土力学地基与基础课程讲义11地基处理

1、 第十一章第十一章 地基处理地基处理n11.1 11.1 地基处理概述地基处理概述n11.2 11.2 换土垫层法换土垫层法n11.3 11.3 排水固结法排水固结法n11.4 11.4 强夯法强夯法n11.5 11.5 砂石桩挤密法砂石桩挤密法n11.6 11.6 振冲法振冲法n11.7 11.7 化学加固法化学加固法主要内容11.1 11.1 地基处理概述地基处理概述地基处理的目的地基处理的目的地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基土的地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基土的工程性质，使其满足工程建设的需要。这些措施包括以下五工程性质，使其满足工程建设的需要。这些措施包括

2、以下五个方面内容：个方面内容：（1）改善剪切特性，增加地基土的抗剪强度。）改善剪切特性，增加地基土的抗剪强度。（2）改善压缩特性。）改善压缩特性。（3）改善透水特性。）改善透水特性。（4）改善土的动力特性。）改善土的动力特性。（5）改善特殊土的不良地基特性。主要是指消除或减少黄）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土的胀缩性等地基处理的措施。土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。地基处理方法分类、方案选择地基处理方法分类、方案选择11.2 11.2 换土垫层法换土垫层法换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其

3、它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。1、换填法主要作用包括：、换填法主要作用包括： 提高持力层的强度，并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使软弱地基土中所受应力减小到该软弱地基土的承载力范围内，从而满足强度要求； 垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量； 加速软土层的排水固结。 防止冻胀。 对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性等。2、 垫层的设计要点按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、煤渣垫层和粉煤灰垫层等。砂垫层设计的主要内容是确定断面的合理厚度和宽度。，（1）厚度的确定：垫层厚度一般应根据

4、垫层底部软弱下卧层的承载能力确定，垫层底面处的附加压力值通常可按简化的压力扩散角法计算。垫层压力扩散角条形基础时：矩形基础时：在具体计算时，可先假设一个垫层厚度，然后进行验算。如不满足，应重新假定一个厚度进行验算，直至满足要求为止。垫层厚度不宜大于3m，太厚施工较困难，而太薄（0.5m）则换填垫层的作用不显著。（2）宽度的确定:垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，对条形基础，可按下式计算：底宽确定后，再根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计断面。垫层顶面宽度一般宜超出基础底边不小于300mm。垫层的承载力应通过现场试验确定，当无实验资料时，可按下表选用，并验算下卧层承载力。 各种垫

5、层的承载力表3、垫层材料选择、垫层材料选择（1）砂石应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入3050的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。（2）粘土（均质土）土料中有机质含量不得超过5，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。（3）素土素土土料中有机质含量不得超过5，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。 11.3 11.3 排水固结法排水固结法排水固结法是利用地基排水固结的特性，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），使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降

6、，同时强度逐步提高的一种软土地基处理方法。根据所施加的预压荷载不同，排水固结法可分为堆载预压法、真空预压法和联合预压法。1、堆载预压加固机理、堆载预压加固机理在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。基础工程http:/2、堆载预压法设计、堆载预压法设计堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容：选择竖向排水井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；确定预压区范围、预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间；计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。（1）竖向排水井尺寸竖向排水井直

7、径：竖向排水井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。普通砂井直径可取300500mm，袋装砂井直径可取70120mm。塑料排水带已标准化，一般相当于直径6070mm。（2）砂井或塑料排水带间距：通常砂井的间距可按井径比选用，井径比按下式确定：普通砂井的间距可按=68选用；袋装砂井或塑料排水带的间距可按=1522选用。（3）竖井排列方式：一根竖井的有效排水圆柱体的直径和竖井间距的关系按下列规定取用：梅花形布置：正方形布置：由于梅花形排列较正方形紧凑和有效，应用较多。竖井的布置范围应稍大于建筑物基础范围，扩大的范围可由基础轮廓线向外增大24m。（4）砂井深度：砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形

8、要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险滑动面2m 。对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，砂井宜贯穿压缩土层；若软土层厚度不大或软土层含较多的薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求时，可不设置竖向排水体。（5）砂垫层：在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通各个砂井形成通畅的排水面，将水排到场地以外。 砂垫层厚度不应小于0.5m；水下施工时，砂垫层厚度一般为1.0m左右。为节省砂料，也可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层，砂沟的高度般为0.51.0m，砂沟宽度取砂井直径的，砂沟宽度取砂井直径的2倍。倍。确定加载的数量、范围和速率预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常

9、可与建筑物的基底压力大小相同。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基，超载数量应根据预定时间内要求消除的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力等于或大于建筑荷载所引起的相应点的附加压力。加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。加载速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施下一级荷载。二、真空预压加固机理真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水

10、压力下排水固结，称为负压固结。真空预压的原理主要反映在以下几个方面：（1）薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。（2）地下水位降低，相应增加附加应力。（3）封闭气泡排出，土的渗透性加大。真空预压法设计（1）竖向排水体尺寸：采用真空预压法处理地基必须设置竖向排水体。竖向排水体可采用直径为700mm的袋装砂井，也可采用普通砂井或塑料排水带。其间距可按照加载预压法设汁的砂井或塑料排水带间距选用。（2）预压区面积：真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3.0m 。每块预压面积宜尽可能大且呈方形。（3）真空预压的膜内真空度应保持在650mmHg以上，相当于80kPa的真空压力，且应均匀分

11、布；（4）沉降计算，先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降量，后计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载下可能发生的沉降。11.4 11.4 强夯法强夯法 强夯法是法国L梅纳（Menard）1969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。 强夯法强夯法亦称为动力固结法，是一种将较大的重锤(一般约为80400kN，最重达2000kN)从620m高处(最高达40m)自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等

12、优点。 强夯法适用性：适用于碎石类土、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、碎石或其他粗粒料，强行夯入 形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。加固机理：动力挤密、动力固结、动力置换。加固机理加固机理 (1) (1) 动力密实动力密实 采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。在体变

13、得密实，从而提高地基土强度。在采用强夯法加固多孔采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，高能量的夯击对土的作用高能量的夯击对土的作用不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，巨大的夯击能量产巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。积减少，形成较密实的结构。 (2) (2) 动力固结动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则

14、是借助于动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。 夯击次数与遍数夯击次数与遍数 夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定：最后两

15、击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于6000kNm时不大于200mm；夯坑周围地基不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为515击。夯击遍数一般为23遍，最后再以低能量满夯一遍。间歇时间：对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于34周，渗透性较好的地基可连续夯击。 夯点布置及间距：夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出1/22/3的处理深

16、度，且不宜小于3m。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取59m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适减小。强夯法强夯法强夯法11.5 11.5 砂石桩挤密法砂石桩挤密法 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，又称粗颗粒土又称粗颗粒土桩，是指采用桩，是指采用振动、冲击或水冲等方式振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔在软弱地基中成孔后，再将后，再将碎石、砂或砂石碎石、砂或砂石挤压入已成的孔中，形成砂石所挤压入已成的孔中，形成砂石所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处理构成的密实桩体，

17、并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。方法。 砂石桩适用于挤密砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化地基。地基。 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，在高压水流的作用下边振边冲，使松砂地基变密；或在粘性土使松砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩制成一根根的桩体

18、，这样的桩体和原来的土构成体和原来的土构成复合地基复合地基。 在砂土中和粘性土中振冲法在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土的加固机理是不同的。在砂土中主要是振动挤密和振动液化中主要是振动挤密和振动液化作用；在粘性土中主要是振冲作用；在粘性土中主要是振冲置换作用，置换的桩体与土组置换作用，置换的桩体与土组成复合地基。成复合地基。11.6 11.6 振冲法振冲法11.6 11.6 振冲法振冲法n在粘土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；n在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲置换法振冲置换法振冲密实法振冲密实法作用机理：作用机理：振冲法适用的土层振冲法适用

19、的土层：加料振冲：细砂、粉土、粘性土、素填土、杂填土不加料振冲：中、粗砂11.7 11.7 化学加固法化学加固法n灌浆法灌浆法n水泥深层搅拌法水泥深层搅拌法n高压喷射灌浆法高压喷射灌浆法 灌浆法是指利用灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，液压、气压或电化学原理，通通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、填充、渗透和挤密渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体浆液将原来松散的土粒或裂

20、隙胶结成一个整体，形形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的良好的“结石体结石体”。 灌浆法灌浆法2 2 加固目的有以下几个方面：加固目的有以下几个方面： 增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件；坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件； 截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等；治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等； 提高地基承载力，减少地基

21、的沉降和不均匀沉降；提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降； 提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢复工提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢复工程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。3 3 应用主要有以下几个方面：应用主要有以下几个方面： 坝基的加固及防渗坝基的加固及防渗 建筑物地基的加固建筑物地基的加固 土坡稳定性加固土坡稳定性加固 挡土墙后土体的加固挡土墙后土体的加固 已有结构的加固：已有结构的加固： 道路地基基础加固道路地基基础加固 地下结构的止水及加固：地下结构的止水及加固： 井巷工程中的加固及止水井巷工程中的加固

22、及止水 动力基础的抗振加固动力基础的抗振加固 其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌注桩后灌浆。注桩后灌浆。大坝帷幕灌浆大坝帷幕灌浆溢洪闸帷幕灌浆溢洪闸帷幕灌浆建筑物地基的加固建筑物地基的加固隧道加固隧道加固挡土墙后土体的加固挡土墙后土体的加固道路地基基础加固道路地基基础加固水泥深层搅拌法水泥深层搅拌法 深层搅拌法（深层搅拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械种化学加固地基的方法。它通过特制机械各种深层搅各种深层搅拌机，沿深度将拌机，沿深度将固化剂固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外（水泥浆、水泥粉

23、或石灰粉，外掺一定的添加剂）与掺一定的添加剂）与地基土地基土强制就地搅拌，利用固化剂强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性使地基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和一定强度的复合土桩（体），复合土桩（体），或与地基土构成复合地或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形湿法：水泥浆喷射湿法：水泥浆喷射干法：水泥粉喷射干法：水泥粉喷射适用范围：适用范围： 用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。还可用于基坑地下水的饱和松散砂土等地基。还可用于基坑支护和止水幕墙。支护和止水幕墙。搅拌机械就位、调平搅拌机械就位、调平搅拌机械就位、调平搅拌机械就位、调平预搅下沉预搅下沉预搅下