概论软基处理

地基处理郑州大学土木工程学院学习目的：初步了解地基处理的一般方法初步掌握常用地基处理方法的适用范围、基本原理、设计施工的相关内容教学方法：系列讲座的形式基本知识+现场图片+工程案例课程主要内容：1、概述2、换土垫层法3、强夯和强夯置换法4、复合地基法参考书目1《地基处理技术》郑俊杰编华中科技大学出版社2004年2《复合地基设计和施工指南》龚晓南主编人民交通出版社2003年第一讲

地基处理概述主要知识点：1、建筑物地基的常见问题2、软弱地基和特殊土地基的一般工程特点3、地基处理方法的分类建筑物的地基所面临的问题

强度及稳定性问题压缩及不均匀沉降问题渗漏问题液化问题

当结构物的天然地基存在上述问题之一或其中几个时，就必须进行地基处理

加拿大特朗斯康谷仓事故：1913年9月开始装谷物，

至10月17日共装入3万多Ｔ谷物，但此时发生破坏：

1小时竖向沉降达30.5cm

24小时倾斜26°53ˊ

西端下沉7.32m

东端上抬1.52m

上部钢混筒仓完好无损概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2万T。处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了４米。加拿大特朗斯康谷仓原因：1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5

试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3试验孔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度低，变形大。比萨斜塔1590年:伽利略在此塔做

自由落体实验1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地

基处理

目前:已向游人开放。处理措施比萨斜塔苏州虎丘塔概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。原因：坐落于不均匀粉质粘土层，产生不均匀沉降。处理：在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工岛日本

关西机场关西机场问题：沉降大且不均匀设计沉降：5.7-7.5m完成时(1990年)实际沉降：8.1m，5cm/月预测主固结需：20年比设计多超填：3m阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变

成流动状态的一种现象神户码头：

地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤阪神大地震中地基液化地基液化造成的路面塌陷1964年日本新泻地震地基的大面积液化土坝，高90m，长1000m，1975年建成次年6月失事Teton坝（美国）Teton坝渗流破坏过程①②③⑤⑥上午10:3011：0011:3011:57Teton坝失事现场现状损失直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路被冲原因

渗透破坏：冲蚀

水力劈裂1998年长江大堤98洪水长江堤防险情统计共发生各种险情6000余处九江大堤决口1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口。

又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成宽约62m的溃口。溃口原因：堤基管涌焦点词汇：豆腐渣工程2、软弱土地基的工程性质

所谓软弱土地基指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其他高压缩性土层构成的地基，也称软弱地基。定义：《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)软土冲填土杂填土其他高压缩性土组成软弱土地基的特征含水量较高，孔隙比较大。压缩性较高。抗剪强度很低。渗透性较差。具有显著的结构性。具有明显的流变性

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。1)提高地基的抗剪强度；2)降低地基的压缩性；3)改善地基的透水特性；4)改善地基的动力特性；3特殊土地基及其工程性质

特殊土地基是指具有特殊工程性质的土类。特殊土种类较多，主要有软粘土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土及冻土，具有很强的区域性，故亦称作区域性特殊土。

一.软粘土

1、软粘土的分布及特征

软粘土主要指天然含水率很高,承载力很低、压缩性很大，由软塑到流塑饱和状态的软弱粘性土。

软粘土广泛分布在我国沿海地区、内陆平原及山区。沿海主要分布在河流的入海口，山区则在山间谷地、冲沟、河滩、洼地，平原在湖区较多

该土颜色多为灰色或黑色，具有腐烂植物气味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，压缩系数大于0.5MPa-1,内摩擦角约为零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的结构具有触变性和流变性，承载力低。

该土颜色多为灰色或黑色，具有腐烂植物气味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，压缩系数大于0.5MPa-1,内摩擦角约为零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的结构具有触变性和流变性，承载力低。

2、一般处理措施

⑴采用换土法或桩基,提高地基强度。

⑵采用砂井，旋喷等排水法固结，提高地基承载力。

⑶减少作用在地基上的压力或设置地下室形成补偿性基础。

二.

湿陷性黄土

1、湿陷性黄土的分布及特征

黄土广泛分布于我国西北、华北和东北地区，属第四纪地质时期形成的黄色粉末状土，面积达60多万平方公里，其中湿陷性黄土约占75%。

湿陷性黄土中主要矿物成分为石英、长石、碳酸盐，硫酸盐、粘土矿物，具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比e＞1.0，孔隙率n＞45％，天然含水率小于或接近塑限。

以粗粉粒构成骨架，石英与碳酸钙等细粉粒作为填充土料。由胶结物的凝聚和结晶作用被牢固粘结，天然状态下坚硬、密度高、强度高。但一旦受水浸湿，可溶性盐溶于水，土的结构被破坏，其强度便迅速降低，产生显著沉陷。这种性质称湿陷性。

2、处理措施

湿陷性较小且地下水不会上浸的黄土地基,主要采取地面防渗与表面排水措施。

对于深度不大但有可能浸水的黄土层，可将基础下的湿陷性土层全部或部分挖出，再以粘性土料（或用灰土料）分层回填夯实。也可采用重锤夯实的方法，以消除或减小其湿陷性。对于较厚的湿陷性黄土层和较重要的建筑物，可在施工以前预先向建筑场地注水并保持一定水深，让水充分浸入土中，使土层产生自重湿陷，该方法称为预浸法。若土层很厚，可先在土层中钻孔，填以砂砾等作为透水料，然后向填砂砾料的孔中供水，直到湿陷变形稳定为止。预浸完毕后，应妥善封闭钻孔，并将场内软泥全部清除。

三.膨胀土

1、膨胀土的分布及特征

膨胀土是由亲水性强的粘土矿物成分组成的,具有吸水膨胀，失水收缩的性能,主要分布在我国中南、西南地区。

膨胀土的矿物成分主要为蒙脱土、伊利石、高岭石等。液限＞40%，塑限均为17%～33%。＞17，＜0。呈硬塑或坚硬状态，颜色多呈黄、红、灰、白色及斑状。裂隙较为发育，有光滑面及擦痕。

2.处理措施

在膨胀土地基上修建筑物，应从设计和地基处理两方面采取措施。水利工程上采用预湿法。工民建中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加大基础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。

四.冻土1、冻土的分布及特征

温度摄氏零度以下且含有冰的土叫冻土。

冻土可分为多年冻土和季节性冻土（冬季冻结，夏季融化）。

我国冻土分布极为广泛，若包括冻结深度大于0.5m的季节冻土在内，其面积约占国土面积的68.6%。

多年冻土主要分布在东北大、小兴安岭，青藏高原以及西部高山区（天山、阿乐泰山、祁连山等），占国土面积的22.3%，冻深在2m以上，有的可达几十米。

季节冻土主要分布于东北、华北和西北地区，其冻结深度随气候条件而不同，一般为0.5～2.0m。2、防止冻害的措施

冻土地基会因冻胀及融化引起基础变形，导致上部建筑开裂、倾斜，道路翻浆、桥桩拔出、桥面隆起等鉴于以上现象，应将建筑物基础设在最大冻融深度以下，在桩基工程中采用渣油等涂料，减少桩与周围土的联结力，从而减少桩周土冻胀时对桩产生的冻拔力。在渠系建筑物中采用抗冻性较强的材料，并采用相应的水工建筑物型式，尽量缩小冻胀范围。

3、地基处理方法分类及应用范围

地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法，这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。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，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。软弱土地基处理方法分类(7类)振密、挤密法换填垫层排水固结胶结法置换法加筋法冷热处理法常用地基处理方法的原理、作用及适用范围1、换土垫层法

基本原理：挖除浅层软弱土或不土，分层辗压或夯实换填材料。

分类：按换填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土)垫层等。

作用：换填垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量，稍除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的陈胀作用及改善土的抗液化性。

常用机械碾压、平板振动和重锤夯实方法进行施工。常用地基处理方法的原理、作用及适用范围换土垫层法的适用范围：

该法常用于基坑面积宽大和开挖土方较大的回填土方工程

一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散累填土、杂填土、沃填土，以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的境筑，一般处理深度为2—3m。

适用于处理浅层非饱和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、素填土和杂埃土。

2．振密、挤密法(1)表层压实法(2)重捶夯实法(3)强夯法(4)振冲挤密法(5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)桩法(6)砂桩(7)爆破法(1)表层压实法

采用人工(或机械)夯实、机械碾压(或振动)对填土、湿陷性黄土、松散天粘性上等软弱或原来占较疏松的表层土进行压实，也可采用分层回填方法压实加固。

适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松枯性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填土等。(2)重捶夯实法

利用重锤自由下落时的冲击能来击实浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。

此法适用于无粘性土、杂境土、非饱和粘性土及湿陷性黄土。(3)强夯法

利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，消除士的湿陷性、胀缩性和液化性。

此法适用于碎石土、砂土、案填土、杂填土、低饱和度的粉土与粘性土及湿陷性黄土。(4)

振冲挤密法

振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。

此法适用于砂性土和粒径小于0.005mm的粘粒含量低于10％的粘性土。振冲挤密法3．排水固结法排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。(1)堆载预压法(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)(3)真空预压法(4)降低地下水位法(5)电渗排水法基本原理：

软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。

在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，井使沉降提前完成或提高沉降速率。等载预压超载预压(1)堆载预压法(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)(3)真空预压法(4)降低地下水位法4．置换法(1)振冲置换法(或称碎石桩法)(2)石灰桩法(3)强夯置换法(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)基本原理

置换法的基本原理是以砂、碎石等材料置换钦土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。(1)振冲置换法(或称碎石桩法)

碎石桩法是利用一种单向或双向振动的振冲器，在粘性土中边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基，从而达到提高地基承载力和减小沉降的目的。

此法适用于地基土的不排水抗剪强度大于20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。

对不排水强度小于20kPa的软钻土地基，采用碎石桩时必须慎重。(1)振冲置换法(海上施工)

对厚度小于7m的软弱土层，边强夯边埃碎石，形成深度3—7m、直径为2m左右的碎石墩体，碎石墩与周围土体形成复合地基。

此法适用于软粘土地基。（3）强夯置换法(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)

将碎石、石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和，用振动沉管桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。在桩顶铺设褥垫层，桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。

此法适用于粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。5．加筋法(1)土工聚合物(2)加筋土(3)土层锚杆(4)土钉(5)树根桩法基本原理：