1、第六章 地基處理,第一節(jié) 概 述,人工地基：土木工程建設(shè)中，有時不可避免地遇到工程地質(zhì)條件不良的軟弱土地基，不能滿足建筑物要求，需要先經(jīng)過人工處理加固，再建造基礎(chǔ)，處理后的地基稱為人工地基。,地基處理的目的：是針對軟土地基上建造建筑物可能產(chǎn)生的問題，采取人工的方法改善地基土的工程性質(zhì)，達到滿足上部結(jié)構(gòu)對地基穩(wěn)定和變形的要求。,地基處理方法的分類,注意：很多地基處理方法具有多重加固處理的功能，例如碎石樁具有置換、擠密、排水和加筋的多重功能；而石灰樁則具有擠密、吸水和置換等功能。地基處理的主要方法、適用范圍及加固原理，,各類地基處理方法，均有各自的特點和作用機理，在不同的土類中產(chǎn)生不同的加固效果，

2、并也存在著局限性。地基的工程地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，工程對地基的要求也是不盡相同的，材料、施工機具和施工條件等亦存在顯著差別，沒有哪一種方法是萬能的。因此，對于每一工程必須進行綜合考慮，通過方案的比選，選擇一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理、施工可行的方案，既可以是單一的地基處理方法，也可以是多種方法的綜合處理。,第二節(jié) 軟土地基,軟土：指沿海的濱海相、三角洲相、內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要由細粒土組成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高（a1-20.5MPa-1）和強度低的特點，多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)性。主要包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土、泥炭、

3、泥炭質(zhì)土等。,淤泥是指天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土； 淤泥質(zhì)土是指天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土。 當(dāng)土中有機質(zhì)含量小于5%時為無機土；小于等于10%、大于等于5%時稱為有機質(zhì)土；小于等于60%、大于10%時稱為泥炭質(zhì)土；大于60%時則稱泥炭。泥炭是在潮濕和缺氧環(huán)境中未經(jīng)充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質(zhì)土，呈深褐色-黑色。其含水量極高，壓縮性很大，且不均勻。泥炭往往以夾層構(gòu)造存在于一般粘性土層中，對工程十分不利，必須引起足夠重視。,一軟土的成因及劃分,（一）濱海沉積 1.濱海相： 常與海浪岸流及潮汐的水動力作用形成較粗的顆粒(粗、中、細砂)相摻雜，使

4、其不均勻和極松軟，增強了淤泥的透水性能，易于壓縮固結(jié)。 2.瀉湖相： 顆粒微細、孔隙比大、強度低、分布范圍較寬闊，常形成海濱平原。在瀉湖邊緣，表層常有厚約0.32.0m的泥炭堆積。底部含有貝殼和生物殘骸碎屑。 3.溺谷相： 孔隙比大、結(jié)構(gòu)松軟、含水量高，有時甚于瀉湖相。分布范圍略窄，在其邊緣表層也常有泥炭沉積。 4.三角洲相： 由于河流及海潮的復(fù)雜交替作用，而使淤泥與薄層砂交錯沉積，受海流與波浪的破壞，分選程度差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，多交錯成不規(guī)則的尖滅層或透鏡體夾層，結(jié)構(gòu)疏松軟，顆粒細小。如上海地區(qū)深厚的軟土層中央有無數(shù)的極薄的粉砂層，為水平滲流提供了良好條件。,（二）湖泊沉積 湖泊沉積是近代淡水盆

5、地和咸水盆地的沉積。沉積物中夾有粉砂顆粒，呈現(xiàn)明顯的層理。淤泥結(jié)構(gòu)松軟，呈暗灰、灰綠或暗黑色，厚度一般為10m左右，最厚者可達25m。,（三）河灘沉積 主要包括河漫灘相和牛軛湖相。成層情況較為復(fù)雜，成分不均一，走向和厚度變化大，平面分布不規(guī)則。一般常呈帶狀或透鏡狀，間與砂或泥炭互層，其厚度不大，一般小于l0m。,（四）沼澤沉積 分布在地下水、地表水排泄不暢的低洼地帶，多以泥炭為主，且常出露于地表。下部分布有淤泥層或底部與泥炭互層。 軟土由于沉積年代、環(huán)境的差異，成因的不同，它們的成層情況，粒度組成，礦物成分有所差別，使工程性質(zhì)有所不同。不同沉積類型的軟土，有時其物理性質(zhì)指標(biāo)雖較相似，但工程性質(zhì)

6、并不很接近，不應(yīng)借用。軟土的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)宜盡可能通過現(xiàn)場原位測試取得。,二、軟土的工程特性,（一）含水量較高，孔隙比較大 （二）抗剪強度低 （三）壓縮性較高 （四）滲透性很小 （五）結(jié)構(gòu)性明顯 （六）流變性顯著,三、軟土地基的承載力、沉降和穩(wěn)定性的計算,(一) 軟土地基的承載力,軟土地基承載力應(yīng)根據(jù)地區(qū)建筑經(jīng)驗，并結(jié)合下列因素綜合確定：軟土成層條件、 應(yīng)力歷史、力學(xué)特性及排水條件；上部結(jié)構(gòu)的類型、剛度、荷載性質(zhì)、大小和分布，對不均勻沉降的敏感性；基礎(chǔ)的類型、尺寸、埋深、剛度等；施工方法和程序；采用預(yù)壓排水處理的地基，應(yīng)考慮軟土固結(jié)排水后強度的增長。,1根據(jù)極限承載力理論公式確定,公橋基規(guī)提出軟

7、土地基容許承載力 (kPa)為,2根據(jù)土的物理性質(zhì)指標(biāo)確定,一般情況，地基承載力是與其天然含水量密切相關(guān)的，根據(jù)統(tǒng)計資料w與軟土的容許承載力關(guān)系如下表所示。,3按臨塑荷載估算,軟土地基承載力，考慮變形因素可按臨塑荷載pcr公式估算，以控制沉降在一般建筑物容許范圍。條形基礎(chǔ)臨塑荷載pcr (kPa)計算式為,飽和軟土 時，Nq=1，Nc= 則,4用原位測試方法確定,由于室內(nèi)試驗測定土的物理力學(xué)指標(biāo)(如cu等)常受土被擾動影響使結(jié)果不正確；而一般土的承載力理論公式用于軟土也會有偏差，因此采用現(xiàn)場原位測試的方法往往能克服以上缺點。 軟土地基常用的原位測試方法有：根據(jù)載荷試驗、旁壓試驗確定地基承載力，

8、以十字板剪切試驗測定軟粘土不排水抗剪強度換算地基承載力值，按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和靜力觸探結(jié)果用經(jīng)驗公式計算地基承載力等。,（二）軟土地基的沉降計算,軟土地基在荷載下沉降變形的主要部分為固結(jié)沉降Sc，此外還包括瞬時沉降Sd與次固結(jié)沉降Ss，如下圖所示。軟土地基的總沉降量S為Sd、Sc、Ss之和。,1固結(jié)沉降Sc,在荷載作用下，軟土地基緩慢地排水固結(jié)發(fā)生的沉降稱為（主）固結(jié)沉降，常用的計算方法如下。,（1）采用ep曲線計算,（2）采用壓縮模量計算,(3)采用elogp曲線計算,2瞬時沉降Sd,瞬時沉降包括土的兩種沉降，一種由地基土彈性變形引起；另一部分是由于軟土滲透系數(shù)低，加荷后初期不能排水固結(jié)，因而土

9、體產(chǎn)生剪切變形，此時沉降是由軟土側(cè)向剪切變形引起。前一部分可用彈性理論公式計算,有時也用Sd(0.20.3)Sc對瞬時沉降進行估算。,3次固結(jié)沉降Ss,長期現(xiàn)場觀測表明，在理論計算的固結(jié)過程結(jié)束后，軟土地基因土骨架的蠕動而繼續(xù)發(fā)生長期(長達數(shù)年以上)的、緩慢的壓縮，稱為次固結(jié)沉降如右圖所示。當(dāng)軟土較厚，含高塑性礦物等較多時，對沉降要求嚴格的建筑物不宜忽視次固結(jié)沉降Ss。,次固結(jié)沉降圖,(三)軟土地基的穩(wěn)定性分析,分析軟土地基上建筑物承受水平推力后，由于地基土抗剪強度低，發(fā)生基礎(chǔ)連同部分地基土在土中剪切滑移失穩(wěn)的可能性。在軟土地基上橋臺、擋土墻等承受側(cè)向推力的建筑物在保證其地基承載力、沉降驗算。

10、同時，應(yīng)進行穩(wěn)定性的分析。,第三節(jié) 換土墊層法,在沖刷較小的軟土地基上，地基的承載力和變形達不到基礎(chǔ)設(shè)計要求，且當(dāng)軟土層不太厚(如不超過3m)時，可采用較經(jīng)濟、簡便的換土墊層法進行淺層處理。即將軟土部分或全部挖除，然后換填工程特性良好的材料，并予以分層壓實，這種地基處理方法稱為換填墊層法。墊層處治應(yīng)達到增加地基持力層承載力，防止地基淺層剪切變形的目的。,換填的材料主要有砂、碎石、高爐干渣和粉煤灰等，應(yīng)具有強度高、壓縮性低、穩(wěn)定性好和無侵蝕性等良好的工程特性。,換填墊層法設(shè)計的主要指標(biāo)是墊層厚度和寬度，一般可將各種材料的墊層設(shè)計都近似地按砂墊層的計算方法進行設(shè)計。,砂墊層,一、砂墊層的設(shè)計計算,

11、(一)砂墊層厚度的確定,一種方法是按彈性理論的土中應(yīng)力分布公式計算。即將砂墊層及下臥土層視為一均質(zhì)半無限彈性體，在基底附加應(yīng)力作用下，計算不同深度的各點土中附加應(yīng)力并加上土的自重應(yīng)力，同時以第二章所介紹的“規(guī)范”方法計算地基土層隨深度變化的容許承載力，并以此確定砂墊層的設(shè)計厚度。也可將加固后地基視為上層堅硬、下層軟弱的雙層地基，用彈性力學(xué)公式計算。,另一種是我國目前常用的近似按應(yīng)力擴散角進行計算的方法。即認為砂墊層以“”角向下擴散基底附加壓力，到砂墊層底面(下臥層頂面)處的土中附加壓應(yīng)力與土中自重應(yīng)力之和不超過該處下臥層頂面地基深度修正后的容許承載力，即：,(二)砂墊層平面尺寸的確定,砂墊層底

12、平面尺寸應(yīng)為：,其中L、B分別為砂墊層底平面的長及寬，一般情況砂墊層頂面尺寸按此確定，以防止承受荷載后墊層向兩側(cè)軟土擠動。,(三)基礎(chǔ)最終沉降量的計算,砂墊層上基礎(chǔ)的最終沉降量是由墊層本身的壓縮量Ss與軟弱下臥層的沉降量Sl所組成，由于砂墊層壓縮模量比較弱下臥層大得多，其壓縮量小且在施工階段基本完成，實際可以忽略不計。需要時Ss也可按下式求得：,二、墊層施工與質(zhì)量檢驗,軟土地區(qū)采用換填地基時，其填筑、壓實的施工及檢測應(yīng)符合公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTJ033-95）規(guī)定。墊層施工應(yīng)嚴格控制墊層材料的顆粒成分和質(zhì)量。在地下水位高于基坑底面時，應(yīng)采取排水或降低水位措施。在基坑挖好經(jīng)檢驗后，應(yīng)迅速進行

13、鋪壓墊層材料，避免坑底暴露過久，或被踐踏、浸水使土結(jié)構(gòu)遭到破壞，強度降低。施工時應(yīng)嚴格保證墊層材料的密實度，應(yīng)選擇合格的鋪壓厚度，確定最優(yōu)含水量。分層壓實可采用機械碾壓、重錘夯實、振動壓實等。要求分層壓實達到設(shè)計要求的壓實度(應(yīng)在90%以上)。 砂墊層的質(zhì)量檢驗，可選用環(huán)刀取樣法或貫入測定法進行，采用應(yīng)達到的干重度或貫入度作為控制指標(biāo)。 墊層材料除砂、砂礫外，也可考慮用石灰土、二灰土(石灰加粉煤灰)、加筋土等，可根據(jù)具體情況因地制宜、就地取材選擇，并正確選用有關(guān)設(shè)計參數(shù)。,第四節(jié) 排水固結(jié)法,飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時，隨著超靜孔

14、隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。,室內(nèi)壓縮試驗說明排水固結(jié)法原理,在建筑場地上先加一個和上部結(jié)構(gòu)相同的壓力進行加載預(yù)壓使土層固結(jié)，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基沉降減少，如進行超載預(yù)壓(預(yù)壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預(yù)壓荷載不應(yīng)大于地基土的容許承載力。,排水固結(jié)法加固軟土地基是一種比較成熟、應(yīng)用廣泛的方法，它可以解決以下兩個方面問題： 1沉降問題：使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生較大的沉降。 2穩(wěn)定問題：加速地基土抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。,土層的排水固結(jié)效果和它的排水邊界條件有關(guān)，粘性土固結(jié)所

15、需的時間與排水距離的平方成正比，土層越厚，加固延續(xù)的時間越長。為加速土層的固結(jié)，最有效的方法是先增加土層的排水途徑，縮短排水距離。然后分級加載預(yù)壓(也可利用建筑物本身重)，使軟土中孔隙加快排出水，地基土固結(jié)沉降加快完成，強度也得到相應(yīng)提高，當(dāng)土質(zhì)條件較好時，也可在天然地基上直接加載預(yù)壓。,一、砂井堆載預(yù)壓法,軟粘土滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預(yù)壓后排水固結(jié)的歷時，對較厚的軟土層，常在地基中設(shè)置排水通道，使土中孔隙較快排出水。可在軟粘土中設(shè)置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設(shè)置橫向排水砂墊層如下圖所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。,砂井堆載預(yù)壓,

16、一、砂井地基的設(shè)計,1砂井的直徑和間距： 砂井的直徑和間距主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。從原則上講，為達到相同的固結(jié)度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細而密”為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為300500mm。砂井的間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特征和預(yù)定時間內(nèi)所要求達到的固結(jié)度確定，間距可按為直徑的68倍選用。,2砂井深度： 砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中的附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當(dāng)軟土不厚（一般為1020m）時，盡量要穿過軟土層達到砂層；當(dāng)軟土過厚（超過20m）,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對以地基抗

17、滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應(yīng)超過最危險滑動面2.0m以上。,3砂井排列： 砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形，在大面積荷載作用下，認為每個砂井均起獨立排水作用。為了簡化計算，將每個砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得一根砂井的有效排水圓柱體的直徑de和砂井間距l(xiāng)的關(guān)系按下式考慮：,等邊三角形布置,正方形布置,4砂井的布置范圍：由于在基礎(chǔ)以外一定的范圍內(nèi)仍然存在壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，所以砂井的布置范圍應(yīng)比基礎(chǔ)范圍大為好，一般由基礎(chǔ)的輪廓線向外增加24m。 5砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應(yīng)超過3%，滲透系數(shù)應(yīng)大于10-3cm/s。,6砂墊層：為了使砂井有良好的

18、排水通道，砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為0.5 m1 m。,二、袋裝砂井和塑料排水板預(yù)壓法,用砂井法處理軟土地基如地基土變形較大或施工質(zhì)量稍差常會出現(xiàn)砂井被擠壓截斷，不能保持砂井在軟土中排水通道的暢通，影響加固效果。近年來普通在砂井的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以袋裝砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不連續(xù)缺點，而且施工簡便、加快了地基的固結(jié)，節(jié)約用砂，在工程中得到日益廣泛的應(yīng)用。,(一)袋裝砂井預(yù)壓法 目前國內(nèi)應(yīng)用的袋裝砂井直徑一般為70120mm，間距為1.0m2.0m(井徑比n約取1520)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等長鏈聚合物編織制成，應(yīng)具有足夠的抗拉強度、

19、耐腐蝕、對人體無害等特點。裝砂后砂袋的滲透系數(shù)不應(yīng)小于砂的滲透系數(shù)。灌入砂袋的砂應(yīng)為中、粗砂并振搗密實。砂袋留出孔口長度應(yīng)保證伸入砂墊層至少300mm，并不得臥倒。 袋裝砂井的設(shè)計理論、計算方法基本與普通砂井相同，它的施工已有相應(yīng)的定型埋設(shè)機械，與普通砂井相比，優(yōu)點是：施工工藝和機具簡單、用砂量少；它間距較小，排水固結(jié)效率高，井徑小，成孔時對軟土擾動也小，有利于地基土的穩(wěn)定，有利于保持其連續(xù)性。,袋裝砂井,(二)塑料排水板預(yù)壓法 塑料排水板預(yù)壓法是將塑料排水板用插板機插入加固的軟土中，然后在地面加載預(yù)壓，使土中水沿塑料板的通道逸出，經(jīng)砂墊層排除，從而使地基加速固結(jié)。 塑料板排水與砂井比較具有如

20、下優(yōu)點： 1，塑料板由工廠生產(chǎn)，材料質(zhì)地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定； 2塑料板重量輕，便于施工操作； 3施工機械輕便，能在超軟弱地基上施工；施工速度快，工程費用便宜。,多孔單一結(jié)構(gòu)型塑料排水板,復(fù)合結(jié)構(gòu)塑料排水板,塑料排水板,塑料排水板施工,施工后的塑料排水板,三、天然地基堆載預(yù)壓法 天然地基堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前，用與設(shè)計荷載相等(或略大)的預(yù)壓荷載(如砂、土、石等重物)堆壓在天然地基上使地基軟土得到壓縮固結(jié)以提高其強度(也可以利用建筑物本身的重量分級緩慢施工)，減少工后的沉降量，待地基承載力、變形達到設(shè)計預(yù)期要求后，將預(yù)壓荷載撤除，在經(jīng)預(yù)壓的地基上修建建筑物。此方法費用較少，但工期較長。如

21、軟土層不太厚，或軟土中夾有多層細、粉砂夾層滲透性能較好，不需很長時間就可獲得較好預(yù)壓效果時可考慮采用，否則排水固結(jié)時間很長，應(yīng)用就受到限制。此法設(shè)計計算可用一維固結(jié)理論。,四、真空預(yù)壓法和降水位預(yù)壓法,真空預(yù)壓法實質(zhì)上是以大氣壓作為預(yù)壓荷重的一種預(yù)壓固結(jié)法。在需要加固的軟土地基表面鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水通道(普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，再用不透氣的封閉薄膜覆蓋軟土地基，使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空泵進行抽氣，使其形成真空，當(dāng)真空泵抽氣時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐漸形成負壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓力差，在此壓力差作用下，

22、土體中的孔隙水不斷排水，從而使土體固結(jié)。,降低水位預(yù)壓法是借井點抽水降低地下水位，以增加土的自重應(yīng)力，達到預(yù)壓目的。其降低地下水位原理、方法和需要設(shè)備基本與井點法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的軟弱土層承受了相當(dāng)于水位下降高度水柱的重量而固結(jié)，增加了土中的有效應(yīng)力。這一方法最適用于滲透性較好的砂土或粉土或在軟粘土層中存在砂土層的情況，使用前應(yīng)摸清土層分布及地下水位情況等。,第五節(jié) 擠(振)密法,一、擠密砂樁法,擠密砂（或砂石）樁法是用振動、沖擊或打入套管等方法在地基中成孔(孔徑一段為300mm600mm)然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、細砂料應(yīng)同時摻入25%35%碎石或卵石，

23、再加以夯擠密實形成土中樁體從而加固地基的方法。對松散的砂土層，砂樁的加固機理有擠密作用、排水減壓作用和砂土地基預(yù)振作用，對于松軟粘性土地基中，主要通過樁體的置換和排水作用加速樁間土的排水固結(jié)，并形成復(fù)合地基，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，改善地基土的力學(xué)性質(zhì)。對于砂土與粘性土互層的地基及沖填土，砂樁也能起到一定的擠實加固作用。,（一）砂土加固范圍的確定,砂樁加固的范圍A(m2)必需稍大于基礎(chǔ)的面積，一般應(yīng)自基礎(chǔ)向外加大不少于0.5m或0.1b(b為基礎(chǔ)短邊的寬度，以m計)。一般認為砂（石）樁擠密地基的寬度應(yīng)超出基礎(chǔ)寬度，每邊寬度不少于13排；用于防止砂土液化時，每邊放寬不宜少于處理深度的1/2，且

24、不小于5m；當(dāng)可液化層上覆蓋有厚度大于3m的非液化土層時，每邊放寬不應(yīng)小于液化層厚度的1/2，并不應(yīng)小于3m。,A1的大小除與加固范圍A有關(guān)外，主要與土層加固后所需達到的地基容許承載力相對應(yīng)的孔隙比有關(guān)。下圖表示砂樁加固后的地基。假設(shè)砂樁加固前地基土的孔隙比為e0，砂土加固范圍為A，加固后土孔隙比為e1。從加固前后的地基中取相同大小的土樣可見，加固前后原地基土顆粒所占體積不變，由此可得所需砂樁的面積A1（m2）,(二)所需砂樁的面積A1,(三)砂樁根數(shù) 確定A1后，可根據(jù)施工設(shè)備的能力，地基的類型和地基處理的加固要求，確定砂樁的直徑d(m)，目前國內(nèi)實際采用的直徑一般為0.30.6m，由此求出

25、砂樁根數(shù)n，則砂樁根數(shù)約為：,(四) 砂樁的布置及其間距,為了使擠密作用比較均勻，砂樁的可按正方形、梅花形布置或等邊三角形，也可以為其他形式，如放射形等。,梅花形：,正方形：,(四)砂樁長度,如軟弱土層不很厚，砂樁一般應(yīng)穿透軟土層，如軟弱土層很厚，砂樁長度可按樁底承載力和沉降量的要求，根據(jù)地基的穩(wěn)定性和變形驗算確定。,（五）砂樁的灌砂量 為保證砂樁加固后地基達到設(shè)計要求的的質(zhì)量，每根樁應(yīng)灌入足夠的砂量Q(kN)，以保證加固后土的密實度達到設(shè)計要求。則每根砂樁的灌砂量為：,由上式計算所得灌砂量是理論計算值，應(yīng)考慮各種可能損耗，備砂量應(yīng)大于此值。,二、夯 （壓） 實 法,夯（壓）實法對砂土地基及含

26、水量在一定范圍內(nèi)的軟弱粘性土可提高其密實度和強度，減少沉降量。此法也適用于加固雜填土和黃土等。按采用夯實手段的不同可對淺層或深層土起加固作用，淺層處理的換土墊層法（第二節(jié)）需要分層壓實填土，常用的壓實方法是碾壓法、夯實法和振動壓實法。還有淺層處理的重錘夯實法和深層處理的強夯法(也稱動力固結(jié)法）。,(一)重錘夯實法 重錘夯實法是運用起重機械將重錘(一般不輕于15kN)提到一定高度(34m)然后錘自由落下，這樣重復(fù)夯擊地基，使它表層(在一定深度內(nèi))夯擊密實而提高強度。它適用于砂土、稍濕的粘性土，部分雜填土、濕陷性黃土等，是一種淺層的地基加固方法。,重錘的樣式：常為一截頭圓錐體，重為1530kN，錘

27、底直徑0.7m1.5m，錘底面自重靜壓力約為1525kPa，落距一般采用2.54.0m。,有效影響深度：重錘夯實的有效影響深度與錘重、錘底直徑、落距及地質(zhì)條件有關(guān)。國內(nèi)某地經(jīng)驗，一般砂質(zhì)土，當(dāng)錘重為15kN，錘底直徑1.15m，落距34m時，夯擊68遍，夯擊有效深度約為1.101.20m，為達到預(yù)期加固密實度和深度，應(yīng)在現(xiàn)場進行試夯，確定需要的落距、夯擊遍數(shù)等。,(二)強夯法 強夯法亦稱為動力固結(jié)法，是一種將較大的重錘(一般約為80400kN，最重達2000kN)從620m高處(最高達40m)自由落下，對較厚的軟土層進行強力夯實的地基處理方法。,特點：夯擊能量大，因此影 響深度也大。并具有工藝

28、簡單，施工速度快、費用低、適用范圍廣、效果好等優(yōu)點。,強夯法適用性：適用于碎石類土、砂類土、雜填土、低飽和粉 土和粘 土、濕陷性黃土等地基的加固，效果較好。對于高飽和軟粘土(淤泥及淤泥質(zhì)土) 強夯處理效果較差，但若結(jié)合夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗粒料，強行夯入 形成復(fù)合地基（稱為強夯置換或動力擠淤），處理效果較好。,加固機理：動力擠密、動力固結(jié)、動力置換。,強夯法的設(shè)計,(1)有效加固深度：強夯的有效加固深度影響因素很多，有錘重、錘底面積和落距，還有地基土性質(zhì)，土層分布，地下水位以及其他有關(guān)設(shè)計參數(shù)等。我國常采用的是根據(jù)國外經(jīng)驗方式進行修正后的估算公式：,（2）強夯的單位夯擊能：,指單位面積上

29、所施加的總夯擊能，它的大小應(yīng)根據(jù)地基土的類別、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小和處理的深度等綜合考慮，并通過現(xiàn)場試夯確定。對于粗粒土可取10004000)KNmm2；對細粒土可取15005000kNmm2。夯錘底面積對砂類土一般為(34)m2，對粘性土不宜小于6m2。夯錘底面靜壓力值可取2440kPa，強夯置換錘底靜壓力值可40200 kPa。實踐證明，圓形夯錘底并設(shè)置可取250300mm的縱向貫通孔的夯錘，地基處理的效果較好。,（3）夯擊次數(shù)與遍數(shù)：,夯擊次數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線以及最后兩擊夯沉量之差并結(jié)合現(xiàn)場具體情況來確定。施工的合理夯擊次數(shù)，應(yīng)取單擊夯沉量開始趨于穩(wěn)定時的累計夯擊次

30、數(shù)，且這一穩(wěn)定的單擊夯沉量即可用作施工時收錘的控制夯沉量。但必須同時滿足：,最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，當(dāng)單擊夯擊能量較大時，應(yīng)不大于100mm，當(dāng)單擊夯擊能大于6000kNm時不大于200mm； 夯坑周圍地基不應(yīng)發(fā)生過大的隆起； 不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。各試夯點的夯擊數(shù)，應(yīng)使土體豎向壓縮最大，而側(cè)向位移最小為原則，一般為515擊。夯擊遍數(shù)一般為23遍，最后再以低能量滿夯一遍。,（4）間歇時間：對于多遍夯擊，兩遍夯擊之間應(yīng)有一定的時間間隔，主要取決于加固土層孔隙水壓力的消散時間。對于滲透性較差的粘性土地基的間隔時間，應(yīng)不小于34周，滲透性較好的地基可連續(xù)夯擊。,（5）夯點布置及間距

31、：夯點的布置一般為正方形、等邊三角形或等腰三角形，處理范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)范圍，宜超出1/22/3的處理深度，且不宜小于3m。夯間距應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)和要求處理的深度來確定。一般第一遍夯擊點間距可取59m，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，以后各遍夯擊點間距可與第一遍相同，也可適減小。,強夯法,強夯法,強夯法,強夯法,強夯法,王曲電廠8000KN.M強夯2,榆次大乘寺2000KN.M強夯,三、振沖法,振沖法主要的施工機具是振沖器、吊機和水泵。振沖器是一個類似插入式混凝土振搗器的機具，其外殼直徑為0.2m0.45m，長25m，重約2050kN，筒內(nèi)主要由一組偏心塊、潛水電機和通水管三部分組成如下圖所示

32、。 振沖器有兩個功能，一是產(chǎn)生水平向振動力(4090kN)作用于周圍土體；二是從端部和側(cè)部進行射水和補給水。振動力是加固地基的主要因素，射水起協(xié)助振動力在土中使振沖器鉆進成孔，并在成孔后清孔及實現(xiàn)護壁作用。,振沖器構(gòu)造示意圖 振沖施工過程,施工方法：振沖器由吊車或卷揚機就位后，打開下噴水口，啟動振沖器，在振動力和水沖作用下，在土層中形成孔洞，直至設(shè)計標(biāo)高。然后經(jīng)過清孔，用循環(huán)水帶出孔中稠泥漿后，向樁孔逐段添加填料(粗砂、礫砂、碎石、卵石等)，填料粒徑不宜大于80mm，碎石常用20mm50mm，每段填料均在振沖器振動作用下振擠密實，達到要求密實度后就可以上提，重復(fù)上述操作直至地面，從而在地基中形

33、成一根具有相當(dāng)直徑的密實樁體，同時孔周圍一定范圍的土也被擠密?？變?nèi)填料的密實度可以從振動所耗的電量來反映，通過觀察電流變化來控制。不加填料的振沖法密實法僅適用于處理粘粒含量不大于10%的粗砂、中砂地基。,適用性：振沖法處理地基最有效的土層為砂類土和粉土，其次為粘粒含量較小的粘性土，對于粘粒含量大于30%的粘性土，則擠密效果明顯降低，主要產(chǎn)生置換作用。,振沖樁方法,振沖樁方法,振沖樁方法,振沖樁方法,振沖樁方法,振沖樁方法,振沖樁方法,第六節(jié) 化學(xué)固化法,化學(xué)固化法是在軟土地基土中摻入水泥、石灰等，用噴射、攪拌等方法使與土體充分混合固化；或把一些能固化的化學(xué)漿液(水泥漿、水玻璃、氯化鈣溶液等)注

34、入地基土孔隙，以改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，達到加固目的。按加固材料的狀態(tài)可分為粉體類(水泥、石灰粉末)和漿液類(水泥漿及其他化學(xué)漿液)。按施工工藝可分為低壓攪拌法(粉體噴射攪拌樁、水泥漿攪拌樁)、高壓噴射注漿法（高壓旋噴樁等）和膠結(jié)法(灌漿法、硅化法)三類，下面分別予以介紹。,一、粉體噴射攪拌(樁)法和水泥漿攪拌(樁)法,深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種新穎方法，它是通過深層攪拌機械，在地基深處就地，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土固化成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的樁體，其與樁間土組成復(fù)合地基。固化劑主要采用水泥、石灰等材料，與砂類土或粘性土攪拌均勻，在土中形成

35、豎向加固體。它對提高軟土地基承載能力，減小地基的沉降量有明顯效果。 當(dāng)采用的固化劑形態(tài)為漿液固化劑時，常稱為水泥漿攪拌樁法，當(dāng)采用粉狀固化劑時，常稱粉體噴射攪拌（樁）法。這兩者的加固原理、設(shè)計計算方法和質(zhì)量檢驗方法基本一致，但施工工藝有所不同。,（一）粉體噴射攪拌法(粉噴樁法),施工方法：通過專用的施工機械，將攪拌鉆頭下沉到預(yù)計孔底后，用壓縮空氣將固化劑（生石灰或水泥粉體材料）以霧狀噴入加固部位的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉(zhuǎn)使粉體加固料與軟土原位攪拌混合，自下而上邊攪拌邊噴粉，直到設(shè)計?；覙?biāo)高。為保證質(zhì)量，可再次將攪拌頭下沉至孔底，重復(fù)攪拌。,優(yōu)、缺點：優(yōu)點是以粉體作為主要加固料，不需向地基注入

36、水分，因此加固后地基土初期強度高，可以根據(jù)不同土的特性、含水量、設(shè)計要求合理選擇加固材料及配合比，對于含水量較大的軟土，加固效果更為顯著；施工時不需高壓設(shè)備，安全可靠，如嚴格遵守操作規(guī)程，可避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染、振動等不良影響。缺點是由于目前施工工藝的限制，加固深度不能過深，一般為815m。,粉體噴射攪拌施工作業(yè)順序,a） 攪拌機對準(zhǔn)樁位；b）下鉆；c）鉆進結(jié)束 d）提升噴射攪拌 e）提升結(jié)束,(二)水泥漿攪拌法（深攪樁法）,施工方法：用回轉(zhuǎn)的攪拌葉將壓入軟土內(nèi)的水泥漿與周圍軟土強制拌和形成水泥加固體。攪拌機由電動機、中心管、輸漿管、攪拌軸和攪拌頭組成，并有灰漿攪拌機、灰漿泵等配套設(shè)備。我國

37、生產(chǎn)的攪拌機現(xiàn)有單攪頭和雙攪頭兩種，加固深度達30m形成的樁柱體直徑60cm80cm(雙攪頭形成8字形樁柱體)。,與粉體噴射攪拌法相比有其獨特的優(yōu)點：1.加固深度加深；2.由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌，因而最大限度利用了原土；3.攪拌時不會側(cè)向擠土，環(huán)境效應(yīng)較小；,二、高壓噴射注漿法,高壓噴射注漿法60年代后期由日本提出的，我國在70年代開始用于橋墩、房屋等地基處理。它是利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定位置后，以20MPa左右的高壓將加固用漿液(一般為水泥漿)從噴嘴噴射出沖擊土層，土層在高壓噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下；與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土中形成一個固結(jié)體。

38、,高壓噴射注漿法按噴射方向和形成固體的形狀可分為旋轉(zhuǎn)噴射、定向噴射和擺動噴射三種。,適用性：高壓噴射注漿法適用于砂類土、粘性土、濕陷性黃土、淤泥和人工填土等多種土類，加固直徑(厚度)為0.5m1.5m，固結(jié)體抗壓強度(325號水泥三個月齡期)加固軟土為(510)MPa，加固砂類土為(1020)MPa。對于礫石粒徑過大，含腐殖質(zhì)過多的土加固效果較差；對地下水流較大，對水泥有嚴重腐蝕的地基土也不宜采用。,三、膠結(jié)法,(一)灌漿法,灌漿法亦稱注漿法，利用壓力或電化學(xué)原理通過注漿管將加固漿液注入地層中，以漿液摻入土粒間或巖石裂隙中的水分和氣體，經(jīng)一定時間后，漿液將松散的土體或縫隙巖體膠結(jié)成整體，形成強

39、度大、防水防滲性能好的人工地基。 灌漿法可分為壓力灌漿和電動灌漿兩類。壓力灌漿是常用的方法，是在各種大小壓力下使水泥漿液或化學(xué)漿液擠壓充填土的孔隙或巖層縫隙。電動化學(xué)灌漿是在施工中以注漿管為陽極，濾水管為陰極，通過直流電電滲作用下孔隙水由陽極流向陰極，在土中形成滲漿通道，化學(xué)漿液隨之滲入孔隙而使土體結(jié)硬。 漿液材料：有粒狀漿液（純水泥漿、水泥粘土漿和水泥砂漿等或統(tǒng)稱為水泥基漿液）和化學(xué)漿液（環(huán)氧樹脂類、甲基丙烯酸脂類和聚氨脂等）兩大類。,(二)硅化法 利用硅酸鈉(水玻璃)為主劑的化學(xué)漿液加固方法稱為硅化法，現(xiàn)將其加固機理、設(shè)計計算、施工扼要介紹如下,1硅化法的加固機理 硅化法按漿液成分可分為單

40、液法和雙液法。單液法使用單一的水玻璃溶液，它較適用于滲透系數(shù)位0.10.2m/d的濕陷性黃土等地基的加固。此時，水玻璃較易滲透入土孔隙，與土中的鈣質(zhì)相互作用形成凝膠，而使土顆粒膠結(jié)成整體，,2硅化法的設(shè)計計算,加固范圍及深度應(yīng)根據(jù)地基承載力和要求沉降量驗算確定，一般情況加固厚度不宜小于3m，加固范圍的底面不小于由基底邊緣按30擴散的范圍。 化學(xué)漿液的濃度，水玻璃溶液自重為1.351.44，氯化鈣為1.201.28，土的滲透系數(shù)高時取高值，滲透系數(shù)低時取低值。,第七節(jié) 土工合成材料加筋法,土工合成材料是合成纖維制品的總稱，它是巖土工程領(lǐng)域中的一種新興的建筑材料，亦稱土工聚合物。6070年代，有紡

41、土工織物開始在我國應(yīng)用于河道、涵閘及防護路基翻漿等工程，80年代初，無紡織物開始在鐵路工程上試用，80年代中期，土工合成材料才在我國的水利、鐵路、公路、軍工、建筑、電力等領(lǐng)域逐漸推廣。 隨著高分子化工業(yè)飛速發(fā)展，合成纖維新品種和高分子合成新型材料不斷出現(xiàn)，已超越了最初土工織物的范疇。目前，土工合成新材料中，具有代表性的有土工格柵、土工網(wǎng)等及其組合產(chǎn)品。在近二十年中，這類材料相繼在巖土工程中應(yīng)用獲得成功，成為建材領(lǐng)域中繼木材、鋼材和水泥之后的第四大類材料，目前已成為土工加筋法中最具代表性加筋材料，并被譽為巖土工程領(lǐng)域的一次“革命”。已成為巖土工程學(xué)科中的一個重要的分支。,土工合成材料分類,一、土

42、工合成材料的排水反濾作用,（一）排水作用,具有一定厚度的土工合成材料具有良好的三維透水特性，利用這一特性可以使水經(jīng)過土工合成材料的平面迅速沿水平方向排走，也可和其他排水材料（如塑料排水扳等）共同構(gòu)成排水系統(tǒng)或深層排水井，如后圖所示土工合成材料埋設(shè)方法。,（二）反濾作用,在滲流出口鋪設(shè)土工合成材料作為反濾層，這和傳統(tǒng)的砂礫石濾層一樣，均可以提高被保護土的抗?jié)B強度。,土工合成材料用于排水過濾的典型實例,二、土工合成材料的加筋作用,(一)用于加固土坡和堤壩 高強度的土工合成材料在路堤工程中有幾種可能的加筋用途： 可使邊坡變陡，節(jié)省占地面積； 防止滑動圓弧通過路堤和地基土； 防止路堤下面發(fā)生因承載力不

43、足而破壞； 跨越可能的沉陷區(qū)等。,土工合成材料加固路堤,(二)用于加固地基,由于土工合成材料有較高的強度和韌性等力學(xué)性能，且能緊貼于地基表面，使其上部施加的荷載能均勻分布在地層中。當(dāng)?shù)鼗赡墚a(chǎn)生沖切破壞時，鋪設(shè)的土工合成材料將阻止破壞面的出現(xiàn)，從而提高地基承載力。當(dāng)受集中荷載作用時，在較大的荷載作用下，高模量的土工合成材料受力后將產(chǎn)生一垂直分力，抵消部分荷載。根據(jù)國內(nèi)新港筑防波堤的經(jīng)驗，沉入軟土中的體積竟等于防波堤的原設(shè)計斷面，由于軟土地基的扭性流動，鋪墊土周圍的地基即向側(cè)面隆起。如將土工合成材料鋪沒在軟土地基的表面，由于其承受拉力和土的摩擦作用而增大側(cè)向限制，阻止側(cè)向擠出，從而減小變形和增大