软土地基处理.doc

i 软土地基处理 ii 目 录 摘 要1 前 言2 第一章 绪 论3 1.1 概 述3 1.2 软土地基3 1.3 常用软土地基处理方法4 第二章 软土地基的浅层处理6 2.1 概 述6 2.2 浅 层 处 理 6 第三章 排水固结法处理软土地基9 3.1 概述9 3.2 排水固结法原理9 3.3 真空预压法10 第四章 土工合成材料加筋法处理软土地基13 4.1 土工合成材料的作用、原理与应用13 4.2 防渗作用及其应用举例15 4.3 防护作用及其应用举例15 4.4 加筋作用16 第五章 挤（振）密法处理软土地基18 5.1 挤密砂桩法18 5.2 重锤夯实法19 5.3 振冲法19 参考文献24 - 1 - 摘 要 土木工程建设中，浅基础软土或软弱地基承载力不足或沉降量大于容许沉降量时， 应采取人工加固处理，这种处理后的地基也有称为人工地基。 本论文主要针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基 土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。这些方法主要包括提高地 基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性， 减少沉降和不均匀沉降；改善其渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性防止液 化，减轻振动；消除或减少特殊土的不良工程特性。 近几十年来，大量的土木工程实践推动了软土地基技术的迅速发展，地基处理的方 法多样化，地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程 领域中一个较有生命力的分支。 本文主要介绍了关于软土地基基础结构进行加固的一些技术措施。 关键词；关键词；软土地基、技术措施、加固处理 - 2 - 前 言 在我国沿江、沿湖、沿海等处广泛分布着软土，而这些地区一般又是经济发达地区， 对公路交通需要迫切，尤其要发展高速公路。因而在高路堤、大型桥梁，大量的涵洞、 通道处软土都给它们带来不同程度的危害。如路基的滑移，开裂，路面起伏不平，桥涵 通道等人工构造物处的跳车颠簸而使这些地区的公路建设者感到非常棘手，要花大 量人力、物力、财力和时间，去进行勘察、测试、设计、科研和施工。若处理不好将会 带来极大的资源浪费。 近年来，随着我国高速公路建设的高速发展，很多地基处理方法在交通工程中得到 了广泛的应用，一些传统的方法被加以改进，一些新材料，新工艺和新的地基处理方法 被开发和应用，并在生产实践中被不断地完善和发展，积累了丰富的经验，使得地基处 理技术水平得到了很大的提高，逐步形成了具有公路软土处理特色的地基处理模式。 本论文主要有针对性的介绍了公路软土地基处理中常用的处理方法，并结合实际的 情况，提出一些新的方法和技术，结合生产的科研成果，应用状况、设计、施工、方法 做了详细介绍。 - 3 - 第一章 绪 论 1.11.1 概概 述述 随着现代工业的发展，在公路建设中已有越来越多的软基处理技术在 各项实际工程中得以应用、推广，尤其在近几十年以来，各种新的工艺更是层出不 穷。一方面，大量现场的应用成果为该领域的研究提供了许多宝贵的实践经验；另一方 面，随着理论研究的不断深入，让我们对于多种地基处理有了更清晰的认识，进而为工 程方案的选择、设计及施工应用提供了可靠的理论举出。正是由于这两方面的相互促进， 使得现代软基处理技术得到了前所未有的发展。 1.21.2 软土地基软土地基 软土是指沿海的滨海相、三角洲、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主 要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于 1） 、天然含水量高（接近或大于液限） 、 压缩性高和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的金钩性。主要包括淤泥、淤泥质土、 冲填土、素填土、杂填土、饱和软粘土以及高压缩性土层等。 1.2.11.2.1 软土的成因及划分软土的成因及划分 软土按沉积环境分类主要有下列几种类型。 1、滨海沉积 1） 、 滨海相：常玉海浪流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒相掺杂，使其不均匀 和及松软，增强了淤泥的透水性能。易于压缩固结。 2） 、泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。 在泻湖边缘，表层常有厚度约 0.3-2.0m 泥潭堆积，底部还有贝壳和生物残骸碎屑。 3） 、三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受 海流与波浪的破坏，分选程度差结构不稳定，多交错成不规则的歼灭层或透镜体夹层， 结构疏松软，颗粒细小。 2、湖泊沉积 湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的 层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为 10m 左右，最后者可达 20m。 3、河滩沉积 - 4 - 主要包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化 大，平面分布不均匀。一般呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般为 10m。 4、沼泽沉淀 分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常处露与地表。下 部分分布有淤泥层或底部与泥炭互层。 1.2.21.2.2 软土地基基础工程应注意的事项软土地基基础工程应注意的事项 软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面、充分注意的问题。从目前国内的 勘察、设计、施工的现状出发，在软土地基上修建公路从基础工程的角度出发，应注意 下列一些事项。 1、要取得具有代表性的地质资料 软土地基上修建高速公路使得设计与施工质量很大程度上取决于地质资料的真实性 和代表性，应认真收集沿线的地形、地貌、水文地质、气象等资料，合理地利用钻探、 触探、十字板剪切等现场综合勘探试方法，做好软土地基各层土样的物理、力学、水理 性质的室内试验，并对上述各项资料进行统计与分析，选择有代表性的技术指标作为设 计和施工的依据。 2、软土地基路堤处治设计应注意的事项： 1) 软土路堤的稳定性分析； 2) 软土路堤的变性分析； 3) 软土地基处理方案的合理选择； 4) 观测和试验。 1.31.3 常用软土地基处理方法常用软土地基处理方法 在软基处理领域，目前所采用的工艺措施很多，因此不同的学者从不同的角度出发 提出了不同的分类方式。我将根据软土地基处理不同加固机理，针对公路路基地基和路 基病害处理，将目前公路中常用的处理方法做了如下分类： 1、置换法 多用于路基局部软弱层和小型构造物地基处理； 2、密实法 多用于大面积路基软弱层处理； 3、加筋法 适用于路基的稳定、防护、绿化； 4、灌浆法 适用于土基及路基病害处理； 5、复合地基法 该方法是目前本领域的研究热点，被广泛应用于多种软基处理 - 5 - 中。 1.3.11.3.1地基处理方案的选择地基处理方案的选择 1.地质勘查 在确定地基处理方法之前，必须收集有关资料，主要包括：详细的工程地质勘察资 料，本地区其它工程和其他地区同类工程应用地基的处理的经验，以及材料和机械设备 的来源情况，其中最重要的是工程地质资料。详细的工程地质勘察资料是判断天然地基 能否满足建筑无对地基要求的重要依据。如果需进行地基处理，详细、准确的工程地质 勘察资料也是确定合理的地基处理方法的主要依据之一。但是有时对于线路地质勘察工 作不够重视，往往为了赶进度、节省费用，而导致地质资料不够详细，精确度不高，造 成地基处理方案过于保守，费用过大。因此在地勘方案的选择，钻探点点位的布设及勘 探深度，土样的试验内容等方面应从工程实际出发，使其更具有代表性、可适用性，并 且，还应尽可能提供小型结构物的地基土工试验报告，对局部不良地质地段应补充钻探 点，对大面积不良地质地段除采取常规的试验检测外，还应补充原位荷载试验等内容。 但是地质勘察的要求应适当，既要把地质条件搞清楚，又应避免要求过高过多，原则上 应争取以最少的勘查工作量，而能满足工程上得需要。对地质勘查，应根据工程的需要 提出明确的要求。 2.地基处理方案的选择 线路地质条件是千变万化的，但总体上课归纳为三种情况： 1)表层软弱地基； 2)浅层软弱夹层地基； 3)深层软弱地基。 对于具体的工程，由于地基条件不同以及工程对地基的要求不同，而且施工机械， 材料来源也因地区和部门不同而有较大的差别，因此，应针对每一具体工程进行细致分 析，从地基条件、处理要求、工程费用、材料、机械设备来源以及工程进度等个方面进 行综合考虑，以确定比较合适的地基处理方法。 - 6 - 第二章 软土地基的浅层处理 2.12.1 概概 述述 高速公路软土地基处理，是关系到能否在计划营运期内保持道路路况良好、保证车 速度及安全运行的关键问题之一。随着我国在软土地基上修建公路的高速公路数量越来 越多，已经积累了相当丰富的经验，对软土处理设计、施工工艺、设备、材料、检测等 手段已逐渐趋于成熟。但由于软土性状千差万别、地质资料代表性的局限及设计参数误 差等因素影响，往往使处理后的效果与设计预想产生较大差异。所以在软土地基的设计 和方案比选中，如何确保地质资料及计算参数的真实准确，因地制宜、恰到好处的选择 处理方案，体现经济、可靠、投资少、效益高的指导原则，是软土地基处理的关键。 各种软基处理方法有其各自的特点，选择原则是可靠实用，尽可能做到既经济又合 理。不是所有的软基都要处理，首先考虑不处理的可能性。如不处理不能满足需要，则 首先选择浅层处理，若不可行才采取深层处理。方案选择时不仅考虑荷载和变形因素， 要综合施工期地表状况、结构物密度、填土高度、施工进度要求、施工季节、当地的设 备、材料、气候条件等因素统筹考虑，广开思路，往往能找到更有效、快速、经济的方 案。 软土地基浅层处理相对于复合地基等深层处理有两个显著特点：（1）处理位置在路 床浅层，水文地质和自然条件差异性较深层地基更大，设计计算模式和参数选择的可靠 性低；（2）浅层处理包含内容繁多，处理方式、材料、设备、工艺等选择余地及组合较 多。所以浅层处理的关键在于全面地了解各种因素，综合比选，找到最佳组合，这也是 浅层处理的难点。选择方案稍有偏差，可能得到相反 的处理结果。 2.22.2 浅浅 层层 处处 理理 软土地基浅层处理是相对于深层排水固结及复合地基而言，指对路床处理深度一般 小于 5.0m 的软土地基，通过表面单一或综合处理方式，达到提高地基抗剪强度和压缩模 量的目的，在上部荷载作用下，却暴露及稳定和减小变形，满足工后沉降要求的处理方 式。 根据路床排水条件及地表土性质的不同，可分为硬壳层的处理及加固、排水垫层及 浅层复合地基等处理方式。 根据材料的不同，可将垫层及置换材料分为砂垫层、山皮石垫石、粉煤灰、灰土、 - 7 - 二灰土、水泥土垫层、干渣垫层及素土垫层等。 按施工方法的不同又可分为以下 6 种。 1、硬壳层补强法 此方法适用于硬壳层有效厚度超过临界厚度时路基相对稳定。通过详细勘察资料， 确定现场硬壳层有效厚度及土层物理力学指标。特别对于粘土硬壳层下卧砂性软土，纵 向排水条件较差、路基填土高度较低（2.5m 以下）及湿陷性黄土地基的处理较为经济适 用。 2、砂石挤淤法 此方法适用于抛石挤淤及砂碎石挤淤，适用于湖塘河底等积水洼地。对于地下水位 高、塘水不易抽干、表面无硬壳，软土液性指数大，厚度薄，片石能下沉至下卧层表面， 宜采用抛石挤淤。一般采用较大的片石（直径不宜小于 30cm） ，抛石从中部开始，逐次 向两旁展开，使淤泥向两边挤出，在片石高出水位 50cm 后，采用重型压实机械碾压、夯 压，然后在其上铺设反滤层以土工格栅后填土；对于软基段沟塘，如淤泥层较厚，无明 显下卧应层难以确定清淤深度，机械无法在塘底操作的条件，宜采用填砂或石屑挤淤。 为保证挤淤后路基稳定，可在坡脚线外填筑土体围堰兼做反压护道及填料的包边土。围 堰排水后，挤淤从中部开始向两旁展开，先在中部开挖清淤槽 3-5m 宽，以保证填料有足 够侧向挤压力。第一层填砂厚度 1.5m 左右，以轻型压路机可稳压为度，两侧挤出的淤泥 在围堰与填砂之间及时清出，塘基稳定后以上填砂 30cm 一层，采用中型压路机碾压，保 证 90%以上密实度。填料高出围堰顶 50cm 后，两侧设置干砌片石及土工布反滤层，并在 砂石面上铺设土工布或土工格栅填土，由于砂石增加了塘底软弱层的透水层的透水性， 塘底淤泥在路堤及砂石荷载下水分迅速渗透入砂石层，加速塘底下层淤泥的固结，可有 效提高地基承载力。 3、垫层法 在软土地基地面上，铺上一层特殊材料，再在其上填筑路堤，称为垫层发。如地表 无硬壳层或透水性硬壳层，垫层材料宜选用砂石等透水性材料，统称为排水垫层。排水 垫层直接铺设在软土地基表面上，使其在软土和填土之间增设一排水面，从而使地基在 填土荷载作用下，加速了地基的排水固结，提高地基强度。垫层厚度以保证不致因沉降 发生断裂为宜，目前多选用 50cm 左右。当软土层为粘性软土或硬壳层，封水条件较好时， 不宜采用透水性垫层，应使用加固垫层，利用垫层强度和刚度，是上部荷载的传递得到 有效调整，减少路床应力并使其分布均匀。其硬化材料多种多样，应以就地取材为原则， - 8 - 体现使用、快速、投资少、效益高的特点。具体材料及处理方式有： （1）级配较好的山皮石废料，最大粒径 20cm，含泥量 5%以下，连续级配，可直接 按 30cm 一层，振压或冲压密实。 （2）原地表翻拌石灰水泥等处理后，地表以上再加铺石灰土，水泥土或二灰土，可 根据地表水或地下水状况选用相应水稳性材料。 （3）高炉混合矿渣或钢渣垫层。材料露天堆放至少一年以上，最大粒径控制 20cm 通过 0.075mm 筛孔的颗粒，塑性指数不宜超过 6，铺筑的矿渣曾顶面可用最大粒径 5cm，最小厚度 10cm 且级配良好的矿渣做封层。压实度用碾压遍数控制。 4、置换法 该法又称换土垫层法，是指将路床顶面以下一定范围的软弱土层利用人工，机械或 其它方法清除，分层置换强度较高的砂、碎石、山坡石，改良土以及其它性能稳定和无 侵蚀性的材料，并振实到要求的密实度。换填深度根据路床承载力及外荷载情况综合确 定，需满足路基稳定及工后沉降指标要求，一般路基填土高度 5m 以下，路床承载力标准 值在 100kpa 以下时，换填 80cm，承载力标准值在 50kpa 以下时，换填 102-150cm。当地 下水位低于换填基底高程，软土透水性差，路堤填土高度在 2.5m 以下时，可采用改良土 等隔水型材料换填。当地下水位高，软土渗水性好，路堤填土高度较大时，宜选用透水 性材料换填以加快软土层固结。置换法通常辅以土工布或土工格栅以扩散应力，减少总 沉降量及工后不均匀沉降。 5、浅层复合地基处理 这种方法是相对于深层水泥搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等复合地基处理方式而言，只 对路基表层 3-5m 的软土地基进行石灰桩、二灰桩、cfg 桩及干振复合桩等方式处理，以 达到桩土共同担上部荷载的目的。浅层复合地基处理对下卧层为非软土地基，地表硬壳 层效应差、排水条件差、挖除换填工作量大、处理范围广及进度要求紧的路床处理特别 适用。 6、固化剂处理湿软地基 有多雨潮湿的平原湿软地区，地基普遍分布大量潮湿粘性土，其含水量高，塑性指 数大，含较多有机质。由于粘粒含量及有机质影响，水泥及石灰等稳定效果较差，处理 后很难达到密实度要求，采用置换法，成本又较高，在这种条件下采用新型粘性土固化 材料稳定过湿土，提高地基承载力具有很强的适应性。在石灰水泥中，添加高性能无机 增强吸水材料改性而成的复合固化材料，可起到强烈吸水、促进土粒砂化，形成针状矿 - 9 - 物加筋作用，能有效降低过湿土含水量，改善压实性，增强稳定土强度、水稳性和抗冻 融能力，达到就地利用不同有机质细粒土处理湿软地基的目的，是浅层软土处理材料新 工艺的发展方向之一。 - 10 - 第三章 排水固结法处理软土地基 3.13.1 概述概述 我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软粘性土。这种土的特点含水量大、 压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。在软土地基上，直接建造建筑物或 进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延 续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳 定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。所以这类软土地通常需要采取加固处理， 排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。 排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。 加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而 发生排水固结。设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加 孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。如果没有加压系统， 排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难 以排出，也就谈不上土层的固结。反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离 长，即使有加压系统，孔隙水排出仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量， 地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。因此，加压和排水系统 是相互配合、相互影响的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可 仅在地面铺设一层一定厚度的砂垫层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以 排水砂垫层，构成排水系统。 排水固结适用于处理各类淤泥，淤泥质土及其它饱和软粘土。对于砂土和粉土地基， 因透水性良好，无需用砂井排水固结处理地基；含水平头砂或粉砂层的饱和粘土，因为 水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。对于泥炭及透水性极 小的流型状态饱和软土，在很小的荷载作用下，地基土就出现较大的剪切蠕变，排水固 结效果极差。 3.23.2 排水固结法原理排水固结法原理 排水固结法就是利用地基排水固结规律，采用各种排水技术措施处理饱和软弱土的 一种方法。地基受压固结时，一方面孔隙比减小，土体被压缩，抗剪强度也相应提高， 另一方面，卸荷再压缩时，固结压力同样增加，而孔隙比减少了，因为土体已由固结状 - 11 - 态变为超固结状态的压缩，抗剪强度也相应有所提高。 排水固结就是利用这一变化规律来处理软弱土地基，主要有两方面问题: 1、沉降问题 预先拟建的建筑物场地上施加一预压荷载，使土层固结，然后卸去预压荷载建造建 筑物，称为预压法，这样由建筑物引起的沉降和沉降差就大大地减小了。 2、稳定问题 利用建筑物荷载作用，促使地基土排水固结引起抗剪强度的增长，提高地基承载力， 控制施工加荷速率，满足建筑物荷载对地基稳定性的要求。 地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。根据固结理论，在达到同一固结度 时，固结所需时间与排水距离的长短的平方成正比，软弱土层越厚，一维固结所需的时 间越长，如果淤泥质土层厚度大于 1020m，要达到较大固结度(u 80%)，所需的时间 要几年至十几年之久。为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径， 缩短排水距离。在天然地基中设置垂直向排水体(砂井或塑料排水带)，在地基处理中，主 要是利用这些加速作用，缩短预压工程的预压期，在短期内达到较好的固结效果，使沉 降提前完成，加速地基土强度增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的 速率，以保证地基的稳定性。如浙江省宁波机场和温州机场，在厚 2040m 的淤泥质粘 土地基上，采用砂井堆载预压建造跑道，效果良好。 3.33.3 真空预压法真空预压法 真空预压法是在地基表面铺设密封膜，通过特制的真空设备抽真空，使密封膜下砂 垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压，加速孔隙水排出，从而使土体固结、强度提 高的软土地基加固法。 真空预压法适用于加固淤泥、淤泥质土和其他能够排水固结而且能形成负超静水压 力边界条件的软粘土。该法早在 50 年代初就已由瑞典的杰尔曼提出，但直至 70 年代末 期一直末能得到广泛应用。1980 年，交通部第一航务工程局科研所在天津新港开展现场 试验研究，解决了实用密封薄膜、抽真空装置及关键施工工艺，使该法达到实用阶段， 并于 1982 年末成功地应用于天津新港软基加固工程中。1983 年该法的研究列入“六五” 国家科技攻关项目 1985 年通过国家技术鉴定，并获“六五”国家科技攻关奖；1987 年 2 月取得国家专利权，并于 1989 年被评为中国专利优秀奖：“七五”期间，该法被列为国 家计委重点推广新技术的第 28 项，同时被列为“七五”期间交通部通达计划推广新 技术项目之一。目前，真空预压法已在港口工程、石油、化工、建筑、公用事业和机场 - 12 - 等工程中得到实际应用，加固面积已超过 150 万平方米，取得了良好的技术经济效果。 3.3.13.3.1 真空预压加固法的特点真空预压加固法的特点 （1）加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随侧向收缩，不会造成侧向挤出，特 别适于超软土地基加固。 （2）一般膜下真空度可达 600mmhg，等效荷重为 80kpa，约相当于 4.5m 堆土荷载； 真空预压荷重可与堆载预压荷重叠加，当需要大于 80kpa 的预压加固荷重时，可与堆载预 压法同时使用，超出 80kpa 的预压荷重由堆载预压补足。 （3）真空预压荷载不会引起地基失稳，因而施工时无须控制加荷速率，荷载可一次 快速施加，加固速度快，工期短。 （4）施工机具和设备简单，便于操作；施工方便，作业效率高，加固费用低，适于 大规模地基加固，易于推广应用。 （5）不需要大量堆载材料，可避免材料运入、运出而造成的运输紧张、周转困难与 施工干扰；施工中无噪音，无振动，不污染环境。 （6）适于狭窄地段、边坡附近的地基加固。 （7）需要充足、连续的电力供应；加固时间不宜过长，否则，加固费用可能高于同 等荷重的堆载预压。 （8）在真空预压加固过程中，加固区周围将产生向加固区内的水平变形，加固区边 线以外约 10m 附近常发生裂缝。因此，在建筑物附近施工时应注意抽真空期间地基水平 变形对原有建筑物所产生的影响。 3.3.23.3.2 真空预压法的机理与基本性能真空预压法的机理与基本性能 真空作用下土体的固结过程，是在总应力基本不变的情况下，孔隙水压力降低、有 效应力增长的过程。 抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体与排水 通道、垫层之间形成压差；在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，孔 隙水压力随之降低、有效应力增长，从而使土体固结压密。这样，地基沉降在预压加固 阶段基本完成，并获得足够的强度。因此，在经过真空预压加固后的地基上施加建筑物 荷载时，既不会发生地基失稳问题，又不会产生有害的残余沉降与差异沉降。 3.3.33.3.3 施工工艺施工工艺 真空预压施工包括以下四个主要部分： （1）采用不透气的密封膜使加固地基与大气隔绝； - 13 - （2）为使土体加速排水固结，在加固地基中设置排水通道（如塑料排水板） ； （3）采用高效率的抽真空装置； （4）为了节能和安全正常运转，需要安装自动控制、记录系统。 3.3.43.3.4 施工注意事项施工注意事项 （1）整平加固区场地，清除杂物，并铺设砂垫层。为避免塑料密封破损，砂垫层表 面不得存留石块及其他尖利杂物。 （2）塑料排水板打设完毕并验收合格后，应及时仔细地用砂垫层砂料把打设时在每 根塑料排水板周围形成的孔洞回填好，否则，抽真空时这些孔洞附近的密封薄膜很容易 破损，造成漏气，从而难以达到和维持要求的真空度。 （3）埋设膜下滤管时，绑扎过滤层的铅丝头均应朝向两侧，切忌朝上。滤管周围须 用砂填定，并用磁盘埋好，埋砂厚度以 5cm 左右为宜。砂料中的石块、瓦砾等尖利杂物 必须清除干净，以免扎破密封膜。 （4）铺膜时须挖沟，挖出的土堆在沟边平地上，不得堆在砂垫层上。还应避免砂粒 滑入沟中。薄膜应事先仔细检查，铺设时四周应放到沟底，但不要拉得过紧。沟中回填 的粘土要密实且不夹杂砂石。 （5）管道出膜处应与出膜装置妥善连接，以保证密封性。膜外水平管道上应接有阀 门。每台射流历史意义和阀门外侧均应装有真空表，使用前应进行试抽检查。 （6）整个真空系统安装完毕后，记录各观测仪器的读数，然后试运转一次。发现漏 气等问题时应及时采取措施补救。 （7）抽真空期间必须保证电力连续供应，不得中途断电，以使真空度在最短时间内 达到并长期维持设计值。 3.3.53.3.5 加固质量与效果检验加固质量与效果检验 真空预压期间，泵上真空度应大于 700mmhg，膜下真空度应大于 600mmhg. 采用以下方法检验真空预压加固效果： （1）钻探取土进行室内土工试验； （2）现场十字板、静力触探等试验； （3）必要时进行载荷板试验。 - 14 - 第四章 土工合成材料加筋法处理软土地基 4.14.1 土工合成材料的作用、原理与应用土工合成材料的作用、原理与应用 4.1.14.1.1 反滤作用反滤作用 1、作用 当土中水流过土工织物时，水可以顺畅穿过，而土粒却被阻留的现象称为反滤(过滤)。 反滤不同于排水，后者的水流是沿织物表面进行的，而不是穿越织物。当土中水从细粒 土流向粗粒土，或水流从土内向外流出的出逸处，需要设置反滤措施，否则土粒将受水 流作用而被带出土体外，发展下去可能导致土体破坏。土工织物可以代替水利工程中传 统采用的砂砾等天然反滤材料作为反滤层(或称滤层)。 用作反滤的土工织物一般是非织造型(无纺)土工织物，有时也可以用织造型土工织物。 2、原理 当水流从被保护土中流入堆石体时，部分细土粒将被水流挟带进入堆石体。在被保 护土一侧的土工织物表面附近，较粗土粒首先被截留，使透水性增大。同时，这部分较 粗粒层将阻止其后面的细土粒继续被水流带走，而且越往后细土粒被流失的可能性越小， 于是就在土工织物的右侧形成一个颗粒逐渐变细的“天然反滤层” 。该层发挥着保护土体 的作用。可见土工织物的存在只是起了促成天然反滤层形成的“催化”作用。 3、应用 1) 减压井或测压管的外裹体； 2) 排水暗管或排水暗沟外面的包裹体； 3) 挡土墙、岸墙等背面排水系统中的滤层； 4) 渠道、堤防、海岸等乱石或混凝土板护面下的滤层； 5) 堤坝内部和下游排水体滤层； 6) 堤坝粘土斜墙和粘土心墙的反滤层。 此外，公路和机场跑道的基层，铁轨下道渣与土基间的隔离层等，也都同时要求反 滤功能。 4.1.24.1.2 排水作用排水作用 1、作用 水利工程中需要将土中水排走的情况很多，例如堤坝工程中降低浸润线位置，以减 - 15 - 小渗流力；挡墙背面排水，以消减水压力，提高墙体稳定性；土坡排水，减小孔隙压力， 防止土坡失稳；隧道和廊道排水，以减轻渗水压力；软土地基排水，以加速土固结，提 高地基承载力等等。传统的排水材料多采用强透水粒状材料，土工织物用作排水时兼起 反滤作用，同时，不致因土体固结变形而失效，它具有施工简便，缩短工期，节约工程 费用等优点。 2、应用 1) 冻胀区用于截断毛细水上升，防止冻害；干旱区防止毛细水上升造成盐碱化； 2) 加速软基固结的排水带或排水板； 3) 挡墙及岸墙后的排水层； 4) 土堤下游坡的排水层； 5) 堤坝防渗土工膜下的排水、排气垫层。 4.1.34.1.3 隔离作用隔离作用 隔离是指在两种物理力学性质不同的材料之间铺设土工合成材料，使它们不互相混 杂。例如将碎石和细粒土隔离，软土和填土之间隔离等等。隔离可以为工程带来许多预 期的良好效应，举简例说明如下： 1) 通过隔离层，引起应力扩散作用，使地基土的沉降量得到一定程度的均化； 2) 隔离提供排水面，加速地基土固结，使承载力提高； 3) 隔离层起整体性作用，可使要求的地基粗粒料支持层的厚度减少，节约建筑材料； 4) 地基中有部分软弱区域，或有小范围洞穴，铺隔离层有架桥作用，以掩盖和减弱 洞穴区或软弱区的影响； 5) 在地下水位较高的地基中，隔离层可以切断毛细水上升，防止盐碱化，或减弱冻 胀； 6) 道路基床中，隔离是防治翻浆冒泥的有效措施； 7) 隔离层还起一定的保温作用。 一种土工合成材料常具有多种功能。利用它作为隔离层，更能说明这一特征，在水 利工程中，经常遇到的是水流从土体中通过，有时要穿越颗粒粗细不同的土层，或从土 体中流出。因此，应用于隔离的材料除要求有一定的强度外，还需要有足够的透水性， 让水流畅通，避免引起过高的孔隙水压力；有足够的保土性，防止形成土骨架的土粒流 失，保证土体稳定性；堤坝坡防护层下的土工织物垫层要保护垫层下的土体不被冲刷带 - 16 - 走，实际上也起到隔离作用。由此看来，隔离功能往往不是单独存在的，它常与排水、 反滤，甚至防护功能连系在一起，难以截然分开。 4.24.2 防渗作用及其应用举例防渗作用及其应用举例 防渗是防止流体渗透流失的作用，也包括防止气体的挥发扩散。日常生活中要求防 渗的事例很多，要修建大量的挡水蓄水、引水和输水等建筑物，更有防渗、防漏的要求。 常见的防渗工程可列举如下： 1) 施工围堰的防渗； 2) 隧道和堤坝内埋管的防渗； 3) 渠道的衬砌防渗； 4) 透水地基上堤坝的水平防渗铺盖和垂直防渗墙。 以往的防渗材料大多为透水性低的粘土、沥青油毛毡和各种涂料，它们的用量大， 施工复杂，还往往出现干裂等质量事故。土工合成材料为防渗材料增加了一种极有前途 的品种，国内外的使用经验证明，土工膜用于防渗效果很好，质量轻，运输方便，施工 简单，造价不高，只要使用得当，在绝大多数情况下，完全可以替代传统的防渗材料。 但是，为了保证土工膜发挥其应有的防渗作用，应该注意一些关键性问题。 1) 土工膜材质。土工膜的原材料有多种，应该根据当地的气候条件等进行适当选择。 例如在寒冷地带，应考虑土工膜在低温下会不会变脆破坏，是否会影响焊接质量；土质 和水质中的某些化学成分会不会给膜材或粘结剂带来不良作用等。 2) 排水、排气问题。铺设土工膜后，由于种种原因，膜下有可能积气、积水，如不 将它们排走，可能因受顶托而破坏。 3) 表面防护。聚合物制成的土工膜容易因日光紫外线照射而降解或破坏，故在储存、 运输和施工等各个环节，都必须时时注意封盖遮阳，特别是在施工过程中，应尽量缩短 其外露时间，原则上应随铺随用土覆盖。 4.34.3 防护作用及其应用举例防护作用及其应用举例 防护作用具有广泛的涵义。为了消减自然现象、环境影响和人类活动对堤坡和岸坡 造成的危害，常要采取适当的防护措施。岸坡防护包括河岸、湖岸、海岸等的防水流冲 刷，波浪冲击等，这类防护措施古已有之，有许多迄今仍在继续采用。传统的防护办法 有利用埽枕、柴排、石笼、抛石保护岸坡或打护坡桩等。它们虽然也能起到护坡的良好 作用，但耐久性较差，常要不断维修。根本的弱点，是它们放在被保护土面上，不具有 反滤功能，受水流冲蚀和潮浪淘刷抽吸的作用，被保护土颗粒容易被水流带走，导致剥 - 17 - 蚀和坍塌。 土工合成材料的发展，为上述岸坡防护提供了新的途径，简单地说，只要在被保护 士面上覆一层有良好反滤性能的土工织物，压上一定盖重，即能有效地保护岸坡不受水 流和波浪等的破坏 不仅如此，土工织物质轻、耐腐、有柔性、整体性强、价廉、施工简便，它们在防 护工程中的推广应用正在迅速发展。其实，这类材料不只有抗水流的能力，它们的产品 之一泡沫塑料板(聚苯乙烯 eps)在工程中还被用于防止土体冻胀。 对其的应用为： 1) 岸坡防冲植被； 2) 水闸、挡墙等防冻胀措施等； 3) 水闸护底； 4) 水库岸坡防护； 5) 水道护底和水下防护。 4.44.4 加筋作用加筋作用 4.4.14.4.1 加筋作用的作用与原理加筋作用的作用与原理 土体一般具有一定的抗压强度，但抗剪强度很低。设想有一块自由土体，即其侧面 上全无约束，在其顶面上施加压力，则在不大的压力下，土体即将被压坏。如果同样的 一块土被放进一个刚性盒中，即其侧面受到完全约束，不可能有横向扩张，则在其顶面 上加压，压力虽然达到很大值，土块也不会被压坏。这个现象阐明了一个简单的道理： 土体受压时，其破坏与否与土的侧向变形大小有关，允许的侧向变形愈小，它能承受的 压力将愈高，所以，要提高土的承受能力，可以从设法减小其侧向扩张着手。 加筋土正是利用了这一原理。在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料，将土 压实后，土与加筋材密切结合成一复合土体(加筋土)，当在复合土体的表面施加荷载，由 于加筋材与周围土之间有较大的摩阻力(有时尚有咬合力)，限制了土的侧向变形，相当于 在土体侧面上施加了约束力。从上面的道理可知，这种复合土体的承压能力理所当然地 得到提高 4.4.24.4.2 加筋材料加筋材料 加筋土中的加筋材料通常采用织造土工织物、土工带和土工格栅等，只有当对强度 和变形要求不高时，才采用非织造土工织物。 从以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受压土体的侧向变形，而限制要 - 18 - 靠土体中的筋材与周围土的相互作用，为此，要求筋材与土之间应结合好，亦即两者之 间应有较高的界面强度(摩擦力与咬合力大)。此外，加筋材料的蠕变性应较低。蠕变性指 材料受不变的拉力下，长度不断伸长的现象。蠕变使筋材承受拉力的能力不断下降。因 此，在目前的加筋材料中，土工格栅的蠕变性较低，是较为理想的加筋材料。 4.4.34.4.3 加筋土应用加筋土应用 1） 、软土地基加固 软土地基上建堤坝的困难在于土的抗剪强度低，承载力不足，压缩性过高。传统的 方法是将填筑速度放得极慢，以待在增加的荷载下软土固结，强度增加；或采取分期填 筑方法；或在堤坝两侧，将填土延伸一定距离，形成戗台或反压马道，以平衡部分促进 滑动的滑动力矩等等。这样，工期会拖得很长，费用高，有时填筑高度仍受到一定限制。 而若在填筑之前，先在场地上预铺一层织造土工织物或土工格栅，对地基进行加固，可 以较好解决这一难题。 2） 、堤坝边坡加筋 堤坝如果将边坡做陡，不仅能减少填土方量，还可节约用地，是一举两得的好事。 如果地基的承载力较高，堤坝不致因坡度过陡而破坏，这时采用土工织物加筋陡坡即可 达到此目的。 3） 、加筋土挡墙 它可以代替混凝土重力式挡墙。其最大优点是对地基的要求比重力式挡墙要低，抗 震性较好。 - 19 - 第五章 挤（振）密法处理软土地基 5.15.1 挤密砂桩法挤密砂桩法 5.1.15.1.1 挤密砂桩法的定义挤密砂桩法的定义 挤密砂桩加固是先在软基中间用冲击法或振动法打孔，灌入砂子并捣实 5.1.25.1.2 加固机理加固机理 对松散砂土，砂桩主要起挤密作用。在沉管法或干振法中，由于在成桩过程中桩管 对周围砂层产生很大的横 向挤压力，迫使桩管处和砂土挤 向桩管周围的砂层，使桩管 周围的砂层孔隙比减小，密实度增大。 对粘性土，砂桩主要起置换和排水等作用。密实的砂桩在软弱粘性土 中取代 了同 体积的软弱粘性土，形成“复合地基 ” ，使承载力有所提高，地基沉降也变小。荷载试 验和工程实践证明，砂桩复合地基承受外荷载时，发生压力 向砂桩集 中的现象，使桩 周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。如果选用砂桩材料时考虑级配，则所制成 的砂 桩是粘性土地基中一个 良好的排水通道，加速了软土的排水固结。 砂桩作为复合地基的加固作用，除了提高地基承载力、减少地基 的沉降量外，还 用来提高土的抗剪强度，增大土坡的抗滑稳定性。不论对疏松砂性土或软弱粘性土，砂 桩的加固作用有：挤密、置换、排水、垫层和加筋等作用。 5.1.35.1.3 施工工艺要点施工工艺要点 1、施工顺序 在松散砂土中，首先施工外围桩，然后施工隔行的桩，对最后几行桩，如下沉桩管 有困难时，可适当增大桩距。 在软弱粘性土中，砂桩成型困难时可隔行施工，各行中的桩也可间隔施工。 2、质量控制 1） 、冲击法成桩。单管法施工时，控制拔管速度为 1.5 至 3m/min，以保证桩身连 续性，而桩直径是以灌砂量来控制；双管法施工时，锤击内管和外管将砂压实，按贯入 度控制，保证桩身的连续性。 2） 、振动法成桩。主要控制拔管的速度，如一次拔管法，拔管 1m 控制在 30 秒内； 逐步拔管法，每次拔起 0.5m，停拔续振 20s。 - 20 - 5.25.2 重锤夯实法重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机将夯锤提高到一定高度，然后自由下落，利用冲击能重复夯 击地基，使地表面形成一层比较密实的硬壳层，从而提高地基表土层的强度。对湿陷性 黄土，可减小表层土的湿陷性。 重锤夯实法适用于地下水距地表面 0.8m 以上稍湿的一般粘性土，砂土，湿陷性黄土 和杂填土等。正式施工前，一般应在建筑地段先行试夯。选定夯锤重量，底面直径，落 距和最优含水量，以便确实夯击的最后下沉量，相应的最少夯遍数和总下沉量。 重锤夯实法的主要机具是起重机和重锤。重锤为一截头的圆锥体，重锤不小于 15kn，锤底直径约为 0.7m1.5m。落距为 2.4m4.5m。 重锤夯实的效果与锤重，锤底直径，落距，夯击的遍数，夯实土的种类和含水量有 密切关系，合理地选定以上参数和控制土的含水量，才能达到好的夯实效果。因此在施 工时，一方面控制土的含水量，使土在最优含水量条件下夯实，另一方面，若夯实土的 含水量发生变化，则可以调节夯实功的大小。一般情况，增大夯实功或增加夯击的遍数 可以提高夯实的效果。根据实践经验，夯实的影响深度约为重锤底直径的一倍左右，夯 实后杂填土地基的承载力基本值可达 100kpa150kpa。地下水水离地表小于 0.8m 或饱和 软土不宜用重锤夯实法。 5.35.3 振冲法振冲法 5.3.15.3.1 概述概述 振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后带动偏心块，使振冲器产生高频振 动，同时开启水泵，由喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉人到 土中预定深度，经过清孔