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1、土力学地基基础土力学地基基础Soil Mechanics and Foundation Soil Mechanics and Foundation Engineering Engineering第九章第九章 软弱地基处理软弱地基处理 第一节第一节 概述概述一、地基处理的目的一、地基处理的目的1 1、建筑物地基面临的问题、建筑物地基面临的问题（1 1）承载力及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承）承载力及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。切破坏。（2 2）沉降、不均匀沉降、水平位移等
2、问题。）沉降、不均匀沉降、水平位移等问题。（3 3）地基的渗透量或水力坡降超过容许值时，会发生水量）地基的渗透量或水力坡降超过容许值时，会发生水量损失，或因潜蚀和管涌而可能导致失事。损失，或因潜蚀和管涌而可能导致失事。（4 4）地震、机器以及车辆的振动、海浪作用和爆破等动力）地震、机器以及车辆的振动、海浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化、失稳荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。这类地基问题也可能分别概括于上述稳定和震陷等危害。这类地基问题也可能分别概括于上述稳定和变形问题中，只不过是由于动力荷载引起的。和变形问题中，只不过是由于动力荷载引
3、起的。2 2、地基处理的目的、地基处理的目的（1 1）地基处理的概念）地基处理的概念 在土木工程建设中，当天然地基不能满足建在土木工程建设中，当天然地基不能满足建(构构)筑筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建工地基，以满足建(构构)筑物对地基的要求，保证其安全与筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用，这种地基加固改良称为地基处理。地基处理的正常使用，这种地基加固改良称为地基处理。地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用
4、以改良地基土的工程特性。等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。（2 2）目的）目的1 1）提高地基土的抗剪强度。）提高地基土的抗剪强度。2 2）降低地基土的压缩性。）降低地基土的压缩性。3 3）改善地基土的透水特性。）改善地基土的透水特性。4 4）改善地基的动力特性。）改善地基的动力特性。5 5）改善持殊土的不良地基特性。）改善持殊土的不良地基特性。二、地基处理方法的分类二、地基处理方法的分类 地基处理方法按地基处理原理进行分类外，还可以按地基处理方法按地基处理原理进行分类外，还可以按下面方法分类：下面方法分类：（1 1）地基处理方法可分为物理的地基处理方法、化学的地）地基处理方法
5、可分为物理的地基处理方法、化学的地基处理方法以及生物的地基处方法；基处理方法以及生物的地基处方法；（2 2）可根据地基处理加固区的部位分为浅层地基处理方法、）可根据地基处理加固区的部位分为浅层地基处理方法、深层地基处理方法和斜面土层处理方法三大类；深层地基处理方法和斜面土层处理方法三大类；（3 3）还可视用途将地基处理方法分为临时地基处理方法和）还可视用途将地基处理方法分为临时地基处理方法和永久地基处理方法两种。永久地基处理方法两种。三、地基处理的特点三、地基处理的特点（1 1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥；能全部发挥
6、；（2 2）每一项地基处理工程都有它的特殊性；）每一项地基处理工程都有它的特殊性；（3 3）地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。）地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。四、常见的地基处理方法四、常见的地基处理方法1 1、换填垫层法、换填垫层法 该法常用于基坑面积宽大和开挖土方较大的回填土方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、松散素工程，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、填土，以及已完成自重固结的冲填土等）填土、杂填土、填土，以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。一般处理深度为与低洼区域的填筑。
7、一般处理深度为2 23m3m。适用于处理。适用于处理浅层非饱和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、浅层非饱和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、素填土和杂填土。素填土和杂填土。2 2、振密、挤密法、振密、挤密法1 1）表层压实法；）表层压实法；2 2）重锤夯实法；）重锤夯实法；3 3）强夯法；）强夯法；4 4）振冲挤密法；）振冲挤密法；5 5）土桩与灰土桩法；）土桩与灰土桩法；6 6）砂桩；）砂桩；7 7）爆破法）爆破法3 3、排水固结法、排水固结法1 1）堆载预压法；）堆载预压法；2 2）砂井法（包括袋装砂井、塑料排水带等）；）砂井法（包括袋装砂井、塑料排水带等）；3 3）真空预
8、压法；）真空预压法；4 4）降低地下水位法；）降低地下水位法；5 5）电渗排水法。）电渗排水法。4 4、置换法、置换法1 1）振冲置换法）振冲置换法(碎石桩法碎石桩法)；2 2）石灰桩法；）石灰桩法；3 3）强夯置换法；）强夯置换法；4 4）水泥粉煤灰碎石桩法）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG(CFG桩法桩法)。5 5、加筋法、加筋法 加筋法的基本原理是通过在土层中埋设强度较高的土加筋法的基本原理是通过在土层中埋设强度较高的土工合成材料、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉工合成材料、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建降、维持建(构构)筑物或土坡稳定。筑物或土坡稳定。1 1）土工合成
9、材料）土工合成材料2 2）土层锚杆）土层锚杆3 3）土钉）土钉 4 4）树根桩法）树根桩法6 6、胶结法、胶结法 胶结法的基本原理是在软弱地基中部分土体内掺入水胶结法的基本原理是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。部分形成复合地基以提高地基承载力和减小沉降。（1 1）灌浆法）灌浆法 （2 2）高压喷射注浆法）高压喷射注浆法 （3 3）水泥土搅拌法）水泥土搅拌法 7 7、冷热处理法、冷热处理法（1 1）冻结法）冻结法 （2 2）烧结法）烧结法 8 8、托换、托换
10、 9 9、纠偏、纠偏 一、换填垫层法一、换填垫层法 当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，基础底面下处理范围内的软弱土层的厚度又不是很大时，基础底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软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称为换填法。处理方法称为换填垫层法
11、，简称为换填法。1 1、垫层的作用、垫层的作用（1 1）提高持力层的承载力）提高持力层的承载力 （2 2）减小沉陷量）减小沉陷量（3 3）加速软弱土层的排水固结）加速软弱土层的排水固结（4 4）防止冻胀）防止冻胀（5 5）消除膨胀土的胀缩作用）消除膨胀土的胀缩作用2 2、垫层材料的选用、垫层材料的选用（1 1）砂石）砂石 砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重30
12、30的碎的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm50mm，并通过试验确，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。（2 2）粉质粘土）粉质粘土 土料中有机质含量不得超过土料中有机质含量不得超过5 5，亦不得含有冻土或，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖材料。当含有碎石时，粒径不宜大于膨胀土，不得夹有砖材料。当含有碎石时，粒径不宜大于50mm50mm。（3 3）灰土）灰土 灰土的体积配合比宜为灰土的体积配合比宜为2:82
13、:8或或3:73:7。土料宜用粉质粘土，。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒直径不得大于过筛，其颗粒直径不得大于15mm15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于其颗粒粒径不得大于5mm5mm。（4 4）粉煤灰）粉煤灰 可用于道路、堆场和小型建筑物、构筑物等的换填可用于道路、堆场和小型建筑物、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.30.5m0.5m。作为建筑物垫层。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求。的粉煤灰应符合有
14、关放射性安全标准的要求。（5 5）矿渣）矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑物、构筑物地基。易受酸、碱影响坪，也可用于小型建筑物、构筑物地基。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。应考虑对地下水和土壤的环境影响。3 3、垫层设计、垫层设计（1 1）垫层厚度的确定）垫层厚度的确定 垫层厚度垫层厚度z z应根据需
15、置换软弱土的深度或下卧土层的应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并结合式承载力确定，并结合式azczzfpp对于矩形基础对于矩形基础（2 2）垫层宽度确定）垫层宽度确定二、预压法固结法二、预压法固结法1 1、堆载预压法、堆载预压法三、挤密法三、挤密法1 1、砂桩挤密法、砂桩挤密法(砂桩砂桩)(densification by sand Pile)(densification by sand Pile)（1 1）概述）概述 砂桩挤密法是用振动、冲击或打入套管等方法，在地砂桩挤密法是用振动、冲击或打入套管等方法，在地基中形成土孔，然后填入中、粗砂，并予以捣实而形成直基中形成土孔，然后填
16、入中、粗砂，并予以捣实而形成直径较大的桩，使地基土在较大的深度范围内得以挤密加固。径较大的桩，使地基土在较大的深度范围内得以挤密加固。砂桩法起源于砂桩法起源于1919世纪世纪3030年代的欧洲，用于在海湾沉积年代的欧洲，用于在海湾沉积软土上建造兵工厂的地基工程中。当时的设计桩长为软土上建造兵工厂的地基工程中。当时的设计桩长为2m2m，桩径为桩径为0.2m0.2m，每根桩承担的荷载为，每根桩承担的荷载为10kN10kN。此后，在长时间。此后，在长时间内由于没有实用的设计计算方法，缺少先进的施工工艺和内由于没有实用的设计计算方法，缺少先进的施工工艺和施工设备而影响了它的发展。施工设备而影响了它的发展。第二次世界大战以后，砂桩法在前苏联得到广泛应用第二次世界大战以后，砂桩法在前苏联得到广泛应用并取得了较大成就。初期，砂桩采用冲孔捣实施工法，以并取得了较大成就。初期，砂桩采用冲孔捣实施工法，以后又采用水冲振动施工法，其缺点都是质量不佳和处理深后又采用水冲振动施工法，其缺点都是质量不佳和处理深度较浅。度较浅。2020世纪世纪5050年代后期，随着振动打桩机的出现又采用年代后期，随着振动打桩机的出
