承载力和变形模量通过现场试验确定。3．矿渣垫层材料可根据工程的具体条件选用。4．用于矿渣垫层的技术条件应符合下列指标：稳定性须合格；松散密度应大于1.1吨/立方米；泥土与有机杂质含量应小于5%。5．施工采用分层压实法。矿渣垫层质量检验包括：分层施工质量检验和工程质量验收。2.6土（素土）、灰土和二灰土垫层素土垫层(简称土垫层)或灰土垫层(石灰与土的体积配合比一般为2：8或3：7)或二灰土垫层。在湿陷性黄土地区使用较为广泛，这是一种以土治土的处理湿陷性黄土地基的传统方法，处理厚度一般为1-3米。通过处理地基底下的部分湿陷性黄土层，可达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层湿陷量的处理效果。2.6.1土(素土)、灰土和二灰土层设计和施工1.局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度，可按下式计算，并不应小于垫层厚度的一半：2.整片垫层的处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，并不应小于2米。3.控制垫层质量的压实系数应符合下列要求：当垫层厚度不大于3米时，0.93。当垫层厚度大于3米时0.954.垫层的承载力设计值，应通过现场载荷试验求得。5.素土土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50毫米。6.垫层施工，应先将需处理的湿陷性黄土挖出，然后利用黄土或其它粘性土作土料，经过筛后，在最优含水量状态下分层回填夯实至设计标高。7.对每分层施工毕，应在每层表面下2/3厚度处取样，宜用环刀法及钢筋贯入仪测定其干密度，取样数量不应小于下列规定：整个垫层，每100平米每层3次；矩形(或方形)基础底面的垫层，每层2次；条形(包括管道)基础底面下的垫层，每30米长每层2处。2.6.2素土及灰土垫层工程实例1.工程概况2.场地土工程性质场地土工程性质概况场地的湿陷性3.地基处理方法选择挖除全部湿陷土层，以素土和灰土垫层加以置换；采用粉煤灰或灰土挤密桩穿透这部分湿陷地层；采用预制钢筋混凝土桩。密实法深层密实是指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法，对松软地基土进行振密和挤密。它与浅层加固方法的不同点，不但在于其所用的施机具不同，为重要的是它可使地基土在较大深度范围内得以密实。爆破法：是将炸药放在地面沈处深处，引爆后在地基土内产生了高速压力波，爆炸源附近的区域内，冲击波使土的疏松结构液化，形成密实的结构，以达到地基土加固的目的。强夯法：是一种将几十吨的重锤，从几十米的高处自由落下，对土进行强力夯击的方法。挤密法：是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰）、石灰或其它材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。注意：挤密砂桩的“砂桩”与堆载预压的“砂井”在作用上也是有区别的。砂桩的作用主要是地基挤密，因而桩径较大，桩距较小。而砂井的作用主要是排水固结，所以井径较小，井距较大。水泥粉煤灰碎石桩：简称CFG桩，是在碎石桩的基础上掺入适量的石屑、粉煤灰和少量的水泥加水拌和后制成的一种具有一定胶结强度的桩体。由于碎石桩是由松散的碎石组成，在荷载的作用下会产生鼓胀变形，当桩周土为强度较低的软粘土时，桩体易产生鼓胀破坏。为此碎石桩加固软土地基仅可年高地基承载力约一倍左右。而CFG桩是一种低强度混凝土桩，因而它可以较大幅度地提高地基承载力。深层地基土的加固效果主要取决于以下几个因素：土的类别。特别是土的级配和细颗粒的含量；土的饱和度和地下水位；初始相对密度；现场原始应力；天然土结构（包括沉积年代和胶结情况）；所选取用的地基处理方法，及其设计和施工参数。3.1强夯3.1.1概述强夯是法国技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它是通过一般8-30吨的重锤(最重可达200吨)和8-20米的落距(最高可达40米)，对地基土施加很大的冲击能，在地基中出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性条件。工程实践表明强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国所重视。3.1.2加固机理强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结、动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。1.动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的。2.动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性强度得到提高。饱和土的压缩由于土中有机质的分解，土中大多数都以微气泡形式出现的气体，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力减小。产生液化在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时，土体更成为不可压缩的。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。应当指出，天然土的液化常常是逐渐发生的，绝大多数沉积物是层状和结构性的。粉质土层和砂质土层比粘性土层先进入液化。强夯出现的液化不同于地震时的液化只是土体局部液化。渗透性变化在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时土的渗透系数骤增，孔隙水得以排出。当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水运动重新又恢复常态。触变恢复在重复夯击作用睛，土体的强度逐渐降低，当土体出现液化或接近液化时，土体的强度达到最低值。随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了较大幅度的增长。饱和粘性土具有触变性，当强夯以后，土的结构被破坏，强度几乎为0，随着时间的推移，强度又逐渐恢复。这种触变强度的恢复也称时效。灵敏度高的粘土中，存在触变现象这一土的特性是众所周知的。实际上这一现象对所有细颗粒土都是明显的，仅程度不同而已。经强夯后土在触变恢复过程中，对振动是十分敏感的，所以在进行勘探和测试工作时应十分注意。对动力固结的理论模型，可以从四个方面进行解释。由于微气泡的存在，充满气缸的水认为是可压缩的，亦即孔隙水具有压缩性；夯击前、后土的渗透性的变人，可用一个孔径可变的排水孔时行模拟；弹簧刚度是模拟土体的压缩模量，过去传统的固结理论的观点认为是常数，实际上强夯法施工时，在反复荷载影响下，会使压缩模量有很大改变。加载后传递力的活塞和气缸间存在摩阻力。因此液体中压力减少，不能自动导致活塞的位移和弹簧的变化。3.动力置换动力置换可分为整式置换和桩式置换；整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或)桩。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。3.1.3设计计算1.有效加固深度有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。加固深度一般可理解为：经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围。2.夯锤和落距单击夯击能为夯锺重与落距的乘积。锺重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，加固效果和技格经济较好。但对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生流动，强度反而有所降低，且难于恢复。国内外夯锺材料，特别是大吨位的夯锺，多采用以钢板为外壳和内灌混凝土的锺。夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锺的落距。3.最佳夯击能从理论上讲，在这样的夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力，这样的夯击能称为最佳夯击能。粘性土最佳夯击能的确定方法：在粘性土中，由于孔隙水压力消散慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压力亦相应的叠加，因而在粘性土中，可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。孔隙水压力沿深度的分布规律是上大下小，而土的自重压力则是上小下大，因此，强夯的影响深度用有效影响深度确定为宜。砂性土最佳夯击能的确定方法：在砂性土中，由于孔隙水压力增长及消散过程仅为几分钟，因此，孔隙水压力不能随夯击能增加而叠加，为此可绘制孔隙水压力增量与夯击击数（夯击能）的关系曲线来确定最佳夯击能。4.夯击点布置及间距夯击点布置夯击点可根据建筑物结构类型进行布置。对某些基础面积较大的建筑物或构筑物，可按等边三角形布置夯击点；对办公楼和住宅建筑物等，可根据承重墙位置布置夯击点，一般可采用等腰三角形布点；对工业厂房可根据柱网来布置夯击点。同时夯击点布置时应考虑施工时吊机的行走通道。夯击点间距夯击点间距（夯距）的确定，一般根据地基土性质和要求处理深度而定。5.夯击击数与遍数夯击击数夯点的夯击击数,应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉关系曲线确定,且应同时满足下列条件:最后两击的夯沉量不大于50毫米,当单击能量较大时不大于100毫米;夯坑周围地面不应发生过大隆起;不因夯击过深而发生起锤困难。夯击遍数整个强夯场地中，将同一编号的夯击点夯完后算做一遍。夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。6.垫层铺设强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的夯击能得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离，因此有时必须铺设垫层。7.间歇时间对于需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间应有一定的时间间隔。各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。3.1.4施工方法1．施工机械2．施工步骤强夯施工可按下列步骤进行：清理并平整施工场地；铺设垫层，在地表形成硬层，用以支承起重设备，确保机械通行和施工；标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程；起重机就位，使夯锺对准夯点位置；测量夯前锺顶标高；将夯锺起吊到预定高度，待夯锺脱钩自由下落后放下吊钩，测量锺顶高程；重复上一步，按设计规定的夯击次数控制标准，完成一个夯点的夯击；重复步骤4－7，完成第一遍全部夯点的夯击；用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯遍数，最后用低能量满夯，将场地表层土夯实，并测量夯后场地高程。3.1.5质量检验1．质量检验强夯施工结束后应隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。对碎石土和砂土地基其间隔时间可取决于－2周；对低饱和度的粉土和粘性土地基可取决－4周2．现场测试现场测试工作是强夯施工中的一个重要组成部分。为此在大面积施工之前应选择面积不小于400平米的场地进行现场试验，以便取得设计数据。地面及深层变形地面变形的研究目的是：了解地表隆起的影响范围及垫层的密实变化；研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量；确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以确定研究强夯的加固效果。孔隙水压力一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律的研究。从而确定两个夯击点间的夯距，夯击的影响范围，间歇时间以及饱和夯击能待参数。侧向挤压力将带有钢弦式土压力盒的钢板柱埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相近似。在夯击作用下，可测试每一次的压力增量沿深度的分布规律。振动加速度研究地面振动加速度的目的，是为了便于了解强夯施工时的振动对现有建筑物的影响。为此，在强夯时应沿不同距离测试地表面水平振动加速度，绘成加速度与距离的关系曲线。当地表的最大振动加速度为0.98m/s2处理即相当于七度地震烈度，作为设计时振动影响安全距离。3.1.6工程实例3.2排水固结法3.2.1概述排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的1．真空预压法真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽其，使其形成真空，增加地基的有效应力。2．堆载预压法堆载预压法是指在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。3.2.2真空预压1加固原理土体抽真空后，真空压力直接作用在土砂垫层中的水气流体上，先提高排水边界砂垫层中真空度，形成下部土体与砂垫层之间的压差，使得表层土体内的水和气在压差作用下，通过塑料排水板或砂井流到砂垫层中，再通过与真空泵相连的排水管道被抽出；随着时间的延续,真空度沿着塑料排水板向深度传递，并通过排水板向周围土体扩散传递，使得深部土体中的水和气被抽出，由于土体本身渗透系数很小，水源补给不可能大于或等于地下水被抽出的速度，因此同时伴随着地下水位的逐渐下降。在整个过程中，土体中产生负的超静孔隙水压力，随着水气的排出，超静孔隙水压力不断消散，土体有效应力不断增加，使得土体得到加固。图1真空预压的有效应力解释2设计计算设计目的：经加固先期消除一定的沉降量，使建筑物基础的剩余沉降量小于允许值，这就要首先分别计算出在使用荷载和加固荷载下地基发生的沉降量及在规定的时间内希望消除的沉降量；2.使加固后的地基强度的增长满足于建筑物对地基稳定与承载力的要求；3.达到预期的固结度所需的时间应满足工期的要求。沉降计算：主要是固结沉降，初始沉降和次固结沉降有时也占最终沉降量相当的比例1）固结沉降Sc的计算：①单向压缩分层总和法；②考虑土体应力历史的e～logp`曲线法对于正常固结土和轻度超固结土，通常可用单向压缩分层总和法；当土层属于泥炭土、有机质土或高塑性粘土，还要考虑次固结沉降问题。单向压缩分层总和法按e～p曲线计算，将地基分成若干个薄层，则其中第i层的压缩量为：ΔSci=Δhi(eoi-eli)/(1+eoi)Sc=ΣΔSci式中：ΔSci－第i层土的压缩量eoi－第i层中点的土自重应力所对应的初始孔隙比，由室内压缩试验e～p曲线求得；eli－第i层中点的土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比；Δhi－第i层土层的厚度。e～logp’曲线法根据前期固结压力pc’来判断土层属于正常固结土、超固结土还是欠固结土正常固结土：正常固结土：Sc=ΣΔSi=ΣCci·hi/（1＋eoi）log(poi’+Δpi’)/poi’式中：ΔSi－第i层土的压缩量；hi－第i层土层的厚度；eoi－第i层中点的土自重应力所对应的初始孔隙比；Cci－第i层土的原位压缩系数；poi’－第i层土中心点的有效自重应力；Δpi’－第i层土中心点增加的有效附加应2）最终沉降量S∞的计算用公式计算推荐使用S∞=ms’Sc，ms’建议取1.0～1.2，这当中还包括施工中发生的沉降量用实测曲线值来推求双曲线法指数法n次多项式或二次抛物线法某一时刻t的沉降量St可用St=UtS∞计算，Ut为土体在时刻t的固结度。固结度的计算竖向使用太沙基固结理论，水平向使用巴隆固结理论，并考虑井阻和涂抹作用的影响。垂直排水通道布置方式：正三角和正方形等效排水圆柱体直径de为:de=a1d式中：d－垂直排水通道间距，宜在1～2m范围内选取；α1－换算系数，正方形取1.128，正三角形取1.05等值砂井直径dw=2(b+σ)π式中：b、σ分别为塑料排水板的宽度和厚度。当垂直排水通道打穿整个软土层，可按堆载排水预压法中的瞬时加荷情况来考虑Ut=1-αe-βt当垂直排水通道未打穿软土层，可按下式计算：Ut=ρUγz+(1-ρ)Uz强度增长的估计真空排水预压法的强度增长特征强度增长是在等向固结过程中实现的地基土中不会出现剪切蠕动现象加固后表层强度增长明显加固后的地基强度增长率大Τct=η(Τ0+ΔΤct)ΔΤct的计算方法有两种：有效应力法和有效固结压力法3真空预压施工方法及控制措施真空预压方法的施工可分为施工准备和软基处理两部分，施工准备包括：清场、铺设砂垫层、打设袋装砂井(试验段)等；软基处理主要有抽真空进行预压。施工工艺主要包括三方面的内容：1、排水系统；2、抽真空系统；3、密封系统。排水系统：1、水平向排水体统；2、竖直向排水系统。水平向排水系统：砂垫层40cm垂直排水系统：塑料排水板和袋装砂井抽真空系统1）主、滤管及其布置作用：传递真空度和排水区别：主管上没有孔洞和反滤材料的包裹（200～300g/m2针刺热无纺土工布）主要种类：钢管和PVC管，后者较好，连接用的三通和四通为钢管，二通用螺纹钢丝橡胶软管，300mm。主、滤管连接形式：羽毛状最好2）主管的出膜装置在主管的出口部位连接一个带有法兰盘的弯曲钢管3）抽真空装置离心泵、射流喷嘴、循环水箱密封系统主要包括：密封膜、密封沟、土体深层密封和加固中地表开裂的密封加固过程中的管理1）可靠的供电电力供应的连续不断是保证真空装置连续工作的必要条件，每个系统要装一个继电保护装置2）保证密封效果3）建立严格的值班制度4施工检测和加固效果检验施工检测的内容和手段1）膜下真空度的监测膜下真空度的测量有助于了解膜下真空压力随时间的变化情况，可以得到真空荷载随时间的变化曲线。构成：真空测头＋PVC透明软管＋真空表出膜方式：a）在测头埋设处将PVC软管直接穿过密封膜引至膜外，在于真空表相接。主要问题：管子与膜的密封，位置难确定b）常用方式：布置：在一块加固面积上，测头至少放置五个，四角和中心各放一个。若面积较大，则800～600m2放一个测量：头几天，2h测读一次，当真空压力达到设计要求之后，可每4～6h测读一次，夜里也得测读，并且都要做好纪录，最后绘制成膜下真空度的时间过程线2）垂直排水通道和淤泥中真空度的量测目的：a）了解真空度沿垂直排水通道的传递规律，了解真空度在垂直排水通道中的传递损失，从而判断真空荷载在垂直方向上的分布情况、影响深度，判断有效加固深度；b）了解在淤泥中的真空度随时间的发展过程，从而可以判断淤泥的加固效果，判断淤泥土的固结程度。3）负孔隙水压力的测量目的：了解土体中有效应力发展变化的情况与过程。孔隙水压力计采用钢弦式孔隙水压力计量程：采用100～300kpa位置：排水通道的几何中心4）地表面的沉降观测沉降板：施工沉降观测沉降标：抽气膜面沉降观测5）土层深部沉降观测分层沉降仪，费用较大，埋设困难，一般不设立该项目，有特殊需要的，一个区域设立一个6）土层深部水平位移观测测斜仪7）地下水位观测a）观测孔设在加固区外，主要了解加固区对周围地下水位的影响；b）观测孔设在加固区内膜下，以了解区内地下水位的变化规律，为分析加固效果和设计计算提供资料与依据。量测使用电测。加固效果检验1）钻孔取土的室内试验分析2）现场十字剪切试验3）现场大型平板荷载试验3.2.3堆载预压1加固原理3.2.4．施工方法在此主要介绍两种施工方法，即振冲法和沉管法。1.振冲法振冲法是碎石桩的主要施工方法之一，它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。施工前准备工作三通一平即：水通，电通，料通和平整场地，这是施工能否顺利进行的重要保证。水通：一方面要保证供应施工中所需的水量，另一方面也要把施工中产生的泥水引走。电通：施工中需要三相和单项两种电源。料通：在加固区附近应设置若干个料场。确定堆料场位置的原则是一方面要使从料场到各施工车的运距最短，另一方面要防止运料路线对施工作业路线的干扰。平整场地平整场地有两个内容。一方面要清理和尽可能平整场地，如果地表土强度很低，可铺以适当厚度的垫层以利施工机械行走，另一方面要清除地基中的障碍物。施工场地布置对场地中的供水管，电路，运输道路，排泥水沟，料场，沉淀池，清水池，照明设施等要事先妥善布置；桩的定位平整场地后，测量地面高程。加固区的高程宜为设计桩顶高程以上1米。如果这一高程低于地下水位，需配备降水设施或者适当提高地面高程。最后按桩位设计图在现场用小桩标出桩位，桩位偏差不得大于厘米。施工给织设计进行施工组织设计，以便明确施工顺序，施工方法，计算出在允许的施工人所,需配备的机具设备，所需耗用的水，电，料。排出施工进度计划表和绘出施工平面布置图。振冲器是振冲法施工的主要机具。起重机械一般采用履带吊、汽车吊、自行井架式专用吊机。施工方法填料方式一般有三种：第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1米堆高的填料，然后再放下振冲器进行振密。振冲挤密法一般施工顺序如下：振冲器对准加固点；启动吊机；当振冲器下沉到在设计加固深度以上0.3米至0.5米时，需减小冲水，其后继续使振冲器下沉至设计加固深度以下0.5米处，并在这一深度上留振30秒；以1至2米每分钟的速度提升振冲器0.3米至0.5米就留振30秒；关机、关水和移位，在另一加固点上施工；施工现场全部振密加固完后，整平场地，进行表层处理。2.沉管法沉管法过去用于制作砂桩，近年来已开始制作碎石桩，这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法。振动成桩法一次拔管法；逐步拔管；冲击成桩法单管法；双管法3.2.5单桩和复合地基载荷试验一般可分为工程类载荷试验和试验类载荷试验载荷板：载荷板应为刚性；试坑深度、长度和宽度：试验标高