第3章 软弱土地基处理

第三章软弱土地基处理3.1软弱土地基3.1.1软弱土地基的特征软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填上、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其工程特性如下：⑴含水量较高，孔隙比较大。根据统计，软土的含水量一般为35%〜80%,孔隙比为1〜2。压缩性较高，软土的压缩系数a1-2在0.5—1.5MPa-1之间，有些高达4.5MPa-1，且其压缩性往往随着液限的增大而增加。抗剪强度很低。软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。其变化范围约在5〜25kPa。渗透性较差。软土的渗透系数一般在iX10-5至iX10-7mm/s(i=1,2…，9)之间。因此软土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长。具有显著的结构性。特别是滨海相的软土，一旦受到扰动(振动、搅拌或搓揉等)，其絮状结构受到破坏，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。我国东南沿海软土的灵敏度约为4〜10，属高灵敏土。具有明显的流变性。软土在不变的剪应力的作用下，将连续产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降。软土具有强度低、压缩性较高和渗透性较差等特性，必须重视地基的变形和稳定问题，如果不作任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。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(吹填)形成的沉积土。冲填土的物质成分比较复杂，如以粉土、粘土为主，则属于欠固结的软弱土，而主要由中砂粒以上的组颗粒组成的，则不属于软弱土。

杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物，包括瓦片砖块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。其主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差。上海锦江饭上海锦江饭店位于上海市中心淮海中路以北，瑞金路以西，长乐路南侧。此饭店高15层，是上海市早期的高层建筑，为接待外宾用的高级饭店。地基是深厚的淤泥质土，压缩性大。解放初期，锦江饭店大门朝北，由长乐路进入饭店要上几个台阶，1979年9月一层的室内地坪比长乐路室外地面反而低5台阶，地基沉降量达150cm。由于锦江饭店上部结构采用钢结构，虽然地基严重下沉，未发现开裂事故。但是一层的门窗约一半沉入地面下，一层房间变成半地下室，无法正常使用。清华大学环境工程实验室实验窒原建筑场地为一座小土山，土质坚实；辅助实验室东西两端位于山坡脚下，历史上受校河影响。地基中沉积了灰黑色淤泥层和软弱粘性土层。原勘察布孔失误，末发现淤泥和软弱上层。提供180kPa地基承载力。使一幢建筑物位于软硬相差悬殊的不均匀地基上。由强烈地震产生震沉，使实验室东西两端下沉，导致墙体拉裂。天津市人民会堂办公楼天津市人民会堂办公楼位于人民会堂东北，东西向7个开间长约27m，南北宽约5m，高约5.6m，为两层楼房，工程建成，使用正常。1984年7月在人民会堂办公楼两侧，新建天津市科学会堂学术楼。此新建科学会堂学术楼东西向计8个开间，长约34m，南北宽约18m，高约22m，为6层大楼，与人民会堂办公楼外墙净距仅30cm。1984年底，人民会堂办公楼西侧北墙发现裂缝。此后．裂缝不断加长、展宽。l986年7月在人民会堂办公楼墙体开裂极其严重。分析造成此工程事故的原因．在于新建天津市科学会堂学术楼附加应力扩散至人民会堂办公楼西侧软弱地基，引起严重下沉所致。这是相邻荷载影响导致事故的最典型的实例。事故处理可用“桩基托换法”3．1．2地基处理方法确定碾压与夯实、换土垫层、排水固结、振密挤密、置换与拌入、土工聚合物、其它3．2碾压法与夯实法碾压与夯实是修路、筑堤、加固地基表层最常用的简易处理方法。通过处理，可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小，密实度提高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度和承载力。目前我国常用的有机械碾压、振动压实和重锤夯实，以及70年代发展起来的强夯法等。3．2．1机械碾压法机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械特地基土压实。粘性土：每层铺土（虚铺）厚度为200一300mm碾压的效果：压实能量、最佳含水量。压实系数=施工时所控制的土的干密度pd/最大干密度pdmax之比一般控制在0.94-0.97之间。3．2．2振动压实法振动压实法是通过在地基表面施加扳动把浅层松散土振实的方法，可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。3．2．3重锤夯实法重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度（2.5—4.5m），然后使锤自由落下并重复夯击以加固地基。锤重一般不小于15kN，经夯击以后，地基表层土体的相对密实度或于密度将增加，从而提高表层地基的承载力。对于湿陷性黄土，重锤夯实可减少表层土的湿陷性；对于杂填土，则可减少其不均匀性。3．2．4强夯法强夯法，又称动力固结法，是法国L梅纳tMenard,1969）首创的一种地基加固方法。其用起重机械（起重机或起重机配三角架、龙门架）将80一300kN的夯锤起吊到6〜30m高度后，自由落下，产生强大的冲击能量，对地基进行强力夯实，从而提高地基承载力，降低其压缩性，是我国目前最为常用和最经济的深层地基处理方法之一。3.3换土垫层法3.3.1换土垫层法的原理换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等并夯至密实的一种地基处理方法。

常用的垫层有：砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。换土垫层法的作用：提高浅层地基承载力。因地基中的剪切破坏从基础底面开始，随应力的增大而向纵深发展。故以抗剪强度较高的砂或其它建筑材料置换基础下较弱的土层，可避免地基的破坏。减少沉降量。一般浅层地基的沉降量占总沉降量比例较大。加以密实砂或其它填筑材料代替上层软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。加速软弱土层的排水固结。砂垫层和矽石垫层等垫层材料透水性强，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱上层的固结和提高其强度，避免地基发生塑性破标。防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料fL隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。消除膨胀土的胀缩作用。E8-1軽足円应力另布3．3．2垫层的设计要点E8-1軽足円应力另布垫层的设计不但要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。其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。对于垫层，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。3．3．2垫层的设计要点垫层的设计不但要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。其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。对于垫层，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。3．3．2．1垫层厚度的确定pcz—垫层底面处上的自重应力，fz—垫层底面处软弱土层承载力特征值3．3．2．1垫层厚度的确定pcz—垫层底面处上的自重应力，kPapz—垫层底面处土的附加应力，kPa。

条形基础方条形基础方+2ktan&矩形基础b】(p-pj矩形基础@+2ztan呂)@+2ztan&)■■tAr«A«L宙dTXiJXG■■tAr«A«L宙dTXiJXG妙KJ■于耳鼻堆!(■*帀寒上、石*计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式(9．2)验算。如不合要求，则改变厚度重新验算，直至满足为止。垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(<0.5m)，作用不显著。3．3．2．2垫层宽度的确定垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。宽度计算通常可按扩散角法，如条形基础，垫层宽度b‘应为：br=b+2z*tan93．3．3施工要点垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。这些方法都要求控制一定的含水量，分层铺砂厚约200一300mm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，

容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。3．4排水固结预压法

排水固结须压法是利用地基排水固结的特性，通过施加顶压荷载，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发展的一种软土地基处理方法。3．4．1加固原理与应用条件3．4．1加固原