第10章地基處理

第十章

地基處理

內(nèi)容提要

常用地基處理方法分類復(fù)合地基承載力與變形計(jì)算地基處理技術(shù)簡(jiǎn)介——換土墊層法、重錘夯實(shí)法、土工合成物法、強(qiáng)夯法、砂石樁法、CFG樁法、高壓噴射注漿樁法、深層攪拌樁法、排水固結(jié)法、灌漿法

托換技術(shù)簡(jiǎn)介10.1概述

概念也稱地基加固，是人為改善土的工程性質(zhì)或地基組成，使之適應(yīng)工程需要而采取的措施，處理后稱人工地基。

目的提高土的抗剪強(qiáng)度，使地基保持穩(wěn)定;

降低土的壓縮性或改善地基組成;

降低土的滲透性，防止或減少水的滲漏;

改善土的動(dòng)力性能，防止地基產(chǎn)生震陷變形;

改善特殊土地基安定性，消除或減少濕陷變形。

常用地基處理方法分類

置換法:包括開挖置換法和振沖置換法拌入法:高壓噴射注漿、深層噴漿攪拌、深層噴粉攪拌排水固結(jié)法振密和擠密法:重錘夯實(shí)、強(qiáng)夯、振沖擠密及砂樁、土樁或灰土樁擠密法等灌漿法加筋法托換技術(shù)10.2復(fù)合地基的概念與分類復(fù)合地基—指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)或被置換，或設(shè)置加筋材料，加固區(qū)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)合地基作用機(jī)理與破壞模式

作用機(jī)理樁體作用排水固結(jié)擠密作用加筋作用

破壞模式刺入破壞

鼓脹破壞

整體剪切破壞

滑動(dòng)破壞

復(fù)合地基的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

面積置換率m定義：樁體截面積Ap與其承擔(dān)的復(fù)合地基面積A之比

矩形布樁：梅花形布樁：其中：d—樁體直徑；l—樁間距。

樁土應(yīng)力比n定義：樁體豎向應(yīng)力sp與樁間土豎向平均應(yīng)力ss之比

復(fù)合地基的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

復(fù)合模量Eps定義：將加固區(qū)視為一均質(zhì)復(fù)合土體，則與原復(fù)合地基等價(jià)的均質(zhì)復(fù)合土體模量稱為復(fù)合模量。

復(fù)合地基承載力fspk確定

復(fù)合求和法

穩(wěn)定分析法復(fù)合求和法對(duì)散體材料樁復(fù)合地基

式中：fspk、fpk、fsk—分別為復(fù)合地基、樁體和樁間土承載力特征值。

復(fù)合地基承載力fspk確定

復(fù)合求和法

對(duì)柔性樁復(fù)合地基

式中：b—樁間土承載力折減系數(shù)，對(duì)摩擦型樁取

0.5～1.0，對(duì)摩擦支承型樁取0.1～0.4。

復(fù)合地基承載力fspk確定

復(fù)合求和法對(duì)剛性樁復(fù)合地基式中：N——基礎(chǔ)下樁數(shù)；

——單樁承載力特征值；

A——基礎(chǔ)面積；

As——樁間土面積；

b

——樁間土承載力折減系數(shù)，取0.8～1.0。

復(fù)合地基承載力fspk確定

穩(wěn)定分析法穩(wěn)定分析方法很多，常采用圓弧分析法。假設(shè)圓弧滑動(dòng)面經(jīng)過(guò)加固區(qū)和未加固區(qū)，取不同滑動(dòng)面進(jìn)行計(jì)算，找出最小安全系數(shù)，即可根據(jù)要求的安全系數(shù)計(jì)算地基承載力。地基土強(qiáng)度應(yīng)分區(qū)計(jì)算：未加固區(qū)采用天然地基土的強(qiáng)度指標(biāo)，加固區(qū)土體強(qiáng)度指標(biāo)可分別采用樁體和樁間土的強(qiáng)度指標(biāo)，也可采用復(fù)合土體綜合強(qiáng)度指標(biāo)。

復(fù)合地基承載力fspk確定

穩(wěn)定分析法

按分別強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算

式中：—分別為復(fù)合地基、樁體和樁間土抗剪強(qiáng)度。復(fù)合地基承載力fspk確定

穩(wěn)定分析法按綜合強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算

復(fù)合土體粘聚力cc和內(nèi)摩擦jc可按以下兩公式計(jì)算：式中：ω——樁體與樁間土相對(duì)的應(yīng)力分布，

復(fù)合地基承載力fspk確定

復(fù)合地基變形s計(jì)算

——復(fù)合地基的沉降;——復(fù)合地基加固區(qū)的壓縮量;——地基壓縮層厚度內(nèi)加固區(qū)下臥層的壓縮量。

復(fù)合地基變形計(jì)算總沉降量：復(fù)合地基加固區(qū)變形量和加固區(qū)下臥層變形量。加固區(qū)下臥層的變形計(jì)算一般采用分層總和法。加固區(qū)的變形計(jì)算可采用復(fù)合法模量。采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)變形量s：

式中：s——加固區(qū)土層變形量；

——第i層復(fù)合土體上附加應(yīng)力增量；——第i層復(fù)合地基的壓縮模量；Hi——第i

層復(fù)合土體的厚度；n——復(fù)合土體分層總數(shù)。10.3換土墊層法定義——當(dāng)軟弱地基土層承載力和變形不能滿足要求，且層厚不很大時(shí)，可將基底下一定范圍內(nèi)的軟弱土部分或全部挖去后分層換填并壓實(shí)強(qiáng)度大、性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料。分類：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層等。適用土層淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的不良地基的淺層處理。

換土墊層法

墊層的主要作用提高地基承載力；減少地基沉降量；加速排水固結(jié)；消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的凍脹作用；改善土的抗液化性能。

換土墊層法

墊層設(shè)計(jì)

墊層厚度z：根據(jù)墊層底面自重壓力與附加壓力之和小于或等于該處下臥土層的承載力要求確定，即矩形基礎(chǔ)：條形基礎(chǔ)：0.5≤z≤3m

換土墊層法

墊層底面尺寸b'

墊層底面寬度及長(zhǎng)度b′和l′需滿足應(yīng)力擴(kuò)散要求：

墊層設(shè)計(jì)

重錘夯實(shí)法

方法和原理方法：用起重機(jī)將夯錘提升到一定高度，然后自由下落產(chǎn)生沖擊能擠密地基，經(jīng)不斷重復(fù)夯擊，使地基得以加固，滿足強(qiáng)度和變形要求。原理：經(jīng)重錘夯擊后，地基表面形成一層比較密實(shí)的土層（硬殼），使地基表層強(qiáng)度得以提高。

適用土類一般適用于地下水距地表0.8m以上稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填和分層填土，但在有效夯實(shí)深度內(nèi)存在軟粘土層時(shí)不宜采用。

土工合成物法

土工聚合物又稱土工織物，是土工用合成纖維材料的總稱。具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、濾水、不霉?fàn)€、不縮水、不怕蟲蛀等性能。其造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)便、整體性好，能明顯改善和增強(qiáng)巖土工程性質(zhì)，其作用：

反濾作用；排水作用；隔離作用；加固和補(bǔ)強(qiáng)作用；其它作用如隔水、防護(hù)、保濕防凍、減小應(yīng)力集中等。10.4強(qiáng)夯法

定義：法國(guó)人Menard首創(chuàng)的地基加固法，亦稱動(dòng)力固結(jié)法：將80~400kN重錘起吊到一定高度(8~30m)后自由下落，強(qiáng)力夯實(shí)地基，以提高其強(qiáng)度、降低壓縮性。加固機(jī)理：與重錘夯實(shí)法不同，其利用重錘下落產(chǎn)生的強(qiáng)大夯擊能量，在土中形成沖擊波和沖擊應(yīng)力，除擠密土粒外，還產(chǎn)生較大孔隙水壓力，甚至導(dǎo)致土體暫時(shí)液化。同時(shí)，巨大沖擊能使夯點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂縫，形成良好的排水通道，加速孔隙水壓力消散，使土體進(jìn)一步加密。

適用性：可用于加固各種填土、濕陷性黃土、碎石、低飽和度的粘性土與粉土。

砂石樁法定義用振動(dòng)、沖擊及水沖等方法在軟弱地基中成孔后，將碎石或砂擠壓入已成孔中，形成大直徑密實(shí)樁體。碎石樁和砂樁總稱為碎(砂)石樁，又稱粗顆粒土樁或粒料樁。振動(dòng)成樁法沖擊成樁法適用條件對(duì)砂土、填土加固效果較好對(duì)飽和軟粘土，有爭(zhēng)議施工方法

砂石樁法碎石樁法分類施工方法適用土類擠密法振沖擠密法、沉管法、干振法砂土，非飽和粘土，雜填土等置換法振沖置換法、鉆孔錘擊法飽和軟粘土排土法振動(dòng)氣沖法、沉管法、強(qiáng)夯置換法飽和軟粘土其它法水泥碎石樁法、裙圍～、袋裝～飽和軟粘土《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)》規(guī)定：振沖法要求地基土

cu≥20kPa；《公路地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ017-96)》規(guī)定：濕法(水沖法)：cu＞15kPa；干法(沉管法)：cu＞10kPa。

砂石樁法碎(砂)石樁一般設(shè)計(jì)砂樁材料砂樁直徑砂樁長(zhǎng)度砂樁平面布置砂樁樁間距碎(砂)石樁一般設(shè)計(jì)砂樁材料

材料就地取材，中、粗混合砂、碎石等，含泥量＜5%，d粒＜8cm墊層基礎(chǔ)底面應(yīng)鋪設(shè)30～50cm厚度的砂（碎）石墊層，分層鋪設(shè)。

砂石樁法碎(砂)石樁一般設(shè)計(jì)砂樁直徑

根據(jù)設(shè)備和地質(zhì)土質(zhì)情況確定。如采用30kN振沖器成樁：d樁＝0.80～1.2m；采用沉管法成樁：d樁＝0.3～0.70m。砂樁長(zhǎng)度

下臥的較硬層埋深不大時(shí)，按此埋深確定；下臥的較硬層埋深較大時(shí)：對(duì)按變形控制的工程，復(fù)合地基變形≤[s]；對(duì)按穩(wěn)定性控制工程，加固深度＞最危險(xiǎn)滑動(dòng)面深度。可液化地基中，加固深度按要求的抗震處理深度確定。

砂石樁法碎(砂)石樁一般設(shè)計(jì)

砂樁平面布置

均勻受力地基(路基)：滿堂布置，宜用等邊三角形布樁；獨(dú)立或條形基礎(chǔ)：宜用正方形、矩形和等腰三角形布樁；

圓形或環(huán)形基礎(chǔ)(如油罐基礎(chǔ))：放射形布樁。

砂石樁法

土樁、灰土樁和石灰樁法

定義

利用打入鋼套管(或振動(dòng)沉管、炸藥爆破)在地基中成孔，通過(guò)“擠壓”使地基土得到加“密”，然后在孔中分層填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰）后夯實(shí)而成土樁(或灰土樁、雙灰樁)，屬柔性樁，與樁間土共同組成復(fù)合地基。主要特征

橫向擠密；無(wú)需開挖和回填；處理深度大，可達(dá)12～15m；就地取材，造價(jià)低；利用粉煤灰，還可變廢為寶。

土樁、灰土樁和石灰樁法

適用情況

適用

處理5～15m、地下水位以下、含水量w＝14~23％的濕陷性黃土、新近堆積黃土、素填土、雜填土以及其他非飽和粘土、粉土等。不適用

w＞23%、Sr＞0.65的土；碎(卵)石含量＞15%的土；有厚度40cm以上的砂土和碎土夾層的土。

土樁、灰土樁和石灰樁法

加固原理

土的側(cè)向擠密作用樁體材料作用樁體作用

CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

定義

在碎石樁基礎(chǔ)上加進(jìn)一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度(C5～C20)的樁，是新開發(fā)的一種地基處理技術(shù)。特點(diǎn)施工：與振動(dòng)沉管樁一樣簡(jiǎn)單，比振沖碎石樁污染少。用材：利用工業(yè)廢料，水泥用料少，優(yōu)于水泥攪拌樁。受力特性：介于碎石樁（散體樁）和鋼筋混凝土（剛性樁）之間，與水泥攪拌樁類似。CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

加固機(jī)理

CFG樁復(fù)合地基由樁、樁間土和褥墊層形成。其中褥墊層為粒狀散體材料，是CFG樁復(fù)合地基不可缺少的部分。

CFG加固軟弱地基，主要有三種作用：樁體作用擠密與置換作用褥墊層的作用適用范圍

可用于加固填土、飽和及非飽和粘性土、松散的砂土、粉土等。對(duì)塑性指數(shù)高的飽和軟粘土使用要慎重。CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

樁身材料一般采用425#普通水泥，碎石粒徑20-50mm，石屑粒徑2.5-10mm，混合料密度2.1-2.2t/m3。樁體材料強(qiáng)度一般控制在10MPa左右，從而達(dá)到既提高復(fù)合地基承載力又降低沉降的目的。為使樁土共同工作、變形協(xié)調(diào)，基礎(chǔ)下面要設(shè)置一定厚度的砂石料墊層，使地基土能有效地分擔(dān)外荷載。

高壓噴射注漿樁法

定義用高壓將氣、水和水泥漿液，經(jīng)沉入土層中的特制噴射管送到旋噴頭，并從開口于旋噴頭側(cè)面的噴咀高速噴射出來(lái),形成能量高度集中的液流，直接沖擊破壞土體，使土顆粒在沖擊力、離心力和重力共同作用下與漿液攪拌混合，經(jīng)一定時(shí)間后凝固成強(qiáng)度甚高、滲透性較低的加固土體。

高壓噴射注漿樁法

高壓噴射注漿分類

按固化劑分漿噴法；干噴法。按噴漿的形式旋轉(zhuǎn)噴射（旋噴）：圓柱狀定向噴射（定噴）：板狀擺動(dòng)噴射（擺噴）：扇形墻狀按工藝類型分單管法二重管法三重管法多重管法

高壓噴射注漿樁法

高壓噴射注漿特征

適用范圍廣施工簡(jiǎn)便固結(jié)體形狀可控可垂直、傾斜和水平噴射高壓噴射注漿適用范圍

適用：淤泥質(zhì)土、粘土、粉土、黃土、砂土、人工填土、碎石土。慎用：含塊石、堅(jiān)硬粘土、大量植物根莖或過(guò)多有機(jī)質(zhì)的土。不宜：巖溶區(qū)、永凍土、地下水活動(dòng)區(qū)。

高壓噴射注漿樁法

加固機(jī)理高壓噴射流對(duì)土體的破壞作用水(漿)、氣同軸噴射流對(duì)土的破壞作用固結(jié)體狀況水泥與土的固結(jié)機(jī)理旋噴定噴固結(jié)體狀況

深層攪拌樁法

定義利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，在產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)后形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土。

深層攪拌樁法

分類

按注入固化劑的狀態(tài)粉噴法：w≥60％；漿噴法：w＝40～60％。按攪拌頭的數(shù)目單頭：圓形；雙頭：∞字型；多頭。按是否配加勁材料加勁攪拌樁：SMW法；不加勁攪拌樁。

深層攪拌樁法

適用范圍

適用：淤泥及淤泥質(zhì)土；fk<120kPa的粘性土和粉質(zhì)粘土。不適用：伊利石、氯化物和水鋁英石礦物的粘性土；有機(jī)質(zhì)含量高、pH值低的粘性土。10.5排水固結(jié)法原理與應(yīng)用排水固結(jié)法原理

通過(guò)在飽和軟粘土中設(shè)置豎向排水體，對(duì)地基施加預(yù)壓荷載，使孔隙水排出，土體逐漸固結(jié)，提前完成或基本完成地基沉降，以達(dá)到增大地基承載力，減小地基沉降的目的。

排水固結(jié)法原理與應(yīng)用用排水固結(jié)原理加固地基的方法排水固結(jié)法的實(shí)施有兩個(gè)方面：施加預(yù)壓荷載和在地基中做排水通道。適宜：飽和軟粘土，但具體方法又各有差異：砂井預(yù)壓法：特別適用有薄砂層地基。但若土太軟，則荷載加不上。此外，因砂井只增大主固結(jié)，故對(duì)有機(jī)質(zhì)土和泥炭等次固結(jié)土不宜，此時(shí)可用超載處理。真空預(yù)壓法：適合大面積均勻深厚軟土地基加固。

排水固結(jié)法原理與應(yīng)用用排水固結(jié)原理加固地基的方法

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

目的合理安排排水系統(tǒng)與預(yù)壓荷載之間的關(guān)系，使地基通過(guò)該排水系統(tǒng)在逐級(jí)加載過(guò)程中排水固結(jié)，地基強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，以滿足每級(jí)加載條件下地基穩(wěn)定性要求，并加速地基固結(jié)沉降，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)使地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容初步確定砂井布置方案初步擬定加荷計(jì)劃，即每級(jí)加載量及加載延續(xù)時(shí)間計(jì)算每級(jí)荷載作用下，地基的固結(jié)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)量驗(yàn)算每一級(jí)荷載下地基土的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算地基沉降量是否滿足要求若上述驗(yàn)算不滿足要求，則需調(diào)整加荷計(jì)劃

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

砂井布置砂井直徑和間距

就地灌筑砂井dw=30~50cm，間距一般是直徑的6-8倍；袋裝砂井直徑dw=7~10cm，間距一般為1-2m。

砂井深度與排列深度多為10-20m；按正方形或等邊三角形布置。

排水砂墊層和砂溝

頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層或砂溝，砂墊層厚宜>40cm，平面上每邊超出砂井區(qū)域的寬度一般應(yīng)不小于2dw。

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

制定預(yù)加荷載計(jì)劃任何情況下所加荷載均不得超過(guò)當(dāng)時(shí)軟土層承載力。加載計(jì)劃可按以下步驟初步：利用地基的天然抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施加的荷載；計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值，并確定第二級(jí)所能施加的荷載；計(jì)算第一級(jí)荷載作用下達(dá)到指定固結(jié)度所需的時(shí)間；以此類推完成整個(gè)加載過(guò)程。

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

砂井地基平均固結(jié)度的計(jì)算按土力學(xué)中的滲透固結(jié)理論計(jì)算，因該理論假設(shè)荷載為瞬間施加，而實(shí)際加載則需要一個(gè)過(guò)程，故先按瞬時(shí)加載條件計(jì)算固結(jié)度，然后再按實(shí)際加載過(guò)程對(duì)固結(jié)度進(jìn)行修正。

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

排水過(guò)程中地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值的推算在預(yù)壓荷載作用下，地基土在某一時(shí)刻t的抗剪強(qiáng)度為：

——地基中某點(diǎn)在加荷前的天然土抗剪強(qiáng)度；

——在加荷后t時(shí)刻地基土由固結(jié)引起的強(qiáng)度增量；

——考慮土體由于剪切蠕變的綜合性折減系數(shù)。

抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)量常用有效固結(jié)壓力法計(jì)算：

——預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)附加豎向壓力；

——該點(diǎn)土的固結(jié)度。

砂井堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

穩(wěn)定性分析采用圓弧條分法進(jìn)行預(yù)壓加載過(guò)程中必須驗(yàn)算每級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性。

排水固結(jié)法施工簡(jiǎn)介與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

施工鋪設(shè)水平排水墊層；設(shè)置豎向排水體；埋設(shè)觀測(cè)設(shè)備；實(shí)施預(yù)壓；檢查預(yù)壓效果；若不滿足設(shè)計(jì)要求，則更改設(shè)計(jì)至滿足設(shè)計(jì)要求為止。從施工角度分析，主要做好三個(gè)環(huán)節(jié)，即鋪設(shè)水平排水墊層、設(shè)置豎向排水體、施加固結(jié)壓力。

排水固結(jié)法施工簡(jiǎn)介與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目地面沉降觀測(cè)；地面水平位移觀測(cè)；孔隙水壓力。監(jiān)測(cè)要求地面沉降觀測(cè)：沿場(chǎng)地對(duì)稱軸線上設(shè)置至場(chǎng)外10m，≤10～20mm/天；地面沉降水平位移：堆載坡腳外加2～3排觀測(cè)點(diǎn)，≤4mm/天；孔隙水壓力觀測(cè)：堆載中心線和邊線附近地基中。10.6灌漿法

定義灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過(guò)注漿管把漿液（水泥、化學(xué)漿液等）注入地層中，以滲透、填充和擠密等方式占據(jù)其孔隙