第五章 地基处理技术

1第5章地基处理2内容提纲1、地基处理技术概论1）换土垫层法2）预压法3）强夯法5）土或灰土挤密法8）深层搅拌法1）地基处理的目的和意义2）地基处理的对象3）地基处理方法分类及其适用范围4）地基处理方法选择原则及规划程序5）地基处理技术的发展及展望2、复合地基理论4）振冲法6）砂石桩法7）水泥土桩及CFG桩9）注浆法与高压喷射注浆法3、地基处理技术3第一节地基处理技术概论一、地基处理的目的和意义1、我国地域辽阔，分布土层多种多样，其抗剪强度、压缩性和透水性等因土的种类不同差别很大。各种地基中不少为软弱土和不良土，如软粘土、杂填土、冲填土、红粘土、多年冻土、岩溶洞等。2、土木工程功能化、城市建设立体化、交通高速化及改善综合居住环境已成为现代土木工程的特征。现代土木工程对地基提出了更高要求。3、地基问题处理恰当与否关系到整个工程质量、投资和进度。4地基问题：1、地基承载力和稳定性

在建（构）筑物荷载（包括静力荷载和动力荷载）作用下，地基承载力不能满足要求时，地基会产生局部或整体剪切破坏。2、沉降、水平位移及不均匀沉降

在荷载（包括静力荷载和动力荷载）作用下，地基产生变形。当建（构）筑物沉降、水平位移或不均匀沉降超过允许值时将会影响建（构）筑物的正常使用，甚至可能引起破坏。建筑物沉降较大时往往不均匀沉降也比较大。不均匀沉降对建筑物的危害较大。湿陷性黄土遇水发生剧烈的变形、膨胀土遇水膨胀及失水收缩等也可包括在内。3、渗流问题

地基的渗流量或水力比降超过其允许值时，会发生较大水量损失，或因潜蚀和管涌使地基失稳。5建筑物地基变形允许值(部分)变形特征砌体承重结构基础的局部倾斜地基土类别中、低压缩性土高压缩性土0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基沉降差1）框架结构2）砌体墙充填的边排柱3）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构多层和高层建筑的整体倾斜Hg24

24

Hg6060Hg100Hg>100体型简单的高层建筑基础沉降量0.002L0.0007L0.005L0.003L0.001L0.005L0.0040.0030.0020.0025200mm6地基处理的主要对象是软弱地基和特殊土地基（或统称不良地基）

人们将不能满足建（构）筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。

天然地基是否属于软弱地基或不良地基是相对的。

天然地基是否需要进行地基处理取决于地基能否满足建筑物对地基的要求（稳定、变形和渗流）。土木工程建设中经常遇到的软弱地基（或不良地基）有：1、软粘土2、杂填土3、冲填土4、湿陷性黄土6、泥炭土5、饱和粉细砂和部分粉土7、膨胀土8、多年冻土9、盐渍土10、岩溶12、近年垃圾掩埋土11、山区地基二、地基处理的对象注意几个概念：7软粘土（软弱粘性土）

主要是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相等的粘性土沉积物或河流冲击物，也属于新近淤积物。其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1。当天然孔隙比大于1.5时称为淤泥；当天然孔隙比大于1小于1.5时称为淤泥质土。

主要特点为天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在荷载作用下，地基承载力低、沉降变形大，容易产生较大的不均匀沉降且沉降稳定历时比较长。

广泛分布在我国沿海及内地：如天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、湛江、广州等沿海地区，昆明、武汉、南京等内地地区。8杂填土

是人类活动所形成的无规则堆积物，由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成，其成分复杂，性质也不相同且无规律。在大多数情况下，杂填土是比较松散和不均匀的，在同一场地的不同位置，地基承载力和压缩性也可能有较大的差异。冲填土

是由水力冲填泥沙形成的。冲填土的性质与所冲填的泥沙的来源及淤填说的水力条件有密切关系。含粘土颗粒较多的冲填土往往是欠固结的，其强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差。粉细砂为主的冲填土其性质基本上和粉细砂相同。9湿陷性黄土

是指在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低的黄土。

由于黄土湿陷而引起建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。

由于大面积地下水位上升等原因，部分湿陷性黄土饱和度达到80%以上，黄土湿陷性消退，转变为低承载力（小于100KPa）和高压缩性饱和黄土。饱和黄土既不同于软粘土也不属湿陷性黄土，它兼具二者特性，这类地基的处理问题逐渐增多。

黄土在我国特别发育，地层多、厚度大，广泛分布在甘肃、陕西山西大部分地区，以及河南、河北、山东、宁夏、辽宁、新疆等部分地区。10饱和粉细砂及部分粉土

在静载作用下具有较高的强度，但在机器振动、车辆荷载、波浪或地震力的反复作用下可能产生液化或大量震陷变形，地基会因液化而失去承载力。泥炭土

在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，有机质含量大于60%，其含水量极高，压缩性很大且不均匀，一般不宜作天然地基，需进行处理。多年冻土

指温度连续3年或3年以上保持在摄氏零度或零度以下，并含有冰的土层，多年冻土的强度和变形有许多特殊性，如冻土中有冰和未冻水，在长期荷载作用下有强烈的流变性。11膨胀土

是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土，在环境的温度和湿度变化时可产生强烈的膨胀变形。膨胀土在我国分布范围很广，如广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、内蒙古、贵州和广东等地均有不同范围的分布盐渍土

将易溶盐含量超过0.3%的土称为盐渍土。

1）遇水溶解后，物理力学性质均发生变化，强度降低；

2）地基浸水后因盐溶解而产生地基溶陷。

3）某些盐渍盐（如含Na2SO4）温度和湿度变化时会发生体积膨胀。我国盐渍盐主要分布在西北干旱地区的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古等地势低平的盆地和平原中，12岩溶

是石灰岩、白云岩、泥灰岩、大理岩、岩盐、石膏等可溶性岩层受水的化学和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙以及由于溶洞的顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。

土洞是岩溶地区上覆土层被地下水冲蚀或被地下水潜蚀所形成的洞穴。

土洞和岩溶对结构物影响很大，可能造成地面变形、地基塌陷，发生水的渗漏和涌水现象。山区地基

地质条件比较复杂，主要表现为地基的不均匀和场地的稳定性两个方面。岩面起伏、滑坡、崩塌和泥石流等。13三、地基处理方法分类及其适用范围地基处理方法置换排水固结灌入固化物振密挤密加筋冷热处理纠斜托换按原理分14置换法换土垫层法挤淤置换法褥垫法振冲置换法强夯置换法砂石桩置换法石灰桩法EPS超轻质料填土法置换法分类15排水固结加载预压法超载预压法真空预压法降低地下水位法电渗法真空预压与堆载联合排水固结法分类16灌入固化物深层搅拌法高压喷射注浆法渗入性注浆法劈裂注浆法电动化学注浆法压密注浆法灌入固化物法分类17振密、挤密孔内夯扩桩法表层原位压实法强夯法振冲密实法挤密砂石桩法土桩灰土桩法夯实水泥土桩法爆破挤密法振密挤密分类18加筋加筋土法锚固法树根桩法低强度混凝土桩复合地基法钢筋混凝土桩复合地基加筋分类19冷热处理冻结法烧结法冷热处理分类20托换基础加宽托换法墩式托换法桩式托换法地基加固托换法综合托换法托换分类21纠倾加载迫降法掏土迫降法黄土浸水迫降法顶升纠倾法综合纠倾法纠倾分类22地基处理物理处理化学处理生物处理地基处理浅层处理深层处理斜坡面土层处理地基处理临时性处理永久性处理23四、地基处理方法选择的原则及地基处理规划程序原则：1、安全适用2、确保质量3、经济合理4、技术先进5、环保意识因地制宜24地基处理的规划程序建筑物对地基要求天然地基条件天然地基是否满足要求地基处理方案可行性研究技术、经济、进度比较地基处理施工地基处理设计质量检验机具、材料条件经验、教训地基处理原理必要时进行现场试验天然地基yes补救措施25五、地基处理技术发展展望1）西安半坡村新石器时代遗址2）洛阳王湾仰韶文化时期遗址3）浙江余姚河母度文化遗址夯实的红烧土和陶片基础挖槽回填卵石基础为木桩1、历史追溯到我国的古代先民1）人工地基---秦代在修筑驰道时采用“稳以金堆”的路基压密方法2、人工地基的使用在我国建筑史中由来以久2）灰土垫层的应用---南方的房基3、改革开放以来地基处理技术的飞速发展26引进地基处理技术高压喷射注浆振冲法强夯法深层搅拌法土工合成材料强夯置换法EPS超轻质填料法发展提高的地基处理技术排水固结法土桩、灰土桩法砂石桩法27新的地基处理技术真空预压法锚杆静压桩法孔内夯扩碎石桩法低强度桩复合地基法刚性桩复合地基法4、地基处理技术的最新发展1）地基处理施工机械强夯机系列化深层搅拌机（4轴）高喷设备水平旋喷设备深层搅拌和喷射注浆混合工法塑料排水带插带机振冲器（135KW,振密砂层26m）干法振动成孔器等282）地基处理材料3）地基处理设计理论轻质土工合成材料EPS作为回填材料在高速公路应用三维植被网

塑料排水带

超细水泥、粉煤灰水泥浆、硅粉水泥浆粉煤灰垫层、粉煤灰石灰二灰桩复合地基、钢渣桩复合地基、复合地基理论强夯加固机理、加固深度砂井法非理想井计算理论真空预压法计算理论294）地基处理工艺5）地基处理技术的综合应用高压喷射注浆工艺改进用于第四纪覆盖层的防渗真空预压法工艺改进石灰桩工艺改进边夯边填碎石的强夯工艺改进沉管法施工CFG桩工艺真空预压与高压喷射注浆法结合使真空预压应用于水平渗透性较大土层真空预压法与堆载预压相结合土工织物与砂井法结合提高地基稳定性锚杆静压与掏土法结合、锚杆静压与顶升法结合使纠倾提高到新水平碎石桩加CFG桩复合地基305、地基处理技术的发展应重视的几个问题1）研制和引进地基处理新机械，提高各种工法的施工能力2）发展地基处理理论施工机械和国外差距较大深层搅拌、高压喷射注浆、振冲法等--各种工法加固地基的机理及设计计算理论，如排水固结法的非

理想井理论、强夯法有效加固深度及影响范围分析等--各类复合地基承载力及沉降计算理论，优化设计理论、按沉降控制设计理论313）发展地基处理新技术4）提高地基处理技术的综合水平5）发展地基处理测试技术土工合成材料的应用被称为岩土工程的革命地基处理新材料的开发，如深层搅拌法特种水泥等多种地基处理技术的综合应用是一个重要方向，如澳门机场人工岛建设中综合应用了换填法、排水固结法、振冲密实法、表层压密法等多种地基处理方法信息化施工32第二节复合地基理论一、概述1、复合地基概念

复合地基指天然地基在处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。2、复合地基分类复合地基竖向增强体复合地基水平向增强体复合地基散体材料桩复合地基柔性桩复合地基刚性桩复合地基333、复合地基的常用型式根据增强体设置方向：竖向设置水平设置斜向设置竖向设置水平设置斜向设置长短设置根据增强体材料：土工材料：土工格栅、土工布砂石桩、水泥土桩、土桩与灰土桩低强度混凝土桩、钢筋混凝土桩根据基础刚度：根据是否设置褥垫层：刚性基础下的复合地基柔性基础下的复合地基设褥垫层的复合地基不设褥垫层的复合地基344、复合地基的特点加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用复合地基和桩基的受力特性对比桩基复合地基355、复合地基在地基基础工程中的地位

复合地基、浅基础、桩基础已成为工程建设中常用的三种地基基础形式

复合地基在地基处理中占重要地位浅基础岩石软弱土层端承桩软弱土层摩擦桩软弱土层复合地基（不设垫层）软弱土层复合地基（设垫层）浅基础复合地基桩基础366、复合地基的参数置换率：等边三角形布桩：正方形布桩：矩形布桩：网格状布桩：37例题：砂桩直径d=1.0m，fpk=260KPa，天然粘性土地基fsk=80KPa，要求复合地基承载力特征值达到fspk=140KPa，正方形布置，求桩土面积置换率和桩间距。

387、复合地基的作用机理和破坏形式作用机理：1）桩体作用2）垫层作用3）加速固结作用4）挤密作用5）加筋作用破坏形式：刺入破坏鼓胀破坏整体剪切破坏滑动破坏39二、竖向增强体复合地基承载力计算复合地基极限承载力Pcf可用下式计算：Ppf—桩体极限承载力（KPa）Psf—天然地基极限承载力（KPa）—桩体极限强度发挥系数—桩间土极限强度发挥系数K1—反映复合地基中桩体实际极限承载力的修正系数，一般大于1K2—反映复合地基中桩间土实际极限承载力的修正系数，根据工程实际情况决定m—复合地基置换率401.刚性桩复合地基和柔性桩复合地基桩体极限承载力计算：Ppf—桩体极限承载力（KPa）Ap—桩身截面积（m2）Sn—桩体的周长（m）R—桩端土极限承载力（KN）Li—按土层划分的各段桩长（m）二者取最小值q—桩体极限抗压强度（KPa）f—桩周土的极限摩擦力（KPa）412.散体材料桩复合地基桩体极限承载力计算：散体材料桩体极限承载力主要取决于桩侧土体所提供的最大侧限力-----桩周土体所提供的最大侧限应力-----桩体材料的被动土压力系数的计算方法：Brauns计算法圆筒形孔扩张理论计算法Hughes和Withers计算法被动土压力计算法WongH.Y计算法42Brauns计算法h桩周土极限平衡状态三个假设：1、桩周土极限平衡区位于桩顶附近，滑动面成漏斗状，桩体膨胀破坏段长度等于，,为松散材料桩体的内摩擦角。2、桩周土与桩体间摩擦力，极限平衡土体中环向应力。3、不计地基土与桩体的自重。43极限荷载作用下，桩周土上的极限应力：Cu—桩间土不排水抗剪强度—滑动面与水平夹角桩体极限承载力：—桩周土表面荷载44当夹角可按下式用试算法求得如果设材料内摩擦角（碎石桩常取380），则，计算得故45复合地基承载力标准值：当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，应对下卧层承载力进行验算：下卧层顶附加应力下卧层顶自重应力下卧层承载力特征值46三、复合地基沉降计算复合地基沉降分两部分：加固区压缩量S1和下卧层压缩量S2S=S1+S2S2S1复合地基加固区hz复合地基沉降示意图计算方法：复合模量法应力修正法桩身压缩量法47复合模量法48应力修正法应力修正系数：桩土应力比复合地基面积置换率49桩身压缩量法应力集中系数：桩长桩底端端承力强度桩底端刺入下卧层土体刺入量加固区压缩量：桩身压缩量：作用复合地基上平均荷载密度50第三节地基处理技术——（1）换土垫层法一、概述

将基础底面以下一定范围的软弱土层挖去，然后回填强度较高、压缩性较低并且没有侵蚀性的材料（如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等），再分层夯实，作为地基的持力层。2、作用机理1）提高地基承载力2）应力扩散作用，减少垫层下天然地基所承受的压力，减少沉降3）排水作用，缩短沉降稳定时间4）在寒冷地区可防止地基土的冻胀5）膨胀土地基垫层可消除其胀缩作用3、应用1）解决荷载较大的中小型建筑物地基问题比较有效。1、原理512）地层：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟暗塘等浅层处理。3）处理深度一般控制在3m以内，但不小于0.5m。特殊情况如湿陷性黄土或土质较好场地可控制在5m以内。4）大面积填土慎重采用。垫层种类适用范围砂、砂石、碎石垫层一般饱和、非饱和的软土和水下黄土处理；不宜用于湿陷性黄土处理和大面积堆载、密集基础及动力基础下的软土地基；砂垫层不宜用于地下水流速快和流量大地区的地基处理素土垫层中小型工程及大面积回填和湿陷性黄土的地基处理灰土垫层中小型工程，尤其是湿陷性黄土的地基处理粉煤灰垫层厂房、机场、港口陆域和堆场的地基处理干渣垫层小型建筑工程，尤其是适用于地坪、堆场等工程的大面积地基处理和场地平整。对受酸性或碱性废水影响的地基不得采用干渣垫层换填法的适用范围52二、换填法的设计计算确定垫层的厚度1、垫层的厚度

根据垫层底部较软弱土层的承载力来确定，当上部荷载通过垫层按一定的扩散角传到下卧层顶面所受的总压力不应超过其承载力。-----垫层底面处的附加应力标准值----垫层底面处的自重压力标准值----垫层底面处经深度修正后土层的地基承载力特征值垫层的厚度一般不超过3.0m，但不小于0.5m。确定垫层的宽度确定垫层的承载力换填法地基处理设计的主要内容53垫层底面处的附加压力PZ可按下式计算：条形基础：矩形基础：Pk----基础底面的压力PCk----基础底面处土的自重压力----垫层的压力扩散角b----基础的宽度l----基础的长度PCZPZb’ZD回填土垫层b54垫层材料中砂、粗砂、砾砂圆砾、角砾、卵石粘性土和粉土灰土0.25大于0.50203062330注、当时，可内插求得，当时，除灰土取300外其余取00压力扩散角2、垫层的宽度：垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求1）每边超出基础不小于300mm或从垫层地面向上按经验基坑放坡2）整片垫层宽度根据施工要求适当加宽3）当基础荷载较大或对沉降要求较高或垫层侧边土的承载力较差时，垫层宽度适当加宽4）当筏基或箱基时，若垫层厚度小于0.25倍的基宽，垫层宽度计算仍应考虑压力扩散角的要求当时，仍按取值553、垫层承载力的确定压实系数:土的控制干密度土的最大干密度施工方法承载力特征值(KPa)垫层材料类别压实系数卵石、碎石砂夹石土夹石中砂、粗砂、砾砂粘性土和粉土（Ip=8--14）灰土200---300200---250150---200150---200130---180200---250土或灰土碾压或振密重锤夯实0.94---0.970.93---0.950.93---0.95150---200564、地基变形计算换填法处理后的建筑物地基沉降量：——建筑物地基沉降量cm——垫层自身变形量cm——垫层下各压缩土层变形量之和cm垫层自身变形量可按下式进行计算：——建筑物基础底面压力kPa——垫层厚度cm——垫层压缩模量，宜通过静载试验确定，也可选15--25MPa——压力扩散系数57压力扩散系数可按下式计算：条形基础：矩形基础：下卧层的变形量可按下式计算：——计算经验系数——垫层底面的附加压力，KPa——第I层土在压力100--200kPa的压缩模量kPa——计算点第I层和第I-1层底面的沉降系数，规范查表58三、工程设计及施工要求1、工程设计要点1）处理软土或杂填土A、换填法处理的主要目的是置换基底下可能剪切破坏的软弱土层或杂填土层。B、基底下为软弱土层时，垫层的厚度主要取决于剪切破坏区域的大小和工程对消除剪切区深度的要求C、基底下为杂填土时，垫层厚度取决于杂填土的埋深D、换填后垫层下存在软弱下卧层时，应验算其承载力和变形E、垫层宽度必须满足基底压力扩散的要求，并避免垫层材料侧向挤出2）处理湿陷性黄土A、换填法处理的主要目的是消除或部分消除黄土的湿陷量。B、垫层的厚度主要取决于工程对消除湿陷量的要求。全部消除湿陷量时，对于非自重湿陷性黄土应满足垫层底部总压力不大于下卧层黄土沉陷量起始压力；对于自重湿陷性黄土则必须全部挖除，换填法仅适用于厚度不大的自重湿陷性黄土地基。59C、如果消除部分湿陷量，应根据建筑物的重要性、基础形式、基底压力、黄土湿陷类型等综合确定。对于非自重湿陷性黄土，当垫层厚度等于基础宽度时可消除湿陷量的80%以上；当垫层厚度等于1.5倍基础宽度时可基本消除。D、垫层宽度取决于工程要求。当垫层超出基础边缘的距离至少为垫层厚度且不小于1.5m时，可消除建筑物范围内部分黄土层的湿陷性。3）处理膨胀土A、换填法处理的主要目的是消除或减少膨胀土的膨胀性能。适用于薄的膨胀土层或主要膨胀土层不厚的地基。B、换填厚度应使地基的剩余膨胀变形量控制在容许值范围内，对于砂垫层条件为：---垫层厚度为1-1.2倍基础宽度；垫层宽度为1.8--2.2倍基础宽度---垫层密度不小于为1.65t/m3---基底压力为100--200kPa---基槽两边回填区的附加压力不大于为0.25P（P为基底压力）---当膨胀压力大于为250kPa时，垫层材料应选用中、细砂；当膨胀压力较小时，应选用粗砂。602、施工要求砂（砂石）垫层：级配良好的中粗砂、圆砾、卵石或碎石，含泥量小于3%，最大粒径不大于50mm。素土垫层：有机质含量小于5%，亦不含冻土或膨胀土，碎石最大粒径不宜大于50mm。粉煤灰垫层：干渣垫层：松散密度不小于1.1t/m3；泥土与有机杂质含量小于5%；稳定性合格。最优含水量和压实系数由实验确定。1）垫层材料灰土垫层：石灰与土的体积配合比一般为2:8或3:7，土料宜用粘性土和塑性指数大于4的粉土612）含水量要求为保证最佳的夯压效果，以垫层材料的最优含水量为施工控制含水量A、可按国家标准《土工试验方法标准》中轻型击实试验求得。B、对于素土和灰土现场可控制在最优含水量的范围内；当使用振动碾压时可适当放宽下限值即。C、对于素土和灰土缺乏资料时可取0.6倍的液限值或按经验采用塑限作为施工控制含水量。D、对于砂石，当采用平板振动器时含水量取15%--20%，使用平碾或蛙式夯时含水量取8%---12%，当使用插入式振动器时，砂石料宜为饱和。E、对于粉煤灰，含水量应控制在最优含水量。3）分层厚度

垫层的分层铺填厚度及每层压实遍数应根据垫层材料、施工机具及设计要求等通过现场试验确定。624）质量控制要求A、砂石垫层：中砂，最小干密度；粗砂，最小干密度B、对于素土和灰土，当垫层厚度不大于3m时，压实系数。当垫层厚度大于3m时，。C、对于粉煤灰，压实系数。63第三节地基处理技术——（2）预压法1、概念

预压法（又称排水固结法）是对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体然后利用建筑物进行分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降同时强度逐步提高的方法。3、应用

主要解决软粘土地基的沉降和稳定问题。在我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地（分布大量软粘土如沼泽土、淤泥、淤泥质土、冲填土）广泛应用。4、组成：

排水系统和加压系统一、概述2、分类

预压法分砂井堆载预压法、真空预压法和降水预压法。64二、预压法的作用原理

软粘土地基在荷载作用下，土体中的孔隙水慢慢排出，孔隙体积不断缩小，地基发生固结变形；同时随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步提高的方法。固结压力abcfec'e

e’ddabcc'efe0排水固结法增大地基土密度原理排水原理65三、砂井堆载预压法设计与计算预压法的设计实质是合理安排排水系统和加压系统的关系设计应对以下项目的资料特别加以注意：1、土层条件：种类和厚度、土的成层程度、透水层的位置、地下水位2、固结试验：固结压力与孔隙比的关系曲线、固结系数3、软粘土层的抗剪强度及沿深度的变化4、砂井及砂垫层所用砂料的粒度分布、含泥量等1、加载预压的设计与计算步骤：

必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一校核计划下地基稳定性和沉降。具体方法如下：1）利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载P1。一般可以根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算：66K----安全系数，建议取1.1---1.5----天然地基土的不排水抗剪强度（KPa）D----基础埋置深度（m）A、B----基础长边和短边（m）----基底标高以上土的重度（KN/m3）对于饱和软粘土也可采用下式初步估算：对于长条形填土可采用Fellenius公式初步估算：672）计算第一级荷载P1下地基强度增长值：----p1荷载作用下地基强度增长值（KPa）----考虑剪切蠕动的强度折减系数，可取0.75--0.903）计算第一级荷载P1下达到所确定固结度所需的时间：----预压荷载引起的该点附加竖向压力----该点土的固结度，通常假设为70%----三轴固结不排水试验求得土的内摩擦角----第I点的加载速率----加载的起始时间----各级荷载的累加值----参数，按规范查表684）根据第2步得到的地基强度计算第二级所加的荷载p2：5）重复以上步骤即可求的各级荷载和停歇时间，初步加荷计划可确定排水固结条件参数竖向排水固结向内径向排水固结竖向、内径向排水固结（砂井贯穿受压土层）砂井未贯穿受压土层值——土的竖向排水固结系数——土的水平向排水固结系数——土的竖向排水距离，双面排水时为一半，单面排水时为土层的厚度——砂井深度——砂井以下压缩土层厚度n---井径比696）按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载地基稳定性验算7）计算预压荷载下地基的最终沉降量----最终沉降量----第I层中点土自重压力所对应的孔隙比，由室内固结试验所得e--p曲线求得----第I层中点土自重压力和附加压力之和所对应的孔隙比，由室内固结试验所得e--p曲线求得----经验系数，正常固结和轻度超固结粘性土地基取1.1--1.4----第I层土的厚度2、砂井的设计：直径：普通砂井300----500mm；袋装砂井70----100mm平面布置：等边三角形或正方形布置70等边三角形布置：正方形布置：砂井间距：一般根据井径比n确定：普通砂井取n=6--8；袋装砂井取n=15--20砂井深度：应根据建筑物对地基稳定性和变形要求确定71

利用打夯工具或机具夯击土壤，排出土壤中的水分,加速土壤的固结，提高土壤的密实度和承载力。平板振动夯进行地基夯实冲击夯进行软土压实施工第三节地基处理技术——（3）强夯法夯实法72一、强夯法概述

是一种较常采用的地基处理方法,它是用起重机械将大吨位夯锤(一般不小于8t)起吊到高处(一般不小于6m)后，自由落下，对土体进行强力夯实。强夯施工中

强夯适用于粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的加固。但强夯产生的振动对已建成或在建的建筑物有影响时，不得采用。强夯法施工

强夯可提高地基土的强度，降低土的压缩性，改善土的抗液化条件。73吊起夯锤自动脱钩装置起重机配三角架起吊夯锤下落瞬间起重机配龙门架起吊夯坑74

夯锤一般重10～25t，大吨位锤通常采用钢板外壳内灌砼，也可用局部钢板浇筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40KPa。夯锤中宜设置若干上下贯通的气孔，可减小夯锤起吊时的吸力（夯锤吸力可达3倍锤重）。夯锤上气孔长圆柱夯锤短圆柱夯锤 圆锥形夯锤圆柱形夯锤高宽比过大，容易偏锤，要慎用圆锥形夯锤底面积小，会形成很深的夯坑75二、强夯法的设计1、强夯法的有效加固深度和单位夯击能

有效加固深度是指经强夯加固后，该土层强度提高，压缩模量增大，地基加固效果显著的土层范围。可根据下式确定：W----锤重th----落距mK----修正系数，0.5--1.0

有效加固深度的影响因素很多，一般应根据现场试验或当地经验确定，在缺少试验资料时可按下表预估：单击夯击能碎石土、砂土等粉土、粘性土、湿陷性黄土等单击夯击能粉土、粘性土、湿陷性黄土等碎石土、砂土等1000200030004000500060005.0--6.0m6.0--7.0m7.0--8.0m4.0--5.0m5.0--6.0m6.0--7.0m8.0--9.0m9.0--9.5m9.5--10.0m7.0--8.0m8.0--8.5m8.5--9.0m762、夯击能量的确定最佳夯击能：指地基中出现孔隙水压力达到土的自重压力时的夯击能，即夯击能增加夯坑容积基本不再变化所对应的能量。单击夯击能：单位夯击能：V（m3）E（104J/m3）夯坑容积和夯击能量关系曲线3、夯击点布置及间距1）夯击点布置夯击能点可以三角形或正方形布置加固范围：每边超出基础外缘的宽度为一般加固深度的1/2--2/3并不小于3m2）夯击点间距夯击能点间距一般5--9m，第一遍可大，逐渐加密775、间歇时间

间歇时间是指两遍夯击之间的时间间隔，主要取决于孔隙水压力的消散速度。

渗透性好，孔隙水压力消散快，可连续夯击；粘性土地基需间隔3--4周。4、夯击次数、遍数的确定

国外资料介绍，一般1--8遍。粗颗粒土夯击遍数少；细颗粒土夯击遍数要求多。可根据下式估算：——第一遍夯坑中心距——每m3被加固土体需加的夯击能1）夯击次数

单点夯击次数应根据试验通过夯击次数与夯沉量曲线确定，同时满足下列条件：A）最后两次的平均夯沉量不大于50mm，当单夯能量较大时不大于100mmB）夯坑周围地面不应发生过大的隆起C）不因夯坑过深而发生起锤困难2）夯击遍数——加固深度78第三节地基处理技术——（4）振冲法1、原理

振冲法是振动水冲法的简称，在高压水利用振冲器振动边振边冲使砂土地基变密，或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成桩体形成复合地基提高地基的抗剪强度和减小压缩变形。

振冲密实法主要应用于砂土和粉土地基。一、概述振冲法分振冲置换法和振冲密实法两类2、分类3、应用

振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基，按复合地基设计。79二、设计计算1、振冲置换法1）处理范围和桩位布置

处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基底面积。对一般地基在基础外边缘宜扩大1--2排桩；对可液化地基，在基础边缘应扩大2--4排桩。

桩位布置，对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。2）桩的直径和间距桩的直径为60—110cm；间距为1.5—2.5m3）桩的长度

桩的长度应按建筑物对地基的要求确定，一般尽可能打入坚实土层，如软土层太厚，桩长最深不超过15m，但一般为8m，太深对提高承载力效果不大，对减少沉降有利。对液化地基，处理深度应符合抗震处理要求，并满足下式条件：80—液化判别标准贯入锤击数临界值—液化判别标准贯入锤击数基准值，设计烈度7、8、9时，分别为6、10、16—标准贯入点深度—地下水埋深，宜按建筑物使用年限平均最高水位，也可采用近期内年最高水位—粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时均采用34）复合地基的承载力复合地基的承载力标准值应按现场试验确定，也可按下式确定：—复合地基承载力标准值，kPa—桩体单位截面积承载力标准值，kPa—桩间土的承载力标准值，kPa—面积置换率81面积置换率m可按下式确定：—桩的直径，m—等效影响圆的直径，m等边三角形布置：矩形布置：正方形布置：小型工程的粘性土地基，如无现场荷载试验，可按下式确定：—桩土应力比，无实测资料时取2--4—桩间土的十字板抗剪强度825）复合地基的变形计算采用复合模量法计算：2、振冲密实法1）处理范围应大于基底面积，每边放宽不小于5m3）宜用等边三角形或正方形布置2）桩的直径为60—110cm；间距为1.8—2.5m4）其余同振冲置换法83第三节地基处理技术——（5）土桩和灰土桩土桩、灰土桩的原理土桩和灰土桩又称土挤密法和灰土挤密法，利用成孔过程中的横向挤压作用，使桩孔内的土被挤向周围，使得桩间土得以挤密，然后在桩孔中分层填入灰土或素土，并分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。84施工完的灰土桩灰土桩施工现场85土桩、灰土桩的应用土桩和灰土桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，不论是消除湿陷性还是提高承载力都有效。当含水量大于24%、饱和度超过65%在成孔及拔管过程中，桩孔及其周围容易缩颈和隆起，挤密效果差处理深度5--15m，在我国西北和华北地区广泛应用。饱和度小于60%的湿陷性黄土，其承载力较高，湿陷性较强，处理地基以消除湿陷性为主；杂填土以降低压缩性提高承载力为主。二者在消除湿陷性和减少渗透性效果基本相同；但土桩地基的承载力和水稳定性不如灰土桩86土桩、灰土桩的设计处理面积处理深度桩的布置褥垫层地基承载力特征值地基变形计算87处理面积处理面积应大于基础或建筑物底层平面的面积，并应符合下列规定：1）当采用局部处理时，超出基础底面的宽度：对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土和杂填土等地基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.5m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.0m2）当采用整片处理时，超出建筑物基础底面外缘的宽度，每边不应小于处理土层厚度的0.5倍，并不应小于2.0m88处理深度处理深度应根据建筑物场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等因素综合确定。对湿陷性黄土地基，应符合国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》规定89桩的布置桩径：300--600mm，根据成孔设备确定布置形式：等边三角形或正方形桩距和桩排：桩距应保证桩间土的平均密实度不低于设计要求标准，一般取桩孔直径的2--2.5倍，也可按下式确定：ABCsd桩距、排距确定h90桩的布置——桩孔之间的中心距（m）——桩孔直径（m）——桩间土的最大干密度（t/m3）——地基处理前土的平均干密度（t/m3）——桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数，对重要工程不宜小于0.93，一般工程不应小于0.90——在成孔挤密深度内，桩间土的平均干密度（t/m3）平均试样数不应少于6组91桩数填料和压实系数：素土、灰土回填夯实时：灰土体积比宜为2:8或3:7桩孔数量可用下式估算：——一根桩所承担的处理面积——拟处理的地基面积——一根桩所承担的处理面积的等效圆直径等边三角形布置：正方形布置：92褥垫层桩顶以上应设置300—500mm厚的2:8垫层压实系数不应小于褥垫层可使桩顶和桩间土找平褥垫层有利于改善应力扩散、调整桩土应力比褥垫层可减小桩身应力集中93地基承载力特征值桩、灰土桩复合地基地基承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定。初步设计无试验资料时可按当地经验确定，但对灰土桩复合地基承载力特征值不宜大于处理前的2倍；对土桩复合地基的承载力特征值不宜大于处理前的1.4倍，并不大于180kPa94地基变形计算执行《建筑地基基础设计规范》的有关规定变形包括桩和桩间土及其下卧层未处理土层的变形复合土层的变形可不计算下卧层未处理土层的变形必须计算95施工问题成孔方法：沉管（振动、锤击）或冲击桩顶设计标高以上预留覆盖土层厚度：沉管施工：0.5-0.7m冲击施工：1.2-1.5m成孔时，地基土宜接近最优（或塑限）含水量；当土的含水量低于12%时，宜在拟处理范围内的土层进行增湿96第三节地基处理技术——（6）砂石桩1、定义

砂石桩是碎石桩、砂桩和砂石桩的总称，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土中，形成大直径的由砂石所构成的密实桩体。2、砂石桩的历史

砂桩起源于19世纪30年代的欧洲，早期主要应用于挤密砂土地基。在20世纪50年代后期，日本采用振动式和冲击式的施工方法，从而提高砂桩的处理深度、施工质量和施工效率。3、砂桩的应用

砂石桩主要应用于松散砂土、粉土、粘性土、素填土及杂填土地基。一、概述

砂石桩虽然在软粘土中也有采用砂桩获得成功的工程实例，但应慎重，仅可在沉降限制不严懂得建筑中考虑使用。97

又称振冲碎石桩，是用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式桩靴的桩管挤入地层，在软弱地基中成孔后，再将碎石从桩管投料口处投入桩管内，然后边击实、边上拔桩管，形成密实碎石桩，并与桩间土体形成复合地基。挤密碎石桩碎石桩施工流程图边击实、边拔管碎石桩施工全景98干法振冲碎石桩-底部给料(法国公司)振冲碎石桩施工待验收的碎石桩99二、砂石桩的设计1、砂石桩的直径及孔位布置

砂石桩的直径可采用300—800mm，可根据地基土质情况和成桩设备等因素决定。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径砂石桩宜采用等边三角形或正方形布置2、砂石桩的间距

砂石桩的间距应根据现场试验确定，对砂土和粉土地基，不宜大于砂石桩桩径的4.5倍；对粘性土地基，不宜大于砂石桩桩径的3倍。初步设计时，砂石桩间距可按下列公式估算：1）用于砂性土层：

目前有两种计算方法：1、以灌砂率为参数，绘出天然地基标贯值、砂桩地基桩间土标贯值之间的关系曲线，求砂桩间距和灌砂量；2、基本假定挤密后的土体中颗粒增多而体积不变，以控制加固后要求的孔隙比，从而计算砂桩的间距和灌砂量。100ABCsd砂桩间距的确定三角形布桩：矩形布桩：——地基处理前砂土的孔隙比——修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1—1.2；否则可取1.0——地基挤密后要求达到的孔隙比——砂土最大、最小孔隙比——地基挤密后要求达到的相对密实度，可取0.70—0.852）砂桩用于粘性土中按复合地基设计三角形布桩：矩形布桩：——一根桩所承担的处理面积1013、加固深度及范围：1）当软土层厚度不大时可穿透整个软土层；厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂石桩桩长应不小于最危险滑动面以下2m的深度；对按变形控制的工程，砂石桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求；用于处理液化地基时，砂石桩桩长应按现行国家标准《建筑物抗震设计规范》的有关规定采用；桩长不宜小于4m。2）加固范围一般大于基础面积；对一般地基应扩大1--3排；用于处理液化松散砂层时应在基础外缘扩大宽度不小于液化土层厚度的1/2，并不小于5m。可根据下式确定：4、褥垫层：在砂石桩顶部宜铺设300—500mm砂石垫层5、复合地基承载力特征值粘性土地基，按复合地基确定砂性土地基，按处理后土的密实状态确定102处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土和淤泥质土地基处理深度6--10m第三节地基处理技术——（7）夯实水泥土桩一、概述1、定义

夯实水泥土桩是采用沉管、冲击、螺旋或人工洛阳铲成孔，将按比例拌合的水泥土（水泥土体积比2:8或3:7，夯实系数不小于0.93）分层回填夯实形成密实的桩体。在基础和桩顶设置褥垫层，由桩、桩间土和褥垫层组成复合地基。2、特点1）施工周期短3）施工文明2）造价低4）质量容易控制3、应用近年来由中国建筑研究院开发，在北京、河北等地1200多项工程应用103二、夯实水泥土桩的设计1、水泥土桩的直径及孔位布置

水泥土桩的直径可采用300—600mm。

水泥土桩可只布置在基础范围内，宜采用等边三