《地基与基础工程》教学课件第5章解读

1、第5章 地基处理5.1 概述5.2 换土垫层法5.3 排水固结法5.4 重锤夯实与强夯、强夯置换法5.5 桩土复合地基法5.6 灌浆法与化学加固法5.7 加筋法5.8 托换法5.9 复合地基理论本章重点参考：赵明华基础工程教材;建筑地基处理技术规范JGJ79-20021地基与基础工程第1页，共69页。第5章 地基处理本章学习要求： 掌握:地基处理的对象、目的；地基处理方法分类；常见的地基处理方法的原理、特点、适用条件。复合地基的作用机理及其承载力确定方法。2地基与基础工程第2页，共69页。5.1 概 述5.1.1基本概念地基处理：人为改善地基岩土性质或组成，使之适应基础工程需要而采取的措施，也

2、称地基加固。软弱地基：是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。软土：通常是指在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物。天然孔隙比e1.0、天然含水量wwL (液限)、压缩性高、承载力低。淤泥： e1.5；淤泥质土：1.5e1.0。3地基与基础工程第3页，共69页。5.1 概 述泥炭与泥炭质土:通常形成于低洼的沼泽和灌木林带，高含水量、高压缩性、高有机质含量的土。泥炭：有机质含量大于60%的土；泥炭质土：有机质含量小于60%，但大于或等于10的土。冲(吹)填土：疏浚江河过程中，水力冲填法堆积、沉积形成的沉积土。多属粘性土、粉土、粉砂。杂填土：人类活动形成的未经

3、压实的堆积物。成份复杂，可能富含有机物。承载力、压缩性不均. 注：上述几类均应归属“软弱土”.4地基与基础工程第4页，共69页。5.1 概 述5.1.2地基处理的对象 承载力低、压缩性高，易产生较大或不均匀沉降，在强度、变形、渗流稳定性方面不能满足建筑物要求的地基。具体包括：软弱土地基：淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、冲填土、杂填土地基等；特殊土地基：湿陷性黄土、膨胀土、多年冻土、盐渍土、岩溶、土洞、山区不良地基等；动载敏感土地基：饱和状态的松散粉砂、细砂或塑性指数较小的粉土层。5地基与基础工程第5页，共69页。5.1 概 述5.1.3地基处理的目的提高土体抗剪强度、地基承载力、地基稳定性；降

4、低土体压缩性，减小地基变形；降低土体渗透性，减少渗流量，避免渗流破坏；改善土的动力特性，防止振动液化；消除或减小特殊土造成的地基变形（如湿陷性黄土的湿陷、冻土的冻胀与融沉、膨胀土的胀缩）.6地基与基础工程第6页，共69页。5.1 概 述5.1.4地基处理方案的确定准备工作：搜集详细的岩土工程勘察资料、上部结构和基础设计资料；针对工程要求和天然地基存在的问题，确定地基处理的目的、范围和处理后达到的各项经济技术指标；调查当地地基处理经验和施工条件。有特殊要求的工程，应了解其它地区相似场地上同类工程的地基处理经验和使用情况；调查邻近建筑、地下工程和有关管线等情况；了解建筑场地的环境情况。7地基与基础

5、工程第7页，共69页。5.1 概 述地基处理方案确定步骤：初选两种或多种可行方案：据结构类型、荷载大小、使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水及环境和邻近建筑的影响进行选择。确定最佳方案：从加固原理、适用范围、预期效果、材料、机具、施工技术与进度和对环境的影响，进行全面技术经济比较，选择最优的方案。现场试验；对选定的处理方法，按建筑物安全等级和场地复杂程度，选择代表性场地进行现场试验，检验处理效果，必要时修改处理方案。8地基与基础工程第8页，共69页。5.1 概 述5.1.5地基处理方法分类换土垫层法；排水固结法；堆载预压法、真空预压法重锤夯实与强夯、强夯置换法;桩土复合地基法;挤

6、密桩法：砂石桩、碎石桩、土桩、灰土桩、石灰桩；拌入法：深层搅拌桩、旋喷桩、CFG桩灌浆法与化学加固法加筋法：土工合成材料加筋法土钉与锚杆加筋法法9地基与基础工程第9页，共69页。5.1 概 述5.1.6 人工地基基础工程设计的相关规定建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002规定：3.0.4 经处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对本规范确定的地基承载力特征值进行修正时，应符合下列规定:1 基础宽度的地基承载力修正系数应取零； 2 基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。处理后的地基，当在受力层范围内仍存在软弱下卧层时，尚应验算下卧层的地基承载力。 对水泥土类桩复合地基尚应根

7、据修正后的复合地基承载力特征值，进行桩身强度验算。10地基与基础工程第10页，共69页。5.1 概 述3.0.5 按地基变形设计或应作变形验算且需进行地基处理的建筑物或构筑物，应对处理后的地基础进行变形验算。 3.0.6 受较大水平荷载或位于斜坡上的建筑物及构筑物，当建造在处理后的地基上时，应进行地基稳定性验算。 3.0.9 对于现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007规定需要进行地基变形计算的建筑物或构筑物，经地基处理后，应进行沉降观测，直至沉降达到稳定为止。 各类地基处理方法的定义，详见建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002 “2.1 术语”一节11地基与基础工程第11页，共6

8、9页。5.2 换土垫层法5.2.1换土垫层法又称为换填法，是将基底以下一定范围内的软弱土挖除，回填以易压实的土，压密后作为建筑物持力层的一种地基处理方法。5.2.2垫层的作用提高地基承载力；减小地基沉降量；加速软弱土层的排水固结；用于特殊土地基，防止冻胀、消除湿陷、膨胀土胀缩作用；12地基与基础工程第12页，共69页。5.2.3垫层的材料砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、工业废料(煤渣、矿渣等)垫层5.2.4换填法的适用条件浅层软弱地基及不均匀地基的处理。处理深度控制在3m以内，一般为12m。适用土性：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基。常用于：多层或低层建筑的条形基

9、础、独立基础、地坪、料场及道路工程。5.2 换土垫层法13地基与基础工程第13页，共69页。5.2.5换填法的设计设计要点：主要确定垫层的厚度、宽度；设计依据：软弱下卧层承载力。b回填土pzdz2z1d砂垫层软土层p5.2 换土垫层法14地基与基础工程第14页，共69页。垫层厚度：先初定厚度(一般在0.53m之间)，再按下式校核： Pz+PczfazPz 荷载效应标准组合时垫层底面处附加应力；Pcz垫层底面处的上覆土体自重应力值；faz 垫层底面(软弱下卧层顶面)经深度修正后的下卧层地基承载力特征值。Pz计算公式：矩形基础：条形基础：5.2 换土垫层法15地基与基础工程第15页，共69页。5.

10、2.6换填法的施工要点详见JGJ79-2002垫层材料：必须具良好的压实性。砂料不均匀系数不小于5，以中粗砂为好，容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。垫层压实：分层施工，层厚200300mm，逐层振密或压实(振动法、水撼法、碾压法等) 。基底土体保护：避免扰动基底土层或破坏其结构；及时回填，不应暴露过久或浸水。采用碎石垫层时，先铺一层砂，以免碎石挤入土中。5.2 换土垫层法16地基与基础工程第16页，共69页。5.2 换土垫层法17地基与基础工程第17页，共69页。5.2.7 换填法地基的基础设计规定 建筑地基处理技术规范JGJ79-2002规定：4.2.3 垫层的承载力宜通过现场载荷

11、试验确定，并应进行下卧层承载力的验算。4.2.4 垫层下存在软弱下卧层的建筑，地基变形计算时应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响。 当超出原地面标高的垫层或换填材料的重度高于天然土层重度时，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近建筑的影响。 5.2 换土垫层法18地基与基础工程第18页，共69页。5.3 排水固结法5.3.1排水固结法对天然或设有排水体(如砂井和排水垫层等)的地基施加预压荷载(如堆载、真空预压或联合预压)，使土体固结沉降基本完成或完成大部分，从而提高地基承载力的一种地基处理方法。5.3.2基本原理软土地基在附加荷载作用下，排出孔隙水，孔隙比减小，产生固结变形。随超静

12、孔隙水压力消散，有效应力增加，地基抗剪强度逐渐增长。19地基与基础工程第19页，共69页。5.3 排水固结法5.3.3适用性淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。5.3.4系统组成加载系统：地面堆载：最常用；真空预压：适用于软粘土地基；降低水位：最适于砂性土地基。排水系统：竖向排水体：砂井、袋装砂井、塑料排水板等.水平排水体：地基表面的砂垫层。20地基与基础工程第20页，共69页。5.3 排水固结法砂井堆载预压法21地基与基础工程第21页，共69页。5.3 排水固结法真空预压法22地基与基础工程第22页，共69页。5.3 排水固结法排水固结法地基处理插打塑料排水板23地基与基础工程第23页，

13、共69页。5.3 排水固结法5.3.5砂井堆载预压法设计见赵明华教材, 规范JGJ79-2002(1) 砂井布置方案初步设计：砂井直径、深度、间距、布置方式，排水砂垫层的材料与厚度等。(2) 加载计划初步设计每级荷载增量、范围及加载持续时间。(3) 计算每级荷载下地基的固结度、强度增长量;(4) 验算每级荷载下地基的抗滑稳定性；(5) 验算地基的沉降量是否满足要求。如验算不满足，调整加载计划，重新计算。24地基与基础工程第24页，共69页。5.3 排水固结法5.3.6 预压法加载相关规定规范JGJ79-20025.1.2 应先通过勘察查明土层的水平和竖向分布、层理变化，查明透水层位置、地下水类

14、型及水源补给情况等。并应通过土工试验确定土层的先期固结压力、孔隙比与固结压力的关系、渗透系数、固结系数、三轴试验抗剪强度指标以及原位十字板抗剪强度等。 5.1.3 重要工程应开展现场预压试验，监测地基竖向变形、侧向位移、孔隙水压力、地下水位等，并进行原位十字板剪切和室内士工试验。据试验区监测资料确定加载速率控制指标、推算土的固结系数、固结度及最终竖向变形等，分析处理效果，对原设计做修正，指导全场设计与施工。 25地基与基础工程第25页，共69页。5.3 排水固结法 5.1.4 对堆载预压工程，预压荷载应分级逐渐施加，确保每级荷载下地基的稳定性，而对真空预压工程，可一次连续抽真空至最大压力。 5

15、.1.5 对主要以变形控制的建筑，当塑料排水带或砂井等排水竖井处理深度范围和竖井底面以下受压土层经预压所完成的变形量和平均固结度符合设计要求时，方可卸载。 对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑，当地基土经预压而增长的强度满足建筑物地基承载力或稳定性要求时，方可卸载。26地基与基础工程第26页，共69页。5.4.1重锤夯实法将夯锤提到一定高度(2.54.5m)，通过重锤(一般不小于1.5t)自由下落夯击加固地基。夯实效果影响因素：夯锤重量、锤底直径、落距、土体含水量、土质条件有关。回顾：最优含水量、最大干密度。适用性：地下水位0.8m以上稍湿的杂填土、粘性土、湿陷性黄土和分层填土等地基；有效

16、夯实深度内存在软粘土层时不宜采用。5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法27地基与基础工程第27页，共69页。5.4.2强夯法又称动力固结法，将质量840t(最重200t)的夯锤起吊到一定高度(830m)，自由落下，靠强大的冲击能对地基夯实加固。机理：强大的冲击能，挤密土体，诱发高孔隙水压力，甚至改变孔隙水形态，使夯点周围产生裂缝等排水通道，加速排水固结。实际效果：一般承载力可提高200500.适用：碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土地基 。最适宜处理地下水在地下23m，深度15m内的地基.5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法28地基与基础工程第28页，共69页。强夯法

17、5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法29地基与基础工程第29页，共69页。5.4.3强夯置换法将重锤提到高处使其自由落下形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石、钢渣等硬粒料，使其形成密实的墩体的地基处理方法。适用：强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。机理：加速排水固结、软弱土体置换。置换材料：级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。 5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法30地基与基础工程第30页，共69页。5.4.4强夯、强夯置换法设计、施工技术要点 规范JGJ79-20026.1.3 强夯和

18、强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工，试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定6.2.1 强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。6.2.6 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基底下设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法31地基与基础工程第31页，共69页。6.2.8 强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定，初步设计时也可根据夯后原位测试和土工试验指标按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007有关规定确定。 6.2.9 强夯地基变形计算应符

19、合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007有关规定。夯后有效加固深度内土层的压缩模量应通过原位测试或土工试验确定。6.2.10 强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上，深度不宜超过7m。 5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法32地基与基础工程第32页，共69页。6.2.21 确定软粘性土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。 6.3.5 当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害的影响时，应设置监测点，

20、并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。 5.4 重锤夯实、强夯、强夯置换法33地基与基础工程第33页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.1挤密桩法5.5.1.1砂石桩法方法：用钢管打入地基或振入土中成孔，而后灌砂、拔管，通过锤击和振动形成砂石桩。砂石垫层：桩顶铺设厚300500mm的砂石垫层加固机理：形成桩土复合地基.松散砂中：主要发挥挤密、振密作用；软弱粘土中：主要是置换、排水固结。适用：松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基。饱和粘土地基上变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。34地基与基础工程第34页，共69页。5.5 桩土复合地基法砂石桩施工

21、工艺35地基与基础工程第35页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.1.2振冲碎石桩法方法：以碎石、卵石为填料，通过振冲法在软弱地基中制成碎石桩，用于加固地基。碎石垫层：桩顶和基础之间宜铺设一层300500mm厚的碎石垫层。 适用：砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基；不加填料的振冲法适用于处理粘性土含量不大于10的中、粗砂地基。36地基与基础工程第36页，共69页。5.5 桩土复合地基法振冲碎石桩施工工艺37地基与基础工程第37页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.1.3土桩、灰土桩法方法：利用沉管、冲击或爆扩方式在地基中形成桩孔，然后填夯素土或灰土成桩。灰土垫层：桩顶标高以上应

22、设置300500mm厚的28灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。适用：地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基；处理深度一般为515m。以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。38地基与基础工程第38页，共69页。5.5 桩土复合地基法当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时，不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法 灰土桩施工场景39地基与基础工程第39页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.1.4石灰桩法方法：利用沉管、人工挖掘等方式在地基中形成桩孔，然后填夯生石灰与水硬性掺合料成桩。砂石垫层：当地

23、基需要排水通道时，可在桩顶以上设200300mm厚的砂石垫层。 适用：饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的上层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取上层浸水等措施。40地基与基础工程第40页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.2拌入法5.5.2.1水泥土搅拌法方法：利用水泥、石灰等材料作为固化剂主剂，采用专用设备，将液状或粉状固化剂拌入软弱土体，通过物理化学反应，形成水泥土搅拌桩加固地基。分类：深层搅拌法（简称湿法）；粉体喷搅法（简称干法）。适用：正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂上等地基。41地

24、基与基础工程第41页，共69页。5.5 桩土复合地基法42地基与基础工程第42页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.2.2高压喷射注浆桩法方法：利用带有特殊喷嘴的注浆管，喷射钻进到预定深度，而后通过高压(2040MPa)喷射的浆液切削土体，使浆液与土混合，经凝固硬化，形成加固桩体。分类：按喷嘴运动方式分类：旋喷、定喷和摆喷；旋喷法根据工程需要和土质条件，可分为：单管法：单独喷射水泥浆液；双管法：同轴喷射水泥浆、压缩空气；三管法：同轴喷水泥浆、压缩空气、水流.43地基与基础工程第43页，共69页。5.5 桩土复合地基法适用：淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎

25、石土地基.可用于既有建筑和新建建筑地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水.44地基与基础工程第44页，共69页。5.5 桩土复合地基法45地基与基础工程第45页，共69页。5.5 桩土复合地基法5.5.2.3CFG(水泥粉煤灰碎石桩)法CFG(C指Cement、F指Fly-ash、G指Gravel)方法：由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其他桩机制成的一种具有一定粘结强度的桩。褥垫层：桩体刚度大，区别于一般柔性桩和水泥土类桩，常在桩顶与基础间设置150300mm厚的中、粗砂、级配砂石或碎石(称为褥垫层)，以利于桩间土发挥承载力，与桩组成复合地基 。46地基与基础工

26、程第46页，共69页。5.5 桩土复合地基法加固机理：置换作用为主；挤密作用为辅，形成桩土复合地基。适用：粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。技术要点：选承载力相对较高的土层作桩端持力层。可只在基础范围内布置，桩径宜取350600mm。桩距应据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定，宜取35倍桩径。47地基与基础工程第47页，共69页。5.5 桩土复合地基法CFG桩群48地基与基础工程第48页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法5.6.1 灌浆法概念：利用浆液或气压，将某些能凝固的浆液（一般由水泥、粉煤灰或粘土等粒状浆材配制）注入岩土体中，通过堵塞裂缝和孔隙或挤密土体，提高

27、岩土体整体性、强度、刚度、抗渗性的一种加固方法。目的：加固；纠偏；防渗；堵漏.49地基与基础工程第49页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法按灌浆理论分类：渗透灌浆：水泥或粘土水泥浆液灌浆：浆液可注性：裂/孔隙、浆液颗粒尺度。适用：水工岩基、粗砂以上地基防渗。化学浆液灌浆 注：此法亦可单独列出，归入化学加固法一类。浆材类型：聚氨酯、丙烯酰胺、硅酸盐、氢氧化钠类；特点：可注性好，凝固时间可控，强度高。50地基与基础工程第50页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法劈裂灌浆:通过提高注浆压力，劈裂岩土体，加大浆液扩散范围。适用：渗透性差，无法开展渗透注浆时，水工岩土地基的防渗治理。压密灌浆；通过

28、注入粘稠、不能入渗的浆液，在土体中形成浆泡，进而提高注浆压力，挤密周围土体。适用：加固软弱的粘性土包括淤泥、淤泥质土等。51地基与基础工程第51页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法电动化学灌浆；利用电渗原理，实现浆液入渗、孔隙水排出，实现土体加固的一种电动。方法：注浆管为阳极，滤水管作阴极；浆液（如水玻璃）由阳极注浆管注入；受直流电场作用，浆液随孔隙水流向阴极；浆液渗流过程中，逐步固化，取代孔隙水，堵塞孔隙、加固地层。加固效果：加固半径一般为3050cm。52地基与基础工程第52页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法适用：土体渗透系数k10cm/s，一般静压力难以使浆液入渗的地基土。相关

29、概念参见土力学教材“粘性土的特性”：电渗：直流电场作用下，水分子向阴极移动的现象。电泳：直流电场作用下，粘性土中的胶粒(粒径小于0.001mm,表面多带负电荷)向阳极移动的现象。53地基与基础工程第53页，共69页。5.6 灌浆法和化学加固法5.6.2 化学加固法方法：用化学浆液注入岩土，实现加固。方法分类：硅化法：单液硅化法、双液硅化法；碱液法：单液法、双液法；适用：地下水位以上，渗透系数为0.12m/d的湿陷性黄土地基。饱和度大于80%的黄土和自重湿陷性黄土不宜采用碱液法。54地基与基础工程第54页，共69页。5.7 加筋法5.7.1 土工合成材料概念：以人工合成聚合物为原料的新型岩土工程

30、材料。土工合成材料的分类：土工织物:起隔离、排水、反滤、加固约束作用土工膜: 土工合成材料表面涂树脂或橡胶防水材料,或与塑料薄膜复合形成防水防渗材料 。特种土工合成材料(土工垫、土工网、土工栅格、土工泡沫塑料等)；复合型土工合成材料。55地基与基础工程第55页，共69页。5.5 桩土复合地基法土工格栅56地基与基础工程第56页，共69页。5.7 加筋法土工织物57地基与基础工程第57页，共69页。5.7 加筋法土工膜58地基与基础工程第58页，共69页。5.7 加筋法土工合成材料的特点：质地柔软、质量轻、整体连续性好；施工方便、抗拉强度高、质地均匀、各向同性；弹性、耐磨、耐久性和抗微生物侵蚀性好；渗透性(土工织物)、抗渗性(土工膜)好。59地基与基础工程第59页，共69页。5.7