第03章 地基工程

第三章地基工程3.0前言3.1一般土质地基承载力3.2特殊土质地基3.3软基处理（地基处理）3.4岩石地基本章目录3.0前言建筑物地基基础设计两个基本条件：强度要求：荷载小于承载力（并有贮备）变形要求：变形小于设计允许值S[S]与土的强度有关与土的压缩性有关地基承载力沉降变形计算（分层总和法）本章节学习内容：1地基承载力的确定方法；2地基承载力的影响因素；3特殊土地基的特性；4软弱土地基特性及处理方法。地基承载力基本定义承载力的概念：地基承受荷载的能力，数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。极限承载力地基承受荷载的极限能力，数值上等于地基单位面积上所能承受的最大荷载。容许承载力

保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。（承载力设计值）举例加拿大特朗斯康谷仓事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822Ｔ谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24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。

1911年动工，1913年完工，自重20000T。

在粘土地基上的某谷仓地基破坏情况

1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆3.1一般土质地基承载力承载力确定原则

同时满足地基稳定性和容许变形能力的要求，即承载能力和正常使用两种极限状态。考虑因素结构物重要性等级；确定方法；经验取值。确定方法

1原位载荷试验（结合现场测试章节内容）；2理论公式分析（本章主要讲述）；3工程经验取值（相关规范及设计手册）。原位试验确定地基承载力载荷试验旁压试验现场载荷板试验载荷板千斤顶百分表有反力锚桩的载荷试验现场载荷试验123SP0比例界限极限荷载PcrPu阶段1：弹性段阶段2：局部塑性区阶段3：完全破坏段P~S曲线载荷试验资料整理及对应原理临塑荷载地基承载力土力学原理3冲剪破坏1整体破坏土质坚实，基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。2局部剪切破坏松软地基，埋深较大；曲线开始就是非线性，没有明显的骤降段。松软地基，埋深较大；基础几乎垂直下切，两侧无土体隆起。PS1233.1.1极限承载力计算公式1太沙基（Terzaghi）公式2汉森（Hansen）公式3承载力公式讨论主要内容：——极限承载力(极限荷载)

计算公式中应包含：基础宽度、深度、粘聚力影响三项内容；不同的公式采用不同的承载力系数；各公式的不同在于基本假定的不同。基本假定：3.1.1.1太沙基(Terzaghi)公式

1基于极限平衡理论，整体剪切破坏；

2基底完全粗糙，考虑基底以下土的自重；3忽略基底以上土体本身的阻力，简化为上覆均布条形荷载q=0d被动区过渡区刚性核pu9045-/2

基底完全粗糙:=q=0dTerzaghi极限承载力公式：说明：可近似推广到圆形、方形基础，及局部剪切破坏情况N

、Nq、

Nc——承载力系数，无量纲只取决于太沙基基本公式引申圆形基础：方形基础：圆形基础的直径方形基础的边长承载力系数图表滑动土体自重产生的抗力侧荷载0d

产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力极限承载力pu的组成：3.1.1.2汉森（Hansen）公式在原有极限承载力公式上修正：基础形状修正深度修正荷载倾斜修正地面倾斜修正基底倾斜修正1承载力系数只与内摩擦角有关；2汉森公式中极限承载力的大小与基底的倾斜程度有关；3应考虑基础形状系数和埋深系数的确定关系和内在的影响。3.1.1.3

承载力理论公式讨论1应考虑安全储备，公式的不完善和参数的变异性；2实际应用中考虑折减系数问题；3推导中采用了应力叠加原理偏于安全；4随抗剪强度指标、基础宽度、两侧土体厚度、重度而增大；5地下水：升高后会降低承载力，取浮重度进行计算。一般公式：B、d增大Pu增大、c、增大外因内因3.1.2粘性土地基承载力特殊性：与加荷速度、试验条件相关。

1快速加荷(认为抗剪强度指标为0)：2

长期荷载作用(抗剪强度变化提高)：3

试验条件：3.1.3无粘性土地基承载力特殊性：快速的渗透性。

1采用有效应力强度(忽略粘聚力的影响)；2

内摩擦角可由现场SPT（标准贯入实验）试验确定；3

经验取值，在饱和状态下的降低问题；4

残余强度（密实砂土）的采用。干燥状态下内摩擦角取值范围3.1.4地基承载力确定极限承载力：地基破坏时承载力承载力容许承载力：承载力特征值(设计值)通常所说的承载力指容许承载力临界荷载P1/4、P1/3临塑荷载Pcr极限荷载Pu（极限承载力）太沙基公式汉森公式问题：如何确定容许承载力？容许承载力f

的确定办法：1通过公式计算①要求较高：f=Pcr

②一般情况下：f=P1/4

或P1/3

在中国取P1/4或者：③用极限荷载计算：f=Pu/K

K---安全系数太沙基：K3.0汉森公式：K

2.0K=我国规范中地基承载力：fa=Mbb+Mdmd+Mcck1《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）（已作废）2《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

fa：承载力特征值（设计值）以临界荷载P1/4为理论基础

Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角k

有关

b：基底宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值

k：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值通过载荷试验确定①

有明显直线段：fak=Pcr

②

加载到破坏且Pu/2<Pcr：③不能满足上述要求时：123SP0比例界限极限荷载PcrPuP~S曲线临塑荷载fak=

Pu/2

取某一沉降量对应的荷载，但其值不能大于最大加载量的一半。fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)承载力深度和宽度修正：fak

：承载力特征值（标准值）fa

：深宽修正后的承载力特征值（设计值）b、d

：宽度和深度修正系数：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度m

：基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度

b：基底宽度(m)，大于6m按6m取值，小于3m按3m取值

d：基础埋深(m)3.2特殊土地基特殊土地基类别

按照2001勘察规范：湿陷性黄土；红粘土；软土；混合土；填土；膨胀土；冻土；盐渍土；残积土；污染土等。特殊土描述

除描述一般土的参数指标外，尚应描述其特殊成分和性质、堆积年代、密实程度等指标。3.2.1黄土地基3.2.1.1黄土特征及分布

1黄土为第四纪(约从200万年前至今)沉积物，分布于半干旱、干旱地区。2

黄土分类按照成因：（1）原生黄土：风力堆积，无层理构造。（2）次生黄土：其它原因堆积，有层理构造。按照湿陷性：

（1）湿陷性黄土：自重湿陷，非自重湿陷；（2）非湿陷性黄土：等同于一般地基土。由于地基下沉而导致的结构开裂3

黄土湿陷性原因：

内因：（1）大孔性、多孔性结构；（2）易溶性成分较多。

外因：

（1）水的作用；破坏颗粒之间的连接；（2）压力作用：自重、外压力。3.2.1.2黄土湿陷性的判定

1试验方法：多采用室内浸水侧限压缩试验予以确定。2

湿陷性判定：按照湿陷系数予以判定：（1）〈0.015，为非湿陷性黄土。（2）〉=0.015，为湿陷性黄土。3湿陷试验压力P：基底至其下10m，为200kPa；10m以下采用饱和自重应力。

4

湿陷起始压力和含水量：

（1）湿陷起始压力Psh:压力超出该值后才会有湿陷性。（2）Psh

测定方法：单线法和双线法。（3）湿陷起始含水量：对应于某一压力P下超出某一含水量后才发生湿陷。该值随压力的增大而降低。

受以下因素影响：

a.土的粘性、结构强度及浸水强度降低的强度。

b.土的应力状态。以在某一压力作用下湿陷系数为0.015的含水量为湿陷起始含水量。

5

湿陷类型和湿陷等级：

（1）自重湿陷性:无压力情况下遇水湿陷，有较大的危害。

（2）自重湿陷性试验：试坑浸水试验。

（3）自重湿陷性计算：

a.根据不同地区的修正系数。

b.≤7cm为非自重湿陷性黄土；否则判定为自重湿陷性黄土。

（4）湿陷等级：按照各土层累计的总湿陷量和自重湿陷量的大小来判断。

湿陷性黄土等级的判定

实际施工设计中应按照上述等级的划分来确定相应措施。3.2.1.3湿陷性黄土地基勘察和施工措施

1勘察工作：

除满足一般勘察工作的要求外，严格遵守“黄土规范”的相应要求，并根据土性特点做好如下工作：

（1）按照不同的地质年代和成因以及土的特性划分黄土层，查明湿陷性黄土层的厚度和分布．测定土的物理力学性质(包括湿陷起始压力)，划分湿陷类型和计算湿陷量，确定湿陷性、非湿陷性黄土土层在平面与深度的界限。（2）研究地形的起伏与降水的积累和排泄条件，调查山洪淹没范围及其发生时间，调查地下水位深度、季节性的变化幅度、升降趋势、地表水体的变化情况等等。（3）划分不同的地貌单元，查明不良地质现象(如湿陷洼地、黄土滑坡、崩塌、冲沟和泥石流)的分布地段、规模和发展趋势及其危害性。（4）调查邻近已有建筑物的现状和开裂及损坏情况。

（5）勘探点间距(m)：按照场地复杂程度和勘察阶段分类。

（6）勘探点深度：除大于压缩层深度外、对自重湿陷性黄土尚应大于5m，并有一部分控制性取样点穿透土层。

2施工措施：

（1）应考虑如下因素：建筑物重要性、结构体系；地基浸水的可能性及沉降量的大小；地基土湿陷等级；土的强度、压缩性等。（2）可采取的措施：地基处理，防水措施，结构措施。（3）甲类建筑物：应全部消除地基土的湿陷性；乙类建筑可部分消除湿陷性并采取防水措施；丙类建筑应消除湿陷性并采取部分措施；丁类建筑一般不必地基处理。（4）地基处理：可部分或全部消除湿陷性。全部消除：挤密土桩、石灰桩、化学注浆、预灌水法。部分消除：强夯法、灰土垫层、重锤夯实法。

挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时，先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。石灰桩是以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后，在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。为提高桩身强度，还可掺加石膏、水泥等外加剂。化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法，其加固机理如下：硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中，另一方面溶液与土的相互凝结，土起着凝结剂的作用。碱液加固：利用氢氧化钠溶液加固湿陷性黄土地基在我国始于20世纪60年代，其加固原则为：氢氧化钠溶液注入黄土后，首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反映，反应结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物。预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力，可将其分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下1~3m湿陷性黄土的湿陷量时，宜采用局部或整片土垫层进行处理；当同时要求提高垫层土的承载力或增强水稳性时，宜采用局部或整片灰土垫层进行处理。重锤表层夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5～3.0t的重锤，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内，土的物理、力学性质获得显著改善，平均干密度明显增大，压缩性降低，湿陷性消除，透水性减弱，承载力提高。非自重湿陷性黄土地基，其湿陷起始压力较大，当用重锤处理部分湿陷性黄土层后，可减少甚至消除黄土地基的湿陷变形。因此在非自重湿陷性黄土场地采用重锤夯实的优越性较明显。强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。（5）防水措施：可部分或全部消除由于浸水而引发的湿陷。主要内容为：合理规划排水设施；标高设计合理；防止漏水发生。（6）结构措施：在建构筑物结构体系的选择、设计中考虑如下因素：选择适应不均匀沉降的结构类型和基础类型，建筑体型力求简单；加强建筑物的整体刚度。对砖石承重的多层房屋控制长高比；设置沉降缝，减少沉降差；增设横墙、增设钢筋混凝土圈梁、加大基础刚度等；局部加强构件和砌体强度；构件应有足够的支承面积；预留适应沉降的净空。

3.2.2红粘土地基3.2.2.1红粘土的形成

红粘土是指在亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间所夹其它岩石，经强烈风化后形成的一种高塑性粘性土，一般带红色，如红色、棕红色或黄褐色。有原生和次生红粘土的区分。红粘土地基分布不均匀，厚度变化较大。红粘土是一种有特殊工程性质的粘土，一般情况下常处于饱和状态，天然含水量高，孔隙比大，但土的压缩性低，强度高，从土的性质来说，它的工程性能良好、是建筑物较好的地基。

3.2.2红粘土地基3.2.2.2红粘土的化学、物理性质

以石英、多水高岭石、水云母和赤铁矿、三水铝土矿等组成，化学成分则以SiO2、Fe2O3、Al2O3为主；有机质含量低。红粘土粒径组成较均匀．呈高分散性，粘粒含量高，一般为60％～70％；具有如下特性：天然含水量高，饱和度高。密度小，大孔隙性。塑性界限高，红粘土表层一般处于坚硬或硬塑状态，此时的天然含水量虽高，但塑限也很高。有较高的强度和较低的压缩性。

无湿陷性：原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈，原状土体积收缩率可达25％，扰动土可达40％～50％。红粘土的工程特性与其自身的生成环境及组成物质有关系：红粘土的高孔隙性来源于其颗粒组成的高分散性，粘粒含量多，粘粒表面能吸附大量的水分因此含水量高，且主要为强结合水，因此即使在高含水的情况下也表现为硬塑性。颗粒组成组主要为高岭石及更稳定的分子，因此比较稳定。

3.2.2.3红粘土地基特点(1)红粘土厚度分布不均匀；

(2)红粘土层沿深度方向自上向下，含水量增加，土质由硬变软。地表水的下渗，地下水的渗流及毛细作用的影响等等；

(3)红粘土地区的岩溶现象常较发育；

(4)因红粘土具有较小的吸水膨胀性，但失水收缩性大，裂隙发育。破坏土体的完整性和连续性，降低了相应的强度。

3.2.2红粘土地基3.2.2.4红粘土地基承载力确定(1)规范查表法：根据土的含水比和液限比予以确定：原因在于：含水的变化反映了红粘土的不同特性。

(2)现场载荷试验法：红粘土地基的承载力取值一般为比例界限压力值，具有较大的安全系数；当采用破坏荷载时应除以较大的安全系数。

(3)查用地区的经验数值：红粘土的承载力受区域影响较大，因此应考虑地区的经验取值问题；而地区经验值一般为综合了室内土工试验指标，应用理论计算公式和野外荷载试验结果，并结合已有建筑经验的基础之上而取得的。

(4)强度降低：红粘土具有较小的吸水膨胀性，但失水收缩性大，裂隙发育。破坏土体的完整性和连续性，降低了相应的强度，在确定其强度过程中应充分考虑此特点。

3.2.2红粘土地基3.2.2.5红粘土地基变形量计算

(1)强度因素：由于红粘土的强度一般较高，因此一般达到要求。

(2)变形因素：红粘土地基的不均匀性因此容易导致不均匀沉降的发生，因此应以控制沉降变形作为控制性措施。

(3)压缩计算参数：由于红粘土的特性随含水量变化较大，因此应考虑在不同含水的条件下的压缩模量取值。

(4)计算深度：在载荷试验中，一般控制在压板下较浅的范围内，对于方形或矩形基础而言其压缩层计算深度可近似地取基础宽度的2倍，而无需根据附加应力和自重应力的比值来确定。

3.2.2红粘土地基

3.2.3膨胀土地基膨胀土：由于土中含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有吸水膨胀和失水收缩开裂两种变形特性的高塑性粘土。在体积变化的同时产生膨胀力的作用，因此不采取必要的措施会导致边坡滑塌、地基破坏等病害。

3.2.3膨胀土地基3.2.3.1膨胀性指标

(1)自由膨胀率：人工制备土在水中的增量与原体积百分比。

自由膨胀率反映了粘性土在无结构力影响下的膨胀潜势，是判别膨胀土的综合指标。

(2)膨胀率：在一定压力下试样浸水膨胀的高度增量与原高度的百分比。

试验时应首先按照规定的压力压缩至稳定、然后进行浸水试验。可反映在不同压力作用下的土体膨胀特性。

(3)膨胀力PC

推荐采用加压平衡法予以处理，测定土的膨胀力，是在将环刀内的试样经过充分浸水饱和，并控制试样体积不变的条件下进行。该方法具有一定的安全储备。

(4)土的收缩率及收缩系数土的收缩率指在干燥失水过程中，土样收缩的高度与原始高度的百分比。

收缩系数指原状土样在直线AB收缩阶段．含水量减少1%时的收缩率。

1在自由膨胀率大于40%且具有如下地质特征的场地，应判定为膨胀土：（1）裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或半坚硬状态；（2）多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑(槽)壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候变化而张开或闭合。

2除此之外，可根据自由膨胀率的大小将膨胀势分为弱、中、强三类：

3.2.3.2膨胀土的工程判别

3判别特征和分类说明：（1）初判的依据是场地的工程地质特征，是在土体本质特性基础上的宏观工程特性表现；（2）自由膨胀率充分反映了土胀缩性的内在因素，如土的矿物成分和土的粒径组成对膨胀性的影响；（3）自由膨胀率与天然土样的膨胀率和膨胀力密切正相关；（4）液限越高则膨胀性越高，但是不能反向推导。

4膨胀土的综合特征为：属高塑性粘性土。粘粒含量多达35%-85%，其中胶粒含量占30%-40%；液限一般为40%-50%，塑性指数多在22-35之间。自由膨胀率在40%以上，亦有高达100%的。天然含水量接近或略小于塑限，不同季节变化幅度为3-6%，常呈硬塑或软塑状态。天然孔隙比在0.5-0.8之间，且随土体含水量的增减而变化。强度和压缩性随含水量的的改变而显著变化。天然条件下牌硬塑或软塑时，强度较高，压缩性较低，失水干缩时裂隙发育，由于裂隙的存在，又可使土体失稳，降低承载力；大量吸水时，土体强度突然降低，压缩性显著提高。

1划分为三种基本情况：（1）当地表下1m处地基土的天然含水量等于或接近最小值时，或地面有覆盖且无蒸发可能时，以及建筑物在使用期间经常有水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算；（2）当地表下1m处地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量时，或直接受高温作用的地基，可按收缩变形量计算；（3）其他情况下可按胀缩变形量计算。

2膨胀变形量计算：

3.2.3.3膨胀土地基变形量计算

3地基土收缩变形量：

各土层含水量的变化的平均值随深度呈现倒梯形的分布特点，可参照相应公式或经验值选取。4地基土涨缩变形量：相应的经验系数ψ可取为0.7进行计算。

5膨胀土地基计算中应注意问题：

(1)膨胀土的湿度系数：根据当地10年以上土的含水量变化及有关气象资料统计求出；

(2)大气影响深度：在自然条件作用下，由于降水、蒸发、地温变化等因素而引起的土的含水量升降变化的有效深度；

(3)计算取值：膨胀变形取基础上某点的最大膨胀上升量；收缩变形取最大的收缩下沉量；涨缩变形量取两个最大值之和。

(4)膨胀土地基等级划分：按照对低层房屋的影响划分为三个等级。1现场浸水载荷试验：首先加载至设计荷载，进行浸水试验，膨胀变形稳定后继续加载至破坏，绘制各级荷载下的应力变形曲线，取破坏荷载的一般作为承载力值，3.2.3.4地基承载力确定2室内饱和三轴不排水试验：确定膨胀土的基本抗剪强度参数，然后按照现行的地基基础设计规范有关公式予以确定地基的承载力。3经验参数值：可采用当地地区经验值，或按照含水比和孔隙比查规范表予以确定。位于坡地场地上的建筑物，膨胀土地基的稳定性，稳定安全系数可取1.2。(1)土质均匀，且无节理面时，按圆弧滑动法验算；(2)土层较薄，层间存在软弱层时，取软弱层面为滑动面进行验算；(3)层状构造的膨胀土，如层面与坡面斜交，且交角小于45。时，验算层面的稳定性。3.2.3.5地基稳定性验算

在工民建规范中，对基础的埋深应考虑场地类型、地基胀缩等级、大气影响深度、建筑物结构类型和用途、荷载大小、相邻地基的相互影响。

(1)最小埋深大于1.0m；

(2)考虑大气影响深度或通过变形计算解决；

(3)埋深计算公式：

(4)桩基础：桩尖应锚固在非膨胀土层中或伸入大气影响急剧层以下的土层中，其伸入长度应满足计算要求。3.2.3.6膨胀土地基埋置深度(1)膨胀土地区的现场调研，参考已有工程的实际经验；

(2)选择好建筑场地，尽量避开膨胀性和收缩性较高的地段或采取相应的工程措施；

(3)注意边坡的治理，充分考虑到水平方向的胀缩性和胀缩力，可采取防排水、设置支挡结构等具体工程措施来实现。

(4)采用地基处理措施：灰土换填、土性改良、砂石垫层等具体方法的应用。

(5)防止基坑爆晒与泡水为确保工程质量的关键。3.2.3.7膨胀土地区工程建设措施3.3软弱地基处理3.3.1

地基处理的对象与目的一处理对象

1软弱地基及特殊土地基；

2软弱地基主要为淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土及其它不满足承载力及变形要求的地基；

3特殊土具有相应的独有特性，如软土、膨胀土、冻土、红粘土等，一般为区域性分布。二地基处理的目的

1改善土体的强度特性（抗剪强度）；

2改善土体压缩特性（抗变形）；

3改善透水特性（渗透性）；

4改善动力特性（液化等）；

5消除特殊不良地基的特性（特殊病害）。3.3.2地基处理方法1地基规范中的地基处理方法换填法、预压法、深层密实法、化学加固法、锚杆静压桩、树根桩、垂直土层锚杆、沉降控制复合地基2目前工程中常用的地基处理方法真空预压联合堆载预压法密实法：强夯法、振冲法复合桩基地基加固：旋喷加固、搅拌桩加固其中地基托换有时视为结构措施；加筋法视为土工结构物措施。选择地基处理方案应考虑因素：

1

地基土质条件

2

工程要求

3

工期

4

造价

5

料源

6施工技术、机械条件

3.3.2.1换土垫层法b回填土垫层材料卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂素土、灰土：灰土比2:8或3:7工业废料：粉煤灰，矿渣等。垫层厚度一般：0.5~3m垫层设计持力层：pf下卧层：pZ+pCZfz+d压实系数c=d/dmax0.933.3.2.1换土垫层法b回填土B=b+2ztgdz填zpCZpCD要求：pZ+pCZfz+d以条基为例3.3.2.2复合地基桩土应力比：n=p/s面积置换率：m=Ap/A复合地基散体材料桩复合地基柔性桩复合地基刚性桩复合地基

砂石桩、砂桩；搅拌桩、水泥土桩、土桩、灰土桩、CFG桩；混凝土桩桩与土共同变形，共同承载；非均质，各向异性

与桩基区别？复合地基的承载力(1)公式计算(2)载荷试验桩土应力比与土性有关，随荷载过程变化。对于碎石桩n=2~4，即增大倍数。复合地基的压缩模量单桩载荷试验，复合地基载荷试验3.3.2.2复合地基3.3.2.3压密法目的：降低压缩性，提高强度加密法深层压密法浅层压密法强夯法挤密桩复合地基（深层挤密法）预压加固法其它：爆破压密土的压实原理饱和曲线粘性土砂土粘性土在某种压实功能下（标准压实功能）达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度。砂土：①不存在最优含水量；②在完全风干和饱和两种状态下易于击实；③潮湿状态下不易击实。1机械压密法(1)重锤夯实锤重：1~2T，落距：3.5~4.0m，有效深度：1.5~2.5m，承载力：100~150kPa(2)碾压压路机、推土机、羊足碾，分层铺土，分层压实。每层填土30~40cm，承载力：80~120kPa(3)振动压实对砂土、砂性杂填土很有效，有效深度：1.5m，承载力：100~200kPa浅层压密，一般用做地基表层处理轮胎压路机羊足碾振动碾压机械2强夯法锤重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承载力：180~250kPa1969年，法国1978年，中国强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置加固机理：动态能量,波的传播和密实固结加固效果：提高承载力、减小沉降量，消除液化可能、消除湿陷性等优缺点：经济；噪音新发展：强夯置换法3挤密桩复合地基（深层挤密法）(1)沉管挤密法

沉管：封口或者活瓣；打入，加料，拔出，振动,锤击。

材料：土桩(原位粘性土再夯入)；灰土桩、碎石桩、石灰桩、水泥土桩、二灰桩(加粉煤灰)。适用于填土、松砂、湿陷性黄土、一般粘性土Sr<60%砂桩(2)振冲法

设备：振冲器d=270~450mm，L=1.6~3m

原理：振：偏心轮旋转，振动加密，使颗粒移动

冲：高压水从中间穿过，土颗粒振浮液化固结

加固挤密、振动液化、渗流固结

填料：粗颗粒(粘细粒少)；级配好；最大颗粒<50mm适用于松砂,杂填土和一般粘性土，不适用于淤泥和淤泥质土振冲器桩间距设计S已知：桩径d，间距S，孔隙比e1；计算：挤密后孔隙比e2通常：d、e1已知，e2也可确定待定：间距S公式请自行查找桩与土形成复合地基，其承载力可通过载荷试验获得3.3.2.4预压加固法预压加固法堆载预压降水预压真空预压适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、填海（湖）造田。预压原理：

饱和土的固结，土的塑性原位自重应力s

建筑物附加应力z

预加压力t=(1.2~1.5)z

te2ze1eps

降水预压原理zz真空预压原理-u对比分层沉降法的基本原理堆载预压12分级堆载.竖向排水砂井、塑料排水板水平排水垫层.堆载过快则孔隙水压来不及消散堆载过快易失稳真空预压不会失稳3.3.2.5胶结处理方法化学加固方法灌浆法高压喷射（旋喷）注浆法深层搅拌法冷热处理方法冻结法烧结法灌浆法常用材料：水泥或粘土水泥浆液；化学材料：聚氨脂丙烯酰胺类（丙凝，有毒性）硅酸盐类（水玻璃）氢氧化钠溶液（碱液）等等。灌浆方法渗透灌浆压密灌浆劈裂灌浆123可灌性问题，可灌性好，可用于粉细砂高压喷射注浆法注浆方法旋喷法定喷法摆喷法适用于：淤泥、淤泥质土、一般粘性土、粉土、黄土、砂土、碎石土。深层搅拌法

适用土质：淤泥、淤泥质土、粉土、黄土、素填土、粘性土、无流动地下水的饱和松散砂土地基，高速公路，基坑支护深层搅拌法粉体喷搅法

—湿法

—干法处理深度受限3.3.2.6土工合成材料功能过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护过滤功能隔离功能加筋功能加筋功能：桥台加筋三峡防渗功能排水沟表土覆盖层表面隔断层基础隔断层地基基础垃圾渗水和地下水的距离渗水导管气体导管竖井地质屏障经处理的地质屏障地下水气体收集渗水收集垃圾体垃圾填埋体的主要构成换土垫层法复合地基加密法机械压密法强夯法深层挤密法预压加固法堆载预压降水预压真空预压胶结法：化学加固法灌浆法高压喷射注浆法深层搅拌法渗透灌浆压密灌浆劈裂灌浆土工合成材料3.3.4工程实例3.3.4.1真空预压联合堆载预压法吴越岭秀社区申江路立交桥坡工程3.3.4.2强夯法、振冲法上海海港新城一期市政C1道路3.3.4.3复合桩基上海F1赛场3.3.4.4化学加固（注浆、旋喷）某石化聚乙烯厂3.3.4.1吴越岭秀社区（真空堆载联合预压法）工程概况吴越岭秀由小高层、多层及联排别墅组团而成，规划总面积约220亩，小高层为剪力墙结构，其余为框架结构，采用桩基。自然地坪以下存在3~16.5m厚的吹填土淤泥，压缩性高、强度低、排水固结条件差。由于工期紧张，淤泥土中又含有较高的有机质，堆载、复合地基等加固方案不能满足本工程的要求，经过综合比较，采用真空预压或真空堆载预压进行处理。工程地质条件自然地坪以下有7个工程土层：①冲填土、②淤泥、③粘土、④粉质粘土、⑤粉土、⑥粉质粘土夹粉土、⑦粉质粘土。软弱土层的描述如下：①层：冲填土层，灰~灰黄色，湿。含植物根茎。该层土质不均，工程性能很差，0.30~1.10m。②层：淤泥，该层全场分布。灰~灰黄色，流塑，含植物腐殖质，土体中存在较多小孔。局部夹泥炭薄层及粉沙薄层。该层在西南角厚度较大。属高压缩性土。工程性能极差。层厚在全场分布很不均匀，在已勘察的钻孔中，层厚为2.60~16.50m。方案设计二期地基待处理面积约7.8万平米采用真空堆载联合预压进行处理分A、B、C三个分区先后进行处理预期目标承载力：场区上部软弱土经过处理后，地基承载力不低于80kPa；沉降：固结度需达到80%以上，工后沉降不大于10cm；在满足上述要求的同时，尽量缩短预压时间。工程场地平面图二期地基处理场地分区平面图插板机(振动锤+龙门架)塑料排水板场区覆膜堆载预压（抽水堆载）地基处理检测结果A区A区抽真空共74天，真空首次达到80kPa（达到该值后才能上人上设备）是9天后场地沉降：累计沉降达到316mm，最大为492.2mm沉降速率：初始为3.4mm/d；最后小于2mm/d真空度：基本在80kPa以上，平均为80.2kPa分层沉降：超过90％的沉降由0-7m之间土层产生孔隙水压力：孔压持续下降，累计最大消散为69.26kPa。固结度：平均固结度98％，远超过设计的80％A区地表面累计沉降－时间曲线(S为平均沉降)A区分层沉降－时间曲线（图例括弧内为磁环埋深）孔压随时间变化曲线（埋深分别为3、6m）B区场地沉降：平均累计沉降228.3mm，最大377.9mm；沉降速率：最后平均沉降速度为0.88mm/d；真空度：从7.12达到80kPa，保持80kPa以上的时间为50天；分层沉降：真空的有效影响深度在8米以内；孔隙水压力：埋深1.8m、3m、7m、10m的孔压减小依次为61.2kPa、50.2kPa、33.4kPa、11.5kPa；固结度：地基固结度在80.9～98％之间，平均固结度86.9％，远超过设计的80％。B区不同深度孔压变化曲线

C区场地沉降：累计平均沉降206.25mm，最大为260.5mm；沉降速率：平均沉降速度为3.4mm/d，最后小于2mm/d；分层沉降：真空的有效影响深度在8米以内；孔隙水压力：埋深2m、4m、6m、10m的孔压计减小依次为64kPa、55kPa、20kPa、19kPa；固结度：地基固结度在86-98％之间，平均为93％，远超过设计的80％。申江路立交桥坡工程（真空堆载联合预压法）工程概况两条宽12.25m快车道及一条3m宽绿化带；坡顶总宽27.5m，纵向坡度3%，两侧挡土墙护坡；南桥坡最大高度为3.57m；北桥坡最大高度为3.44m。地质条件古河道沉积区，土层构造变化不大，分布较均匀；在勘探深度范围自上而下共分六大层及十个亚层；主要软土层为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、地基承载力仅为65kPa。加固方案北桥坡：浅层真空降水、超载预压中央隔离带和路堤两侧各设轻型真空井点，深7.5m，持续降水3个月桥坡填土前铺设砂垫层、土工布导流带，坡度5%，厚度40cm降水区外设注浆隔离带，切断砂质粉土水源补给二灰路堤预压3个月，高2.6m，宽27.5m等载预压3个月，高1.5m，宽22.5m南桥坡：塑料排水板、浅层真空降水、超载预压中央隔离带和路堤两侧共设4套轻型真空井点，深7.5m，持续降水3个月桥坡纵向60m、横向30m范围内插设塑料排水板，插入20m桥坡填土前铺设砂垫层、土工布导流带，坡度5%，厚度40cm降水区外设注浆隔离带，切断砂质粉土水源补给二灰路堤预压3个月，高2.7m，宽27.5m等载预压3个月，高1.5m，宽22.5m北桥坡路基加固断面图南桥坡路基加固断面图加固方案实施情况北桥坡施工进度：5月19日井点降水开始，8月6日开始铺垫二灰路堤，10月2日停止降水。由于工期推迟，未能按设计加固，二灰路堤堆载强度仅设计的49%，未进行超载预压。南桥坡施工进度：6月23日井点降水开始，7月20日开始铺垫二灰路堤，8月3日超载堆土，8月18日卸除超载，10月2日停止降水。二灰路堤堆载强度为设计的70%，超载堆载强度为设计的46%，堆载时间分别为设计的81%和17%。实际施工未能按设计案加固，加固效果与设计有出入。北桥坡加固效果桥坡沉降中央隔离带：最大沉降514.6mm，其中降水期270mm，降水和路堤共同作用期间170mm，停止降水期间74.6mm。东侧挡土墙：最大沉降316mm。西侧挡土墙：最大沉降316mm。沉降速率中央隔离带：开始为3.38mm/d，最后为0.24mm/d。东侧挡土墙：开始为2.3mm/d，最后为0.16mm/d。西侧挡土墙：开始为2.85mm/d，最后为0.15mm/d。分层沉降工后沉降按实际施工情况，竣工后288天，地基沉降标测得最大工后沉降99mm，路面沉降标测得最大工后沉降108mm，推算工后沉降139mm。若按原设计方案，实测工后沉降可减少至56mm，推算沉降为96.9mm，小于规范允许值。土层降水前期降水后期停止降水期总压缩量第1、2、3层土150.47.25.8163.4第4层土35.68.83882.4第5层土11.70.41.313.4第5层以下土132.826.128.5187.4纵坡变化率根据路面沉降数据，北桥坡0.3%。根据地基沉降数据，东侧墙0.25%，西侧墙0.25%。路堤压缩量分析路堤填土压缩量8.5mm，占工后沉降量的8.6%，不可忽略。填筑中填土的压实对减小工后沉降影响较大。南桥坡加固效果桥坡沉降中央隔离带：最大沉降905.7mm，其中降水期462.4mm，降水和二灰共同作用期间153.3mm，降水和二灰、堆载共同作用期间94.2mm，降水和路堤共同作用期间149.0mm，停止降水期间46.8mm东侧挡土墙：最大沉降682.5mm西侧挡土墙：最大沉降530.2mm沉降速率中央隔离带：开始为17.13mm/d，最后为0.17mm/d东侧挡土墙：开始为7.80mm/d，最后为0.20mm/d西侧挡土墙：开始为5.42mm/d，最后为0.19mm/d分层沉降工后沉降按实际施工情况，竣工后288天，地基沉降标测得最大工后沉降108.7mm，路面沉降标测得最大工后沉降170mm，推算工后沉降112mm。若按原方案，实测工后沉降可减少至38.1mm，推算沉降为51.4mm，小于规范允许值。土层降水前期降水后期停止降水期总压缩量第1、2、3层土186.110.010.2206.3第4层土194.758.813.5274.3第5层土15.010.06.231.2第5层以下土232.718.632.7284.0纵坡变化率根据路面沉降数据，北桥坡0.45%。根据地基沉降数据，南桥坡0.375%。路堤压缩量分析路堤填土压缩量24.6mm，占工后沉降量的19.7%，不可忽略。填筑中填土的压实对减小工后沉降影响较大。3.3.4.2海港新城一期道路（强夯法，振冲法）工程概况海港新城位于上海东南角，东海与杭州湾的交汇处，距市区约65km，距浦东国际航空港和洋山港均约30kmC1道路为新城内环芦潮湖的环路。工程地质第一层吹填土，平均厚度4.30米；地基承载力30kPa。第二层砂质粉土，平均厚度1.70米；地基承载力90kPa。第三层粉砂，平均厚度7.0米。地基承载力105kPa。试验区域A4试验区拟分成AA小区、AB小区两个试验小区。A5试验区拟分成AC小区、AD小区两个试验小区。每个试验小区面积均为30×54m2。地基加固标准加固的有效深度不小于4m，且不对4m以下土层产生有害扰动；最好有效加固深度达6m地基承载力标准值fk1.0～