（土木工程专业论文）地基处理选择与桩基选型研究.pdf

摘要 地基基础工程不仅对高层建筑的安全及建成后的正常使用至关重要，而且所 占的造价比重和工期比重均较大，科学合理的选用地基基础方案对工程建设有着 重要的意义。 本文详细介绍了多种常见地基处理形式、桩基类型，及其适用的地质条件和 工程情况。引用多个工程实例，对其桩基选择过程巾的施工质量、施工工期、工 程造价、环境影响等因素进行分析比较，归纳出地基基础方案选择的三种主要方 式。 在实际工程中，从提出多种可行性方案到最终确定方案，并没有统一的模式， 通常是定性或定量的分析比较几个关键因素：成本大小、工期长短、质量验收能 否合格。经建设单位进一步论证后即确定最终方案。 最后，通过本人所在项目的桩基工程，详细地介绍从工程地质勘察，方案设 计，专家论证，桩基选型，桩基施工，检测验收的桩基实现过程。该工程桩基调 整后，不仅节省了大量的工程成本，而且便于后期的桩基施工，再次证明了合理 的选用桩基型式为工程建设带来了巨大的经济效益和社会效益。 展望未来，随着科学技术的发展和工程实践的深入，各种地基处理和桩基工 程的新材料、新技术、新理论的不断涌现，必将为地基处理、桩型的选用提供了 更广泛的选择空间、节省更可观的成本。 关键词：地基处理；桩基选型；桩基施工 a b s t r a c t f o u n d a t i o ne n g i n e e r i n gi sc r i t i c a ln o to n l yf o rt h es a f e t yo fc o n s t r u c t i o nb u ta l s o f o rt h eu s eo fb u i l t - u ph i g h r i s eb u i l d i n g s i ti sa c k n o w l e d g e dt h a tt h ec o n s t r u c t i o n c o s ta n dt h ec o n s t r u c t i o np e r i o do ff o u n d a t i o nt a k eag r e a tp r o p o r t i o n s ot h e c o n s t r u t i o no fah i g hr i s eb u i l d i n gn e e d sas c i e n t i f i c a l l yr a t i o n a lf o u n d a t i o nt r e a t m e n t s c h e m e t h i sp a p e rd e s c r i b e sav a r i e t yo fc o m m o nf o r m so fg r o u n dt r e a t m e n t ，f o u n d a t i o n t y p e ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n ga p p l i c a t i o no fg e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n de n g i n e e r i n g s i t u a t i o n b yc i t i n ge x a m p l e so ft h ev a r i o u sp r o j e c t s ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h em a i n f a c t o r si nt h ep r o c e s so ft h ep i l ef o u n d a t i o nc h o i c e ，s u c ha sc o n s t r u c t i o nq u a l i t y , c o n s t r u c t i o np e r i o d ，c o n s t r u c t i o nc o s ta n de n v i r o n m e n t a li m p a c t s ，t h e ni tc o n c l u d e s t h r e em a i nm e t h o d st oc h o o s ef o u n d a t i o nt r e a t m e n ts c h e m e i np r a c t i c a lp r o j e c t s ，t h e r ei sn ou n i f i e dm o d ef r o mf o r m i n gf e a s i b l es c h e m e st o d e t e r m i n i n gt h ef i n a ls c h e m e g e n e r a l l y , i tn e e d sq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s a n dc o m p a r e ss e v e r a l k e yf a c t o r s ：c o s t ，p e r i o d ，q u a l i t y t h e f i n a ls c h e m ei s d e t e r m i n e da f t e rf u r t h e rd e m o n s t r a t i o nb yc o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o n s i nt h i sp a p e r , t h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ep i l e ，t h ea u t h o rh a sp a r t i c i p a t e di n ，i s d e t a i l e d l yi n t r o d u c e di n c l u d i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o n ，e x p e aj u d g m e n l p i l es t y l es e l e c t i o n ，t e s ta n da c c e p t a n c e t h ec o n s t r u c t i o nc o s t sw a ss u b s t a n t i a l l y r e d u c e d ，a n dp i l ec o n s t r u c t i o nw a sc a r r i e dt h r o u g hs m o o t h l y t h i sp r o j e c ta g a i n p r o v e st h a tr e a s o n a b l yc h o o s i n gt h es u i t a b l ep i l es t y l ec a nb r i n ge c o n o m i cb e n e f i t s a n ds o c i a lb e n e f l t s f o r e c a s t i n g t h ef u t u r e 、析t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n d e n g i n e e r i n gp r a c t i c e s ，n e wm a t e r i a l s ，n e wt e c h n o l o g y , n e wt h e o r yc o n t i n u o u s l y a p p e a r , w h i c hw i l lc e r t a i n l ye n l a r g et h es p a c eo ff o u n d a t i o nt r e a t m e n ta n dp i l e s e l e c t i o n , a n dt h a tm u c hm o r ec o n s i d e r a b l ec o s t sw i l lb er e d u c e d k e yw o r d s ：f o u n d a t i o nt r e a t m e n t ；f o u n d a t i o ns e l e c t i o n ；p i l ec o n s t r u c t i o n 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为( ) 课题( 组) 的研究成果，获得() 课题( 组) 经费或实验室的资助， 在() 实验室完成。( 请在以上括号内填写课题或课题 组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。) 声明入( 签名) ：材蟊递 7 9 。 年彦月i o 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书馆 及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博 士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘 要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于 年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ：才方参也 z 9 夕呵年勿月f 口日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景与意义 选择地基处理、桩基选型作为研究对象，是由于笔者在几年的工程实践中， 曾遇到过几起因桩基类型选用不同而影响到了工程造价几十万、甚至几百万增减 的事例，这是让笔者惊讶的。在2 0 0 7 年，笔者参与施工管理的一个项目里，因 为设计阶段未能合理的选用桩型，而使建设单位多花费了几十万的桩基赔偿，更 严重的是影响到了工程的施工质量和工期。具体如下： 该工程上部主体3 2 层，地下室2 层，桩基采用p h c 预应力管桩，拟建场 地底层结构较为复杂，以强风化层为桩基持力层，层面起伏及厚度变化较大。在 桩基施工过程中，出现了因部分强风化层较浅，导致部分桩长只需要三五米， 而进场最短的短桩也有七米，还需要砍掉三四米，而原合同以管桩有效长度进行 结算，管桩的有效长度为桩顶标高( 各承台底垫层面加1 0 0 m m ) 至桩底标高的 长度。这样施工单位就亏了很多，施工单位屡次停止施工，最后只能补充协议， 使桩基工程得以继续施工。 原合同工程结算方式如下： 1 以管桩有效长度进行结算，管桩的有效长度为桩项标高( 各承台底垫层 面加1 0 0 m m ) 至桩底标高的长度； 2 工程桩巾5 0 0 1 0 0 a 以1 6 0 元米、由5 0 0 1 2 5 a 以1 7 3 元米、由5 0 0 1 2 5 a b 以1 8 3 元米、空孔( 送桩) 以2 3 元米包干，以上综合单价包括一切取费，已计 取包干系数，属国家政策性调整也不做任何调整，市场材料价格、人工费、机械 费涨价也不做调整。( 以上综合单价包括材料费、机械费、人工费、管理费、利 润、劳保费、税金、规费、风险费及桩尖、压桩、送桩、接桩、地质变化、雨天 场地处理、桩机调面、试桩、打桩机械进退场、场地平整、压桩施工道路的铺设 等费用及其他一切费用，并保证达到图纸要求的桩长度，桩底标高( 不含桩尖) 以现场监理、甲方签证为依据。) 工程结算方式： 地摹处理选择与桩基选型研究 桩基工程竣工结算总价= 桩基每米综合单价桩基的有效长度 后来甲乙双方就桩基工程达成补充协议主要部分如下： 1 由乙方自行解决加长送桩杆的问题：送桩杆长度不小于1 5 m ( 费用由乙 方自行处理) 。 一 2 桩长计算为有效桩长( 桩顶到进入承台或底板l o o m ) ，另增1 5 m ( 即有 效桩长+ 1 5 m ) ，超过1 5 m 部分的费用由乙方自行承担。 3 所打桩按实际桩长，各桩送桩不得少于8 m 。 工程的结算由两部分组成： 桩基工程竣工结算总价= 无砍桩部分桩基结算价+ 砍桩部分桩基结算价 其中：无砍桩部分桩基结算价手桩基每米综合单价桩基的有效长度 砍桩部分桩基结算价= 桩基每米综合单价( 桩基的有效长度+ 1 5 ) 由上面结算方式我们可以知道，对于对于那些砍掉长度在0 1 5 m 之间的 桩，甲方要按照数量进行赔偿。另外，由于进入土层三、四米的短桩，会影响整 栋楼的抗震性能，甲方还必须邀请设计院进行技术处理，也要一定的设计费。后 来了解到，如果能在基坑开挖以后能合理使用部分人工挖孔桩，可以为工程节约 大量的成本。 另一个也是笔者曾参与的桩基选型过程( 具体详见第2 3 1 节中的p h e 一甲 方决策) ，应甲方的要求，本桩基工程从大直径冲( 钻) 孔灌注桩改用静压高预 应力管桩。按定额价进行计算，为工程节省了约6 0 0 万元的造价。 能为工程建设节省巨大成本的内容是需要了解和研究的，这样也足本论文研 究的目的为工程建设节省成本。笔者在了解和查询桩基资料的时候，接触了 很多关于地基处理的文献，了解到地基处理方法种类繁多，若能科学合理的选择 地基处理方法，也可以非常显著地节省工程成本、提高工程质量、缩短工程工期， 优化整个地基基础工程的施工建设。 本论文希望通过对地基处理选择、桩基选型进行研究，可以总结出地基处理 选择、桩基选型的规律和经验，使之更好的服务于工程建设，让地基基础工程的 成本更低、质量更好、工期更短。这也是本论文研究的意义。 2 第1 章绪论 1 2 研究对象的现状与前景 1 地基处理技术的现状与前景 地基处理在我国有着悠久的历史，历史上有采用竹子、木头以及麦秸等材料 加固地基的史料记载。新中国成立后，特别在近2 0 年来地基处理得到了迅猛发 展。近5 0 年来我国地基处理技术的发展大体经历了以下两个阶段【1 】： 第一阶段：2 0 世纪5 0 年代至6 0 年代被视为起步应用阶段，这一时期从前 苏联引进了大量的地基处理技术。使用最广泛的足垫层等浅层处理法，另外，砂 石垫层、砂桩挤密、石灰桩、灰土桩、化学灌浆、重锤夯实、预浸水法及井点降 水等地基处理技术也大量的应用于工业民用建筑。 第二阶段：2 0 世纪7 0 年代至今，地基处理处于一个新的应用、发展、创 新阶段。大批国外先进技术被引进、开发，并结合我国自身特点，初步形成了具 有中国特色的地基处理技术及其支护体系，在许多领域上已经达到了国际先进水 平，现在对此发展趋势做一下介绍： ( 1 ) 大直径灌注桩 2 0 世纪7 0 年代巾后期，大直径灌注桩陆续在广洲、深圳、北京、上海、 厦门等大城市应用于高层和重型构筑物地基处理，8 0 年代 - 9 0 年代初已普及到 全国数以百计的大中城市及新兴开发区，广泛应用于软土、黄土、膨胀土、特殊 土地基。 ( 2 ) 复合地基 石灰桩、碎石桩、高喷注浆、深层搅拌、真空预压、动力固结、塑料排水板 法等得到了广泛的研究和应用利用工业废渣、废料及其城市建筑垃圾处理地基的 研究取得了可喜的进步，譬如采用粉煤灰、生石灰开发成二灰复合地基，又如利 用废钢渣开发成了钢渣桩复合地基，利用城市建筑垃圾开发成了渣土桩复合地基 等等。这些项目的开发利用，不仅能节约大量资源、降低建设费用，同时为改善 环境、减少城市污染开辟了新的途径。 ( 3 ) 托换技术 托换技术分加固和纠偏托换两类。前者常采用的有微型钢筋混凝土灌注桩、 锚杆静压桩、一般灌注桩及旋喷等措施。后者是一种将已影响建筑物正常使用的 不均匀沉降或倾斜纠正过来的特殊的地基处理手段。近十几年来由于掏土纠偏技 地基处理选择j 桩摹选型研究 术的应用发展，大量条形、筏式基础和桩基础的倾斜建筑物得到了奇迹般的纠偏， 保障了建筑物的安全，节省你了大量的建设资源，在已建工程的地基处理中有着 广阔的应用前景。 ( 4 ) 大刚度柔性桩复合地基 其主要途径是通过提高桩体材料的强度或刚度来实现提高复合地基的承载 力。在这一领域，先后开发了碎石、水泥、粉煤灰以及水泥、赤泥、碎石和水泥、 粉煤灰、生石灰、砂石桩等复合地基、使得工业废料得到综合利用。有效地降低 了成本费用。 ( 5 ) 大桩距的较短钢筋混凝土疏桩复合地基 大桩距的较短钢筋混凝土疏桩复合地基足一种介于传统概念上的桩基与复 合地基之间的新型地基基础形式。采用桩基疏布，使得桩间土的承载作用得到充 分发挥，使桩与土共同承受上部结构荷载，从而有效地将建筑物沉降控制在允许 范围内。尽管疏桩基础设计理论有待完善，但推动这一新型基础形式的广泛应用。 ( 6 ) 人工挖孔桩设计成空心桩 近年来我国部分城市地研制开发了将人工挖孔桩设计成空心桩这在国外是 没有的，与实心桩相比，该桩型可节省混凝土5 0 以上，仍可满足强度要求， 同时能减少废土外运，施工便捷、工艺安全、结构合理，具有良好的应用前景。 ( 7 ) 钻孔压浆成桩法 钻孔压浆成桩法基本原理是用螺旋钻杆钻至预定深度后，从钻具内管底端以 高压喷射出水泥浆，边喷边提钻杆，直至浆液达到无坍孔预定深度，再提钻具， 投置钢筋笼、骨料。然后通过附着于钢筋笼的通水管，由孔底自下而上以高压补 浆而成桩，该法适应于杂填土、淤泥、流砂、卵石等各种地基，尽管是一种方法， 但其不受地下水位影响，不需泥浆护壁的特点，具有推广价值和应用前景。 ( 8 ) 深基坑工程及其支护体系 深基坑工程足近十几年来我国在城市建设迅猛发展中伴随着大量高层、超高 层建筑、地铁、地下车库、地下商城等大型市政地下设施的兴建而发展起来的地 基处理技术。据有关资料，我国大中城市仅十几年间1 0 层以上的建筑物已逾1 亿平方米，其中高度超l o o m 的已近2 0 0 座。资料表明，我国已建和在建的高楼、 超高楼其基坑深度已由6 m ，8 m 发展到l o m ，2 0 m 以上，自2 0 世纪8 0 年代以 来已开发利用地下空间约5 0 0 0 万m 3 ，大体相当于深基坑工程规模【2 1 。 4 第i 章绪论 2 桩基技术的现状与前景 最早使用的是木桩，早在新石器时代，人类就开始在湖泊和沼泽地里栽木桩 搭台作为水上住所。1 9 7 3 年考古学家在浙江钱塘江南岸7 0 0 0 年前的河姆渡文化遗 址发现了较多的木桩和木构建筑遗迹，其形式有圆木桩、方木桩和板桩，这是我 国发现的最早的桩基工程。到汉朝已用木桩修桥，到宋朝人们已利用桩基技术修 建高塔和宫殿这一类较重要的建筑物，山西太原的晋祠圣母殿就是一例。在英国 也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点【3 1 。 随着人类文明的发展，桩基础在地基基础工程中获得更广泛的应用：1 9 世 纪2 0 年代，人们开始使用铸铁板桩修建围堰和码头；2 0 世纪初，美国开始广 泛使用h 型钢桩；二次大战后，人们把各种直径的无缝钢管也作为桩材用于基 础工程。尤其是2 0 世纪初钢筋混凝土预制构件的问世更是引起了人们广泛的 研究和重视，出现了厂制、现场预制和现场灌注的各类钢筋混凝土桩。 正因为桩基具有良好的受力特性和抗变形能力，才受到了人们的高度重视。 城市建设立体化、交通高速化以及综合改善居住环境，大凡兴建大一些的土木建 筑工程，都离不开桩基技术的使用。桩的种类和桩基型式、施工工艺和设备以及 桩基理论、设计方法也有了很大的演进。新桩型、新工艺、新技术的开发，近十 余年来取得了一些成果。大体具有以下四方面特点： ( 1 ) 提高成桩效率，实现钻灌合一 沉管灌注桩是一种成孔与灌注合一桩型，但由于其挤土效应，质量不稳定， 事故率过高，逐步趋向淘汰。长螺旋压灌灌注桩原来在2 0 多年前欧洲已开发应用， 但多限于压注砂浆，后插钢筋笼。我国于1 0 多年前首先开发用于c f g 桩或细石 素混凝土桩。本世纪初，插筋器开发之后，扩大用于6 0 0 、8 0 0 长2 0 多米的灌 注桩，由于其无需泥浆护壁，现场文明，且工效高，无沉渣，质量稳定。 ( 2 、) 扩大桩土比表面积，提高承载力、材耗比 针对这一类的有挤扩多支盘桩、复合载体夯扩桩、桶形沉管灌注桩等。挤扩 多支盘桩利用多层持力层形成支盘，增大支承面积以提高承载力。其关键是支盘 持力层的准确定位，砂砾层须紧靠其层顶挤扩，对于深厚软土层显然不适用。复 合载体夯扩桩，只适合于浅埋持力层的多层住宅。桶形沉管灌注桩也是一种挤土 灌注桩，由于带土芯，桩径较大，适于单位面积承载力要求不高、场地开阔，对 挤土效应无严格限制的情况【4 】。目前多用于软土路基的复合地基竖向增强体。 地摹处理选择与桩基选型研究 ( 3 ) 与土体增强处理技术结合，形成复合桩 属于这一类的有水泥土搅拌桩插入预制芯桩形成的劲芯水泥土复合桩；环形 水泥土搅拌桩，钻取土芯插入钢筋笼灌注混凝土，形成水下干作业复合灌注桩。 这两种复合桩都是利用水泥土搅拌技术在刚性桩外围形成水泥土“外套”构成 两种材料复合桩体，而提高其承载力。 ( 4 ) 变泥浆循环排渣为机械直接钻孔取土成孔 传统的正、反循环排渣钻机成孔在我国使用数十年，积累了丰富的经验，已 成为中大直径灌注桩的主导工艺。上世纪9 0 年代引进旋挖钻机，由于其只利用 泥浆护壁而不利用泥浆循环排渣，渣土可直接用旋挖斗钻取装车外运，所需护壁 泥浆量少，并可循环使用，现场文明，工效高。随着旋挖钻机设备国产化的扩展， 可望成为灌注桩的主导设备和成桩工艺。当前的主要问题是要发展清底清渣配套 设备和入岩钻具。对于特大直径桩，仍需利用正、反循环钻成孔，因此对泥浆的 分离处理是一个有待研究的课题。 ( 5 ) 通过后注浆加固沉渣、泥皮和桩周土体，以提高桩的承载力和减小沉降 开发桩端、桩侧后注浆技术至今已逾l o 年，现已推广应用于我国绝大部分 省市。其主要特点是：操作简便，承载力增幅大，砂、砾、卵石为持力层的桩增 幅可达1 0 0 以上，软土地区也可达4 0 以上；一般可减小沉降3 0 ；可应用于 各类钻、挖、冲孔灌注桩，用于高、重建构筑物桩基，其性价比和优越性更为 突出。 3 地基基础选型的现状 目前国内针对地基基础选择、桩基选型的探讨很少，参照目前地基基础的选 型，研究的方法分为以下三类： ( 1 ) 定性比较 通过专家的专业知识和个人经验，在直观选取几个可能方案后，对各方面性 质加以比较，最后确定选用的方案。定性比较法较简单，但一般较粗略；再加上 选取备选方案时存在对可能方案的漏选，说服力往往不够强；故定性比较用于对 可能性方案的工程适用取向明显( 即各分析因素均对某方案明显有利或有利，那 么取明显有利或有利方案) 的情况下效果较好。 ( 2 ) 定量计算 同样是依靠专家的专业知识和个人经验，在直观选取少数几个可能方案后， 6 第1 章绪论 计算各参数并加以比较，最后确定选用的方案。定量计算法较精确，但计算量较 大，过程也较繁杂，往往开始选取的备选方案数量较少，漏选可能性较大，因此 用于比定性计算工程适用取向更明显、备选方案更少时效果较好 ( 3 ) 系统方法分析 针对不具普遍性的个例，运用如模糊数学【5 1 、层次分析法等方法加以分析比 较，确定最终选用方案。以层次分析法为例若工程适用取向明显，就能通过定性 比较得出类似的结果；若计算后工程适用取向不明显，也就足存在与最大权值相 近的权值方案，此时的方案选取可信度又不高。因此，层次分析法用于备选方案 较多、各方案经比较分析并进行权值排序后，权值最大值与其他方案的权值相差 明显时，效果较好。 选择合理的地基处理方式和桩基型式是一个复杂的过程，国内对此的研究尚 少，对一般地基基础选型的研究也处在初步阶段，研究的方法往往不具通用性。 如何既保证选型决策过程的全面性，同时也最大限度地减少决策过程的计算量并 使决策过程简单有效是选型决策的关键。也是本文的重点。 1 3 论文结构 本文整体结构正如图1 1 所示，共分为五章。第1 章和第5 章分别为本文的 绪论和结论。绪论部分主要提出本文研究的背景意义，及研究对象的现状与前景。 结论部分主要总结了全文及得出的地基处理选择、桩基选型的结论，同时也指出 了由于本文研究的不足而需要进一步研究的问题。 7 地基处理选择与桩基选型研究 r1厂 、 提出研究的问题对研究对象现状 的论述和分析 、l j ，、 ，、 地基处理方式选择、 具体工程运用的情况和 桩基选型的比较和 取得的经济效益效益 分析 l jl j ， 上上 |结 论 i 图1 1 本文逻辑结构图 其它3 章内容安排如下： 第2 章：本章对常见不良地基土、常见地基处理方式进行了介绍，并分析了 进行不同地基处理方法选择必须考虑的几个方面，最后介绍了地基处理技术的发 展趋势和发展动态。 第3 章：本章对常见桩基类型、复合桩基进行了介绍，引用了三个工程实例， 充分对桩基选择过程进行了分析、比较，并总结提出了桩基选型的择优模型。这 也是本文的重点。 第4 章：本章详细介绍了笔者参与建设工程的工程地质情况、桩基筛选过程、 桩基设计情况，最后介绍了桩基施工、施工问题的处理及验收情况，着重体现了 合理运用的桩基型式为工程建设带来了巨大的经济效益和社会效益。 8 第2 章常见地基处理方式及选择 第2 章常见地基处理方式及选择 2 1 常见不良地基土 地基土与上部建筑有着密切的关系，地基土的优劣直接关系着地基处理方式 的选择及地基施工，所以在选用地基处理方法之前，必须先了解一些常见的地基 土，了解该类地基土的特点和力学性能。 2 1 1 不良地基土的种类 在我国常见的不良地基主要有以下几种： 1 杂填土 杂填土足人们的生活和生产活动所遗留或堆放的垃圾土【6 1 。这些垃圾土一般 分为三类：即建筑垃圾土、生活垃圾土和工业生产垃圾土。不同类型的垃圾土、 不同时间堆放的垃圾土很难用统一的强度指标、压缩指标、渗透性指标加以描述。 杂填土的主要特点是无规划堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均、规律性差。 因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异极易造成不均匀沉降，通常需要 进行地基处理。 2 软粘土 软粘土( 又称软土) 是软弱粘性土的简称。软粘土具有低强度、高压缩性、低 渗透性、高灵敏度的特点，不排水强度通常仅为5 - 3 0 k p a ，表现为承载力基本 值很低一般不超过7 0 k p a , 有的甚至只有2 0 k p a 。它形成于第四纪晚期，属于海 相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉积物或河流冲积物。 多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区。常见的软弱粘性土是淤泥和淤泥质 土。常用的地基处理方法有预压法、置换法、搅拌法等。 3 冲填土 冲填土是指整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥沙夹大量水分 吹到江河两岸而形成的沉积土，南方地区称吹填土。近年来多用于沿海滩涂开发 及河漫滩造地。冲填土形成的地基可视为天然地基的一种，它的工程性质主要取 决于冲填土的性质。冲填土地基一般具有如下一些重要特点： 9 地基处理选择0 桩基选型研究 ( 1 ) 颗粒沉积分选性明显，粗颗粒较先沉积，同时在深度方向上存在明显的 层理。 ( 2 ) 冲填土的含水量较高，一般大于液限，呈流动状态。停止冲填后，表面自 然蒸发后常呈龟裂状，含水量明显降低但下部冲填土当排水条件较差时仍呈流 动状态，冲填土颗粒愈细，这种现象愈明显。 ( 3 ) 冲填土地基早期强度很低，压缩性较高，这是因冲填土处于欠固结状 态。冲填土地基随静置时间的增长逐渐达到正常固结状态。其工程性质取决于颗 粒组成、均匀性、排水固结条件以及冲填后静置时间【7 1 。 4 饱和松散砂土 粉砂或细砂地基在静荷载作用下常具有较高的强度。但是当振动荷载( 地震、 机械振动等) 作用时，饱和松散砂土地基则有可能产生液化或大量震陷变形，甚 至丧失承载力。这是因为土颗粒松散排列并在外部动力作用下使颗粒的位置产生 错位，以达到新的平衡，瞬间产生较高的超静孔隙水压力，有效应力迅速降低。 对这种地基进行处理的目的就足使它变得较为密实消除在动荷载作用下产生 液化的可能性。常用的处理方法有挤出法、振冲法等。 5 湿陷性黄土 湿陷性土属于特殊土，在上面覆盖土层自重应力作用下或在自重应力和附 加应力共同作用下因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形。有些杂填土也 具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷 性。 6 膨胀土 膨胀土是指具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘 土。其矿物成分主要是蒙脱石具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水 承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。在工程施工中，建造在含水 量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发 生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅 1 , - - - , 2 的量值，就足以引起有害的膨胀，对建筑物危害性很大。膨胀土在我国 的分布范围很广如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏 等地均有不同范围的分布。膨胀土是特殊土的一种常用的地基处理方法有换 土、土性改良、预浸水以及防止地基土含水量变化等工程措施【8 】。 1 0 第2 章常见地基处理方式及选择 7 红黏土 红黏土是指石灰岩和白灰岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风 化作用所形成的褐红色红黏土。通常红黏土是较好的地基土，但由于下卧岩面起 伏及存在软弱土层，一般容易产生地基不均匀沉降。 8 季节性冻土。 冻土是指气候在低温条件下，其中含有冰的各种土。季节性冻土是指冻土在 冬季冻结，而夏季融化的土层，多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的 土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的 稳定性影响较大。 9 含有机质土和泥炭土 当土中含有不同的有机质时将形成不同的有机质土，在有机质含量超过一 定含量时就形成泥炭土，它具有不同的工程特性，有机质的含量越高，对土质的 影响越大，主要表现为强度低、压缩性大，并且对不同工程材料的掺入有不同影 响等对直接工程建设或地基处理构成不利的影响。 1 0 山区地基土 山区地基土的地质条件较为复杂主要表现在地基的不均匀性和场地稳定 性两个方面。由于自然环境和地基土的生成条件影响场地中可能存在大孤石 场地环境也可能存在滑坡、泥石流、边坡崩塌等不良地质现象。它们会给建筑物 造成直接的或潜在的威胁。在山区地基建造建筑物时要特别注意场地环境因素及 不良地质现象必要时对地基进行处理。 1 1 岩溶( 喀斯特) 在岩溶( 喀斯特) 地区常存在溶洞或土洞、溶沟、溶隙、洼地等。地下水的 冲蚀或潜蚀使其形成和发展它们对结构物的影响很大易于出现地基不均匀变 形、崩塌和陷落。因此在修建结构物之前必须进行合理的处理。 2 1 2 厦门地区区域性特殊土 一 由于在第3 章中的工程实例中引用了厦门地区的工程，现在就厦门地区区域 的特殊土做一下介绍。厦门地区工程地质情况比较复杂，其地貌类型大致有：海 成滩涂、剥蚀阶地、丘陵【9 】。主要存在以下两种区域性特殊土： 地基处理选择与桩基选型研究 1 软土 厦门地区当地地貌类为海成滩涂，通常会有软土层，有时软土层厚度大1 0 - - 一 3 0 m ；为高压缩性土，流塑状态，力学性质差。厦门足一个深水港，港湾除深槽 主航道水动力较强地段、基岩出露区、礁石区及基岩岸段外，表层普遍覆盖了高 含水量、高压缩性、中高灵敏度的第四纪滨海沉积相的软土，厚度约l m 2 0 m ，变化很大。 ( 1 ) 港湾软土形成原因 晚更新世以来，厦门港湾的沉积历史先后经历了山溪性河流、淡水湖泊、 河u 海湾三个明显不同的沉积环境。基底层是以中生代燕山花岗岩为母岩的风化 层或基岩；上覆一层不等厚的河流冲积砂，部分地段则为残积粘土、亚粘土；河 砂之上为淡水湖泥；最上层才是海相砂泥层，为冰后期海进沉积层，其中海相淤 泥、淤泥质粘土构成了研究区表层软土的主体，多为近代回淤产物。 ( 2 ) 软土的物理性质 软土地基承载力低，天然含水量高，一般天然含水量高达6 0 8 0 ，天然孔 隙比1 6 2 2 ，其含水量和孔隙比均随液限增加而增大，原状土成饱和过饱 和，处于流塑软塑状态。透水性低，其渗透系数在l o 石1 0 刁c m s 左右，固 结发展较慢，沉降时间长，但有的地段的淤泥层中夹有薄层粉细砂，其水平渗透 性较好；高压缩性，随含水量的增加而增大；结构性灵敏，容易受到扰动【1 0 1 。 2 花岗岩残积土 厦门地区广泛分布燕山花岗岩，其风化残积土厚度可达7 0 余米，是厦门地区 工程建设岩土层的重要组成部分，它是底层、多层建筑物的主要持力层、受力层， 也是高层建筑物基坑边坡的主要地层。 ( 1 ) 花岗岩残积土形成原因 厦门地区的燕山期花岗岩是燕山早晚期各类酸、中酸性花岗岩岩体在气温 高、湿度大、雨量多的亚热带气候的影响下，经过长期风化作用之后，残留于原 地的土层。厦门地区典型的花岗岩残积土有残积粘性土、残积砂质粘性土、残积 砾质粘性土三种。 ( 2 ) 花岗岩残积土物理特性 厦门地区花岗岩残积土属于东南沿海地区的一种区域性特殊土。母岩花岗岩 以富含s i 0 2 矛 1 k 2 0 为其特性，经风化作用，残积土主要由高岭石粘性土矿物、s i 0 2 1 2 第2 章常见地基处理方式及选择 胶结物和大小不等的石英颗粒组成，它残留了原岩结构，有较好的力学强度， 超固结土。 ( 3 ) 花岗岩残积土中的孤石 孤石分布于花岗岩残积土层中的未风化的球状残留体，呈球状及椭球状， 径由几十厘米至几米不等，岩质新鲜坚硬，岩性为微风化，一般无裂隙发育， 一定范围内的空间分布随机性，岩石饱和单轴极限抗压强度一般不小于1 2 0 m f 由于花岗岩形成条件及环境的差异造成厦门岛内不同地理位置的花岗岩岩性砉 异，花岗岩的抗风化能力强弱不均。 2 1 3 不良地基土存在的问题 不良地基土主要有以下几个方面的问题： 1 强度及稳定性问题 当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生 部或整体剪切破坏。会影响到建筑物的正常使用，甚至引起建( 构) 筑物的开 或破坏。 2 渗漏问题 由于地下水一直处于运动而产生的问题，当地基土的渗漏量或水力梯度超 允许值时，就会发生水量损失，或因潜蚀和管涌而导致渗漏。 3 液化问题 由于地震、设备、车辆的振动以及波浪作用和爆破等动力荷载，可能引起 基土( 特别是饱和无粘性土) 的液化、失稳和震陷等危害情况。液化问题主要 由于动力荷载引起的稳定和变形问题。 4 压缩和不均匀沉降问题 当地基土在上部结构自重或外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构 的正常使用，当超过了建筑物所能允许的不均匀沉降时，可能导致结构开裂破 当沉降量较大时，产生的不均匀沉降也随之增大。 当建筑物的天然地基存在以上的一个问题或几个问题时，就必须进行地基 理。通过地基处理，从而满足建筑物对地基的各项要求。 地皋处理选择与桩基选型研究 2 2 常见地基处理方式 建筑地基内不经过处理土层的各项物理力学指标能满足建筑的荷载、变形 等要求，则建筑物基础可直接设置在天然地层上，那么我们通常把这种地基叫做 天然地基。在天然地基上的基础，埋置深度小，施工技术较为简单，能节约大量 的工程费用和材料。 若天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求，则必须事先要经过 人工加固处理后再进行基础施工，这种加固称为地基处理。加固处理必须根据地 基土的情况进行，当建筑物的地基土存在着强度及稳定性、渗漏、液化、压缩及 不均与沉降等问题，就必须采取相应的地基处理措施，改善地基条件、确保建筑 物的安全和正常使用。主要有以下五个方面的措施： 1 改善剪切特性 地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的剪切强度。 为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要增加地基土的抗剪强度。 2 改善压缩特性 通过提高地基土的压缩模量以减少地基土的沉降。 3 改善透水特性 采取一定的措施使地基土减轻水压力或不透水。 4 改善动力特性 采取措施避免地基土液化，并改善其振动特性一提高地基的抗震性能。如地 震时饱和松散细砂、粉土的液化【1 1 1 。 5 改善特殊土的某些特性 如消除黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等。 常见地基处理方式有：换填垫层法、预压法、强夯法和强夯置换法、振冲法、 砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、夯实水泥土桩法、水泥土搅拌法、高压喷射注 浆法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱 液法、锚杆静压桩法、树根桩法、坑式静压桩法和其他地基处理方法等。以下对 各种地基处理方式做具体的介绍： 1 换填垫层法 换填垫层法是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的 1 4 第2 章常见地基处理方式及选择 材料，并夯压密实从而形成垫层的地基处理方法【1 2 】。换填垫层可依换填材料不同， 分为碎石垫层，砂垫层，灰土垫层，粉煤灰垫层等，由于换填垫层施工简便，因 此广泛应用于中小型工程浅层地基处理中。 2 预压法 ( 1 ) 堆载预压法 在建造建筑物之前，用临时堆载( 砂石料、土料、其他建筑材料、货物等) 的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并 使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。 ( 2 ) 真空预压法 在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂 垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压【1 3 】。随着地基中气和水的抽出，地基土得到 固结。为了加速固结，也可采用打砂井或插塑料排水板的方法，即在铺设砂垫层 和土工薄膜之前打砂井或插排水板，达到缩短排水距离的目的。 3 强夯法和强夯置换法 ( 1 ) 强夯法( 又称动力固结法或动力压实法) 是反复将质量一般为l o 4 0 t ( 最 大可达到2 0 0 t ) 的夯锤提高到一定高度( 一般为l o - 4 0 m ) ，使其自由下落，对地 基土进行强力冲击，通过巨大冲击和振动能量，提高地基承载力并降低其压缩性， 改善地基性能。适用于处理碎石土、砾土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄 土、素填土和杂填土等地基。 ( 2 ) 强夯置换法是在强夯形成的夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，然后 用夯锤夯击，重复此规程连续施工，形成一个墩体，称为强夯置换墩。当对变形 控制不严时，可用于处理高饱和度的粉土、流塑软塑的黏性土等地基，具有加 固效果湿著、工期短、费用低等优点，在设计前必须通过现场试验确定其适用性。 4 振冲法 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，经过清孔后，即可从地面向孔内逐段填入碎石，每 段填料均在振动影响下被振密挤实，达到要求的密实度后即可提升振冲器，如此 重复填料和振密，直到地面，从而在地基中形成一个大直径的密实桩体。所形成 的桩体与土组成复合地基。在中、粗砂层中进行振冲，由于周围砂料能自行塌入 地基处理选择与桩摹选型研究 孔内，也可以采用不加填料进行原地振冲，对周围土进行加密的方法。这种方法 适用于较纯净的中、粗砂层，施工简便，加密效果好。 振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填上等地基。对于 处理不排水抗剪强度小于2 0 k p a 的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通 过现场试验确定其适用性，因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗剪强度小于 2 0 k p a 时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用 力，那就始终不能形成桩体，则不宜采用本法。不加填料振冲加密适用于处理黏 粒含量不大于1 0 的中砂、粗砂地基，因为在中、粗砂层中进行振冲，由于周围 砂料能自行塌入孔内，可以进行原地振冲，对周围土进行加密。 5 砂石桩 砂石桩是指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或碎 石挤压入已成的孔中，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。砂石桩法早期主要 用于挤密砂土地基，随着研究和实践的深化，特别是高效能专用机具出现后，应 用范围不断扩大。为提高其在粘性土中的处理效果，砂石桩填料由砂扩展到砂、 砾及碎石。砂石桩用于松散砂土、粉土、粘性土、素填土及杂填土地基，主要靠 桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围土的密度增大，从而使地基的承载能力提 高，压缩性降低。 国内外的实际工程经验证明砂石桩法处理砂土及填土地基效果显著，并己得 到广泛应用。砂石桩处理可液化地基的有效性已为国内外不少实际地震和试验研 究成果所证实。 6 水泥粉煤灰碎石桩法 c f g 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，( c 指c e m e n t 、f 指f l y a s h 、g 指g r a v e l ) ， 是由碎石、石屑、粉煤灰组成混合料，掺适量水进行拌和，采用各种成桩机械形 成的桩体。通过调整水泥的用量及配比，可使桩体强度等级在c 5 - - c 2 0 之间变化， 最高可达c 2 5 ，相当于刚性桩。由于桩体刚度很大，区别于一般柔性桩和水泥土 类桩，因此，常常在桩项与基础之间铺设一层1 5 0 3 0 0 m m 厚的中砂、粗砂、级 配砂石或碎石( 称其为褥垫层) ，以利于桩间土发挥承载力，与桩组成复合地基。 褥垫层在水泥粉煤灰碎石桩复合地基中具有重要作用，它可起到保证桩土共同承 担荷载、调整桩与土垂直及水平荷载的分担和减小基础底面的应力集中的作用。 1 6 第2 章常见地基处理方式及选择 水泥粉煤灰碎石桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同，而在其受力 和变形特性方面没有什么区别。 水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，并 具有较大的适用范围。就基础形式而言，既可适用于条基、独立基础，也可适用 于箱基、筏基；既有工业厂房，也有民用建筑。就土性而言，适用于处理粘土、 粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。对淤泥质土应通过现场试验确定其适用 性。 7 夯实水泥土桩法 夯实水泥土桩是用人工或机械成孔，选用相对单一的土质材料，与水泥按一 定配比，在孔外充分