建筑现场之基础工程地基处理措施

第5章

地基处理

5.1概述

一、地基处理的目的（1）改善地基的剪切性能、提高地基承载力及其稳定性。（2）改善地基的变形性质、减少其沉降及不均匀沉降变形量。（3）改善地基的渗透性、加强其渗透稳定性。（4）改善地基的动力特性、提高其抗震性能。（5）改善地基的不良特性、满足其工程的需要。二、处理对象淤泥和淤泥质土、软粘土、人工填土、细粉砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等1、淤泥土与淤泥质土淤泥土与淤泥质土简称软土淤泥:孔隙比e>1.5,w>wl

(Il>1.0)淤泥质土:孔隙比e=1.0~1.5,w>wl(Il>1.0)土性*高含水量=40~90%甚至>100%*高压缩性a>0.5~3.0MPa-1*高流变性:次固结量随时间增加*低强度Cu<30kPa*低渗透性10-6~10-8cm/s，固结过程长杂填土：建筑垃圾，卫生填埋，不均匀，不稳定

冲填土：细、欠固结

泥炭,泥炭质土：

泥炭e>1.5,w>wl(Il>1.0)，有机含量30%

泥炭质土e=1.0~1.5,w>wl(Il>1.0)，有机含量10-30%

*强度低、压缩性很大

2、粉细砂、粉土和粉质土：易震陷、液化

3、砂土、砂砾石等：透水性大、抗渗、防止管涌和流土

4、其他类土

湿陷性黄土：消除湿陷

膨胀土：胀缩性

红粘土：特殊结构性

岩溶：塌陷

地基处理方法的分类可有多种多样。如：按时间可分为临时处理和永久处理；

按处理深度可分为浅层处理和深层处理；

按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；

按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋等处理方法。其中最本质的是根据地基处理作用机理进行分类，其具体分类以及加固原理、适用范围见表5-1。

三、地基处理方法分类及应用范围三、地基处理方法分类及应用范围1）换土垫层法2）振密、挤密法（1）表层压实法；（2）重锤夯实法；（3）强夯法；（4）振冲挤密法；（5）土桩与灰土桩法；（6）砂桩；（7）爆破法3）排水固结法（1）堆载预压法；（2）砂井法；（3）真空预压法；（4）降低地下水位法；（5）电渗排水法4）置换法（1）振冲置换法（碎石桩法）；（2）石灰桩法；（3）强夯置换法；（4）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法）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6）胶结法（1）灌浆法；（2）高压喷射注浆法；（3）水泥土搅拌法7）其他处理法（1）冻结法；（2）托换法（3）纠倾技术四、地基处理方法选用原则技术先进、经济合理、安全适用、确保质量地基条件处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）工程费用材料、机具来源选择地基处理方法步骤（1）根据上部结构及建筑场地条件和环境，初步选定几种可供考虑的处理方案；（2）对初步选定的各种地基处理方案进行综合分析，进行技术经济分析和对比，确定最佳的地基处理方案；（3）对已确定的地基处理方案，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工及必要的测试，以期达到最佳处理效果。5.2垫层法5.2.1概述1）垫层法定定义当软弱土土地基的的承载力力和变形形满足不不了设计计要求，，而软弱土层层的厚度度又不是是很大时时，将基基础底面面下处理理范围内内的软弱弱土层部部分或全全部挖除除，然后后分层换换填强度度较大的的砂（碎碎石、素素土、灰灰土、炉炉渣、粉粉煤灰））或其他他性能稳稳定、无无侵蚀性性的材料料，并压压实至要要求的密密实度为为止，这种地地基处理理方法称称为垫层法。深厚软土深厚软土软土地基沉降太大、强强度不足垫层法地基处处理过程示意2）垫层的类型型按常用的垫层层材料，可分分为砂垫层碎石垫层素土垫层灰土垫层3）换土垫层的的作用（1）提高持力层层的承载力；；（2）减少沉降量量；（3）加速软弱土土层的排水固固结；（4）防止冻胀；；（5）消除膨胀土土的胀缩作用用。1）垫层层厚度的确定定垫层的厚度z应根据需置换换软弱土的深深度或下卧土土层的承载力力确定，并符符合下式要求求：式中－－－相应应于荷载效应应标准组合时时，垫层底面面处的附加压压力值（kPa）；－－垫层底面处土土的自重压力力值（kPa）；faz－－垫层底面处经经深度修正后后的地基承载载力特征值（（kPa）。垫层厚度不宜宜小于0.5m，也不宜大于于3m。5.2.2垫层设计（以以砂垫层为例例）b回填土b’=b+2ztandzCZ用试算法确定定垫层的厚度度z（1）初定z为1~2m；（2）计算；、、（3）按式验验算；若不不满足要求，，则重新取值，，直到满足要要求为止。垫层底面处的的附加压力值值可分别按下下两式计算：：式中b－－矩形基础础或条形基础础底面的宽度度（m）；l－－矩形基础底面面的长度（m）；pk－－相应于荷荷载效应标准准组合时，基基础底面处的的平均压力值值（kPa）；－－基础底面面处土的自重重压力值（kPa）；z－－基础底面面下垫层的厚厚度（m）；θ－－垫层的压压力扩散角，，宜通过试验验确定，当无无试验资料时时，可按下表表采用。条形基础矩形基础注意意垫层厚度的确确定仅考虑了了应力扩散的的作用，忽略略了垫层约束束作用和排水水固结对地基基承载力提高高的影响，所所以实际的承承载力比考虑虑深度修正后后的天然地基基承载力大。。对重要工程程，建议通过过现场载荷试试验来确定。。2）垫层层宽度的确定定要求：满足基础底面面应力扩散的的要求防止垫层向两两侧挤压。常用经验的扩扩散角法按下下式确定：垫层底宽垫层顶宽－－－开挖坡度确确定（便于压实机机械施工、防侧向挤压(淤泥)）垫层顶面每边边超出基础底底边不宜小于于300mm。3）地基变形形计算采用换填法对对地基进行处处理后，由于于垫层下软弱弱土层的变形形，建筑物地地基往往仍将将产生一定的的沉降量及差差异沉降量。。因此，在垫垫层的厚度和和宽度确定后后，对于重要要的建筑物或或垫层下存在在软弱下卧层层的建筑物，，还应进行地地基的变形计计算。换土垫层后的的建筑物地基基沉降由垫层层自身的变形形量和下卧土土层的变形量量两部分所构构成，即式中—基础沉降量(cm)；—垫层自身变形形量(cm)；—压缩层厚度范范围内，自垫垫层底面算起起的各土层压压缩变形量之之和(cm)。4）垫层材材料的选用（1）砂石。宜选用碎石、、卵石、角砾砾、圆砾、砾砾砂、粗砂、、中砂或石屑屑（粒径小于2mm的部分不应超超过总重的45％），应级配配良好，不含含植物残体、、垃圾等杂质质。当使用粉粉细砂时，应应掺入不少于于总重30％的碎石或卵卵石。砂石的的最大粒径不不宜大于50mm。（2）粉质粘土。。土料中有机机质含量不得得超过5％，当含有碎碎石时，粒径径不宜大于50mm。（3）其他材料如如灰土、粉粉煤灰、矿矿渣等。在有有可靠试验结结果或成功工工程经验时，，对质地坚硬硬、性能稳定定、无腐蚀性性和放射性危危害的工业废废渣等均可用用于填筑换填填垫层。也可可由土工合成成材料与地基基土构成加筋筋垫层。注意：砂垫层不宜用用于处理湿陷陷性黄土地基基5）垫层施施工要点（1）关键是如何将将砂土加密到到设计要求的的密实度。加密方法可采采用机械碾压压法、重锤夯夯实法和平板板振动法。应应根据不同的的换填材料选选择施工机械械。（2）分层铺填厚厚度、每层压压实遍数等宜宜通过试验确确定。一般情情况下，垫层层的分层铺填填厚度可取200～300mm。（3）基坑开挖挖时应避免坑底土层层受扰动。（4）作好基坑的的排水工作，必要时时应采取降低低地下水位的的措施。采用用振实时，应应保证水源补补给与排水水畅通，水面面宜保持与砂砂面齐平。可用作垫层的的材料很多，，除砂和碎石石外，还有素素土、灰土垫垫层，以及粉粉煤灰垫层等等。国外还在在垫层中铺设设塑料网片（（加筋）来提提高垫层的强强度。5.3排水固结法1、排水固结法加加固原理对天然地基，，或先在地基基中设置砂井井等竖向排水水体，然后利利用建筑物本本身重量分级级逐渐加载，，或是在建筑筑物建造以前前，在场地先先行加载预压压，使土体中中的孔隙水排排出，逐渐固固结，地基发发生沉降，同同时强度逐步步提高的方法法。排水固结压缩缩与强度变化化图te2epze1s预压原理：原原位自重应力力s，建筑物附加加应力z,预加压力t=(1.2~1.5)z变形强度超固结土正常固结排水固结法可可解决以下两两个问题（1）沉降问题。使地基的沉沉降在加载预预压期间大部部分或基本完完成，使建筑筑物在使用期期间不致产生生不利的沉降降和沉降差。。（2）稳定问题。加速地基土土的抗剪强度度的增长，从从而提高地基基的承载力和和稳定性。排水固结法适适用于处理淤淤泥质土、淤淤泥和冲填土土等饱和粘性性土地基。2、排水固结法法排水和加压压体系排水固结法是是由排水系统和加压系统两部分共同组组合而成。1）排水系统水平排水垫层层和竖向排水体构成。竖向排排水体可选用用普通砂井、、袋装砂井或或塑料排水板板。2）加压系统统即是起固结结作用的荷载载，它使地基基土的固结压压力增加而产产生固结。工程上广泛使使用且行之有有效的增加固固结压力的方方法是堆载法，此外，还有有真空法、降低地下水位位法、电渗法和联合法。竖向排水体的的原理（a）竖向排水（（b）砂井地基排排水粘性土固结所所需时间与排排水距离的平平方成正比3、排水固结法法的设计排水固结法的的设计：主要要是根据上部部结构荷载的的大小、地基基土的性质以以及工期要求求、确定竖向排水体的的直径、间距距、深度和排排列方式；确定预压荷载的大大小和预压时时间，使通过预压压，地基能满满足建筑物对对变形和稳定定性的要求。。砂井布置图(a)剖面图(b)正方形布置(c)梅花形布置(d)砂井排水预压方法（1）堆载预压（2）降水预压增增加有效效应力（3）真空预压密密封层基坑降水预固固结设计坑底坑底降水深度度D坑底降水线板桩’z降水预压z真空预压密密封层’-u思考降水预预压和和真空空预压压不会会引起起土体体破坏坏，堆堆载预预压则则可能能由于于速度度太快快而造造成地地基破破坏，，为什什么？？用填土土等外外加荷荷载对对地基基进行行预压压，是是通过过增加加总应应力并并使孔孔隙水水压力力消散散来增增加有有效应应力的的方法法，降降低地地下水水位和和电渗渗排水水法是是在总总应力力不变变的情情况下下，通通过减减小孔孔隙水水压力力来增增加有有效应应力的的方法法。真真空预预压是是通过过覆盖盖于地地面的的密封封膜下下抽真真空，，使膜膜内外外形成成气压压差，，该压压力差差首先先作于于于孔孔隙水水和气气上，，使水水气排排出而而有效效应力力增加加，从从面粘粘土层层产生生固结结压力力。降降低地地下水水位、、真空空预压压和电电渗法法由于于通过过减小小水气气压力力的作作用增增大有有效应应力，，水气气压力力各方方向相相等，，因此此大小小主应应力增增量一一致，，莫尔尔圆的的直径径不增增加而而应力力圆整整体右右移，，更远远离强强度线线，地地基不不会产产生剪剪切破破坏，，所以以它适适用于于很软软弱的的粘土土地基基。堆载法法如果果加荷荷快，，总应应力增增加，，大小小主应应力增增量不不一致致（侧侧压系系数小小于1，小主主应力力增量量小于于大主主应力力增量量），，应力力圆扩扩大，，不固固结不不排水水剪强强度为为水平平直线线，不不能承承受更更大的的应力力圆作作用。。因此此而破破坏。。5.6强夯法法1.强夯法法概念念强夯法法是法法国人人L.梅纳（（Menard，1969）首创创的一一种地地基加加固方方法，，即用用10～40吨重锤锤从8～20m的高处处落下下，反反复多多次夯夯击地地面，，对地地基进进行强强力夯夯实。。2.强夯法法适用用条件件强夯法法适用用于处处理碎碎石土土、砂砂土、、低饱饱和度度的粉粉土与与粘性性土、、湿陷陷性黄黄土、、素填填土和和杂填填土等等地基基。3.加固效效果：：经强夯夯后地地基的的承载载力可可提高高2～5倍，压压缩性性可降降低200％～500％，影影响深深度10m以上。。4.强夯机机理:强大的的夯击击能在在地基基中产产生强强烈的的应力力波和和动应应力对对土体体作用用的结结果。。波土中能（1）使土孔隙压密密，土体局部液化（2）夯点周围产生生大量裂缝，良好排水通道（3）各种颗粒成分分在结构上重新排列转化传入5.设计（1）有效加固深度度Menard曾提出用下列公公式估算有效加加固深度式中X－－有效加固深深度（m）；M－－夯锤质量（（t）；h－－落距（m）；m－－修正系数，，根据不同土类类选用。影响有效加固深深度的因素除夯锤重和落距距外，还有单击击夯击能、夯击击次数、锤底单单位压力、地基基土的性质、不不同土层的厚度度、埋藏顺序和和地下水位等。。对于同一类土土，采用不同能能量夯击时，其其修正系数并不不相同，采用确确定的修正系数数，并不能得到到满意的结果。。因此《建筑地基处理技技术规范》不采用修正后的的梅纳公式，而而是采用了表格格形式，建议了了有效加固深度度的取值范围。。（2）处理范围强夯处理范围应应大于建（构））筑物基础范围围，每边超出基基础外缘的宽度度宜为基底下设设计处理深度的的1/2至2/3，并不宜小于3m。（3）承载力确定定强夯地基承载力力特征值应通过过现场载荷试验验确定，初步设设计时也可根据据夯后原位测试试和土工试验指指标按现行国家家标准《建筑地基基础设设计规范》GB50007有关规定确定。。复合地基理论一、复合地基的的概念复合地基是由基体（天然地基土体体）和增强体（桩体或带形体体）两部分组成成，共同承受上上部结构荷载并并协调变形的人人工地基。二、复合地基有两个基本特点点：（1）复合地基是由两种刚度（或或模量）不同的的材料（增强体体和基体）两部部分组成，是非均质和各向向异性的；（2）复合地基在荷载载作用下，基体和增强体共共同承担荷载并并协调变形。区别于桩基础。。区别于均质地基基三、复合地基的的分类按成桩材料分类类1）散体材料桩：：如砂桩、碎石石桩、矿渣桩等等；2）水泥土类桩：：水泥搅拌桩、、高压旋喷桩等等；3）混凝土类桩：：CFG桩、树根桩、锚锚杆静压桩等。。按成桩后桩体的刚度（（或强度）分类类1）柔性桩：散体体材料类桩；2）半刚性桩：水水泥土类桩；3）刚性桩：混凝凝土类桩。3.按增强体的方向分类1）竖向增强体复复合地基：由不同材料形成成不同强度桩体体的复合地基。。2）横向增强体复复合地基：由土工合成材料料、金属材料格格栅等形成的复复合地基。四、复合地基作作用机理（1）桩体作用。（2）排水固结作用。。（3）挤密作用。（4）加筋作用。复合地基的基本本概念1.面积置换率m正方形布桩等边三角形布桩桩一根桩体的横截截面积一根桩体的加固固面积2.桩土应力比n基础刚性时，桩桩与桩间土沉降降一致，但模量量不一致，因此此荷载向桩体集集中，桩体所受受压力pp大于基底平均压压力p，桩间土的压力力ps小于p。柔性桩（散体材材料桩），n=2~4如：振冲碎石桩桩半刚性桩，n=3~12如：水泥土桩，，旋喷桩5.4深层水泥搅拌法法水泥搅拌桩法是以水泥作为固固化剂，通过特特制的深层搅拌拌机械，将固化化剂（浆液或粉粉体）和地基土土强制搅拌，由由固化剂与软土土间所产生的一一系列物理和化化学反应，使软软土硬结成具有有整体性、水稳稳定性和一定强强度的桩体的地地基处理方法。。(CDM法)深层搅拌的工艺艺流程图水泥搅拌机三轴水泥搅拌机机加固的机理(1)水泥的水解和水水化反应。(2)离子交换和团粒粒化作用。(3)硬凝反应。水泥土桩的计算算复合地基承载力力特征值P2165.5高压喷射注浆法法P219高压喷射注浆浆法，它是利利用钻机把带带有喷嘴的注注浆管钻进至至土层的预定定位置后,高压脉冲泵（（工作压力在在20MPa以上），将水水和水泥浆液液通过钻杆下下端的喷射装装置形成高压射流喷射出来,冲击破坏土体体,同时钻杆以一一定速度渐渐渐向上提升,使浆液与土粒强强制搅拌混合合,浆液凝固后在在土中形成水泥土加固体体的地基处理方方法。5.5.1基本原理与喷喷射浆的类型型喷射注浆施工工顺序a-开始钻进b-钻进结束c-高压悬喷开始始d-喷嘴边旋转边边提升e-悬喷结束高压旋喷注浆浆三种型式单喷管旋喷注浆(浆液)二重喷管旋喷注浆(浆液+气体)三重喷管旋喷喷注浆(水+气体+浆液)高压喷射注浆三种型式1.旋转喷射注浆浆；旋喷法2.定向喷射注浆浆；定喷法3.摇摆喷射注浆浆；摆喷法(1)复合地基承载载力：计算公公式同水泥土土桩.5.5.2喷射注浆的应应用设计1.应用形成桩体加固地基形成防渗帷幕提高地基抗渗渗性。2.设计（2）复合地基的的沉降：确定定复合压缩模模量。5.7振冲法振冲法是指采用振动、、冲击或水冲冲等方式在地地基中成孔后后，再将碎石石、砂或砂石石挤压入已成成的孔中，形形成砂石所构构成的密实桩桩体，并和原原桩周土组成成复合地基的的地基处理方方法。设备：振冲器d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20KN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振冲挤密和振振冲置换砂土地基---利用振冲器冲冲切下沉使砂砂土挤密，形成振冲挤挤密砂桩粘性土地基---