土地基和岩石地基工程课件

地基基础设计满足的两个基本条件是：(1)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；(稳定要求)(2)控制基础沉降量，使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用。（变形要求）3土地基和岩石地基工程1地基基础设计满足的两个基本条件是：3土地基和岩石地基工程地基承载力2地基承载力2荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏稳定要求3荷载过大超过地基承载力地基产生滑动破坏稳定要求3地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差变形要求4地基土沉降变形建筑物基础沉降和沉降差变形要求43.1一般土质地基地基极限承载力：是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。地基土在荷载作用下，往往会由于承载力不足而产生剪切破坏。

53.1一般土质地基5剪切破坏的形式整体剪切破坏oPSPcrfuab临塑荷载极限荷载6剪切破坏的形式整体剪切破坏oPSPcrfuab临塑荷载极限荷整体剪切破坏7整体剪切破坏7剪切破坏的形式局部剪切破坏静荷载曲线没有明显的直线段，地基破坏的曲线也不呈现整体剪切破坏那样的明显的陡降。当基底压力达到一定数值即相应的极限荷载时，基础两侧微微隆起，然而剪切破坏区仅仅被限制在地基内部的某一区域，未形成延伸至底面的连续滑动面。8剪切破坏的形式局部剪切破坏静荷载曲线没有明显的直线段，地基破剪切破坏的形式冲剪破坏随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要因为地基土的较大压缩以至于基础呈现连续刺入。地基不出现连续滑动面，基础侧面地面不出现隆起，因而基础边缘下的地基垂直剪切破坏9剪切破坏的形式冲剪破坏随着荷载的增加，基础出现持续下沉，主要剪切破坏的形式地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩性质有关。较坚硬或密实的土，具有较低的压缩性，通常呈现整体剪切破坏软弱粘土或松砂土地基，具有中高压缩性，常常呈现局部剪切破坏或者冲剪破坏。10剪切破坏的形式地基的破坏形式，主要与地基土的性质尤其是与压缩地基承载力确定的主要途径：包括：（1）原位载荷实验：适用于一级建筑及取原状土较困难的，有条件可首选此方法。

（2）理论计算公式法（3）由土的物理力学指标查取；适用于中小型工程

11地基承载力确定的主要途径：113.1.1地基极限承载力计算公式

承载力计算公式很多，一般都包括有3项：（1）反映粘聚力c作用的一项；（2）反映基础宽度b影响的一项；（3）反映基础埋深d作用的一项．每项中均含有一个数值不同的无量纲系数，称为承载力系数．它们均是土的内摩擦角中的函数．不同的承载力公式，其承载力系数的数值不同．123.1.1地基极限承载力计算公式承载力计算公式很多，一般都

3.1.1.1太沙基极限承载力Nc、Nq、N

可查表。13

3.1.1.1太沙基极限承载力Nc、Nq、N可查表。松散砂土和软土：

破坏方式为：冲剪、局部剪切破坏太沙基建议采用降低土的抗剪强度指标的方法对极限承载力计算公式加以修正，即取：14松散砂土和软土：14

修正后得地基极限承载力为：15修正后得地基极限承载力为：15方形荷载作用下的地基极限承载力(边长为b)圆形荷载作用下的地基极限承载力式中圆形基础的直径为对于矩形基础（宽度b为，长度为l）可近似按b/l值，在条形基础（b/l=0）和方形基础（b/l=1）的承载力之间用插值法求得。16方形荷载作用下的地基极限承载力(边长为b)圆形荷载作用下的地3.1.1.2汉森极限承载力在太沙基理论基础上，假定基底光滑，考虑荷载倾斜、偏心、基础形状、地面倾斜、基底倾斜的影响。173.1.1.2汉森极限承载力17考虑荷载倾斜影响的条件如下：18考虑荷载倾斜影响的条件如下：181919202021213.1.1.3地基承载力理论公式讨论（1）两公式算出的是极限承载力，设计时必须考虑安全系数进行折减，折减系数为1/2-1/3；（2）公式推导中采用叠加原理，考虑了①土无质量，有粘聚力和内摩擦角，无超载；②土无质量，无粘聚力，有内摩擦角和超载；③土有质量，无粘聚力，有内摩擦角，无超载；计算结果偏小，但偏于安全；（3）承载力随的提高而提高，同时随埋深及基础宽度的增大而增大。（图）（4）地下水的存在会使承载力降低。223.1.1.3地基承载力理论公式讨论（1）两公式算出的是极限2323NCNrNq24NCNrNq24d<bd<b条基25d<bd<b条基25[例3.2]有一宽为4m的条形基础，埋置在中砂层下2m深处，其上作用着倾斜的中心荷载：垂直方向的分力Q＝900KN/m,水平方向的分力H=150KN/m，中砂层土的内摩擦角，天然重度，浮重度，设地下水位与基底齐平，试确定地基的极限承载力。（注：考虑地下水位以下采用浮重度。）26[例3.2]有一宽为4m的条形基础，埋置在中砂层下2m深处，d<b27d<b27砂土有效重度28砂土有效重度283.1.2粘性土地基承载力承载力计算公式：293.1.2粘性土地基承载力承载力计算公式：293.1.3无粘性土地基承载力采用有效应力强度指标砂土和碎石土303.1.3无粘性土地基承载力采用有效应力强度指标3031313.2特殊土质地基3.2.1黄土地基1概念

黄土是一种在半干旱气候条件下以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、含碳酸盐类，并具有针状大孔和垂直节理的一种特殊性土。黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，导致建筑物破坏，具有特性的黄土，称湿陷性黄土。323.2特殊土质地基3.2.1黄土地基322、成因我国黄土的粒度成分具有自西北向东南逐渐变细的规律，并可大致分三个弧形带。从物质的主导来源而言，应认为绝大部分黄土是风成的。332、成因333、地质年代黄土在整个第四纪的各个世中均有堆积，而各世中黄土由于堆积年代长短不一，上覆土层厚度不一，其工程性质不一。一般湿陷性黄土（全新世早期～晚更新期）与新近堆积黄土（全新世近期）具有湿陷性。而比上两者堆积时代更老的黄土，通常不具湿陷性。343、地质年代343.2.1.1黄土的特征及其分布原生黄土：风力搬运堆积，未经扰动，不具层理的次生黄土：其他成因堆积，有层理，夹有砂、砾石层的湿陷性黄土非湿陷性黄土（遇水不湿陷，按一般粘性土地基设计）自重湿陷（在自重作用下产生湿陷）非自重湿陷（在附加压力作用下产生湿陷）1黄土分类：(1)按成因分(2)按工程性质分353.2.1.1黄土的特征及其分布原生黄土：风力搬运堆积，未经

作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占10％，亚洲约占30％；以前苏联的黄土分布最广，约占其国土面积的15％；我国黄土分布面积达63.5万平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%。其中有湿陷性的约为43万平方公里。主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主要来源于沙漠与戈壁。2黄土的分布：362黄土的分布：363737我国湿陷性黄土的固有特征有：1）黄色、褐黄色、灰黄色；2）粒度成分以粉土颗粒（0.05～0.005mm）为主，约占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有较多的可溶性盐类，例如：重碳酸盐、硫酸盐、氯化物；5）具有垂直节理；6）一般具有肉眼可见的大孔。

38我国湿陷性黄土的固有特征有：384工程特征：1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显；5）透水性较强；6）强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。394工程特征：395影响黄土湿陷性的因素：（1）黄土中的大孔性和多孔性是湿陷的内在根据；（2）水和压力是湿陷的外在条件。黄土湿陷主要与自身结构有关：（1）微结构（存在架空空隙）（2）颗粒组成（粉粒含量较高）（3）化学成分（存在易溶盐、可溶盐）405影响黄土湿陷性的因素：40一般情况下：（1）黄土的粘粒含量越多，湿陷性越弱；（2）黄土中易溶盐、可溶盐越大，PH值越高，湿陷性就越强；（3）黄土的天然空隙比越大，湿陷性越强；天然含水量越大，湿陷性越弱；（4）在天然含水量和空隙比一定条件下，黄土湿陷随压力的增大而增大；但压力增大到某一值时，湿陷却随压力的增加而减少。41一般情况下：41黄土地貌平原42黄土地貌平原42丘陵43丘陵43沟壑44沟壑44454546464747484849495050515152525353黄土的多孔性、大孔性54黄土的多孔性、大孔性5455555656天然状态下强度较高57天然状态下强度较高575858595960606161626263636464铺土工织物对黄土路提进行处理65铺土工织物对黄土路提进行处理65Soilreinforcementconcept66Soilreinforcementconcept666767陕西省泾河南岸黄土滑坡（滑坎高54米，滑距约230米）68陕西省泾河南岸黄土滑坡（滑坎高54米，滑距约230米）683.2.1.2黄土湿陷性的判定与评价黄土的湿陷性是最关心的问题，评价黄土是否具有湿陷性和湿陷的程度如何则是该问题的核心。在黄土地区勘察中，湿陷性评价正确与否直接影响设计措施的采取。黄土的湿陷性计算与评价，按一般的工作次序，其内容主要有：（1）判别湿陷性与非湿陷性黄土；（2）判别自重与非自重湿陷性黄土；（3）判别湿陷性黄土场地的湿陷类型；（4）判别湿陷等级；（5）确定湿陷起始压力；（6）确定湿陷起始含水量。693.2.1.2黄土湿陷性的判定与评价黄土的湿陷性是最关心的问（1）湿陷性与非湿陷性黄土的判定：黄土的湿陷性试验是在室内的固结仪内进行的，其方法是：分级加荷至规定压力，当下沉稳定后，使土样浸水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的计算式是：

70（1）湿陷性与非湿陷性黄土的判定：70《黄土规范》规定，测定湿陷系数时的压力p从基础底面(初勘时从地面下1.5m)算起，到其下10m内的土层为200kPa，10m以下至非湿陷性土层顶面应用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa时，仍应用300kPa．如基底压力大于300kPa时，宜用实际压力判别黄土的湿陷性．)71《黄土规范》规定，测定湿陷系数时的压力p从基础底面(初勘时从1湿陷性判别：2湿陷性等级：黄土的湿陷性一般是自地表以下逐渐减弱，埋深七、八米以上的黄土湿陷性较强。不同地区，不同时代的黄土是不同的，这与土的成因，固结成岩作用、所处的环境等条件有关。721湿陷性判别：2湿陷性等级：黄土的湿陷性一般是自地表以下（2）自重与非自重湿陷性黄土的判别

自重湿陷性：当某一深处的黄土层被水浸湿后，仅在其上覆土层的饱和自重压力（饱和度＝85%）下产生湿陷变形的，称自重湿陷性。

非自重湿陷性黄土：当某一深度处的黄土层浸水后，除上覆土的饱和自重外，尚需要一定的附加荷载（压力）才发生湿陷的，称非自重湿陷性。

测定方法：也是在室内固结仪上进行，即分级加荷至上覆土层的饱和自重压力，当下沉稳定后，使土样浸水湿陷达稳定为止。73（2）自重与非自重湿陷性黄土的判别73自重湿陷系数的计算公式：式中：：土样的原始高度，cm：原始土样加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度，cm；：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度，cm当<0.015时，定为非自重湿陷性黄土。≥0.015时，为自重湿陷性黄土。

74自重湿陷系数的计算公式：74（3）湿陷性黄土场地的湿陷类型的划分

在黄土地区地基勘察中，应按照实测自重湿陷量或计算自重湿陷量制定建筑物场地的湿陷类型。实测自重湿陷量应根据现场试坑浸水试验确定。①计算自重湿陷量按下列公式计算：75（3）湿陷性黄土场地的湿陷类型的划分75建筑场地湿陷类型：实际工程中当

76建筑场地湿陷类型：实际工程中当76②现场试坑浸水试验在现场进行试坑浸水试验时，试坑一般挖成圆形或方形，其直径或边长不应小于湿陷性黄土层的厚度，且不应小于10m。试坑的深度为0.5m，坑底铺一层5-10cm厚的砂或石子。在坑内不同深度处和坑外地面上设置若干沉降观测标点，并注意观察试坑浸水后地面裂缝的发展情况．沉降观测精度为0.1mm。坑内水深应保持30cm．试验一直进行到湿陷稳定(即最后5d内的平均日湿陷量≤lmm)为止。当实测自重湿陷量时，定为非自重湿陷性黄土场地；时，定为自重湿陷性黄土场地。77②现场试坑浸水试验在现场进行试坑浸水试验时，试坑一般挖（4）黄土地基的湿陷等级

湿陷等级应根据基底下各土层累积的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按下表判定。总湿陷量：

78（4）黄土地基的湿陷等级湿陷等级应根据基底下各土层累积7979（5）湿陷起始压力

黄土的湿陷量是压力的函数。事实上存在着一个压力界限值，压力低于这个数值，黄土即使浸了水也只产生压缩变形，而不会出现湿陷现象，这个界限值称为湿陷起始压力

湿陷起始压力是一个有一定实用价值的指标。例：在设计非自重湿陷性黄土地基上荷载不大的基础和土垫层时，可以有意识地选择适当地基础底面尺寸及埋深，或土垫层厚度，使基底压力或垫层底面的总压力（自重应力与附加应力之和）不超过基底下土的。以避免湿陷的可能性。可用室内压缩试验或野外载荷试验确定。即：单线法和双线法。按压缩试验，其方法如下：80（5）湿陷起始压力可用室内压缩试验或野外载荷试验确定。即：单8181试验结果证明：黄土的湿陷起始压力随着土的密度、湿度、胶结物含量以及土的埋藏深度等的增加而增加。②单线法应在同一取土点的同一深度处，至少以环刀切取5个试样。各试样均分别在天然湿度下分级加荷至不同的规定压力。待下沉稳定后测出土样高度后浸水，并测定湿陷稳定后的土样高度绘制曲线后，确定值的方法同双线法。82试验结果证明：黄土的湿陷起始压力随着土的密度、湿度、胶结物含(6)湿陷起始含水量：在外载或自重作用下，受水浸湿开始出现湿陷现象的最低含水量。同一种土的湿陷起始含水量也不是一个常量，一般随压力的增大而减少；对于给定的土，在特定的压力下，它的湿陷起始含水量是一个定值。

确定湿陷起始含水量的标准同确定湿陷起始压力的标准相同，以土样在某一压力下的湿陷系数：时的含水量作为湿陷起始含水量．83(6)湿陷起始含水量：83影响因素：1.土的粘性、结构强度及受水湿陷强度降低的程度；2.土在外荷载或自重作用下的应力状态。压力越大，起始含水量越小。

84影响因素：84自重湿陷系数湿陷系数湿陷系数小于0.015的属非湿陷土修正系数空隙比85自重湿陷系数湿陷系数湿陷系数小于0.015的属非湿陷土修正系解：86解：863.2.1.3湿陷性黄土地基的勘察和工程措施（1）湿陷性黄土地基的勘察①划分黄土，查明厚度和分布，测定物理力学性质，划分湿陷类型计算湿陷量；②研究地形起伏及排泄条件，调查地下水变形情况；③划分地貌单元，查明不良地质现象及危害；④调查了解古墓、古井等地下坑穴；⑤调查邻近建筑的现状及开裂情况。873.2.1.3湿陷性黄土地基的勘察和工程措施87（2）湿陷性黄土地基设计和工程措施甲类建筑：全部消除地基土的湿陷性；乙类建筑：可部分消除地基土的湿陷性；丙类建筑：消除地基土的部分湿陷性；丁类建筑：可不处理

88（2）湿陷性黄土地基设计和工程措施888989①地基处理措施：

地基处理主要是破坏黄土的大孔结构，以达全部或部分消除其湿陷性，从而避免或消弱湿陷的发生。或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。处理方法有：土（灰土）垫层法，重锤夯实法，强夯法，化学加固，土（灰土）桩挤密法，采用桩基，预浸水法等。90①地基处理措施：90湿陷性黄土地基常用的处理方法91湿陷性黄土地基常用的处理方法91②防水措施：

在建筑物布置、场地排水、屋面排水、地面防水、散水、排水沟、管道敷设、管道材料和接口等方面，应采取措施防止雨水或生产、生活用水的渗漏。

防水措施是防止或减少建筑物和管道地基受水浸湿而引起湿陷以保证建筑物和管道安全使用的重要措施。其主要内容有：做好总体的平面和竖向设计；保证整个场地排水畅通；做好防洪设施；保证水池类构筑物或管道与建筑物的间距符合防护距离的规定；保证管网和水池类构筑物的工程质量，防止漏水；做好排除屋面雨水和房屋内地面防水的措施．92②防水措施：92③结构措施：

结构措施的目的在于使建筑物能适应或减少因地基局部浸水所引起的差异沉降而不致遭受严重破坏，并继续能保持其整体稳定性和正常使用。结构措施主要体现在设计中应根据地基、基础和上部结构共同作用的概念，采用适当的结构设计方案，减小或调整建筑物的不均匀沉降，或使结构适应地基的变形

93③结构措施：93主要的结构措施包括：

①选择适应不均匀沉降的结构类型和适宜的基础类型，建筑体型力求简单。②加强建筑物的整体刚度。对砖石承重的多层房屋控制长高比；设置沉降缝，减少沉降差；增设横墙、增设钢筋混凝土圈梁、增大基础刚度等。③局部加强构件和砌体强度。④构件应有足够的支承面积。⑤预留适应沉降的净空。94主要的结构措施包括：943.2.2红粘土地基3.2.2.1红粘土的形成红粘土是指碳酸盐类岩石（石灰岩，白云岩，泥质泥岩等），在亚热带温湿气候条件下，经风化而成的残积、坡积或残～坡积的褐红色、棕红色或黄褐色的高塑性粘土。形成条件：1）气候特点：气候变化大，年降水量大于蒸发量，潮湿的气候有利于岩石的机械风化和化学风化；2）岩性：主要为碳酸盐类岩石，当岩层褶皱发育、岩石破碎时，更易形成红粘土。

953.2.2红粘土地基951成因和分布成因类型：残积、坡积、和残～坡积上部为坡积，下部为残积的情况居多。分布在具有形成条件的山区地区，属区域性地基。主要分布在贵州、云南、广西、安徽、川东、湘西等地区。961成因和分布96土层分布示意97土层分布示意972成分和结构特征红粘土的粘粒组分（粒径<0.005mm）含量高，一般可达55～70％，粒度较均匀，高分散性。粘土颗粒主要是多水高岭石和伊利石类粘土矿物为主。

主要化学成分为：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅铝率一般均小于2。常呈蜂窝状结构，常有很多裂隙（网状裂隙）、结核和土洞。982成分和结构特征983.2.2.2工程地质性质的基本特点1、高塑性和分散性液限一般为50~80%，塑限为30～60％，塑性指数一般为20～50。2、高含水率、低密度天然含水率一般为30％～60％，饱和度>85％，密实度低，大孔隙明显，孔隙比>1.0；液性指数一般都小于0.4；坚硬和硬塑状态。3、强度较高，压缩性较低固结快剪值8º～18º，c值可达0.04～0.09MPa，多属中压缩性土或低压缩性土，压缩模量5～15MPa。4、不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体缩率可达25％。993.2.2.2工程地质性质的基本特点99

红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。（1）沿深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。（2）在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。100红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物3.2.2.3红粘土地基的特点（1）红粘土层厚度分布不均（2）沿深度方向自上而下，含水量增加，土质由硬变软；（3）岩溶现象较发育；（4）吸水膨胀性较小，失水收缩性大，裂隙发育1013.2.2.3红粘土地基的特点1013.2.2.4确定红粘土地基承载力的一般方法（1）规范查表法(表3.6)液塑比含水比1023.2.2.4确定红粘土地基承载力的一般方法液塑比含水比10（2）现场载荷试验法静力载荷试验是确定红粘土地基承载力的主要方法。（3）查用地区的经验数值(表3.7)载荷试验求得变形模量室内土压缩模量103（2）现场载荷试验法载荷试验求得变形模量室内土压缩模量1033.2.2.5关于红粘土地基变形量计算问题一般建筑物地基，由强度控制，而不考虑地基变形对于5层以上的，或重要的建筑物应按变形计算地基。压缩层计算深度可近似取基础宽度的2倍。1043.2.2.5关于红粘土地基变形量计算问题1043.2.3膨胀土地基膨胀土：在工程建设中，经常会遇到一种具有特殊变形性质的粘性土，它的体积随含水量地增加而膨胀，随含水量减少而收缩，并且这种作用循环可逆，具有这种膨胀和收缩性地土，即称为膨胀土。

1分布和成因膨胀土一般分布在山前丘陵地带和二、三级阶地上。大多数是上更新世及以前的残坡积、冲积、洪积物，也有晚第三纪至第四纪的湖泊沉积及其风化层。

我国已有20多个省区发现有膨胀土，如云南、广西、四川、贵州、河北、河南、陕西等，尤以云南和广西的膨胀土胀缩性明显强烈．

1053.2.3膨胀土地基膨胀土：105成分和结构特征（1）从岩性上看，以粘土为主，具有黄、红、灰、白等色，土中含有较多地粘土，粘土占总数的98%，粘土矿物多为蒙脱石、伊利石和高岭石。蒙脱石含量越多，膨胀性越强烈。（2）结构致密，呈坚硬～硬塑状态，强度较高，内聚力较大。（3）裂隙发育，竖向、斜交和水平三种均有，可见光滑镜面和擦痕。（4）富含铁、锰结核和钙质结核。（5）化学成分为SiO2(45%~66%)、Al2O3(13%~31%)、Fe2O3(3~15%)、硅铝率K＝3～5。106成分和结构特征1063一般工程地质特征①膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：液限为40％～68％，塑限为17%～35％，塑性指数为18～33。②膨胀土的饱和度一般较大，常在80％以上，天然含水率较小，17％～30％。1073一般工程地质特征1071081084膨胀土地基工程特性：1）一般情况下，强度较高、压缩性低。2）遇水膨胀隆起、失水收缩下沉和干裂。膨胀土地基危害：产生建筑物的基础外移，房屋开裂（山墙倒八字形缝，外纵墙下部水平缝、地坪开裂等事故。1094膨胀土地基工程特性：1）一般情况下，强度较高、压缩性低。5影响膨胀土胀缩变形的主要原因：（1）主要内在因素：1）矿物及化学成分。2）粘粒的含量。3）土的密度。4）含水量。5）土的结构。（2）主要外在因素：1）气候条件。2）地形地貌。3）周围阔叶树的影响。4）日照程度。1105影响膨胀土胀缩变形的主要原因：（1）主要内在因素：110陕西省安康境膨胀土滑坡111陕西省安康境膨胀土滑坡1113.2.3.1土的胀缩特性指标（1）自由膨胀率指人工制备土在水中的体积增量与原体积之比。1123.2.3.1土的胀缩特性指标112（2）膨胀率在一定压力下（一般取50kpa），试样浸水膨胀后的高度增量与原高度之比。113（2）膨胀率113(3)膨胀力原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力114(3)膨胀力114确定膨胀力的方法：有室内和现场两种方法115确定膨胀力的方法：有室内和现场两种方法115压力超过膨胀力后土开始固结按图解法确定膨胀力116压力超过膨胀力后土开始固结按图解法确定膨胀力116（4）土的收缩率指原状土在干燥失水过程中，收缩的高度与原始高度之比。117（4）土的收缩率指原状土在干燥失水过程中，收缩的高度与（5）收缩系数指原状土样在直线收缩阶段，含水量减小1%时的收缩率。118（5）收缩系数1183.2.3.2膨胀土的工程判别具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率大于或等于40％的土应判为膨胀土。（1）裂隙发育，有光滑面的擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或半坚硬状态；（2）多出露于二级或三级阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖抗（槽）壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候变化而张开或闭合。1193.2.3.2膨胀土的工程判别1193.2.3.3膨胀土地基变形量计算（1）地基土膨胀变形量1203.2.3.3膨胀土地基变形量计算120（2）地基土的收缩变形量121（2）地基土的收缩变形量121（3）地基土的胀缩变形量122（3）地基土的胀缩变形量1223.2.3.4地基承载力的确定（1）现场浸水载荷试验取破坏荷载的一半作为承载力基本值1233.2.3.4地基承载力的确定取破坏荷载的一半作为承载力基本（2）根据实验参数按规范公式采用室内饱和三轴不排水试验确定土的抗剪强度指标，再按地基基础设计规范有关公式计算地基承载力。（3）按实验资料124（2）根据实验参数按规范公式1243.2.3.5地基稳定性验算（1）土质均匀，无节理面，按圆弧滑动法验算；（2）地层较薄，层间存在软弱层时，取软弱层面为滑动面进行验算；（3）层状构造的膨胀土，如层面与坡面斜交，交角小于45度，验算层面的稳定性。稳定安全系数取1.2。1253.2.3.5地基稳定性验算1253.2.3.6膨胀土地基基础埋置深度最小埋置深度不应小于1.0m1263.2.3.6膨胀土地基基础埋置深度126（1）按膨胀变形计算（2）按收缩变形计算对于桩基：桩尖应锚固在非膨胀土层中或伸入大气影响急剧层以下的土层中，其伸入长度应满足下列要求。取两者大值127（1）按膨胀变形计算（2）按收缩变形计算对于桩基：取两者大值3.2.3.7膨胀土地区工程建设措施简介（1）在膨胀土地区岩土工程勘察中，要特别重视现场调查和访问工作；（2）根据各专业的要求，选择好建筑场地，尽量避开膨胀土，不能避开就采取相应措施；（3）重视膨胀土地基的同时，还必须注意边坡的处理；（4）膨胀土地基处理可采用换土、土性改良和砂石垫层等方法；（5）防止基坑或沟槽泡水和曝晒。1283.2.3.7膨胀土地区工程建设措施简介（1）在膨胀土地区岩3.3软弱地基3.3.1软弱地基的类型和处理原则

软弱土：一般指土质疏松，压缩性高、抗剪强度低的软土、松散的砂士和未经处理的填土。

软土：一般是在静水或缓慢流水环境中沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性低且灵敏度高的粘性土和粉土。人工填土：素填、杂填和冲填土。松散饱和的粉细砂和粉土：1293.3软弱地基3.3.1软弱地基的类型和处理原则软弱土：软土的工程性质（1）触变性：当原状土受到振动以后，破坏了结构连接，降低了土的强度或很快地使土变成稀释状态，触变性的大小常用灵敏度来表示。我国东南沿海地区的三角洲相及滨海-泻湖相软土的灵敏度一般在4～10之间，个别达13～15。（2）流变（蠕变）性：软土除排水固结引起变形外，在剪应力作用下，土体还会发生缓慢而长期的剪切变形。这对建筑物地基的沉降有较大的影响，对斜坡、堤岸、码头及地基稳定性不利。（3）高压缩性：荷载作用下，土变形具有较大而不均匀、变形稳定历时长等特征。如：沿海闽、浙一带软土地基沉降历时长，5年后仍以3~4cm/年下沉。（4）低强度：地基强度很低，其不排水抗剪强度一般均在20kPa以下；软土施工应注意控制施工速度和加荷速度。（5）低透水性：应注意加荷初期易出现较高的孔隙水压力。（6）不均匀性：粘性土层中常局部夹有厚薄不等的粉士，使水平和垂直分布上有所差异；作为建筑物地基则易产生差异沉降。130软土的工程性质（1）触变性：当原状土受到振动以后，破坏了结构地基处理方法分类131地基处理方法分类131地基处理规划程序图132地基处理规划程序图132常用地基处理方法的原理、作用及适用范围

1、换土垫层法(1)垫层法(2)强夯挤淤法(3)爆破挤淤法133常用地基处理方法的原理、作用及适用范围1、换土垫层法(1)青岛港8号码头强夯挤淤工程134青岛港8号码头强夯挤淤工程134北海堤爆破挤淤135北海堤爆破挤淤1352．振密、挤密法(1)表层压实法(2)重捶夯实法(3)强夯法(4)振冲挤密法(5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)桩法(6)砂桩(7)爆破法1362．振密、挤密法(1)表层压实法(2)重捶夯实法(3)强夯法(1)表层压实法137(1)表层压实法137(2)重捶夯实法138(2)重捶夯实法138(3)强夯法139(3)强夯法139(4)振冲挤密法1140(4)振冲挤密法1140振冲挤密法2141振冲挤密法21413．排水固结法排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。(1)堆载预压法(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)(3)真空预压法(4)降低地下水位法(5)电渗排水法1423．排水固结法排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。(1)等载预压超载预压(1)堆载预压法143等载预压超载预压(1)堆载预压法143(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)144(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)144(3)真空预压法145(3)真空预压法145(4)降低地下水位法146(4)降低地下水位法1464．置换法(1)振冲置换法(或称碎石桩法)(2)石灰桩法(3)强夯置换法(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)1474．置换法(1)振冲置换法(或称碎石桩法)(2)石灰桩法(3(1)振冲置换法(或称碎石桩法)148(1)振冲置换法(或称碎石桩法)148(1)振冲置换法(海上施工)149(1)振冲置换法(海上施工)149(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)150(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)1505．加筋法(1)土工聚合物(2)加筋土(3)土层锚杆(4)土钉(5)树根桩法1515．加筋法(1)土工聚合物(2)加筋土(3)土层锚杆(4)土6．胶结法(1)注浆法(2)高压喷射注浆法(3)水泥土搅拌法1526．胶结法(1)注浆法(2)高压喷射注浆法(3)水泥土搅拌法(1)注浆法153(1)注浆法153高压喷射注浆法70年代后期创始于日本，它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20~40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出，冲击破坏土体，同时钻杆以—定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。高压喷射注浆的三种型式(2)高压喷射注浆法154高压喷射注浆法70年代后期创始于日本，它是利水泥土搅拌桩155水泥土搅拌桩155搅拌桩机的搅拌叶片156搅拌桩机的搅拌叶片156水泥土搅拌桩157水泥土搅拌桩157喷粉桩施工158喷粉桩施工1587．冷热处理法(1)冻结法(2)烧结法1597．冷热处理法(1)冻结法(2)烧结法159润扬大桥冻结法施工160润扬大桥冻结法施工160润扬大桥冻结法施工161润扬大桥冻结法施工161润扬大桥冻结法施工162润扬大桥冻结法施工162换土垫层法又称置换法，是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层换填强度较高的砂、碎石、素土、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实(或振实)到要求的密实度。3.3.2.1换土垫层法的加固原理

换土垫层法是一种古老传统的地基处理方法，在我国应用广泛，积累了丰富的经验。垫层的实质就是将基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基的强度。3.3.2换土垫层法163换土垫层法又称置换法，是将基础底面下一定范围内垫层的作用主要有：(1)提高地基承载力(2)减少沉降量(3)加速软弱土层的排水固结(4)防止冻胀(5)消除膨胀土的胀缩作用(6)消除湿陷黄土的湿陷164垫层的作用主要有：1643.3.2.2垫层设计

对垫层的设计，即要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。(1)垫层厚度的确定

1653.3.2.2垫层设计165条形基础：矩形基础：166条形基础：矩形基础：166167167

（2）垫层宽度的确定

垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡，整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。168（2）垫层宽度的确定垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，(3)垫层承载力的确定垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算下卧层的承载力。无资料可参考表3.12取值。169(3)垫层承载力的确定169(4)沉降计算对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。170(4)沉降计算1703.3.2.3垫层的施工和质量检测（1）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30％～50％的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。分层厚15－20cm。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)灰土体积比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。4)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。分层厚20－50cm。1713.3.2.3垫层的施工和质量检测171（2）施工要点垫层施工前应先验槽，浮土应清除，边坡必须稳定．如发现孔、洞、沟、穴或软弱土层，应挖出后填实。施工时，应将垫层材料充分拌和均匀，对于土垫层要控制含水量在最优含水量附近．要分层铺设，每层都要保证夯实或振实。分层厚度要根据施工机具和能量选用，不得过厚．垫层底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.5-1m的距离。施工应按先深后浅的顺序进行．172（2）施工要点172(3)质量检查按照《建筑地基处理技术规范，对土、灰土和砂垫层进行质量检测，检验可用环刀在每层表面下2/3厚度处取样确定其干密度。环刀容积不小于200cm3，检测点布置大基坑，每50－100m2不应少于1个点，对于基槽每10－20m不宜少于1个点，每层检验合格后方能铺设下一层填料。173(3)质量检查1733.3.3振冲法利用振动和水冲法加固土体的方法叫振冲法。3.3.3.1振冲法的加固原理

在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩柱，并和原地基组成复合地基。适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。1743.3.3振冲法1743.3.3.2振冲桩的设计

振冲桩的设计主要是确定；桩距、桩长和加固范围（1）桩距的确定根据荷载的大小和土层情况，并结合所采用的振冲器的功率综合考虑。一般可取：1.3-3m，并进行承载力和变形验算。宜进行现场载荷试验，对小型粘性土地基可按下式计算：1753.3.3.2振冲桩的设计175复合地基承载力：176复合地基承载力：176复合地基变形计算：变形计算按《建筑地基基础设计规范》计算复合地基的压缩模量：177复合地基变形计算：177（2）桩长的确定一般桩长不宜小于4m；如埋深浅，宜将桩伸入相对硬层；埋深大，桩长取决于建筑物的容许变形值。处理液化地基，应满足抗震要求。（3）加固范围的确定大于基础底面积，多高层建筑，宜在基础外缘扩大1-2排桩；条或独基外扩1排；液化场地，基础外缘扩大2-3排。178（2）桩长的确定1783.3.3.3振冲法的施工和质量检查（1）桩体材料碎石、卵石、矿渣；粒径：2-10cm,软土中用较大直径（2）施工要点合理选择振冲器、合理控制水量和留振时间（3）质量检查关键控制：填料量、密实电流和留振时间施工结束后：按规定时间用单桩载荷试验检测承载力；对粉土、砂土还可用标贯，静力触探检测桩间土；对大型、重要工程，应进行复合地基载荷试验。1793.3.3.3振冲法的施工和质量检查179180180181181182182澳门机场砂基振冲183澳门机场砂基振冲1833.3.4深层搅拌法

它是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。1843.3.4深层搅拌法1843.3.4.1加固机理（1）水泥的固化作用利用水泥系作为固化剂通过特殊的深层搅拌机在地基深处就地将软黏土与水泥浆强制拌和后，首先发生水泥分解，水化反应生成水化物，然后水化物胶结与颗粒发生粒子交换，因粒化作用，以及硬凝反应，形成具有一定强度和稳定性水泥加固土，从而提高地基承载力及改变地基土物理力学性能，达到加固软土地基效果。

（2）复合地基的应力传递作用水泥土桩强度比天然土体的强度要高几倍甚至几十倍，变形模量也是如此．将水泥土桩和桩间土形成复合地基可有效地提高地基承载力和减少地基上建筑物的沉降．

1853.3.4.1加固机理185(a)定位(b)喷浆(粉)搅拌下沉(c)搅拌上升(d)重复喷浆(粉)搅拌下沉(e)重复搅拌上升(完毕)(a)(b)(c)(d)(e)3深层搅拌法施工过程186(a)定位(b)喷浆(粉)搅拌下沉(c)搅拌上升(a深层搅拌法加固水下软基搅拌深度-水下24m能力-200m3/d187深层搅拌法加固水下软基187188188189189上海一建筑工地发生搅拌桩机倾倒事故190上海一建筑工地发生搅拌桩机倾倒事故1903.3.4.2水泥搅拌桩的设计

设计主要包括：桩长、固化剂掺入比、置换率搅拌桩的桩长应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，一般要穿透软弱土层到达强度相对较高的土层，为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩，其桩长要根据危险滑弧的位置决定．湿法水泥土搅拌桩的加固深度不宜大于20m，干法不宜大于15m。搅拌桩的固化剂一般为425号普通硅酸盐水泥，水泥掺入量一般应为被加固湿土重的12％～20％，湿法的水泥浆水灰比可选用0.45—0.55．外加剂可根据工程的需要和土质条件选用早强剂、缓凝剂、减水剂及节省水泥的其他材料，但应避免污染环境，并应有试验依据。

搅拌桩的桩径一般为50cm，桩距一般为3d，即3倍桩径。搅拌桩的置换率要根据设计荷载的大小经过试算确定。

1913.3.4.2水泥搅拌桩的设计191设计计算(1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于)由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：192设计计算192单桩竖向承载力标准值可按下式估算，取小值土对桩的支承力桩身强度193单桩竖向承载力标准值可按下式估算，取小值土对桩的支承力桩身强(2)复合地基的设计计算

加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：

194(2)复合地基的设计计算194（3）置换率和总桩数

根据设计要求的单桩竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值计算搅拌桩的置换率和总桩数：

195（3）置换率和总桩数195（1）水泥土搅拌的施工3.3.4.3水泥土搅拌的施工和质量检查水泥土搅拌法施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。其主要步骤应为：①搅拌机械就位、调平；②预搅下沉至设计加固深度；③边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆(灰)面；④重复搅拌下沉至设计加固深度；⑤根据设计要求，喷浆(粉)或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰)面；⑥关闭搅拌机械。在预(复)搅下沉时，也可采用喷浆(粉)的施工工艺，但必须确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。196（1）水泥土搅拌的施工3.3.4.3水泥土搅拌的施工和质量检水泥土搅拌桩的施工质量检验可采用以下方法：(1)成桩7d后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆(灰)面下0.5m)，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5％。(2)成桩后3d内，可用轻型动力触探(Nlo)检查每米桩身的均匀性。检验数