第九章 地基處理

第九章地基處理2023/2/51各類建筑物地基需要解決的問題地基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性問題地基的變形問題地基的滲漏與溶蝕問題地基振動液化凡建筑物的天然地基，存在這四個問題之一時，必須進(jìn)行地基處理，以確保工程安全2002年頒布規(guī)范，要求地基處理做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量2023/2/52

地基處理的目的利用換填、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)提高地基的抗剪切強(qiáng)度2)改善地基的變形性質(zhì)3)改善地基的滲透性和滲透穩(wěn)定4)提高土的坑震性能5)消除黃土的濕陷性，膨脹土的脹縮性。

承載力、穩(wěn)定沉降、不均勻沉降滲透破壞液化、隔振、減小振幅2023/2/53地基處理對象軟弱地基不良地基2023/2/54淤泥及淤泥質(zhì)土(軟土)沖填土雜填土天然孔隙比大：e>1天然含水量高：w≥wl壓縮系數(shù)高滲透系數(shù)小抗剪強(qiáng)度低靈敏度高具有明顯的流變性淤泥：e≥1.5淤泥質(zhì)土：1.5>e≥1.0軟土軟弱地基粘土顆粒以粉土或粉細(xì)砂為主的強(qiáng)度低、壓縮性高的欠固結(jié)土建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢料結(jié)構(gòu)松散分布無規(guī)律極不均勻承載力低沉降和差異沉降較大沉降歷時長液化2023/2/55淤泥及淤泥質(zhì)土(軟土)沖填土雜填土上海天津溫州連云港等沿海地區(qū)寧波和昆明、武漢等內(nèi)陸地區(qū)軟弱土的分布分布在沿海江河兩岸地區(qū)分布最廣歷史悠久的城市，雜填土厚度大天津市有大面積海河沖填土2023/2/56濕陷性黃土地基膨脹土地基黃土中含有大孔隙和易溶鹽類不良地基濕陷蒙特石礦物吸水膨脹、失水收縮泥炭土地基有機(jī)質(zhì)含量大于25%纖維狀疏松結(jié)構(gòu)、高壓縮性土多年凍土地基高寒地區(qū)，含有固態(tài)水，且凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)二年或二年以上需專門研究巖溶與土洞地基對建筑物影響很大山區(qū)地基地質(zhì)條件復(fù)雜地基的不均勻性和場地的穩(wěn)定性飽和粉細(xì)砂與粉土強(qiáng)烈地震下液化2023/2/57地基處理方案的確定搜集詳勘資料和地基基礎(chǔ)設(shè)計資料。論證地基處理的必要性調(diào)查本地區(qū)地基處理經(jīng)驗(yàn)與施工條件初選幾種可行方案選擇最佳方案現(xiàn)場試驗(yàn)2023/2/58地基處理施工注意事項技術(shù)交底與質(zhì)量監(jiān)理做好監(jiān)測工作處理效果檢驗(yàn)2023/2/59地基處理方法1.機(jī)械壓實(shí)法2.強(qiáng)夯法3.換填墊層法4.預(yù)壓固結(jié)法5.擠密法6.振沖法7.化學(xué)加固法8.托換技術(shù)2023/2/5109.2機(jī)械壓實(shí)法如建筑地基土質(zhì)疏松，最簡便的處理方法是將天然土壓實(shí)。最優(yōu)含水率：粘性土在某種壓實(shí)功能作用下，達(dá)到最密時的含水率。2023/2/511分層輾壓法壓路機(jī)，推土機(jī)或羊足碾等適用于地下水位以上，大面積回填壓實(shí)，也可用于含水率較低的素填土或雜填土地基，如堤壩、路基等用80-120kN的壓路機(jī)輾壓雜填土，壓實(shí)深度為30-40cm，承載力80-120kPa振動壓實(shí)法振動機(jī)械振動松散地基，土顆粒移動到穩(wěn)固位置，減小孔隙而壓實(shí)。適用于松散狀態(tài)的砂土、砂性雜填土，含少量粘性土的建筑垃圾、工業(yè)廢料和爐灰填土地基。處理有效深度可達(dá)1.5m，壓實(shí)后的地基承載力為100-120kPa2023/2/512蛙式夯柴油沖擊夯蛙式夯振動碾平板振動夯拖式羊足碾2023/2/5139.3強(qiáng)夯法用巨錘、高落距、對地基施加強(qiáng)大的沖擊能，強(qiáng)制壓實(shí)地基，圖9.2動力壓密機(jī)理：加固多孔隙、粗顆粒，非飽和土。夯擊能使氣相體積減小。動力固結(jié)機(jī)理：加固細(xì)粒飽和土。破壞土的結(jié)構(gòu)，使土體局部液化并產(chǎn)生裂隙，作為排水通道，加速土的固結(jié)動力置換機(jī)理：加固淤泥。將碎石整體擠入淤泥形成整式置換，或間隔夯入淤泥成樁式碎石墩。2023/2/514適用范圍適用于也隙大而疏松的碎石土，砂土及建筑垃圾，也適用于低飽和度粉土、粘性土、濕陷性黃土和素填土。對高飽和度的粉土與粘性土地基，尤其對軟粘土地基，采用動力固結(jié)機(jī)理強(qiáng)夯法要慎重。對周圍建筑的影響距夯擊點(diǎn)30m以外，為相對安全區(qū)，15m以內(nèi)為明顯振動區(qū),或必須在鄰近建筑物處進(jìn)行強(qiáng)夯時，應(yīng)采取防振措施（挖隔振溝。）2023/2/515提高地基承載力深層加固地基可提高1-5倍，fak=180-250kPa效果有效加固深度為5-10m，高能量臺夯法可超過10m消除液化消除濕陷性飽和疏松粉細(xì)砂減小沉降量密度增大，孔隙比減小，壓縮系數(shù)降低，沉降量可減小數(shù)倍，并解除不均勻沉降的危害2023/2/516優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備簡單、工藝方便、原理直觀應(yīng)用范圍廣，加固效果好。人員少，施工速度快不消耗水泥，鋼材等，費(fèi)用低缺點(diǎn)振動大，有噪音，在市區(qū)密集建筑區(qū)難以采用。理論不成熟，需采用現(xiàn)場試夯才能確定夯擊參數(shù)強(qiáng)夯的振動對周圍建筑物的影響研究還不夠2023/2/5179.4換填墊層法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。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與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為2～3m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。2023/2/5182023/2/5192023/2/520（1）墊層的厚度z：

應(yīng)根據(jù)墊層底部下臥層的承載力確定，(一般應(yīng)大于0.5m，小于3m）并符合下式：

pz

+pcz≤faz

（4-2-2）

式中：pz

－相當(dāng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，墊層底面處

的附加應(yīng)力，kPa；

pcz－墊層底面處的自重應(yīng)力，kPa；

faz

－經(jīng)深度修正后墊層底面處土層的地基

承載力特征值，kPa。

其中pz設(shè)按下式計算：2023/2/521墊層設(shè)計計算模型z：墊層厚度d：基礎(chǔ)埋深附加壓力曲線bPz:墊層底面壓力h：墊層埋深Pzb’擴(kuò)散角2023/2/5229.5預(yù)壓固結(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)法主要由排水和加壓兩個系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，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)壓法可處理深厚的淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和粘性土地基。2023/2/523

(1)堆載預(yù)壓法

在建造建筑物以前，通過臨時堆填土石等方法對地基加載預(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時應(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。2023/2/5242023/2/525砂井(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)，并加速強(qiáng)度增長。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，但對于泥炭土等有機(jī)質(zhì)沉積物不適用。2023/2/526豎向排水情況砂井地基排水情況2023/2/527(2)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，用真空泵對砂墊層及砂井抽氣，使地下水位降低，同時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。2023/2/528工程實(shí)例（武鋼工業(yè)港軟基處理工程）

：工藝流程：2023/2/5291.清淤整平場地

抽水清淤，然后填筑整平；原地面應(yīng)清除雜草、樹根等雜物，對于場地中的粗大石塊等影響插板作業(yè)的障礙應(yīng)予以清除；該工序是第一道，但可以分塊與其他工序交叉作業(yè)。作業(yè)前要測繪大比例尺地形圖，以利工程計量的準(zhǔn)確。造地平臺要達(dá)到設(shè)計高程，才能保證效果。2023/2/5302.砂墊層鋪筑砂墊層鋪筑須做到厚度均勻，先鋪設(shè)30cm厚中粗砂墊層，打設(shè)塑料排水板后再鋪設(shè)20cm中粗砂墊層；攤鋪砂墊層時應(yīng)盡量減少對地基的擾動，盡量避免泥土、雜物等混入砂層，厚度的誤差不能太大。2023/2/5313.塑料排水板施工

采用插板機(jī)將塑料排水板打設(shè)到設(shè)計規(guī)定深度，并做好詳細(xì)記錄；鋪設(shè)第二層20cm砂墊層前將打設(shè)好的塑料排水板端部回折入砂墊層中。2023/2/5322023/2/5334.布置抽真空主濾管2023/2/5345.鋪設(shè)無紡?fù)凉げ汲檎婵展艿冷佋O(shè)完畢后，應(yīng)揀除砂墊層表面的尖棱小石子、尖銳貝殼及其它雜物；埋設(shè)完真空表測頭及其它觀測儀器后，在砂墊層上鋪設(shè)無紡?fù)凉げ家粚?，以保護(hù)密封膜。土工布要求采用克重不小于250g/m2的無紡?fù)凉げ?；加固區(qū)邊緣預(yù)留一定寬度的土工布，使其能在周邊密封溝處起到保護(hù)密封膜作用；

2023/2/5356.鋪設(shè)密封膜

將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實(shí)；2023/2/5366.鋪設(shè)密封膜

將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實(shí)；2023/2/5376.鋪設(shè)密封膜

將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實(shí)；2023/2/5386.鋪設(shè)密封膜

將二層聚氯乙烯真空密封膜敷設(shè)于場地地表，加固區(qū)四周各伸出5m左右，鋪設(shè)完成后應(yīng)做好防風(fēng)措施；將膜體周邊埋入密封溝內(nèi)，用土回填密封溝并壓實(shí)；2023/2/5397.出膜連接及抽真空系統(tǒng)安裝

抽真空設(shè)備主要包括出膜裝置和真空射流泵。真空主管通過鋼絲膠管和閥門與射流真空泵連接；出膜部位的連接必須牢固，密封可靠；2023/2/5407.出膜連接及抽真空系統(tǒng)安裝

抽真空設(shè)備主要包括出膜裝置和真空射流泵。真空主管通過鋼絲膠管和閥門與射流真空泵連接；出膜部位的連接必須牢固，密封可靠；2023/2/541(4)真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法當(dāng)真空預(yù)壓達(dá)不到要求的預(yù)壓荷載時，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)壓荷載可疊加計算。適用于軟粘土地基。2023/2/542砂石樁法擠密松散砂土、素填土和雜填土等砂性土加固機(jī)理—擠密施工方法：p443土樁擠密法機(jī)械成孔，將素土分層填入孔中，壓實(shí)適用于地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等，處理深并為5-15m9.6擠密法粘性土加固機(jī)理—置換，形成復(fù)合地基灰土樁擠密法以提高地基的承載力或水穩(wěn)定性為主要目的。2023/2/543

振沖法是利用一個振沖器，在高壓水流的作用下邊振邊沖，使松砂地基變密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的樁體，這樣的樁體和原來的土構(gòu)成復(fù)合地基。

在砂土中和粘性土中振沖法的加固機(jī)理是不同的。在砂土中主要是振動擠密和振動液化作用；在粘性土中主要是振沖置換作用，置換的樁體與土組成復(fù)合地基。9.7振沖法2023/2/544它是以起重機(jī)吊起振沖器，啟動潛水電機(jī)后，帶動偏心輪，使振沖器產(chǎn)生高頻振動，同時開動水泵，使高壓水通過噴嘴噴射高壓水流，在邊振動邊水沖的綜合作用下，將振沖器沉到土中設(shè)計預(yù)定深度，經(jīng)過清孔后，就可從地面向孔中逐段填入碎石,每段填料均在振動作用下逐漸振擠密實(shí)，達(dá)到所要求的密實(shí)度后提升振沖器，如此重復(fù)填料和振密，直到設(shè)計預(yù)定的樁頂或至地面，從而在地基中形成一根大直徑的很密實(shí)碎石樁體。2023/2/545干振碎石樁干振碎石樁技術(shù)是對振沖碎石樁的直接改進(jìn)，即以無射水干振的“振孔器”取代振動加水沖的“振沖器”造孔和制樁，利用“振孔器”的水平振動力和自重成孔、擠密碎石而成干振碎石柱。從而避免泥水污染環(huán)境及非飽和土遭水浸的缺點(diǎn)。干振法的“振孔器”構(gòu)造見圖。2023/2/546沉管碎石樁

振擠碎石樁也稱振動沉管碎石樁，它采用振動沉管打樁機(jī)為主要機(jī)具，是模仿擠密砂樁工藝制造的碎石柱。2023/2/5472023/2/5482023/2/549工程應(yīng)用（1）處理多層建筑物的松砂地基，提高地基的承載力，減少沉降。（2）處理堤壩可液化的細(xì)粉砂地基。（3）處理其他類建筑物的可液化地基。2023/2/5509.8化學(xué)加固法2023/2/551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。深層水泥土攪拌法2023/2/552(a)定位(b)噴漿(粉)攪拌下沉(c)攪拌上升(d)重復(fù)噴漿(粉)攪拌下沉(e)重復(fù)攪拌上升(完畢)(a)(b)(c)(d)(