《基础工程》课件-5地基处理与加固

学习项目一地基处理与加固01认知软弱地基及其处理方法延时符学习目标1.了解软弱地基的特点及处理加固方法分类；2.掌握常见软弱地基加固方法的工作原理。一、软弱地基的种类及其特性

1.软土指在滨海、湖泊、河滩、谷地、沼泽等静水或缓流环境中形成的以细颗粒为主的沉积土。

2.冲填土指在水利建设或江河整治中，清除的江河泥沙冲填至淤地形成的沉积土。

3.杂填土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。

4.其他高压缩性土包括松散饱和的粉(细)砂、松散的亚砂土、湿陷性黄土、膨胀土和震动液化土等特殊土以及在基坑开挖时可能产生流沙、管涌等不良工程地质现象的土。二、软弱地基的处理方法换土垫层法挤密压实法排水固结法深层搅拌法浆液关注法其他方法三、练习1.淤泥质土与淤泥的区别？2.碎石土适用排水固结法吗？3.深层搅拌法的适用土层？换填垫层法处理地基02延时符学习目标1.了解换填垫层法的作用机理和适用条件；2.掌握换填垫层的设计计算方法；3.掌握换填垫层的施工要点。一、换填垫层法的适用条件与作用

换填垫层法也称开挖置换法，是将地基软弱土层部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实作为地基持力层的地基加固方法。它是一种常用的较经济、简便的浅层处理方法。一、换填垫层法的适用条件与作用

适用条件：

处理浅层的淤泥和淤泥质土、杂填土、湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等软弱或不良土层，并可处理暗沟或暗塘等局部软弱土层。

常用的换填材料：主要有砂、碎(卵)石、灰土、素土、煤渣以及其他强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性的工程特性良好的材料。

一、换填垫层法的适用条件与作用垫层的主要作用有：1.提高持力层的承载力，减少基础沉降量2.加速地基的排水固结3.防止地基冻胀4.消除地基的湿陷性和胀缩性二、砂砾垫层的设计计算

1.垫层厚度的确定

垫层的厚度应使垫层底面(软弱下卧层顶面)承载力符合强度要求。由于砂砾垫层具有较大的变形模量和强度，基础底面的压力将通过垫层以一定扩散角向下扩散。要求扩散到垫层底面(下卧层顶面)处的附加压应力与自重应力之和不超过下卧层的承载力容许值。矩形基础：条形基础：二、砂砾垫层的设计计算

计算时，一般可采用试算的方法，即先初步拟定一个垫层厚度，再用式(3-2-1)验算，如不符合要求，则改变厚度，重新验算，直到满足要求为止。垫层厚度一般不宜小于0.5m，且不宜大于3.0m。

当地基土软且厚或基底压力较大时，应考虑其他加固方案。二、砂砾垫层的设计计算2.垫层平面尺寸的确定垫层的平面尺寸应满足基础底面压应力扩散的要求，并防止垫层向两边挤出。若垫层平面尺寸不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。垫层的宽度可按下式或根据当地经验确定：

二、砂砾垫层的设计计算

3.垫层承载力的确定垫层承载力容许值宜通过现场确定，当无试验资料时，可参考表3-2-2值。

4.基础沉降量的计算

砂垫层上基础的沉降量由垫层本身的压缩量Scu与软弱下卧层的沉降量Ss所组成，即:三、砂砾垫层的施工

1.砂砾垫层的材料要求砂砾垫层材料应就地取材，同时又要符合强度要求，一般可采用中砂、粗砂、砾砂和碎(卵)石。其中黏粒含量不应大于5％，粉粒含量不应大于25％，因为这些成分含量过多，不利于排水和夯实。另外，砾料粒径以不大于50mm为宜，并且不应含有植物残体等杂质。垫层材料应以中砂为主，其颗粒的不均匀系数不应小于5。也可掺入一定数量的碎石(碎石粒径不应超过100mm)，这样既能提高强度，又易于夯实。三、砂砾垫层的施工

2.砂砾垫层的施工要点

1）垫层材料应分层填筑，分层压实。2）为达到最大密实度，施工中应根据压实方法控制垫料的含水率。当地下水位高于基坑底面时，为保证施工和垫层质量，应采取排水或降低水位的措施。3）基坑开挖时，应避免扰动垫层下的软弱土层，可保留20cm左右厚的土层暂不挖，待铺填垫层前再挖至设计标高。基坑挖好经检验后，应迅速铺压垫层材料。三、砂砾垫层的施工4)在碎石或卵石垫层底部宜设置15～30cm厚的砂垫层，以防止淤泥或淤泥质土层表面的局部破坏。同时必须防止基坑边坡土体坍落混入垫层。5)砂砾垫层的质量检验，可选用环刀取样法或灌入法进行，以干重度和贯入度为控制指标。测定其干重度时，以不小于砂料在中密状态时的干重度为合格。中砂的干重度一般为15.5～16kN/m3。。

6）垫底面应尽量水平。垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。四、练习1.换填法适用处理的土层？2.垫层的扩散角大小由哪些因素决定？3.垫层的宽度由哪几个指标决定？挤密压实法处理地基03延时符学习目标1.理解砂桩挤密法和压实法的作用机理和适用条件；2.掌握砂桩的设计计算方法；3.掌握砂桩挤密法的施工要点；4.掌握压实法的施工要点。一、挤密法

挤密法主要是指采用挤密桩的形式进行地基处理的方法。

挤密桩是先用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔，然后向孔中填入某种挤密材料，再加以夯挤密实形成的桩体。

挤密桩填料：

除用砂石作为挤密填料外，还可用石灰、二灰(石灰、粉煤灰)、素土等填冲桩孔，相应的桩体分别称为砂桩、碎石桩、石灰桩、二灰桩、灰土桩、素土桩等。一、挤密法挤密桩的作用:

在松散土中，主要是挤密地基土，此外，砂桩和碎石桩还能起到排水作用，加速地基的排水固结。

在松软黏性土中，主要是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，从而提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。

石灰桩和二灰桩还具有吸水膨胀及化学反应从而挤密软弱土层的作用。一、挤密法

挤密桩适用于:加固粉砂、松散填土、细砂及粉土、湿陷性黄土等。对于厚度大的饱和软黏土地基，由于土的渗透性小，采用此法不仅不易将土挤密实，反而还会破坏土的结构强度，宜考虑采用其他加固方法。一、挤密法1.砂桩的设计砂桩设计的主要内容是合理确定砂桩的长度和加固范围、桩径、桩距、桩数和单根砂桩的灌砂量等。

1)砂桩的长度的确定如软弱土层不很厚，砂桩一般应穿透软土层，砂桩长度应为基底到松软土层底的距离。如软弱土层很厚，砂桩长度可按桩底承载力和沉降量的要求，根据地基的稳定性和变形验算确定。另外，砂桩长度的确定也应考虑施工机具设备的条件。一、挤密法

2）砂桩加固范围的确定

砂桩加固的范围应大于基础的面积，每边放宽宜为1～3排。当砂桩用于防止砂土液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，且不小于5m；当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层时，每边放宽不应小于液化层厚度的1/2，并不应小于3m。根据上述要求，即可确定加固范围的面积A。一、挤密法A1的大小除与加固范围面积A有关外，主要与土层加固后所需达到的地基承载力容许值相对应的孔隙比有关。由于加固前后原地基土颗粒所占体积不变，所以可得如下关系式：砂桩的总界面积为一、挤密法

4)砂桩直径和砂桩根数的确定

(1)砂桩直径砂桩的直径可根据施工设备能力、地基类型和地基处理的要求合理确定。桩径过小则桩数增多，施工时机具移动频繁，过大则需大型机具。目前国内实际采用的砂桩直径一般为0.3～0.8m。

(2)砂桩根数一、挤密法5)砂桩的平面布置及其间距为了使挤密作用比较均匀，砂桩一般可布置为正方形或等边三角形

（1）松散砂土地基等边三角形布置:

正方形布置:（2）粘性土地基等边三角形布置：

正方形布置：一、挤密法6）砂桩灌砂量的计算为保证砂桩加固后的地基达到设计要求的质量，每根桩应灌入足够的砂量，以保证加固后土的密实度达到设计要求。设加固后地基土和砂桩的孔隙比相同，均为e1，则每根砂桩的灌砂量为：灌砂量是理论计算值，施工时应考虑各种可能损耗，备砂量应大于此值。一、挤密法

2.砂桩的施工

1）砂桩的材料要求砂桩内填料宜采用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，填料中含泥量不应大于5％，并不宜含有粒径大于50mm的粒料。一、挤密法2）砂桩的施工要点（1）砂桩施工可采用振动式或锤击式成孔。（2）砂料应分层填筑、分层夯实。（3）确定砂料的最佳含水率。（4）砂桩必须上下连续，确保设计长度。（5）应保证砂桩的灌砂量，如未达到设计用量时，应在原处复打或补桩。（6）为增加挤密效果，砂桩可从外圈向内圈施打。（7）加固后地基承载力可用静载试验确定，桩及桩间土的挤密质量可采用标准贯入法、动力触探法、静力触探法等进行检测。二、压实法

压实法主要适用于砂土及含水率在一定范围内的软弱黏性士地基，也适用于加固杂填土和黄土以及换土垫层的分层填土压实等。

按采用的压实手段不同可分别对浅层或深层土起加固作用，常用的压实方法有机械碾压法、振动压实法、重锤夯实法及强夯法。二、压实法

1．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。该法主要适用于大面积回填土和杂填土地基的浅层压实。经碾压后，地基土的密实度增加，压缩性减小。碾压效果主要取决于被压实土的含水率和压实机械的压实能量，施工时应控制碾压土的最佳含水率，选择适当的碾压分层厚度和碾压遍数。二、压实法

2.振动压实法

是通过在地基表面施加振动，将浅层松散的地基土振密实的地基处理方法。可用于处理无黏性土或黏性土含量少、透水性较好的松散杂填土地基。

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。必须在施工前进行试振，以找出振实稳定下沉量与时间的关系。振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基坑两边，后振中间。二、压实法

3.重锤夯实法是用起重机械将重锤起吊到一定高度后，让其自由下落，利用产生的冲击能不断重复夯击地基，使地基表层变得密实，从而提高地基表土层承载能力的地基处理方法。它适用于砂土、稍湿的黏性土、部分杂填土和湿陷性黄土等的浅层处理。重锤夯实的有效影响深度与锤重、夯锤底面直径、落距及地质条件有关。二、压实法

4.强夯法是将很重的落锤(一般为约100～600KN)从6～40m的高处自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。强夯法适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和黏土、湿陷性黄土等地基的加固。对于高饱和软黏土(淤泥及淤泥质土)，强夯处理效果较差

二、压实法1）强夯法加固机理强夯法根据土的类别和强夯施工工艺的不同可分为三种加固机理：（1）动力挤密（2）动力固结（3）动力置换二、压实法夯距单位夯击能夯击次数间歇时间有效加同深度垫层

2）强夯法施工参数

施工前应选择有代表性并不小于500m2的路段进行试夯，以确定工程采用的各项强夯参数。强夯参数包括以下内容：二、压实法3）强夯法的施工要点（1）在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置，并量测场地的标高；（2）起重机就位，使夯锤对准夯击点位置；（3）测量夯点锤顶高程；（4）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；二、压实法（5）重复步骤(4)，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；（6）换夯点，重复步骤(2)～(5)，直至完成第一遍全部夯点的夯击；（7）用推土机将夯坑整平，并测量场地高程；（8）在规定的间隔时间后，按上述步骤完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将表层松土夯实并测量场地高程。三、练习1.挤密桩利用哪些材料作为挤密填料？2.挤密桩法的适用土层？3.使用重锤夯实法时要求夯击面必须高出地下水位多少米？04排水固结法处理地基延时符学习目标1.了解排水固结法的分类方法；2.掌握砂井预压法中砂井常见类型及其施工要点；3.了解真空预压、降水预压等方法的加固原理和适用范围。

排水固结法是通过在地基土中采用各种排水技术措施(设置竖向排水体和水平排水体)，再分级加载预压，以加速饱和软黏土的排水固结，当地基土的固结度或强度达到规定要求后，卸去预压荷载，然后再建造构筑物的一种地基处理方法。排水固结法依据排水体系的构造及堆载方法的不同，一般可分为砂井堆载预压、天然地基堆载预压、真空预压及降水预压等方法。前言一、砂井堆载预压法

砂井堆载预压法是在软弱地基中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，借此增加排水通道，缩短排水距离，以改善地基土的渗透性能，然后在砂垫层上部堆载，以增加地基土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体排水固结、提高软弱地基承载力之目的。一、砂井堆载预压法

砂井堆载预压法适用于厚度较大和渗透系数很低的饱和软黏土，但对于泥炭土、有机质黏土和高塑性土等土层，采用该方法效果不明显。

砂井形式分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水板。一、砂井堆载预压法

1.普通砂井

1）砂井的布置范围砂井的布置范围应比基础底面面积大，一般由基础的轮廓线向外增加2～4m。

2）砂井的平面布置、直径及间距砂井的平面布置可采用正方形或等边三角形，后者排列较紧凑，应用较多。一、砂井堆载预压法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。在达到相同的固结度时，一般缩短砂井间距比增加砂井直径效果要好，即采用“细而密”的原则布置为佳。但砂井过细，则施工困难且不宜保证质量，因此，考虑到施工的可操作性，普通砂井的直径宜为300～500mm。一、砂井堆载预压法

3）砂井的深度砂井的深度应根据桥涵对地基的稳定性和变形要求确定。对以地基抗滑稳定性为主要因素的结构，如拱式结构的墩台，砂井深度应超过最危险滑动面2.0m以上。

4）砂井填筑材料砂井中的填料宜用中、粗砂，必须保证良好的透水性，含泥量应小于3％。

5）砂井的施工砂井的施工工艺与砂桩大体相近，具体参照砂桩的施工工艺。一、砂井堆载预压法

6）砂垫层的设置为了使砂井有良好的排水通道，砂井顶部应铺设砂垫层，其宽度应超出堆载宽度，并伸出砂井区外边线2倍砂井直径，厚度宜大于0.4m，以免地基沉降时切断排水通道。在预压区内宜设置与砂垫层相连的排水盲沟，并把地基中排出的水引出预压区。垫层材料宜用中、粗砂，含泥量应小于5％，砂料中可混有少量粒径小于50mm的石粒。砂垫层的干密度应大于1.5t/m3。一、砂井堆载预压法

2.袋装砂井袋装砂井的砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等长链聚合物编织制成。砂袋应具有足够的抗拉强度、耐腐蚀性，较好的透水性和耐水性，其渗透系数不应小于砂的渗透系数。应以中砂、粗砂灌入砂袋，并振捣密实，扎紧袋口。

一、砂井堆载预压法

袋装砂井施工一般采用导管式振动打设机械，其施工工艺流程为：整平原地面（清除地表）→测设放样（布桩）→机具就位→打入钢套管→沉入砂袋→拔钢套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺砂垫层。一、砂井堆载预压法

袋装砂井施工时应注意以下事项：1）砂袋露天堆放时应有遮盖，不得长时间曝晒。2）砂袋应垂直下井，不得扭结、缩颈、断裂、磨损。3）拔钢套管时如将砂袋带出或损坏，应在原孔位边缘重打；连续两次将砂袋带出时，应停止施工，查明原因并处理后方可施工。4）砂袋的长度应超出孔口的长度，应能顺直伸入砂垫层至少300mm，以保证排水的连续性。一、砂井堆载预压法

3.塑料排水板塑料排水板预压法是用插板机将塑料排水板插入待加固的软土中，然后在地基表面堆载预压，使土中孔隙水沿塑料板形成的通道向上经砂垫层排出，从而加速地基排水固结的方法。塑料排水板通常可分为两类：多孔单一结构型和复合结构型

一、砂井堆载预压法施工步骤是：

先在空心套管内装入塑料排水板，并将其一端与预制的专用钢靴连接，插入地基下设计高程处，然后拔出空心套管，由于土对钢靴的阻力，使塑料板留在软土中，在地面将塑料板切断，再移动插板机进行下一个循环的作业。一、砂井堆载预压法塑料排水板施工应符合以下规定：1）现场堆放的塑料排水板，应采取措施防止损坏滤膜。

2）塑料排水板超过孔口的长度应能伸入砂垫层不小于500mm，预留段应及时弯折埋设于砂垫层中，与砂垫层贯通，并采取保护措施。3）塑料排水板不得搭接。4）施工中防止泥土等杂物进入套管内，一旦发现应及时清除。5）打设形成的孔洞应用砂回填，不得用土块堵塞。一、砂井堆载预压法

4.预压荷载的大小及堆载方案为了加快地基土的压缩过程，可采用比建筑物设计荷载稍大的荷载进行预压，即超载预压。预压荷载一般为设计荷载的1.1～1.2倍。预压荷载的分布应与建筑物设计荷载的分布大致相同。在施加预压荷载的过程中，若需施加较大荷载，则必须分级加载，使其与地基强度的增长速度相适应，待前一级荷载作用下的地基强度增加到一定程度后，才可施加下一级荷载。二、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，也可以利用施工过程中建筑物本身的重量缓慢预压，使地基软土得到压缩固结，以提高其强度和减少工后沉降量，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结构物的方法。三、真空预压法

真空预压法是在拟加固的软土地基内埋设砂井、袋装砂井或塑料排水板，在表面敷设砂垫层，再覆盖不透气的封闭薄膜。通过埋设在砂垫层内的吸水管道用真空泵进行抽气，在膜内形成真空状态。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，在此压力差的作用下，土体中的孔隙水不断排出，从而使土体固结。三、真空预压法

真空预压的效果和密封膜内所能达到的真空度的大小有很大关系。

当地基土有充足的水源补给，且地下水大量流入时，由于不可能达到预期的负压，因此预压效果将会受到影响。因此，真空预压法主要适用于软黏性土地基。四、降水预压法

降水预压法是借助井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力，达到预压的目的。其降低地下水位的原理、方法和需要的设备基本与基坑井点法排水相同。降水预压法适用于渗透性较好的砂土、粉土或含有砂土层的软黏土层。在使用降水预压法前应摸清土层分布及地下水位的情况。五、练习1.砂井堆载预压法的适用土层？2.砂井的平面布置一般采用何形式？3.真空预压法的适用土层？05深层搅拌法处理地基延时符学习目标1.理解深层搅拌法的作用机理和适用条件；2.掌握粉喷桩、水泥浆搅拌桩的施工方法；3.区分高压喷射注浆法不同的注浆方式和喷射方法；4.掌握高压旋喷桩的施工方法。

深层搅拌法是通过深层搅拌机械将水泥、石灰等固化剂和软弱土在地基深处就地强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有较好的整体性、水稳性及足够强度的固结体，并与天然地基形成复合地基，从而提高地基强度，减小地基沉降量的方法。深层搅拌法适用于加固各种成因的饱和软黏土。深层搅拌法按加固材料可分为粉体类和浆液类；按施工工艺可分为低压搅拌法（粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩）和高压喷射注浆法（高压旋喷桩）两类前言

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中，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，直到设计高程。为保证质量，可再次将搅拌钻头下沉至孔底，重复搅拌。一、粉体喷射搅拌法一、粉体喷射搅拌法粉体喷射搅拌桩施工作业顺序：

1）定位

2）预搅钻进下沉3）喷粉搅拌提升4）重复搅拌

5）移位，准备打下一根桩。一、粉体喷射搅拌法

粉体喷射搅拌法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。施工时不需高压设备，安全可靠，如严格遵守操作规程，可避免对周围环境产生污染、振动等不良影响。缺点是受施工工艺的限制，加固深度不能过深。二、水泥浆搅拌法

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。水泥浆搅拌法加固形成的桩柱体强度与加固时所用水泥强度等级、用量、被加固土含水率等有密切关系

二、水泥浆搅拌法水泥浆搅拌法的施工作业顺序：1)搅拌机起吊就位后，先沿导向架切土下沉；

2)下沉到设计深度后，开启灰浆泵将制备好的水泥浆压入地基；3)边喷边旋转搅拌头，进行提升、喷浆、搅拌作业。4）提升到设计高程后，再次控制速度将搅拌头