地基处理简介讲义

1、教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 地基处理简介地基处理简介 第十一章第十一章 制作：务新超制作：务新超 土力学与基础工程电子教案 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 第十一章第十一章 地基处理简介地基处理简介 11.1 11.1 概述概述 11.3 11.3 挤密压实法挤密压实法 11.2 11.2 换土换土( (垫层垫层) )法法 11.4 11.4 排水固结法排水固结法 11.5 11.5 深层搅拌法深层搅拌法 11.6 11.6 其他地基加固法简介其他地基加固法简介 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 一、人工地基的概念和适用条件一、人工地基的概念和适用条件 u经人工

2、处理或加固后的地基称为人工地基。经人工处理或加固后的地基称为人工地基。 u软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土 或其它高压缩性土构成的地基。或其它高压缩性土构成的地基。 u工程上常将淤泥和淤泥质土统称为软土工程上常将淤泥和淤泥质土统称为软土 u冲填土（吹填土）是指在水利建设或江河整治中，用挖冲填土（吹填土）是指在水利建设或江河整治中，用挖 泥船或泥浆泵将江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹泥船或泥浆泵将江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹 填）形成的沉积土。填）形成的沉积土。 u杂填土是指因人类活动而填积形成的无规则堆积物，包杂填土是指因

3、人类活动而填积形成的无规则堆积物，包 括建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。括建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。 11.1 概述概述 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 二、地基处理的目的 u地基处理的目的是针对在软弱地基上建造结构物时有可 能产生的问题，采用人工的方法改善地基土的工程性质， 以达到满足结构物对地基稳定和变形的要求。包括： 提高地基土的抗剪强度，增加地基土的稳定性； 降低地基土的压缩性，减少沉降和不均匀沉降； 改善软弱土的渗透性，加速固结沉降过程； 改善土的动力特性和提高其抗震性能； 消除或减少特殊土的不良工程特性，如黄土的湿陷性，膨胀土的 膨胀性等 教育部十一五规划教材教育部

4、十一五规划教材 三、地基处理方法分类及适用情况三、地基处理方法分类及适用情况 u地基处理的方法很多，每一具体工程都要进行地基处理的方法很多，每一具体工程都要进行 具体细致分析，应从地基条件、处理要求（包具体细致分析，应从地基条件、处理要求（包 括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范 围、工程进度等），工程费用以及材料，机具围、工程进度等），工程费用以及材料，机具 来源等方面进行综合分析比较，以确定合适的来源等方面进行综合分析比较，以确定合适的 地基处理方法。地基处理方法。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 u人工地基人工地基 土木工程建设中，当

5、遇到工程地质条件土木工程建设中，当遇到工程地质条件 不良的软弱土地基不能满足建筑物要求不良的软弱土地基不能满足建筑物要求 时，需经人工处理加固后建造基础，这时，需经人工处理加固后建造基础，这 种人工处理后的地基称为人工地基种人工处理后的地基称为人工地基 。 二、地基处理的方法二、地基处理的方法 物理处理物理处理化学处理化学处理热学处理热学处理 置换置换排水排水挤密挤密加筋加筋搅拌搅拌灌浆灌浆热加固热加固冻结冻结 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 分类处理方法适用范围 1.换 土垫 层法 垫层法 浅层非饱和土和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节 性冻土、素填土和杂填土 强夯挤淤法 厚度较

6、小的淤泥和淤泥质土地基 2.振 密、 挤密 法 表层压实法 接近于最优含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿 陷性黄土及杂填土 重锤夯实法 无粘性土、杂填土、非饱和粘性土和湿陷性黄土 强夯法 碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和度的粉涂于粘 性土及湿陷性黄土 振冲挤密法 砂性土和年利含量小于10%的粉土 土（或灰土） 桩法 湿陷性黄土、新近沉积黄土、素填土和杂填土 砂桩法松砂地基和杂填土地基 夯实水泥土 桩 地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土和淤泥 质土 爆破法饱和净砂、非饱和但灌水饱和的砂、粉土和湿陷性黄土 地基处理方法适用条件地基处理方法适用条件 教育部十一五规划教材教育部十一五规

7、划教材 3.排 水固 结法 堆载预压法软粘土地基 砂井法透水性低的软粘土，但不适应于有机质沉积物地基 真空预压法能在加固区形成稳定负压边界条件的软土地基 真空-堆载预 压法 软粘土地基 降低地下水 位法 特别是饱和粉、细砂地基 电渗排水法饱和软粘土地基 4.置 换法 碎石桩法 不排水抗剪强度大于20kpa的淤泥、淤泥质土、砂土、 粉土、粘性土和人工填土 石灰桩法软弱粘性土 强夯置换法软粘土 cfg桩法填土、饱和和非饱和粘性土、砂土、粉土等地基 柱锤冲扩法杂填土、粘性土、粉土粘性素填土、黄土等地基 eps超轻质填 料法 软弱地基上的填方工程 分类处理方法适用范围 地基处理方法适用条件地基处理方法

8、适用条件 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 分类处理方法适用范围 5.加 筋法 土工聚合物砂土、粘性土和软土，或作反滤和隔水材料 加筋土人工填土的路堤和挡土结构 土层锚杆一切需要将应力传递到稳定土层中的工程 土钉开挖支护和天然边坡支护 树根桩法软弱粘性土和杂填土 6.胶 结法 注浆法 岩基、砂土、粉土淤泥质土、粘土和一般人工填土，也 可用于暗滨和托换 高压喷射注浆 法 砂土、粉土、淤泥和淤泥质土、粘性土、黄土、人工填 土等，也可用于既有建筑的托换 水泥土搅拌法 淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且承载力不大于 140kpa的粘性土 7.冷 热处 理 冻结法饱和砂土和软粘土的临时处理 烧结

9、法非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土 8.其 他 锚杆静压桩淤泥质土、粘性土、人工填土和松散粉土 沉降控制复合 桩基 较深厚软弱地基上，以沉降控制为主的8层以下建筑地基 地基处理方法适用条件地基处理方法适用条件 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 方法加固原理适用范围 换土垫 层法 采用开挖后换好土回填的方法；对于厚度较小的淤 泥质土层，亦可采用抛石挤淤法。地基浅层性能良 好的垫层，与下卧层形成双层地基。垫层可有效地 扩散基底压力，提高地基承载力和减少沉降量。 各种浅层的软弱 土地基 振冲置 换法 利用振冲器在高压水的作用下边振、边冲，在地基 中成孔，在孔内回填碎石料且振密成碎石桩。碎石 桩

10、柱体与桩间土形成复合地基，提高承载力，减少 沉降量 cu20kpa的粘性土、 松散粉土和人工 填土、湿陷性黄 土地基等 挤淤置 换法 通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基的 目的。 厚度较小的淤泥 地基 强夯置 换法 采用强夯时，夯坑内回填块石、碎石挤淤置换的方法， 形成碎石墩柱体，以提高地基承载力和减少沉降量。 浅层软弱土层较 薄的地基 褥垫法当地基一部分压缩小而另一部分压缩性较大时，为 避免不均匀沉降，在压缩性小的区域换填铺设一定 厚度的可压缩性土料形成褥垫，以减小沉降差。 建筑物部分坐落 在土上，部分在 岩石上。 1.置换置换 地基处理方法与加固原理地基处理方法与加固原理 教育部十

11、一五规划教材教育部十一五规划教材 方法加固原理 碎石桩法采用沉管法或其他技术，在软土中设置砂或碎石桩柱体，置换 后形成复合地基，可提高地基承载力，降低地基沉降。同时， 砂、石柱体在软粘土中形成排水通道，加速固结 砂桩（置换） 法 在软粘土中设置密实的砂桩，以置换同体积的粘性土形成砂桩 复合地基，以提高地基承载力。同时，砂桩还可以同砂井一样 起排水作用，以加速地基土固结。 石灰桩法在软弱土中成孔后，填入生石灰或其他混合料，形成竖向石灰 桩柱体，通过生石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用改善 桩柱体周围土体的性质，形成石灰桩复合地基，以提高地基承 载力，减少沉降量 eps轻填法发泡聚苯乙烯（eps

12、）重度只有土的1/501/100，并具有较高 的强度和低压缩性，用于填土料，可有效减少作用于地基的荷 载，且根据需要用于地基的浅层置换 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 2.排水固结排水固结 方法加固原理 砂井法、 加载预 压法 在预压荷载作用下，通过一定的预压时间，天然地基被压缩、固 结，地基土的强度提高，压缩性降低。在达到设计要求后，卸去 预压荷载，再建造上部结构，以保证地基稳定和变形满足要求。 当天然土层的渗透性较低时，为了缩短渗透固结的时间，加速固 结速率，可在地基中设置竖向排水通道，如砂井、排水板等。加 载预压的荷载，一般有利用建筑物自身荷载、堆载或真空预压等 超载预 压法

13、基本原理同加载预压法，但预压荷载超过上部结构的荷载。一般 在保证地基稳定的前提下，超载预压方法的效果更好，特别是对 降低地基次固结沉降十分有效 真空预 压法 在饱和软粘性土中设置砂井和砂垫层，上覆密封膜，通过设于砂 垫层的抽气管造成负压，使软粘土层排水固结。85kpa 降低地 下水位 法 通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如堆载预压， 使地基土固结。在基坑开挖支护建筑物设计中可减少建筑物上作 用力。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 3.3.振密挤密振密挤密 方法方法加固原理加固原理 表层原位压实表层原位压实 法法 采用人工或机械夯实，碾压或振动，使土密实，但范围采用人工或机

14、械夯实，碾压或振动，使土密实，但范围 较浅较浅 强夯法强夯法 采用重量采用重量100100 400kn400kn的夯锤，从高处自由落下，在强烈的夯锤，从高处自由落下，在强烈 的冲击力和振动力作用下，地基土密实，可以提高承载的冲击力和振动力作用下，地基土密实，可以提高承载 力，减少沉降量力，减少沉降量 振冲密实法振冲密实法 振冲器的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新振冲器的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新 排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲力，排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲力， 回填碎石料使得砂层挤密，达到提高地基承载力，降低回填碎石料使得砂层挤密，达到提高

15、地基承载力，降低 沉降的目的沉降的目的 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 3.3.振密挤密振密挤密 方法方法加固原理加固原理 挤密碎（砂）挤密碎（砂） 石桩法石桩法 施工方法与排水中的碎（砂）石桩相同，但是，沉管过施工方法与排水中的碎（砂）石桩相同，但是，沉管过 程中的排土和振动作用，将桩柱体之间土体挤密，并形程中的排土和振动作用，将桩柱体之间土体挤密，并形 成碎（砂）石桩柱体复合地基，达到提高地基承载力和成碎（砂）石桩柱体复合地基，达到提高地基承载力和 减小地基沉降的目的减小地基沉降的目的 土、灰土桩法土、灰土桩法 采用沉管等技术，在地基中成孔，回填土或灰土形成竖采用沉管等技术，在地

16、基中成孔，回填土或灰土形成竖 向加固体，施工过程中排土和振动作用，挤密土体，并向加固体，施工过程中排土和振动作用，挤密土体，并 形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降量形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降量 挤密砂桩法挤密砂桩法 在采用锤击法或振动法制桩过程中，对周围砂层产生挤在采用锤击法或振动法制桩过程中，对周围砂层产生挤 密作用，被挤密桩间土和密实的砂桩形成砂桩复合地基。密作用，被挤密桩间土和密实的砂桩形成砂桩复合地基。 爆破挤密法爆破挤密法 利用爆破产生挤压力和振动力使地基土密实以提高土体利用爆破产生挤压力和振动力使地基土密实以提高土体 的抗剪强度，提高承载力，减少沉降。的抗剪强度，提

17、高承载力，减少沉降。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 4.加筋加筋 方法方法加固原理加固原理 加筋土法加筋土法 在土体中加入起抗拉作用的筋材，例如土工合成材料、在土体中加入起抗拉作用的筋材，例如土工合成材料、 金属材料等，通过筋土间作用，达到减小或抵抗土压金属材料等，通过筋土间作用，达到减小或抵抗土压 力；调整基底接触应力的目的。可用于支挡结构或浅力；调整基底接触应力的目的。可用于支挡结构或浅 层地基处理层地基处理 锚固法锚固法 主要有土钉和土锚法，土钉加固作用依赖于土钉与其主要有土钉和土锚法，土钉加固作用依赖于土钉与其 周围土间的相互作用；土锚则依赖于锚杆另一端的锚周围土间的相互作

18、用；土锚则依赖于锚杆另一端的锚 固作用，两者主要功能是减少或承受水平向作用力固作用，两者主要功能是减少或承受水平向作用力 竖向加固体竖向加固体 复合地基法复合地基法 在地基中设置小直径刚性桩、低等级混凝土桩等竖向在地基中设置小直径刚性桩、低等级混凝土桩等竖向 加固体，例如加固体，例如cfgcfg桩、二灰混凝土桩等，形成复合地基，桩、二灰混凝土桩等，形成复合地基， 提高地基承载力，减少沉降量提高地基承载力，减少沉降量 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 5.化学固化化学固化 方法方法加固原理加固原理 深层搅拌法深层搅拌法 利用深层搅拌机械，将固化剂（一般的无机固化剂为利用深层搅拌机械，将固

19、化剂（一般的无机固化剂为 水泥、石灰、粉煤灰等）在原位与软弱土搅拌成桩柱水泥、石灰、粉煤灰等）在原位与软弱土搅拌成桩柱 体，可以形成桩柱体复合地基、格栅状或连续墙支挡体，可以形成桩柱体复合地基、格栅状或连续墙支挡 结构。作为复合地基，可以提高地基承载力和减少变结构。作为复合地基，可以提高地基承载力和减少变 形；作为支挡结构或防渗，可以用作基坑开挖时，重形；作为支挡结构或防渗，可以用作基坑开挖时，重 力式支挡结构，或深基坑的止水帷幕。水泥系深层搅力式支挡结构，或深基坑的止水帷幕。水泥系深层搅 拌法，一般有两大类方法，即喷浆搅拌法和喷粉搅拌拌法，一般有两大类方法，即喷浆搅拌法和喷粉搅拌 法法 灌浆

20、或注浆法灌浆或注浆法 有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压注浆等多有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压注浆等多 种工法，浆液的种类较多。种工法，浆液的种类较多。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 6.热学处理及其他热学处理及其他 方法方法加固原理加固原理 冻结法冻结法 冻结土体，改善地基土截水性能，提高土体冻结土体，改善地基土截水性能，提高土体 抗剪强度。抗剪强度。 烧结法烧结法 钻孔加热或焙烧，减少土体含水量，减少压钻孔加热或焙烧，减少土体含水量，减少压 缩性，提高土体强度。缩性，提高土体强度。 托换法托换法 基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基础加宽法、墩式托换法、桩式托换

21、法、地 基加固法、综合托换法等基加固法、综合托换法等 纠偏纠偏 加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法、综加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法、综 合纠偏法。合纠偏法。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 u将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良 好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方 法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基 持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。 11.2 11.2 换土垫层法换土垫层法 一、换土垫层法的概

22、念一、换土垫层法的概念 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 u换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣 和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、 稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。 u换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度 和宽度，一般可将各种材料的垫层设计 都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 1.1.砂垫层厚度的确定砂垫层厚度的确定 u（1 1）按弹性理论的土中应力分布公式计算）按弹性理论的土中应力分布公式计算 二、垫层的设计二、垫层的设计 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 u（2 2）按应力扩散角进行计算按应力扩散角进行计算 教育部十一五规划教

23、材教育部十一五规划教材 u（2 2）按应力扩散角进行计算按应力扩散角进行计算 hsss tghtgbhltghblb 3 4 2 tghtghbllb lb ss h 3 4 hhs shh h h 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 2.2.砂垫层平面尺寸的确定砂垫层平面尺寸的确定 tghll s 2 tghbb s 2 3.3.基础最终沉降量的计算基础最终沉降量的计算 ls sss s sh s e h s 2 4.4.施工要点施工要点 p259p259 5.5.3 3 挤密压实法挤密压实法 在厚度较大，不发生冲刷或冲刷深度 不大的松散土地基(包括松散中、细、 粉砂土，粉土，松散细粒

24、炉渣， 杂填 土以及il1、孔隙比接近或大于1的含 砂量较多的松软粘性土)。 一、机械碾压法一、机械碾压法 机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械 将地基土压实。通过处理，可使填土或地基表层疏松土孔隙体 积减小，密实度提高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度 和承载力。这种方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实。 在工程实践中，除了进行室内击实试验外，还应进行现场碾压 试验。通过试验，确定在一定压实能条件下土的合适含水量， 恰当的分层碾压厚度和遍数，以便确定满足设计要求的工艺参 数。粘性土压实前，被碾压的土料应先进行含水量测定，只有 含水量在合适范围内的土料才允许进场，每层铺土

25、厚度约为 300mm。 二、振动压实法二、振动压实法 振动压实法是通过在地基表面施加振动把浅层松散 土振实的方法。可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎 砖等组成的杂填土地基。 竖向振动力由机内设置的两个偏心块产生。振动压 实的效果与振动力的大小、填土的成分和振动时间有 关。当杂填土的颗粒或碎块较大时，应采用振动力较 大的机械。一般来说，振动时间越长，效果越好。但 振动超过一定时间后振实效果将趋于稳定。因此，在 施工前应进行试振，找出振实稳定所需要的时间。振 实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边， 后振中间。经过振实的杂填土地基，承载力基本值可 达100120kpa。 夯锤一般为截头圆锥

26、体，锤重大于15kn，锤底直径为0.7 1.5m，落距34m，其有效夯实深度约为1.11.2m（与锤径 相当）。其地基承载力基本值一般可达100150kpa。 可用于处理地下水位距地表0.8m以上的非饱和粘性土或杂填土， 提高其强度，降低其压缩性和不均匀性。 也可用于处理湿陷性黄土，消除其湿陷性。 三、重锤夯实法三、重锤夯实法 夯实效果与锤重、锤底直径、落距、夯击遍数、夯实土的种类 和含水量有关系。施工中宜由现场夯击试验决定有关参数。随 土质和含水量变化相应加以调整。 注意事项： 拟加固土层必须高出地下水位0.8m以上，且该范围内 不宜存在饱和软土层，否则可能将表层土夯成橡皮土， 反而破坏土的

27、结构和增大压缩性。因此，当地下水位 埋藏深度在夯击的影响深度范围内时，需采取降水措 施。 停夯标准： 随着夯击遍数增加，每遍夯的夯沉量逐渐减少，一 般要求最后两遍平均夯沉量对于粘性土及湿陷性黄 土不大于1.02.0cm；对于砂性土不大于0.51.0cm。 锤夯实法加固后的地基应经静载试验 确定其承载力，需要时还应对软弱下 卧层承载力及地基沉降进行验算。 1. 强夯法的加固机理强夯法的加固机理 强夯时地基在极短的时间内受到夯锤的高能量 冲击，激发压缩波、剪切波和瑞利波等应力波传向 地基深处和夯点周围。其中压缩波可以使土受压或 受拉，能引起瞬间的孔隙水应力，导致土的抗剪强 度大为降低，紧随其后的剪

28、切波进而使土的结构受 到破坏，瑞利波的传播则在夯点附近引发土的隆起。 在此过程中，土颗粒重新排列而趋于更加稳定、密 实的状态。 四、强夯法 2. 有效加固深度有效加固深度 强夯法的有效加固深度h（m）主要取决于单击夯 击能量wh，也与地基的性质及其在夯实过程中的变 化有关。可用经验公式估算，即： h= 10 wh 系数 值最好通过现场试夯或根据当地经验确定 3.强夯法的特点及适用范围 特点：夯击能量大，影响深度大。具有工艺简单， 施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。 强夯法适用范围：碎石类土、砂类土、杂填土、低 饱和粉 土和粘 土、湿陷性黄土等地基的加固，效果 较好。对于高饱和软粘土

29、(淤泥及淤泥质土) 强夯处 理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他 粗粒料，强行夯入 形成复合地基（称为强夯置换或 动力挤淤），效果较好。 对于工程周围建筑物和设备有振动影响限制要求的 地基，不得使用强夯法 参数确定 强夯法施工前，应先在现场进行原位试验 (旁压试验、十字板试验、触探试验等)，取 原状土样测定含水量、塑限液限、粒度成分 等，然后在试验室进行动力固结试验或现场 进行试验性施工，以取得有关数据。 五、砂桩法五、砂桩法 提高地基承载力，减少沉降量和增强 抗液化能力。 对于厚度大的饱和软粘土地基，由于 土的渗透性小，此法加固不易将土挤 密实，还会破坏土的结构强度，主要 起到置换

30、作用，加固效果不大。 一）作用原理一）作用原理 砂桩挤密法是用振动、冲击或打入套管等方法在地 基中成孔（孔径一般为300600mm），然后向孔 中填入含泥量小于5%的中、粗砂，再加以夯挤密 实形成土中桩体从而加固地基的方法。 （一）作用原理（一）作用原理 用振动、冲击或打入套管等方法在地基中用振动、冲击或打入套管等方法在地基中 成孔成孔(孔径一段为孔径一段为300mm600mm)然后向然后向 孔中填入含泥量不大于孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、的中、粗砂、粉、 细砂料应同时掺入细砂料应同时掺入25%35%碎石或卵石，碎石或卵石， 再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地再加以夯挤密实形成土

31、中桩体从而加固地 基的方法。基的方法。 对松散的砂土层，砂桩的加固机理有对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密挤密作作 用、用、排水减压排水减压作用和砂土地基作用和砂土地基预振密实预振密实作用；作用； 对于松软粘性土地基中，主要对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置通过桩体的置 换换和和排水作用排水作用加速桩间土的排水固结，并形成加速桩间土的排水固结，并形成 复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善 地基土的力学性质。地基土的力学性质。 对于砂土与粘性土对于砂土与粘性土互层的地基互层的地基及冲填土，砂及冲填土，砂 桩也能起到一定的挤实加固作用。桩也能起到一

32、定的挤实加固作用。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 ( (二二) )砂桩的设计计算砂桩的设计计算 砂桩的设计、计算主要应解砂桩的设计、计算主要应解 决：砂桩的加固范围；加固决：砂桩的加固范围；加固 范围内需要砂桩的总截面积；范围内需要砂桩的总截面积； 砂桩数量及布置；以及砂桩砂桩数量及布置；以及砂桩 的长度及灌砂量的估算的长度及灌砂量的估算 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 1.1.砂桩加固范围的确定砂桩加固范围的确定 一般应自基础向外加大不少于一般应自基础向外加大不少于0.5m或或0.1b(b为为 基础短边的宽度，以基础短边的宽度，以m计计)。一般认为。一般认为砂（石）砂（

33、石） 桩挤密地基桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度的宽度应超出基础宽度，每边宽度 不少于不少于13排；用于排；用于防止砂土液化时防止砂土液化时，每边放，每边放 宽不宜少于处理深度的宽不宜少于处理深度的1/2，且不小于，且不小于5m；当；当 可液化层上覆盖有厚度大于可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层的非液化土层 时，每边放宽不应小于液化层厚度的时，每边放宽不应小于液化层厚度的1/2，并，并 不应小于不应小于3m。 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教材 )m)(ll)(bb(lba 2 11 22 加固范围平面面积 式中：a加固范围平面面积，（m2）； b加固宽度，（m）； l加固

34、长度，（m）； b1基础宽度，（m）； l1基础长度，（m）； b宽度方向加固范围每边超过基础的宽度； l长度方向加固范围每边超过基础的长度； 2.2.所需砂桩的面积所需砂桩的面积 a a1 1 假设砂桩加固前地基土的孔假设砂桩加固前地基土的孔 隙比为隙比为e e0 0，砂土加固范围为，砂土加固范围为 a a，加固后土孔隙比为，加固后土孔隙比为e e1 1。 0 1evvvvv 土土总总气气土土总总 10 11e vv e v v 砂砂总总总总 土土 1 0 1 1 e e vv v 砂砂总总 总总 总总砂砂 v e ee v 0 10 1 从加固前后的地基中从加固前后的地基中 取相同大小的土

35、样可取相同大小的土样可 见，加固前后原地基见，加固前后原地基 土颗粒所占体积不变，土颗粒所占体积不变， 由此可得所需砂桩的由此可得所需砂桩的 面积面积a a1 1（m m2 2） a e ee a 0 10 1 1 砂土：砂土： e1 = emax dr (emaxemin) emax及及emin由相对密度试验确由相对密度试验确 定，定，dr值根据地质情况、荷值根据地质情况、荷 载大小及施工条件选择，可载大小及施工条件选择，可 采用采用0.70.85； 饱和粘性土饱和粘性土 ： e1 =dswp il(wlwp) 3.3.砂桩根数及其排列砂桩根数及其排列 根数根数 n=4an=4a1 1/d/

36、d2 2 砂桩的布置及其间距砂桩的布置及其间距 梅花形布置梅花形布置 正方形布置正方形布置 10 0 1 952. 0 ee e dl 10 0 1 887. 0 ee e dl 2 4 3 la 8 ) 4 ( 6 1 3 2 2 d da 4.4.砂桩长度砂桩长度 穿透软土层，满足承载力与变形要求穿透软土层，满足承载力与变形要求 5.5.砂桩的灌砂量砂桩的灌砂量 w s w e dla laq)01. 01 ( 1 1 1 （三）（三） 砂桩施工要点砂桩施工要点 砂桩的施工宜用透水性好的中、粗砂或砂与砾石的混 合料，含泥量不超过5%。成孔机具宜采用振动打桩 机或柴油打桩机等机具。根据成桩方

37、法确定砂的最佳 含水量，所填入孔内的砂料应分层填筑，分层夯实， 并保证桩体在施工中的连续密实性。实际灌砂量未达 到设计用量时，应在原处复打，或在旁边补桩。为增 加挤密效果，砂桩可以从外圈向内圈施打。 六、振冲法六、振冲法 振冲法又称振动水冲法。其主要的施工机具是振冲 器、卷扬机和水泵。振冲器筒内主要由一组偏心块、 潜水电机和通水管等三部分组成 振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力（40 90kn）作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射 水和补给水。 振冲法按加固机理和效果不同，又分振冲置换法和 振冲密实法两类 1.对砂类土地基振冲挤密 一方面是靠振冲器的强力 振动使饱和砂层发生液化, 砂颗粒

38、重新排列,孔隙减; 另一方面是靠振冲器的水 平振动力,在加回填料情况 下通过填料使砂层挤压密 实. 实测表明，振动加速度与离 振冲器距离的增大呈指数函 数型衰减。从振冲器侧壁向 外根据加速度大小可以顺次 划分为紧靠侧壁的流态区、 过渡区和挤密区，挤密区外 是无挤密效果的弹性区。 只有过渡区和挤密区才有显暮的挤密效果。过渡区 和挤密区的大小仅取决于砂土的性质(诸如起始相对 密度、颗粒大小、形状和级配、土粒密度、地应力、 渗透系数等)，还取决于振冲器的性能(诸如振动力、 振动频率、振幅、振动历时等)。 一般来说，振动力越大，影响距离就越大。但是过 大的振动力，扩大的多半是流态区而不是挤密区， 因此

39、挤密效果不一定成比例地增加。 在振冲器一般常用的频率范围内，频率越高，产生 的流态区越大。所以高频振冲器虽然容易在 砂体 颗粒越细，越容易产生宽广的流态区。 对粉士或含粉粒较多的粉质砂，振冲挤密的效果很 差。缩小流态区的有效措施是向流态区灌入粗砂、 砾石或碎石等粗粒料。一般从粉细砂到含砾粗砂， 只要小于0.005的粘粒含量不超过10，都可以得 到显著的挤密效果；若粘粒含量大于30，则挤密 效果明显降低。 2.2.对粘性土地基对粘性土地基振冲置换振冲置换 利用振冲器在高压水流下边冲边振，在软弱粘土中成孔，然利用振冲器在高压水流下边冲边振，在软弱粘土中成孔，然 后在孔内分批填入碎石、砂等竖硬材料制

40、成桩体，和原来的后在孔内分批填入碎石、砂等竖硬材料制成桩体，和原来的 粘性土构成复合地基。粘性土构成复合地基。 11.4 排水固结法 又称预压法，是通过预 压使软粘土地基中的孔 隙水排出，在预压荷载 作用下土体固结，土中 孔隙体积减少，土体强 度提高，减少地基工后 沉降。 组成 通常由排水系统和加压系 统两部分组成。 分类 对一维固结情况，固结所需时间与最大排水距离关系：对一维固结情况，固结所需时间与最大排水距离关系： 土体固结系数与渗透系数成线性关系，固结速率与土体的渗土体固结系数与渗透系数成线性关系，固结速率与土体的渗 透系数成反比关系；透系数成反比关系； 土体固结速率与最大排水距离有关，

41、并且是二次方关系；土体固结速率与最大排水距离有关，并且是二次方关系； 在地基层中设置竖向排水系统，可有效缩短最大排水距离，在地基层中设置竖向排水系统，可有效缩短最大排水距离， 大大缩短地基土固结所需时间。大大缩短地基土固结所需时间。 )( )( 211 1 2 w v v v ke c c th t 原理 一、砂井堆载预压法 基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用 钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在 砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系 统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力， 使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平 砂垫层排出，达到加速土体固结、提

42、高软弱地基土承 载力之目的 。 主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、 码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积 地基则不适用。 （一）排水系统设计（一）排水系统设计 1.竖向排水体的直径和间距 普通砂井直径dw为300500mm，井径比为68；袋 装砂井直径一般为70100mm，井径比n=de/dw一般 为1522；塑料排水带尺寸一般为100mm4mm， 常用当量直径dp表示， dp= )b(2 1砂井的直径和间距 砂井的直径和间距主要取决于土的固结特 性和施工期的要求。 为达到相同的固结度，缩短砂井间距比增 加砂井直径效果要好，即以“细而密”为 佳，不过，考虑到施工的可操作

43、性，普通 砂井的直径为300500mm。 砂井的间距可根据地基土的固结特征和预 定时间内所要求达到的固结度确定，间距 可按为直径的68倍选用。 2砂井深度 砂井深度主要根据土层的分布、地基中的 附加应力大小、施工期限和条件及地基稳 定性等因素确定。 当软土不厚（一般为1020m）时，尽量 要穿过软土层达到砂层；当软土过厚（超 过20m）,不必打穿粘土，可根据建筑物对 地基的稳定性和变形的要求确定。对以地 基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超 过最危险滑动面2.0m以上。 3砂井平面布置 正方形或等边三角形布置 在大面积荷载作用下，认为每个砂井均起独立排水作用。 为了简化计算，将每个砂井平面上的

44、排水影响面积以等 面积的圆来代替，可得一根砂井的有效排水圆柱体的直 径de和砂井间距l的关系按下式考虑： lld e 051 32 . （1）等边三角形 （2）正方形布置 lld e 128. 1 4 ll 砂井 直径dw s 4砂垫层的设置 为保证砂井排水畅通，在砂井顶部还应设置砂垫 层，宽度应超出堆载宽度，并伸出砂井区外边线2 倍砂井直径，厚度不应小于0.5m，水下施工时为 1m左右，以免地基沉降时切断排水通道。 （二）预压加载（二）预压加载 对于路堤、土坝等填土工程，可采用分期填筑 的方式以其自重作为预压荷载； 对于房屋、码头等的地基，一般用土石堆载预压 在缺少加载材料、预压后弃土场地难

45、以解决或运 输能力不足的情况下，利用结构本身（如建成后的空 油罐）的蓄水能力充水预压，更显示其优越性。 预压荷载应不小于建筑物基础底面的设计压力， 一般情况下可取二者相等； 对于要求严格限制地基沉降的建筑物，应采用 超载预压的方法，其超载的大小应据预定时间内要求 消除的地基变形量通过计算确定。 （三）砂井地基固结度计算（三）砂井地基固结度计算 现行规范规定一级或多级等速加荷条件下，当固 结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按 下式计算 1ii ttt 1ii n i teeett p i u q 1 式中 t时间地基的平均固结度； 第i级荷载的加荷速率（kpa/d）； p各级荷载的累加值

46、（kpa）； ti-1、ti分别为第i级荷载的起始和终止时间，（从 零点起算）（d），当计算第i级荷载加载过程中某时 间t的固结度时，ti改为t； 、参数，根据地基排水固结条件按表11-4选用。 对竖井地基，表中所列为不考虑涂抹和井阻影响的 参数值。 tu i q 2 2 2 2 4 13 1n n nnl n n f 参数参数、取取值表值表 zu 2 v 2 h c 4 2 en h df c8 2 en h df c8 2 v 2 h c 4 参数 排水固结条件 竖向排水固结 30% 向内径向排 水固结 竖向和内径向排水固结 （竖井穿透受压土层） 8/218/2 + 井径比n=de/dw

47、瞬时加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖井地 基径向排水平均固结度可按下式计算 t fd 8c r 2 e h eu 1 f=fn+fs+fr fn=ln(n)- 4 3n sln1 k k s h sf w h 22 r q k 4 l f 例例11-1：某建筑地基采用预压排水固结法加固地基，软土厚度为 10m，软土层上下均为砂土层，未设置竖井排水。为了简化计算， 假定预压是一次瞬时施加的。已知该土层的孔隙比为1.60，压缩 系数为0.8mpa-1，竖向渗透系数为5.810-7cm/s 。试计算预压 时间为多少天，软土地基固结度达到0.8。 t teu 1 2 v 2 h c 4 解：解：

48、，=8/2，= d/cm. . . a ek c w v v 2 3 3 16250 101080 )611 (1050)1 ( 016040 54 16250 2 2 . . = /d（双面排水h=10/2=5m） d87 016040 801lnu1ln 8 t 8 22 . . t 例例11-2：某地基下分布有15m软粘土层，其下为粉细砂层，采 用砂井加固，井径dw=0.4m，井距s=2.5m，等边三角形布桩， 土的固结系数cv=ch=1.510-3cm2/s。在大面积荷载作用下， 按径向固结考虑，当固结度达到80%时需要时间为多少天？ 解：解：由平均固结度公式可知：t= de=1.05

49、s=2.625m，de2=6.89m2，n= de/ dw= 2.625/0.4=6.56 2 en h t df c u )( 8 1ln 2 2 2 2 4 13 ln 1 f(n) n n n n n 181. 1 5664 15663 566ln 1566 566 2 2 2 2 . . . . . d. . . t4 .1258961811 01308 801ln 袋装砂井和塑料排水板预压法 用砂井法处理软土地基如地基土变形较大或施工 质量稍差常会出现砂井被挤压截断，不能保持砂 井在软土中排水通道的畅通，影响加固效果。 袋装砂井 塑料排水板 天然地基堆载预压法是在建筑物施工前，用与设

50、计荷载相 等(或略大)的预压荷载(如砂、土、石等重物)堆压在天然 地基上使地基软土得到压缩固结以提高其强度(也可以利用 建筑物本身的重量分级缓慢施工)，减少工后的沉降量，待 地基承载力、变形达到设计预期要求后，将预压荷载撤除， 在经预压的地基上修建建筑物。 堆载预压计划设计 应根据堆载预压工期、地基处理要求，拟定一堆载预压 计划，并进行相应的验算。 二、其他预压法简介二、其他预压法简介 （一）天然地基堆载预压法（一）天然地基堆载预压法 堆载预压过程中地基稳定性验算 堆载预压过程中主要是验算加载阶段地基稳定性。加载阶 段稳定，固结阶段肯定是稳定的。 通过稳定分析验证加载计划是否合理，特别是加载速

51、率是 否合理。 稳定分析一般采用圆弧滑动法分析。 若加载阶段中地基稳定性分析不能满足要求，可修改预压 计划，减慢加荷速率，或减小井径比，以提高地基固结速 率，增加地基固结度，直到满足地基稳定要求。 t4时刻固结度计算 t2t3t4t1 p1 p2 超载预压法 当预压荷载超过工作荷载时称为超载预压。 超载预压目的是为了缩短堆载预压时间， 或进一步减少工作荷载作用下地基沉降量。 t2t3t4t1 p1 p2 （二）真空预压法（二）真空预压法 真空预压法是通过在砂垫层和 竖向排水体中形成负压区，在 土体内部与排水体间形成压差， 迫使土中水排出，土体固结， 其实质上是以大气压作为预压 荷重的一种预压固

52、结法 。 真空预压法一般能取得相当于 78kpa92kpa的等效荷载堆载 预压法的效果。 在加固过程中，土体中有效应 力不断增加，地基不存在整体 稳定问题。在土体固结过程中， 地基产生沉降，同时产生水平 位移，但其方向是向加固区中 心移动。 （四）真空和堆载联合预压法 理论研究和实践证明，真空预压和堆载预压的效果是可以叠加 的。采用这种方法曾获得相当于 130kpa等效荷载的预压效果。 （三）降水位预压法 降低水位预压法是借井点抽水降低地下水位，以增加土的自重应力， 达到预压目的。 5.5 深层搅拌法 深层搅拌法是利用水泥（石灰）等材料作为胶结剂，通过特 制的深层搅拌机械，将加固深度内的软土和

53、胶结剂（浆体或 粉体）强制拌和，利用胶结剂和软土发生一系列物理、化学 反应，使其凝结成具有较高强度，整体性和水稳定性都较好 的水泥加固土，与周围天然土体共同形成复合地基。 加固机理主要是水泥表面的矿物与软土中的水发生水解和水 化反应，形成水泥石骨架，利用水泥的水解和水化反应，部 分水化物与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，形成较 大的土团粒，起到加固土体的作用。 一、水泥加固土的室内外试验一、水泥加固土的室内外试验 1.室内配合比试验室内配合比试验 试验目的：试验目的：了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比、最佳外掺剂对水泥了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比、最佳外掺剂对水泥 强度的影响，求得龄

54、期与强度的关系，为设计与施工提供参数。强度的影响，求得龄期与强度的关系，为设计与施工提供参数。 试验方法：用风干土或烘干土碾碎，并过试验方法：用风干土或烘干土碾碎，并过25mm的筛后制备试样（也可的筛后制备试样（也可 以用现场的原状土保持天然含水量），分别按照配比称量土、水泥、外以用现场的原状土保持天然含水量），分别按照配比称量土、水泥、外 加剂等，放入搅拌锅内拌合均匀，然后将水和外加剂倒入在搅拌均匀；加剂等，放入搅拌锅内拌合均匀，然后将水和外加剂倒入在搅拌均匀； 试模内装入一半试料，放在振动台上震动试模内装入一半试料，放在振动台上震动1min后，装入其余一半试料再后，装入其余一半试料再 震动

55、震动1min，最后刮平试件表面，标准养护，少部分放在普通水中养护，最后刮平试件表面，标准养护，少部分放在普通水中养护， 比较不同条件对水泥土强度的影响。比较不同条件对水泥土强度的影响。 一般水泥掺入量一般水泥掺入量a=180250kg/m3，也可以用水泥掺入比，也可以用水泥掺入比aw表示，表示，aw=水泥水泥 掺量掺量/被加固软土的湿重量，可以选用（被加固软土的湿重量，可以选用（7、10、12.14.15.18、20）%等。等。 2.水泥土搅拌桩的野外试验 目的是进行成桩工艺试验，比较不同桩长与不同 桩身强度的单桩承载力，不同水泥掺入比的室内试 块与现场桩身强度的关系，确定共同作用的复合地 基

56、承载力。试验方法有在桩基不同部位切取试块与 试验室试件作对比强度试验，单桩与复合地基承载 力试验等。单桩或复合地基承载力设计值可以根据 载荷试验ps曲线取s/b或s/d=0.01时所对应的荷载。 二、水泥土搅拌桩的设计计算 1.单桩竖向承载力设计值 单桩竖向极限承载力标准值应通过现场单桩载荷试验确 定，也可以按照下式计算确定，取其中的小值。 rkd=f cu.kap rkd = upl+apqp s q s q 2.复合地基设计计算 标准值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可以按照下式计： ks p d k sp.k fm1 a r mf . )( 三、施工工艺三、施工工艺 通过深层搅拌机械，

57、在地基深处就地，利用固化剂与软土之 间所产生的一系列物理化学反应，使软土固化成具有整体性、 水稳性和一定强度的桩体，其与桩间土组成复合地基。 （一）粉体喷射搅拌法(粉喷桩法) 粉体喷射搅拌法是通过专用的施工机械，将搅拌钻头下沉到 预计孔底后，用压缩空气将固化剂（生石灰或水泥粉体材料） 以雾状喷入加固部位的地基土，凭借钻头和叶片旋转使粉体 加固料与软土原位搅拌混合，自下而上边搅拌边喷粉，直到 设计停灰标高。为保证质量，可再次将搅拌头下沉至孔底， 重复搅拌。 (二)水泥浆搅拌法（深层搅桩法） 水泥浆搅拌法是用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周 围软土强制拌和形成水泥加固体。搅拌机由电动机、中心

58、管、 输浆管、搅拌轴和搅拌头组成，并有灰浆搅拌机、灰浆泵等配 套设备。我国生产的搅拌机现有单搅头和双搅头两种，加固深 度达30m，形成的桩柱体直径6080cm。 一般用425号水泥，水泥用量为加固土干重的2%15，其 三个月龄期试块变形模量可达75mpa以上，抗压强度1.5 3.0mpa以上（加固软土含水量40100）。加固软土地基 可提高承载力23倍以上，沉降减少，稳定性明显提高，且 施工方便。 5.6 其他地基加固法简介其他地基加固法简介 一、高压喷射注浆法 利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以 20mpa左右的高压将加固用浆液(一般为水泥浆)从喷嘴喷射出 冲击土层，土层在

59、高压喷射流的冲击力、离心力和重力等作用 下；与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。 高压喷射注浆法按喷射方向和形成固体的形状可分为旋转喷 射、定向喷射和摆动喷射三种。 旋转喷射时喷嘴边喷边旋转和提升，固结体呈圆柱状，称为旋喷法， 主要用于加固地基； 定向喷射喷嘴边喷边提升，喷射定向的固结体呈壁状；摆动喷射固 结体呈扇状墙，此两方式常用于基坑防渗和边坡稳定等工程。 按注浆的基本工艺可分为单管法（浆液管）、二重管法（浆 液管和气管）、三重管法（浆液管、气管和水管）和多重管法 （水管、气管、浆液管和抽泥浆管等）。 二、灌浆法 灌浆法，亦称注浆法，利用压力或电化学原理通过注浆管将 加固浆

60、液注入地层中，以浆液掺入土粒间或岩石裂隙中的水 分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙岩体胶 结成整体，形成强度大、防水防渗性能好的人工地基。 压力灌浆 压力灌浆是常用的方法，是在各种大小压力下使水泥浆液或 化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。 电动化学灌浆 是在施工中以注浆管为阳极，滤水管为阴极，通过直流电电 渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化 学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。 灌浆胶结法所用浆液材料有粒状浆液（纯水泥浆、水泥 粘土浆和水泥砂浆等或统称为水泥基浆液）和化学浆液 （环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类和聚氨脂等）两大类。 三、土工合成材料加筋法 土工合成材料的功