软弱地基的处理方法 毕业论文.doc

山东xx学院20xx届毕业论文 院 别：建筑工程学院专 业：建筑工程技术姓 名：xxxxx学 号：xxxxxxxxxxxxxxx题 目：软弱地基的处理方法指导教师：xxxxx论文成绩： 日 期：xxxx年x月前 言软弱地基（soft ground）系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。这种地基天然含水量过大，承载力低，在荷载作用下易产生滑动或固结沉降。任何建筑物的荷载最终将传递到地基上，由于上部结果材料强度很高，而地基土强度很低，压缩性较大，因此通过设置一定结构型式和尺寸的基础才能解决这个矛盾。基础具有承上启下的作用，它一方面处于上部结构的荷载及地基反力的共同作用下，承受由此产生的内力；基础底面的反力反过来又作为地基土的荷载，使地基产生应力和变形。基础设计时，除了需保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外，同时还需选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基的强度和沉降保持在规范允许的范围内。因此，基础设计又常被称为地基基础设计。凡是基础直接建在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。若天然地基很软弱，则事先需要经过人工处理后再建造基础者，这种地基称之为人工地基。关键字:软土地基 强夯 换土垫层目录1、软土地基及其造成沉降的危害42、软土地基的处理方法43、地基处理方法的分类54、地基处理设计方案选择55、地基处理方案的确定66、软弱地基适用的一种处理方法77、软弱地基的特性108、软弱地基的处理方法119、换土垫层的设计应用12致谢14近年来随着我国经济的快速发展，多高层建筑蓬勃发展，大量建筑不可避免的会建在一些软土地层，然而由于软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点，使得在地基填土和建筑自重作用下，会出现不均匀沉降、承载力和稳定性、渗流等地基问题。当天然地基不能满足建筑物要求时，需要采用各种地基处理措施，形成人工地基以满足建筑物对地基的各种要求，保证其安全与正常使用。结合实际工程地质等条件，选出最优的地基处理方案。1、软土地基及其造成沉降的危害我国公路行业规范对软土地基定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层.多数含有一定的有机物质。日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。软土是第四纪全新世形成的近代沉积物，其地质年龄一般为 10000-15000 年，按其中有机质含量，可分为两大类：第一类是不含或很少含有机质的软粘土 和粉质软粘土；第二类是含大量有机质的泥炭土。所有的软土都是在淡水或盐水中沉积的，由于沉积的地质环境(如海滩、三 角洲、河口湾、泻湖、湖泊、沼泽等)的不同，其空间范围和天然性状也因其沉 积环境及其水动力条件的变化而异。 我国工程界有的把松软的吹填土和杂填土 等也列入软土，谓之广义软土 软土的来源主要是岩石的风化产物，因此其成分直接取决于母岩。而软土的 沉积类型，以及它们沉积后的物理化学演化，则与下述的沉积环境有着密切的关系。软土路基可能导致出现一些的问题，当路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切破坏。当路基在上部结构的自重及外荷载作用下，产生过大的沉降和 不均匀沉降变形时，会影响结构物 的正常使用，特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏。路基的渗漏量超过容许值时，会发生水量损失导致事故发生。软土地基在公路工程中造成的危害 1)勘察设计不详细或不准确，导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。2)已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑 物。3)虽然做了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。4)堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。5)扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。2、软土地基的处理方法 一、堆载预压法 该法是在工程建设之前用大于或等于设计荷载的填土荷载之前用大于或等于设计荷载的填土荷载，该法是在工程建设之前用大于或等于设计荷载的填土荷载，促使地基提前固结沉降以提高地基的强度，减少工后沉降。 二、真空预压法真空预压法是在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板，真空预压法是在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使其与大气隔绝， 面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使其与大气隔绝，通过埋设于砂垫层 中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，因而在膜内外产生气 压差气压差即转变成作用于地基上的荷载，地基不会产生剪切破坏， 压差，气压差即转变成作用于地基上的荷载，地基不会产生剪切破坏，这对软土地基是有利的。该方法不需要堆载，省去了加载和卸荷工序，土地基是有利的。 三、反压护道法该法是指在道路主路堤两侧，筑一定宽度和高度的护道，该法是指在道路主路堤两侧，填筑一定宽度和高度的护道，以期达到路堤稳定的一种方法，它主要是起抗滑的平衡作用，使得抗滑力矩能克服滑动力矩。四、强夯法 对于孔隙较大的地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土地基，对于孔隙较大的地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土地基，可采用重锤夯实或强夯。 软土地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性，因此在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是要提高软土地基的强度，保证地基的稳定。在软土地基上修筑公路和桥梁并不都会发生问题、只要设计和施工措施得 当，就可以保证路堤、桥梁的稳定和使用效果。软土地基上路堤的设计与施工方 案，应结合当地工程地质条件、材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证，使设计和施工方案达到技术上先进、经济上合理。软土地基的处理方法很多，总之，软土地基处理的目的是增加地基稳定性，减少施工后的不均匀沉陷2，所以施 工的技术人员必须意识到软土地基的危害性，坚决以数据说话，认真测定基底的 承载力，并根据不同的地质情况，不同的投资和工期要求，采用切实可行的处理 方案，同时一定要采集桥涵施工后的工后沉降数据，积累经验，为今后的施工打 下坚实的基础。3、地基处理方法的分类地基处理方法的分类多种多样，如按时间可分为临时处理和永久处理，按处理深度可分为浅层处理和深层处理，按土层对象可分为砂性土处理和粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理，也可按照地基处理的作用机理进行分类，它体现了各种处理方法的主要特点，各种地基处理方法都是根据各种软弱土的特点发展起来的，因而使用时必须注意每种处理方法的适用范围。地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。值得注意的是，很多地基处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果 4、地基处理设计方案选择对建造在软弱地基上的工程，在进行设计前，首先应进行调查研究，其内容如下： 1、结构条件 建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求、分布和种类；基础类型、布置和埋深；基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数和变形允许值。2、地基条件地形及地质成因、地基成层状况；软弱土层厚度、不均匀性和分布范围；持力层位置状况；地下水情况及地基土的物理和力学性质。各种软弱地基的性状是不同的，现场地质条件的不同也是多变的，即使同一种土质条件，也可能有多种地基处理方案。3、环境影响 在地基处理施工中应考虑对场地的影响。如采用强夯法和砂桩挤密法等施工时，振动和噪音对邻近建筑物和居民产生影响和干扰；采用堆载预压法时，将会有大量土方运进输出，既要有堆放场地，又不能妨碍交通；采用石灰桩或灌注浆法时，有时会污染周围环境。总之，施工时对场地的环境影响不是绝对的，应慎重对待，妥善处理。 4、施工条件 用地条件 如施工时占地较多，施工虽较方便，但有时却会影响工程造价。 工期 从施工观点看，工期不宜太紧，这样可有条件选择施工方法，从而使其在施工期间的地基稳定性增大。但有时工程要求缩短工期，早日完工投产使用，这样就限制了某些地基处理方法的采用。 工程用料 尽可能就地取材，如当地产矿，就应考虑采用矿垫层或挤密砂桩等方案的可能性；如石料供应，就应考虑采用碎石桩或碎石垫层等方案。 其它条件 如施工机械的有无、施工难易程度、施工管理质量控制、管理水平和工程造价等因素也是采用何种地基处理方案的关键因素。5、地基处理方案的确定 搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。 根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外，在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和地基的共同作用；也可选用加强结构措施和处理地基相结合的方案。 对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则，选择最佳的处理方法。但每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点，没有一种地基处理方法是万能的，因此也可选择两种或多种地基处理方法组成的综合处理方案。对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和实验施工，并进行必要的测试以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求，应查找原因，采取措施或修改设计。各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果。6、软弱地基适用的一种处理方法某国际机场扩建项目拟建场地位于原机场西侧，现状为海域和鱼塘，除了需要大面积填海之外，拟建场地普遍覆盖5.012.0m的海相沉积淤泥，淤泥表层属于流泥，厚度约1.0m，含水量超过100，必须经过软基处理才能达到上部结构的建设要求，所以场地陆域形成和软基处理工程是扩建项目的先导工程和基础工程。在工期允许的情况下，排水固结堆载预压法是一种经济、安全和环保的软土地基加固方法。堆载预压法加固软土地基的基本原理是基于太沙基的有效应力的原理，通过加载使土体中孔隙水通过排水通道排出土体，孔隙水排出后，孔隙体积变小，土体密实，增强了土体的抗剪强度，提高了软土地基的承载力和稳定性。同时可以减少土体的压缩性，消除沉降量，以使工程在使用期不至于产生沉降和沉降差。堆载预压法适用于软粘土、杂填土、充填土、泥炭土地基等。二、工程基本条件1工程地质条件（1）地层及岩土工程基本性质根据勘察报告，在工程场地范围，分布的主要地层有人工填土（石）（Qml）、第四系全新统海相沉积层（Q4m）海区淤泥（I）、及含有机质中粗砂、第四系晚更新统冲洪积（Q3al+pl）粘土、第四系残积（Qel）粉质粘土。将上述地层的分布规律和岩土工程性质简述如下： 人工填土（Qml）。主要在简易海堤的塘埂。包括抛石、砌石和素填土。其中素填土灰黄、深灰、灰黑色粘性土，局部含有块石、砂土等，稍湿湿，松散稍密状态。下部抛石的厚度约2.03.0米，块度较大，场地清理时需要挖除。 第四系全新统海相沉积层（Q4m）。淤泥I（海区和鱼塘区淤泥）：灰、深灰灰黑色，局部灰黄色，表层易流动，具腥臭味，有机质含量为3.59%10.07%，大部分含粉细砂，偶见贝壳碎片。该淤泥具有高含水量、高压缩性、极低强度、欠固结等特点。该层在场地中普遍连续分布，平均厚度约8.0m。 第四系晚更新统冲洪积层（Q3al+pl）。粘土：褐黄、浅黄、灰白、褐红等杂色，土质细腻均一，局部不均匀，含中细砂或夹薄层砂透镜体，饱和，可塑状态。场地内该层分布较广泛，层厚6.07.60m。标贯击数平均为11击。 第四系残积层（Qel）。粉质粘土：褐黄、褐红色，由混合花岗岩、花岗片麻岩风化残积而成，原岩结构清晰，局部不均匀含石英砂，湿，可塑硬塑。该层分布广泛，地层稳定，钻探揭露厚度0.5014.70m。标贯击数平均为15击。淤泥及其他土层物理性质和压缩性质指标见表1。表1淤泥及其他土层物理性质和压缩性质指标地貌层位（m）e00（%）Cc*Es*N63.5海域淤泥上层4.002.33185.70.712*冲洪积粘土7.000.95934.50.27313.259残积层粉质粘土8.80.85829.40.23220.1715.6（2）抗剪强度指标C、值淤泥等软土的强度指标C、值的确定比较复杂，勘察阶段采用的试验方法有直剪（快剪）、三轴不固结不排水剪（UU）、三轴固结不排水剪（CU）及十字板剪切等。在实际工作中应根据工程对象不同的固结条件而选择相应条件的C、值，依据勘察报告的地层物理力学性质指标，经分类统计，不同场地的淤泥的C、值如下表2。表2不同场地淤泥的C、值实验方法土层名指标三轴不固结不排水剪三轴固结不排水剪十字板剪切总应力法有效应力法原状扰动Cuu(kPa)uu()Ccu(kPa)cu()C(kPa)()Cu(kPa)Cu(kPa)塘埂淤泥6.305.007.7213.109.3021.806.922.74鱼塘淤泥6.000.908.5012.5013.0022.003.051.10海域淤泥5.500.807.0010.0011.0020.000.970.49（3）淤泥固结参数的建议值由于场地条件不同，室内试验资料统计所得陆域淤泥及海域淤泥在各级荷载作用下固结系数（Cv、Ch）有较大差异。在设计计算时分别统计，采用相应的固结系数值。根据统计结果，淤泥水平向的固结系数基本上略大于垂直向的固结系数，在同级荷载下Cv与Ch满足关系式（Ch=（1.01.15）Cv）。在施工图设计阶段，软土的固结过程分析计算采用下表3的数据。表3固结系数和次固结系数建议值（10-4cm2/sec）项目范围建议值竖向固结系数3.96.74.8径向固结系数3.17.85.1次固结系数0.0152场地软基处理荷载标准（1）飞行区荷载：飞行区包括联络道、滑行道、站坪和停机坪等（不包括二跑道）。换算荷载55 kPa，设计取预压荷载70 kPa，相当于超载15 kPa。（2）建筑场地软基处理荷载：本设计采取30kPa，相当于市政道路软基处理的预压荷载标准。对于有特殊要求的场地如建筑物大厅的地坪，小型建筑物或广场上的雕塑等，待落实具体位置和要求之后确定预压荷载。也可考虑在后续工程采用二次处理。导航区和码头区因工期的原因，采用适当的超载，预压荷载56kPa。码头堆场区设计标准为重箱标准，预压荷载112 kPa。三、场地软基处理方案根据填料资源，工期，经济和使用功能要求等，确定了以吹填砂，填石（土），排水固结堆载预压处理为主的填海和软基处理方案：竖向排水体采用塑料插板，在既有海堤部位，考虑到插板施工困难，采用大直径砂井。海域场地，吹填砂层可作为水平排水层，但为了保险起见，在吹填砂层之上设置一层中粗砂垫层，专门作为排水层。抛石围堰属于透水堤堰，砂垫层内的水和外海连通，不设集水井，也不需要强制抽水。各区的堆载预压荷载：区（站坪为主）：场道部分：4.5m填砂；土面区：不堆载，仅预留沉降量；区（建筑区）：2.0m填砂；区（航管区）：3.5m填砂；码头区：建筑场地：3.5m填砂；堆场区：7.0m填砂；预留沉降量：分区确定；满载预压时间：码头区、航管区（区）180天；站坪区、建筑区：200220天。四、土石方填筑要求吹填砂：按标贯（63.5）击数控制，场道部分吹填砂达到标贯13击以上，建筑区吹填砂达到标贯击数大于8击。通过试验区试验研究后确定是否需要振冲加固，以及确定振冲设计参数。砂垫层：采用中粗砂，振冲压实之后，干容重大于16.0kN/m3。填砂：采用中粗砂，振冲压实之后，干容重大于16.5kN/m3。土面区、建筑区填土：压实度大于90%（重夯标准）。道面区换填填石层：预压卸载之后，反开挖填砂层1.0m，换填级配石料1.0m，振动压实，干容重大于21.0kN/m3，地势标高满足设计要求。五、预压荷载要求（1）预压荷载采用填砂，厚度分区不同控制；（2）预压填砂由高度控制，可以不做碾压；（3）预压砂边坡采用砂袋护坡；（4）当采用其他的土料时，预压土的高度按荷载计算；（5）要求预压土的表层平整，高差小于20cm；（6）要求预压土表层做好排水沟，防止雨水冲刷预压砂；（7）检测预压土填筑高度，每2000平方米检测一点，实际偏差高度小于20cm。六、卸载交工面和换填（1）卸载后交工面标高满足设计要求，要求平整度达到10cm；（2）交工面填土压实度大于90%，检测频率1组/2000m2，每组3个点；（3）根据飞行道的要求，在软基处理交工面以下要保证要有一定厚度的填石层，采用预压卸载后厚的填石层的方式填筑。填石具体方法和技术要求如下： 在道面区和道肩范围，预压结束之后，卸载到交工面以下1.0m，然后分层填筑级配石料至交工面。卸载交工面平均2.0m，实际施工结合道面地势设计确定实施值； 填石材料要求采用级配良好的开山石料，要求开山石料抗压强度不小于20MPa，遇水不软化，不崩解； 填石材料中粒径5mm颗粒部分质量占总质量的65%以上，最大粒径小于300mm，填料中不得混有淤泥，垃圾，草（树）根等有机物； 填石分层振动压实，分层厚度压实后50cm，在平面上要求填石层铺填均匀，性质一致，层厚控制均匀； 压实机械选用自重14吨以上的重型振动压路机，每层振动碾呀68遍，压实后要求表面平整，达到压实设计要求； 填石压实标准，填石干容重达到21kN/m3以上； 填石密度检测采用灌水试验为主，核子密度试验为参考。七、结语现场观测和原位观测资料证明排水固结堆载预压法在处理深圳机场扩建地基是成功的，其加固深度大，减少了工后沉降。根据沉降实测资料，能消除软弱土层部分次固结沉降。该方法相对于其他地基处理方案，工期和经济效益优势比较明显，值得推广应用。7、软弱地基的特性软弱地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性，因此在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题，因而常常需要采取措施，进行地基处理。处理的目的是要提高软弱地基的强度，保证地基的稳定，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降。软土是指近代沉积的软弱土层，由于它低强度，高压缩性和弱透水性，作为地基，常常成为棘手的工程地质问题。软土的成分包括饱含水分的软弱粘土和淤泥土，其工程性质主要取决与颗粒组成、有机质含量、土的结构、孔隙比及天然含水量。软土地基的共同特性是：天然含水量高，最小为30%40%，最高可达200%；孔隙比大，最小为0.81.2，最大达5；压缩系数大；渗透系数小，一般小于1106CM/S；灵敏度高，在210之间，灵敏度高的软土，经扰动后强度便降低很多。软弱地基就是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。它是指基本上未经受过地形及地质变动，未受过荷载及地震动力等物理作用或土颗粒间的化学作用的软粘土、有机质土、饱和松砂土和淤泥质土等地层构成的地基。 软弱地基的特点决定了在这种地基上建造工程，必须进行地基处理。地基处理的目的就是采取适当的措施改善地基条件，主要包括： 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，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。 改善压缩特性 主要是采用一定措施以提高地基土的压缩模量，藉以减少地基土的沉降。另外，防止侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。 改善透水特性 由于地下水的运动会引起地基出现一些问题，为此，需要采取一定措施使地基土变成不透水层或减轻其水压力。 改善动力特性 地震时饱和松散粉细砂（包括一部分轻亚粘土）将会产生液化。因此，需要采取一定措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震特性 改善特殊土的不良地基特性 主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀性等特殊土的不良地基特性。软弱地基常用方法（强夯）清理、整平场地标出第一遍夯点位置，测量场地高程起重机就位，夯锤对准夯点位置测量夯前锤顶标高将夯锤吊到预定高度，脱钩自由下落进行夯击，测量锤顶高程往复夯击，按规定夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击重复以上工序，完成第一遍全部夯点的夯击用推土机将夯坑填平，测量场地高程在规定的间隔时间后按上述程序逐次完成全部夯击遍数用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。8、软弱地基的处理方法直接利用软弱土层作为建筑物地基时，一般应按以下要求进行设计：软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用其上覆较好土层作为持力层；若软弱土层为冲填土、建筑余泥和性能稳定的工业废料，并且均匀性和密实性较好时，均可利用作为持力层。对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。当地基承载力和变形不能满足设计要求时，则应将地基进行人工处理。这种经过人工处理的地基称为人工地基。局部软弱土层及暗沟、暗塘的处理，可采用基础加深、基础梁跨越，换土垫层或桩基等方法。当地基承载力和变形不能满足设计要求时，地基处理可选用机械压（夯）实、换土垫层、堆载预压、砂井真空预压、砂桩、碎石桩、灰土桩，水泥旋喷或深层搅拌形成的水泥土桩以及桩基等方法。处在地下水位以上，由建筑余泥或工业废料组成的杂填土地基，可采用机械压（夯）实方法进行处理。其中重锤夯实的有效夯实深度可达1.2m左右；若采用强夯，则有效夯实深度应经试验确定；当需要大面积回填夯实时，可采用机械分层回填碾压方法；处理含少量粘性土的建筑余泥、工业废料和炉灰填土地基时，可采用振动压实的方法。当震实机自重2t，振动作用力100kN时，有效夯实深度可达1.21.5m。处理较厚淤泥和淤泥质土地基时，可用堆载预压、砂井堆载预压或砂井真空预压。采用堆载预压时，预压荷载宜略大于设计荷载，预压时间应根据建筑物要求以及地基固结情况决定，同时应注意堆载大小和速率对周围建筑物的影响。采用砂井堆载预压或砂井真空