软弱地基处理讲义

1、第五章 软弱地基处理第一页，共八十页。第一节 概述一、软土及其特征 二、软土的鉴别及工程性质三、特殊土地基及处理第二页，共八十页。软土及其特征1、软土的概念2、软土的特征第三页，共八十页。软土的鉴别及工程性质1、软土的鉴别2、工程性质第四页，共八十页。特殊土地基及处理1、人工填土地基2、山区岩土地基3、岩溶地基4、土洞的形成5、多年冻土地基6、湿陷性黄土地基7、软土地基8、膨胀土地基第五页，共八十页。软土的概念软土概念：软土是指在滨海，湖泊，谷地，河滩上的天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土，粉土等第六页，共

2、八十页。我国部分地区软土物理力学性质指标地区天然含水量饱和度液限压缩系数天津34%95%340.51温州63 %99 %531.93广州73 %99 %461.18上海50 %98 %431.24第七页，共八十页。软土概念理解淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢流水环境中沉积，经生物化学作用形成的粘性土这种粘性土含有机质，天然含水量大于液限，当天然孔隙比e大于1.5时，称为淤泥；当天然孔隙比e小于1.5大于1.0时，称淤泥质土当土的燃烧量大于5而小于60，而天然孔隙比大于1.5时称为有机质土；大于60时，天然孔隙比大于5的称为泥炭 第八页，共八十页。软土概念理解第九届亚洲地区土力学基础工程会上，在地

3、基总报告中把高速公路路基软土定为：标准贯击数小于4，无侧限抗压强度小于50kPa，含水量大于50的粘性土和标准贯击数小于10，含水量大于30的砂性土统称为软土第九页，共八十页。软土的特征五种软土的特征（按土质分类）1、泥炭土：位于塑性图A线以下或以上，常为内陆湖沼沉积有机质含量大于50且有机质大部分未完全分解呈纤维状，天然含水量一般大于300，孔隙比一般大于5，快剪内摩擦角一般小于1度2、腐殖土：位于塑性图A线以下或以上，有机质含量大于50且有机质大部分完全分解，有臭味，呈黑泥状天然含水量一般大于00，孔隙比一般大于4，快剪内摩擦角一般小于5度第十页，共八十页。软土的特征3、有机质土：位于塑性

4、图A线以下，有机质含量在550之间，天然含水量一般大于60，孔隙比一般大于1.5，快剪内摩擦角一般小于5度，但含有未分解的有机质时可高达10度4、粘性土：位于塑性图A线以上，有机质含量大于5，天然含水量一般大于35，孔隙比一般大于1.0快剪内摩擦角一般小于5度，这种软土最为常见第十一页，共八十页。软土的特征5、粉性土：位于塑性图A线以下，有机质含量小于5，天然含水量一般大于30，孔隙比一般大于0.95，快剪内摩擦角一般小于度，这种软土并不多见第十二页，共八十页。软土的鉴别交通部公路土工实验规范是以天然含水量，孔隙比，压缩系数，饱和度和内摩擦角等五项来划分软土 第十三页，共八十页。工程性质软土无

5、论按成因还是按土的性质划分，种类很多但他们都具有以下几个方面的共同工程特点：1、颜色以深色为主，粒度成分以细颗粒为主，有机质含量高、天然含水量高，容重小，天然含水大于液限，超过30；相对含水量大于1.0；软土的饱和度高达100，甚至更大，天然容重为1.51.9kPa/m;3、天然孔隙比大，一般大于1.0；第十四页，共八十页。工程性质4、渗透系数小，一般小于106cm/s数量级，沉降速度慢，固结完成时间长；5、粘粒含量高，塑性指数大；6、高压缩性，压缩系数大，基础沉降量大，一般压缩系数大于0.5pA-1;、强度指标小，软土的的快剪凝聚力小于10kPa，快剪内摩擦角小于5度；固结快剪的强度指标略高

6、，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于10度；软土的灵敏度高，一般在10之间，有时大于10，具有显著的流变性第十五页，共八十页。1、人工填土地基1、人工填土地基对于人工填土地基的处理，工程实践中一般采用：分层夯实，表面挤实；重锤夯实；振动压实，换土垫层，砂垫层；短桩，灰土井桩；灰土挤密桩；砂井预压；电化学加固；桩基；强夯加固等第十六页，共八十页。2、山区岩土地基处理方法分两种：、改造压缩性较高的地基，一般多采用桩基，局部挖深，换土或用梁，板，拱跨越等方法，使之与压缩性较低的地基相适应，效果好，但造价高、改造压缩性较低的地基，采用褥垫效果较好，使之与压缩性较高地基相适应第十七页，共八十页。3、岩溶

7、地基3、岩溶地基、岩溶的发育条件岩溶原称为喀斯特，是可溶性岩层如碳酸盐类岩层，氯盐等，以受水溶蚀的化学溶解作用为主并伴随以机械作用形成的沟槽，裂隙和洞穴，以及由于顶板坍落导致地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称柱，石柱等 第十八页，共八十页。特殊地基及处理、岩溶地基的处理岩溶地基的正确处理，只有在查明岩溶形态并作出评价结论的前提下才能获得解决岩溶地区建筑，应尽量避开岩溶强烈发育的暗河，溶洞等地区，地基的处理措施，应根据岩溶形态的具体情况，工程使用的要求，施工要求以及安全与经济相结合的原则考虑在工程中岩溶的处理，一般采用清，爆，挖，填处理；排水措施有截流，导流等；结构措施有钢筋混凝土第十九页，共

8、八十页。4、土洞的形成4、土洞的形成土洞是岩溶地层上的覆盖的土层被水冲蚀或被地下水潜蚀所成的洞土洞的处理在土洞可能产生的地区进行土建工程，必须注意调查研究，在了解土洞的形成条件，查明土洞的发育程度和分布后，才能作出正确的处理在工程实践中，一般采用挖，填处理；排水措施有截流，导流和灌砂等；结构措施主要有钢筋混凝土梁板跨越，桩基，沉井，钢筋混凝土条形基柱等第二十页，共八十页。7、软土地基地基处理除淤泥或淤泥质黏土外，一般软土可作为天然地基由于他的压缩性高，强度低，因此注意地基变形一般处理方法有：减少基底压力；轻基浅埋；砂垫层；砂井，砂井预压，电渗法等地层排水固结法；防止塑流；换土垫层；短桩；钢筋混

9、凝土梁板跨越施工时，保护基坑，减少扰动，先建造高/重建筑物，后建造低/轻建筑物第二十一页，共八十页。8、膨胀土地基8、膨胀土地基膨胀土也称胀缩土，有的称裂隙粘土，它是一种亲水性很强的高塑性粘土遇水体积发生膨胀，失水收缩故称为膨胀土它具有收缩变形能力，而且变形往复即使在一定荷载作用下，仍然具有这种膨胀性质第二十二页，共八十页。8、膨胀土地基判别标准：自由膨胀率40；液限40；液性指数0.5地基处理：（1）建筑物应布置在简单场地上；（）采取良好的排水措施，如截流，排洪，导流等（3）选用适用的基础形式，增大基底压力；（4）基础深埋；（5）增加上部建筑物刚度；第二十三页，共八十页。我国部分地区膨胀土物

10、理力学性质指标地区液限液性指数自由膨胀率膨胀力云南蒙自730.038150成都龙潭寺42.80.019039广西查明550.0768175湖北襄樊55.2062137河南平顶山501天然含水量高：接近或大于液限压缩系数高渗透系数小 固结缓慢抗剪强度低灵敏度高 扰动会影起结构破坏具有明显的流变性 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而增长的现象。软弱地基第三十一页，共八十页。淤泥：e1.5淤泥质土：1.5 e1.0软土工程特性软土地基的地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长软土地基第三十二页，共八十页。不良地基1.湿陷性黄土地基2.膨胀土地基3.泥炭土地基4.多

11、年冻土地基5.岩溶与土洞地基6.山区地基7.饱和粉细砂与粉土地基第三十三页，共八十页。强度要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。变形要求: 满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。动力稳定性要求:满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、 失稳和震陷等灾害。透水性要求: 满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事故。特殊土地基安定性要求: 满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。地基处理的目的第

12、三十四页，共八十页。地基处理方法的分类物理处理化学处理热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理.注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。第三十五页，共八十页。 地基处理方法的选择第三十六页，共八十页。 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、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较大荷载的地基持力层。第2节 夯实法及碾压法第三十七页，共八十页。一、土的压实原理

13、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：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。压实后d =1.61.7g/cm3。第三十八页，共八十页。 最优含水量 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。 在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。w第三十九页，共八十页。 试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土

14、矿物含量大，则最优含水量大。 2.压实功能 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，干密度较大，对应的最优含水量则较小。第四十页，共八十页。二、机械（分层）碾压法常用机械：平碾、羊足碾、压路机等（注意适用条件）适用条件：大面积填土和杂填土对于杂填土地基，应把影响深度以上部分挖去，然后分层碾压并逐层回填碾压； 对于粘性土地基的碾压，一般用质量为810315103kg的平碾（或振压机）或12103kg的羊足碾，每层铺土厚度为2030cm，碾压数遍。施工质量控制： a:土的含水量为wop ; b:土的

15、分层厚度300mm左右；c:地基承载力可采用80120kPa 第四十一页，共八十页。第四十二页，共八十页。第四十三页，共八十页。第四十四页，共八十页。三、振动压实法常用机械：振动压实机适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等。压实效果：影响深度1.21.5m，承载力可达100120kPa。注意：不宜地下水位高，对周围影响3m范围。第四十五页，共八十页。第四十六页，共八十页。1 概 述 强夯又名动力固结法，是强力夯实法的简称，是将很重的夯锤起吊到高处自由落下，对土体进行强力夯实，以提高地基强度和降低其压缩性的地基处理方法。锤重：825t，最大200t落距：825m有效深度：510m承载力：1802

16、50kPa强夯法第四十七页，共八十页。目前，应用强夯法处理的工程范围是很广的，有工业与民用建筑，仓库，油罐，储仓，公路，铁路路基，飞机场跑道，码头堆场等。强夯法具有施工简单，加固效果好，使用经济等优点，其承载力可提高200%500%，压缩性可降低200%1000%，不仅可以在陆地施工，也可在水下夯实，其缺点是施工时的噪音和振动较大，因而不宜在人口密集的城市内使用。第四十八页，共八十页。土的类型的不同，强夯加固的机理亦有所不同。对于粗颗粒、非饱和的土体：通过强夯法，给土体施加动力荷载，夯击能使土的骨架变形，土体孔隙减小变得密实，非饱和土的夯实过程，就是土中的空气被挤出的过程。由于提高了土的密实度

17、，使土体抗剪强度提高，压缩性减小。因此强夯法加固处理多孔隙、粗颗粒、非饱和土体，其机理实质是动力密实。强夯的机理第四十九页，共八十页。对于饱和的细颗粒土：强夯法处理机理则为动力固结。当巨大的冲击能量施加于土体后产生很大的应力波，存在于土体中的微气泡体积压缩，从而使土体体积得到压缩，土体体积压缩后孔隙水压力增加，增加至上覆压力值时，土体产生液化（局部液化），之后土体结构遭到破坏，使土体产生很多裂隙，改善土体透水性能，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结，强度提高，压缩性减小。在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.61.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层

18、，承载力可比夯前提高23倍强夯的机理第五十页，共八十页。2 加固机理 目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。第五十一页，共八十页。2.1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。 Dynamic compaction第五十二页，共八十页。 非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。 第五十三页，共八十页。2.2 动力固结 Menard根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提

19、出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。Dynamic consolidation利用强大的冲击能力与冲击波破坏土的结构，使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙水的排水通道，加速土体固结土体发生出边，强度逐步恢复第五十四页，共八十页。2.3 动力置换 Dynamic replacement强夯将碎石整体挤入淤泥成整体置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩第五十五页，共八十页。动力置换类型 整式置换 桩式置换第五十六页，共八十页。强夯法的施工工艺第五十七页，共八十页。强夯法的施工工艺强夯法施工可以按下列步骤进行：1. 夯前地基的详细勘察2. 现场试夯与测试3清理并平整施工场地；4标出第一遍夯击点位置，

20、并测量场地标高；5起重机就位，使夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程；6将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后放下吊钩，测量锤顶高程；若出现坑底不平而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；7重复步骤6，按设计规定的夯击次数和控制标准，完成一个夯点的夯击；8重复步骤57，完成第一遍全部夯点的夯击；9用推土机填平夯坑，并测量场地高程；标出第二遍夯点位置；10在规定的间歇时间后，重复以上步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，使场地表层松土密实，并测量夯后场地高程。11.强夯效果质量检测。第五十八页，共八十页。3 强夯工程设计1 强夯的有效加固深度2 夯击能3 夯点布置4 夯点间距5 夯击遍数6

21、加固范围7间歇时间8 垫层9 夯锤与落距10承载力第五十九页，共八十页。3 设计计算1有效加固深度 H有效加固深度(m) W夯锤重(t) h落距(m) 与土的性质和夯击能有关的系数 ，一般变化范围为0.50.9，对软土可取0.5,对黄土可取0.340.5；第六十页，共八十页。规范规定：强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，在缺少试验资料时也可按表预估。见课本表9.2（P425），即规范中的表格。第六十一页，共八十页。2.强夯的单击夯击能和单位夯击能单击夯击能应根据加固土层的厚度、地基状况和土质成分综合确定。 目前采用的单击夯击能为：10008000kNm 第六十二页，共八十页。2.

22、强夯的单击夯击能和单位夯击能 单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积，一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重落距总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。第六十三页，共八十页。2.强夯的单位夯击能单位夯击能应根据土的类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。第六十四页，共八十页。3. 选用夯锤与落距根据所需有效加固深度与单击夯击能，最后选用夯锤与落距。在单击夯击能相同的情况下，增加落距h比增加锤重W更有效。锤重与落距的选择锤重1015t，落距1015m锤形选择圆柱形方柱形第六十五

23、页，共八十页。4 夯击击数与遍数 夯点单遍夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，应同时满足下列条件： 1)、最后两击的平均夯沉量不大干下列数值：单击夯击能小于4000KNm时为50mm，当单击夯击能量为40006000KNm时为100mm，当单击夯击能大于6000KNm时为200mm； 3)、不因夯坑太深而发生起锤困难 2）、夯坑周围地面不应发生过大的隆起；一般为410击。第六十六页，共八十页。目前国内确定夯击击数的方法有所不同： 有的以孔隙水压力达到液化压力为准；有的以最后一击的夯沉量达到某一数值为准；有的以最后两击产生的沉降差小于某一数值为准。总之，各夯击点的夯击击数，

24、应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。夯击遍数：夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细粒土，其夯击遍数可适当增加； 最后应以低能量满夯2遍，满夯还可采用顷锤或低落距锤多次夯击，要求锤印搭接。第六十七页，共八十页。第六十八页，共八十页。夯点的平面布置应根据建筑物的基底平面形状确定，常采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置;对于办公楼、住宅建筑等，可根据承重墙位置布设夯点，一般可采用等腰三角形布点，这样保证了横向承重墙以及纵墙和横墙交接处墙基下均有夯点。夯点平面布置的合理与否与夯实效果和施工费用有直接关系。5 夯击点布置及间距 第六十九页，共八十页。夯点间距的选

25、择宜根据建筑物的结构类型、加固土层厚度及土质条件，通过试夯确定。对细颗粒土来说，为便于超静孔隙水压力的消散，夯击点间距不宜过小。当加固深度要求较大时，第一遍的夯击点间距更不宜过小，以免夯击时在浅层形成密实层而影响夯击能往下传递。另外，若各夯点间距太小，在夯击时上部土体易向侧向已夯成的夯坑内挤出，从而造成坑壁坍塌，夯锤歪斜或倾倒，影响夯实效果。反之，如间距过大，也会影响夯实效果。根据国内工程实践经验，第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5-3.5倍，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适当减小。对处理深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯点间距可适当增大。5 夯击点布置及间距

26、第七十页，共八十页。 总之，夯击点间距的确定宜根据地基土的性质和处理深度确定，以保证夯击能量传递到深处，且不会使临近夯击点的孔隙水压产生叠加，且保护临近夯坑周围产生的辐射状裂隙为原则。布置范围：强夯和强夯置换法处理范围应大于建筑物基础的范围： 具体的放大范围应根据建筑物的类型和重要性考虑决定； 一般情况建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的 1/22/3;且不宜小于3m。第七十一页，共八十页。等边三角形布置正方形第七十二页，共八十页。美国加州某工程夯点布置（正方形）第七十三页，共八十页。NICE AIRPORT (France)第七十四页，共八十页。Abu Dhabi Corniche(United Arab Emirates)第七十五页，共八十页。6.间歇时间两遍夯击之间应有一定的间歇时间，以利于强夯时土中超静孔隙水压力的消散。所以间歇时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。砂性土：一般不需要间隔，可连续夯击；粘性土：一般要间隔34周；在完成全部夯击遍数后，应再以低能量夯点相搭接全面积满夯，以便将表层松土夯实。第七十六页，共八十页。7 垫层铺设 垫层厚度：对软弱饱和土或地下水位浅时，常需在地面预铺设一碎石垫层、砂砾石垫层，厚度一