1、.第第5 5章章地基處理地基處理. 5.1 5.1 概概 述述 一、地基處理的目的一、地基處理的目的（1 1）改善地基的剪切性能、）改善地基的剪切性能、提高地基承載力提高地基承載力及其穩定性。及其穩定性。（2 2）改善地基的變形性質、）改善地基的變形性質、減少其沉降及不均勻沉降變形量減少其沉降及不均勻沉降變形量。（3 3）改善地基的滲透性、加強其滲透穩定性。）改善地基的滲透性、加強其滲透穩定性。（4 4）改善地基的動力特性、提高其抗震性能。）改善地基的動力特性、提高其抗震性能。（5 5）改善地基的不良特性、滿足其工程的需要。）改善地基的不良特性、滿足其工程的需要。. 二、處理對象二、處理對象

2、淤泥和淤泥質土、軟粘土、人工淤泥和淤泥質土、軟粘土、人工填土、細粉砂土和粉土、濕陷性填土、細粉砂土和粉土、濕陷性土、有機質土和膨脹土、多年凍土、有機質土和膨脹土、多年凍土、巖溶、土洞和山區地基等土、巖溶、土洞和山區地基等.1、淤泥土與淤泥質土、淤泥土與淤泥質土淤泥土與淤泥質土簡稱軟土淤泥土與淤泥質土簡稱軟土淤泥淤泥:孔隙比孔隙比 e1.5, wwl (Il1.0)淤泥質土淤泥質土:孔隙比孔隙比 e=1.01.5,wwl (Il1.0)土性土性*高含水量 =4090% 甚至100%*高壓縮性 a 0.53.0MPa-1*高流變性 : 次固結量隨時間增加*低強度 Cu 1.5, wwl (Il1.

3、0)，有機含量有機含量 30%泥炭質土泥炭質土 e=1.01.5, wwl (Il1.0)，有機含量有機含量10-30%*強度低、壓縮性很大強度低、壓縮性很大2、粉細砂、粉土和粉質土粉細砂、粉土和粉質土：易震陷、液化：易震陷、液化3、砂土、砂礫石等砂土、砂礫石等：透水性大、抗滲、防止管涌和流土：透水性大、抗滲、防止管涌和流土4、其他類土、其他類土濕陷性黃土濕陷性黃土：消除濕陷：消除濕陷膨脹土膨脹土：脹縮性：脹縮性紅粘土紅粘土：特殊結構性：特殊結構性巖溶巖溶：塌陷：塌陷. 地基處理方法的分類可有多種多樣。如：按時間按時間可分為臨時處理和永久處理； 按處理深度按處理深度可分為淺層處理和深層處理；

4、按處理土性對象按處理土性對象可分為砂性土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理； 按地基處理作用機理按地基處理作用機理可分為置換、夯實、擠密、排水、膠結、加筋等處理方法。 其中最本質的是根據地基處理作用機理進行分類，其具體分類以及加固原理、適用范圍見表5-1。 三三、地基處理方法分類及應用范圍地基處理方法分類及應用范圍.三三、地基處理方法分類及應用范圍地基處理方法分類及應用范圍 1）換土墊層法 2）振密、擠密法 （1）表層壓實法；（2）重錘夯實法； （3）強夯法；（4）振沖擠密法；（5）土樁與灰土樁法；（6）砂樁；（7）爆破法 3）排水固結法 （1）堆載預壓法；（2）砂井法；（3）真空預壓

5、法；（4）降低地下水位法；（5）電滲排水法. 4）置換法 （1）振沖置換法（碎石樁法）；（2）石灰樁法； （3）強夯置換法；（4）水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁法） 5）加筋法 （1）土工聚合物；（2）加筋土；（3）土層錨桿； （4）土釘；（5）樹根樁法 6）膠結法 （1）灌漿法；（2）高壓噴射注漿法；（3）水泥土攪拌法 7）其他處理法 （1）凍結法；（2）托換法 （3）糾傾技術.四四、 地基處理方法選用原則 技術先進技術先進、經濟合理經濟合理、安全適用安全適用、確保質量確保質量 地基條件 處理要求（處理后地基應達到的各項指標、處理的范圍、工程進度等） 工程費用 材料、機具來源.選擇地基處理方法

6、步驟選擇地基處理方法步驟 （1）根據上部結構及建筑場地條件和環境，初步選初步選定幾種可供考慮的處理方案；定幾種可供考慮的處理方案； （2）對初步選定的各種地基處理方案進行綜合分析，進行技術經濟分析和對比，確定最佳的地基處理方確定最佳的地基處理方案案； （3）對已確定的地基處理方案對已確定的地基處理方案，在有代表性的場地上進行相應的現場試驗或試驗性施工及現場試驗或試驗性施工及必要的測試，以期達到最佳處理效果。.5.2 墊層法 5.2.1概述 1）墊層法定義 當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟軟弱土層的厚度又不是很大時，將基礎底面下處理范圍內的軟弱土層的厚度又不是很大時，將基礎底面下

7、處理范圍內的軟弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強度較大的砂（碎石、弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強度較大的砂（碎石、素土、灰土、爐渣、粉煤灰）或其他性能穩定、無侵蝕性的素土、灰土、爐渣、粉煤灰）或其他性能穩定、無侵蝕性的材料，并壓實至要求的密實度為止材料，并壓實至要求的密實度為止，這種地基處理方法稱為墊層法。.深厚軟土深厚軟土深厚軟土深厚軟土軟土地基軟土地基沉降太大、強度不足沉降太大、強度不足墊層法地基處理墊層法地基處理過程示意過程示意.2）墊層的類型 按常用的墊層材料，可分為 砂墊層 碎石墊層 素土墊層 灰土墊層.3）換土墊層的作用 （1）提高持力層的承載力； （2）減少沉降量； （3

8、）加速軟弱土層的排水固結； （4）防止凍脹； （5）消除膨脹土的脹縮作用。. 1） 墊層厚度的確定墊層厚度的確定 墊層的厚度z應根據需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并符合下式要求： 式中 相應于荷載效應標準組合時，墊層底面處的附加壓力值（kPa）； 墊層底面處土的自重壓力值（kPa）； faz 墊層底面處經深度修正后的地基承載力特征值（kPa）。 墊層厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。5.2.2 墊層設計（以砂墊層為例）zazzczfczcz.b回填土回填土b= b+2ztan dzCZ用試算法確定墊層的厚度z（1）初定z為12m；（2）計算； 、（3）按式 驗算；若不滿足要求，

9、則重新取值，直到滿足要求為止。zczzczazf.墊層底面處的附加壓力值可分別按下兩式計算： 式中 b矩形基礎或條形基礎底面的寬度（m）； l 矩形基礎底面的長度（m）； pk 相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處的平均壓力值（kPa）； 基礎底面處土的自重壓力值（kPa）； z 基礎底面下墊層的厚度（m）； 墊層的壓力擴散角，宜通過試驗確定，當無試驗資料時，可按下表采用。()(2 tan )( 2 tan )kcdzbl pbzlz()2tankcdzb pbz條形基礎條形基礎矩形基礎矩形基礎cd.注 意 墊層厚度的確定僅考慮了應力擴散的作用，忽略了墊層約束作用和排水固結對地基承載力提高的影

10、響，所以實際的承載力比考慮深度修正后的天然地基承載力大。對重要工程，建議通過現場載荷試驗來確定。. 2） 墊層寬度的確定墊層寬度的確定 要求：滿足基礎底面應力擴散的要求滿足基礎底面應力擴散的要求 防止墊層向兩側擠壓防止墊層向兩側擠壓。 常用經驗的擴散角法按下式確定： 墊層底寬 墊層頂寬開挖坡度確定 （便于壓實機械施工、防側向擠壓(淤泥) ） 墊層頂面每邊超出基礎底邊不宜小于300mm。2 tanbbz.3） 地基變形計算地基變形計算 采用換填法對地基進行處理后，由于墊層下軟弱土層的變形，建筑物地基往往仍將產生一定的沉降量及差異沉降量。因此，在墊層的厚度和寬度確定后，對于重要的建筑物或墊層下存在

11、軟弱下臥層的建筑物，還應進行地基的變形計算。 換土墊層后的建筑物地基沉降由墊層自身的變形量和下臥土層的變形量兩部分所構成，即 式中 基礎沉降量(cm)； 墊層自身變形量(cm)； 壓縮層厚度范圍內，自墊層底面算起的各土層壓縮變形量之和(cm)。sss12ss1s2. 4） 墊層材料的選用墊層材料的選用 （1）砂石。宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑礫砂、粗砂、中砂或石屑（粒徑小于2mm的部分不應超過總重的45），應級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質。當使用粉細砂時，應摻入不少于總重30的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50mm。 （2）粉質粘土

12、。土料中有機質含量不得超過5，當含有碎石時，粒徑不宜大于50mm。. （ 3）其他材料如灰土、 粉煤灰、 礦渣等。在有可靠試驗結果或成功工程經驗時，對質地堅硬、性能穩定、無腐蝕性和放射性危害的工業廢渣等均可用于填筑換填墊層。也可由土工合成材料與地基土構成加筋墊層。 注意：注意：砂墊層不宜用于處理濕陷性黃土地基.5） 墊層施工要點 （1）關鍵是如何將砂土加密到設計要求的密關鍵是如何將砂土加密到設計要求的密實度實度。加密方法可采用機械碾壓法、重錘夯實法和平板振動法。應根據不同的換填材料選擇施工機械。 （2）分層鋪填厚度、每層壓實遍數等宜通過試驗確定。一般情況下，墊層的分層鋪填厚度可取200300m

13、m。. （3） 基坑開挖時應基坑開挖時應避免坑底土層受擾動避免坑底土層受擾動。 （4）作好基坑的）作好基坑的排水排水工作，必要時應采取降低地下水工作，必要時應采取降低地下水位的措施。采用振實時，應保證水源補給與位的措施。采用振實時，應保證水源補給與 排水暢通，水排水暢通，水面宜保持與砂面齊平。面宜保持與砂面齊平。 可用作墊層的材料很多，除砂和碎石外，還有素土、可用作墊層的材料很多，除砂和碎石外，還有素土、灰土墊層，以及粉煤灰墊層等。國外還在墊層中鋪設塑料灰土墊層，以及粉煤灰墊層等。國外還在墊層中鋪設塑料網片（加筋）來提高墊層的強度。網片（加筋）來提高墊層的強度。 .5.3 排水固結法 1、 排

14、水固結法加固原理 對天然地基，或先在地基中設置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。.排水固結壓縮與強度變化圖.te2epze1s預壓原理：原位自重應力預壓原理：原位自重應力 s，建筑物附加應力，建筑物附加應力 z, 預加壓力預加壓力 t=(1.21.5) z 變形.強度超固結土超固結土正常固結正常固結. 排水固結法可解決以下兩個問題 （1） 沉降問題沉降問題。使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產生不利的沉降和沉降差。 （2）穩定問題穩

15、定問題。加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩定性。 排水固結法適用于處理淤泥質土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。. 2、排水固結法排水和加壓體系 排水固結法是由排水系統和加壓系統兩部分共同組合而成。1）排水系統水平排水墊層和豎向排水體構成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板。2） 加壓系統即是起固結作用的荷載，它使地基土的固結壓力增加而產生固結。 工程上廣泛使用且行之有效的增加固結壓力的方法是堆載法，此外，還有真空法、降低地下水位法、電滲法和聯合法。.豎向排水體的原理（a）豎向排水（b）砂井地基排水粘性土固結所需時間與排水距離的平方成正比粘性土固結所需時間與排水距離

16、的平方成正比.3、排水固結法的設計、排水固結法的設計 排水固結法的設計：主要是根據上部結構荷載的大小、地基土的性質以及工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確定預壓荷載的大小和預壓時間，使通過預壓，地基能滿足建筑物對變形和穩定性的要求。.砂井布置圖(a)剖面圖(b)正方形布置( c)梅花形布置(d)砂井排水.預壓方法預壓方法（1 1）堆載預壓）堆載預壓（2 2）降水預壓）降水預壓 增加有效應力增加有效應力（3 3）真空預壓）真空預壓 密封層密封層.基坑降水預固結基坑降水預固結設計坑底設計坑底坑底降水深度坑底降水深度D坑底降水線坑底降水線板樁板樁.z降水預壓降水預壓z.真空預壓真

17、空預壓 密封層密封層-u.思考降水預壓和真空預壓不會引起土體破壞，堆載預壓則可能由于速度太快而造成地基破壞，為什么？用填土等外加荷載對地基進行預壓，是通過增加總應力并使孔隙水壓力消散來增加有效應力的方法，降低地下水位和電滲排水法是在總應力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應力的方法。真空預壓是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內外形成氣壓差，該壓力差首先作于于孔隙水和氣上，使水氣排出而有效應力增加，從面粘土層產生固結壓力。降低地下水位、真空預壓和電滲法由于通過減小水氣壓力的作用增大有效應力，水氣壓力各方向相等，因此大小主應力增量一致，莫爾圓的直徑不增加而應力圓整體右移，更遠離強度線，

18、地基不會產生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。堆載法如果加荷快，總應力增加，大小主應力增量不一致（側壓系數小于1，小主應力增量小于大主應力增量），應力圓擴大，不固結不排水剪強度為水平直線，不能承受更大的應力圓作用。因此而破壞。.5.6 強夯法 1.強夯法概念 強夯法是法國人L.梅納（Menard，1969）首創的一種地基加固方法，即用1040噸重錘從820m的高處落下，反復多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。 2.強夯法適用條件 強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。.排洪溝ZX154253.469.13-244.3313.85-239.6

19、115.37-238.0911.21-242.25ZX145253.219.56-243.6510.67-242.5412.84-240.3715.87-237.3410.67-242.540.00=259.00.3.加固效果：加固效果：經強夯后地基的承載力可提高經強夯后地基的承載力可提高25倍，倍，壓縮性可降低壓縮性可降低200500，影響深度，影響深度10m以上。以上。4.強夯機理強夯機理 :強大的夯擊能在地基中產生強烈的應力強大的夯擊能在地基中產生強烈的應力波和動應力對土體作用的結果。波和動應力對土體作用的結果。波波土中土中能能（1）使土孔隙壓密，土體局部）使土孔隙壓密，土體局部液化液化

20、（2）夯點周圍產生大量裂縫，）夯點周圍產生大量裂縫，良好排水通道良好排水通道（3）各種顆粒成分在結構上）各種顆粒成分在結構上重新排列重新排列轉化轉化傳入傳入.5. 設計 （1）有效加固深度 Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度 式中 X有效加固深度（m）； M夯錘質量（t）； h落距（m）； m修正系數，根據不同土類選用。 影響有效加固深度的因素影響有效加固深度的因素除夯錘重和落距外，還有單擊夯擊能、夯擊次數、錘底單位壓力、地基土的性質、不同土層的厚度、埋藏順序和地下水位等。對于同一類土，采用不同能量夯擊時，其修正系數并不相同，采用確定的修正系數，并不能得到滿意的結果。因此建筑地基處理

21、技術規范不采用修正后的梅納公式，而是采用了表格形式，建議了有效加固深度的取值范圍。Xm Mh. （2） 處理范圍 強夯處理范圍應大于建（構）筑物基礎范圍，每邊超出基礎外緣的寬度宜為基底下設計處理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。 （3） 承載力確定 強夯地基承載力特征值應通過現場載荷試驗確定，初步設計時也可根據夯后原位測試和土工試驗指標按現行國家標準建筑地基基礎設計規范GB50007有關規定確定。.復合地基理論復合地基理論 一、復合地基的概念一、復合地基的概念 復合地基是由復合地基是由基體基體（天然地基土體）和（天然地基土體）和增強體增強體（樁體或帶形體）兩部分組成，共同承受上部結（樁體或

22、帶形體）兩部分組成，共同承受上部結構荷載并協調變形的人工地基。構荷載并協調變形的人工地基。.二、復合地基二、復合地基有兩個基本特點：有兩個基本特點： （1 1） 復合地基是復合地基是由兩種剛度（或模量）不同的材料由兩種剛度（或模量）不同的材料（增強體和基體）兩部分組成（增強體和基體）兩部分組成，是非均質和各向異是非均質和各向異性的；性的；（2 2） 復合地基在荷載作用下，復合地基在荷載作用下，基體和增強體共同承基體和增強體共同承擔荷載并協調變形擔荷載并協調變形。區別于樁基礎。區別于樁基礎。區別于均質地基區別于均質地基.三、復合地基的分類三、復合地基的分類按成樁材料分類1）散體材料樁：如砂樁、碎

23、石樁、礦渣樁等；2）水泥土類樁：水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等；3）混凝土類樁：CFG樁、樹根樁、錨桿靜壓樁等。按成樁后樁體的剛度（或強度）分類1）柔性樁：散體材料類樁；2）半剛性樁：水泥土類樁；3）剛性樁：混凝土類樁。3.按增強體的方向分類1）豎向增強體復合地基：由不同材料形成不同強度樁體的復合地基。 2）橫向增強體復合地基： 由土工合成材料、金屬材料格柵等形成的復合地基。 . 四、復合地基作用機理四、復合地基作用機理（1 1） 樁體作用。樁體作用。（2 2） 排水固結作用。排水固結作用。（3 3） 擠密作用。擠密作用。（4 4） 加筋作用。加筋作用。.復合地基的基本概念sdd1.面積置換率m正方

24、形布樁等邊三角形布樁eAepAAm pAsssssseA一根樁體的橫截面積一根樁體的橫截面積一根樁體的加固面積一根樁體的加固面積eAs08. 1.2.樁土應力比nspppn 基礎剛性時，樁與樁間土沉降一致，但模量不一致，因此荷載向樁體集中，樁體所受壓力pp大于基底平均壓力p，樁間土的壓力ps小于p。柔性樁（散體材料樁），n=24 如：振沖碎石樁半剛性樁， n=312 如：水泥土樁，旋噴樁.5.4 5.4 深層水泥攪拌法深層水泥攪拌法 水泥攪拌樁法水泥攪拌樁法是以水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌是以水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，將固化劑（漿液或粉體）和地基土強制攪拌，由固機械，將固化

25、劑（漿液或粉體）和地基土強制攪拌，由固化劑與軟土間所產生的一系列物理和化學反應，使軟土硬化劑與軟土間所產生的一系列物理和化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體的地基處理結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體的地基處理方法。方法。(CDM法法).深層攪拌的工藝流程圖.水泥攪拌機水泥攪拌機.三軸水泥攪拌機三軸水泥攪拌機.加固的機理 (1)(1)水泥的水解和水化反應。水泥的水解和水化反應。 (2)(2)離子交換和團粒化作用。離子交換和團粒化作用。 (3)(3)硬凝反應。硬凝反應。 .水泥土樁的計算skpaspkfmARmf)1 ( pcuaAfR復合地基承載力特征值P216pa

26、ppsaaqAluqR.5.5 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法P219 高壓噴射注漿法，它是利用鉆機把帶有噴嘴的高壓噴射注漿法，它是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定位置后注漿管鉆進至土層的預定位置后, 高壓脈沖泵高壓脈沖泵（工作壓力在（工作壓力在20MPa以上），將水和水泥漿液以上），將水和水泥漿液通過鉆桿下端的噴射裝置形成通過鉆桿下端的噴射裝置形成高壓射流高壓射流噴射出噴射出來來, 沖擊破壞土體沖擊破壞土體, 同時鉆桿以一定速度漸漸向同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升上提升,使使漿液與土粒強制攪拌混合漿液與土粒強制攪拌混合, 漿液凝固漿液凝固后在土中形成后在土中形成水泥土加固體水泥土加固

27、體的地基處理方法。的地基處理方法。 5.5.1基本原理與噴射漿的類型基本原理與噴射漿的類型.噴射注漿施工順序a-開始鉆進開始鉆進b-鉆進結束鉆進結束c-高壓懸噴開始高壓懸噴開始d-噴嘴邊噴嘴邊旋轉邊提升旋轉邊提升e-懸噴結束懸噴結束.高壓旋噴注漿三種型式高壓旋噴注漿三種型式單單噴噴管旋噴注管旋噴注漿漿(漿液漿液)二重二重噴噴管旋噴注漿管旋噴注漿(漿液漿液+氣體氣體)三重噴管旋噴注漿三重噴管旋噴注漿(水水+氣體氣體+漿液漿液).高壓高壓噴射注漿三種型式三種型式1.旋轉噴射注漿；旋轉噴射注漿； 旋噴法旋噴法2.定向噴射注漿；定向噴射注漿； 定噴法定噴法3.搖擺噴射注漿；搖擺噴射注漿； 擺噴法擺噴法

28、.(1)復合地基承載力：計算公式同水泥土樁.5.5.2噴射注漿的應用設計噴射注漿的應用設計1. 應用形成樁體加固地基形成防滲帷幕提高地基抗滲性。2.設計skpaspkfmARmf)1 ( （2）復合地基的沉降：確定復合壓縮模量。)385()1 (spspEmmEE.5.7 振沖法 振沖法振沖法是是指采用振動、沖擊或水沖等方指采用振動、沖擊或水沖等方式在地基中成孔后，再將碎石、砂或砂式在地基中成孔后，再將碎石、砂或砂石擠壓入已成的孔中，形成砂石所構成石擠壓入已成的孔中，形成砂石所構成的密實樁體，并和原樁周土組成復合地的密實樁體，并和原樁周土組成復合地基的地基處理方法。基的地基處理方法。.設備設備

29、：振沖器：振沖器d=270420mm,l=23m, G=820KN原理原理:振振:偏心輪偏心輪旋轉旋轉,振動加密振動加密,使使顆粒移動顆粒移動沖沖:高壓水從中高壓水從中間穿過間穿過,土顆粒振土顆粒振浮液化固結浮液化固結.振沖擠密和振沖置換砂土地基砂土地基-利用振沖器沖切下沉使砂土利用振沖器沖切下沉使砂土擠密擠密，形成振沖擠密砂樁，形成振沖擠密砂樁粘性土地基粘性土地基-利用振沖器振沖成孔，利用振沖器振沖成孔，置換置換碎石并碎石并振密振密形成振沖碎形成振沖碎石樁。石樁。適用范圍適用范圍 振沖碎石樁法適用于處理不排水抗剪強度不小于振沖碎石樁法適用于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的粘土、粉土、砂土、飽和黃土和人工填土地基。的粘土、粉土、砂土、飽和黃土和人工填土地基。 注：注： 振沖碎石樁復合地基承載力承載力特征值應通過現場復振沖碎石樁復合地基承載力承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時也可用單樁和處理后樁間土承合地基載荷試驗確定，初步設計時也可用單樁和處理后樁間