《工程地質與土力學》第十一章

第11章地基處理本章教學要求：1、理解地基處理的目的、各類地基處理方法的原理和作用；2、了解各類地基處理方法的適用范圍。第11章地基處理第11章地基處理第1節(jié)

軟弱土地基處理

所謂軟弱土地基指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜質土或其他高壓縮性土層構成的地基，也稱軟弱地基。該地基土的特點是強度低、壓縮性高、透水性小，通常無法滿足建筑物對地基強度和變形條件的要求，因此工程中常需對此類地基進行加固處理。對地基處理的目的是：⑴提高地基土的抗剪強度，即提高地基承載力；⑵改善地基土的壓縮特性，增加其密實度，減小基礎的沉降和不均勻沉降；⑶改善其透水性，消除其它不利因素的影響，達到滿足建筑物對地基強度與變形要求的目的。軟弱土地基的主要處理方法有墊層法、夯實法、擠密法、振沖法、預壓法、化學加固法等，下面分別將這些方法和原理作一概要介紹。第11章地基處理一、墊層法

墊層法（也稱換土墊層法）是將基礎底面下一定深度范圍內的軟弱土層挖去，然后分層回填強度較大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯實或振密的一種地基處理方法。此法適用于淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層地基處理。

墊層法的作用表現(xiàn)在以下三個方面，第一，

提高淺基礎下地基的承載力；第二，

減少地基的沉降量；第三，

加速軟弱土層的排水固結。墊層的設計要在滿足強度、變形兩個方面的要求下，確定合理的厚度h和墊層寬度b如圖1。

第11章地基處理b圖11.1墊層剖面示意圖第11章地基處理1、墊層厚度一般根據墊層底面處土的自重應力與附加應力之和不超過同一標高處軟弱土層（經深度修正后）的承載力特征值確定.即≤

（11.1）式中—－墊層底面軟弱土層經深度修正后的地基承載力的特征值，KPa；

—－墊層底面處的自重應力，KPa；

—－墊層底面處的附加應力，KPa

；可按應力擴散角法計算，即：對條形基礎：

對矩形基礎：

第11章地基處理以上兩式中

――基底附加應力，KPa；

L、b――分別為矩形基礎長度和寬度，m；

h――基礎底面至軟弱土層頂面的距離，m；――應力擴散角，常見的墊層應力擴散角按表1確定。2330≥0.5306200.25灰土粉質粘土和粉土中、粗、礫砂、碎石土、石屑換填材料h/b

注：①當h/b<0.25時,除灰土外,均取=0°。②當0.25<h/b<0.5時,

可用內插法求得。換土墊層厚度一般為1～2米左右，超過3米，導致施工困難且不經濟，小于0.5米，則墊層作用不顯著。墊層厚度宜控制在0.5～3.0m。

應力擴散角°表1第11章地基處理2、墊層寬度墊層寬度的確定，應滿足兩條原則：（1）滿足應力擴散的要求（2）防止墊層向兩邊擠出按應力擴散的要求，墊層底面寬度b′應滿足：

b′≥b+2htan 式（4）當墊層厚度與寬度確定以后，根據基坑開挖邊坡延伸至地面，即可得到所需設計斷面。但墊層頂面每邊宜比基礎底邊b大0.3m。二、夯實法

1、重錘夯實法該法是將重約15～30KN的夯錘提升到4m以上的高度，使其脫鉤自由落下，反復擊實地基，達到加固效果。原理與擊實法相同。第11章地基處理此法適用于地下水位低于重錘夯實法有效加固深度的粘性土、砂土、雜填土等地基，不適用于飽和軟粘土或地下水位以下的粘性土。施工時應特別注意土的含水率變化。2、強夯法此法是用特別重的夯錘（100～300KN）從高處（6～40m）自由落下，對地基進行強有力夯擊，達到深層加固的效果，其影響深度可達10m以上，巨大的沖擊能量在地基中產生很大的沖擊波和動應力，引起地基土的壓縮和振密，從而提高地基土的強度并降低其壓縮性，還可改善地基土抵抗振動液化能力和消除濕陷性黃土的濕陷性等作用。據統(tǒng)計，經強夯法處理的地基，承載力可提高100%～400%，壓縮性降低50%～90%。一般用于處理松散的碎石土、雜填土、砂土，低飽和度的粉土、粘土、濕陷性黃土；在高飽和度的細粒土地基上應慎重使用。第11章地基處理三、擠密法與振沖法

該法均是通過沖擊和振動在地基中成孔，然后填筑砂、碎石等形成較大直徑的砂、碎石樁，以對地基起到加固作用。1、擠密法

擠密法主要是先將套管打入或振入地基成孔，再將砂、碎石等土料灌入孔中而形成擠密樁，對軟土產生橫向擠密作用，從而使土的壓縮性減小，抗剪強度提高。又因為樁體有較高的承載力和變形模量，截面又較大，一般可達松軟土加固面積的20％左右，可與軟弱土形成復合地基，共同承受建筑物的荷載。它適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土地基。第11章地基處理2、振沖法振沖法與擠密法的作用相同,只是成樁工藝存在差別。振沖法是利用振沖器邊振動邊水沖，使松砂地基密實，或在粘性土地基中成孔，填入碎石后形成復合地基。前者稱振沖密實法后者稱振沖置換法，圖3。

振沖置換法適用于處理不排水剪強度≥20KPa粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基。

2）振沖密實法適用于處理砂土和粉土地基。第11章地基處理

第11章地基處理四、預壓加固法

預壓加固法是在修建建筑物之前，在建筑場地堆放土石等預壓荷載使地基固結待地基固結達到要求的程度后，卸除預壓荷載再修建建筑物，這樣可以消除或大大減小建筑物建成后的沉降，同時也可提高地基承載力。該法適用于淤泥質土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。1、堆載預壓法

堆載預壓法是在建筑物建造前，于弱軟土地基表面鋪設砂墊層，然后堆設土料進行加載預壓，地基因此發(fā)生固結沉降，承載力得以提高的地基處理方法。其適用于透水性和自身排水條件相對較好，施工工期較長，且厚度較薄的飽和軟弱地基。預壓荷載的數量、范圍、速率和預壓時間應根據相應的規(guī)范計算確定。第11章地基處理2、砂井堆載預壓法

砂井堆載預壓法系在軟弱地基中用鋼管成孔，孔中灌砂并振實后，形成豎向排水的砂井，砂井頂部設置水平排水的砂墊層，再堆載預壓的地基處理方法，如圖4。3、真空預壓法為了避免堆卸土、石等笨重預壓荷載時費時費力,也可利用大氣壓力作為預壓荷載的真空預壓法。

如圖5，同時，若地質條件允許，可在場地埋設井點系統(tǒng)來降低地下水位，既加速排水，又使土的自重加大起到預壓作用此法可與堆載法聯(lián)合使用，兩種加固效果可疊加，合理協(xié)調后可取得良好效果。第11章地基處理

圖4

砂井預壓法圖5

真空預壓法第11章地基處理五、化學加固法

化學加固法系指通過高壓噴射、機械攪拌等方法，將各種化學漿液注入土中，漿液與土粒膠結硬化后，形成含化學漿液的加固體，從而改善地基土的物理力學性質，達到加固地基的目的。

化學漿液一般分化學類和水泥類兩大系列?；瘜W類漿液大部分有毒，成本較高，建筑工程中較少采用。因此常用水泥類漿液加固地基。水泥類漿液加固地基常見的方法有：深層攪拌法高壓噴射注漿法1、深層攪拌法

深層攪拌法系利用水泥粉、石灰粉或水泥漿等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制拌和，固化劑和軟土產生物理化學反應后，硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥土加固體，加固體與原地基組成復合地基，共同承擔上部建筑荷載。第11章地基處理此法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水率較高且地基承載力≤120

KPa的粘性土等地基。當用于處理泥炭土或具有侵蝕性地下水時，宜通過試驗確定其適用性，冬季施工時應注意低溫影響。2、高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是通過高壓噴射的水泥漿與土混合攪拌，來加固地基的。首先利用鉆機鉆至設計深度，插入帶特殊噴嘴的注漿管，借助高壓設備，使水泥漿或水以20～40Mpa的壓力，從噴嘴噴出，沖擊破壞土體，然后注漿管邊旋轉、邊上提，漿液與土粒充分攪拌混合并凝固后，土中即形成一固結體，從而使地基加固。施工中可定向噴射成墻或旋轉噴射成樁高壓噴射注漿法具有施工簡便、操作安全、成本低、既加固地基又防水止?jié)B等優(yōu)點，廣泛應用于已有建筑和新建建筑的地基處理。適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速過大和已涌水的防水工程，應慎重使用。第11章地基處理第2節(jié)特殊土地基及其處理

特殊土是指具有特殊工程性質的土類。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，這些土由于形成的自然地理環(huán)境、氣候條件、地質成因等因素不同，具有很強的區(qū)域性，故亦稱作區(qū)域性特殊土。下面僅作簡要介紹。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。第11章地基處理

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，壓縮系數大于0.5MPa-1,內摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結構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，壓縮系數大于0.5MPa-1,內摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結構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,提高地基強度。⑵采用砂井，旋噴等排水法固結，提高地基承載力。⑶減少作用在地基上的壓力或設置地下室形成補償性基礎。第11章地基處理二、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)，屬第四紀地質時期形成的黃色粉末狀土，面積達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。以粗粉粒構成骨架，石英與碳酸鈣等細粉粒作為填充土料。由膠結物的凝聚和結晶作用被牢固粘結，天然狀態(tài)下堅硬、密度高、強度高。但一旦受水浸濕，可溶性鹽溶于水，土的結構被破壞，其強度便迅速降低，產生顯著沉陷。這種性質稱濕陷性。第11章地基處理2、處理措施對于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。也可采用重錘夯實的方法，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，使土層產生自重濕陷，該方法稱為預浸法。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。預浸完畢后，應妥善封閉鉆孔，并將場內軟泥全部清除。除上述處理措施外，必要時還需從上部結構采取適當的措施，以改善建筑物對地基不均勻沉降的適應能力。例如，筑壩土料的填筑含水率宜略高于最優(yōu)含水率。第11章地基處理三、膨脹土1、膨脹土的分布及特征膨脹土是由親水性強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，應從設計和地基處理兩方面采取措施。水利工程上采用預濕法。工民建中采用設置沉降縫、換土墊層與排水、加大基礎埋深、設鋼筋混凝土圈梁等措施來消除或減少危害。第11章地基處理四、紅粘土1、紅粘土的分布及特征紅粘土一般為褐紅、棕紅、黃褐等顏色，多分布在我國云南、貴州、廣西等地，以山區(qū)或丘陵較多，為石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類巖石的風化產物，也可由玄武巖、頁巖風化而成。紅粘土礦物成分以石英、伊利石（或高嶺土）為主，顆粒細而均勻。粘粒含量很高，一般為50％～70％，天然含水率很大，＝30%～60%,＝30%～60%,＝0.1～0.4,＝20～50；飽和度＞85%，天然孔隙比e=1.1～1.7，滲透系數小于10-5cm/s；抗剪強度＝8o～18o,c＝40～90KPa；壓縮性低，＝10～30MPa；是較好的地基土。但存在以下問題：⑴底層尤其是基巖面低洼處，常因地下水聚集成軟塑或流塑狀強度低，施工時應進行處理