軟土地基處理課程的內(nèi)部講義

1、2013年軟土地基處理課程的內(nèi)部講義處理方法與特點(diǎn)復(fù)合地基計(jì)算原理換填法設(shè)計(jì)強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)預(yù)壓法設(shè)計(jì)水泥土攪拌法設(shè)計(jì)托換技術(shù)4.1地基處理方法4.1.1地基處理的目的軟土地基處理的目的是利用換填、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法對(duì)地基土進(jìn)行加固，用以改良地基土的工程特性，主要包括：1)提高地基的抗剪切強(qiáng)度2)降低地基的壓縮性 3)改善地基的透水特性 一種增加地基土的透水性加快固結(jié)，另一種是降低透水性或減少其水壓力（基坑抗?jié)B透）。4.1.2 地基處理方法分類及應(yīng)用范圍軟土地基處理的基本方法主要有置換、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋、和熱學(xué)等方法。常用地基處理方法的原理、作用及適用范圍如下。1.

2、 換土墊層法(1)墊層法 其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實(shí)土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級(jí)干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調(diào)濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機(jī)械碾壓、平板振動(dòng)和重錘夯實(shí)進(jìn)行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結(jié)的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。(2)強(qiáng)夯擠淤法 采用邊強(qiáng)夯、邊填碎石、邊

3、擠淤的方法，在地基中形成碎石墩體?？商岣叩鼗休d力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質(zhì)土地基，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能確定其適應(yīng)性。2.振密、擠密法振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動(dòng)、擠壓使地基土體孔隙比減小，強(qiáng)度提高，達(dá)到地基處理的目的。軟土地基中常用強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法 利用強(qiáng)大的夯擊能，迫使深層土液化和動(dòng)力固結(jié)，使土體密實(shí)，用以提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。3.排水固結(jié)法 其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固結(jié)法主

4、要由排水和加壓兩個(gè)系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，尤其是上海地區(qū)多夾砂薄層的特點(diǎn)，也可設(shè)置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類的豎向排水體。加壓主要是地面堆載法、真空預(yù)壓法和井點(diǎn)降水法。為加固軟弱的粘土，在一定條件下，采用電滲排水井點(diǎn)也是合理而有效的。(1)堆載預(yù)壓法 在建造建筑物以前，通過臨時(shí)堆填土石等方法對(duì)地基加載預(yù)壓，達(dá)到預(yù)先完成部分或大部分地基沉降，并通過地基土固結(jié)提高地基承載力，然后撤除荷載，再建造建筑物。臨時(shí)的預(yù)壓堆載一般等于建筑物的荷載，但為了減少由于次固結(jié)而產(chǎn)生的沉降，預(yù)壓荷載也可大于建筑物荷載，稱為超載預(yù)壓。 為了加速堆載預(yù)壓地基固結(jié)速度，?？膳c砂井法或塑料排水帶法等同

5、時(shí)應(yīng)用。如粘土層較薄，透水性較好，也可單獨(dú)采用堆載預(yù)壓法。適用于軟粘土地基。(2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等) 在軟粘土地基中，設(shè)置一系列砂井，在砂井之上鋪設(shè)砂墊層或砂溝，人為地增加土層固結(jié)排水通道，縮短排水距離，從而加速固結(jié)，并加速?gòu)?qiáng)度增長(zhǎng)。砂井法通常輔以堆載預(yù)壓，稱為砂井堆載預(yù)壓法。適用于透水性低的軟弱粘性土，但對(duì)于泥炭土等有機(jī)質(zhì)沉積物不適用。(3)真空預(yù)壓法 在粘土層上鋪設(shè)砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對(duì)砂墊層及砂井抽氣，使地下水位降低，同時(shí)在大氣壓力作用下加速地基固結(jié)。適用于能在加固區(qū)形成(包括采取措施后形成)穩(wěn)定負(fù)壓邊界條件的軟土地基。(4)真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法 當(dāng)真

6、空預(yù)壓達(dá)不到要求的預(yù)壓荷載時(shí)，可與堆載預(yù)壓聯(lián)合使用，其堆載預(yù)壓荷載和真空預(yù)壓荷載可疊加計(jì)算。適用于軟粘土地基。(5)降低地下水位法 通過降低地下水位使土體中的孔隙水壓力減小，從而增大有效應(yīng)力，促進(jìn)地基固結(jié)。適用于地下水位接近地面而開挖深度不大的工程，特別適用于飽和粉、細(xì)砂地基。(6)電滲排水法 在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水從陽極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽極附近補(bǔ)充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩(wěn)定性。適用于飽和軟粘土地基。 4.置換法 其原理是以砂、碎石等材料置換軟土，與未

7、加固部分形成復(fù)合地基，達(dá)到提高地基強(qiáng)度的目的。(1)振沖置換法(或稱碎石樁法) 碎石樁法是利用一種單向或雙向振動(dòng)的沖頭，邊噴高壓水流邊下沉成孔，然后邊填入碎石邊振實(shí)，形成碎石樁。樁體和原來的粘性土構(gòu)成復(fù)合地基，以提高地基承載力和減小沉降。適用于地基土的不排水抗剪強(qiáng)度大于20kPa的淤泥、淤泥質(zhì)土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。對(duì)不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa的軟土地基，采用碎石樁時(shí)須慎重。(2)石灰樁法 在軟弱地基中用機(jī)械成孔，填入作為固化劑的生石灰并壓實(shí)形成樁體，利用生石灰的吸水、膨脹、放熱作用以及土與石灰的物理化學(xué)作用，改善樁體周圍土體的物理力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)樁與土形成復(fù)合地基，達(dá)到地基加

8、固的目的。適用于軟弱粘性土地基。(3)強(qiáng)夯置換法 對(duì)厚度小于6m的軟弱土層，邊夯邊填碎石，形成深度36m、直徑為2m左右的碎石拄體，與周圍土體形成復(fù)合地基。適用于軟粘土。(4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) 是在碎石樁基礎(chǔ)上加進(jìn)一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振動(dòng)沉管打樁機(jī)或其它成樁機(jī)具制成的具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁。樁和樁間土通過褥墊層形成復(fù)合地基適用于填土、飽和及非飽和粘性土、砂土、粉土等地基。 (6)EPS超輕質(zhì)料填土法 發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)的重度只有土的1/501/100，并具有較好的強(qiáng)度和壓縮性能， 用于填土料可有效減少作用在地基上的荷載，需要時(shí)也可置換部分地基土，以達(dá)到更好的效

9、果。適用于軟弱地基上的填方工程。5.加筋法 通過在土層中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等提高地基承載力、減小沉降、或維持建筑物穩(wěn)定。(1)土工合成材料 土工合成材料是巖土工程領(lǐng)域中的一種新型建筑材料，是用于土工技術(shù)和土木工程，而以聚合物為原料的具滲透性的材料名詞的總稱。它是將由煤、石油、天然氣等原材料制成的高分子聚合物通過紡絲和后處理制成纖維，再加工制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。常見的這類纖維有：聚酰胺纖維(PA，如尼龍、錦綸)、聚酯纖維(如滌綸)、聚丙烯纖維(PP，如腈綸)、聚乙烯纖維(PE，如維綸)以及聚氯乙烯纖維(PVC，如氯綸

10、)等。利用土工合成材料的高強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，擴(kuò)散土中應(yīng)力，增大土體的抗拉強(qiáng)度，改善土體或構(gòu)成加筋土以及各種復(fù)合土工結(jié)構(gòu)。土工合成材料的功能是多方面的，主要包括排水作用、反濾作用、隔離作用和加筋作用。適用于砂土、粘性土和軟土，或用作反濾、排水和隔離材料。(2)加筋土 把抗拉能力很強(qiáng)的拉筋埋置在土層中，通過土顆粒和拉筋之間的摩擦力形成一個(gè)整體，用以提高土體的穩(wěn)定性。適用于人工填土的路堤和擋墻結(jié)構(gòu)。(3)土層錨桿 土層錨桿是依賴于土層與錨固體之間的粘結(jié)強(qiáng)度來提供承載力的，它使用在一切需要將拉應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定土體中去的工程結(jié)構(gòu)，如邊坡穩(wěn)定、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)、地下結(jié)構(gòu)抗浮、高聳結(jié)構(gòu)抗傾覆等。適用于一

11、切需要將拉應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定土體中去的工程。(4)土釘 土釘技術(shù)是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘體，與土共同作用，用以彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足。不僅提高了土體整體剛度，又彌補(bǔ)了土體的抗拉和抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，顯著提高了整體穩(wěn)定性。適用于開挖支護(hù)和天然邊坡的加固。(5)樹根樁法 在地基中沿不同方向，設(shè)置直徑為75250mm的細(xì)樁，可以是豎直樁，也可以是斜樁，形成如樹根狀的群樁，以支撐結(jié)構(gòu)物，或用以擋土，穩(wěn)定邊坡。適用于軟弱粘性土和雜填土地基。6.膠結(jié)法 在軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥、水泥砂漿以及石灰等物，形成加固體，與未加固部分形成復(fù)合地基，以提高地基承載力和減小沉降。(1)注漿法 其原理是用壓

12、力泵把水泥或其它化學(xué)漿液注入土體，以達(dá)到提高地基承載力、減小沉降、防滲、堵漏等目的。適用于處理巖基、砂土、粉土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粘土和一般人工填土，也可加固暗浜和使用在托換工程中。 (2)高壓噴射注漿法 將帶有特殊噴嘴的注漿管，通過鉆孔置入要處理土層的預(yù)定深度，然后將水泥漿液以高壓沖切土體，在噴射漿液的同時(shí)，以一定速度旋轉(zhuǎn)、提升，形成水泥土圓柱體；若噴嘴提升而不旋轉(zhuǎn)，則形成墻狀固結(jié)體。可以提高地基承載力、減少沉降、防止砂土液化、管涌和基坑隆起。適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、人工填土等地基。對(duì)既有建筑物可進(jìn)行托換加固。(3)水泥土攪拌法 利用水泥、石灰或其它材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌

13、機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑(水泥或石灰的漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，形成堅(jiān)硬的拌和拄體，與原地層共同形成復(fù)合地基。適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的粘性土地基。7.冷熱處理法凍結(jié)法 通過人工冷卻，使地基溫度低到孔隙水的冰點(diǎn)以下，使之冷卻，從而具有理想的截水性能和較高的承載力。適用于軟粘土或飽和的砂土地層中的臨時(shí)措施。8.其它(1)錨桿靜壓樁 是結(jié)合錨桿和靜壓樁技術(shù)而發(fā)展起來的，它是利用建筑物的自重作為反力架的支承，用千斤頂把小直徑的預(yù)制樁逐段壓入地基，在將樁頂和基礎(chǔ)緊固成一體后卸荷，以達(dá)到減少建筑物沉降的目的。主要使用于加固處理淤泥質(zhì)土、粘性土、人工

14、填土和松散粉土。(2)沉降控制復(fù)合樁基 是指樁與承臺(tái)共同承擔(dān)外荷載，按沉降要求確定用樁數(shù)量的低承臺(tái)摩擦樁基。目前上海地區(qū)沉降控制復(fù)合樁基中的樁，宜采用樁身截面邊長(zhǎng)250mm、長(zhǎng)細(xì)比在80左右的預(yù)制混凝土小樁，同時(shí)工程中實(shí)際應(yīng)用的平均樁距一般在56倍樁徑以上。主要適用于較深厚軟弱地基上，以沉降控制為主的八層以下多層建筑物。4.2 復(fù)合地基計(jì)算理論一、基本概念1復(fù)合地基定義復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基與樁基都是采用以樁的形式處理地基，故兩者有其相似之處，但復(fù)合地基屬于

15、地基范疇，而樁基屬于基礎(chǔ)范疇，所以兩者又有其本質(zhì)區(qū)別。復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)往往不是直接相連的，它們之間通過墊層（碎石或砂石墊層）來過渡；而樁基中樁體與基礎(chǔ)直接相連，兩者形成一個(gè)整體。因此，它們的受力特性也存在著明顯差異。即復(fù)合地基的主要受力層在加固體內(nèi)而樁基的主要受力層是在樁尖以下一定范圍內(nèi)。由于復(fù)合地基的理論的最基本假定為樁與樁周土的協(xié)調(diào)變形。為此，從理論而言，復(fù)合地基中也不存在類似樁基中的群樁效應(yīng)。2復(fù)合地基分類根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向可分為水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基。水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基主要包括由各種加筋材料，如土工聚合物、金屬材料格柵等形成的復(fù)合地基。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基通常稱為樁體復(fù)合地基。 在樁體復(fù)合地基中，樁的作用是主要的，而地基處理中樁的類型較多，性能變化較大。為此，復(fù)合地基的類型按樁的類型進(jìn)行劃分較妥。然而，樁又可根據(jù)成樁所采用的材料以及成樁后樁體的強(qiáng)度（或剛度）來