地基处理讲义

地基处理讲义第1页/共194页2

淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。

工程中常需要处理的土类主要为：淤泥及淤泥质土、粉质粘土、细粉砂土、砂砾石土、黄土、膨胀土、红粘土及岩溶等。地基处理:就是指对不能满足承载力和变形要求的地基进行人工处理，以便能满足工程要求，亦称之为地基加固。第2页/共194页3

软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。软土物理力学特性天然孔隙比大：e>1天然含水量高：接近或大于液限压缩系数高渗透系数小固结缓慢抗剪强度低灵敏度高扰动会影起结构破坏具有明显的流变性

流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。软土地基第3页/共194页4淤泥：e≥1.5淤泥质土：1.5>e≥1.0软土工程特性软土地基的地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长软土地基第4页/共194页5粉细砂、粉土和粉质土：

在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下易产生液化、震陷。砂土、砂砾石等：

透水性大，抗渗和防渗，防止渗透破坏.地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。都是地下水的运动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地基土降低透水性和减少其上水压力。第5页/共194页6地基处理的目的:主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度，改善其动力特性，提高地基的抗震(振)性能等,使其满足工程要求。工程要求包括：强度要求、变形要求、动力稳定性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。地基处理的目的第6页/共194页7强度要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。变形要求:

满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。动力稳定性要求:满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、失稳和震陷等灾害。透水性要求:满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事故。特殊土地基安定性要求:满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。地基处理的目的第7页/共194页8

各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在显著差别，没有哪一种方法是万能的。因此，对于每一工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。地基处理的原则第8页/共194页9地基处理方法的分类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要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理.注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。第9页/共194页10地基处理方法的分类1.换土垫层法换土垫层法的基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。2.振密、挤密法

振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。（1）表层压实法（2）重锤夯实法利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。

第10页/共194页11（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，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。（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。（5）土桩与灰土桩法利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地基中成孔，通过挤压作用，使地基土变得密实，然后在孔中分层填入素土（或灰土）后夯实而成土桩（或灰土桩）。第11页/共194页12（6）砂桩

在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体产生挤密作用或同时产生振密作用。（7）爆破法利用爆破产生振动使土体产生液化和变形，从而获得较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降量。3.排水固结法

基本原理是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，并使沉降提前完成或提高沉降速率。（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）电渗排水法第12页/共194页134.置换法

原理是以砂、碎石等材料置换软土，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（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

通过在土层中埋设强度较高的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建（构）筑物或土坡稳定。（1）土工聚合物（2）加筋土（3）土层锚杆（4）土钉（5）树根桩法第13页/共194页146.胶结法(化学加固法）在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等固化物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。（1）注浆法（2）高压喷射注浆法（3）水泥土搅拌法第14页/共194页15

地基处理方法的选择第15页/共194页16第2节夯实法及碾压法

通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。第16页/共194页17一、土的压实原理

大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。第17页/共194页18

1.最优含水量

对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。wd0dmaxwop第18页/共194页19

试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。

2.压实功能

对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。第19页/共194页20二、机械碾压法常用机械：平碾、羊足碾、压路机等（注意适用条件）适用条件：大面积填土和杂填土施工质量控制：

a:土的含水量为wop;b:土的分层厚度300mm左右；三、振动压实法常用机械：振动压实机

适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等。压实效果：影响深度1.2~1.5m，承载力可达100~120kPa。注意：不宜地下水位高，对周围影响3m范围。

四、重锤夯实法常用机械：由起重机将重锤提至一定高度后自由落下，重复夯击使土密实。施工要求：锤重15~30kN，落距2.5~4.5m，

夯打8~12遍，影响深度1.2m左右。第20页/共194页21第3节换土垫层法

当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。这种处理地基表层的方法称为垫层法。第21页/共194页22

按其组成的材料可分为:砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。按其作用分为：换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。1.换土垫层：是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、等强度较大、性能稳定和无侵蚀性材料。

换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。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、湿陷性黄土、松散素填土、杂填土、浜填土、以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。处理深度常控制在3米范围以内,所承受建筑物的荷载不宜太大。也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著。第22页/共194页23砂垫层第23页/共194页24其作用为：①提高浅层地基承载力；②减小地基沉降量；③通过垫层，扩散基底压力，均化应力分布；④垫层（砂、石）可作为基底下水平排水层，加速软弱土层的排水固结；⑤消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性、防止土的冻胀作用。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。2.排水垫层：指软土地基上堤坝基底铺设的水平排水层，采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑。其作用主要是排水固结和约束地基的侧向变形。3.加筋土垫层：指由砂、石和素土垫层中增设各种类型加筋材料组成的复合垫层。改善应力场和应变场，均化应变。

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换土垫层的设计

换土垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面，要求有足够厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，有足够宽度防止垫层向两侧挤出，又要求设计荷载通过垫层扩散至下卧软土层的附加应力，满足软土层承载力与稳定性和沉降的要求。垫层厚度目前常用的计算方法是近似按应力扩散角进行计算。即认为砂垫层以“θ”角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即：第25页/共194页26(1).砂垫层厚度的确定

第26页/共194页27σzσz对矩形基础:垫层底面处的附加压力条形基础:

垫层厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。计算时，先假设一个垫层厚度（1-2m)，再按上式验算。第27页/共194页28(2)．垫层宽度的确定

垫层宽度应满足基础底面压力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经验确定。

对于比较重要的建筑物，还应计算地基的变形量。地基变形仅考虑下卧土层的变形量。

垫层材料应分层夯实并达到一定的密实度，以保证其自身的承载力满足设计要求。第28页/共194页29第3节排水固结法排水固结预压法:即指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的水分排出，逐步固结，以达到提高地基承载力和稳定性、减小沉降量目的的一种地基处理方法。第29页/共194页30

排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。设置排水系统的目的，主要在于改变地基原有的排水边界条件，缩短孔隙水排出的路径，加快排水固结时间。排水系统由竖向排水体和水平向排水体构成，竖向排水体如砂井，水平排水体为砂垫层。

加压系统主要作用是给地基土增加固结压力，使其产生固结。加压的方式通常可利用建筑物（如房屋）或构筑物（如路堤、堤坝等）自重、专门堆载、充水（如油罐充水）及抽真空施加负压力荷载等。第30页/共194页31目的：—沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差；—稳定问题：加速地基土的强度的增长，提高地基的承载力和稳定性。第31页/共194页325.3.1排水固结预压法加固原理室内压缩试验说明排水固结法原理

饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。

进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。第32页/共194页33

当土样在天然状态下施加荷载压力⊿σ至完全固结时，曲线从天然状态a点开始，在⊿σ作用下，土中水排出，土体固结压密，沿曲线abc到达c点，孔隙比减少⊿e,相应抗剪强度逐渐增大。在完全固结c点，卸去全部荷载⊿σ后，曲线立即回弹，沿cef曲线返回f点，有效固结压力恢复至天然状态，由于土样孔隙中水部分被固结排走，孔隙比只能回弹到ef,同样抗剪强度也只能恢复部分，不能恢复到天然状态，常把这种称为超固结状态。在超固结状态下的土样又再施加荷载压力至完全固结时，曲线从f点沿fgc’再固结压缩至c’点。第33页/共194页34

显然在相同的固结压力下，当给土样预先施加一个荷载后，再给土样施加荷载，则土样的密实度和抗剪强度提高(图中的f点、e点分别要比a点和b点高)，变形减小（⊿e′<⊿e）。利用这个原理，如果在建筑场地上预先施加一个与上部结构荷载相同甚至大于它的荷载进行预压，使土层得以排水固结，然后卸除荷载再在其上修建建筑物或构筑物，则由建筑物引起的沉降可大大减小。第34页/共194页35（1）提高建筑物软土地基的承载力与稳定性，常用于堤坝、油罐等的修筑。（2）消除或减少基础（底）的沉降，常用于减少建筑物基础的沉降或消除高速公路路堤的工后沉降等。主要应用于：第35页/共194页36

土层的排水固结效果和它的排水边界条件及预压荷载有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而使土层发生固结，称为竖向排水固结。根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比。因此，为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。可在地基中设置各类竖向排水体，如普通砂井、袋装砂井、塑料排水带和水平排水垫层等。第36页/共194页37竖向排水情况砂井地基排水情况

按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机械，垂直打入一定深度的井孔，内灌透水性好的砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，缩短渗径，加速地基固结、强度增长和沉降发展。第37页/共194页38

排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。(一)天然地基堆载预压法(二)砂井堆载预压法(三)真空预压法第38页/共194页395.3.2天然地基堆载预压法

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。此方法费用较少，但工期较长。如软土层不太厚，或软土中夹有多层细、粉砂夹层渗透性能较好，不需很长时间就可获得较好预压效果时可考虑采用，否则排水固结时间很长，应用就受到限制。第39页/共194页405.3.3砂井堆载预压法

软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。砂井堆载预压第40页/共194页41（一）砂井地基的设计1．砂井的直径和间距：砂井的直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期的要求。从原则上讲，为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即以“细而密”为佳，不过，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径为300~500mm。

砂井的间距可根据地基土的固结特征和预定时间内所要求达到的固结度确定，间距可按为直径的6~8倍选用。第41页/共194页422．砂井深度：砂井深度主要根据土层的分布、地基中的附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。当软土不厚（一般为10~20m）时，尽量要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超过20m）,不必打穿粘土，可根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。3．砂井排列：

砂井的平面布置可采取正方形或等边三角形，在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。为了简化计算，将每个砂井平面上的排水影响面积以等面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距l的关系按下式考虑：等边三角形布置正方形布置第42页/共194页434．砂井的布置范围：由于在基础以外一定的范围内仍然存在压应力和剪应力，所以砂井的布置范围应比基础范围大为好，一般由基础的轮廓线向外增加2~4m。

5．砂料：砂料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量不应超过3%，渗透系数应大于10-3cm/s。

6．砂垫层：为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，垫层砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般为0.5m~1m。第43页/共194页44(二)袋装砂井预压法目前国内应用的袋装砂井直径一般为70~120mm，间距为1.0m~2.0m(井径比n约取15~20)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成，应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀、对人体无害等特点。装砂后砂袋的渗透系数不应小于砂的渗透系数。灌入砂袋的砂应为中、粗砂并振捣密实。砂袋留出孔口长度应保证伸入砂垫层至少300mm，并不得卧倒。袋装砂井的施工已有相应的定型埋设机械，与普通砂井相比，优点是：施工工艺和机具简单、用砂量少；它间距较小，排水固结效率高，井径小，成孔时对软土扰动也小，有利于地基土的稳定，有利于保持其连续性。井径比——砂井排水影响面积的等效圆直径与砂井直径之比。

第44页/共194页45袋装砂井第45页/共194页46(三)塑料排水板预压法塑料排水板预压法是将塑料排水板用插板机插入加固的软土中，然后在地面加载预压，使土中水沿塑料板的通道逸出，经砂垫层排除，从而使地基加速固结。塑料板排水与砂井比较具有如下优点：

1，塑料板由工厂生产，材料质地均匀可靠，排水效果稳定；

2．塑料板重量轻，便于施工操作；

3．施工机械轻便，能在超软弱地基上施工；施工速度快，工程费用便宜。第46页/共194页47多孔单一结构型塑料排水板复合结构塑料排水板第47页/共194页48塑料排水板第48页/共194页49塑料排水板施工第49页/共194页50施工后的塑料排水板第50页/共194页515.3.4堆载预压的计算步骤

因软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建(构)筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时才可加下一级荷载。具体计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降，其步骤如下：第51页/共194页521.利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载P1，对饱和软粘土可采用下列公式估算：K——安全系数，建议采用1.1～1.5；cu——天然地基的不排水抗剪强度(kPa)；γ——基底标高以上土的重度(kN/m3)；D——基础埋深(m)。第52页/共194页532.计算第一级荷载下地基强度增长值。在荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高以后的地基强度为Cu1：η——考虑剪切蠕变的强度折减系数；ΔCu'——P1作用下地基因固结而增长的强度。3.计算P1

作用下达到所确定固结度所需要的时间,目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。第53页/共194页544.根据第二步所得到的地基强度Cu1计算第二级所能施加的荷载P2,P2可近似地按下式估算：

同样，求出在P2作用下地基固结度达70％时的强度以及所需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计算出以后的各级荷载和停歇时间。5.按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。

第54页/共194页556.计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间。这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达到设计要求，所余的沉降量是建筑物所允许的。p1p2p3T1T2T3T4T5q1·q2·q3·第55页/共194页565.3.5超载预压对沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基。经超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加总应力时，则今后在建筑物荷载作用下地基土将不会再发生主固结变形，而且将减小次固结变形，并推迟次固结变形的发生。超载预压可缩短预压时间.第56页/共194页575.3.6真空预压法

真空预压法实质是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法。在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道(普通砂井、袋装砂井或塑料排水板)，再用不透气的封闭薄膜覆盖软土地基，使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空泵进行抽气，使其形成真空，当真空泵抽气时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐渐形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压力差，在此压力差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。第57页/共194页58降低水位预压法

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。其降低地下水位原理、方法和需要设备基本与井点法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的软弱土层承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固结，增加了土中的有效应力。这一方法最适用于渗透性较好的砂土或粉土或在软粘土层中存在砂土层的情况，使用前应摸清土层分布及地下水位情况等。第58页/共194页59工程实例

1工程概况浙江炼油厂位于浙江省镇海县境内，整个厂区座落在杭州湾南岸的海涂上，厂区大小油罐60余个，其中1万m3的油罐10个，罐体采用钢制焊接固定拱顶的结构型式。1万m3的油罐直径D＝31.28m，采用钢筋混凝土环形基础，环基高度取决于油罐沉降大小和使用要求，本设计环基高h＝2.30m，其中填砂。罐区地基土属第四纪滨海相沉积的软粘土，土质十分软弱，而油罐基底压力达p=191.4kN/m2。第59页/共194页602地基土层分布场地地基土层自上而下分为以下几层：第一层为黄褐色粉质粘土硬壳层，为超固结土，厚度在1m左右；第二层为淤泥质粘土，厚度约3.20m；第三层为淤泥质粉质粘土，其中夹有薄层粉砂，平均厚度为4.0m；第四层为淤泥质粘土，其中含有粉砂夹层；下部粉砂夹层逐渐增多而过渡到粉砂层，此层平均厚度为9.30m；第五层为粉、细、中砂混合层，其中以细砂为主并混有粘土，平均厚度为8.0m；第五层以下为粘土、粉质粘土及淤泥质粘土层，距地面50.0m左右为厚砂层，基岩在80m以下。主要持力层土含水量高(超过液限)，压缩性高，抗剪强度低。油罐地基采用砂井并充水预压处理。第60页/共194页613砂井设计砂井直径40cm、间距2.5m，采用等边三角形布置，井径比n为6.6。考虑到地面下17m处有粉细中砂层，为便于排水，砂井长度定为18m，砂井的范围一般比构筑物基础稍大为好，本工程基础外设两排砂井以利于基础外地基土强度的提高，减小侧向变形。砂井布置如下图：第61页/共194页624砂井施工

本工程采用高压水冲法施工，即在普通钻机杆上接上喷水头，外面罩上一定直径的切土环刀，由高压水和切土环刀把泥浆泛出地面从排水沟排出，当孔内水含泥量较少时倒入砂而形成砂井。该法机具简单、成本低、对土的结构扰动小，缺点是砂井的含泥量较其他施工方法为大。施工时场地上泥浆多，在铺砂垫层前必须进行清理。

第62页/共194页635效果评价本工程经现场沉降观测和孔隙水压力观测。在充水预压过程中，除个别测点外，孔隙水压力和沉降速率实测结果均未超过控制标准，罐外地面无隆起现象，说明在充水过程中地基是稳定的。从固结效果来看，当充水高度达罐顶后30天(即充水开始后110天)孔隙水压力已经基本消散。放水前实测值已接近最终值，说明固结效果是显著的。因此，可认为该工程采用砂井充水预压，在技术上效果是好的。第63页/共194页64化学加固法化学加固法是采用化学浆液灌入或喷入土中，使土体固结（土粒胶结）的地基加固方法。包括灌浆法、深层水泥搅拌法、高压喷射注浆法。一、灌浆法灌浆法是利用液压、气压或电化法，通过灌浆管把化学浆液灌入土的孔隙中，以填充、渗透挤密等方式，替代土颗粒间孔隙，经一定时间硬化后将松散的土粒固结成整体。化学浆液：水泥浆+稳定剂+减水剂+早强剂加固目的：防渗、加固地基、地基托换。第64页/共194页65第4节深层水泥搅拌法

深层搅拌法（DeepMixingMethod──DMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。第65页/共194页66水泥土搅拌桩的应用

支护结构

重力式支护结构；止水帷幕；

地基加固

提高地基强度；控制沉降；防止液化适用于淤泥质土、粉质粘土和低强度的粘性土地基。第66页/共194页67支护结构

——

水泥土墙第67页/共194页68支护结构——水泥土墙第68页/共194页69灌浆锚杆

第69页/共194页70支护结构——水泥土墙第70页/共194页71支护结构——水泥土墙第71页/共194页72

水泥土搅拌桩的应用

地基加固

a)柱状布置；b)壁状布置；c)格栅状布置；d)块状布置

第72页/共194页73建筑物的地基加固，常采用桩型水泥土加固体，荷载不大时，可用单轴单桩体，较大时用双轴桩体，平面上按基础的形状均匀布置；如基础面积大，对地基均匀沉降要求高，应按格室形或墙体型布置水泥土加固体。第73页/共194页74地基加固第74页/共194页75

深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法（湿喷和干喷）。

水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有：

第75页/共194页76

水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。工程上常用的aw约为7~25%。1.水泥掺入比第76页/共194页77

2.龄期

水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T＞28d后强度仍有较大增长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。3.地基土的含水量

当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。第77页/共194页78

4.水泥标号

水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度约增大20％～30％。

5.添加剂在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。第78页/共194页79（一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法)

施工方法：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。

优、缺点：优点是以粉体作为主要加固料，不需向地基注入水分，因此加固后地基土初期强度高，可以根据不同土的特性、含水量、设计要求合理选择加固材料及配合比，对于含水量较大的软土，加固效果更为显著；施工时不需高压设备，安全可靠，对周围环境无污染、振动等不良影响。缺点是由于目前施工工艺的限制，加固深度不能过深，一般为8~15m。第79页/共194页80

粉体喷射搅拌施工作业顺序a）搅拌机对准桩位；b）下钻；c）钻进结束

d）提升喷射搅拌e）提升结束第80页/共194页81(二)水泥浆搅拌法（深搅桩法）

施工方法：用回转的搅拌叶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60cm~80cm(双搅头形成8字形桩柱体)。

与粉体喷射搅拌法相比有其独特的优点：1.加固深度加深；2.由于将固化剂和原地基软土就地搅拌，因而最大限度利用了原土；3.搅拌时不会侧向挤土，环境效应较小；第81页/共194页82(a)定位(b)喷浆搅拌下沉(c)搅拌上升(d)重复喷浆搅拌下沉(e)重复搅拌上升(完毕)(a)(b)(c)(d)(e)搅拌工艺打入深度较大，应自上而下，或自下而上分段搅拌。控制提升速度、喷浆速度第82页/共194页83二、复合地基理论复合地基：是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基（区别于均质地基）。复合地基上部结构的荷载由基体和增强体共同承担（区别于桩基础）。

根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基两类。第83页/共194页84竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基，桩体复合地基中，根据桩体是由散体材料组成，还是由粘结材料组成，以及粘结材料桩的刚度大小，可作如下分类：

1、复合地基分类竖向增强体复合地基散体材料桩复合地基粘结材料桩复合地基柔性桩复合地基半刚性桩复合地基复合地基水平向增强体复合地基----加筋体复合地基散体材料桩只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。散体材料桩复合地基包括碎石桩复合地基、砂桩复合地基等。柔性桩复合地基包括灰土桩复合地基、石灰桩复合地基等。半刚性桩复合地基包括CFG桩复合地基、低强度混凝土桩复合地基、水泥土搅拌桩、旋喷桩复合地基等。第84页/共194页852、复合地基常用概念1.复合地基面积置换率

若桩体的横截面积为Ap，该桩体所承担的加固面积为Ae，则复合地基面积置换率的定义为对只在基础下布桩的复合地基，桩的截面面积之和与基础总面积相等的复合土体面积之比，称为平均面积置换率。桩体在平面上的布置形式：等边三角形布置、正方形布置和矩形布置。第85页/共194页86a）正方形布置b）等边三角形布置c）长方形布置第86页/共194页87若桩体为圆形，直径为d，则对等边三角形布置、正方形布置和矩形布置的情形，复合地基面积置换率分别为：复合地基桩土荷载分担比

:即桩与土分担荷载的比例。Pp——桩承担的荷载；Ps——桩间土承担的荷载P——总荷载。第87页/共194页88★设计原理桩土共同承载承载——

桩的承载力+桩间土承载力（折减）沉降——

桩范围的压缩+桩端以下土的沉降第88页/共194页893、复合地基承载力计算

式中fspk

——复合地基承载力特征值（kPa）；

m——复合地基面积置换率；

fpk——桩体承载力特征值（kPa）；

fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa）；

Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；

Ap——桩的截面积（m2）；

β——桩间土承载力折减系数。（1）（2）

式（1）适用于散体材料桩和桩身强度较低的柔性桩复合地基，其中β常常可取1.0；式（2）适用于桩身强度较高的柔性桩和刚性桩复合地基，其中β通常小于1.0。第89页/共194页90★单桩竖向承载力特征值——水泥土90d龄期的无侧限抗压强度平均；——桩身强度折减系数,干法可取0.2~0.3

湿法可取0.25~0.33；——桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4－0.6,承载力高时取低值。_桩侧阻力特征值,对淤泥取4-7kpa,对淤泥质土6-12kpa,对软塑状粘性土10-15kpa,对可塑状粘土12-18kpa.桩端地基土未修正的承载力特征值.qsiqp第90页/共194页91确定桩长、水泥掺入比：当软土较厚，搅拌桩不穿透软土层时，由无侧限抗压强度（试验得）按（1）式计算单桩承载力特征值，再由（2）式反算所需桩长。当软土不厚，桩端可进入下部硬土层，或因施工限制加固深度，可直接定桩长，计算Ra,由Ra推求水泥掺入比。第91页/共194页92★下卧层地基强度验算

式中

——假想实体基础底面压力(kPa)；

A——基础底面积(m2)；

Au——假想实体基础侧表面积(m2)；

fe——假想实体基础侧表面平均摩阻力；

Ac

——假想实体基础底面积(m2)；

fc

——假想实体基础底面经修正后的地基承载力特征值。=[PkA+Gk-fS(A-AC)-feAu]/Ac≤fc第92页/共194页93桩桩土GkAcfcfelfsPkA第93页/共194页94★沉降计算

水泥土桩复合地基的沉降包括：水泥土桩群体的压缩变形桩端下未加固土层的压缩变形均可按分层总和法计算。第94页/共194页95例题1:某柱下独立基础基底尺寸为4˟8米,埋深2米,基础下天然地基为淤泥质土,承载力特征值fak=80kpa,不能满足设计要求,欲采用水泥土搅拌桩进行加固,水泥土搅拌桩直径500mm,桩体无侧限抗压强度为2MPa,要求加固后复合地基承载力特征值为160kpa,试确定水泥土搅拌桩的长度和数量.

求m,n=mA/Ap求桩长第95页/共194页96例题2:某房地产开发公司拟在15m厚软粘土（其承载力特征值为100kPa，重度γ=18kN/m3)上建造六层楼住宅楼，软土下为承载力特征值为200kPa的粘性土。采用筏板基础，尺寸为20m×50m，为计算简便，假设基础置于地表。拟采用复合地基方案，复合地基承载力取130kPa。若选用人工成孔石灰桩复合地基方案，桩长5m，桩径300mm，石灰桩桩身抗压强度比例界限值为400kPa，石灰桩线膨胀系数取1.1，桩间土承载力提高系数取1.15，压力扩散角取23°。①试验算石灰桩方案是否可行？②若可行，求石灰桩的面积置换率。③若采用等边三角形布桩，试求桩间距。④求石灰桩的理论布桩数。（对软粘土深度修正系数取1.5，宽度修正系数取0）。提示：（1）首先应进行软弱下卧层强度验算！（2）石灰桩面积置换率应采用膨胀后的截面积进行计算！

第96页/共194页97解：（1）已知：

即：

由上可得软弱下卧层强度满足要求。即石灰桩方案可行。

第97页/共194页98（2）设石灰桩的面积置换率为m:（4）设石灰桩的理论布桩数为n即理论布桩数为650根。

第98页/共194页99

工程实例一、工程概况南湖新村系江苏省南京市重点新建的住宅小区之一，占地面积0.64km2，拟建200余栋多层住宅，建筑面积达550000m2。场地为长江及秦淮河的漫滩地带，主要地层为高压缩性流塑状的淤泥质亚粘土，厚度超过30m，土质松软，承载力很低。为了提高软土地基的承载能力，充分利用有限的建筑场地，增加住宅楼层数，南京市城镇建设综合开发公司第五处和南京市建筑设计院除采用大开挖深换土、使用大板和折板基础外，还采用了碎石桩、石灰桩、现场灌注素混凝土桩、锥形桩以及深层搅拌法等地基处理措施。受冶金工业部建筑研究总院地基室、南京市城镇建设综合开发公司和南京市建筑设计院的委托，对南湖新村18栋六层和七层的住宅楼软土地基进行深层搅拌桩加固。第99页/共194页100二、设计为获得设计工作必需的搅拌桩参数，在施工现场附近进行了现场试验。这里主要介绍一下地基加固设计。（一）布桩方案南湖新村采用深层搅拌加固的住宅楼主要有七层点式和六层条式两种。七层点式住宅楼荷重较大，基底压力达150kPa，但其上部建筑相对刚度较大，因此建筑物沉降将比较均匀，根据这一个特点，深层搅拌加固采用柱状加固型式。对于六层条式住宅楼来说，虽其基底压力小于140kPa，但其上部建筑长高比较大，刚度相对较小，易产生不均匀沉降；尤其是六栋底层为商店的临街住宅楼，建在地势低洼、又是新近刚回填的鱼塘上，极易产生不均匀沉降，因此搅拌加固设计中采用了壁状加固型式，即桩与桩搭接成壁，纵横方向的水泥土壁又交叉成格栅状，使全部的搅拌桩连成一个整体，如同一个不封底的箱形基础，以减少不均匀沉降。此外对于一半基础座落在新填的鱼塘上，另一半座落在岸坡上的条式住宅楼，则通过不同的桩长设计来调整不均匀沉降。第100页/共194页101设计包括以下三方面：1.搅拌单桩的设计设计桩长考虑场地标高与基底标高之间的距离，单桩承载力按摩擦型桩计算。2搅拌桩置换率和桩数的计算3.群桩基础验算将加固后的桩群视为一个格子状的假想实体基础，然后分别进行承载力验算和沉降验算。第101页/共194页102三、施工施工参数以及施工工艺此处从略，本小节主要介绍一下变掺量搅拌。在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌桩的受力特性，采用了变掺量的施工工艺。所谓变掺量即桩端、桩中段和桩顶的水泥掺入比相应于桩身应力而变化，即用不同的注浆提升速度和注浆次数来满足各桩段水泥掺入比的要求。对于土质条件比较复杂的区段，为了保证搅拌质量，在搅拌施工前先用轻便触探仪对全场地进行触探，划分各土层分界线，确定相应的注浆量。在成桩过程中，凡是由于电压过低或其他原因造成停机或使成桩工艺中断的，当搅拌机重新启动后，为了防止断桩，均将深层搅拌机下沉0.5m再继续成桩。第102页/共194页103四、住宅楼竣工后的沉降观测对南湖新村18栋采用深层搅拌法加固软土地基的住宅楼，进行了定期沉降观测。使用一年半后的累计沉降表明，总沉降量较小，而且每栋住宅楼各观测点的沉降量也比较均匀，倾斜率很小，建筑物没有产生裂缝，使用正常。

第103页/共194页104第5节高压喷射注浆法

高压喷射注浆法（HighPressureJetGrouting）是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。第104页/共194页105第105页/共194页106

利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入(或置入)至土层预定的深度后，似20～40MPa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，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。它具有增大地基强度、提高地基承载力、止水防渗、减少支挡结构物土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。

高压喷射注浆法第106页/共194页107按产生固结体的大小，分四种喷管：1.单喷管，形成直径0.3-0.8m；2.二重喷管，输送空气和浆液两种介质，直径0.8-1.2m；3.三重喷射管，输送水、气、浆三种介质，直径1-2m;4.多重喷射管，直径2-4m;按注浆喷射形式的不同，加固体的形状不同。喷射形式主要有：

1.旋转喷射注浆；(圆柱状）

2.定向喷射注浆；（壁状体）

3.摆喷注浆。（扇形体）第107页/共194页108

高压喷射注浆法在工程上的应用主要有两方面：

1.加固地基，提高建筑物地基的承载力，改善地基的变形性质，既可应用于拟建建筑物的地基处理，又可应用于已建建筑物的事故处理。应用于淤泥质土、黄土、粘性土等。

2.地基或土体的防渗处理，形成防渗帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。应用砂土和砂砾石等。喷射注浆施工顺序：开始钻进——钻进结束——高压旋喷开始——喷嘴边旋转边提升——喷射结束第108页/共194页109盾构始发端土体加固施工现场第109页/共194页110采用双高压（浆压、水压）三重管（气、水、浆管）旋喷加固方法第110页/共194页111第6节强夯法强夯法：用几吨至几十吨的重锤从高处落下(十几米至几十米)，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。与重锤夯实不同，通过强大的夯击力在地基中产生动应力和振动波，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。强夯法也称为动力固结法。重锤夯实法即用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后使锤自由下落并重复夯击，使浅层土体变得密实，地基得以加固。

施工要求：锤重15~30kN，落距2.5~4.5m，

夯打8~12遍，影响深度1.2m左右。第111页/共194页112强夯法第112页/共194页113强夯法第113页/共194页114强夯法第114页/共194页115

强夯法由法国Menard技术公司首创，对Riviera滨海填土进行夯实。该场地地质条件为新近填筑的、厚约9m的碎石填土，其下是厚12m疏松的砂质粉土，场地上要求建造20幢8层的住宅。由于碎石填土完全是新近填筑的，需要对地基进行加固处理。重约100kN的夯锤，落距13m堆载预压与强夯的对比第115页/共194页116

重锤夯实法适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土及分层填土等。

强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和粘土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土)强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。第116页/共194页117★强夯的机理：（分三个阶段）1.加载阶段夯击的一瞬间，夯击使地基土产生强烈的振动和动应力，动的有效应力使土体产生塑性变形，破坏土的结构。砂土：颗粒重新排列而密实；粘性土：骨架被压缩，同时造成动力排水条件。2.卸载阶段夯击卸去的一瞬间，动应力消失，土中孔隙水压力很大，土体中出现负有效应力，引起砂土的液化和粘性土开裂，渗透性增大，孔隙水压力消散。3.动力固结阶段卸载后，土体中仍然有一定的孔隙水压力，在此压力下排水固结。第117页/共194页118土的类型的不同，强夯加固的机理亦有所不同。对于粗颗粒、非饱和的土体：通过强夯法，给土体施加动力荷载，夯击能使土的骨架变形，土体孔隙减小变得密实，非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被挤出的过程。由于提高了土的密实度，使土体抗剪强度提高，压缩性减小。因此强夯法加固处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土体，其机理实质是动力密实。强夯的机理第118页/共194页119对于饱和的细颗粒土：强夯法处理机理则为动力固结。当巨大的冲击能量施加于土体后产生很大的应力波，存在于土体中的微气泡体积压缩，从而使土体体积得到压缩，土体体积压缩后孔隙水压力增加，增加至上覆压力值时，土体产生液化（局部液化），之后土体结构遭到破坏，使土体产生很多裂隙，改善土体透水性能，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结，强度提高，压缩性减小。强夯的机理第119页/共194页120工程应用：1.加固建筑物松散软弱土地基；2.处理非均匀性土层地基；3.处理可液化地基。第120页/共194页121强夯置换的加固机理第121页/共194页122强夯置换的加固机理第122页/共194页123第123页/共194页124设计的基本程序查明场地的工程地质条件、工程规模大小及重要性；确定加固目的与加固要求，初步计算夯击能量、夯击遍数、夯点间距、加固深度等施工参数；根据确定的参数，制定施工计划和施工说明；施工前试夯，现场确定加固效果，确定是否修改。强夯法设计第124页/共194页125

强夯法的设计

(1)有效加固深度：强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：（2）强夯的单位夯击能：

指单位面积上所施加的总夯击能，它的大小应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。对于粗粒土可取1000~4000)KN·m／m2；对细粒土可取1500~5000kN·m／m2。夯锤底面积对砂类土一般为(3~4)m2，对粘性土不宜小于6m2。第125页/共194页126（3）夯击次数与遍数：

夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定。施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于6000kN·m时不大于200mm；②夯坑周围地基不应发生过大的隆起；③不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为5~15击。夯击遍数一般为2~3遍，最后再以低能量满夯一遍。第126页/共194页127（4）间歇时间：对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于3~4周，渗透性较好的地基可连续夯击。

（5）夯点布置及间距：夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出1/2~2/3的处理深度，且不宜小于3m。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取5~9m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适减小，可相互搭接,最后用低能量满夯一次.第127页/共194页128第128页/共194页129第129页/共194页130工程实例（1）河北藁城热电厂松砂地基强夯法处理工程地质情况如下：自上而下第1层为黄褐色粉质粘土和粉土，夹有粉砂透镜体，层厚一般为1.5～3.0m，最厚4.0m，最薄1.0m。第2层由灰褐色粉、细砂、中砂组成，夹有粉土透镜体，层厚一般为4.4～7.4m，最厚为8.4m，最薄4.3m。第3层为黄褐色－灰褐色粉质粘土、粉土、夹粉、细砂透镜体，层厚2～6m，最厚8.5m。第4层由灰褐色粉、细砂、中砂组成，层厚2～5m，最厚7.5m，最薄1.4m。地基承载力为110～130kPa，在洪水期6m以上产生液化。强夯法施工要素：夯锤直径2.1m，高1.2m，重105kN。落距10～12m。夯点采用三角形布置，夯点距离5m。夯击点夯击数由最后三夯沉降量控制在30～50mm确定。采用一遍连夯方法施工。第130页/共194页131加固效果检验采用标准贯入试验和静力触探试验。标准贯入锤击数，处理前为7～12击，处理后为15～25击，加固效果显著。静力触探试验ps值处理后比处理前增加23％～64％。加固深度达到6m，消除了砂土地基液化，地基承载力提高到170～190kPa。第131页/共194页132（2）广东番禺莲花山软粘土地基强夯置换法处理工程地质情况：自上而下共有4层土。第1层为耕土填土层。耕植土厚度为1m，呈灰黑色，饱和、软塑状；填土层为吹填细砂，厚度为1.5m～2.0m。第2层为灰黑色淤泥，饱和、软塑－流塑状，含有一定量细砂、贝壳，含水量高达60％～80％，厚度5～8m；第3层为砂土，上部3m为中砂，下部8m为中密状粗砂；第4层为坚实的亚粘土，直至红色砂岩。

第132页/共194页133强夯置换法施工要素：夯锤重130kN，夯锤直径2.1m，落距15.5m，夯点间距为2.5m，一厂房柱基下夯点布置如图所示。施工时按1～9号顺序进行夯实。第一遍控制落坑深度在1.5m～2.0m，此时一般为6击夯，然后再夯坑内充填石渣，石渣最大的粒径小于30cm。将夯坑填满后，在进行第二遍夯击，在第二遍6击夯击后，夯坑深度又出现1.5～2.0m，此时再充填石渣至与地面平，再进行第三遍夯击，这次进行3击夯击，此时夯坑深度接近1m，再用石渣充填与地面平后，停止夯击。如此将9个点夯填完成后由振动碾进行3遍碾压，即完成充填夯的加固施工。第133页/共194页134夯点布置及夯击顺序

强夯置换法处理效果：处理前天然地基承载力为40kPa，处理后复合地基承载力为220kPa。第134页/共194页135第5节振冲法

通过机械振动挤压或加水振动可使土密实，挤密法和振冲法就是利用这个原理发展起来的两种地基加固方法。第135页/共194页136一、挤密法挤密法：以振动、冲击或打入套管等的方式成孔，然后在孔中填人砂、石或其他材料，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。按填入的材料分别称为砂桩、碎石桩、砂石桩等。加固机理：靠桩管打入（沉入）地基，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒间彼此靠近，孔隙减少，使土密室，地基土的强度随之增强。挤密法主要使松散土地基密实，改善土的强度和变形特性。且桩体与土组成复合地基，共同承担荷载。适用范围：主要适用处理松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等。第136页/共194页137振冲法：利用振动和水力冲切原理加固地基的方法。分为振冲密实和振冲置换。振冲密实：利用振冲器冲切下沉并振动使砂土密实，适用于砂类土。振冲置换：利用振冲成孔把粘土冲出，置换砂砾石并振密形成碎石桩体，与原地基土共同作用，提高地基的承载力和改善变形性质。适用于粘性土。二、振冲法第137页/共194页138（一）振冲密实的加固机理第138页/共194页139（二）振冲置换的加固机理第139页/共194页140必备条件：地基土具有足够侧向土压力，抵抗振冲的侧向动压力。地基土必须具备一定的抗剪强度，才能使振冲置换形成碎石桩。《规范》规定振冲置换法适用处理不排水抗剪强度不小于20kpa的粘性土。否则，强度太低，不能承受桩体自身的侧限压力。第140页/共194页141振冲桩方法第141页/共194页142振冲桩方法第142页/共194页143振冲桩方法第143页/共194页144振冲桩方法第144页/共194页145

砂桩也称为挤密砂桩或砂桩挤密法。是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后将砂再挤入土中，形成大直径的密实砂柱体的加固地基的方法。砂桩属于散体桩复合地基的一种。

砂桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂桩置换处理。三、砂桩第145页/共194页146砂桩的加固机理（一）砂桩在松散砂土中的加固机理

砂桩加固砂性土地基的目的主要有：提高桩和桩间土的密实度，从而提高地基的承载力，减小变形、增强抗液化能力。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作用。

第146页/共194页147砂桩在松散砂土中的加固机理

第147页/共194页148第148页/共194页149砂桩在松散砂土中的加固机理

第149页/共194页150砂桩在松散砂土中的加固机理

第150页/共194页151实例第151页/共194页152二、砂桩在软弱粘土中的加固机理

第152页/共194页153砂桩的施工方法第153页/共194页154碎石桩第154页/共194页155

按其制桩工艺分为振冲(湿法)碎石桩和干法碎石桩两大类。采用振动水冲法施工的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用各种无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）施工的碎石桩称为干法碎石桩。第155页/共194页156CFG桩定义：利用机械或人工在地基中成孔后，在所成碎石桩的材料上加入一些石屑、粉煤灰和少量的水泥，水振实后形成的桩。与碎石桩比，CFG桩桩身刚度大，不属于散体材料桩，承载力取决于桩侧摩阻力和桩端端承力或桩体材料强度第156页/共194页157CFG桩加固机理第157页/共194页158CFG桩加固机理第158页/共194页159CFG桩的加固机理第159页/共194页160作用是：（1）保证桩、土共同承担荷载；（2）调整桩、土荷载分担比。褥垫层作用第160页/共194页161

CFG桩复合地基承载力计算第161页/共194页162第162页/共194页163工程实例1工程概况陕西省农牧产品贸易中心大楼（现名金龙大酒店）是一栋包括客房、办公、贸易和服务的综合性建筑，主楼地面以上17层，局部19层，高59.7m；地下一层，平面尺寸32.45×22.9m，剪力墙结构，地下室顶板以上总重185MN，基底压力303kPa。主楼三面又2～3层的裙房，结构为大空间框架结构，柱距4.80m和3.75m，裙房与主楼勇沉降缝分开。2工程地质条件建筑场地位于西安市北关外笼首塬上，地下水位深约16m。地层构造自上而下分别为黄土状粉质粘土或粉土与古土壤相间，黄土（4）以下为粉质粘土、粉砂和中砂，勘察孔深至57m。第163页/共194页164场地内湿陷性黄土层深10.6～12.0m，7m以上土的湿陷性较强，湿陷系数δs＝0.040～0.124；7米以下土的湿陷系数δs≤0.020，湿陷性已比较弱。该场地属于Ⅱ～Ⅲ级自重湿陷性黄土场地。第164页/共194页1653地基与基础的方案设计从工程地质条件看，建筑场地具有较强的自重湿陷性，且在27m（黄土2-3层）以上地基土的承载力偏低，压缩性较高。同时，在27m以下也没有理想的坚硬桩端持力层。在研究地基基础方案时，曾拟采用两层箱基加深基础埋深和扩大箱基面积的办法，但这种方法使裙房与高层接合部的沉降差异及基础高低的衔接处理更加困难，且在建筑功能上也无