地基处理讲义综述.doc

地基加固处理讲义（研究生用） 第一章　概述１软弱地基概念各种性质的土都是建筑物最常遇见的地基,在建筑工程中,人们不仅要选择地质条件良好的地基,在许多情况下也不得不在土质不良的软弱地基地区进行工程建设一般所说的软弱地基包括承载力低、沉降量大、具有振动液化性、湿陷性、胀缩性等不良工程性质的地基,包括软土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基，而软土地基应该说是软弱地基中的一种各种软弱地基应做认真考察,必要时进行处理才能满足建筑要求1.1软土地基软土地基指以软土为主,与粉砂、泥炭等一些其他土层相间组成的地基软土具有含水量大、孔隙比大、压缩性高、渗透性差、承载力低的工程性质,呈软塑~流塑状态 国内外对软土均无统一定义，我国铁路、建筑及交通部门对软土的定义也不尽相同 1.我国铁路部门建议下列物理力学指标作为区分软土的界限: ①天然含水量w接近或大于液限: ②孔隙比e>1; ③压缩模量ES < 4000kPa; ④标准贯入击数N63.5 < 2 ⑤静力触探贯入阻力PS <700kPa; ⑥不排水强度Cu<25kPa. 2.我国建设部规定凡符合以下三项特征即为软土: ①外观以灰色为主的细粘土; ②天然含水量大于或等于液限; ③天然孔隙比大于或等于1.00 3.我国交通部行业标准将软土定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土”。

其鉴定标准为: ①天然含水量>35%与液限; ②天然孔隙比>1.0; ③十字板剪切强度<35kPa. Terzaghi和Peck(1967年)将无侧限抗压强度qu小于25kPa的粘土称作“很软的”，而将强度在25~50kPa的粘土称作“软的”而国外一些论文中将不排水抗剪强度小于40kPa的粘性土称为软粘土日本道路公团1987年提出的软土地基的标准如表表1. 1软土地基的标准(1987年日本道路公团)地层泥炭质地基粘土质地基砂质地基层厚<10m>10m-N(标准贯入击数)<4<6<10qu(无侧限抗压强度kPa)< 60<100-qc(荷兰式贯入指数kPa)<800<1200<4000 在德国，软土指“很容易搓捏的土”，相当于软塑状态的土;而将液塑状的土称为“浆糊状土(拳头紧握它时，会从指缝间挤出” 综上所述，软土是指天然强度低、孔隙比大、压缩性高、透水性小的软粘土，有区别于象松砂那样的松软土层1.2冲填土：它是在疏浚江河航道或从河底取土时用泥浆泵将已装在泥驳船上的泥沙，直接或再用定量的水加以混合成一定的浓度的泥浆，通过输泥管送到四周筑有围堤设有排水挡板的填土区内，经沉淀排水后而成。

1.3特殊土：包括湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、季节性冻土等2地基加固处理的意义建筑物的地基所面临的问题有以下4方面:(1)强度及稳定性问题;(2)压缩及不均匀沉降问题;(3)渗漏问题;(4)液化问题当建筑物的天然地基存在上述4类问题之一或其中几个时,都必须采用地基处理措施以保证建筑物的安全与使用地基与建筑物的关系极为密切,地基问题常常是造成工程事故的主要原因地基处理是否合理,关系到整个工程质量、进度和投资,而且是降低工程造价的重要途径之一3地基处理的目的地基处理目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结和加筋等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性，主要表现在: 1.提高地基的抗剪强度地基的剪切破坏主要表现在:由于填土或建筑物使邻近地基产生隆起地基的剪切破坏反映在地基土的抗剪强度不足，因此，为了防止剪切破坏，就需要采取一定的措施以增加地基土的抗剪强度 2.降低地基的压缩性地基的压缩性主要表现在大范围地基的沉降和不均匀沉降;由于填土使地基产生固结沉降地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小因此，需要采取措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基的沉降和不均匀沉降 3.改善地基的渗透特性。

地基的渗透特性表现在地震时饱和松散细砂(包括部分粉土)将产生液化，由于荷载或打桩等原因，使邻近地基产生下沉为此，需要采取措施防止地基液化，并改善其动力特性以提高地基的抗震性能 4.改善特殊土的不良地基特性主要是消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等4地基处理方法分类 地基处理的方法很多，可以从不同角度来分类，一般是根据地基处理的原理来进行分类 1.换土垫层法 当软弱土地基的承载力或变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法，简称为换填法它适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基对软土厚度小于3米的情况，一般可采用全部挖除换填的方法对厚度大于3米的情况，通常只采取部分挖除换填的方法全部挖除换填从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的措施 此种方法可以分为: (1)机械换土法包括机械碾压法、重锤夯实法、振动压实法等他们不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土; (2)爆破挤淤法。

就是将炸药放在软土或泥沼中爆炸，利用爆炸时的张力作用，把淤泥或泥炭扬弃，然后回填以强度较高的渗水性土爆破挤淤是换土的另一种方法，较一般方法换填深度大，工效较高，软土、泥沼均可采用这种方法适用于淤泥或泥炭层较厚，稠度较大，路堤较高和施工期紧迫时包括先爆后填和先填后爆两种方法; (3)抛石挤淤法在路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度，采用这种方法施工，不用抽水，不用挖淤，施工简单这种方法适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳层，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3~4米的软土 (4)砂垫层法按性质分为排水砂垫层和换土砂垫层排水砂垫层是直接铺设在软土地基表面上，使其在填土和软土之间增设一排水面，从而使地基在受到填土荷载作用下，促进地基的排水固结，提高地基的强度换土砂垫层因其厚度较厚，所以有着比排水砂垫层更多的效果:一是代替直接作为基底的软弱持力层，提高地基承载力，二是加速地基排水固结，提高地基抗剪强度2.深层密实法(1)强夯法 强夯法是20世纪60年代末、70年代初首先在法国发展起来的，国外称之为动力固结法，以区别于静力固结法。

它一般是用50t左右的强夯机，将大吨位(100~400KN)的夯锤起吊到6~40米的高度，自由落下，对地基土施加强大的冲击能，在地基土中形成冲击波和动应力，使地基土压密和振密，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性目的近年来用强夯法处理地基的工程较多,有成有败,因而学术界和工程界争论较多强夯法施工设备简单,不需加固材料,费用低、周期短，经济易行和节省材料，有利于环境保护等特点但应注意,强夯法有严格的土质适用范围,主要适用于处理素填土、杂填土、砂土、低饱和度粘土、粉土和黄土地基软土的饱和度接近1,是不宜使用强夯法的,但在有些地区,软土中夹多层松砂,具“千层饼”状构造,为夯击时高孔隙水压力的消散提供了条件,故成功的实例也不少见所以,采用强夯法首先应考虑的是地层构造2)碎石桩法是在砂井基础上发展起来的,与砂井不同的是,碎石桩不仅具有砂井的排水固结作用,而且具有置换挤密作用,故亦称振冲置换法及振冲挤密法振冲置换法适用于不排水抗剪强度大于20kPa的粘性土、粉土、砂土和填土地基;振冲挤密法适用于粘粒含量小于10%的松散砂土或粉土地基对于软土地基,由于软土侧向约束作用微弱,透水性差,高灵敏度的软土被“挤密”破坏了原结构,以致达不到预期的加固目的,故失败的工程亦不鲜见。

所以采用时必须十分慎重,并进行仔细的方案比较3) 3.侧向约束法 在路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋混凝土桩或者设置片石齿墙等，可限制基底软土的挤动，从而保证基底的稳定地基在实行侧向约束后，路堤的填筑速度可不加控制，且较反压护道节省土方，少占耕地，但需耗费一定数量的三材，成本较高此法适用于软土层较薄、底部有较硬土层且施工期紧迫的情况，下卧层面具有横向坡度时尤其适合 4.土工织物加固法 通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等，使这种人工复合的土体，可承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用，以提高地基承载力，减少沉降和增加地基的稳定它适用于各种软弱地基加固法的基本原理是通过土体与筋体间的摩擦作用，使土体中的拉应力传递到筋体上，筋体承受拉力，而筋间土承受压应力及剪应力，使加筋土中的筋体和土体能较好发挥各自的作用5.排水固结法排水固结法是处理软粘土地基的有效方法之一基本原理是软土地基在附加荷载作用下，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对于天然地基，该法或是先在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向排水体，然后利用建(构)筑物本身重量分级逐渐加载;或是在建(构)筑物建造以前，在场地先进行加载预压。

因此，一般排水固结法是由排水系统和加压系统两部分组合而成排水系统目前主要有袋装砂井和塑料排水板等竖向形式，并辅以砂垫层作横向排水体，而加压系统主要利用建筑物本身重量(如路堤填土)逐级加载或利用场外材料加载预压加压系统与排水系统二者缺一不可，没有加压系统，孔隙水不能自然排出，而没有排水系统，孔隙水又不能快速而顺畅地被排出对于高填路段可以利用路堤填土的荷载就可以满足加压要求;对于低填方路段或地基土层为欠固结土时就要考虑采用堆载预压来加速土层的固结这是一种使用多年的方法,至今仍被普遍采用,其主要特点是理论成熟,施工设备简单,费用低如砂井排水法,对于盛产砂料的地区,当是首选方案但由于排水固结法需要预压荷载,且预压时间长,对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以采用的此外,排水固结法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量,对于对沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎重选择大量的实测资料表明,排水固结法的有效处理深度约为12~15m,超过这一深度,孔隙水压力消散相当困难和缓慢,故设计时应加以考虑当地基中有下伏透水层时,排水速度将大大加快近年来,塑料排水板应用日广,施工机械应以静压插板机为好,而实际工程中多采用振动插入法,这对灵敏度高的软土来说,扰动太大,破坏了软土的结构强度。

所以,无论是砂井或塑料排水板,其间距均不易太密它主要适用于处理软粘土、淤泥和淤泥质土等地基但当粘土层与有充足水源补给的透水层相间，有大量地下水流入时，或地质条件比较复杂时，不宜采用 这种方法的加压可分为: (1)堆载法 这种方法是在逐级填筑荷载作用下，地基土体排水固结，产生固结沉降、土体强度增长，地基承载力提高，并可有效减少工后沉降若采用大于工作荷载的预压荷载则称为超载预压超载预压可进一步减小工后沉并可减小次固结沉降一般采用慢速加载法这种加固方法一般适用于压缩性大、透水性好的泥炭地基上在压缩性大，透水性差的软土地基上，单独采用堆载法，一般需要相当长的固结沉降时间，所以对于施工时间较长的工程比较适用;而对于施工时间较短的工程，则须与垂直排水法并用，以加速固结沉降2)降水预压法降低地下水位，使地基中的软弱土。