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1、第1章 绪 论1.1 研究的目的及意义随着国民经济建设的发展，我国建筑业也在快速发展，随之而来的建筑物地基问题也越来越多。我国地域辽阔，从沿海到内地，从山区到平原，分布着多种多样的地基土，其承载力、抗剪强度、压缩性以及透水性等因土的种类不同而可能具有很大的差别。各种地基土中，不少为软弱土和不良土，主要包括：软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂(包括部分亚粘土)、湿陷性黄土、泥碳土、膨胀土、多年冻土、岩溶土洞等1,2。各种各样的结构物对地基的要求是不同的，而各个地区天然地层的情况差别又非常大，即使在同一地区、同一工点，地质情况也可能有很大的差别。所有这些就决定了地基处理问题的复杂性和多变性，是采用
2、天然地基，还是采用人工地基，采用人工地基时是采用什么地基处理方案？这是建造建筑物时首先需要解决的问题，处理是否恰当，不仅影响到建筑物的安全和使用，而且对建设速度、工程造价都有不小的影响3。不少时候，它甚至成为工程建设中的关键。建筑物对天然地基的要求主要包括以下三个方面：(1)地基承载力或稳定性问题；(2)沉降、水平位移及不均匀沉降问题；(3)渗透和远期固结问题。当天然地基不能满足上述三个要求时，需要对天然地基进行地基处理，以满足建筑物对地基的要求，保证其安全正常使用。41.2 研究的历史及现状软土地基处理是一门古老而又年轻的技术，在土木建筑领域有着悠久的历史。在60年代中期，从如何进行深层密实
3、处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和振动“水冲法”；从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水板；等等，实现了软土地基处理技术的飞速发展。另外，现代工业的发展，为地基工程提供了强大的生产手段：如能制造重达几十吨的专用地基加固施工机械(使用强夯法时的起重机械)；潜水电机的出现，带来了振动水冲法的振冲器的施工机械；真空泵的问世，推动了真空预压法的发展；能产生大于200个大气压的压缩空气机的生产，使“高压喷射注浆法”得实现。我国软弱地基类型多，从沿海到内陆，由山区到平原都有着广泛的分
4、布。自改革开放以来土木工程建设规模大，发展快，在工程建设中，有时不可避免的遇到软基地区，我国是发展中国家，建设资金紧张，如何在保证工程质量的前提下节省工程投资显得十分重要。因为复合地基技术能够较好利用增强体和天然地基两者共同承担构筑物的潜能，具有比较经济的特点，所以复合地基技术比较适合我国国情，近年来在我国得到长足的发展。改革开放以后，我国土木工程建设得到飞速发展，地基处理技术也相应得到飞速发展。为了适应工程建设发展的需要，从国外引进和发展了高压喷射注浆法、振冲法、强夯法、深层搅拌法、土工合成材料、强夯置换法、EPS超轻质填料法等许多地基处理技术。许多已经在我国得到应用的地基处理技术，如排水固
5、结法、土桩和灰土桩法、砂桩法等也得到不断发展提高；近二十几年在工程实践中还发展了许多新的地基处理技术，如真空预压法、锚杆静压桩法、孔内夯扩碎石桩法、低强度桩复合地基法、刚性桩复合地基法等。地基处理已成为土木工程建设中的热点之一，它得到土木工程界勘察、设计、施工、监理、教学、科研和管理部门的关心和重视。地基处理技术的进步带来了巨大的经济效益和社会效益。我国地基处理水平不断得到提高、总体上正在接近世界先进水平。1.3 软土地基处理新技术(1)CFG桩近年来，复合地基理论的研究和发展较快，新的桩型、施工设备和施工工艺应运而生。复合地基可分为两大类：一类是由散体材料组成的桩和天然地基复合；一类是由水泥
6、和土结合而成的桩与天然地基复合。CFG桩是属于后者，是一种较为经济合理的地基处理方法。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，桩身材料是在素混凝土桩的基础上发展而来的，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺适量水泥和水拌合而成，具有良好的和易性。5CFG桩具有以下优点：同时具有碎石桩对地基的挤密加固作用和置换作用；通过在桩和基础间设置柔性铺垫层，使调整桩土相对变形问题从根本上得到解决；CFG桩复合基的强度和模量比较均匀，对上部结构、受力结构抗震等级有利；褥垫层使桩间土的有效接触应力增加，提高了桩周土的抗剪强度，使桩体承载力得到提高；褥垫层对于地基的不均匀沉降也有一定的补偿作用。这种地基处理方法在南京造纸厂等工
7、程中运用技术经济效果良好。(2)沙石桩与低强度混凝土组合型复合地基在沙石桩中增加一定量的粉煤灰和少量水泥，使其成为一种粘结强度较高的半刚性桩，由此构成部分散体沙石桩与部分低强度混凝土组合型复合地基。组合型复合地基的特点是：既能发挥沙石桩的优点，又由于低强度混凝土桩的插入而使沙石桩的侧限约束作用得到加强，从而减少散体桩顶部分的压涨变形。同时发挥半刚性桩能向深部传递荷载的作用，使复合地基的承载力大幅增加，提高了复合地基的整体稳定性。为使两种不同刚度桩体的作用、变形协调一致，需在桩顶设置一定厚度的沙石料垫层，以保证不同刚度桩体与土共同承担荷载。(3)薄层轮加法填筑路堤薄层轮加法不是采用把预压划分为几
8、级的方法，而是利用每次填土后地基强度的增长，根据沉降、位移等观测数据确定填土速率和间隙时间。实践证明，该方法一方面增加了路堤施工的稳定性，同时也增取了更多的预压时间，是一种经济实用、合理的科学施工方法。该方法首先要确定路基的极限填土高度。在极限填土高度以下可以采用较快的填土速度；在极限填土高度以上，为保障路堤的稳定，应适当放慢加载速度。在施工中着重控制侧向位移速率，使侧向位移速率基本在允许范围内变化。该施工方法饿关键在于保证准确连续的动态观察，通过动态观察数据的分析，掌握路堤在施工中的变形动态，确定合理的控制标准来控制填土速度，以保证施工的安全稳定。(4)高压水切割消淤这里所谓淤泥是专指水渠、
9、水塘、河道中的底部大都有厚3060cm的淤泥。它由大量草根、树叶类腐殖质、鱼虾粪便等有机质与粘土混杂形成的胶体物质。如不将其清除会使路堤处因渗透性极差，会严重阻止孔隙水排除而延长固结时间；并对整个地基抗滑稳定性起到破坏作用；以及因其缺氧状态下，由细菌作用发生氧化，而以沼气形态泄出会使路堤下沉，施工后沉降很大，故在施工时必加以清除，以往用挖除法或挤疲法，不仅费用高，且因其难度大，不易清除干净。高压水切割清淤法是用高压喷射水枪沿水平方向切刮浮泥，并将其溶于水流中形成泥浆，再用泥浆泵送到计划堆放到低洼的地方。这样所切割的土面，经吹晒12天表面含水量降低后，即可进行回填土施工。(5)夯实扩底桩夯实扩底
10、桩是对沉管灌注桩的发装和改进。80年代江、浙地区首先采用，由于其技术指标优于一般沉管灌注桩，二十年来迅速推广。夯实扩底桩要求在持力层形成扩大头，以提高桩体承载力。对于冲击平原区域，因土层水平向分布均匀，持力层易于控制，最为适宜；在土层系冲洪区域的丘陵区域，由于其持力层起伏大，采用夯实扩底桩，钻孔应加密。我国南方地区常遇到深厚的饱和淤泥层中间夹杂有一层较薄的粘土、沙砾土或粉质粘土硬层，可采用震动静压夯实桩处理；海淤泥较发育地区，在持力层进行二次夯扩处理软土地基。夯实扩底桩持力层一般是厚度大于4m的稍密至中密沙层、可塑至硬塑砾质粘性土，有的区域甚至就2m的持力层也成功采用。进入持力层深度为：对于沙
11、层，一般是3倍左右桩径合适。以砾质粘性土作为持力层时，当桩端落在硬塑砾质土、老粘土或强风化层时，则不宜太深，进入0.5m即可。若太深，施工中易造成设备及安全事故，而且因夯不出大头而降低了桩端承载力。经过对桩身实际检测结果分析，单桩静载试验中，桩破坏形式大多是桩身强度破坏，因此要提高夯实扩底桩的承载力，首先要保证桩身混凝土强度。一是桩身混凝土等级，一般宜采用C25以上，塌落度为80100mm；二是保证桩身混凝土连续完整性。(6)薄层加载预压排水固结所谓加载预压就是指超过理论路基面(和边坡)的附加填料，它将在沉降期间沉降，成为永久路堤的一部分。薄层加载就是控制每层填料的厚度。饱和软粘土基础在荷载作
12、用下，孔隙水慢慢排出，软土孔隙体积减小，固结变形，同时超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增加。软土中的孔隙水主要从水平向通过径向排出，加快了地基的固结速度。薄层加载预压是通过增加软土的总应力并使空隙水压力消散来增加有效应力的有效办法，使沉降提前进行，软土层在使用荷载作用下的变形大大减小，这就是薄层预压排水固结法加固软土地基的机理。6但在软土地基加载过程中，若一次加载过大，超过软基极限承载强度，软土地基就会失稳，产生破坏性变形。故软土路基填筑过程中如何加载预压，达到减少填筑时间，争取较长的预压期是软基处理成败的关键，薄层加载预压就是充分利用每次加载后的强度增长，根据沉降、位移等
13、观测数据来确定填筑速率、填筑厚度和间歇时间，有效地指导路基施工，缩短路基施工时间，增长预压时间，减少工后沉降量。采用薄层预压方法可以增加施工的安全性，保证路基稳定；另一方面也可以达到增长预压时间的效果。它是建立在认真、细致、准确、及时的动态观测基础之上的，是利用地基土强度增长来指导路基填筑的有效施工方法。1.4 当今发展存在的问题我国有关软基处理设计施工的研究文章大量涌现，软基处理的方法和手段也越来越成熟，但是还存在着一些问题：(1)实例研究多，系统研究少。从查阅文献看，单个实例分析报告多，系统性的理论与实践研究不足。(2)大面积软基处理研究不够。软土地基的处理方法很多且各有特点，国内外研究的
14、学者和相关的资料很丰富，主要是针对公路路堤软基处理方法研究资料较多，而对大面积软基处理方面的资料很少见到。(3)对软土地基处理方案的决策分析研究不够。目前还基本依靠个人经验决定，没有一个科学系统的选型方法，由于个人经验的局限性和岩土工程的地域性特征很强导致方法错误，这样在经济上往往造成严重损失，而且达不到预期处理效果。7,81.5 本文的主要工作本文主要介绍：(1)当前工程软土地基处理使用的常用方法，地基处理机械、材料、地基处理设计计算理论、施工工艺、现场监测技术；(2)地基处理新方法的不断发展和地基处理方法综合应用等各个方面；(3)排水固结法处理地基理论及施工介绍；(4)运用工程实例，根据工
15、程对地基的要求、基础类型、各层地基土的物理力学性能等，进行地基参数的设计，确定地基处理方法，完成工程施工技术方案。第2章 软土地基的处理相关概念2.1 天然软土研究的误区4050年代，人们对重塑粘土的特性进行了比较透彻的研究，以致许多人的心目中似乎这些研究结果就代表了粘土的全部。从60年代开始，一些学者研究了天然软土的特性，发现了许多与重塑土特性不同的现象。一是许多人认为，天然软土中存在超固结现象。挪威学者Bjerrum解释这一超固结现象是由于土骨架的次固结造成的，即在长期自重荷载作用下土骨架不断被压缩，相对重塑土每天一级的快速加荷来说达到了超固结状态，再进行快速加荷时就会出现转折点，相应的压
16、力就相当于先期固结压力。按此解释，天然土的孔隙比应小于同一压力下重塑土的孔隙比，但是，实际资料表明，天然土的孔隙比远远大于重塑土的孔隙比；二是重塑土的应力应变曲线所具有的归一化特性不能盲目用于天然软土。9有的学者通过少量试验得到天然软土的应力应变和孔隙压力曲线也可以归一化的结论，可能有三个原因：所用的天然土沉积历史较短，其结构强度不明显；试验所用的最低围压太高，一开始就破坏了土的结构；取样的质量较差，试样已受到较大扰动。其实，天然软土在结构破坏前后的性质有很大的不同，从而无法归一。2.2 软土及其特征软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低的
17、软朔到流朔状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。它是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土。当天然孔隙比大于1.0而小于1.5时为淤泥质土；当天然孔隙比大于1.5时为淤泥。我国地域辽阔，各地软土形成环境、年代等条件千差万别，其分布、厚度、性质各不相同，水平方向有差异性、垂直方向也具不均匀性，所表现出的抗剪强度、压缩性、透水性等特性也不一样。软土广泛分布在我国东南沿海、内陆平原和山区，如天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门和广州等沿海地区，以及昆明和武汉等内陆地区。建设部行业标准软土地区工程地质勘察
18、规范JGJ83-91规定软土的判别应符合“一、外观以灰色为主的细粒土；二、天然含水量大于或等于液限；三、天然孔隙比大于或等于1.0。”软土都具有以下几方面共同的工程性质：(1)含水量：软土的含水量大多超过50%（含水量是指单位体积内水的重量与固体部分重量之比），说明孔隙中都充满水，而且天然含水量都大于液限，如天津，福州，深圳等超过10%15%，所以它们都处于流动或流塑状态。特别是泥炭类土，天然含水量高达1000，可以想象这类土同流动的液体差不多。(2)孔隙比大、压缩性高：软土的孔隙比大多超过1，说明土体中孔隙的体积超过固体的体积一倍以上，甚至二倍多。泥炭类土可达25倍，与其对应的压缩系数非常大
19、，所以这类上受力压缩后必会发生大量沉降。(3)渗透胜差：从这些土的液限可知，其液限都在40%54%(除泥炭外)，说明土的颗粒成分以细颗为书，矿物成分以亲水的活动性矿物为主，扩散层水膜厚。渗透系很小，所以软土地落上建筑物、构筑物的沉降过程非常缓慢，根据沉降规测显示，建筑物沉降稳定时间有的长达几十年，而且后期沉降量的比值很大。(4)天然强度低：这是软土的主要特性之一，是造成地基承载力和边坡失稳的主要原因。在软土地基上修筑路堤，士坝、油罐、深基坑开挖等，常常由于对软土的强度特性掌握不够造成工程事故。(5)关丁灵敏度的问题：目前在我们国家的勘察报告中，灵敏度指标反映不多，工程设计人员对这个指标的认识不
20、够。实际上这是一个非常重要的指标。所谓灵敏度是指保持天然结构状态时的强度与结构完全破坏后的强度之比，如用粘土来说明，该类土的不排水强度可达3896kPa，但其灵敏度为732，这类土一旦受到外力的影响，例如震动、边坡的位移等影响。土的结构遭到破坏，土的强度很快下降，工程很可能遭到毁灭性破坏。灵敏度越大，表示结构性对强度的影响越大。在软土地基上进行工程活动，或多或少会对土的结构造成破坏，所以重视土的灵敏度特性，无沦对设计和施工都有非常重要的意义2.3 软土地基的定义地基指的是直接承受构造物荷载影响的地层，支承由基础传递的上部结构荷载的土体（或岩体）。对于建筑工程来说，地基承载力和变形应满足工程设计
21、要求。不满足要求的地基土层如软粘土、冲填土、有机质土、腐殖质土、液化土、湿陷性土、膨胀土、泥炭土、盐渍土、多年冻土及可能引起震陷的土等都可称为软弱土，这种地基可称为软弱地基。当天然地基相对较为软弱，其承载力和变形不能满足工程设计要求或在地震作用下有可能产生液化、震陷、失稳时，要经过人工对软弱地基进行补强加固处理后再修建路基。10在软土地基上修建建筑物时，若对地基处理不当，有可能因地基沉降或差异沉降过大而影响建筑物的正常使用功能。地基处理就是要改善地基条件，改善地基土的剪切特性、压缩特性、透水特性、动力特性、特殊土的不良地基特性。一般情况下，软土地基处理的对象是指软粘土、冲填土、有机质土、腐殖质
22、土、液化土、湿陷性土、膨胀土、泥炭土、盐渍土、多年冻土及可能引起震陷的土等。不同地区软土性质不同，选用的处理方法也要因地制宜。2.4 地基最终沉降量计算地基最终沉降量是指地基土在建筑物荷载作用下，变形完全稳定时基底处的最大竖向位移。计算地基最终沉降量的目的在于：(1)在于确定建筑物最大沉降量；(2)沉降差；(3)倾斜以及局部倾斜；(4)判断是否超过容许值，以便为建筑物设计值采取相应的措施提供依据，保证建筑物的安全。2.4.1 分层总和法目前在工程中广泛采用的方法是以无侧向变形条件下的压缩量计算基础的分层总和法。11,12以ep曲线为已知条件的分层总和法计算步骤：(1)选择沉降计算剖面，在每一个
23、剖面上选择若干计算点。根据建筑物基础的尺寸，判断在计算其底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是采用平面问题；再按作用在基础上的荷载的性质（中心、偏心或倾斜等情况）求出基底压力的大小和分布；然后结合地基中土层性状，选择沉降计算点的位置。(2)将地基分层：在分层时天然土层的交界面和地下水位应为分层面，同时在同一类土层中分层的厚度不宜过大。分层厚度h小于0.4B，或h=24m。对每一分层，可认为压力是均匀分布的。(3)计算基础中心轴线上各分层界面上的自重应力和附加应力并按同一比例绘出自重应力和附加应力分布图。(4)确定压缩层厚度：实践经验表明，当基础中心轴线上某点的附加应力与自重应力满足下式时，
24、这时的深度称为压缩层的下限或沉降计算深度；。当以下存在软弱土层时，则计算深度应满足。对一般房屋基础，可按下列经验公式确定： (2-1)式中，基础宽度(m)(5)按算术平均各分算出层的平均自重应力和平均附加应力 (2-2) (2-3)(6)根据第i分层的初始应力和初始应力与附加应力之和，即由压缩曲线查出相应的初始孔隙比和压缩稳定后孔隙比。(7)按式 (2-4)求出第i分层的压缩量： (2-5)(7)最后加以总和，即得基础的沉降量： (2-6)2.4.2 地基设计规范方法地基设计规范提出的计算最终沉降量的方法，是基于分层总和法的思想，运用平均附加应力面积的概念，按天然土层界面以简化由于过分分层引起
25、的繁琐计算，并结合大量工程实际中沉降量观测的统计分析，以经验系数进行修正，求得地基的最终变形量。基本公式： (2-7)式中，地基的最终沉降量(mm)；按分层总和法求得的地基沉降量(mm)；沉降计算经验系数；地基变形计算深度范围内天然土层数；基底附加应力；基底以下第i层土的压缩模量，按第i层实际应力变化范围取值；基础底面至第i层，i-1层底面的距离；基础底面到第i层，i-1层底面范围内中心点下的平均附加系数，对于矩形基础，基底为均分布附加应力时，中心点以下的附加应力为L/B，Z/B 的函数。2.5 本章小结处理软土地基，正确理解软土地基的相关概念是基础，应注意：(1)根据软土的特征准确定义软土地
26、基类型；(2)正确计算出地基沉降是选择处理方案的基本准备；(3)处理时注意针对千差万别的工程地质条件进行具体细致的分析，从地基条件、处理后应达到的各项指标、地基沉降等各个方面综合考虑。第3章 常用软土地基处理技术3.1 常用方法简介软土地基处理方法按处理效果可分为临时处理和永久处理；按处理对象分为沙性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；按处理方式分为化学处理和物理处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按处理方法可分为表层处理、置换、固结排水、夯实、挤密、胶结、加筋、热学等方法。常用的软土地基处理方法原理简要介绍如下：(1)换土垫层法换土垫层法的原理是：将基础底面以下不太深的一定范
27、围内的软弱土或不良土挖去，以质地坚硬、强度较高、性能稳定、压缩性较小、具有抗侵蚀性的砂、砾、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，形成良好的人工地基。垫层能有效扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用等。适用于各种软弱土及山地不良地基的浅层处理。使用的主要材料：砂、砾石、石渣、粉煤灰、矿渣等。使用的主要机械设备：人工挖土或机械挖土、垫层材料运输、压实或夯实机械。(2)挤淤置换法挤淤置换法的原理是：依靠换填材料的自重以及借助于其他外力，如压载、振动、爆炸、强夯或卸荷等，
28、使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填处理。适用于厚度较小的淤泥地基。(3)强夯置换法强夯置换法是一种普遍运用的方法，其原理是采用边填碎石边强夯的强夯置换法在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土以及碎石垫层形成复合地基，以提高地基承载力、减少沉降。适用于人工填土、砂土、粘性土和黄土、淤泥和淤泥土地基。使用的主要材料：碎石、矿渣等。使用的主要机械设备：夯锤、起重设备、脱钩装置及运输装卸机械。(4)碎石桩(置换)法原理是在软粘土地基中采用沉管法或其它方法设置密实的砂桩或碎石桩，以置换同体积的粘性土形成砂石桩复合地基，以提高地基承载力。同时砂石桩还可以同砂井一样起排水作用，以加速地基土固结。适用于
29、软粘土地基。使用的主要材料：砂或碎石、砾石。使用的主要机械设备：打桩机。(5)振冲置换法振冲置换法的原理是利用振冲器在高压水流作用下边振边冲在地基中成孔，在孔内填入碎石、卵石等粗粒料且振密成碎石桩。碎石桩与桩土间形成复合地基，以提高承载力，减小沉降。适用于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。使用的主要材料：碎石、砾石。使用的主要机械设备：振冲器、起重机或施工专用平台和水泵。(6)加载预压法原理是在建造建筑物之前，天然地基在预压荷载作用下压密、固结，地基产生变形，地基土强度提高，卸去预压荷载后再建造建筑物，完工后沉降小，地基承载力也得到提高。堆载预压有时也利用
30、建筑物自重进行。当天然地基土渗透性较小时，为了缩短土体排水固结的排水距离，加速土体固结，在地基中设置竖向排水通道，常用形式有普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等。当采用竖向排水通道时，也分别称为袋装井法、袋装砂井法或塑料排水带法等。13适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料：堆载用料可用土石方或其他填料;垫层材料用渗透系数大于10-3 m/s、含泥量小于3%、级配较好的中粗砂；竖向排水通道之砂井法需用同垫层材料要求相同的砂，袋装砂井法还需聚丙烯机织土工物，塑料排水带法需塑料排水带。使用的主要机械设备：堆载用料的运输、装卸机械，也可用人工运输，静压沉管机械、锤击沉管机械，动
31、力螺旋钻机，袋装砂井专用打设机，塑料排水带插板机。(7)超载预压法原理基本上与堆载预压法相同，不同之处是预压荷载大于建筑物的实际荷载。超载预压不仅可减少建筑物完工后固结沉降，还可消除部分完工后的次固结沉降。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料：堆载用料可用土石方或其他填料；垫层材料用渗透系数大于10-3 m/s、含泥量小于3%、级配较好的中粗砂；竖向排水通道之砂井法需用同垫层材料要求相同的砂，袋装砂井法还需聚丙烯机织土工物，塑料排水带法需塑料排水带。使用的主要机械设备：堆载用料的运输、装卸机械，也可用人工运输，静压沉管机械、锤击沉管机械，动力螺旋钻机，袋装砂井专用打
32、设机，塑料排水带插板机。(8)真空预压法原理是在饱和软粘土地基中设置竖向排水通道(砂井或塑料排水带)和砂垫层，在其上覆盖不透气密封膜。通过埋设于砂垫层的抽水管进行长时间不断抽气和水，使砂垫层和砂井中造成负气压，而使软粘土层排水固结。负气压形成的当量预压荷载一般可达85kPa。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料：垫层材料和竖向排水通道材料同堆载预压法，不透气密封膜材料为聚氯乙烯膜或线性聚乙烯薄膜。使用的主要机械设备：设置竖向排水通道机械同堆载预压法，另外还需用真空泵、滤水管、集水管等。(9)真空预压与堆载联合作用法原理是当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压
33、联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。(10)降低地下水位法原理是通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如堆载预压，使地基土固结。在基坑开挖围护设计中可减小作用在围护结构上的土压力。适用于砂性土或透水性较好的软粘土层。(11)石灰桩法原理是通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入生石灰或生石灰块加其他掺合料，通过石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用改善桩周土的物理力学性质，并形成石灰桩复合地基，可提高地基承载力、减少沉降。14适用于杂填土、软粘土地基。使用的主要材料：生石灰。使用的主要机械设备：打桩机或洛阳铲成孔。(12)EPS超
34、轻质料填土法原理是发泡聚苯乙烯(EPS)重度只有土的1/501/100，并具有较好的强度和压缩性能，用于填土料，可有效减小作用在地基上的荷载，需要时也可以置换部分地基土，以达到更好的效果。适用于软弱地基上的填方工程。(13)电渗法原理是在地基中设置阴极、阳极，通过直流电形成电场，土中水流向阴极，采用抽水设备将水抽走，达到地基土体排水固结效果。适用于软粘土地基。(14)深层搅拌法原理是利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基土原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥土增强体，形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。深层搅拌法分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种，也可用它形成防渗帷幕。适用于淤泥、淤泥质土和含水量
35、较高、地基承载力不大于120KPa的粘性土、粉土等软土地基。用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性。使用的主要材料：水泥。使用的主要机械设备：深层搅拌机，按搅拌轴分为单轴和双轴两种，按喷射方式分为浆液喷射和粉体喷射两种。配套设备：浆液喷射主要有灰浆搅拌机、灰浆泵，粉体喷射主要有粉体发送器、空气压缩机以及计量器等。(15)高压旋喷注浆法原理是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进预定位置，然后用20Mpa左右的浆液或水的高压流冲切土体，形成水泥土增强体。有单管法、二重管法、三重管法。在喷射浆液的同时通过旋转、提升形成定喷、摆喷和旋喷。可形成复合地基以提高承载力，减少沉降，也常用它形成防
36、渗帷幕。适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大块石，或有机质含量较高时应通过试验确定其适用性。使用的主要材料：水泥。使用的主要机械设备：钻机、高压泵、泥浆泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆管、制浆机等。(16)加筋土法原理是在土体中埋置土工合成材料(土工织物、土工格栅等)、金属板条等形成加筋土垫层，增大压力扩散角，提高承载力、减少沉降，也可用于形成加筋土挡土墙。适用于堤坝软土软基处理、挡土墙。使用的主要材料：各种筋材，如土工格栅、土工织物等。随着现代工程技术的进步和不断发展，软土地基处理技术亦趋于完善。新的加固技术和新型材料不断发展，
37、软土地基处理的方法也多种多样，每种方法都有其适用范围，许多软土地基处理方法同时兼有几种不同的处理效果。3.2 大面积软土地基处理常用方法在我国许多地区，建筑物都是建在新淤或新吹填的地面上，很多自身固结尚未完成，加上新填土及人工建筑或使用超载的重量及地下水位变化等，场地土肯定会产生再固结，若不处理必然会引起数量以米计的地面沉降，影响建(构)筑物的使用功能，缩短建(构)筑物的使用年限。故必须采取有效的工程措施，促进软弱土层的固结，加快固结沉降，将工后沉降量减少到允许范围，保证建(构)筑物建成后的正常使用。下面将对三种应用最普遍的大面积软土地基处理方法真空联合堆载预压法、动力排水固结法和深层搅拌法进
38、行具体的分析与讨论。3.2.1 真空联合堆载预压法真空联合堆载预压法是从真空排水预压法和常规的堆载排水预压法基础上联合发展起来的新一代有效的软基加固方法，属于排水固结法，它是通过真空压力(负压)和堆载(正压)使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡的作用下通过竖向排水体逐渐排出，从而使土体产生固结变形。该方法较好的解决了堆载过程中的稳定性问题，缩短了堆载的施工时间，减少工后沉降，是一种值得推广的软土地基处理方法。3.2.1.1 真空排水预压技术发展历史真空排水预压法加固软土地基的基本原理，最早由瑞典皇家地质学院的杰尔曼教授于1952年提出。但是多年来由于密封材料不过关，加之对
39、负压条件下的加固机理不清楚，这一技术的发展相当缓慢。1958年美国最先采用真空井点降水与砂井相结合的方法，在费城机场跑道扩建工程上取得成功。真空预压法概念于50年代引进我国，天津大学、南京水利科学研究院等单位先后进行过一些机理研究和现场试验，但由于施工工艺困难，这一技术未能大规模应用于实际工程。80年代我国交通部一航局、南京水利科学研究所等单位从改进工艺、更新设备、弄清机理、提高加固效果和推广使用等方面进行了研究，交通部一航局研制成功了关键的抽气设备，即射流真空泵代替真空泵，很好地解决了气水分离等问题，从而使该项加固技术的施工工艺有了突破性地进展，使之能满足加固大面积软土地基的要求。1983年
40、列入国家“六五”攻关项目，并于1985年通过国家鉴定，从此以后该法在我国大范围推广应用。近10余年来，真空排水固结法加固软基技术又有了进一步的发展。进一步改进了射流泵，将原电机一射流泵整装式改为拆装式，同时改进了真空管路系统布置，减少真空抽水的水头损失，使其可用于水下和潮间带真空预压。经过国内外几十年来的不断探索和研究，真空排水预压法加固技术日臻完善，早己进入大面积应用、实施阶段，成为目前加固软土地基的一个行之有效的、常规实用的方法。近十多年来，在天津新港、京珠高速公路等诸多工程项目建设中，都采用了真空排水预压法或真空排水预压与堆载预压相结合的方法加固了软土地基，效果令人满意，为国民经济建设作
41、出了贡献。我国真空排水预压法的研究也取得了突破性的进展，加固技术己经走在了世界的前列。3.2.1.2 真空联合堆载预压法的加固机理真空联合堆载预压法属于排水固结法的一种方法，排水固结法可以解决两个问题：(1)沉降问题，使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差；(2)稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。真空预压法与堆载预压法不同的是加压系统，真空预压法在地基上施加的不是实际重物，而是通过抽真空使密封膜内外形成压力差，即是将大气压差作为荷载，但两者排水系统基本上是相同的。真空预压与堆载预压联合加固，其效果是可以叠加的。
42、堆载排水预压法以土料、砂料或建筑物本身(路堤、房屋等)作为荷载，对被加固的地基进行预压。软土地基在此附加荷载作用下，产生正的超静水压力。经过一段时间后，超静水压力逐渐消散，土中有效应力不断增长，产生垂直变形，地基土得以固结，同时强度也得到了提高。用真空排水预压法加固软土地基时，在地上施加的不是实际重物，而是把大气作为荷载。在抽气前，薄膜内外都受大气压力作用，土体孔隙中的气体与地下水面以上都是处于大气压力状态。抽气后，薄膜内砂垫层中的气体首先被抽出，其压力逐渐下降至pn，薄膜内外形成一个压差p，使薄膜紧贴于砂垫层上，这个压差称之为“真空度”。砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同
43、时真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。所谓负的是指形成的孔隙水压力小于原大气状态下的孔隙水压力，其增量值是负的。从而使土体孔隙中的气和水由土体向垂直排水通道的渗流，最后由垂直排水通道汇至地表砂垫层中被泵抽出。从太沙基的有效应力原理来看，真空排水预压法加固的整个过程是在总应力没有增加，即的情况下发生的。加固中降低的孔隙水压力就等于增加的有效应力，即: ，土体就是在该有效应力作用下得到加固的。真空预压的过程中总应力保持不变，它通过降低孔隙水压力来增加有效应力，即，亦即真空预压过程中不产生剪应力增量，是等向固结。等向固结过程是地基土体强度增
44、加的过程，因而真空预压过程中，地基土体的强度和稳定性不断增长，不存在失稳的可能性。分析了堆载排水预压法与真空排水预压法的加固机理之后，可以看出它们二者在加固机理方面的区别：(1)堆载排水预压法中，土体中的总应力是增加的，而真空排水预压中总应力是没有增加的。堆载排水预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值，即超过静水压力是正值；而真空排水预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值，即是小于静水压力的值。(2)由于真空排水预压法加固软土地基的过程中作用于土体的总应力并没有增加，降低的仅是土中的孔隙水压力，而孔隙水压力是中性应力，是一个球应力，所以不会产生剪切变形，发生的只是收缩变形，不会
45、产生侧向挤出的情况，仅有侧向收缩，地基周围的土体是向着加固区内收缩移动的;而堆载预压则相反，土体是向着加固区外移动的(即侧向挤出)。(3)真空排水预压法的又一突出特点是利用大气压来加固软基的，和常规堆载预压法相比，它不需要大量的预压土方，这对于缺少预压材料的地区和需要大量超载的地基就显得更为经济。(4)真空排水预压法在加固土体过程中，在真空吸力的作用下使土中的封闭气泡排出，从而使土的渗透性提高，固结过程加快。堆载排水预压法中，土体有效应力的增长是通过正的超静水压力的消散来实现的，而且随着超静水压力逐步消散为零，有效应力增加达到最大值;而真空排水预压法中，土体有效应力的增长是靠负的超静水压力的形
46、成来实现的。(5)堆载排水预压法中，当加固完成后，上部荷载没有移去，则土体中有效应力的增加依然存在，土体总有效应力是增大的：真空排水预压法中土体有效应力的增加具有最大值，理论上最大为一个大气压，一般都低于此值，随着加固过程的结束，“荷载”亦消失，加固过程中形成的有效应力亦随之消失，土体中总有效应力恢复到原有水平，所以真空排水预压加固过的土体会处于超固结状态。与常规堆载预压法相比，真空联合堆载预压法之所以能增加地基土的稳定性、缩短工期、减少工后沉降，是因为抽真空改变了土体的应力状态，借助抽真空装置，将密封膜下砂垫层和软土中的水、气抽出，在其中形成真空负压和水头差，在水头差的作用下，土体中的孔隙水
47、不断由竖向排水通道和水平向排水体排出，进而达到加固的目的。当膜下真空度满足设计要求(60KPa)且能稳定地保持时，可以在真空密封膜上铺一层无纺土工织物，然后在上面填方堆载，利用堆载产生的水头差，将土体中孔隙水排出，进而达到联合加固的目的。真空预压时，由于真空的作用，在地基中形成了“水力梯度”，土体中的水、气不断被抽出，真空度不断向地基深处传递，与此同时在“水力梯度”的驱动下孔隙水不断转为有效应力，在有效应力的作用下，土体不断发生固结变形，当由水气土构成的地基系统达到平衡状态时，地基系统的输出(抽出的水、气的质量)和输入(地下水、气和地表水气的补给量)成为一个动态的平衡过程。此时，真空度停止向深处传递，地下水位不再下降，地基系统达到新的稳定。在上述过程中，地下水位以上部分的土体处于负压状态，真空负压已全部转换为有效应力，完全由土颗粒及其周围的结合水共同承担，增加的这部分有效应力会提高土体的抗剪强度，增强地基的抗滑稳定性，同时由于浮容重和“饱和容重”的相互转换，初始地下水位以下的饱和土体进一步固结，使深层土体得到加固。地下水位以下饱和土体虽有一部分处于“负压状态”，但这部分应力完全由孔隙水承担，不增加有效应力。此时若联合堆载，会产生新的附加应力，在此应力作用下，地下水位以上的负压带会重新产生“超孔
