土力学地基与基础课程讲义地基处理

第十一章地基处理§11.1地基处理概述§11.2换土垫层法§11.3排水固结法§11.4强夯法§11.5砂石桩挤密法§11.6振冲法§11.7化学加固法主要内容§11.1地基处理概述

地基处理的目的 地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基土的工程性质，使其满足工程建设的需要。这些措施包括以下五个方面内容：（1）改善剪切特性，增加地基土的抗剪强度。（2）改善压缩特性。（3）改善透水特性。（4）改善土的动力特性。（5）改善特殊土的不良地基特性。主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。

地基处理方法分类、方案选择

§11.2换土垫层法换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。1、换填法主要作用包括：①提高持力层的强度，并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使软弱地基土中所受应力减小到该软弱地基土的承载力范围内，从而满足强度要求；②垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；③加速软土层的排水固结。④防止冻胀。⑤对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性等。2、垫层的设计要点按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、煤渣垫层和粉煤灰垫层等。砂垫层设计的主要内容是确定断面的合理厚度和宽度。，θ（1）厚度的确定：垫层厚度一般应根据垫层底部软弱下卧层的承载能力确定，垫层底面处的附加压力值通常可按简化的压力扩散角法计算。垫层压力扩散角条形基础时：矩形基础时：在具体计算时，可先假设一个垫层厚度，然后进行验算。如不满足，应重新假定一个厚度进行验算，直至满足要求为止。垫层厚度不宜大于3m，太厚施工较困难，而太薄（<0.5m）则换填垫层的作用不显著。

（2）宽度的确定:

垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，对条形基础，可按下式计算： 底宽确定后，再根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计断面。垫层顶面宽度一般宜超出基础底边不小于300mm。

垫层的承载力应通过现场试验确定，当无实验资料时，可按下表选用，并验算下卧层承载力。

各种垫层的承载力表3、垫层材料选择（1）砂石应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3％，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30％～50％的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。（2）粘土（均质土）土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。（3）素土素土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。

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11.3排水固结法排水固结法是利用地基排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的一种软土地基处理方法。根据所施加的预压荷载不同，排水固结法可分为堆载预压法、真空预压法和联合预压法。

1、堆载预压加固机理

在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。基础工程http://2、堆载预压法设计堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容：①选择竖向排水井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；②确定预压区范围、预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间；③计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。（1）竖向排水井尺寸竖向排水井直径：竖向排水井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。普通砂井直径可取300～500mm，袋装砂井直径可取70～120mm。塑料排水带已标准化，一般相当于直径60～70mm。（2）砂井或塑料排水带间距：通常砂井的间距可按井径比选用，井径比按下式确定：普通砂井的间距可按=6～8选用；袋装砂井或塑料排水带的间距可按=15～22选用。（3）竖井排列方式：一根竖井的有效排水圆柱体的直径和竖井间距的关系按下列规定取用：梅花形布置：正方形布置：由于梅花形排列较正方形紧凑和有效，应用较多。竖井的布置范围应稍大于建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大2～4m。（4）砂井深度：砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险滑动面2m。对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，砂井宜贯穿压缩土层；若软土层厚度不大或软土层含较多的薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求时，可不设置竖向排水体。（5）砂垫层：在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通各个砂井形成通畅的排水面，将水排到场地以外。砂垫层厚度不应小于0.5m；水下施工时，砂垫层厚度一般为1.0m左右。为节省砂料，也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层，砂沟的高度般为0.5～1.0m，砂沟宽度取砂井直径的2倍。

确定加载的数量、范围和速率 预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常可与建筑物的基底压力大小相同。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基，超载数量应根据预定时间内要求消除的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力等于或大于建筑荷载所引起的相应点的附加压力。 加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。 加载速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施下一级荷载。

二、真空预压加固机理 真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。真空预压的原理主要反映在以下几个方面：（1）薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。（2）地下水位降低，相应增加附加应力。（3）封闭气泡排出，土的渗透性加大。

真空预压法设计（1）竖向排水体尺寸：采用真空预压法处理地基必须设置竖向排水体。竖向排水体可采用直径为700mm的袋装砂井，也可采用普通砂井或塑料排水带。其间距可按照加载预压法设汁的砂井或塑料排水带间距选用。（2）预压区面积：真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3.0m。每块预压面积宜尽可能大且呈方形。（3）真空预压的膜内真空度应保持在650mmHg以上，相当于80kPa的真空压力，且应均匀分布；（4）沉降计算，先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降量，后计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载下可能发生的沉降。§11.略4强夯您法强夯法购是法国L·梅纳（Men偶ard圾）19再69年首创省的一种员地基加剖固方法命。夯击碰后的地脚基承载坟力可提坛高2～盗5倍，恭压缩性浊可降低述200泥～50雾0％，省影响深励度在1摧0m以上够。强夯育法亦称如为动从力固腰结法悦，是决一种住将较即大的撑重锤(一般糖约为80款~4切00陵kN，最重问达20岸00寒kN录)从6~2蚕0m高处(最高狼达40m舟)自由涝落下狸，对蓄较厚晌的软崖土层述进行弊强力醒夯实如的地腥基处蓬理方番法。特点坚：夯击能躲量大，耐因此影响深度羡也大。狮并具有物工艺简递单，施猴工速度崭快、费邮用低、两适用范汗围广、纷效果好情等优点似。强夯法台适用性铁：适用引于碎浊石类旁土、串砂类驳土、溜杂填令土、畜低饱教和粉李土生和粘扔土插、湿览陷性纹黄土蚕等地治基的虾加固涂，效梨果较破好。歉对于于高饱粥和软丙粘土(淤泥及限淤泥质河土)强夯阀处理省效果冰较差孙，但肃若结诸合夯聪坑内削回填巩块石结、碎旁石或煤其他进粗粒搬料，锋强行脑夯入汇形坦成复顾合地雾基（欧称为宏强夯叼置换剩或动族力挤齐淤）计，处侮理效撕果较敞好。加固石机理幻玉：动力挤策密、动圆力固结延、动力铃置换。加固政机理(1忆)动力密冲实采用强条夯加固嗓多孔隙西、粗颗避粒、非轰饱和土肉是基于仔动力密仅实的机蚊理，即宫用冲击层型动力租荷载，礼使土体狮中的孔透隙减小逆，土体既变得密暗实，从杀而提高磁地基土疑强度。陷在采用赤强夯商法加鹅固多牺孔隙泼、粗撇颗粒宇、非跨饱和苦土的陈过程幼中，高能委量的爬夯击旅对土氏的作渡用不物同于后机械太碾压牧、振离动压湿实和蹲重锤氧夯实雾，巨大的专夯击能吃量产生畏的冲击煌波和动寸应力在洞土中传娘播，使喝颗粒破议碎或使巴颗粒产座生瞬间乎的相对鸦运动，勉从而孔尤隙中气恩泡迅速冰排出或熔压缩，漏孔隙体道积减少捞，形成堂较密实垂的结构屡。(2有)动力固久结用强夯权法处理贺细颗粒巧饱和土需时，则君是借助煤于动力捷固结的善理论，足即巨大的世冲击能覆量在土撑中产生栗很大的扎应力波双，破坏米了土体闸原有的丙结构，页使土体钩局部发特生液化详并产生钞许多裂锡隙，增百加了排虽水通道舍，使孔誉隙水顺行利逸出窗，待超疗孔隙水敞压力消碎散后，挽土体固仍结。由阀于软土联的触变嫌性，强吹度得到夺提高。夯击侄次数差与遍竟数夯击次泻数应根支据现场埋试夯的谨夯击次柏数和夯早沉量关泛系曲线宪以及最降后两击盲夯沉量雄之差并面结合现僻场具体案情况来鞋确定：①最戒后两爱击的吗平均来夯沉维量不团大于50m京m，当单卧击夯击锦能量较宅大时，卵应不大缝于100削mm，当准单击蝴夯击煎能大设于600蜻0kN堡·m时不术大于200脑mm；②夯坑娘周围地贸基不应黑发生过童大的隆佩起；③不因犯夯坑过肿深而发隙生起锤催困难。宾各试夯渠点的夯验击数，戏应使土报体竖向猪压缩最伐大，而沉侧向位深移最小斧为原则具，一般期为5~1剩5击。亦夯击慌遍数众一般级为2~揪3遍，给最后瞒再以犹低能辽量满茶夯一症遍。间歇时瞒间：对于多昨遍夯击凡，两遍搅夯击之减间应有窗一定的株时间间兼隔，主酒要取决泳于加固竖土层孔清隙水压书力的消三散时间锐。对于钢渗透性加较差的苏粘性土禁地基的鹅间隔时尚间，应嚼不小于3~别4周，渗兄透性较适好的地躁基可连讲续夯击询。夯点布竖置及间邀距：夯点的喉布置一返般为正拘方形、宋等边三亭角形或助等腰三拿角形，麦处理范沙围应大裤于基础骡范围，派宜超出1/2网~2/蜻3的处理罢深度，棵且不宜竭小于3m。夯完间距谁应根宵据地恒基土昆的性莫质和厨要求劝处理陈的深绞度来非确定寺。一令般第榴一遍格夯击茄点间应距可梁取5~9拿m，第塔二遍经夯击熄点位诵于第靠一遍与夯击虽点之籍间，恐以后喊各遍蔑夯击脸点间梳距可成与第激一遍兽相同正，也唯可适肾减小害。强夯颜法强夯雄法强夯法§11锤.5砂石桩曲挤密法碎石桩甩、砂桩仅和砂石称桩总称声为砂石体桩，又称稼粗颗隐粒土颤桩，懒是指汪采用振动、都冲击或赚水冲等回方式在软弱叙地基中汪成孔后营，再将碎石、摸砂或砂布石挤压入陪已成的爽孔中，缩慧形成砂稼石所构糊成的密起实桩体贵，并和衬原桩周赠土组成讯复合地掠基的地粱基处理勺方法。砂石威桩适边用于欲挤密松散砂葬土、粉猾土、粘遮性土、记素填土株、杂填千土地基参。对饱吸和粘土吉地基上撤对变形厚控制要喝求不严毁的工程横也可采样用砂石献桩置换料。砂石葬桩也可茂用于处幕理可液懂化地基滥。振冲法绣是利用袋一个振沫冲器，疗在高压爆水流的乘作用下劳边振边脸冲，使附松砂地蕉基变密河；或在痒粘性土愤地基中讯成孔，角在孔中扛填入碎塔石制成纹一根根宏的桩体问，这样古的桩体灯和原来液的土构愈成复合害地基。喜在曾砂土距中和饮粘性缴土中椅振冲虾法的折加固熊机理争是不杜同的礼。在惜砂土接中主椅要是害振动鼠挤密启和振扛动液楚化作棕用；锹在粘吓性土立中主命要是渠振冲闯置换怜作用今，置请换的丢桩体尿与土完组成家复合礼地基据。§11算.6振冲挂法§11裹.6振冲法在粘锤土中用主要直起振输冲置摆换作母用，万置换址后填割料形覆成的疲桩体利与土决组成许复合陈地基饺；在砂土耍中主要追起振动矮挤密和垄振动液锦化作用迹。振冲置碰换法振冲密冷实法作用京机理胀：振冲法术适用的写土层：加料语振冲尸：细牙砂、奏粉土尚、粘趋性土凑、素芹填土孙、杂掘填土耻不加纹料振伙冲：因中、呢粗砂§11坚.7化学嘱加固宇法灌浆法水泥深岔层搅拌续法高压喷颗射灌浆足法灌浆法慌是指利咐用液压悦、气诵压或忍电化茧学原仗理，通过得注浆含管把霞浆液储均匀钱地注惰入地骨层中深，浆怎液以填充洒、渗世透和香挤密等方式罗，赶走烘土颗粒拐间或岩竞石裂隙句中的水移分和空悟气后占卫据其位否置，经蝴人工控谢制一定泽时间后遇，浆液烤将原来担松散的卵土粒或宴裂隙胶唤结成一牵个整体，形成一中个结构余新、强麻度大、只防水性程能好和德化学稳碎定性良绢好的“秃结石体共”。灌浆晨法2加固钓目的耐有以若下几奔个方做面：①增加偏地基驾的不悼透水姑性，健常用热于防城止流夏砂、传钢板个桩渗浩水、哀坝基领漏水或、隧鱼道开顾挖时芒涌水唐以及萄改善库地下丝式工程惨的开怠挖条油件；②截断渗骡透水流静，增加道边坡、霞堤岸的采稳定性迁。常用接于整治呈塌方、繁滑坡、军堤岸以匀及蓄水呢结构等爽；③提高地爷基承载雨力，减迁少地基枪的沉降尝和不均贷匀沉降召；④提高吹岩土涂的力熟学强纽奉度和估变形浆模量嘉，固巴化地昨基和阀恢复袍工程满结构肚的整率体性弱，常莲用于喇地基克基础东的加育固和您纠偏判处理垂。3应用主衬要有以融下几个弄方面：①坝基的别加固及焦防渗②建筑物战地基的呢加固③土坡故稳定鞠性加撕固④挡土墙芳后土体慨的加固⑤已有颂结构格的加鸣固：⑥道路地树基基础谋加固⑦地下结促构的止出水及加沈固：⑧井巷工斥程中的甚加固及宁止水⑨动力时基础蜂的抗厌振加叔固⑩其他艳：预井填骨才料灌唯浆、房诚后拉勺锚杆汇灌浆侵及钻锹孔灌律注桩煤后灌泊浆。大坝心帷幕朝灌浆溢洪玩闸帷扛幕灌煤浆建筑壶物地参基的肤加固隧道垮加固挡土闹墙后粒土体店的加缘瑞固道路地肤基基础由加固水泥深俘层搅拌巷法深层搅年拌法（Dee馋pM胸ixi扣ng虑Met塔hod连──D捉MM）是一荣种化学立加固地犯基的方御法。它桐通过特抗制机械遵──各贞种深层勾搅拌机骂，沿深徐度将固化剂（水泥趋浆、水拘泥粉或座石灰粉茫，外掺脸一定的靠添加剂桌）与地基土强制就很地搅拌趴，利用娇固化剂戚自身及街其与地构基土之拨间所产士生的一笼系列物定理、化莫学反应耻，使地租基土硬归结成为报具有整症体性、鸽水稳定贿性、较似低渗透公性和一建定强度蜓的复合土裤桩（体探），或与轮地基兵土构辨成复接合地奋基，票从而恶提高乞软土鲁地基超的承狐载力宾、减从小地也基的叠变形湿法喜：水稍泥浆箭喷射干法旦：水岛泥粉昼喷射适用暑范围止：用于处慢理正常伤固结的受淤泥与雄淤泥质忙土、粉衫土、饱眉和黄土泡、素填俱土、粘尊性土以斩及无流办动地下办水的饱贩和松散台砂土等晶地基。骑还可用乖于基坑瓶支护和乳止水幕碌墙。搅拌最机械睁就位房诚、调胁平搅拌机并械就位拍、调平预搅兆下沉预搅轮下沉预搅扶下沉睡至设丽计深滋度边搅黑拌提虏升支护结调构——水泥土剧墙支护结练构——