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1、房产开发建筑地基处理知识 专 题 讲 座,中建一局集团2013年4月,2,3,目 录,一、岩土工程中几个重要概念 二、常见的建筑地基类型及问题 三、地基处理目的、原则、常用方法分类 四、几种典型桩型复合地基的特性 五、复合地基桩型的合理选用 六、地基处理方案的选择 七、常见地基事故与处理,4,一、岩土工程中几个重要概念,场地是指工程建设所直接使用的有限面积的土地。场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响场地的稳定性。地基（subgrade foundation soil）是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地土。基础（foundation）是承受上部结构的荷重并将荷重传到基础以下的土层结构
2、，具有承上启下的作用。它处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的内力（轴力、剪力和弯矩）。另外基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。复合地基（composite subgrade composite foundation）是指部分土体被增强或被置换,而形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。地基处理（ground treatment）是指为提高地基承载力，改善地基的变形性质或渗透性质，则事先要经过人工地基【竖向增强体复合地基（散体桩、柔性桩、刚性桩）、水平向增强体复合地基（垫层、加筋）】处理后再建造基础的地基加固方法。桩基（pile found
3、ation）由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。,5,二、常见的建筑地基类型及问题,2.1、特殊土地基1、软弱土地基：软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥和淤泥质土：是指在第四纪后期，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。人工填土：是指没有经过人工有目的压实的填土，可分为素填土、杂填土、冲填土。素填土：为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土，一般为开挖的弃料。杂填土：由于
4、人类活动而形成的无规则的废弃堆积物。由建筑垃圾、工业废物、生活垃圾等杂物组成。冲填土：为由水力冲填泥砂形成，因此其含水量很高，常常大于液限。其中粘粒含量较高的冲填土，排水固结很慢，多属于高压缩性、低抗剪强度的欠固结土。其力学性质较差。,6,天然孔隙比大：e1 天然含水量高：wwl 物 抗剪强度低软 理土 力 压缩系数高的 学 特 渗透系数小 性 灵敏度高 具有明显的流变性流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。,7,淤泥：e1.5 软土 淤泥质土：1.5 e1.0 地基承载力低 软土地基的 工程特性 建筑物的沉降和差异沉降较大 建筑物沉降历时长 注:根据建筑地基基础
5、设计规范（GB50007-2002）条:一般的多层建筑物在施工期间完成的沉降量,对砂土地基,可认为其最终沉降量已完成80%，对其它低压缩性土可认为其最终沉降量已完成50%80%，对中压缩性土可认为其最终沉降量已完成20%50%，对高压缩性土可认为其最终沉降量已完成5%20%。故软土地基采用垫层法处理要非常慎重，因为软土地基的建筑物其最终沉降量历时间几年到几十年不等。,8,2、湿陷性黄土地基：黄土是一种含大量碳酸钙、硫酸盐类、肉眼能观察到大孔隙的黄色粉状土。碳酸钙、硫酸钙等盐类在湿陷性黄土骨架中起胶结和半胶结作用。由于碳酸盐属难溶盐，相对稳定，影响湿陷性程度变化的主要是中溶盐硫酸钙等的含量水平。
6、黄土分为二种：一种为非湿陷性黄土，一种为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重与非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土具有如下特征：颗粒组成以粉粒为主，含量约占60%以上；天然孔隙比较大，一般多在1.01.1之间；天然含水量较低，饱和度在10%50%之间；在不浸水的情况下，一般结构强度较高，压缩性较低，浸水后可使溶盐溶解，颗粒间粘结力下降，在自重或外荷作用下发生新的变形。湿陷性黄土地区的地基问题，主要是水引起地基土的湿陷，造成建筑物过大的沉降，引起建筑物的开裂。,9,湿陷性黄土地基常用的地基处理方法,10,3、膨胀土地基：膨胀土系指粘粒成份主要由强亲水性矿物组成,具有较大胀缩性的土。膨胀土可根据粘粒矿物成份划
7、分成两大类：一类是以蒙脱石含量为主，一类是以伊利石含量为主。膨胀土具有如下特征：室内土工试验测得的自由膨胀率一般大于40%；天然情况下的膨胀土，多呈坚硬硬塑状态，液性指数接近零，压缩性不高，压缩模量一般为912MPa；抗剪强度较高，但浸水后强度值会大大降低；裂隙发育，裂隙一般上大下小，深度增大，渐渐尖灭。膨胀土层内一般无地下水。上层滞水和裂隙水变化无常，土的渗透性低。膨胀土地基的主要问题主要表现为降水和蒸发、地温变化等原因，造成水份转移，引起建筑物上升，或失水收缩引起建筑物下沉，或随季节性变化地基上升或下降周期性变化，造成建筑物局部开裂。膨胀土地基处理可采用换土垫层、土性改良等方法处理。但必须
8、注意进行压实填土施工时，不得使用粗颗粒的透水性材料作填料。,11,4、多年冻土地基 无论是冬夏均处在冻结状态、且连续保持三年以上的土层为多年冻土。多年冻土的地基问题主要原因是解冻。由于气候变化，气温上升，土中冰自然融解，或因建筑物覆盖或采暖引起地温升高，使地基中的冰融解，造成塌陷现象。解冻后的土的强度大大降低，使土从基础下挤出，造成建筑物不均匀下沉。导致建筑物的开裂或倾斜。,12,2.2、非均匀地基 非均匀地基系指主要持力层范围内由多层土组成，各层土的坡度一般比较大。若采用天然地基，可能引起地基的不均匀下沉，导致建筑物的开裂或倾斜。2.3、山区地基 山区地基可分为下卧层基岩表面呈倾斜岩层地基，
9、岩土交错地基、局部软弱地基。山区地基的主要问题是滑坡，滑坡造成建筑物失稳和不均匀沉降，导致建筑物的开裂或倾斜。2.4、可液化地基 松散饱和的粉细砂、粉土，当埋藏不深时，在地震荷载或其它动荷载作用下，使孔隙水压力急剧上升，土的有效应力迅速降低，这种现象称为土体液化。土体液化时，地基发生喷砂冒水现象，造成建筑物不均匀下沉或损坏。,13,2.5、大面积人工填土地基 人工填土一般分为三类：素填土、杂填土和冲填土。素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土组成的填土，其中有时有少量的杂质；杂填土是由建筑物垃圾、工业垃圾、生活垃圾等杂物组成的填土；冲填土是水力冲填泥砂形成的填土。一般填土地基都要求进行处理，特别是
10、杂填土地基，由于生活垃圾和有机物的存在，腐烂后有沼气产生。对这样的填土地基既要消除过大的沉降和不均匀沉降，又要消除沼气对人体的危害。2.6、均匀地基 地基土层可能是单一的或多层的，各层坡度一般小于是10%、软土层小于5%的地基，称为均匀地基。即使是均匀地基，在建高层建筑时，有时会因为主楼和裙楼，变形不一定满足要求，也应对地基进行加固处理，满足建筑物对差异沉降的要求。,14,三、地基处理目的、原则、常用方法分类,由于我国的土地资源越来越紧张，有很多建筑物不得不在不良地基上建筑，当承载力和变形不能满足设计要求时，需要对地基进行处理；另外，随建筑物的造型复杂化，建筑物的荷载日益增大和不均匀，对变形的
11、要求也越来越高，即使一些良好的地基，在有些条件下也需要对地基进行处理。地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度。地基处理的原则：地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。常见的地基处理方法按加固机理及便于加固后的承载力分析可分为换土垫层法、密实法、复合地基法、加筋法、灌浆法等处理方法。,15,16,3.1、密实法1、排水固结预压法是利用地
12、基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而使土层发生固结，称为竖向排水固结。根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比。因此，为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。堆载预压法 真空预压法 堆载预压加密法利用堆载，使地基土排水固结加密，卸除荷载后地基土
13、超固结而加固。为加速固结常采用砂井、袋装砂井、塑料排水板等竖向排水措施。堆载预压加密法设计包括排水系统和加压系统两部分,排水系统包括竖向排水体的材料选用,排水体长度、断面、平面布置的确定；加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用。加固后地基承载力的大小取决于堆载荷重的大小。,17,堆载预压与真空预压不同，真空预压可一次性将荷载值加到最大值，而不必考虑地基产生剪切破坏。堆载预压则必须考虑加荷速率对土体产生的影响，一般采取分级施加荷载，每天要进行竖向变形、边桩位移、孔隙水压力观测，并要求竖向变形每天不超过10mm，边桩位移每天不超过4mm。真空预压法通过覆盖于排水竖井上部地基表面上的不透气薄膜
14、，在膜内形成真空，使地基在大气压力下预压固结。2、强夯法：是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用，使土体的密度增加、强度提高和压缩性降低。同时强夯过程中，由于巨大能量的冲击，使夯点周围产生裂缝，形成良好的排水通道，加快孔隙水压力的消散，从而使土进一步加密。相同的夯击能在不同的土中，对土体密度增加的效果显著不同。饱和度较高的粘性土，特别是淤泥、淤泥质土，处理后土体密度增加的效果不明显，对此类土应慎用强夯法。强夯法对碎石土、砂土、粉土、杂填土
15、、素填土及低饱和度的粘性土、湿陷性黄土均有较好的加固效果。,18,3、夯实法及碾压法：通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。土的压实原理 大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。1.最优含水量 对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在
16、一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。2.压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。,19,3.2、换填垫层法,换填垫层法:当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱土地基或特殊土地基，即将基础下一定深度
17、内的软弱土或不良土挖去，回填抗剪强度较大、压缩性较小，如砂、砾、石渣、灰土、粉煤灰、矿渣等，并分层夯压实，形成双层地基。换填垫层法适用范围:各种软弱土地基（淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等）及暗沟、暗塘的浅层地基处理。注：对于处理较深的软弱土层，经常由于地下水位高而需采取降水措施，坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多等因素，从而使地基处理的费用增高、工期拖长，因此换填垫层法的处理深度宜控制在3m以内，但不宜小于0.5m，因为垫层太薄，垫层作用不明显。实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土
18、垫层等。,20,垫层的主要作用：1.有效扩散基底压力，提高浅基础下地基的承载力；2.减少地基的沉降量；3.加速基底下软弱土层的排水固结；4.消除或部分消除土的湿陷性 5.防止冻胀；6.消除膨胀土的胀缩作用。7.改善土的抗液化性。垫层施工：应根据不同的换填材料选择施工机械，素填土宜用平碾，砂石宜用振动碾和振动压实机。当有效夯实深度内饱和度小于或接近60%时，可采用重锺夯实。垫层坑底土层的处理：基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待垫层施工前，再挖到设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏、受冻、或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150300mm厚的砂垫
19、层或设一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏。垫层检验：对素土、灰土和砂垫层可采用环刀法或轻便触探法等其它方法检验。垫层的质量检验必须分层进行。,21,3.3、复合地基法,复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体（桩体），使桩土共同承担由基础传来的建筑物荷载，并具有密实法和置换法的效应。根据桩体的材料性状，可将复合地基分为：散体材料桩复合地基；一般粘结强度桩复合地基；高粘结强度桩复合地基。复合地基效应：置换作用（桩体效应）：复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载的作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样由于桩的作用使复
20、合地基承载力提高，变形减少，工程中称之为置换作用（桩体效应）。工程实践表明：复合地基置换作用的大小，主要取决于桩体材料的组成。散体桩置换作用最小，高粘结强度桩置换作用最大。散体桩，增加桩长，对复合地基置换作用影响不大；一般粘结强度桩，特别是高粘结强度桩，增加桩长，对复合地基置换作用明显提高。,22,挤密、振密作用：对松散填土、松散粉细砂、粉土，采用非排土和振动成桩工艺，可使桩间土孔隙比减小、密实度增加，提高桩间土的强度和模量。如振动沉管挤密碎石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩，对上述类型的土具有挤密、振密效果。此外，如石灰桩，即使采用了排土工艺，由于石灰吸水膨胀，使桩间土局部产生挤密作用。桩间
21、土的挤密和振密是复合地基承载力提高的重要组成部分。但是需要指出的是，对于饱和软粘土、硬的粘性土、粉土、密实砂土，振动沉桩工艺不但不能使桩间土挤密、振密，反而使土体的结构强度丧失，孔隙比增大、密实度减小、承载力降低。排水作用：复合地基中的桩体中，很多具有良好的透水性。例如碎石桩、砂桩是良好的排水通道。由生石灰和粉煤灰组成的石灰桩，也具有良好的透水性，其渗透系数相当于粉细砂的量级；振动沉管CFG桩在桩体初凝前也具有相当大的渗透性。可使振动产生的超孔隙水压力，通过桩体得以迅速消散。桩体的排水作用，有利于孔隙水压力消散、有效应力增长、桩间土强度和复合地基承载力提高。减载作用：对排土成桩工艺，用轻质材料
22、取代原土成桩，在加固土层范围内,复合土层的有效重度将比原土有明显的降低,这就是复合地基的减载作用。桩对土的约束作用：桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。使得复合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。,23,3.4、加筋法,1、土工合成材料加筋在地基土体中埋置水平向的土工合成材料等形成加筋土复合垫层。其原理就是通过土体与筋体之间的摩擦作用，使筋体承受拉力，而筋间土体承受压应力及剪应力，使加筋土中的土体和加筋体都能较好地发挥自己的潜能，达到增大压力扩散角，提高地基的承载力和地基稳定性，减少地基的沉降的目的。2、换填垫层中加入土工筋带后，垫层性状得到极大的改善。与松散垫层相比，加筋垫层的抗拉和抗剪性能得
23、到提高，有效地阻止了垫层的断裂和剪切破坏，保障了垫层的完整性和整体刚度。加筋垫层由此成为一种刚性较好的“梁板式”构件。3、加筋垫层的工作机理：在建筑荷载作用下，筋带与土颗粒界面的摩擦作用，一方面限制了颗粒之间的运移，从而使垫层的整体性能得到改善；另一方面筋带内部产生了较大的内应力，从而抵消了部分建筑荷载，并将建筑荷载均化传递分布到地基土中，可以较好地起到换填作用。因此，加筋垫层中的土工筋带与土体紧密贴合，且筋带具有远高于被加固的软弱地基土的模量。4、适用于软土地基加固以及支挡结构、护坡工程。5、加筋垫层施工与垫层施工类似。,24,3.5、灌浆法,注浆法用浆液填充、压密、置换加固土层，改善土体的
24、物理力学性能，从而提高地基土承载力，消除地基的湿陷性或防渗的目的。一般要求：对软弱土地基处理，可选用以水泥为主剂的浆液，在有地下水流动的情况下，选用水泥和水玻璃的双液型混合浆液。注浆孔间距可选用0.61.8m，。并应能使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体。水泥浆的常用水灰比为1.0，浆液的初凝时间应根据地基土质条件和注浆目的确定，在砂土地基中，浆液的初凝时间应为520分钟；在粘性土地基中，浆液的初凝时间应为12小时。注浆量和注浆有效范围应通过现场注浆试验确定，在粘性土地基中，浆液的注入率宜为15%20%；注浆压力常选用0.51.5MPa。在砂土地基中，压密注浆采用大值。施工要点：注浆孔的
25、孔径宜为70110mm，钢花管注浆法施工可用钻孔或采用振动法将钢花管置入土层，注浆顺序自下而上。注浆时可掺入粉煤灰代替部分水泥，掺入量可为水泥重量的20%50%。根据工程需要，可在浆液的伴制过程中加入速凝剂，减水剂，防析水剂。注浆流量可取710L/min，对充填型注浆注浆流量不宜大于20L/min。注浆顺序应按跳孔间隔注浆方式进行，并宜采用先外围后内部的注浆施工方法。当地下水流速大时，应从水头高的一端开始注浆。适用于各种地基。,25,四、几种典型桩型复合地基的特性,4.1 碎石桩复合地基 碎石桩桩体及复合地基有如下的主要特点：碎石桩系散体桩，桩体本身没有粘结强度，主要靠周围土体的约束传递基础传
26、来的垂直荷载。试验数据表明，围压3对碎石桩破坏时的主应力差有着显著的影响，3越大，破坏时的主应力差越大；也就是说，土越软，对桩的约束作用越差，桩体传递垂直荷载的能力越弱。试验表明：桩顶承受垂直荷载后，桩顶以下一个不大的范围产生压胀区，压胀区大小与基础大小有关。基础宽度越大，压胀区深度也越大。压胀区以下传递垂直荷载的能力甚小。当桩长大于压胀区深度后，靠增加桩长提高单桩承载力是很困难的，因此碎石桩有一个临界桩长的概念。也就是说：通常距桩顶23倍桩径范围为高应力区，当大于610倍桩径后，轴向力的传递收敛很快，当桩长大于2.5倍基础宽度后，即使桩端落到好的土层上，桩的端阻作用也很小。在诸多复合地基增强
27、体中，碎石桩作为散体材料，置换作用最差。施工工艺一般采用振动成桩工艺，使桩间土挤密、振密，提高桩间土的承载力和模量。就复合地基的置换作用和挤密作用而言，由于碎石桩的置换作用在诸多桩型中是最弱的，因此地基处理设计时应侧重于桩间土的挤密效应。碎石桩主要用于加固松散粉细砂、粉土、可液化土及挤密效果好的填土。,26,4.2、石灰桩复合地基 石灰桩复合地基的特点：桩体由固化剂生石灰和活性材料粉煤灰、火山灰或惰性材料干砂按一定比例配制而成。试验数据表明，围压3对桩破坏时的主应力差有着显著的影响，3越大，破坏时的主应力差越大；也就是说，围压越大，桩体传递垂直荷载的能力越强。桩体中的CaO成份，使得桩体具有吸
28、水膨胀挤密桩间土的作用，石灰对桩间土有很强的吸水作用和离子交换作用，在饱和土中，桩间土中的水份被桩体吸收，改善了桩间土的物理力学性质，使桩间土强度有一定提高。石灰桩用粉煤灰作为掺和料时，使桩体的重度比天然土体小30%左右，具有明显的减载作用，且桩体孔隙比较大，e多在1.31.7之间，其渗透性与粉细砂相当，桩体是良好的排水通道。石灰桩复合地基桩土应力比在25之间，复合地基既有挤密作用又有置换作用。适用于杂填土、素填土、饱和粘性土、淤泥、淤泥质土地基。采用排土成桩工艺，不产生振动和噪声污染，但需对石灰粉和粉煤灰作适当处理，防止污染环境，特别要防止夯实桩体时偶尔可能发生的冒顶产生的高温对工人造成烫伤
29、。,27,4.3、水泥土桩复合地基 深层搅拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水
30、泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有：1.水泥掺入比 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当aw5%时，由于水泥与土的固化反应过弱，对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的aw约为725%。,28,2.龄期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T28d后强度仍有较大增长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。3.地基土的含水量 当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。4.水泥标号 水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比
31、相同的条件下，水泥标号每提高一个等级，水泥土的无侧限抗压强度约增大2030。5.水泥土搅拌桩的不均匀性 水泥土搅拌桩最明显的不足之处是它的桩身的不均匀性。其一，搅拌本身是不均匀的。目前的施工工艺无法使现场搅拌和试验室一样均匀，即水泥固化剂不是均匀地分布在桩体中，导致现场搅拌的水泥土搅拌桩体强度远远小于相同水泥掺入量的试验室的强度。其二，桩身强度沿轴线不是均匀的。一般情况下土是分层的，而桩身强度与原土密切相关，若其中有的土层含水量高、孔隙比大、塑性指数大，则在该层土中形成的水泥土桩强度就小，很可能单桩承载力由这一层控制。因此在岩性变化较大并夹有软弱透镜体的地基中，水泥土桩的单桩承载力和复合地基承
32、载力都比较离散。,29,5.添加剂 不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。6土中的有机质含量 由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。,30,4.4 夯实水泥土桩复合地基 夯实水泥土桩是用人工或机械成孔，选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在孔外充分拌和均匀配制
33、水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩。水泥土桩的桩体强度一般由两部份组成。其一为水泥的胶结强度；其二为土体的密实强度，它是由土体的密度增加而引起的。对前述的搅拌水泥土桩，由于其桩体密实度较天然地基密度增加甚微，所以水泥土桩的强度增量主要取决于水泥的胶结作用。夯实水泥土桩与水泥土搅拌桩的区别主要在于以下两点：夯实水泥土桩是将水泥与土在孔外充分拌和，拌和的均匀程度远远高于现场搅拌的水泥土。所以夯实水泥土的现场强度和相同水泥掺量的室内强度，在夯实密度相同的条件下是相等的。由于成桩是将孔外拌和均匀的水泥土混和料回填孔内并强力夯实，桩体强度与天然土强度相比，有一个很大的增量。这一增量既是
34、水泥的胶结强度，又有水泥土密度增加产生的密实强度。基于以上差异，相同的水泥掺量下，夯实水泥土桩的桩体强度为水泥土搅拌桩的桩体强度的210倍。,31,夯实水泥土桩桩体和复合地基有如下特点：水泥土最大干密度和最优含水量：以粉土为例，不同掺入比Sn（Sn 为掺入的水泥质量与干土质量之比）的水泥土最大干密度max和最优含水量wopt见下表。夯实水泥土桩的最大干密度接近或等于土料的最大干密度，最优含水量略大于土料的最优含水量。,32,桩体强度与水泥掺量的关系：不同土质材料、不同水泥掺入比Sn和不同龄期桩体强度。水泥掺入比Sn 越大，则桩体强度越高。对粉土和粉质粘土，不同水泥掺入比Sn 的试验曲线比较接近
35、，而对砂土水泥掺入比Sn 对桩体强度影响是显著的，Sn=1：5比Sn=1：8的28天强度高了近一倍。这是因为砂土夯实引起的密实强度很小，主要是水泥的胶结作用。而粉土、粉质粘土夯实引起的密实强度起重要作用，水泥掺量的影响不显著。不同养护条件下的水泥土桩桩体强度：不同土质材料（砂土和粉土）、不同水泥掺入比Sn，在空气中、水中、先在空气再在水中养护得到的不同龄期的试块强度见下表。表中数据表明：对于砂土，当水泥掺入比Sn 大时，养护条件的变化对桩体抗压强度影响不大，龄期影响是主要的；水泥掺入比Sn 小时，28天龄期后，增加养护时间，强度增加不大；水中养护比空气中养护强度有所降低。,33,不同水泥品种对
36、水泥土桩强度的影响：从下表可以看出，425号普通硅酸盐水泥的试块强度较高。在工程上优先选用这种水泥。,34,桩体的抗冻性：夯实水泥土桩在冬季施工时，桩体强度会不会受影响，是需要弄清的一个问题，下表给出了不同冻结时间、不同养护期水泥土的无侧限抗压强度。从表中可以看出：冻结对夯实水泥土桩的强度影响不大，对强度起控制作用的是龄期。,35,水泥拌和料放置时间对水泥土强度的影响：水泥与土按一定配比拌和后，放置不同的时间，控制相同的夯实功成样，做无侧限抗压强度试验，试验结果在15小时以内无侧限抗压强度随放置时间的变化率很大（无侧限抗压强度由大变小），之后无侧限抗压强度随放置时间的变化率很小，无侧限抗压强度
37、很小。工程中以水泥土的放置时间不超过2小时为宜，否则就影响水泥土的无侧限抗压强度。桩体的应力应变曲线：三轴试验的桩体应力应变曲线结果表明：由于桩体的强度比水泥土搅拌桩的桩体高得多，故破坏时主应力差与围压3关系不大。夯实水泥土桩的适用范围：适用于处理地下水位以上的淤泥质土、人工填土、粉土、粘性土地基。并通过褥垫层与桩和基础相联系。不同成桩工艺的复合地基效应：夯实水泥土桩施工多用于排土成孔，此时复合地基只有置换作用；对松散填土可采用挤土成孔工艺，此时复合地基既有置换作用又有挤密作用。,36,4.5 CFG桩复合地基CFG桩（Cement Fly-ash Gravelpile的简称）就是在碎石桩桩体
38、中掺加适量的石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和，制成一定强度较高的桩体。水泥粉煤灰碎石桩法施工工艺：地下水位以上，采用长螺旋钻成孔，后灌注混凝土成桩；成孔采用长螺旋钻孔，然后从长螺旋钻杆的管内泵压混合料成桩；振动沉管，灌注混凝土成桩，与桩间土一起形成刚性桩复合地基。适用于粉土、粘性土、饱和黄土、已在自重固结下的素填土、砂土等。CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。需要指出的是褥垫层是复合地基的重要组成部分，是高强粘结强度桩形成复合地基的必需条件。由于CFG桩可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可很好地发挥端阻，在复合地基增强体中，它的置换作用最强。复合地基承载力提高幅度大，复合模量高，地基变形小
39、。对具有挤密效果的土，施工时采用振动成桩工艺，桩间土具有挤密作用，此时承载力提高幅度值既有挤密分量又有置换分量。但采用振动打桩机产生的振动和噪声污染，在城区或居民区限制使用。对采用排土成桩工艺，如长螺旋钻，适合城区或居民区使用。,37,五、复合地基桩型的合理选用,5.1 桩型及工艺简介复合地基国内常用的桩型有：碎石桩砂桩土桩石灰桩灰土桩渣土桩搅拌水泥桩夯实水泥土桩CFG桩。复合地基成桩设备及施工工艺对桩间土的影响而言，可分为两大类：一类对桩间土不产生扰动，土的结构性没有变化，桩间土不发生强度增长或降低，如洛阳铲成孔工艺或长螺旋钻成孔工艺；另一类对桩间土产生较显著扰动或振密、挤密，土的受到破坏，
40、桩间土发生强度增长或降低，如振动沉管工艺或振冲工艺等；5.2 复合地基承载力提高幅度无论选用何种桩型和工艺，地基承载力提高幅度值都是一个倍受重视的主要问题。我们做一下承载力分析。复合地基承载力可表示为下式：fsp,k=fk+f 式中：fsp,k：复合地基承载力标准值，kPa；fk：天然地基承载力标准值，kPa；f：承载力提高幅度，kPa；f 由两部分组成，即 f=fj+fz式中：fj：成桩对桩间土振动或挤密引起承载力提高的密实分量，kPa；fz：桩的置换作用引起承载力提高的置换分量，kPa；影响 f 的因素很多，除了设计参数外，土的性质、施工工艺、机具和桩体材料（桩型）均与 f 密切相关。,3
41、8,1、土的性质 土按振动挤密效应大致可分为:振动挤密效果好的土。如松散粉砂、松散填土、粉土等。可振动挤密的土。如密度不大、塑性指数偏低的粉质粘土等。不可挤密土。如饱和的塑性指数大的淤泥质粘土以及密度很大的粘性土等。2、施工工艺 无振动挤密作用的工艺。如洛阳铲成孔工艺或长螺旋钻成孔工艺等。有振动挤密作用的工艺。如振动沉管工艺或振冲工艺等其它桩型。无振动挤密作用的工艺，密实分量 fj=0。有振动挤密作用的工艺，对振动挤密效果好的土，桩间土的承载力可显著提高；对可振动挤密的土，桩间土的承载力有所提高，但不明显；对不可挤密土，振动挤密效果为零，有时反而破坏原土的天然结构，造成承载力下降。3、桩体材料
42、 桩体材料按粘结强度从低到高可分为散体材料(如碎石桩)、低粘结强度材料(如生石灰、粉煤灰混合物)、中等粘结强度材料(如夯实水泥土)和高粘结强度材料(如CFG桩桩体材料)等。随着桩体材料粘结强度的增长，桩的置换作用也越强，桩的置换分量 fz也相应越大。,39,5.3 方案选择的基本原则 方案选择的实质，是根据设计要求的承载力提高幅度f，针对场地土质，选择适当的工艺、机具和桩型，不仅要满足设计要求，还要做到经济合理。采用对桩间土不产生扰动或挤密的成桩工艺，或地基土为不可挤密的土，则密实分量 fj=0，因此f唯一取决于置换分量fz。当f较小时，桩体材料可选用散体材料或低粘结强度材料；当f较大时，桩体
43、材料可选用中等粘结强度材料或高粘结强度材料。对可振动挤密土和振动效果好的土，应优先考虑振动挤密工艺，此时f既含有密实分量 fj，也含有置换分量 fz。通常可根据经验预估密实分量 fj，余下的部分（f-fj）由置换分量 fz承担。当（f-fj）较小时，可选择强度较低的散体桩或低粘结强度桩；当（f-fj）较大时，可选择中等粘结强度桩或高粘结强度桩。举例：天然地基承载力标准值fk=50 kPa的粉细砂，设计要求加固后的复合地基承载力标准值fsp,k=150kPa。根据已有经验，采用振动沉管打桩机施工，桩间土挤密可使地基承载力提高80kPa，即密实分量 fj=80kPa，设计要求f=100kPa，则置
44、换分量 fz=f-fj=100kPa-80kPa=20kPa。显然选择振动沉管挤密碎石桩即能满足设计要求。对同一条件的地基土，若设计要求加固后的复合地基承载力标准值fsp,k=300kPa，同样采用振动沉管打桩机施工工艺，密实分量 fj=80kPa，则置换分量 fz=f-fj=250kPa-80kPa=170kPa。此时，振动沉管挤密碎石桩就不能满足设计要求，可选用振动沉管CFG桩复合地基。由于CFG桩的置换作用远远大于碎石桩的置换作用，可以满足上述设计要求。当然，方案的合理性除了技术合理外，还要考虑当地材料、造价、设备条件、周围环境的要求及工期多种因素。,40,41,42,43,44,六.地
45、基处理方案的选择,地基处理方案的选择，需要了解地基处理的目的、建筑物对地基的具体要求，设计要求的地基承载力，土的性质、施工工艺及设备能力、对施工周期的要求，以及当地积累的施工经验、周围环境对施工的特殊要求等。1、地基处理方案的选择应具备的资料 岩土工程勘察报告：岩土工程勘察报告是地基处理方案的基础资料。其结果的准确程度直接关系到地基处理方案的优化结果。了解周围环境对地基处理施工的要求地基处理施工会对周围环境施工有一定的影响，施工工艺的不同对环境的要求也不同，如噪声污染，在居民区就不能使用振动沉管工艺；如场地周围存在地下管线，就不宜在地下管线附近使用挤土施工工艺。如采用真空预压法或降水预压法，往
46、往会使邻近建筑物及周围地区产生附加沉降。如采用高压喷射注浆法或石灰桩，有时会污染环境。了解类似场地上同类工程地基处理经验 我国地域辽阔，土的工程性质很复杂，在进行地基处理设计时，重视当地成功的经验，尤其是了解区域性土和施工工艺的特殊性，对选定的地基处理方案极为重要。,45,提供对地基处理的设计要求 地基处理设计要求一般包括地基承载力、地基变形量控制，以及建筑和结构的特点（建筑物的体型、荷载大小、分布和种类；基础类型、布置和埋深；基底压力、天然地基承载力以及变形容许值。），以便在进行地基处理设计时综合考虑。2、方案比较 根据场地的地质条件、工程结构类型、荷载大小、使用要求，并结合周围环境、材料情
47、况、施工条件、工期和造价因素，初步选取几种可供考虑的地基处理方案。另外在选择地基处理方案时,应同时考虑上部结构、基础、地基的共同作用；也可选择加强结构措施和处理地基相结合的方案。对初步选取几种可供考虑的地基处理方案，分别从可能得到的处理效果、材料、机具条件、施工进度以及对环境的影响等方面考虑，并结合当地已有经验，选择最佳的地基处理方案，也可选择两种或几种地基处理方法的综合处理方案。对选取的地基处理方案，根据建筑物安全等级和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场实体试验，以调试机械设备、施工工艺、用料及配比等施工参数，并检验设计参数和加固效果，如达不到设计要求时，应查明原因采取措施或修
48、改设计。在进行地基处理设计时，对加固后的地基，除应满足地基承载力要求外，还应满足工程对地基土的特殊要求。,46,3、复合地基处理选择：地质条件对于地基处理方法的选择是至关重要的，应充分了解和掌握此场地的地形、地质成因、地基土层状况；软弱土层的厚度、不均匀性和分布范围；持力层位置及状况，地下水及地基土的物理力学性质。注：如根据软弱土层的厚度确定地基处理方案，当软弱土层的厚度较薄时，可采用简单的浅层加固方法，如换土垫层法；当软弱土层的厚度较厚时，可按加固土的特性和地下水位的高低，采用排水固结法、水泥土搅拌法、挤密桩法、振冲法或强夯法等。如遇砂性土地基，若主要考虑解决砂土的液化问题则一般采用强夯法、
49、振冲法、挤密桩法或注浆法等。如遇软土层中夹有薄砂层，则一般不需要设置竖向排水井，而可直接采用堆载预压加密法或采用挤密桩法等。如遇淤泥质土地基，由于其透水性差，一般应采用竖向排水井和堆载预压加密法水泥土搅拌桩法、土工合成材料法。如遇杂填土、含粉细砂的冲填土或湿陷性黄土地基，在一般情况下可采用深层密实法等。,47,实际工程中，很多情况下采用一种地基处理方法就可以满足设计要求。但有时仅用一种地基方案，加固效果并不能取得满意的效果，此时需要两种甚至两种以上的方法联合处理。3.1 真空预压和堆载预压以及复合地基法的联合使用：对冲填不久的超软土,采用真空预压,预压荷载可一次到位,应该说是比较合理的一种处理
50、方案。但真空预压在目前的条件下承载力只能达到80kPa左右，当设计要求的承载力要求较高时，真空预压固地基不能满足设计要求，可考虑真空预压与堆载预压联合使用；当承载力要求更高时，还可考虑真空预压与复合地基联合使用。3.2碎石桩和高粘结强度桩联合使用处理可液化地基 对可液化地基，当只是消除液化为目的时，采用振冲碎石桩、挤密碎石桩或强夯法是可行的。特别是碎石桩，本身是良好的排水通道，在地震荷载作用下，孔隙水可以沿桩体排出，成桩时对土的挤密作用，不仅有利于消除液化，而且对提高地基承载力有一定作用。当建筑物荷载要求较大时，除了要求消除地基的液化外，还要求地基的承载力有大幅度的提高。此时采用碎石桩虽然能消
