第9章 地基处理

第8章地基处理概述8.1软弱土的种类和性质

8.2地基处理技术综述

8.3压实法及强夯法8.4换土垫层法8.5挤密法和振冲法8.6排水固结法

8.7化学加固法

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

概述当地基承载力不足或变形过大或可能出现液化及渗透等问题，不能满足设计要求时，就必须进行处理，以满足工程建设的要求。地基处理首先要明确处理的目的，其次要选择合适的方法并作好处理前的准备工作和处理后的勘察鉴定工作。

地基处理的对象软弱地基主要由淤泥，淤泥质土，冲填土，杂填土和其他高压缩性土层构成的地基。不良地基饱和松散的粉细砂、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、季节性冻土、岩溶与土洞等特殊性土构成的地基，大部分带有区域性。

地基处理的目的1.提高地基强度或增加其稳定；2.降低地基压缩性，以减少基变形；3.改善地基渗透性，以减少其渗漏或加强其渗透稳定性；4.改善地基的动力特性，以提高其抗震性能；5.改良地基的某种特殊不良特性，以满足工程的要求。（湿陷性、膨胀性、岩溶等）

地基处理前的准备工作1.收集分析已有的岩土勘察报告；2.调查当地地基基础现状和常用的地基处理方法；3.深入调查地下水；4.注意地基处理对邻近建筑、地下管道及设施的影响。

地基处理后的勘察鉴定工作1.处理后的地基要重新勘察，提供设计所需的技术参数；2.根据新的地基勘察报告鉴定地基处理的目的是否已经达到，在处理后的地基上进行地基基础设计。淤泥、淤泥质土冲填土杂填土其他高压缩性

8.1软弱土的种类和性质淤泥及淤泥质土是在静水或缓流环境中沉积，经生化作用形成的。是最常见的软弱地基，广泛分布于沿海地区、内陆、山区如昆明、南京、武汉、天津等。具有以下工程特性：（1）天然含水量高，w>wL，流塑状态；（2）孔隙比较大，1.5＞e≥1.0-----淤泥质土e≥1.5-----淤泥（3）压缩性高；（4）抗剪强度低，其不排水强度约为10～20kPa，标准贯入击数小于5，承载力标准值fk约为50～80kPa。淤泥及淤泥质土冲填土是在治理和疏通江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹填到江河两岸而形成的。主要分布在长江、黄浦江、珠江两岸。

特点：冲填土的物质成分比较复杂，若以黏性土为主，由于土中含有大量水分，且难以排出，土体在形成初期处于流动状态，强度要经过一定的固结时间，才能逐渐提高。因而，这类土属于强度低和压缩性较高的欠固结土。若主要以砂或其他粗颗粒土所组成的冲填土就不属于软弱土。冲填土的工程性质主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件，与自然沉积的同类土相比，强度低，压缩性高，常产生触变现象。冲填土3.杂填土

杂填土是人类活动所形成的无规则堆积物，由大量建筑垃圾、工业废料、或生活垃圾组成，其成分复杂，性质也不相同，且无规律性。在大多数情况下，杂填土是比较疏松和不均匀的，在同一场地不同位置，地基承载力和压缩性也可能有较大的差异。杂填土的性质随着堆填龄期而变化，其承载力随着时间增长而提高。

杂填土的主要特点是:强度低，压缩性高和均匀性差。

4.其他高压缩性土

饱和松散粉细砂及部分粉土，虽然在静载作用下具有较高的强度，但在机械振动，车辆荷载，波浪或地震的反复作用下，有可能发生液化或震陷变形。地基会因液化而丧失承载力，基坑开挖时易产生管涌。该地基也属于软弱地基的范畴。

勘察时:应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土尚应了解排水固结条件。设计时: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进行综合分析，确定合理的建筑措施和地基处理方法。8.2地基处理技术综述地基处理方法

排水固结法

振密挤密法

置换及拌入法

灌浆法

加筋法

冷热处理法

托换技术

纠偏

二、地基处理的方法物理处理化学处理热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结地基处理方法适用条件地基处理方法与加固原理

分类处理方法适用范围1.换土垫层法垫层法浅层非饱和土和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、素填土和杂填土强夯挤淤法厚度较小的淤泥和淤泥质土地基2.振密、挤密法表层压实法接近于最优含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填土重锤夯实法无粘性土、杂填土、非饱和粘性土和湿陷性黄土强夯法碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和度的粉涂于粘性土及湿陷性黄土

振冲挤密法砂性土和年利含量小于10%的粉土土（或灰土）桩法湿陷性黄土、新近沉积黄土、素填土和杂填土砂桩法松砂地基和杂填土地基夯实水泥土桩地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土和淤泥质土爆破法饱和净砂、非饱和但灌水饱和的砂、粉土和湿陷性黄土地基处理方法适用条件

3.排水固结法堆载预压法软粘土地基砂井法透水性低的软粘土，但不适应于有机质沉积物地基真空预压法能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基真空-堆载预压法软粘土地基降低地下水位法特别是饱和粉、细砂地基电渗排水法饱和软粘土地基4.置换法碎石桩法不排水抗剪强度大于20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土石灰桩法软弱粘性土强夯置换法软粘土CFG桩法填土、饱和和非饱和粘性土、砂土、粉土等地基柱锤冲扩法杂填土、粘性土、粉土粘性素填土、黄土等地基EPS超轻质填料法软弱地基上的填方工程分类处理方法适用范围地基处理方法适用条件

分类处理方法适用范围5.加筋法土工聚合物砂土、粘性土和软土，或作反滤和隔水材料加筋土人工填土的路堤和挡土结构土层锚杆一切需要将应力传递到稳定土层中的工程土钉开挖支护和天然边坡支护树根桩法软弱粘性土和杂填土6.胶结法注浆法岩基、砂土、粉土淤泥质土、粘土和一般人工填土，也可用于暗滨和托换高压喷射注浆法砂土、粉土、淤泥和淤泥质土、粘性土、黄土、人工填土等，也可用于既有建筑的托换水泥土搅拌法淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且承载力不大于140kPa的粘性土7.冷热处理冻结法饱和砂土和软粘土的临时处理烧结法非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土8.其他锚杆静压桩淤泥质土、粘性土、人工填土和松散粉土沉降控制复合桩基较深厚软弱地基上，以沉降控制为主的8层以下建筑地基地基处理方法适用条件

方法加固原理适用范围换土垫层法采用开挖后换好土回填的方法；对于厚度较小的淤泥质土层，亦可采用抛石挤淤法。地基浅层性能良好的垫层，与下卧层形成双层地基。垫层可有效地扩散基底压力，提高地基承载力和减少沉降量。各种浅层的软弱土地基振冲置换法利用振冲器在高压水的作用下边振、边冲，在地基中成孔，在孔内回填碎石料且振密成碎石桩。碎石桩柱体与桩间土形成复合地基，提高承载力，减少沉降量cu20kPa的粘性土、松散粉土和人工填土、湿陷性黄土地基等挤淤置换法通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基的目的。厚度较小的淤泥地基强夯置换法采用强夯时，夯坑内回填块石、碎石挤淤置换的方法，形成碎石墩柱体，以提高地基承载力和减少沉降量。浅层软弱土层较薄的地基褥垫法当地基一部分压缩小而另一部分压缩性较大时，为避免不均匀沉降，在压缩性小的区域换填铺设一定厚度的可压缩性土料形成褥垫，以减小沉降差。建筑物部分坐落在土上，部分在岩石上。1.置换地基处理方法与加固原理

方法加固原理碎石桩法采用沉管法或其他技术，在软土中设置砂或碎石桩柱体，置换后形成复合地基，可提高地基承载力，降低地基沉降。同时，砂、石柱体在软粘土中形成排水通道，加速固结砂桩（置换）法在软粘土中设置密实的砂桩，以置换同体积的粘性土形成砂桩复合地基，以提高地基承载力。同时，砂桩还可以同砂井一样起排水作用，以加速地基土固结。石灰桩法在软弱土中成孔后，填入生石灰或其他混合料，形成竖向石灰桩柱体，通过生石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用改善桩柱体周围土体的性质，形成石灰桩复合地基，以提高地基承载力，减少沉降量EPS轻填法发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的1/501/100，并具有较高的强度和低压缩性，用于填土料，可有效减少作用于地基的荷载，且根据需要用于地基的浅层置换2.排水固结方法加固原理砂井法、加载预压法在预压荷载作用下，通过一定的预压时间，天然地基被压缩、固结，地基土的强度提高，压缩性降低。在达到设计要求后，卸去预压荷载，再建造上部结构，以保证地基稳定和变形满足要求。当天然土层的渗透性较低时，为了缩短渗透固结的时间，加速固结速率，可在地基中设置竖向排水通道，如砂井、排水板等。加载预压的荷载，一般有利用建筑物自身荷载、堆载或真空预压等超载预压法基本原理同加载预压法，但预压荷载超过上部结构的荷载。一般在保证地基稳定的前提下，超载预压方法的效果更好，特别是对降低地基次固结沉降十分有效真空预压法在饱和软粘性土中设置砂井和砂垫层，上覆密封膜，通过设于砂垫层的抽气管造成负压，使软粘土层排水固结。85kPa降低地下水位法通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如堆载预压，使地基土固结。在基坑开挖支护建筑物设计中可减少建筑物上作用力。3.振密挤密方法加固原理表层原位压实法采用人工或机械夯实，碾压或振动，使土密实，但范围较浅强夯法

采用重量100400kN的夯锤，从高处自由落下，在强烈的冲击力和振动力作用下，地基土密实，可以提高承载力，减少沉降量

振冲密实法

振冲器的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲力，回填碎石料使得砂层挤密，达到提高地基承载力，降低沉降的目的

3.振密挤密方法加固原理挤密碎（砂）石桩法

施工方法与排水中的碎（砂）石桩相同，但是，沉管过程中的排土和振动作用，将桩柱体之间土体挤密，并形成碎（砂）石桩柱体复合地基，达到提高地基承载力和减小地基沉降的目的

土、灰土桩法

采用沉管等技术，在地基中成孔，回填土或灰土形成竖向加固体，施工过程中排土和振动作用，挤密土体，并形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降量挤密砂桩法

在采用锤击法或振动法制桩过程中，对周围砂层产生挤密作用，被挤密桩间土和密实的砂桩形成砂桩复合地基。爆破挤密法利用爆破产生挤压力和振动力使地基土密实以提高土体的抗剪强度，提高承载力，减少沉降。4.加筋方法加固原理加筋土法在土体中加入起抗拉作用的筋材，例如土工合成材料、金属材料等，通过筋土间作用，达到减小或抵抗土压力；调整基底接触应力的目的。可用于支挡结构或浅层地基处理锚固法主要有土钉和土锚法，土钉加固作用依赖于土钉与其周围土间的相互作用；土锚则依赖于锚杆另一端的锚固作用，两者主要功能是减少或承受水平向作用力竖向加固体复合地基法在地基中设置小直径刚性桩、低等级混凝土桩等竖向加固体，例如CFG桩、二灰混凝土桩等，形成复合地基，提高地基承载力，减少沉降量5.化学固化方法加固原理深层搅拌法

利用深层搅拌机械，将固化剂（一般的无机固化剂为水泥、石灰、粉煤灰等）在原位与软弱土搅拌成桩柱体，可以形成桩柱体复合地基、格栅状或连续墙支挡结构。作为复合地基，可以提高地基承载力和减少变形；作为支挡结构或防渗，可以用作基坑开挖时，重力式支挡结构，或深基坑的止水帷幕。水泥系深层搅拌法，一般有两大类方法，即喷浆搅拌法和喷粉搅拌法

灌浆或注浆法

有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压注浆等多种工法，浆液的种类较多。

6.热学处理及其他方法加固原理冻结法冻结土体，改善地基土截水性能，提高土体抗剪强度。烧结法钻孔加热或焙烧，减少土体含水量，减少压缩性，提高土体强度。托换法基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法、综合托换法等纠偏加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法、综合纠偏法。

选用地基处理方法的原则：力求技术先进、经济合理、因地制宜、安全适用、确保质量。具体选用时要根据场地的工程地质条件、地基加固的目的要求以及拟采用处理方案的适用性、技术经济指标、工期等多方面因素综合考虑，最后选择其中一种较合理的地基处理措施或两种以上地基处理方法组合的综合处理方案。

注意事项：地基处理大多是隐蔽工程，在施工前现场人员必须了解所采用的地基处理方法的原理、技术标准和质量要求、施工方法等。施工过程中经常进行施工质量和处理效果的检验，同时也应做好监测工作；施工结束后应尽量采用可能的手段来检验处理的效果并继续做好监测工作，从而保证施工质量。8.3压实法及强夯法8.3.1压实法土的压实原理:换土层的主要作用是改善原地基土的承载力并减少其沉降量。这一目的通常是通过外界的压（夯、振）实功来实现的。在一定的压（夯、振）实能量作用下，土最容易被压（夯、振）密，并能达到最大的干密度，这时土所具有的含水量即为最优含水量，通常wop表示。当土的含水量大于或小于这一界限时，都不易被压实。机械碾压法

机械碾压法是一种采用平碾，羊足碾、压路机、推土机或其他机械压实松散土的方法。机械碾压法主要使用于大面积的回填土方工程的压实和杂填土地基的处理，一般用于处理浅层地基。

碾压的效果主要取决于被压实土的含水量是否符合最优含水量和压实机械的压实能量；施工时应控制碾压土的含水量，选择适当的碾压分层厚度和碾压的遍数。

碾压的质量标准，以分层检验压实土的干重度和含水量来控制。如控制干重量为γd，最大干重度为γmax（由试验确定）。则γd与γmax的比值Dy称为压实系数，压实系数和现场含水量的控制值应符合表8-1的规定。表8-1填土地基质量控制值表结类型填土部位压实系数Dy控制含水量砖石结构和框架结构在地基主要受力层范围内

>0.96wop±2%wop在地基主要受力层范围以下0.93~0.96简支结构和排架结构在地基主要受力层范围内0.94~0.97wop±2%wop在地基主要受力层范围以下0.91~0.93重锤夯实法

重锤夯实是利用起重机将重锤提到一定的高度，然后使其自由落下，重复夯打，把地基表面夯实，以提高浅层地基的强度，减少其压缩性和不均匀性。这种方法可用于处理非饱和黏性土或杂填土，也可用于处理湿陷性黄土，消除其湿陷性。

重锤夯实的效果与锤重、锤底直径、落距、夯击遍数、夯实土的种类和含水量有一定的关系。施工中宜由现场夯击试验决定有关参数。当土质和含水量变化时，这些参数应相应加以调整。

注意:拟加固土层必须高出地下水位0.8m以上，且该范围内不宜存在饱和软土层。否则可能将表层土夯成橡皮土，反而破坏土的结构和加大压缩性。所以当地下水位埋藏在夯击的影响深度范围内时，须采取降水措施。振动压实法

振动压实法是利用振动压实机在表面施加振动，把浅层松散土振密的方法。振动压实的效果主要决定于被压实土的成分和振动时间。振动的效果，开始时振密作用较为显著，但随着时间推移变形渐趋稳定。所以施工前应先进行现场试验，根据振实的要求确定振实的时间。有效的振实深度约1.2~1.5m。如果地下水位太高，则将影响振实效果。此外尚应注意振动对周围建筑物的影响，振源与建筑物的距离应大于3m。

振动压实法主要适用于处理砂土、炉渣、碎石等无黏性土或黏粒含量少和透水性好的杂填土地基。8.3.2强夯法1.强夯法的加固机理及适用范围

加固机理:是将势能转化为夯击能，在地基中产生强大的应力和冲击波，对土体产生加密作用、液化作用、固结作用和时效作用。适用范围:强夯法适用于杂填土、碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土及人工填土等地基的施工，对淤泥和淤泥质土等饱和黏性土地基，需经试验证明有效时方可采用。它不仅能在陆地上施工，还可以在不深的水下对地基夯实。

2．强夯法设计要点

强夯法进行地基加固所取得的效果与施工参数有关，如夯点距离、击数、间歇时间等。强夯法加固地基的深度与夯击能有关，可按下列经验公式计算:（8-1）根据加固土层的深度和选择的锤重，即可按式(8-1)确定锤的落距。

3.强夯法施工一般步骤1）清理并平整场地。2）标出首遍夯点位置，测量场地高程。3）起重机就位，使夯锤对准夯点标记。4）测量夯前锤顶高程。5）起吊夯锤至预定高度，释放夯锤，测量锤顶高程，及时整平坑底。6）重复步骤5），按设计夯击次数及控制标准完成夯点的夯击。7）重复步骤3）~6），完成第一遍夯击。8）用推土机填平夯坑，测量场地高程。9）重复步骤2）~8），完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。8.4换土垫层法8.4.1加固机理及适用范围

1.加固机理换土垫层法是将天然软弱土层挖去或部分挖去，分层回填强度高、压缩性较低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等材料，夯实至要求的密度后作为地基持力层。换土垫层法也称为开挖置换法。换土垫层的作用

提高基底持力层的承载力

减少沉降量

加速地基的排水固结

防止冻胀

消除地基的湿陷性和胀缩性

适用范围：换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、素填土、杂填土、季节性冻土地基以及暗沟、暗塘等的浅层处理。处理分布范围不大、深度有限的不良土层。8.4.2垫层设计要点垫层设计的主要内容是确定垫层厚度z，垫层宽度b`（见图8-1）。其校核条件是必须满足下卧层承载力要求。.。图8-1垫层内应力的分布a)下卧层承载能力较低b)下卧层承载能力良好1—基础2—持力层3—填土8.4.3垫层材料选择垫层材料

砂石

黏土（均质土）灰土粉煤灰

矿渣

土工合成材料

垫层材料的选择必须满足无污染、无侵蚀性及无放射性等要求。

8.4.4垫层施工及注意事项1.垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。2.垫层的施工方法、分层铺添厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。3.基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖，待铺填垫层前再挖至设计标高。4.对淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压或强夯下抛石能挤入该层底面的工程，可采用抛石挤淤处理。5.换填垫层施工要注意基坑排水，必要时就采用降低地下水位的措施，严禁水下换填。6.铺设土工合成材料，下卧层顶面应均匀平整，防止土工合成材料被刺穿顶破。

8.4.5垫层质量检验对素土、灰土、粉煤灰和砂垫层可用贯入仪、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂和粉煤灰垫层也可用钢筋检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检测；并均应通过现场试验以控制压实系数所对应的贯入度为合格标准。压实系数的检验可采用环刀法、灌水法或其他方法。垫层的质量检验必须分层进行，每夯实完一层，应检验该层的平均压实系数。当压实系数符合设计要求后，才能铺填上层。当采用贯入仪、钢筋或动力触探检验垫层的质量时，每分层检验点的间距应小于4m。当取样检验垫层的质量时，对大基坑每50~100m应不少于1个检验点；对基槽每10~20m应不少于1个点；每个单独柱基应不少于1个点。

对换填垫层的总体质量验收，可通过载荷试验进行；在有本工程对应合格压实系数的贯入指标时，也可采用静力触探、动力触探或标准贯入试验。8.5挤密法和振冲法挤密法

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。按其填入的材料不同分为砂桩、砂石桩、石灰桩、灰土桩等。挤密法一般采用各种打桩机械施工，也有用爆破成孔的。

振冲法

振冲法的主要设备为振冲器，由潜水电动机、偏心块和通水管三部分组成。振冲器内的偏心块在电动机带动下高速旋转而产生高频振动，在高压水流的联合作用下，可使振冲器贯入土中，当达到设计深度后，关闭下喷水口，打开上喷水口，然后向振冲形成的孔中填以粗砂、砾石或碎石。振冲器振一段上提一段，最后在地基中形成一根密实的砂、砾石或碎石桩体。振冲法

振冲置换法振冲挤密法

土或灰土挤密桩法

砂石挤密桩法

振冲挤密法施工工艺

图8-2振冲挤密法施工工艺a)定位b)振冲下沉c)振冲至设计标高,加填料或不加填料d)、e)边振边加料或不加料，边上提f)成桩

8.6排水固结法8.6.1加固原理及适用范围排水固结法就是利用地基土排水固结规律，采用各种排水技术措施处理饱和软黏土的一种方法。地基受压固结时，一方面孔隙比减少，土体被压缩，抗剪强度相应提高；另一方面，卸荷再压缩