概論軟基處理

地基處理鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院學(xué)習(xí)目的：初步了解地基處理的一般方法初步掌握常用地基處理方法的適用范圍、基本原理、設(shè)計施工的相關(guān)內(nèi)容教學(xué)方法：系列講座的形式基本知識+現(xiàn)場圖片+工程案例課程主要內(nèi)容：1、概述2、換土墊層法3、強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法4、復(fù)合地基法參考書目1《地基處理技術(shù)》鄭俊杰編華中科技大學(xué)出版社2004年2《復(fù)合地基設(shè)計和施工指南》龔曉南主編人民交通出版社2003年第一講

地基處理概述主要知識點(diǎn)：1、建筑物地基的常見問題2、軟弱地基和特殊土地基的一般工程特點(diǎn)3、地基處理方法的分類建筑物的地基所面臨的問題

強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題壓縮及不均勻沉降問題滲漏問題液化問題

當(dāng)結(jié)構(gòu)物的天然地基存在上述問題之一或其中幾個時，就必須進(jìn)行地基處理

加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月開始裝谷物，

至10月17日共裝入3萬多Ｔ谷物，但此時發(fā)生破壞：

1小時豎向沉降達(dá)30.5cm

24小時傾斜26°53ˊ

西端下沉7.32m

東端上抬1.52m

上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2萬T。處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了４米。加拿大特朗斯康谷倉原因：1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此谷倉地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動。2653失事后1913.10.181952.10.5

試驗孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3試驗孔目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度低，變形大。比薩斜塔1590年:伽利略在此塔做

自由落體實(shí)驗1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月:封閉1992年7月：加固塔身，用壓重法和取土法進(jìn)行地

基處理

目前:已向游人開放。處理措施比薩斜塔蘇州虎丘塔概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物。原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層，產(chǎn)生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進(jìn)行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機(jī)場運(yùn)營面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m世界最大的人工島日本

關(guān)西機(jī)場關(guān)西機(jī)場問題：沉降大且不均勻設(shè)計沉降：5.7-7.5m完成時(1990年)實(shí)際沉降：8.1m，5cm/月預(yù)測主固結(jié)需：20年比設(shè)計多超填：3m阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振動荷載作用下喪失強(qiáng)度變

成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象神戶碼頭：

地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷阪神大地震中地基液化地基液化造成的路面塌陷1964年日本新瀉地震地基的大面積液化土壩，高90m，長1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國）Teton壩滲流破壞過程①②③⑤⑥上午10:3011：0011:3011:57Teton壩失事現(xiàn)場現(xiàn)狀損失直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路被沖原因

滲透破壞：沖蝕

水力劈裂1998年長江大堤98洪水長江堤防險情統(tǒng)計共發(fā)生各種險情6000余處九江大堤決口1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口。

又過20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約62m的潰口。潰口原因：堤基管涌焦點(diǎn)詞匯：豆腐渣工程2、軟弱土地基的工程性質(zhì)

所謂軟弱土地基指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜質(zhì)土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基，也稱軟弱地基。定義：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB5007-2002)軟土沖填土雜填土其他高壓縮性土組成軟弱土地基的特征含水量較高，孔隙比較大。壓縮性較高。抗剪強(qiáng)度很低。滲透性較差。具有顯著的結(jié)構(gòu)性。具有明顯的流變性

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)等方法對地基土進(jìn)行加固，用以改良地基土的工程特性。1)提高地基的抗剪強(qiáng)度；2)降低地基的壓縮性；3)改善地基的透水特性；4)改善地基的動力特性；3特殊土地基及其工程性質(zhì)

特殊土地基是指具有特殊工程性質(zhì)的土類。特殊土種類較多，主要有軟粘土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土及凍土，具有很強(qiáng)的區(qū)域性，故亦稱作區(qū)域性特殊土。

一.軟粘土

1、軟粘土的分布及特征

軟粘土主要指天然含水率很高,承載力很低、壓縮性很大，由軟塑到流塑飽和狀態(tài)的軟弱粘性土。

軟粘土廣泛分布在我國沿海地區(qū)、內(nèi)陸平原及山區(qū)。沿海主要分布在河流的入?？冢絽^(qū)則在山間谷地、沖溝、河灘、洼地，平原在湖區(qū)較多

該土顏色多為灰色或黑色，具有腐爛植物氣味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1,內(nèi)摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結(jié)構(gòu)具有觸變性和流變性，承載力低。

該土顏色多為灰色或黑色，具有腐爛植物氣味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1,內(nèi)摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結(jié)構(gòu)具有觸變性和流變性，承載力低。

2、一般處理措施

⑴采用換土法或樁基,提高地基強(qiáng)度。

⑵采用砂井，旋噴等排水法固結(jié)，提高地基承載力。

⑶減少作用在地基上的壓力或設(shè)置地下室形成補(bǔ)償性基礎(chǔ)。

二.

濕陷性黃土

1、濕陷性黃土的分布及特征

黃土廣泛分布于我國西北、華北和東北地區(qū)，屬第四紀(jì)地質(zhì)時期形成的黃色粉末狀土，面積達(dá)60多萬平方公里，其中濕陷性黃土約占75%。

濕陷性黃土中主要礦物成分為石英、長石、碳酸鹽，硫酸鹽、粘土礦物，具有肉眼可見的大孔隙，孔隙比e＞1.0，孔隙率n＞45％，天然含水率小于或接近塑限。

以粗粉粒構(gòu)成骨架，石英與碳酸鈣等細(xì)粉粒作為填充土料。由膠結(jié)物的凝聚和結(jié)晶作用被牢固粘結(jié)，天然狀態(tài)下堅硬、密度高、強(qiáng)度高。但一旦受水浸濕，可溶性鹽溶于水，土的結(jié)構(gòu)被破壞，其強(qiáng)度便迅速降低，產(chǎn)生顯著沉陷。這種性質(zhì)稱濕陷性。

2、處理措施

濕陷性較小且地下水不會上浸的黃土地基,主要采取地面防滲與表面排水措施。

對于深度不大但有可能浸水的黃土層，可將基礎(chǔ)下的濕陷性土層全部或部分挖出，再以粘性土料（或用灰土料）分層回填夯實(shí)。也可采用重錘夯實(shí)的方法，以消除或減小其濕陷性。對于較厚的濕陷性黃土層和較重要的建筑物，可在施工以前預(yù)先向建筑場地注水并保持一定水深，讓水充分浸入土中，使土層產(chǎn)生自重濕陷，該方法稱為預(yù)浸法。若土層很厚，可先在土層中鉆孔，填以砂礫等作為透水料，然后向填砂礫料的孔中供水，直到濕陷變形穩(wěn)定為止。預(yù)浸完畢后，應(yīng)妥善封閉鉆孔，并將場內(nèi)軟泥全部清除。

三.膨脹土

1、膨脹土的分布及特征

膨脹土是由親水性強(qiáng)的粘土礦物成分組成的,具有吸水膨脹，失水收縮的性能,主要分布在我國中南、西南地區(qū)。

膨脹土的礦物成分主要為蒙脫土、伊利石、高嶺石等。液限＞40%，塑限均為17%～33%。＞17，＜0。呈硬塑或堅硬狀態(tài)，顏色多呈黃、紅、灰、白色及斑狀。裂隙較為發(fā)育，有光滑面及擦痕。

2.處理措施

在膨脹土地基上修建筑物，應(yīng)從設(shè)計和地基處理兩方面采取措施。水利工程上采用預(yù)濕法。工民建中采用設(shè)置沉降縫、換土墊層與排水、加大基礎(chǔ)埋深、設(shè)鋼筋混凝土圈梁等措施來消除或減少危害。

四.凍土1、凍土的分布及特征

溫度攝氏零度以下且含有冰的土叫凍土。

凍土可分為多年凍土和季節(jié)性凍土（冬季凍結(jié)，夏季融化）。

我國凍土分布極為廣泛，若包括凍結(jié)深度大于0.5m的季節(jié)凍土在內(nèi)，其面積約占國土面積的68.6%。

多年凍土主要分布在東北大、小興安嶺，青藏高原以及西部高山區(qū)（天山、阿樂泰山、祁連山等），占國土面積的22.3%，凍深在2m以上，有的可達(dá)幾十米。

季節(jié)凍土主要分布于東北、華北和西北地區(qū)，其凍結(jié)深度隨氣候條件而不同，一般為0.5～2.0m。2、防止凍害的措施

凍土地基會因凍脹及融化引起基礎(chǔ)變形，導(dǎo)致上部建筑開裂、傾斜，道路翻漿、橋樁拔出、橋面隆起等鑒于以上現(xiàn)象，應(yīng)將建筑物基礎(chǔ)設(shè)在最大凍融深度以下，在樁基工程中采用渣油等涂料，減少樁與周圍土的聯(lián)結(jié)力，從而減少樁周土凍脹時對樁產(chǎn)生的凍拔力。在渠系建筑物中采用抗凍性較強(qiáng)的材料，并采用相應(yīng)的水工建筑物型式，盡量縮小凍脹范圍。

3、地基處理方法分類及應(yīng)用范圍

地基處理的基本方法，無非是置換、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法，這些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基處理的方法具有多種處理的效果。如碎石樁具有置換、擠密、排水和加筋的多重作用；石灰樁又?jǐn)D密又吸水，吸水后又進(jìn)一步擠密等，因而一種處理方法可能具有多種處理效果。軟弱土地基處理方法分類(7類)振密、擠密法換填墊層排水固結(jié)膠結(jié)法置換法加筋法冷熱處理法常用地基處理方法的原理、作用及適用范圍1、換土墊層法

基本原理：挖除淺層軟弱土或不土，分層輾壓或夯實(shí)換填材料。

分類：按換填的材料可分為砂墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土)墊層等。

作用：換填墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量，稍除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的陳脹作用及改善土的抗液化性。

常用機(jī)械碾壓、平板振動和重錘夯實(shí)方法進(jìn)行施工。常用地基處理方法的原理、作用及適用范圍換土墊層法的適用范圍：

該法常用于基坑面積寬大和開挖土方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、松散累填土、雜填土、沃填土，以及已完成自重固結(jié)的沖填土等)與低洼區(qū)域的境筑，一般處理深度為2—3m。

適用于處理淺層非飽和軟弱土層、濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土、素填土和雜埃土。

2．振密、擠密法(1)表層壓實(shí)法(2)重捶夯實(shí)法(3)強(qiáng)夯法(4)振沖擠密法(5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)樁法(6)砂樁(7)爆破法(1)表層壓實(shí)法

采用人工(或機(jī)械)夯實(shí)、機(jī)械碾壓(或振動)對填土、濕陷性黃土、松散天粘性上等軟弱或原來占較疏松的表層土進(jìn)行壓實(shí)，也可采用分層回填方法壓實(shí)加固。

適用于含水量接近于最佳含水量的淺層疏松枯性土、松散砂性土、濕陷性黃土及雜填土等。(2)重捶夯實(shí)法

利用重錘自由下落時的沖擊能來擊實(shí)淺層土，使其表面形成一層較為均勻的硬殼層。

此法適用于無粘性土、雜境土、非飽和粘性土及濕陷性黃土。(3)強(qiáng)夯法

利用強(qiáng)大的夯擊能，迫使深層土液化和動力固結(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，消除士的濕陷性、脹縮性和液化性。

此法適用于碎石土、砂土、案填土、雜填土、低飽和度的粉土與粘性土及濕陷性黃土。(4)

振沖擠密法

振沖擠密法一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動使飽和砂層發(fā)生液化，顆粒重新排列，孔隙比減小；另一方面依靠振沖器的水平振動力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂層擠壓密實(shí)。

此法適用于砂性土和粒徑小于0.005mm的粘粒含量低于10％的粘性土。振沖擠密法3．排水固結(jié)法排水固結(jié)法主要由排水和加壓兩個系統(tǒng)組成。(1)堆載預(yù)壓法(2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等)(3)真空預(yù)壓法(4)降低地下水位法(5)電滲排水法基本原理：

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，井使沉降提前完成或提高沉降速率。等載預(yù)壓超載預(yù)壓(1)堆載預(yù)壓法(2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等)(3)真空預(yù)壓法(4)降低地下水位法4．置換法(1)振沖置換法(或稱碎石樁法)(2)石灰樁法(3)強(qiáng)夯置換法(4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)基本原理

置換法的基本原理是以砂、碎石等材料置換欽土，與未加固部分形成復(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的振沖器，在粘性土中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，從而達(dá)到提高地基承載力和減小沉降的目的。

此法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。

對不排水強(qiáng)度小于20kPa的軟鉆土地基，采用碎石樁時必須慎重。(1)振沖置換法(海上施工)

對厚度小于7m的軟弱土層，邊強(qiáng)夯邊埃碎石，形成深度3—7m、直徑為2m左右的碎石墩體，碎石墩與周圍土體形成復(fù)合地基。

此法適用于軟粘土地基。（3）強(qiáng)夯置換法(4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)

將碎石、石屑、粉煤灰和少量水泥加水拌和，用振動沉管樁機(jī)或其他成樁機(jī)具制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁。在樁頂鋪設(shè)褥墊層，樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基。

此法適用于粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。5．加筋法(1)土工聚合物(2)加筋土(3)土層錨桿(4)土釘(5)樹根樁法基本原理：