地基处理课件经典讲义.ppt

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1、1地基处理的对象及目的,2地基处理方法分类,复习,3换填垫层法的定义,4垫层法的作用及设计内容,1 地基处理的对象及目的,地基处理是指为提高地基承载力，改变其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。欧美国家称地基处理，亦有称地基加固。,地基处理对象,软弱地基,特殊土地基,软弱地基：淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等,冲填土,杂填土,湿陷性黄土,膨胀土,盐渍土,季节性冻土,地基处理的目的：,1.提高地基的抗剪强度，增加其稳定性;2.降低地基土的压缩性，减少地基的沉 降变形;3.改善地基土的渗透特性，减少地基渗 漏或加强其渗透稳定;4.改善地基土的动力特性，提高地基的 抗振性能;5.改善特殊土

2、地基的不良特性，满足工 程设计要求.,2 地基处理方法分类,地基处理的分类方法多种多样，按时间可分为临时处理和永久处理；按处理深度分为浅层处理和深层处理；按处理土性对象分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；也可按地基处理的加固机理进行分类。因为现有的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在不断发展，要对各种地基处理方法进行精确分类是困难的。常见的分类方法主要是按照地基处理的加固机理进行分类：,地基处理方法,换填法：换土垫层法、褥垫法,密实法：浅层密实、深层密实,排水法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压,固化法：灌浆法、喷拌法,加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩,5

3、.2.1 概述,（1）定义换填垫层法是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为垫层法和褥垫法。垫层法又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法。通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构）筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度。,5.2

4、 换填垫层法,褥垫法是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性较低的岩石凿去，换填上压缩性较大的材料，然后分层夯实的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。,（2）作用 垫层法：a.提高地基承载力 b.减少沉降量 c.加速软弱土层的排水固结 d.防止冻胀 e.消除地基的湿陷性和胀缩性,（3）适用范围 建筑地基处理技术规范中规定：垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。,5.3.1 概述,5.3 预压法,预压法又称排水固结法，指直接在天然地

5、基或在设置有袋状砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。预压法由加压系统和排水系统两部分组成。加压系统通过预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出，进而使土体固结；排水系统则通过改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。,预压法适用于处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性土地基。预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基

6、土的排水固结。,5.3.2 预压法加固机理,土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长的过程。,(1)堆载预压加固机理 堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。,砂井堆载预压法,基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系统；在砂垫层上部堆

7、载，以增加软弱土中附加应力，使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承载力之目的。主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积地基则不适用。,堆水预压,(2)真空预压加固机理 真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应力，以利于土体排水固结。真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围

8、内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。,(3)降水预压加固机理 降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。,(4)电渗预压加固机理 电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结。电渗预压与降水预压一样，是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆载作为预压荷载，也不会使土体发生破坏。,预压法的设计，实质上是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排加压系统与排水系统，使地基在

9、预压过程中快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的稳定性。,5.4 浆液固化法,浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法外，后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆液进行搅拌混合，后者通过特制的搅拌机械，在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。,1.概述

10、灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。灌浆法的应用始于1802年，法国工程师Charles Beriguy在Dieppe采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复了一座受冲刷的水闸。此后，灌浆法成为地基加固中的一种常用方法。,5.4.1 灌浆法,2 加固目的有以下几个方面：增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的

11、开挖条件；截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等；提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢复工程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。,3 应用主要有以下几个方面：坝基的加固及防渗 建筑物地基的加固 土坡稳定性加固 挡土墙后土体的加固 已有结构的加固：道路地基基础加固 地下结构的止水及加固：井巷工程中的加固及止水 动力基础的抗振加固 其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌注桩后灌浆。,5.4.3 水泥土搅拌法,1.概述 水泥土搅拌法是利用水泥或石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处

12、就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉体喷射搅拌（以下简称干法）两种。水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称为Mixed-in-Place-Pile(简称MIP法)。国内1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于1978年底制造出我国第一台SJB1型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴市江阴振冲器厂成批生产（目前SJB2型加固深度可达18m）。1980年初首次在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础的软土地基加

13、固工程中正式开始应用并获得成功。,粉体喷射搅拌(Dry Jet Mixing Method，简称DJM法)最早由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出了使用石灰搅拌桩加固15m深度范围内软土地基的设想，并于1971年LindenAlimak公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩，1974年获得粉喷技术专利，生产出的专用机械其桩径可达500mm，加固深度15m。铁道部第四勘测设计院于1983年用DDP-100型汽车改装成国内第一台粉体喷射搅拌机，并使用石灰作固化剂，应用于铁路涵洞加固。1986年开始使用水泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。1987年铁四院和上海探矿机械厂制成G

14、PP-5型步履式粉体喷射搅拌机，成桩直径500mm，加固深度12.5m。当前国内粉体喷射搅拌机的成桩直径一般在500700mm范围，深度可达15m。,2 水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点：水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方；

15、根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式；与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。,3 水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况：作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。,4 加固机理(1)水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧

16、化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。(2)土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。,离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na或钾离子K，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子ca2进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提

17、高。硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度。,(3)碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较

18、多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。,5.4.3 高压喷射注浆法,高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。高压喷射注浆法20世纪60年代后期创始于日本。我国是继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。1975年首先在铁道部门进行单管法的试验

19、和应用，1977年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，1986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺干喷法，并取得国家专利。至今，我国已有上百项工程应用了高压喷射注浆法。,高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种型式。旋喷法施工时，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈圆柱状。主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，简称旋喷桩。定喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定

20、不变，固结体形如板状或壁状。钻机注浆管喷头旋喷固结体高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓摆喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷嘴的方向呈较小的角度来回摆动，固结体形如较厚的墙板状。定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质及稳定边坡等工程。,1 概述,5.6 强夯法和强夯置换法,强夯法是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤（质量一般为100400kN）提到一定高度使其自由落下（落距一般为1040m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力，降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，

21、夯击能还可提高土层的均匀强度，减小将来可能出现差异沉降。Smoltczyk在第八届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固总报告中指出，强夯法只适用于塑性指数 的土。中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)中规定：强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。,强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。强夯置换法是20世纪80年代后期开发的方法，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。强夯置换法具有加固效果显著、施工期短、施工费用低等特点。强夯置换法一般

22、处理效果良好，个别工程因设计、施工不当，加固后会出现下沉较大或墩体与墩间土下沉不等的情况。因此，建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)特别强调，采用强夯置换法前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果，否则不得采用。,2 加固机理,(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。在采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，高能量的夯击对土的作用不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或

23、压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。,(2)动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。,5.7 挤密桩法,挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或其它材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。挤密桩属于柔性桩，而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于刚性桩，两者的区别如表5-1所示。与后者不同，挤密桩主要靠桩管打入地基时对地基土的横

24、向挤密作用，在一定的挤密功能作用下土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒间彼此紧靠，孔隙减小，此时土的骨架作用随之增强，从而使土的压缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力和较大的变形模量，且桩体断面较大，约占松软土加固面积的20%30%左右，故在粘性土地基加固时，桩体与桩周土组成复合地基，可共同承担建筑物的荷载。,5.7.1 砂石桩法,1.概述 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，又称粗颗粒土桩，是指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石、砂或砂石挤压入已成的孔中，形成砂石所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土

25、、粘性土、素填土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化地基。,2.施工 砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法等。下面主要介绍以下两种施工方法：振冲法和沉管法。(1)振冲法 振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层中成孔，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的处理方法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。施工机具 振冲器是振冲法施工的主要机具.,施工步骤 a

26、.清理平整场地，布置桩位；b.施工机具就位，使振冲器对准桩位；c.启动水泵和振冲器，水压可用200600kPa，水量可用200400L/min，将振冲器徐徐沉入土中，造孔速度宜为0.52.0m/min，直至达到设计深度。记录振冲器经各深度的水压、电流和留振时间。d.造孔后边提升振冲器边冲水至孔口，再放至孔底，重复23次扩大孔径并使孔内泥浆变稀，开始填料制桩。,e.大功率振冲器投料不提出孔口，小功率振冲器下料困难时，可将振冲器提出孔口投料，每次填料厚度不宜大于50cm。将振冲器沉入填料中进行振密制桩，当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升3050cm。f.重复以上步骤，自上而

27、下逐段制作桩体直至孔口，记录各段深度的填料量、最终电流和留振时间，并均应符合设计规定。g.关闭振冲器和水泵。,5.7.2 石灰桩法,1.概述(1)石灰桩法（又称块灰灌入法）石灰桩法是采用钢套管成孔，然后在孔中灌入新鲜生石灰块，或在生石灰块中掺入适量的水硬性掺和料和火山灰，一般的经验配合比为8:2或7:3。在拔管的同时进行振密或捣密，利用生石灰吸取桩周土体中水分进行水化反应，此时生石灰的吸水、膨胀、发热以及离子交换作用，使桩四周土体的含水量降低、孔隙比减小，使土体挤密和桩体硬化。桩和桩间土共同承受荷载，成为一种复合地基。(2)石灰柱法（也叫粉灰搅拌法）粉灰搅拌法是粉体喷射搅拌法的一种。所用的原材

28、料是石灰粉，通过特制的搅拌机将石灰粉加固料与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结，形成石灰（土）柱。,(3)石灰浆压力喷注法 石灰浆压力喷注法是压力注浆法的一种，它是采用压力将石灰浆或石灰粉煤灰浆喷注于地基的孔隙内或预先钻好的钻孔内，使灰浆在地基土中扩散和硬凝，形成不透水的网状结构层，从而达到加固目的。此法可用于处理膨胀土，借以减少膨胀潜势和隆起；加固破坏的堤岸岸坡；整治易松动下沉的铁路路基等，此法在国内很少应用。,2 施工(1)成桩 成孔 石灰桩施工可采用洛阳铲或机械成孔。机械成孔方法分为沉管法、冲击法及螺旋钻进法。填夯 成桩时可采用人工夯实、机械夯实、沉管反插、螺旋反压等工艺。填料时必须分段压（

29、夯）实，人工夯实时，每段填料厚度不应大于400mm。管外投料或人工成孔填料时应采取措施减少地下水渗入孔内的速度，成孔后填料前应排除孔底积水。,封顶 石灰桩宜留500mm以上的孔口高度，并用含水量适当的粘性土封口，封口材料必须夯实，封口标高应略高于原地面。石灰桩桩顶施工标高应高出设计桩顶标高100mm以上。(2)施工顺序 石灰桩一般是在加固范围内施工时，先外排后内排；先周边后中间；单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔12孔的施工顺序进行，不允许由一边向另一边平行推移。如对原建筑物地基加固，其施工顺序应由外及里地进行；如临近建筑物或紧贴水源边，可先施工部分“隔断桩”将其施工区隔开；对很软的粘性土地

30、基，应先在较大间距打石灰桩，过四个星期后再按设计间距补桩。,5.7.3 土挤密桩法和灰土挤密桩法,土挤密桩法或灰土挤密桩法是指利用横向挤压成孔设备，使桩间土得以挤密。用素土或灰土填入桩孔内分层夯实形成土桩或灰土桩，并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。土挤密桩法1934年首创于前苏联，主要用以消除黄土地基的湿陷性，至今仍为俄罗斯及东欧一些国家处理湿陷性黄土地基的主要方法。我国自20世纪50年代中期在西北黄土地区开始土挤密桩法的试验和应用，并于上世纪60年代中期在土挤密桩法的基础上试验成功灰土挤密桩法。自70年代初期以来，土挤密桩法和灰土挤密桩法逐步在陕、甘、晋和豫西等省区推广应用，取得了显著的

31、技术经济效益。,土（或灰土）挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为515m。当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水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。当地基土的含水量大于24%，饱和度大于65%时，不宜选用土挤密桩法和灰土挤密桩法。,5.7.4 夯实水泥土桩法,夯实水泥土桩法是指将水泥和土按设计的比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体，并与桩间土组成复合地基的处理方法。它是中国建筑科学研究院地基基础研究所与河北省建筑科学研究院在北京、河北等旧城区危改小区工程中，为了解决施工场地条件限制

32、和满足住宅产业化的需求而开发出的一种施工周期短，造价低、施工文明、质量容易控制的地基处理方法。该技术经过大量的室内试验、原位试验和工程实践，已日臻完善。目前，夯实水泥土桩法已在北京、河北等地1200多项工程中应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。由于施工机械的限制，夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。,5.7.5 水泥粉煤灰碎石桩法,1.概述 水泥粉煤灰碎石桩法又称CFG桩法，是指由水泥、粉煤灰、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。水泥粉煤灰碎石桩法于1988年开始立项研究

33、，1994年开始推广应用，目前已在23个省市，1000多项工程中使用。近年逐渐开始在高层建筑中应用。它吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。第一，施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。第二，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”，这也是比水泥搅拌桩优越之处。第三，受力特性与水泥搅拌桩类似。,水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。,2.加固机理 CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。其加固软

34、弱地基主要有三种作用：桩体作用；挤密作用；褥垫层作用。,(1)桩体作用 CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。(2)挤密作用 CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密。(3)褥垫层作用 保证桩、土共同承担荷载 减少基础底面的应力集中 调整桩土荷载分担比,3.施工 1)成桩 水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以下的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的

35、砂土。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。,长螺旋钻孔施工,(2)施工顺序 连续施打可能造成的缺陷是桩径被挤扁或缩颈，但很少发生桩完全断开；跳打一般很少发生已打桩桩径被挤小或缩颈现象，但土质较硬时，在已打桩中间补打新桩时，已打桩可能被振断或振裂。在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打；在饱和的松散粉土中施打，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打方案；满堂布桩，无论桩距大小，均不宜从四周向内推进施工。施打新桩时与已打桩间隔时间不应少于7天。,(3)桩头处理 CFG桩施工完毕待桩体达到一定强度（一般为

36、7天左右），方可进行基槽开挖。在基槽开挖中，如果设计桩顶标高距地面不深（一般不大于1.5m），宜考虑采用人工开挖，不仅可防止对桩体和桩间土产生不良影响，而且经济可行；如果基槽开挖较深，开挖面积大，采用人工开挖不经济，可考虑采用机械和人工联合开挖，但人工开挖留置厚度一般不宜小于700mm；桩头凿平，并适当高出桩间土12cm。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。(4)褥垫铺设 褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土含水量较小时亦可采用动力夯实。夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。,1 概述,5.8 加筋土技术,加筋土技术是将基础下一定范围内的软弱

37、土层挖去，然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层作为地基持力层，通过筋材与土体之间的摩擦作用可以改善土体抗拉、抗剪性能，提高地基承载力，减小沉降。加筋土技术的发展与加筋材料的发展密不可分，加筋材料从早期的天然植物、帆布、金属和预制钢筋混凝土发展到土工合成材料，土工合成材料的出现被誉为岩土工程的一次革命，它以优越的性能和丰富的产品型式在工程建设中得到广泛应用，在地基处理工程中也发挥了重要的作用。20世纪70年代后，土工合成材料迅猛发展，被誉为继砖石、木材、钢铁和水泥后的第五大工程建筑材料，已经广泛应用于水利、建筑、公路、铁路、海港、环境、采矿和军工等领域，其种类和应用范围还在不断发展扩大

38、。,1958年，美国佛罗里达州将土工织物布设在海岸块石护坡下作为防冲垫层，公认为是土工合成材料用于岩土工程的开端。1963年，法国工程师维多尔根据三轴试验结果提出了加筋土的概念及加筋土的设计理论，成为加筋土发展历史上的一个重要里程碑，标志着现代加筋土技术的兴起，从而使得加筋土技术的工程应用从经验性到具有较为系统的理论指导。983年国际土力学与基础工程学会成立了土工织物协会，后更名为国际土工合成材料协会，成为土工学术界重视土工合成材料的重要标志。在我国，自1979年由云南煤矿设计院在田坝修建第一批加筋土挡土墙以来，加筋土技术逐步在我国得到广泛应用，并于1998年颁布了国家标准土工合成材料应用技术

39、规范（GB50290-98）。现在除西藏和青海省以外，其它各省市已修建了大量的加筋土工程。,2 土工合成材料分类,目前，使用较为广泛的的筋材绝大部分为土工织物和土工格栅。(1)土工格栅 土工格栅是一种以塑料（高密度聚乙烯或聚丙烯）为原料加工形成的开口的、类似格栅状的产品，具有较大的网孔，可以在一个方向或两个方向上进行定向拉伸以提高力学性能，多用于加筋。除塑料格栅外，还有编织格栅，即用众多的纤维形成纵向和横向肋条，中间有较大的开口空间。编织格栅采用的原料是聚酯，上面涂有一些保护材料，如PVC、乳胶或沥青。此外，还有玻纤格栅，它也是一种编织格栅。,3 土工合成材料主要功能,(1)加筋功能 加筋是土

40、工合成材料在地基处理中的最主要功能。在土中加拉筋材料可以改变土中的应力分布状况，约束土体的侧向变形，从而提高土体结构的稳定性。用于加筋的土工合成材料要求具有较高的抗拉强度和刚度，并且与填土之间的咬合力强，对于永久性结构还要求蠕变小，耐久性好。(2)过滤和排水功能 很多土工合成材料具有良好的过滤性、透水性和导水性，因而，在土体中需要设置过滤或排水的地方都可以采用土工合成材料。,(3)隔离功能 利用土工合成材料把两种不同粒径的土、砂子、石料或把土、砂子、石料和其它结构隔离开来，以免相互混杂，造成土料污染、流失，或其它不良效果，当放置在建筑物和软弱地基之间时，发挥隔离功能的同时亦起到加筋作用。(4)

41、防渗功能 土工合成材料如土工膜和复合土工膜，可以制成不透水的或极不透水的土工膜以及各种复合不透水的土工合成材料。这些土工合成材料可以用在各种需要防水、防气以及防有害物质的地方。(5)防护功能 土工合成材料在防护方面的应用非常广泛，如防冲、防沙、防震、保温、植生绿化、环境保护等。,加筋功能,加筋功能：桥台加筋,坝体加筋：法国某坝,三峡,防渗功能,72,第5章 地基处理,5.1 概述5.2 垫层法5.3 排水固结法5.4 深层水泥搅拌法5.5 高压喷射注浆法5.6 强夯法5.7 振冲法,基础工程,早在二千年前就已采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法；灰土和三合土的垫层法，也是我国古代传统的建筑技

42、术之一；我国古代在沿海地区极其软弱的地基上修建海塘时，采用每年农闲时逐年填筑，即现代堆载预压法中称为分期填筑的方法，利用前期荷载使地基逐年固结，从而提高土的抗剪强度，以适应下一期荷载的施加，这就是我国古代劳动人民在软土地基上从实践中积累的宝贵经验。,一、地基常见问题二、地基处理对象三、地基处理目的四、地基处理定义五、地基处理方法,5.1 概述,一、地基常见问题,包括以下五个方面：1地基强度及稳定性问题：地基的抗剪强度不足引起局部或整体剪切破坏。2压缩及不均匀沉降问题：引起开裂。3渗漏问题：大坝地基，基坑开挖降水，防洪4液化问题：地震、机器、车辆的振动以及波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，

43、特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。5.特殊土地基问题：比如黄土湿陷、膨胀土涨缩、岩溶塌陷等。,加拿大特朗斯康谷仓，建于1913年。高31m，宽23m，片筏基础。由于事前未探明有厚达16m的软土层，建成储存谷物后，西侧突然陷入土中8.8米，东侧抬高1.5m，仓身倾斜27o。,地基强度不够失事的谷仓,软弱与不良地基,软土,杂填土,冲填土,饱和松砂,湿陷黄土,膨胀土,有机质土,山区土,岩溶,软弱地基 在附加应力影响范围内主要受力层由软土组成，则为软弱地基。一般由软弱土组成，软弱土指淤泥、淤泥质土、某些冲填土以及其他高压缩性土。1）淤泥和淤泥质土是在静水或缓慢流水的环境中沉积，并经生物化学作

44、用而形成，是具有特殊性质的粘性土。具有高含水率，高孔隙比，高压缩性、抗剪强度低，触变性和流变性等不良特征。,2）冲填土 冲填土是在疏浚河流或港口航道时，认为地由水力冲填泥砂形成的填土。它的颗粒组成随泥砂来源而变，多为粘粒和粉粒，其次为砂粒。冲填土当粘粒含量较多时往往是欠固结的，其强度和压缩性都比天然沉积的同类土差。,3）杂填土 主要是人类在生产和生活活动中，堆填建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物形成的填土。这些土的组成物质中，建筑垃圾性能较为稳定，工业垃圾遇水会发生变化；生活垃圾成分极为复杂，混合不均匀。杂填土性质与堆填年龄有关，填龄较短者往往是欠固结，一般填龄达到五年左右的杂填土，性质才逐渐

45、趋于稳定。杂填土大多疏松且不均匀，在同一场地的不同位置，其承载力和压缩性往往有较大差异。,4）其他高压缩性土 饱和松散粉细砂(包括部分粉土)也应属于软弱地基范畴。其在动力荷载(机械振动、地震等)重复作用下将产生液化；基坑开挖时也会产生管涌。,不良地基 主要受力层由具有特殊工程性质的土层组成，这些土层包括：湿陷性黄土、膨胀土。1）湿陷性黄土 在我国西北和华北地区分布很广，其颗粒以粉粒为主，颗粒间主要由碳酸盐、硫酸盐和氯化物等可溶性盐逐渐浓缩、沉淀形成的胶结物所胶结，孔隙比在1.0左右。天然黄土强度一般很高，能直立成壁，压缩性也较低。但遇水后，由于水膜增厚和颗粒间盐类胶结物质溶于水而使土的结构破坏

46、，从而突然发生显著的沉陷，强度也迅速降低。,2）膨胀土 天然状态下强度很高，压缩性较低。但由于其粘粒含量很高，且矿物成分主要为蒙脱石和伊利石，胀缩性显著，吸水膨胀失水收缩，反复作用强度降低，不均匀变形较大，引起上部建筑物开裂。3）山区土岩组合地基,三、地基处理目的,1增加地基土的剪切强度；2降低地基土的压缩性；3改善地基的透水特性；4改善动力特性（抗液化，抗震）；5改善特殊土的不良地基的特性；主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基特性。,对于不能满足强度、变形和稳定性等要求的问题地基，必须经过人工改良或加固后才能使用，这种改良和加固，就称地基处理。,四、地基处理定义,

47、换土垫层法：密实法：表层密实法、重锤夯实法、强夯法、阵 冲挤密桩法、土（灰土、二灰土)桩法、夯实水泥土桩法等置换法：碎石桩法、石灰桩法、CFG桩法胶结法：静压注浆法、高压喷射注浆法、水泥土搅 拌法排水固结法：堆载预压法、真空预压法、降低地下 水法等加筋法：土工织物法、加筋土法、土锚、土钉、树 根桩法,五、地基处理方法,密实法是借助于机械、夯锤或爆破产生的振动和冲击使土的孔隙比减小，或在地基内打砂桩、碎石桩、土桩或灰土桩，挤密桩间土体而达到处理目的。其中主要有重锤夯实法、强夯法、振冲挤密法以及砂桩、土桩或灰土桩挤密法等，可用于处理无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土等地基，但振冲挤密法的适

48、用范围一般只限于砂土和粘粒含量较低的粘性土。,置换法是用砂、碎石、矿渣或其它合适的材料置换地基中的软弱或不良土层，夯压密实后作为基底垫层，或用上述材料填筑成一根根桩体，由桩群和桩间土组成复合地基，从而达到处理目的。常用于处理软弱地基。从经济合理考虑，开挖置换法一般适用于处理浅层地基（深度通常不超过3m）。,胶结法是靠压力传送或利用电渗原理，把含有胶结物质并能固化的浆液灌入土层，使其渗入土的孔隙或充填土岩中的裂缝和洞穴中，或者把很稠的浆体压入事先打好的钻孔中，借助于浆体传递的压力挤密土体并使其上抬，达到加固或处理目的。其适用性与灌浆方法和浆液性能有关，一般可用于处理砂土、砂砾石、湿陷性黄土及粘性

49、土等地基。,排水固结法是采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。主要用于处理软弱粘性土地基。,加筋法是在土中埋设土工聚合物（即土工织物）或拉筋，形成加筋土或各种复合土工结构，或沿不同方向设置直径为75mm-250mm的桩，形成树根状桩群，即所谓树根桩，以减小地基沉降，提高地基承载力或增强土体稳定性。土工聚合物还可起到排水、反滤和隔离作用。在地基处理中，加筋法可用于处理软弱地基。,换填法,垫层设计,垫层材料,工艺控制,适用范围,淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土,垫层厚度，垫层宽度,砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、工业废渣、土工合

50、成材料,分层夯实，控制含水量,5.2 垫层法,一、垫层法的概念 当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者把表面部分软弱土层挖去，置换成强度较大的砂石素土等，处理地基表层，这类方法称为垫层法。二、垫层法的分类 按其组成材料分为：砂垫层、碎石垫层、灰土 垫层 和加筋土垫层。按垫层在地基中的主要作用又分为：换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。,5.2.1 垫层的作用,1提高地基承载力。地基中的剪切破坏是从基础底面开始，随着基底压力的增大，逐渐向纵深发展。故强度较大的砂石等材料代替可能产生剪切破坏的软弱土，就可避免地基的破坏。2减少地基沉降量。3