地基处理简介ppt课件

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经人工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。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂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。填土或其它高压缩性土构成的地基。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

2、软土 冲填土吹填土是指在水利建设或江河整治中，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填形成的沉积土。冲填吹填形成的沉积土。杂填土是指因人类活动而填积形成的无规则堆积物，杂填土是指因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。包括建筑垃圾、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

3、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地基处理的方法很多，每一具体工程都要进行具体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、处理要求包括经处理细致分析，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、处理的范围、工程进度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

4、以及材料，机具来源等方面进行综等），工程费用以及材料，机具来源等方面进行综合分析比较，以确定合适的地基处理方法。合分析比较，以确定合适的地基处理方法。 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 u 土木工程建设中，当遇到工程地质条土木工程建设中，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件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，求时，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这种人工处理后的地基称为人工地基 。u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

5、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

6、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

7、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140

8、kPa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

9、振密成碎石桩。碎石桩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 教育部十一五规划教材教育部十一五规划教

10、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）重度只有土的1/501/100，并具有较高的强度和低压缩

11、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

12、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表层原位压实法实法采用人工或机械夯实，碾压或振动，使土密采用人工或机械夯实，碾压或振动，使土密实，但范围较浅实，但范围较浅强夯法强夯法 采用重量采用重量100100 400kN400kN的夯锤，从高处自由落

13、下，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，可以提高承载力，减少沉降量实，可以提高承载力，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，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，利用振砂粒重新排列，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，降低沉降的目的密，达到提高地基承载力，降低沉降的目的 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

14、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

15、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

16、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

17、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（一般的无机利用深层搅拌机械，将固化剂（一般的无机固化剂为水泥、石灰、粉煤灰等）在原位与固化剂为水泥、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结构。作为复合地基、格栅状或

18、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形；作地基，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，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。水重力式支挡结构，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法浆搅拌法和喷粉搅拌法 灌浆或注浆灌浆或注浆法法 有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压有渗入灌浆、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。注浆等多种工法，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

19、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，提冻结土体，改善地基土截水性能，提高土体抗剪强度。高土体抗剪强度。 烧结法烧结法 钻孔加热或焙烧，减少土体含水量，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。减少压缩性，提高土体强度。 托换法托换法基础加宽法、墩式托换法、桩式托换基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法、综合托换法等法、地基加固法、综合托换法等纠偏纠偏加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法、综合纠偏法。法、综合纠偏法。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

20、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

21、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 （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 hssstghtgbhltghblb342tghtghbllblbssh34hhsshH HH 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 tghlLs2tghbBs23

22、.3.基础最终沉降量的计算基础最终沉降量的计算 lsSSSssHsEhS24.4.施工要点施工要点 P259P2595.3 5.3 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

23、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。

24、因而，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体，锤重大于15KN，锤底直径为0.71.5m，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

25、有关参数。随土质和含水量变化相应加以调整。本卷须知：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，反而破坏土的结构和增大压缩性。因而，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强夯时地基在极短的时

26、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，紧随其后的剪切波进而使土的结构受度大为降低，紧随其后的剪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。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、密在此过程中，土颗粒重新排列而趋于更加稳定、密实的状态。实的状态。四、强夯法2. 有效加固深度

27、有效加固深度强夯法的有效加固深度强夯法的有效加固深度Hm主要取决于单击夯主要取决于单击夯击能量击能量Wh，也与地基的性质及其在夯实过程中的，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：变化有关。可用经验公式估算，即： H= 10Wh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(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

28、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砂桩挤密法是用振动

29、、冲击或打入套管等方法在地基中成孔孔径一般为基中成孔孔径一般为300600mm），然后向孔），然后向孔中填入含泥量小于中填入含泥量小于5%的中、粗砂，再加以夯挤密的中、粗砂，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。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成用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔孔(孔径一段为孔径一段为300mm600mm)然后向孔中然后向孔中填入含泥量不大于填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入料应同时掺入25%35%碎石或卵石，再加以碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加

30、固地基的方法。夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作对松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振密实作用；用、排水减压作用和砂土地基预振密实作用；对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成换和排水作用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。 对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。桩也能起到

31、一定的挤实加固作用。 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)。一般认为砂石。一般认为砂石桩挤密地基的宽度应

32、超出基础宽度，每边宽度桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度不少于不少于13排；用于防止砂土液化时，每边放排；用于防止砂土液化时，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(LBA21122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加固长度，（m）；b1基础宽度，（m）；l1基础长度，

33、（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 A1A1 假设砂桩加固前地基土的假设砂桩加固前地基土的孔隙比为孔隙比为e0e0，砂土加固范，砂土加固范围为围为A A，加固后土孔隙比为，加固后土孔隙比为e1e1。 01eVVVVV 土土总总气气土土总总1011eVVeVV 砂砂总总总总土土1011eeVVV 砂砂总总总总总总砂砂VeeeV0101 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

34、需砂桩的面积面积A1A1m2m2） AeeeA01011砂土：砂土： e1 = emax Dr (emaxemin) emax及及emin由相对密度试由相对密度试验确定，验确定，Dr值根据地质情况、值根据地质情况、荷载大小及施工条件选择，荷载大小及施工条件选择，可采用可采用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=4A1/d2n=4A1/d2 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1001952. 0eeedl1001887. 0eeedl243lA 8)4(6

35、1322ddA 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 wswedlAlAQ)01. 01 (111（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，含泥量不超过合料，含泥量不超过5%。成孔机具宜采用振动打桩。成孔机具宜采用振动打桩机或柴油打桩机等机具。根据成桩方法确定砂的最佳机或柴油打桩机等机具。根据成桩方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，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

36、施工中的连续密实性。实际灌砂量未达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。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4090KN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

37、力振动使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,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，因此挤

38、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，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、砂等竖硬材料制成桩体，和然后在孔内分

39、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。原来的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，并且是二次方关系；土体固结速率与最大排

40、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。)()( 21112 wvvvKECCTHt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

41、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(21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

42、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：llde05132. （1等边三角形（2正方形布置lld

43、e128. 14ll砂井直径dws4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；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、预压后弃土场地难以解决或运在缺少加载材料、预压后弃土场地难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输能

44、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。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，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；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。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，当固现行规范规定一级或多级等

45、速加荷条件下，当固结时间为结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度可按时，对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算下式计算1iiTTt1iiniteeeTTpiUq1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。tUiq22224131nnnnlnnF参数参数、取值表取值表 zU2v2HC42enhdFC82enhdFC82v

46、2HC4参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 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 tFd8cr2eheU1F=Fn+Fs+FrFn=ln(n)- 43nsln1kkshsFwh22rqk4LF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：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，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假

47、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，压缩系数为系数为0.8MPa-1，竖向渗透系数为，竖向渗透系数为5.810-7cm/s 。试计算预压。试计算预压时间为多少天，软土地基固结度达到时间为多少天，软土地基固结度达到0.8。tteU12v2HC4解：解： ，=8/2=8/2，= d/cm.aeKCwvv23316250101080)611 (1050)1 (016040541625022.= /d双面排水H=10/2=5m）d87016040801lnU1ln8t822.t例例11-2：某地基下分布有：某地基下分布有15m软粘土层，其下为粉细砂层，软粘土层，其下为粉细砂层，

48、采用砂井加固，井径采用砂井加固，井径dw=0.4m，井距，井距s=2.5m，等边三角形布，等边三角形布桩，土的固结系数桩，土的固结系数CV=Ch=1.510-3cm2/s。在大面积荷载作。在大面积荷载作用下，按径向固结考虑，当固结度达到用下，按径向固结考虑，当固结度达到80%时需要时间为多时需要时间为多少天？少天？解：由平均固结度公式可知：解：由平均固结度公式可知：t= de=1.05s=2.625m，de2=6.89m2，n= de/ dw= 2.625/0.4=6.562enhtdFCU)(81ln 2222413ln1F(n)nnnnn181. 1566415663566ln156656

49、62222.d.t4 n 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

50、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t2t3t4t1p1p2 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

51、地基沉降量。 t2t3t4t1p1p2 （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

52、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

53、配合比试验室内配合比试验试验目的：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。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

54、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=水水泥掺量泥掺量/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

55、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 sqsq2.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：

56、 kspdksp.kfm1ARmf.)( 三、施工工艺三、施工工艺 通过深层搅拌机械，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

57、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1.53.0MPa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

58、冲击土层，土层在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液注入地层中，

59、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 土工合成材料的功能包括隔离、加筋、反滤、排水、防渗和防护六大

60、类。土工合成材料一般具有多功能，在实际应用中，往往是一种功能起主导作用，而其它功能则不同程度地发挥作用。 功能类型土工合成材料的功能分类隔离加筋反滤排水防渗防护土工织物（GT）PPPPPS土工格栅（GG）P土工网（GN）PP土工膜（GM）SPS土工垫块（GCL）SP复合土工材料GC）P 或 SP 或 SP 或 SP 或 SP 或 SP 或 S1.土工合成材料的排水反滤作用 2.土工合成材料的加筋作用 当土工合成材料用作土体加筋时，其基本作用是给土体提供抗拉强度。 (1)用于加固土坡和堤坝 可使边坡变陡，节省占地面积； 防止滑动圆弧通过路堤和地基土； 防止路堤下面发生因承载力不足而破坏； 跨越可