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1、第九章软弱地基处理,第一节软弱地基处理概述 第二节强夯法 第三节换土垫层法 第四节振冲法 第五节土或灰土挤密桩法 第六节预压法 第七节化学加固法,第一节软弱地基处理概述,软弱地基是指高压缩性土(a1-2=0.5MPa-1)地基。由于软弱土的物质组成、成因及存在环境(如水的影响等)不同，不同的软弱地基其性质是完全不同的。根据工程地质特征，软弱地基系指主要由软土(淤泥及淤泥质土)、冲填土、杂填土及其他高压缩性土层构成的地基。一、软土 软土是第四世纪后期形成的海相、三角洲相、湖相及河相的钻性土沉积物，有的属于新近淤积物。其地质成因甚为复杂。所有这些不同成因的地层，其接近地面部分主要为淤泥和淤泥质土，
2、它们是在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的。其主要物理力学特性表现为以下几方面:,下一页,返回,第一节软弱地基处理概述,(1)含水量高、孔隙比大。软土的天然含水量等于或大于液限，天然孔隙比大于1.0。沿海淤泥质土的含水量大多在35%50%范围，淤泥的含水量一般在56%100%范围。含水量一般随液限成正比增加。软土因其含水量高、孔隙比大，因而使软土地基具有变形大、强度低的特点。软土的饱和度通常在95%以上。液性指数大多大于1.0。(2)高压缩性。与高含水量、高孔隙比相应，软土的压缩性很高，压缩系数a1-2大于0.5 MPa-1，沿海淤泥的压缩系数a1-2大多超过1.5MPa-1。
3、(3)天然抗剪强度低。软土的渗透系数很小，其天然强度可通过进行三轴不排水试验、无侧限抗压强度试验或现场十字板剪切试验得到。三轴不排水试验内摩擦角，黏聚力cu一般小于25kPa，无侧限抗压强度qu，一般小于50kPa。地基土如不作处理，其承载力很低。,上一页,下一页,返回,第一节软弱地基处理概述,(4)渗透系数小。大部分软土地区，土层具有薄层理构造，其垂直向渗透系数较水平向小。渗透系数一般在1X10-81X10-6 cm/s范围，由于土层的渗透性小，加上软土层较厚，在建筑物荷载下土层固结缓慢，建筑物竣工时所完成的沉降占总沉降的比例很小，约为5%20%，建筑物使用后的沉降大、延续时间很长。(5)触
4、变性。软土为絮凝结构，是结构性沉积物，具有触变性，其结构未受扰动时，具有一定的结构强度，一旦受到扰动，强度很快降低，其后强度又可慢慢恢复。软土中亲水矿物(如蒙脱石)含量多时，结构性较强，其触变性比较显著。触变性大小常用灵敏度来表示，软土的灵敏度一般在34，个别达到89。(6)流变性。除厂瞬时变形和固结变形引起的建筑物沉降以外还会发生缓慢而长期的流变变形。,上一页,下一页,返回,第一节软弱地基处理概述,内陆和山区软土性质和沿海软土相近，但一般分布范围较小，土层厚度较薄，均匀性较差。二、冲填土 冲填土系由水力冲填泥砂而形成的填土。一般是结合整治或疏浚江河航道，用高压泥浆泵将河底泥砂通过输泥管排放到
5、地面而形成的大片冲填土层。冲填土具有以下特点:(1)颗粒组成随泥砂来源而不同，粗细不一，有的是砂粒，但大多数情况是钻粒和粉粒。在吹泥的入口处，沉积的土粒较粗，顺着出口方向则逐渐变细。土粒沉淀后常形成约1%的坡度。(2)由于土粒不均匀分布，以及受表面形成的自然坡度影响，因而距入口处越远，土料越细，排水越慢，土的含水量也越大。(3)冲填土的含水量较大，一般都大于液限。(4)冲填前原地面形状和冲填过程中是否采取排水措施对冲填土的排水固结影响很大。,上一页,下一页,返回,第一节软弱地基处理概述,如原地面高低不平或局部低洼，冲填后土内水不易排出，长期处于饱和软弱状态。三、杂填土 杂填土按其组成的物质成分
6、可分为建筑垃圾、生活垃圾和工业废料等。建筑垃圾由碎砖、瓦砾等与钻性土混合而成，成分较纯，有机质含量较少;生活垃圾成分极为复杂，含大量有机质;工业废料有矿渣、炉渣(常遇到的如钢渣，孔隙很大，搭空现象严重、不稳定)、煤渣和其他工业废料(化学废料要特别注意对混凝土的侵蚀性)。杂填土的特性表现为:(1)不均匀性。由于物质来源和组成成分的复杂性，使得杂填土的性质很不均匀，密度变化大，缺乏规律性，这是杂填土的主要特点和薄弱环节。(2)填土龄期。龄期是影响杂填土性质的一个重要因素，一般来说堆填时间越长，则土层越密实，其有机质含量相对较少。新近填筑的杂填土，本身处于欠压密状态，存在自重压密变形，因而具有较高的
7、压缩性。,上一页,下一页,返回,第一节软弱地基处理概述,(3)地基浸水后的稳定性和湿陷性。杂填土遇水后往往会产生湿陷和潜蚀。四、地基处理的目的(一)改善抗剪特性 地基的剪切破坏以及稳定性，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。另外，防止侧向流动(塑性流动)产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。(二)改善压缩特性 需要研究采用何种措施以提高地基土的压缩模量，以便减少地基土的沉降。(三)改善透水特性 针对在地下水的运动中所出现的问题，需要研究采取何种措施使地基土变得不透水或减轻其水压力。,上一页,下一页,返回,第一节软弱地基处理
8、概述,(四)改善动力特性 地震时饱和松散粉细砂(包括一部分粉质钻土)将会产生液化。为此，需要研究采取何种措施防止地基土液化，改善其振动特性以提高地基的抗震性能。(五)改善特殊土不良地基特性 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。五、地基处理方法的分类 地基处理方法的分类见表9-1。,上一页,返回,第二节强夯法,强夯法亦称动力固结法。强夯法处理地基是20世纪60年代末由法国路易斯梅那德(Louis Mcnard)技术公司首先创用的。强夯法就是以830t的重锤，820m的落距(最高为40 m)自由下落对土进行强力夯击的一种地基加固方法。强夯时对地基土施加很大的夯击能
9、，在地基土中产生的冲击波和动应力，可提高土体强度，降低土的压缩性，起到改善砂土的振动液化性和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。同时，夯击还能提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的不均匀沉降。强夯法是在重锤夯实的基础上发展起来，但其机理又不相同的一项技术，其根本区别在于后者采用的夯击能量较小，仅适用于含水量较低的回填土表层加固，影响深度为12 m,而强夯法主要是深层加固，加固深度和所采用的能量远远超过浅层重锤夯实法。强夯法已广泛应用于杂填土、碎石土、砂土、低饱和度粉土、黍占性土以及湿陷性黄土等地基的加固中。它不但可以陆上施工，而且也可在水下夯实。,下一页,返回,第二节强夯法,工程实践表明，强夯法加固
10、地基具有施工简单、使用经济、加固效果好等优点，因而被各国工程界所重视。其缺点是施工时噪声和振动较大，一般不宜在入口密集的城市内使用。对高饱和度的粉土与钻性土等地基，当采用夯坑内回填块石、碎石或其他粗颗粒材料进行强夯置换时，应通过现场试验确定其适用性。强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。一、强夯法的适用条件(1)强夯加固深度最好不超过15m(特殊情况除外)。(2)对于饱和软土，地表面应铺一层较厚的砾石、砂土等粗颗粒填料。,上
11、一页,下一页,返回,第二节强夯法,(3)地下水位离地面宜为2-3 m。(4)夯击对象最好由粗颗粒土组成。C5)施工现场与既有建筑物之间有足够的安全距离(一般应大于10 m)，否则不宜施工。二、强夯法的加固处理 强夯法在实践中虽已被证实是一种较好的地基处理方法，但到日前为止还没有一套成熟和完善的理论和设计计算方法，许多参数的确定只是参考经验或半经验公式。实践表明，在夯击过程中，由于巨大的夯击能和冲击波，土体中因含有许多可压缩的微气泡而立即产生几十厘米的沉降;土体局部产生液化后，结构遭到破坏，强度下降到最小值;随后在夯击点周围出现径向裂缝，成为加速孔隙水压力消散的主要通道;黍占性土具有的触变性，使
12、已经降低的强度得到恢复和增强。这就是强夯法加固机理。,上一页,下一页,返回,第二节强夯法,在进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，然后气体有所膨胀，在孔隙水排出的同时，孔隙水压力减少。根据试验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。土体的沉降量与夯击能成正比。当孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量级时，土体即产生液化，吸附水变成了自由水，此时土的强度下降到最小值，当所出现的超孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，致使颗粒间出现裂隙，形成排水通道，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。当孔隙水压力消散到小于土颗粒间的侧向压力后，裂隙自行闭合，土中水的运动又恢复常态。有规则的网格布置夯点，由于积聚的夯
13、击能量，在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝;而不规则的和紊乱的夯击，将破坏这些排水通道的连续性。随着孔隙水压力的消散和土颗粒间接触紧密以及吸附水层逐渐固定，土的抗剪强度和变形模量就有较大幅度的增长。在触变恢复期间，土体的变形(沉降)是很小的。,上一页,下一页,返回,第二节强夯法,三、强夯法设计(一)有效加固深度计算 有效加固深度既是选择地基处理方法的依据，又是反映处理效果的重要参数。Menard曾提出用下列公式估算有效加固深度:(9-1)式中H-有效加固深度(m);M-夯锤重(t);h-落距(m)。日前，国内外尚无关于有效加固深度的确切定义，但一般可理解为:经强夯加固后，该土层强度提高，压缩模量
14、增大，其加固效果显著的土层范围。近年来，国内外学者相继建议对Menard公式进行修正，如美国Ieonards建议Menard公式计算值应乘以0.5的修正系数;法国Eameim认为修正系数应为0.51.0。国内也有学者提出，对一般钻性土取0.5;对黄土取0.350.5。,上一页,下一页,返回,第二节强夯法,实际上影响有效加固深度的因素很多，除厂锤重和落距外，还有地基土的性质、不同土层的厚度和埋藏顺序、地下水位以及其他强夯的设计参数等都与有效加固深度有密切的关系。因此，强夯的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。(二)夯击能量 单次夯击能为夯锤重M与落距h的乘积。锤重和落距越大，加固效果越好。
15、整个加固场地的总夯击能量(即锤重X落距X总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度综合考虑，并可通过现场试验确定。根据现场孔隙水压力量测及夯坑容积变化，周围土体隆起回弹情况进行综合分析，绘出夯坑容积和夯坑能量关系曲线(V-E关系曲线)，如图9-1所示。当曲线明显变缓时即能量增加，夯坑容积基本不再变化所对应的能量，称为最佳能量。再参考夯坑邻近点的孔隙水压力测量值，确定夯击时的控制标准。(三)夯击点布置及间距 夯击点布置及间距的确定如图9-2所示。,上一页,下一页,返回,第二节强夯法,(四)夯击次数及遍数(1)夯击次数。夯点的夯击次数
16、，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件:1)最后两击的平均夯沉量不大于50 mm，当单次夯击能量较大时不大于100 mm。2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起。3)不因夯坑过深而发生起锤困难。(2)夯击遍数。夯击遍数应根据压缩层厚度、土质条件和设计对沉降的要求确定。一般情况下可夯击23遍，最后再以低能量夯满夯一遍，其日的是将松动的表层土夯实。土体压缩越厚，土质颗粒越细，同时含水量越高，需要夯击的遍数也就越多。强夯施工过程中应有专人负责下列监测工作:1)开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单次夯击能量符合设计要求。,上一页,下一页,返回,第二节强夯法,2)在每遍夯击前，
17、应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。3)按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每次的夯沉量。施工过程中应对各参数及施工情况进行详细记录。(3)质量检验。检查强夯施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。强夯施工结束后，间隔一定时间方能对地基质量进行检验。对于碎石土和砂土地，其间隔时间可取12周;低饱和度粉土和钻性土地基可取24周。质量检验的方法，宜根据土性选用原位测试和室内土工试验，对于一般工程应采用两种或两种以上的方法进行检验;对于重要工程应增加检验项目，也可做现场大压板载荷试验。质量检验的数量，应根据场地情况和建筑物的重要性确
18、定。对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处;对于复杂场地或重要建筑物地基，应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。,上一页,返回,第三节换土垫层法,换土垫层法就是将基础底面下一定深度范围内的软弱土层部分或全部挖掉，然后换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、干渣等性能稳定且无侵蚀性的材料，并分层夯压至要求的密实度。该法又称换填法。换填法可有效地处理荷载不大的建筑物地基问题，常可用作为地基浅层处理的方法。换填法处理地基时换填材料所形成的垫层，按其材料的不同，可分为砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、粉煤灰垫层和干渣垫层等。对于不同材料的垫层，虽然其
19、应力分布有所差异，但测试结果表明，其极限承载力还是比较接近的，并且不同材料垫层上建筑物的沉降特点也基本相似，故各种材料垫层的设计都可近似按砂垫层方法进行。但对于湿陷性黄土、膨胀土和季节性冻土等特殊土采用换填法进行地基处理时，因其主要目的是为厂消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性和冻胀性，所以在设计中考虑解决问题的关键应有所不同。一、换填法的适用范围 换填法的适用范围见表9-2。,下一页,返回,第三节换土垫层法,二、换填法垫层设计(一)垫层宽度计算 确定垫层宽度时，应满足基础底面压力扩散的要求，同时还要考虑到垫层应有足够的宽度及垫层侧面土的强度条件，以防止垫层材料向侧边挤出而增加垫层的竖向变形量
20、。垫层的宽度可按压力扩散角的方法进行计算，或根据当地经验确定。(9-2)b-垫层底面宽度(m);-垫层压力扩散角，可按表9-3采用，但当hs/b0.25时，仍按hs/b=0.25取值。在确定垫层宽度时，应注意以下几点:(1)整片垫层的宽度要根据施工的要求适当加宽。(2)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，垫层的宽度应适当加大。,上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,(3)垫层顶面的每边超出基础底边宜不小于300 mm，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求进行放坡。(4)当基础为筏形基础、箱形基础时，若垫层厚度小于0.25倍基础宽度，垫层宽度的计算仍应考虑压力
21、扩散角的要求。(二)垫层厚度计算 垫层如图9-3所示，其厚度z应根据垫层底面下卧软弱土层的承载力来确定，即要求在垫层底面处土的自重力与附加压力之和不大于下卧软弱土层的地基承载力，则应满足下式要求:(9-3)pzk-垫层底面处相应于荷载效应标准组合时的附加压力值(kPa);pczk-垫层底面处的自重压力值(kPa);fa-垫层底面处经深度修正后的下卧土层地基承载力特征值(kPa),上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,垫层底面处的附加压力pzk，除厂可用弹性理论的土中应力公式进行计算外，常用按压力扩散角的方法进行简化计算:条形基础:(9-4)矩形基础：(9-5)b-矩形基础或条形基础底面的宽度
22、(m);l-矩形基础底面的长度(m);pk-基础底面压力值(kPa);pck-基础底面处土的自重压力值(kPa);hs-基础底面下垫层的厚度(m);-垫层的压力扩散角(表9-3)。,上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,进行具体设计时，可根据下卧土层的地基承载力，先假设一个垫层厚度，然后进行验算;若不符合要求，则改变厚度，重新再验算，直到满足要求为止。(三)垫层承载力计算 垫层的承载力取决于填筑材料的性质、施工机具能量的大小以及施工质量的优劣等因素。由于理论计算方法不够完善，同时由于较难选取有代表性的计算参数，因此，日前还难以准确确定垫层的承载力，一般宜通过现场试验确定，亦可通过取土分析、标
23、准贯人试验、动力触探等多种测试手段取得的资料进行综合分析后确定。对于一般不太重要的、小型的、轻型的或对沉降要求不高的工程，可按表9-4选用，并应验算软弱下卧层的承载力。(四)地基变形计算 采用换填法对地基进行处理后，由于垫层下软弱土层变形，建筑物地基往往仍会产生较大的沉降量及差异沉降量，因此在垫层的厚度和宽度确定后，,上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,对于重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地基的变形计算。对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层，应及早换填，并应考虑其附加荷载对建筑及邻近建筑物的影响。换土垫层后的建筑物地基沉降由垫层自身的变形量和下
24、卧土层的变形量构成，即 s=s1+s2(9-6)s-基础沉降量(cm);s1-垫层自身变形量(cm);s2-压缩层厚度范围内，自垫层底面算起的各土层压缩变形量之和(cm)。垫层自身的变形量、:可按下式进行计算:(9-7),上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,p-基础底面压力(kPa);hs-垫层厚度(cm);Es-垫层压缩模量，宜通过静载荷试验确定，当无试验资料时，可选用1525MPa;-压力扩散系数。压力扩散系数 可按以下公式计算:条形基础:(9-8)矩形基础(9-9)下卧土层的变形量、:可用分层总和法按下式计算:,上一页,下一页,返回,第三节换土垫层法,(9-10)-沉降计算经验系数;
25、pz-垫层底面处的附加压力(kPa);b-垫层宽度(cm);-垫层底面的计算点分别至第i层土和第i一1层的底面的沉降系数，可根据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)查用;Esi,1-2-垫层底面下第z层在100200 kPa压力作用时的压缩模量(kPa)。,上一页,返回,第四节振冲法,振冲法又称振动水冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后带动偏心块，使振冲器产生高强振动;同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下将振冲器沉到土中的预定深度;经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重
26、复填料和振密，直至地面，从而在地基中形成一根大直径的很密实的桩体。图9-4所示为振冲法施工顺序示意图。一、振冲法的分类及适用范围 振冲法可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度不小于20 kPa的钻性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。这类土难以挤密、振密，故本身密实度提高不大或不提高，地基承载力依靠所加填料形成的密实桩柱与其构成复合地基，由于桩身为散体材料，其抗压强度与周围压力有关，故过软的土层不宜使用。振冲密实法适用于处理砂土和粉土等地基，这类土可被振冲器振密和挤密。桩柱可加填料或不加填料，不加填料仅适用于处理钻粒含量小于切%的粗砂、中砂地基。,下一页,返回,第
27、四节振冲法,二、振冲法设计(一)破坏形式(扮刺人破坏，如图9-5(a)所示。当桩比较短，而且没有打到硬层时，在荷载作用下容易发生刺人破坏，即整个桩体在地基中下沉。(2)鼓出破坏，如图9-5(b)所示。当桩比较长，在荷载作用下，桩上段往往会出现鼓出破坏，实践中常出现的是这种破坏形式。(二)桩孔布置 振冲法处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，当用于多层建筑和高层建筑时，宜在基础外缘扩出12排桩。当要求消除地基液化时，基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2。因此，应根据上部结构的荷载在地基中形成的土中应力来确定桩孔位置。对条形或单独基础，常用等腰三角形或矩形布置，对大面积或片筏
28、基础，则以等边三角形布置为好。,上一页,下一页,返回,第四节振冲法,(三)承载力计算 振冲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，初步设计时也可按下式估算:(9-11)(9-12)fspk-振冲桩复合地基承载力特征值(kPa)；fpk-桩体承载力特征值(kPa);fsk-振后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值;如无经验时，可取天然地基承载力特征值;m-桩土面积置换率;d-桩身平均直径(m);,上一页,下一页,返回,第四节振冲法,de-一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m);等边三角形布桩:de=1.05s,正方形布桩:de=1.13s,矩形布桩:。s、s1、s2分
29、别为桩间距、矩形布桩时纵向间距和横向间距。对小型工程的钻性土地基如无现场荷载试验资料，初步设计时，复合地基的承载力特征值也可按下式估算:(9-13)n-桩土应力比，在无实测资料时，可取24，原土强度低时取大值，原土强度高时取小值。式中其余符号意义同前。(四)压缩模量计算1.理论法,上一页,下一页,返回,第四节振冲法,在一根碎石桩所承担加固面积A(A=As十Ac)范围内复合地基的变形模量E是由碎石桩的变形模量Es和桩间土的变形模量Ec所组成的，如图9-6所示。显而易见，当A不变时，随着As的增大，Ac的减少，E必然增大;反之，E则必然减小。因此，在设计理论上可用碎石桩与桩间土的面积加权平均的方法
30、确定复合地基的E值:(9-14)2.公式法 按国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)有关规定采用，复合土层的压缩模量按下式计算:(9-15)Esp-复合土层压缩模量;Es-桩间土压缩模量;m-桩土面积置换率;,上一页,下一页,返回,第四节振冲法,n-同(9-13)式。(五)沉降量计算 如果碎石桩未打穿压缩层，则沉降计算可由碎石桩加固后形成复合地基的沉降和下部未加固土层的沉降两部分组成:(9-16)式中E、Esi-复合地基的变形模量及其下部天然地基的压缩模量(kPa);Ci-附加应力计算系数;p-基底附加应力(MPa);m、ms-复合地基与下层天然地基的沉降经验系数;,上一页
31、,下一页,返回,第四节振冲法,Hi-计算分层厚度(m);L-碎石桩长度(m);zn-地基压缩层计算深度(m)。(六)振冲密实法的设计计算方法振冲密实法的设计计算方法见表9-5。,上一页,返回,第五节土或灰土挤密桩法,土或灰土挤密桩法是通过沉管(锤击、振动)、冲击(长锤、橄榄锤)或爆扩方法成孔，使土侧向挤出挤密桩周土，提高桩间土的密实度和承载力，消除湿陷性。孔中填以素土，分层击实为土桩，填以灰土击实为灰土桩。一、土或灰土挤密桩的适用范围 土或灰土挤密桩一般用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土地基，处理深度515 m。当地基土含水量大于23%及其饱和度大于0.65时，不宜选用此类方法。
32、二、土或灰土挤密桩的设计(一)桩径和桩距 桩的直径宜采用300600 mm，并可根据所选用的成孔设备和成孔方法确定。桩距一般可取桩身直径的35倍。如原地基的密实度较大，则可取桩距大些;反之可取小些。根据工程经验，可参考表9-6选择桩距。,下一页,返回,第五节土或灰土挤密桩法,桩距还可用公式计算。如图9-7所示，取桩延深1m计算，挤密前土质量为m0，为三角形ABC面积乘以天然密度平均值，即(9-17)挤密后，由于半个桩体积挤入三角形ABC内，且密度为设计要求密度 故挤密后土质量m应为:(9-18)因m=m0，即(9-19),上一页,下一页,返回,第五节土或灰土挤密桩法,(9-20)式中s-桩的间
33、距(m);d-桩直径(m)。砂石桩的间距应通过现场试验确定，但不宜大于桩径的4倍。在有经验的地区，砂石桩间距也可按如下公式计算。(1)松散砂土地基。等边三角形布置时:(9-21)正方形布置时(9-22)(9-23),上一页,下一页,返回,第五节土或灰土挤密桩法,s-砂石桩l司距(m);d-砂石桩直径(m);e0-地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可通过动力或静力触探等对比试验确定;e1-地基挤密后要求达到的孔隙比;emax、emin-砂土最大和最小孔隙比，可按土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)的有关规定确定;Dri-地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70
34、0.85。(2)黏性土地基。等边三角形布置时:(9-24)正方形布置时：(9-25)其中(9-26),上一页,下一页,返回,第五节土或灰土挤密桩法,式中Ac-1根砂石桩承担的处理面积(m2);Ap-砂石桩的截面积(m2);m-面积置换率，可按式(9-12)确定。(二)砂石桩处理 砂石桩挤密地基的宽度应超出基础的宽度，每边放宽不应少于13排，砂石桩用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并不应小于5m。当可液化土层上覆盖有厚度大于3 m的非液化层时，每边放宽不宜小于液化土层厚度的1/2，并不应小于3 m。(三)砂石桩的桩长 当地基中的松软土层不厚时，砂石桩宜穿越松软土层;当松软土层
35、较厚时，桩长应根据建筑地基的允许变形值确定。对可液化砂层、桩长应穿透可液化层或按建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)(2008年版)的有关规定执行。,上一页,返回,第六节预压法,预压法包括堆载预压法和真空预压法。预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土饱和黏性土地基。预压法处理地基应预先通过勘察查明土层在水平和竖直方向的分布、层理变化，查明透水层的位置、地下水类型及水源补给情况等。并应通过土工试验确定土层的先期固结压力、孔隙比与固结压力的关系、渗透系数、固结系数、三轴试验抗剪强度指标以及原位十字板抗剪强度等。对重要工程应在现场选择试验区进行预压试验，在预压过程中应进行地基竖向变形、侧向
36、位移、孔隙水压力、地下水位等项日的监测并进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。根据试验区获得的监测资料确定加载速率控制指标，推算土的固结系数、固结度及最终竖向变形等，分析地基处理效果，对原设计进行修正，并指导全场的设计与施工。,下一页,返回,第六节预压法,对堆载预压工程，预压荷载应分级逐渐施加，确保每级荷载下地基的稳定性，而对真空预压工程，可一次连续抽真空至最大压力。对主要以变形控制的建筑，当塑料排水带或砂井等排水竖井处理尝试范围和竖井底面以下受压土层经预压所完成的变形量和平均固结度符合设计要求时，方可卸载。对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑，当地基土经预压而增长的强度满足建筑物地基承载
37、力或稳定性要求时，方可卸载。一、直T预压法设计(一)真空预压法的概念 真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道(袋装砂井或塑料板排水井)，用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋人土中，通过砂垫层内埋设吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，如图9-8所示。,上一页,下一页,返回,第六节预压法,当抽真空时，在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。(二)真空预压法加固机理(1)膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。在抽气前，薄膜内外都承受一个大气压pa。抽气
38、后薄膜内气压逐渐下降，首先是砂垫层，其次是砂井中的气压降至pv，故使薄膜紧贴砂垫层。由于土体与砂垫层和砂井间具有压差，因此发生渗流，使土中的孔隙水压力不断降低，有效应力不断增加，从而促使土体固结。土体和砂井间的压差，开始时为pa-pv，随着抽气时间的增长，压差逐渐变小，最终趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。(2)地下水位降低，相应于增加一个附加应力。抽气前，地下水位离地面为H1，抽气后土体中水位降至H2，亦即下降厂(H1-H2)m，在此范围内的土体便从浮重度变为湿重度，,上一页,下一页,返回,第六节预压法,此时土骨架增加厂大约水高(H1-H2)的固结压力。(3)封闭气泡排出，土的渗透性加大
39、。如饱和土体中含少量封闭气体，在正压作用下，该气泡堵塞孔隙，使土的渗透性降低，固结过程减慢。但在真空吸力下，封闭气泡被吸出孔隙，从而使土的渗透性提高，固结过程加速。(三)设计要求(1)选择竖向排水体的形式，确定其间距、排列方式和深度。(2)确定预压区面积和分块，要求达到的膜下真空度和土层固结度。(3)真空预压下和建筑物荷载下的地基沉降计算，预压后的强度增长计算等。(四)加固深度 真空预压法的加固深度，取决于塑料排水板传递负压的深度。当形成负压边界后，若井阻趋近于零，而加固时间又较长时，塑料排水板传递负压可以达到很大的深度。当存在井阻时，加固深度就取决于井阻的大小。,上一页,下一页,返回,第六节
40、预压法,二、砂井堆载预压法设计(一)竖向排水固结度计算竖向排水固结度计算公式如下:(9-27)(9-28)(9-29)Tv-竖向固结时间因数(无量纲);Uv-竖向排水固结度;H-单面排水土层的厚度或双面排水时土层厚度的一半(cm);t-固结时间(S)，如荷载逐渐施加，则从加荷历时的一半开始;Cv-竖向固结系数(cm2/s);,上一页,下一页,返回,第六节预压法,kv-竖向渗透系数(MPa-1);e1-土的初始孔隙比;a-土的压缩系数(kN/m3);-水的重度。砂井地基竖向固结度可从图9-9中虚线查得。(二)径向排水固结度计算令每一砂井的影响范围相当于一个等面积的圆，砂井地基的固结渗流途径如图9
41、-10所示。瞬时加荷条件下，径向固结度Ur为:(9-30)(9-31),上一页,下一页,返回,第六节预压法,(9-32)(9-33)Ur-径向固结度;Tr-径向固结时间因数(无因次);Ch-径向固结系数(cm2/s);kh-土层水平向渗透系数(cm2/s);F-与n有关的系数;n-砂井影响范围的直径de与砂井直径dw之比，即n=de/dw，de-砂井影响范围等面积圆的直径(m)。当为等边三角形布桩时(9-34),上一页,下一页,返回,第六节预压法,当为正方形布桩时(9-35)式中l-砂井间距。(三)平均固结度计算(1)总的平均固结度计算:(9-36)式中Urv-平均固结度;Uv-竖向固结度;U
42、r-径向固结度。(2)时间对应的总荷载作用下的地基平均固结度计算公式为:(9-37)式中Ut-t时间地基的平均固结度;qi-第i级荷载的加载速率(kPa/d);,上一页,下一页,返回,第六节预压法,-各级荷载的累加值(kPa);Ti-1、Ti-分别为第i级荷载加载的起始和终止时间(从零点起算)，当计算第i级荷载过程中某时间t的固结度时，Ti改为t;-参数，按表9-7取用。对竖井地基，表9-7中所列尽值为不考虑涂抹和井阻影响的参数值。(3)瞬时加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，地基平均固结度为:,上一页,下一页,返回,第六节预压法,(9-38),上一页,下一页,返回,第六节预压法,-固结时间为t
43、时竖井地基径向排水平均固结度;kh-天然土层水平向渗透系数(cm/s);ks-涂抹区土的水平向渗透系数，可取ks=(1/51/3)kh(cm/s);s-涂抹区直径ds与竖井直径dw的比值，可取s=2.03.0，对中等灵敏黏性土取低值，对高灵敏黏性土取高值;L-竖井深度(cm);qw-竖井纵向通水量，为单位水力梯度下单位时间的排水量(cm3/s)。(4)一级或多级等速加荷条件下，考虑涂抹和井阻影响时竖井穿透受压土层地基之平均固结度可按式(9-37)计算，其中此时F按式(9-38)取值。(四)地基土抗剪强度计算地基土抗剪强度计算公式如下:,上一页,下一页,返回,第六节预压法,(9-39)(9-40
44、)-t时刻该点土的抗剪强度(kPa);-地基土的天然抗剪强度，由十字板剪切试验测定(kPa);-该点土由于固结而增长的强度(kPa);-预压荷载引起的该点的附加竖向压力(kPa);-该点土的固结度;-三轴固结不排水剪切试验求得的土的内摩擦角(o)。(五)沉降计算沉降的计算公式如下:(9-41)sf-最终竖向变形量(mm),上一页,下一页,返回,第六节预压法,e0i-第i层中点上自重压力所对应的孔隙比，由室内固结试验所得的孔隙比e和固结压力p(即e-p)。关系曲线查得;e1i-第i层中点上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的e-p关系曲线查得;hi-第i层土层厚度(mm);
45、-经验系数，对正常固结饱和钻性土地基可取，荷载较大、地基土较弱时取较大值，否则取较小值。(六)却荷标准可卸荷的条件有:(1)地面总沉降量达到预压荷载下计算最终沉降量的80%以上。(2)理论计算的地基总固结度达到80%以上。(3)地面沉降速度已降到0.51.0mm/d以下。,上一页,返回,第七节化学加固法,化学加固法是指采用化学浆液灌入或喷入土中，使土体固结以加固地基的处理方法。这类方法加固土体的原理是，在土中灌入或喷入化学浆液，使土粒胶结成固体，以提高土体强度，减小其压缩性和加强其稳定性。常用的化学加固法有高压喷射法和水泥土搅拌法。一、高压喷射注浆法(一)高压喷射注浆法的概念 高压喷射注浆法(
46、简称旋喷法)是将带有特殊喷嘴的注浆管，钻进到预定深度，然后利用高压(2040 MPa)泥浆泵使浆液以高速喷射冲切土体，从而使射人的浆液和土混合，经过凝结硬化，在地基中形成比较均匀的且具有很高强度的加固体。被加固体的形状和喷射移动方式有关，如喷嘴以一定转速旋转、提升时，则形成圆柱状的柱体，此方式称为旋喷;如喷嘴只提升不旋转，则形成壁状加固体，即所谓定喷。如喷嘴以一定角度往复旋转喷射，则称为摆喷。,下一页,返回,第七节化学加固法,(二)高压喷射注浆法的特点 高压喷射注浆法能够克服一般静压灌浆的缺点，它适用于标准贯入击数小于10的砂性土、小于5的钻性土以及不含瓦砾的填土。用高压喷射注浆法加固后，桩体
47、的单轴抗压强度视施工方法和掺入剂的配比而异。用高压喷射注浆法加固的地基，按复合地基进行设计与计算。计算参数可通过现场荷载试验确定。高压喷射注浆法适用于加固各种松软地基，以提高地基承载力。另外，还可采用定喷法形成壁状加固体，以改善地基土和水流性质以及边坡的稳定性。(三)高压喷射注浆法的分类 根据工程需要和机具设备条件，旋喷方法可分为如下三种:(1)单管法:单独喷射一种水泥浆液。(2)二重管法:同轴复合喷射高压水泥浆和压缩空气两种介质。(3)三重管法:同轴喷射高压水流、压缩空气和水泥浆液等三种介质。,上一页,下一页,返回,第七节化学加固法,(四)高压喷射法注浆加固设计 1.加固桩体的直径 加固桩体
48、的直径大小与土的类别、密实度及旋喷方法有关。单管旋喷方法所形成的旋喷桩直径，一般为0.30.8 m;三重管法所形成的桩体直径为1.02.0 m;二重管法所形成的桩体直径介于上述二者之间。2.承载力计算 竖向承载旋喷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。初步设计时，也可按下式估算:(9-42)(9-43)(9-44),上一页,下一页,返回,第七节化学加固法,-桩间土承载力折减系数，可根据试验或类似土质条件工程经验确定，当无试验资料或经验时，可取00.5，承载力较低时取低值;Ra-单桩竖向承载力特征值(kN)，可通过现场单桩载荷试验确定。也可按式(9-43)和式(9-44)估算，取
49、其中较小值;fsk-复合地基承载力特征值(kPa);Ap-桩的截面积(m2);fcu-与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7 mm的立方体);在标准养护条件下28天龄期的立方体抗压强度标准值(kPa);-桩身强度折减系数，可取0.33;d-桩的直径(m);n-桩长范围内所划分的土层数;hi-桩周第i层土的厚度(m);,上一页,下一页,返回,第七节化学加固法,qsi-桩周第z层土的摩阻力特征值(kPa)，可按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)有关规定或地区经验确定;qp-桩端地基土的承载力特征值(kPa)，可按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB
50、 50007-2002)有关规定确定。竖向承载旋喷桩复合地基宜在基础和桩顶之间设置褥垫层。褥垫层厚度可取200300 mm，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于30mm。(五)高压喷射注浆法的施工(1)施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。(2)高压喷射注浆的施工参数应根据土质条件、加固要求通过试验或根据工程经验确定，并在施工中严格加以控制。单管法及双管法的高压水泥浆和三管法高压水的压力应大于20 MPa。,上一页,下一页,返回,第七节化学加固法,(3)高压喷射注浆的主要材料为水泥，对于无特殊要求的工程，宜采用强度等级为42.5级及以上的普通
