建筑现场之基础工程地基处理措施

第5章地基处理5.1概述述一、地基处理理的目的（1）改善地基的的剪切性能、、提高地基承载载力及其稳定性。。（2）改善地基的的变形性质、、减少其沉降及及不均匀沉降降变形量。（3）改善地基的的渗透性、加加强其渗透稳稳定性。（4）改善地基的的动力特性、、提高其抗震震性能。（5）改善地基的的不良特性、、满足其工程程的需要。二、处理对象象淤泥和淤泥质质土、软粘土土、人工填土土、细粉砂土土和粉土、湿湿陷性土、有有机质土和膨膨胀土、多年年冻土、岩溶溶、土洞和山山区地基等1、淤泥土与淤淤泥质土淤泥土与淤泥泥质土简称软软土淤泥:孔隙比e>1.5,w>wl(Il>1.0)淤泥质土:孔隙比e=1.0~1.5,w>wl(Il>1.0)土性*高含水量=40~90%甚至>100%*高压缩性a>0.5~3.0MPa-1*高流变性:次固结量随时时间增加*低强度Cu<30kPa*低渗透性10-6~10-8cm/s，固结过程长长杂填填土土：建建筑筑垃垃圾圾，，卫卫生生填填埋埋，，不不均均匀匀，，不不稳稳定定冲填填土土：细细、、欠欠固固结结泥炭炭,泥炭炭质质土土：泥泥炭炭e>1.5,w>wl(Il>1.0)，有机机含含量量30%泥炭炭质质土土e=1.0~1.5,w>wl(Il>1.0)，有机机含含量量10-30%*强度度低低、、压压缩缩性性很很大大2、粉细细砂砂、、粉粉土土和和粉粉质质土土：易易震震陷陷、、液液化化3、砂土土、、砂砂砾砾石石等等：透透水水性性大大、、抗抗渗渗、、防防止止管管涌涌和和流流土土4、其其他他类类土土湿陷陷性性黄黄土土：消消除除湿湿陷陷膨胀胀土土：胀胀缩缩性性红粘粘土土：特特殊殊结结构构性性岩溶溶：塌塌陷陷地基基处处理理方方法法的的分分类类可可有有多多种种多多样样。。如：：按时时间间可分分为为临临时时处处理理和和永永久久处处理理；；按处处理理深深度度可分分为为浅浅层层处处理理和和深深层层处处理理；；按处处理理土土性性对对象象可分分为为砂砂性性土土处处理理和和粘粘性性土土处处理理，，饱饱和和土土处处理理和和非非饱饱和和土土处处理理；；按地地基基处处理理作作用用机机理理可分分为为置置换换、、夯夯实实、、挤挤密密、、排排水水、、胶胶结结、、加加筋筋等等处处理理方方法法。。其中中最最本本质质的的是是根根据据地地基基处处理理作用用机机理理进行行分分类类，，其其具具体体分分类类以以及及加加固固原原理理、、适适用用范范围围见见表表5-1。三、地基基处处理理方方法法分分类类及及应应用用范范围围三、地基基处处理理方方法法分分类类及及应应用用范范围围1）换换土土垫垫层层法法2）振振密密、、挤挤密密法法（1）表表层层压压实实法法；；（（2）重重锤锤夯夯实实法法；；（（3）强强夯夯法法；；（（4）振振冲冲挤挤密密法法；；（（5）土土桩桩与与灰灰土土桩桩法法；；（（6）砂砂桩桩；；（（7）爆爆破破法法3）排排水水固固结结法法（1）堆堆载载预预压压法法；；（（2）砂砂井井法法；；（（3）真真空空预预压压法法；；（（4）降降低低地地下下水水位位法法；；（（5）电电渗渗排排水水法法4）置置换换法法（1）振振冲冲置置换换法法（（碎碎石石桩桩法法））；；（（2）石石灰灰桩桩法法；；（3）强强夯夯置置换换法法；；（（4）水水泥泥粉粉煤煤灰灰碎碎石石桩桩法法(CFG桩法法））5）加加筋筋法法（1）土土工工聚聚合合物物；；（（2）加加筋筋土土；；（（3）土土层层锚锚杆杆；；（4）土土钉钉；；（（5）树树根根桩桩法法6）胶胶结结法法（1）灌灌浆浆法法；；（（2）高高压压喷喷射射注注浆浆法法；；（（3）水水泥泥土土搅搅拌拌法法7）其其他他处处理理法法（1）冻冻结结法法；；（（2）托托换换法法（（3）纠纠倾倾技技术术四、地地基基处处理理方方法法选选用用原原则则技术术先先进进、经济济合合理理、安全全适适用用、确保保质质量量地基基条条件件处理理要要求求（（处处理理后后地地基基应应达达到到的的各各项项指指标标、、处处理理的的范范围围、、工工程程进进度度等等））工程程费费用用材料料、、机机具具来来源源选择择地地基基处处理理方方法法步步骤骤（1）根据据上上部部结结构构及及建建筑筑场场地地条条件件和和环环境境，，初步步选选定定几几种种可可供供考考虑虑的的处处理理方方案案；；（2）对对初初步步选选定定的的各各种种地地基基处处理理方方案案进进行行综综合合分分析析，，进进行行技技术术经经济济分分析析和和对对比比，，确定定最最佳佳的的地地基基处处理理方方案案；（3）对已已确确定定的的地地基基处处理理方方案案，在在有有代代表表性性的的场场地地上上进进行行相相应应的的现场场试试验验或或试试验验性性施施工工及及必要要的的测测试试，以以期期达达到到最最佳佳处处理理效效果果。。5.2垫层层法法5.2.1概述述1）垫层层法法定定义义当软软弱弱土土地地基基的的承承载载力力和和变变形形满满足足不不了了设设计计要要求求，，而而软弱弱土土层层的的厚厚度度又又不不是是很很大大时时，，将将基基础础底底面面下下处处理理范范围围内内的的软软弱弱土土层层部部分分或或全全部部挖挖除除，，然然后后分分层层换换填填强强度度较较大大的的砂砂（（碎碎石石、、素素土土、、灰灰土土、、炉炉渣渣、、粉粉煤煤灰灰））或或其其他他性性能能稳稳定定、、无无侵侵蚀蚀性性的的材材料料，，并并压压实实至至要要求求的的密密实实度度为为止止，这这种种地地基基处处理理方方法法称称为为垫层层法法。深厚软软土深厚软软土软土地地基沉降太太大、、强度度不足足垫层法法地基基处理理过程示示意2）垫层层的类类型按常用用的垫垫层材材料，，可分分为砂垫层层碎石垫垫层素土垫垫层灰土垫垫层3）换土土垫层层的作作用（1）提高高持力力层的的承载载力；；（2）减少少沉降降量；；（3）加速速软弱弱土层层的排排水固固结；；（4）防止止冻胀胀；（5）消除除膨胀胀土的的胀缩缩作用用。1）垫垫层厚厚度的的确定定垫层的的厚度度z应根据据需置置换软软弱土土的深深度或或下卧卧土层层的承承载力力确定定，并并符合合下式式要求求：式中－－－－相相应于于荷载载效应应标准准组合合时，，垫层层底面面处的的附加加压力力值（（kPa）；－－垫层底底面处处土的的自重重压力力值（（kPa）；faz－－垫层底底面处处经深深度修修正后后的地地基承承载力力特征征值（（kPa）。垫层厚厚度不不宜小小于0.5m，也不不宜大大于3m。5.2.2垫层设设计（（以砂砂垫层层为例例）b回填土土b’=b+2ztandzCZ用试算算法确确定垫垫层的的厚度度z（1）初定定z为1~2m；（2）计算算；、、（3）按式式验验算算；若若不满满足要要求，，则重新新取值值，直直到满满足要要求为为止。。垫层底底面处处的附附加压压力值值可分分别按按下两两式计计算：：式中b－－矩矩形基基础或或条形形基础础底面面的宽宽度（（m）；l－－矩形基基础底底面的的长度度（m）；pk－－相相应于于荷载载效应应标准准组合合时，，基础础底面面处的的平均均压力力值（（kPa）；－－基基础底底面处处土的的自重重压力力值（（kPa）；z－－基基础底底面下下垫层层的厚厚度（（m）；θ－－垫垫层的的压力力扩散散角，，宜通通过试试验确确定，，当无无试验验资料料时，，可按按下表表采用用。条形基基础矩形基基础注意意垫层厚厚度的的确定定仅考考虑了了应力力扩散散的作作用，，忽略略了垫垫层约约束作作用和和排水水固结结对地地基承承载力力提高高的影影响，，所以以实际际的承承载力力比考考虑深深度修修正后后的天天然地地基承承载力力大。。对重重要工工程，，建议议通过过现场场载荷荷试验验来确确定。。2）垫垫层宽宽度的的确定定要求：：满足基基础底底面应应力扩扩散的的要求求防止垫垫层向向两侧侧挤压压。常用经经验的的扩散散角法法按下下式确确定：：垫层底底宽垫层顶顶宽－－－开开挖坡坡度确确定（便于于压实实机械械施工工、防侧向挤挤压(淤泥)）垫层顶顶面每每边超超出基基础底底边不不宜小小于300mm。3）地地基变变形计计算采用换换填法法对地地基进进行处处理后后，由由于垫垫层下下软弱弱土层层的变变形，，建筑筑物地地基往往往仍仍将产产生一一定的的沉降降量及及差异异沉降降量。。因此此，在在垫层层的厚厚度和和宽度度确定定后，，对于于重要要的建建筑物物或垫垫层下下存在在软弱弱下卧卧层的的建筑筑物，，还应应进行行地基基的变变形计计算。。换土垫垫层后后的建建筑物物地基基沉降降由垫垫层自自身的的变形形量和和下卧卧土层层的变变形量量两部部分所所构成成，即即式中—基础沉沉降量量(cm)；—垫层自自身变变形量量(cm)；—压缩层层厚度度范围围内，，自垫垫层底底面算算起的的各土土层压压缩变变形量量之和和(cm)。4）垫垫层层材料料的选选用（1）砂石石。宜选用用碎石石、卵卵石、、角砾砾、圆圆砾、、砾砂砂、粗粗砂、、中砂砂或石石屑（粒径径小于于2mm的部分分不应应超过过总重重的45％），，应级级配良良好，，不含含植物物残体体、垃垃圾等等杂质质。当当使用用粉细细砂时时，应应掺入入不少少于总总重30％的碎碎石或或卵石石。砂砂石的的最大大粒径径不宜宜大于于50mm。（2）粉质质粘土土。土土料中中有机机质含含量不不得超超过5％，当当含有有碎石石时，，粒径径不宜宜大于于50mm。（3）其他他材料料如灰灰土、、粉粉煤灰灰、矿矿渣渣等。。在有有可靠靠试验验结果果或成成功工工程经经验时时，对对质地地坚硬硬、性性能稳稳定、、无腐腐蚀性性和放放射性性危害害的工工业废废渣等等均可可用于于填筑筑换填填垫层层。也也可由由土工工合成成材料料与地地基土土构成成加筋筋垫层层。注意：：砂垫层层不宜宜用于于处理理湿陷陷性黄黄土地地基5）垫垫层层施工工要点点（1）关键是是如何何将砂砂土加加密到到设计计要求求的密密实度度。加密方方法可可采用用机械械碾压压法、、重锤锤夯实实法和和平板板振动动法。。应根根据不不同的的换填填材料料选择择施工工机械械。（2）分层层铺填填厚度度、每每层压压实遍遍数等等宜通通过试试验确确定。。一般般情况况下，，垫层层的分分层铺铺填厚厚度可可取200～300mm。（3）基基坑开开挖时时应避免坑坑底土土层受受扰动动。（4）作好好基坑坑的排水工作，，必要要时应应采取取降低低地下下水位位的措措施。。采用用振实实时，，应保保证水水源补补给与与排排水畅畅通，，水面面宜保保持与与砂面面齐平平。可用作作垫层层的材材料很很多，，除砂砂和碎碎石外外，还还有素素土、、灰土土垫层层，以以及粉粉煤灰灰垫层层等。。国外外还在在垫层层中铺铺设塑塑料网网片（（加筋筋）来来提高高垫层层的强强度。。5.3排水固固结法法1、排水固固结法法加固固原理理对天然然地基基，或或先在在地基基中设设置砂砂井等等竖向向排水水体，，然后后利用用建筑筑物本本身重重量分分级逐逐渐加加载，，或是是在建建筑物物建造造以前前，在在场地地先行行加载载预压压，使使土体体中的的孔隙隙水排排出，，逐渐渐固结结，地地基发发生沉沉降，，同时时强度度逐步步提高高的方方法。。排水固固结压压缩与与强度度变化化图te2epze1s预压原原理：：原位位自重重应力力s，建筑筑物附附加应应力z,预加压压力t=(1.2~1.5)z变形强度超固结土正常固结排水固固结法法可解解决以以下两两个问问题（1）沉降问问题。使地地基的的沉降降在加加载预预压期期间大大部分分或基基本完完成，，使建建筑物物在使使用期期间不不致产产生不不利的的沉降降和沉沉降差差。（2）稳定问问题。加速速地基基土的的抗剪剪强度度的增增长，，从而而提高高地基基的承承载力力和稳稳定性性。排水固结结法适用用于处理理淤泥质质土、淤淤泥和冲冲填土等等饱和粘粘性土地地基。2、排水固固结法排排水和加加压体系系排水固结结法是由由排水系统统和加压系统统两部分共共同组合合而成。。1）排水系系统水平排水水垫层和竖向排水水体构成。竖竖向排水水体可选选用普通通砂井、、袋装砂砂井或塑塑料排水水板。2）加压压系统即即是起固固结作用用的荷载载，它使使地基土土的固结结压力增增加而产产生固结结。工程上广广泛使用用且行之之有效的的增加固固结压力力的方法法是堆载法，此外，，还有真空法、降低地下下水位法法、电渗法和联合法。竖向排水水体的原原理（a）竖向排排水（b）砂井地地基排水水粘性土固固结所需需时间与与排水距距离的平平方成正正比3、排水固固结法的的设计排水固结结法的设设计：主主要是根根据上部部结构荷荷载的大大小、地地基土的的性质以以及工期期要求、、确定竖向排水水体的直直径、间间距、深深度和排排列方式式；确定预压荷载载的大小小和预压压时间，使通过过预压，，地基能能满足建建筑物对对变形和和稳定性性的要求求。砂井布置置图(a)剖面图(b)正方形布布置(c)梅花形布布置(d)砂井排水水预压方法法（1）堆载预预压（2）降水预预压增增加有有效应力力（3）真空预预压密密封层层基坑降水水预固结结设计坑底底坑底降水水深度D坑底降水水线板桩’z降水预压压z真空预压压密密封层’-u思考降水预压压和真空空预压不不会引起起土体破破坏，堆堆载预压压则可能能由于速速度太快快而造成成地基破破坏，为为什么？？用填土等等外加荷荷载对地地基进行行预压，，是通过过增加总总应力并并使孔隙隙水压力力消散来来增加有有效应力力的方法法，降低低地下水水位和电电渗排水水法是在在总应力力不变的的情况下下，通过过减小孔孔隙水压压力来增增加有效效应力的的方法。。真空预预压是通通过覆盖盖于地面面的密封封膜下抽抽真空，，使膜内内外形成成气压差差，该压压力差首首先作于于于孔隙隙水和气气上，使使水气排排出而有有效应力力增加，，从面粘粘土层产产生固结结压力。。降低地地下水位位、真空空预压和和电渗法法由于通通过减小小水气压压力的作作用增大大有效应应力，水水气压力力各方向向相等，，因此大大小主应应力增量量一致，，莫尔圆圆的直径径不增加加而应力力圆整体体右移，，更远离离强度线线，地基基不会产产生剪切切破坏，，所以它它适用于于很软弱弱的粘土土地基。。堆载法如如果加荷荷快，总总应力增增加，大大小主应应力增量量不一致致（侧压压系数小小于1，小主应应力增量量小于大大主应力力增量）），应力力圆扩大大，不固固结不排排水剪强强度为水水平直线线，不能能承受更更大的应应力圆作作用。因因此而破破坏。5.6强夯法1.强夯法概概念强夯法是是法国人人L.梅纳（Menard，1969）首创的的一种地地基加固固方法，，即用10～40吨重锤从从8～20m的高处落落下，反反复多次次夯击地地面，对对地基进进行强力力夯实。。2.强夯法适适用条件件强夯法适适用于处处理碎石石土、砂砂土、低低饱和度度的粉土土与粘性性土、湿湿陷性黄黄土、素素填土和和杂填土土等地基基。3.加固效果果：经强夯后后地基的的承载力力可提高高2～5倍，压缩缩性可降降低200％～500％，影响响深度10m以上。4.强夯机理:强大的夯击击能在地基基中产生强强烈的应力力波和动应应力对土体体作用的结结果。波土中能（1）使土孔隙隙压密，土土体局部液化（2）夯点周围围产生大量量裂缝，良好排水通通道（3）各种颗粒粒成分在结结构上重新排列转化传入5.设计（1）有效加固固深度Menard曾提出用下下列公式估估算有效加加固深度式中X－－有效加加固深度（（m）；M－－夯锤质质量（t）；h－－落距（（m）；m－－修正系系数，根据据不同土类类选用。影响有效加加固深度的的因素除夯锤重和和落距外，，还有单击击夯击能、、夯击次数数、锤底单单位压力、、地基土的的性质、不不同土层的的厚度、埋埋藏顺序和和地下水位位等。对于于同一类土土，采用不不同能量夯夯击时，其其修正系数数并不相同同，采用确确定的修正正系数，并并不能得到到满意的结结果。因此此《建筑地基处处理技术规规范》不采用修正正后的梅纳纳公式，而而是采用了了表格形式式，建议了了有效加固固深度的取取值范围。。（2）处理范范围强夯处理范范围应大于于建（构））筑物基础础范围，每每边超出基基础外缘的的宽度宜为为基底下设设计处理深深度的1/2至2/3，并不宜小小于3m。（3）承载力力确定强夯地基承承载力特征征值应通过过现场载荷荷试验确定定，初步设设计时也可可根据夯后后原位测试试和土工试试验指标按按现行国家家标准《建筑地基基基础设计规规范》GB50007有关规定确确定。复合地基理理论一、复合地地基的概念念复合地基是是由基体（天然地基基土体）和和增强体（桩体或带带形体）两两部分组成成，共同承承受上部结结构荷载并并协调变形形的人工地地基。二、复合地地基有两个基本本特点：（1）复合地基是是由两种刚度度（或模量量）不同的的材料（增增强体和基基体）两部部分组成，是非均质和和各向异性性的；（2）复合地基在在荷载作用用下，基体和增强强体共同承承担荷载并并协调变形形。区别于桩基基础。区别于均质质地基三、复合地地基的分类类按成桩材料料分类1）散体材料料桩：如砂砂桩、碎石石桩、矿渣渣桩等；2）水泥土类类桩：水泥泥搅拌桩、、高压旋喷喷桩等；3）混凝土类类桩：CFG桩、树根桩桩、锚杆静静压桩等。。按成桩后桩体的刚刚度（或强强度）分类类1）柔性桩：：散体材料料类桩；2）半刚性桩桩：水泥土土类桩；3）刚性桩：：混凝土类类桩。3.按增强体的方向分类类1）竖向增强强体复合地地基：由不同材料料形成不同同强度桩体体的复合地地基。2）横向增强强体复合地地基：由土工合成成材料、金金属材料格格栅等形成成的复合地地基。四、复合地地基作用机机理（1）桩体作用。。（2）排水固结作作用。（3）挤密作用。。（4）加筋作用。。复合地基的的基本概念念1.面积置换率率m正方形布桩桩等边三角形形布桩一根桩体的的横截面积积一根桩体的的加固面积积2.桩土应力比比n基础刚性时时，桩与桩桩间土沉降降一致，但但模量不一一致，因此此荷载向桩桩体集中，，桩体所受受压力pp大于基底平平均压力p，桩间土的的压力ps小于p。柔性桩（散散体材料桩桩），n=2~4如：振冲碎碎石桩半刚性桩，，n=3~12如：水泥土土桩，旋喷喷桩5.4深层水泥搅搅拌法水泥搅拌桩桩法是以水泥作作为固化剂剂，通过特特制的深层层搅拌机械械，将固化化剂（浆液液或粉体））和地基土土强制搅拌拌，由固化化剂与软土土间所产生生的一系列列物理和化化学反应，，使软土硬硬结成具有有整体性、、水稳定性性和一定强强度的桩体体的地基处处理方法。。(CDM法)深层搅拌的的工艺流程程图水泥泥搅搅拌拌机机三轴轴水水泥泥搅搅拌拌机机加固固的的机机理理(1)水泥泥的的水水解解和和水水化化反反应应。。(2)离子子交交换换和和团团粒粒化化作作用用。。(3)硬凝凝反反应应。。水泥泥土土桩桩的的计计算算复合合地地基基承承载载力力特特征征值值P2165.5高压压喷喷射射注注浆浆法法P219高压压喷喷射射注注浆浆法法，，它它是是利利用用钻钻机机把把带带有有喷喷嘴嘴的的注注浆浆管管钻钻进进至至土土层层的的预预定定位位置置后后,高压压脉脉冲冲泵泵（（工工作作压压力力在在20MPa以上上）），，将将水水和和水水泥泥浆浆液液通通过过钻钻杆杆下下端端的的喷喷射射装装置置形形成成高压压射射流流喷射射出出来来,冲击击破破坏坏土土体体,同时时钻钻杆杆以以一一定定速速度度渐渐渐渐向向上上提提升升,使浆液液与与土土粒粒强强制制搅搅拌拌混混合合,浆液液凝凝固固后后在在土土中中形形成成水泥泥土土加加固固体体的地地基基处处理理方方法法。。5.5.1基本本原原理理与与喷喷射射浆浆的的类类型型喷射射注注浆浆施施工工顺顺序序a-开始始钻钻进进b-钻进进结结束束c-高压压悬悬喷喷开开始始d-喷嘴嘴边边旋旋转转边边提提升升e-悬喷喷结结束束高压压旋旋喷喷注注浆浆三三种种型型式式单喷管旋旋喷喷注注浆浆(浆液液)二重重喷管旋旋喷喷注注浆浆(浆液+气体)三重喷管管旋喷注注浆(水+气体+浆液)高压喷射注浆浆三种型式式1.旋转喷射射注浆；；旋喷法2.定向喷射射注浆；；定喷法3.摇摆喷射射注浆；；摆喷法(1)复合地基基承载力力：计算算公式同同水泥土土桩.5.5.2喷射注浆浆的应用用设计1.应用形成桩体加固地基基形成防渗帷幕幕提高地基基抗渗性性。2.设计（2）复合地地基的沉沉降：确确定复合合压缩模模量。5.7振冲法振冲法是指采用振振动、冲冲击或水水冲等方方式在地地基中成成孔后，，再将碎碎石、砂砂或砂石石挤压入入已成的的孔中，，形成砂砂石所构构成的密密实桩体体，并和和原桩周周土组成成复