9 压实性和地基处理

1、第九章第九章 土的压实性和地基处土的压实性和地基处理理第第1部分部分 概述概述第第2部分部分 地基处理方法地基处理方法主要内容第第1部分部分 概概 述述 软弱土软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为土组成的地基称为软弱土地基软弱土地基。 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。其特有的工程性质。 软土：指在静水或非常缓慢软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学

2、的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。作用下形成的软弱土。物理力学特性物理力学特性软土的软土的天然孔隙比大天然孔隙比大： e1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高具有明显的流变性具有明显的流变性淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软土软土工程特性工程特性软土地基的软土地基的地基承载力低地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长建筑物沉降历时长 流变：在应力不变的情况下，流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间土体的剪应变和体应变仍随时间而增长

3、的现象。而增长的现象。 由于软土地基的上述工程由于软土地基的上述工程特性，所以在软土地基上修建特性，所以在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的建筑物，必须重视地基的变形变形和和稳定稳定问题。问题。由于软土地基的承载力较低，如果不做任由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。因此在软土地基上建造建筑物，要求对软因此在软土地基上建造建筑物，要求对软土地基进行处理。土地基进行处理。 地基处理的目的地基处理的目的主要是改主要是改善地基的工程性质，包括改善善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪地基土的变形特性和

4、渗透性，提高其抗剪强度等。强度等。 地基处理的原则地基处理的原则：地基处：地基处理有许多方法，各种方法都有理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种案的比较，选择一种技术可靠技术可靠、经济合理经济合理、施工可行施工可行的方案，既可以是单一的地基处的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。合。一、土的压实原理一、土的压实

5、原理 大量工程实践和试验研究大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量土的含水量，压实机械压实机械及其及其压实功能压实功能等。等。土的压实效果常用土的压实效果常用干密度干密度 d（单位土体积（单位土体积内土粒的质量）来衡量。内土粒的质量）来衡量。 1.最优含水量最优含水量 对粘性土，当压实功能和对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。

6、 在一定压实机械的功能条件下在一定压实机械的功能条件下，土最，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为量，称为最优含水量最优含水量wop，相应的干密度则，相应的干密度则称为称为最大干密度最大干密度 dmax。w d0 dmaxwop 试验统计表明：最优含水量试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限与土的塑限wp有关，大致为有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。优含水量大。 2.压实功能压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当最

7、大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。干密度较大，对应的最优含水量则较小。夯实法及碾压法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其疏松土层，使其孔隙体积减少孔隙体积减少、密实程度密实程度提高提高，这种作用称为，这种作用称为压实压实。压实能降低土。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担水性，

8、使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。较大荷载的地基持力层。第第2部分部分 地基处理方法地基处理方法强夯法强夯法 强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。深处产生不同程度的加固作用。10.2.2 强夯法强夯法 强夯法是法国l梅纳（menard）1

9、969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10m以上。 平滑鼓型振动碾平滑鼓型振动碾 vibrocompaction for sand振动压路机降低压缩性，提高强度振动平胎碾砾石羊足碾粘性土或粉土pneumatic tired rollersheepsfoot roller挤密法和振冲法挤密法和振冲法 在砂土中，通过机械振动挤压或加水在砂土中，通过机械振动挤压或加水振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是振动可以使土密实。挤密法和振冲法就是利用这个原理发展起来的两种地基加固方利用这个原理发展起来的两种地基加固方法。法。一、挤密法一、挤密法

10、挤密法的加固机理主要靠挤密法的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。善土的强度和变形特性。 二、振冲法二、振冲法 振冲法是利用一个振冲器，振冲法是利用一个振冲器，在高压水流的作用下边振边冲，使松砂地在高压水流的作用下边振边冲，使松

11、砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的土构成复合地基。和原来的土构成复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法的加固机在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是理是不同的。在砂土中主要是振动挤密振动挤密和和振动液化作用振动液化作用；在粘性土中主要是；在粘性土中主要是振冲置振冲置换作用换作用，置换的桩体与土组成复合地基。，置换的桩体与土组成复合地基。3 振冲桩 (起源于德国,我国于70年代引入)(1)设备,振冲器d=270420mm,l=23m, g=820kn(2)原

12、理:振:偏心轮旋转,振动加密,使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土颗粒振浮液化固结振冲器振冲器换土垫层法换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法换土垫层法来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。等，并夯至密实。 实践证明：换土垫层可以实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其

13、回填的材料筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。 砂垫层的主要作用：砂垫层的主要作用： 1.提高浅基础下地基的承载力；提高浅基础下地基的承载力； 2.减少沉降量；减少沉降量； 3.加速基底下软弱土层的排水固结；加速基底下软弱土层的排水固结； 4.防止冻胀；防止冻胀； 5.消除膨胀土的胀缩作用。消除膨胀土的胀缩作用。排水固结预压法排水固结预压法 排水固结预压法排水固结预压法是利用地基土排水固是利用地基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），种排水条件

14、（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。基处理方法。 ceabce0 e b a e 土层的排水固结效果和它土层的排水固结效果和它的排水边界条件的排水边界条件有关。当土层有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而使土层发生固隙水向上下面透水层排出而使土层发生固结，称为结，称为竖向排水固结竖向排水固结。根据固结理论，。根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比正比。因此，为了加速土层的固结，最有。因此，为了加速土

15、层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。水距离。 排水固结预压法主要适用排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。水性良好，无需用此法处理。一、堆载预压法一、堆载预压法二、砂井堆载预压法二、砂井堆载预压法三、真空预压法三、真空预压法竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况-u真空预压真空预压 密封层密封层深层搅拌法深层搅拌法 深层搅拌法（深层搅拌法（deep mixing methoddmm）是一

16、种化学加固地基的方法。它通过特制是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械机械各种深层搅拌机，沿深度将固化剂各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而（体），或与地基土构成复合地基，从而提高

17、软土地基的承载力、减小地基的变形。提高软土地基的承载力、减小地基的变形。(a)定位定位 (b)喷浆喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (c)搅拌上升搅拌上升(d)重复喷浆重复喷浆(粉粉)搅拌下沉搅拌下沉 (e)重复搅拌上升重复搅拌上升(完毕完毕)(a)(b)(c)(d)(e) 深层搅拌法按固化主剂的深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。拌法。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（

18、水泥加固土），影响水泥土强为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有：度的主要因素有： 1.水泥掺入比水泥掺入比 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当比的增大而增大。当aw5%时，时，由于水泥由于水泥与土的固化反应过弱，与土的固化反应过弱，对于提高地基土的对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的强度效果不明显。工程上常用的aw约为约为725%。%100 被加固的软土重量被加固的软土重量掺加的水泥重量掺加的水泥重量wa 水泥土的强度增长率在不水泥土的强度增长率在不同的掺入量区域、不同的龄期同的掺入量区域、不同的龄期时段内是不相同的，而且原

19、状土不同，水时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。泥土的强度增长率也不同。 012345714286090150 aw= 5% aw=10% aw=15% aw=20% aw=25%qu (mpa)t (d) 2.龄期龄期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在土，一般在t28d后强度仍有较大增长。后强度仍有较大增长。直到直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期以龄期90天作为标准强度。天作为标准强度。 0123457142860

20、90150 aw= 5% aw=10% aw=15% aw=20% aw=25%qu (mpa)t (d) 3.地基土的含水量地基土的含水量 当水泥掺入比相同时，水当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。得到增强，从而提高了强度。 4.水泥标号水泥标号 水泥土的强度随水泥标号的提高而增水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强号，水泥土的

21、无侧限抗压强度约增大度约增大2030。 5.添加剂添加剂 不同的添加剂对水泥土强度不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。土强度的影响程度可通过试验来确定。 6土中的有机质含量土中的有机质含量 由于有机质使土壤具有较大由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透的水容量和塑性，

22、较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。度。 05001000150020002500300003691215 有机质含量为 1.30% 有机质含量为10.01% aw (%)qu (kpa)高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法高压喷射注浆法（high pressure jet grouting）是利用高压射流技术，喷

23、）是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。体，来处理软弱地基的一种方法。 按注浆喷射形式的不同，按注浆喷射形式的不同，加固体的形状不同。喷射形加固体的形状不同。喷射形式主要有：式主要有： 1.旋转喷射注浆旋转喷射注浆； 2.定向喷射注浆定向喷射注浆； 3.摇摆喷射注浆摇摆喷射注浆。 1.黄土的分布及特征黄土的分布及特征工程地质学黄土地貌工程地质学 工程地质学工程地质学黄土和黄土状土黄土和黄土状土( (以下统称黄土以下统称黄土) )u在天然含

24、水量时在天然含水量时, ,呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，和低的或中等偏低的压缩性，u但遇水浸湿后，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈但遇水浸湿后，有的即使在其自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷而大量的沉陷( (称为湿陷性称为湿陷性) )，强度也随之迅速降低。而有，强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷些地区的黄土却并不发生湿陷特征特征 可见，同是黄土，但遇水浸湿后的反应却有很大差别。可见，同是黄土，但遇水浸湿后的反应却有很大差别。n凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆

25、土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土湿陷性黄土。n否则，称为否则，称为非湿陷性黄土非湿陷性黄土。而非湿陷性黄土的工程性质。而非湿陷性黄土的工程性质接近一般粘性土。接近一般粘性土。 因此，分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性因此，分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度、地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘强弱程度、地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘察与评价的核心问题。察与评价的核心问题。工程地质学 同时，由于黄土形成的地质年代和所处

26、的同时，由于黄土形成的地质年代和所处的自然自然地地理环境不同，其理环境不同，其组成与结构特征及组成与结构特征及工程工程特征特征又有明显又有明显的差异。的差异。 我国黄土按形成年代的早晚，有我国黄土按形成年代的早晚，有老老黄土黄土和和新黄新黄土土之分。黄土形成年代愈久，之分。黄土形成年代愈久，由于由于盐分溶滤较充分，固盐分溶滤较充分，固结成岩程度大，大结成岩程度大，大孔孔结构退化，土质愈趋结构退化，土质愈趋密实密实，强度，强度高而压缩性小，高而压缩性小，湿湿陷性减弱甚至不具湿陷性减弱甚至不具湿陷陷性。反之，性。反之，形成年代愈短，其特性适相反形成年代愈短，其特性适相反。 2.黄土湿陷性及其评价黄

27、土湿陷性及其评价工程地质学 %1000hhhppsphph0h015. 0s015. 0s工程地质学 03. 0015. 0s07. 003. 0s07. 0s 工程地质学 工程地质学niizsizsh10zsiih03.3.黄土地基的湿陷性等级黄土地基的湿陷性等级工程地质学niisish1ih0湿陷量湿陷量 zszssi0工程地质学 湿陷量的计算深度，应自基础底面湿陷量的计算深度，应自基础底面( (如基底标高不如基底标高不确定时，自地面下确定时，自地面下1.5m)1.5m)算起；在非自重湿陷性黄土场算起；在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下地，累计至基底下10m10m深度止；在自重湿陷性黄土

28、场地，深度止；在自重湿陷性黄土场地，累计至非湿陷性黄土层的顶面止。其中自重湿陷系数小累计至非湿陷性黄土层的顶面止。其中自重湿陷系数小于于0.0150.015的土层不累计。的土层不累计。用计算自重湿陷量确定建筑场地的湿陷类型比较简用计算自重湿陷量确定建筑场地的湿陷类型比较简便，不受现场条件限制，缺点是土样易受扰动，尤其地便，不受现场条件限制，缺点是土样易受扰动，尤其地层不均匀时，试验误差较大。层不均匀时，试验误差较大。 按试坑浸水试验实测自重湿陷量及按室内压缩试验按试坑浸水试验实测自重湿陷量及按室内压缩试验测定湿陷系数、自重湿陷系数等，应符合测定湿陷系数、自重湿陷系数等，应符合黄土规范黄土规范有

29、关附录的规定。有关附录的规定。4.4.黄土地基的工程措施黄土地基的工程措施1 1、地基处理：破坏黄土的大孔结构，消除地基湿陷、地基处理：破坏黄土的大孔结构，消除地基湿陷性。主要有垫层法、强夯法、挤密法、桩基、预性。主要有垫层法、强夯法、挤密法、桩基、预浸水法浸水法2 2、防水措施：建筑场地的防水措施、单体建筑物的、防水措施：建筑场地的防水措施、单体建筑物的防水措施、施工阶段的防水措施防水措施、施工阶段的防水措施3 3、结构措施、结构措施: :加强建筑物的整体性和空间刚度加强建筑物的整体性和空间刚度 选择适宜的结构和基础形式选择适宜的结构和基础形式 加强砌体和构件的刚度加强砌体和构件的刚度4 4、水池类构筑物的设计措施、水池类构筑物的设计措施4.5.3 4.5.3 膨胀土膨胀土 工程地质学 工程地质学2 2、膨胀土的工程特性及其危害、膨胀土的工程特性及其危害工程特性：工程特性： 胀缩性