地基处理简介课件

第十五章《土力学与基础工程》电子教案第十五章地基处理简介§15.1概述§15.3挤密压实法§15.2换土(垫层)法§15.4排水固结法§15.5深层搅拌法§15.6其他地基加固法简介一、人工地基的概念和适用条件经人工处理或加固后的地基称为人工地基。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土构成的地基。工程上常将淤泥和淤泥质土统称为软土冲填土（吹填土）是指在水利建设或江河整治中，用挖泥船或泥浆泵将江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹填）形成的沉积土。杂填土是指因人类活动而填积形成的无规则堆积物，包括建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。

§15.1概述三、地基处理方法分类及适用情况地基处理的方法很多，每一具体工程都要进行具体细致分析，应从地基条件、处理要求（包括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等），工程费用以及材料，机具来源等方面进行综合分析比较，以确定合适的地基处理方法。人工地基

土木工程建设中，当遇到工程地质条件不良的软弱土地基不能满足建筑物要求时，需经人工处理加固后建造基础，这种人工处理后的地基称为人工地基。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

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。将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。§15.2换土垫层法一、换土垫层法的概念换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度和宽度，一般可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。一、机械碾压法机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械将地基土压实。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。这种方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实。在工程实践中，除了进行室内击实试验外，还应进行现场碾压试验。通过试验，确定在一定压实能条件下土的合适含水量，恰当的分层碾压厚度和遍数，以便确定满足设计要求的工艺参数。粘性土压实前，被碾压的土料应先进行含水量测定，只有含水量在合适范围内的土料才允许进场，每层铺土厚度约为300mm。二、振动压实法振动压实法是通过在地基表面施加振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。竖向振动力由机内设置的两个偏心块产生。振动压实的效果与振动力的大小、填土的成分和振动时间有关。当杂填土的颗粒或碎块较大时，应采用振动力较大的机械。一般来说，振动时间越长，效果越好。但振动超过一定时间后振实效果将趋于稳定。因此，在施工前应进行试振，找出振实稳定所需要的时间。振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间。经过振实的杂填土地基，承载力基本值可达100～120kPa。夯锤一般为截头圆锥体，锤重大于15KN，锤底直径为0.7～1.5m，落距3～4m，其有效夯实深度约为1.1～1.2m（与锤径相当）。其地基承载力基本值一般可达100～150kPa。可用于处理地下水位距地表0.8m以上的非饱和粘性土或杂填土，提高其强度，降低其压缩性和不均匀性。也可用于处理湿陷性黄土，消除其湿陷性。三、重锤夯实法夯实效果与锤重、锤底直径、落距、夯击遍数、夯实土的种类和含水量有关系。施工中宜由现场夯击试验决定有关参数。随土质和含水量变化相应加以调整。锤夯实法加固后的地基应经静载试验确定其承载力，需要时还应对软弱下卧层承载力及地基沉降进行验算。1.强夯法的加固机理强夯时地基在极短的时间内受到夯锤的高能量冲击，激发压缩波、剪切波和瑞利波等应力波传向地基深处和夯点周围。其中压缩波可以使土受压或受拉，能引起瞬间的孔隙水应力，导致土的抗剪强度大为降低，紧随其后的剪切波进而使土的结构受到破坏，瑞利波的传播则在夯点附近引发土的隆起。在此过程中，土颗粒重新排列而趋于更加稳定、密实的状态。四、强夯法2.有效加固深度强夯法的有效加固深度H（m）主要取决于单击夯击能量Wh，也与地基的性质及其在夯实过程中的变化有关。可用经验公式估算，即：H=α

系数α值最好通过现场试夯或根据当地经验确定参数确定

强夯法施工前，应先在现场进行原位试验(旁压试验、十字板试验、触探试验等)，取原状土样测定含水量、塑限液限、粒度成分等，然后在试验室进行动力固结试验或现场进行试验性施工，以取得有关数据。

五、砂桩法提高地基承载力，减少沉降量和增强抗液化能力。对于厚度大的饱和软粘土地基，由于土的渗透性小，此法加固不易将土挤密实，还会破坏土的结构强度，主要起到置换作用，加固效果不大。一）作用原理砂桩挤密法是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔（孔径一般为300～600mm），然后向孔中填入含泥量小于5%的中、粗砂，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。（一）作用原理用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm～600mm)然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入25%~35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振密实作用；对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。（三）砂桩施工要点砂桩的施工宜用透水性好的中、粗砂或砂与砾石的混合料，含泥量不超过5%。成孔机具宜采用振动打桩机或柴油打桩机等机具。根据成桩方法确定砂的最佳含水量，所填入孔内的砂料应分层填筑，分层夯实，并保证桩体在施工中的连续密实性。实际灌砂量未达到设计用量时，应在原处复打，或在旁边补桩。为增加挤密效果，砂桩可以从外圈向内圈施打。六、振冲法振冲法又称振动水冲法。其主要的施工机具是振冲器、卷扬机和水泵。振冲器筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管等三部分组成振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力（40～90KN）作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振冲法按加固机理和效果不同，又分振冲置换法和振冲密实法两类1.对砂类土地基——振冲挤密

一方面是靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减;另一方面是靠振冲器的水平振动力,在加回填料情况下通过填料使砂层挤压密实.

2.对粘性土地基——振冲置换利用振冲器在高压水流下边冲边振，在软弱粘土中成孔，然后在孔内分批填入碎石、砂等竖硬材料制成桩体，和原来的粘性土构成复合地基。§15.4排水固结法又称预压法，是通过预压使软粘土地基中的孔隙水排出，在预压荷载作用下土体固结，土中孔隙体积减少，土体强度提高，减少地基工后沉降。组成通常由排水系统和加压系统两部分组成。分类对一维固结情况，固结所需时间与最大排水距离关系：土体固结系数与渗透系数成线性关系，固结速率与土体的渗透系数成反比关系；土体固结速率与最大排水距离有关，并且是二次方关系；在地基层中设置竖向排水系统，可有效缩短最大排水距离，大大缩短地基土固结所需时间。原理一、砂井堆载预压法基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承载力之目的。主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积地基则不适用。（二）预压加载对于路堤、土坝等填土工程，可采用分期填筑的方式以其自重作为预压荷载；对于房屋、码头等的地基，一般用土石堆载预压在缺少加载材料、预压后弃土场地难以解决或运输能力不足的情况下，利用结构本身（如建成后的空油罐）的蓄水能力充水预压，更显示其优越性。预压荷载应不小于建筑物基础底面的设计压力，一般情况下可取二者相等；对于要求严格限制地基沉降的建筑物，应采用超载预压的方法，其超载的大小应据预定时间内要求消除的地基变形量通过计算确定。袋装砂井和塑料排水板预压法用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。袋装砂井塑料排水板天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设计荷载相等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除，在经预压的地基上修建建筑物。堆载预压计划设计应根据堆载预压工期、地基处理要求，拟定一堆载预压计划，并进行相应的验算。二、其他预压法简介（一）天然地基堆载预压法超载预压法

当预压荷载超过工作荷载时称为超载预压。超载预压目的是为了缩短堆载预压时间，或进一步减少工作荷载作用下地基沉降量。t2t3t4t1p1p2（二）真空预压法真空预压法是通过在砂垫层和竖向排水体中形成负压区，在土体内部与排水体间形成压差，迫使土中水排出，土体固结，其实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。真空预压法一般能取得相当于78KPa~92KPa的等效荷载堆载预压法的效果。在加固过程中，土体中有效应力不断增加，地基不存在整体稳定问题。在土体固结过程中，地基产生沉降，同时产生水平位移，但其方向是向加固区中心移动。（四）真空和堆载联合预压法理论研究和实践证明，真空预压和堆载预压的效果是可以叠加的。采用这种方法曾获得相当于130KPa等效荷载的预压效果。（三）降水位预压法

降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压目的。§5.5深层搅拌法深层搅拌法是利用水泥（石灰）等材料作为胶结剂，通过特制的深层搅拌机械，将加固深度内的软土和胶结剂（浆体或粉体）强制拌和，利用胶结剂和软土发生一系列物理、化学反应，使其凝结成具有较高强度，整体性和水稳定性都较好的水泥加固土，与周围天然土体共同形成复合地基。加固机理主要是水泥表面的矿物与软土中的水发生水解和水化反应，形成水泥石骨架，利用水泥的水解和水化反应，部分水化物与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，形成较大的土团粒，起到加固土体的作用。三、施工工艺通过深层搅拌机械，在地基深处就地，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土固化成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体，其与桩间土组成复合地基。（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)粉体喷射搅拌法是通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料）以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底，重复搅拌。(二)水泥浆搅拌法（深层搅桩法）水泥浆搅拌法是用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心管、输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配套设备。我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深度达30m，形成的桩柱体直径60～80cm。一般用425号水泥，水泥用量为加固土干重的2%～15％，其三个月龄期试块变形模量可达75MPa以上，抗压强度1.5～3.0MPa以上（加固软土含水量40～100％）。加固软土地基可提高承载力2～3倍以上，沉降减少，稳定性明显提高，且施工方便。§5.6其他地基加固法简介一、高压喷射注浆法利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以20MPa左右的高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射出冲击土层，土层在高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下；与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种。旋转喷射时喷嘴边喷边旋转和提升，固结体呈圆柱状，称为旋喷法，主要用于加固地基；定向喷射喷嘴边喷边提升，喷射定向的固结体呈壁状；摆动喷射固结体呈扇状墙，此两方式常用于基坑防渗和边坡稳定等工程。按注浆的基本工艺可分为单管法（浆液管）、二重管法（浆液管和气管）、三重管法（浆液管、气管和水管）和多重管法（水管、气管、浆液管和抽泥浆管等）。二、灌浆法灌浆法，亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将加固浆液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。压力灌浆压力灌浆是常用的方法，是在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。电动化学灌浆是在施工中以注浆管为阳极，滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。灌浆胶结法所用浆液材料有粒状浆液（纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液（环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类和聚氨脂等）两大类。三、土工合成材料加筋法土工合成材料的功能包括隔离、加筋、反滤、排水、防渗和防护六大类。土工合成材料一般具有多功能，在实际应用中，往往是一种功能起主导作用，而其它功能则不同程度地发挥作用。功能类型土工合成材料的功能分类隔离加筋反滤排水防渗防护土工织物（GT）PPPPPS土工格栅（GG）P土工网（GN）PP土工膜（GM）SPS土工垫块（GCL）SP复合土工材料GC）P或SP或SP或SP或SP或SP或S1.土工合成材料的排水反滤作用2.土工合成材料的加筋作用当土工合成材料用作土体加筋时，其基本作用是给土体提供抗拉强度。(1)用于加固土坡和堤坝①可使边坡