土力學(xué)與地基基礎(chǔ)第九章

第九章地基處理9.1概述（一）地基處理的目的

（1）改善剪切特性（2）改善壓縮特性（3）改善透水特性（4）改善動力特性（5）改善特殊土的不良地基特性（二）地基處理的對象對象：軟弱地基、不良地基1）軟弱地基（1）軟弱土的特性①天然含水量高；

②孔隙比大；③壓縮性高；④滲透性差；⑤具有結(jié)構(gòu)性。（2）軟弱土的分布淤泥和淤泥質(zhì)土廣泛地分布在上海、天津、寧波、連云港、廣州、廈門等沿海地區(qū)，及昆明、武漢內(nèi)陸平原以及山區(qū)。沖填土分布在長江、黃浦江、珠江兩岸等地區(qū)。雜填土的分布最廣。雜填土是由于人類活動而任意堆填的建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾。2）不良地基

不良地基包括飽和松散粉細(xì)砂、濕陷性黃土、膨脹土和季節(jié)性凍土、泥炭土、巖溶與土洞地基、山區(qū)地基等特殊土，都需要進(jìn)行地基處理。（三）地基處理方法的分類按處理深度分：淺層處理、深層處理；按時間分：臨時處理、永久處理；按土的性質(zhì)分：砂性土處理、粘性土處理；按地基處理的作用機(jī)理大致分：①土質(zhì)改良；②土的置換；③土的補(bǔ)強(qiáng)。（四）地基處理方法的選用原則編號分類處理方法原理及作用適用范圍1碾壓及夯實(shí)重錘夯實(shí)法，機(jī)械碾壓法，振動壓實(shí)法，強(qiáng)夯法（動力固結(jié)）利用壓實(shí)原理，通過機(jī)械碾壓夯擊，把表層地基土壓實(shí)，強(qiáng)夯則利用強(qiáng)大的夯擊能，在地基中產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和動應(yīng)力，使土體動力固結(jié)密實(shí)碎石、砂土、粉土、低飽和度的粘性土、雜填土等。對飽和粘性土可采用強(qiáng)夯法。2換土墊層砂石墊層、素土墊層，灰土墊層，礦碴墊層以砂石、素土、灰土和礦渣等強(qiáng)度較高的材料，置換地基表層軟弱土，提高持力層的承載力，減少沉降量暗溝、暗塘等軟弱土地基編號分類處理方法原理及作用適用范圍3排水固結(jié)天然地基預(yù)壓，砂井預(yù)壓，塑料排水板預(yù)壓，真空預(yù)壓，降水預(yù)壓通過改善地基排水條件和施加預(yù)壓荷載，加速地基的固結(jié)和強(qiáng)度增長，提高地基的穩(wěn)定性，并使基礎(chǔ)沉降提前完成飽和軟弱土層；對于滲透性很低的泥炭土，則應(yīng)慎重4振密擠密振沖擠密，灰土擠密樁，砂樁，石灰樁，爆破擠密采用一定的技術(shù)措施，通過振動或擠密，使土體孔隙減少，強(qiáng)度提高；也可在振動擠密的過程中，回填砂、礫石、灰土、素土等，與地基土組成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降量松砂、粉土、雜填土及濕陷性黃土編號分類處理方法原理及作用適用范圍5置換及拌入振沖置換，深層攪拌，高壓噴射注漿，石灰樁等采用專門的技術(shù)措施，以砂、碎石等置換軟弱土地基中部分軟弱土，或在部分軟弱土地基中摻入水泥、石灰或砂漿等形成加固體，與周邊土組成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力粘性土、沖填土、粉砂、細(xì)砂等。振沖置換法對于不排水抗剪強(qiáng)度τf<20kPa時慎用6土工聚合物土工膜、土工織物、土工格柵等合成物一種用于土工的化學(xué)纖維新型材料，可用于排水、隔離、反濾和加固補(bǔ)強(qiáng)等方面軟土地基、填土及陡坡填土、砂土7其它樹根樁、灌漿，凍結(jié)，托換技術(shù)，糾偏技術(shù)通過獨(dú)特的技術(shù)措施處理軟弱土地基根據(jù)建筑物和地基基礎(chǔ)情況確定9.2換填法換填法：將基礎(chǔ)底面以下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖除，然后回填砂、碎石、灰土或素土等強(qiáng)度較大的材料，分層夯壓密實(shí)后作為地基墊層，也稱換土墊層法。按回填材料的不同可分為砂墊層、碎石墊層、灰土墊層和素土墊層等。

1）換土墊層的作用（1）提高地基的承載力（2）減少地基沉降量（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)（4）防止凍脹和消除膨脹土地基的脹縮作用2）換土墊層的適用范圍

換土墊層法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等的淺層處理。9.2.2砂墊層的設(shè)計(jì)與計(jì)算1）砂墊層的厚度上部荷載通過砂墊層按一定擴(kuò)散角傳遞到下臥土層頂面上的全部壓力，不應(yīng)超過下臥土層的容許承載力：Pz+Pcz≤faz (9-1)墊層的厚度不宜大于3m。墊層底面處的附加壓力值Pz可分別按式(9-2)與式(9-3)簡化計(jì)算。條形基礎(chǔ)：

矩形基礎(chǔ)：式中b—矩形基礎(chǔ)或條件基礎(chǔ)底面寬度，m；

l—矩形基礎(chǔ)底面長度，m；

pk—相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面平均壓力值，kPa；

pc—基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa；z—基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；θ—墊層的壓力擴(kuò)散角，按表9-2釆用。壓力擴(kuò)散角，按下表釆用z/b換填材料碎石土、礫砂、粗中砂、石屑、礦渣粉質(zhì)粘土和粉煤灰(8<lp<14)灰土0.2520628≥0.503023282)砂墊層的寬度砂墊層寬度應(yīng)滿足兩方面要求：一是滿足應(yīng)力擴(kuò)散要求；二是防止側(cè)面土的擠出。目前常用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，或依下式計(jì)算：

b'=b+2ztanθ(9-4)式中b'—墊層底面寬度，m。當(dāng)z/b<0.25時，取θ=0°；當(dāng)0.25<z/b<0.5時，θ可由內(nèi)插值法求得。墊層頂面寬度宜超出基礎(chǔ)底面每邊不小于300mm，或從墊層底面兩側(cè)向上按開挖基坑的要求放坡。9.2.3砂墊層的施工要點(diǎn)（1）砂墊層所用材料必須具有良好的壓實(shí)性。（2）在地下水位以下施工時，應(yīng)釆用排水或降低地下水位的措施，使基坑保持無積水狀態(tài)。（3）砂和砂石墊層底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高處，若深度不同，基坑底土面應(yīng)挖成階梯或斜坡搭接，并按先深后淺的順序進(jìn)行墊層施工，搭接處應(yīng)夯壓密實(shí)。（4）砂墊層的施工方法可釆用碾壓法、振動法、夯實(shí)法等多種方法。（5）人工級配的砂石地基，應(yīng)將砂石拌和均勻后，再進(jìn)行鋪填搗實(shí)。9.2.4施工質(zhì)量檢測對粉質(zhì)黏土、灰土、粉煤灰和砂石墊層的分層施工質(zhì)量檢驗(yàn)可用環(huán)刀法、貫入儀、靜力觸探、輕型動力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)；對砂石、礦渣墊層可用重型動力觸探檢驗(yàn)。壓實(shí)系數(shù)也可采用環(huán)刀法、灌砂法、灌水法或其他方法檢驗(yàn)。工程質(zhì)量驗(yàn)收可通過荷載試驗(yàn)進(jìn)行，在有充分試驗(yàn)依據(jù)時，也可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或靜力觸探試驗(yàn)。采用載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)墊層承載力時，每個單體工程不宜少于3個點(diǎn)；對于大型工程則應(yīng)按單體工程的數(shù)量或工程的面積確定檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)。9.3排水固結(jié)法9.3.1概述排水固結(jié)法是指給地基預(yù)先施加荷載，為加速地基中水分的排出速率，同時在地基中設(shè)置豎向和橫向的排水通道，使得土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時強(qiáng)度逐步提高的方法。9.3.2加固機(jī)理

根據(jù)太沙基固結(jié)理論，飽和粘性土固結(jié)所需的時間和排水距離的平方成正比。為了加速土層固結(jié)，最有效的方法就是增加土層排水途徑，縮短排水距離，排水固結(jié)法就是在被加固地基中置入砂井、塑料排水板等豎向排水體如圖9.3所示，使土層中孔隙水主要從水平向通過砂井和部分從豎向排出。因而極大加速了地基的固結(jié)速率。（a）剖面圖（b）砂井排水途徑1—堆載；2—砂墊層；3—砂井圖9.3砂井排水示意圖9.3.3排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)的作用，主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離，排水系統(tǒng)由豎向的排水體和水平向的排水墊層構(gòu)成。豎直排水體有普通砂井、袋裝砂井和塑料排水板。9.3.4加載系統(tǒng)加載系統(tǒng)，即是施加起固結(jié)作用的荷載，土中的孔隙水因產(chǎn)生壓差而滲流使土固結(jié)。加壓系統(tǒng)的作用，通過對地基施加預(yù)壓荷載，使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。其材料有固體(土、石料等)、液體(水等)、真空負(fù)壓力荷載等。加載系統(tǒng)包括堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降低地下水位法、電滲法、聯(lián)合法等。9.4密實(shí)法

9.4.1碾壓法碾壓法是用壓路機(jī)、推土機(jī)或羊足碾、平碾等機(jī)械在需壓實(shí)的場地上，按計(jì)劃與次序反復(fù)碾壓，分層鋪土，分層壓實(shí)。通過處理，可使填土或地基表層疏松土孔隙體積減小，密實(shí)度提高，從而降低土的壓縮性，提高其抗剪強(qiáng)度和承載力。9.4.2夯實(shí)法夯實(shí)法分為重錘夯實(shí)法和強(qiáng)夯法1）重錘夯實(shí)法重錘夯實(shí)法的原理是：利用起重機(jī)械將夯錘提升到一定高度，然后自由下落產(chǎn)生很大的沖擊能來擠密地基、減小孔隙、提高強(qiáng)度，經(jīng)不斷重復(fù)夯擊，使整個建筑物地基得以加固，達(dá)到滿足建筑物對地基土強(qiáng)度和變形的要求。

2）強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法是用大噸位的起重機(jī)，把很重的錘(一般為80?400kN)從高處自由下落(落距為8?30m)給地基以沖擊力和振動，強(qiáng)力夯實(shí)地基以提高其強(qiáng)度、降低壓縮性。強(qiáng)夯法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；同時，夯擊還提高了土的均勻程度，減少可能出現(xiàn)的差異沉降。9.4.3擠密法及振沖法1）擠密法擠密砂粧是屬于柔性粧加固地基的范疇，它主要靠粧管打入地基時，對土的橫向擠密作用，使土粒彼此移動，顆粒之間互相靠緊，空隙減小，土的骨架作用隨之增強(qiáng)。所以擠密法加固地基使松軟土發(fā)生擠密固結(jié)，從而使土的壓縮性減小，抗剪強(qiáng)度提高。軟弱土被擠密后與粧體共同作用組成復(fù)合地基，共同傳遞建筑物的荷載。2）振沖法在砂土中，利用加水和振動可以使地基密實(shí)。振沖法就是根據(jù)這個原理而發(fā)展起來的一種加固深厚軟弱土的方法。振沖法施工的主要設(shè)備為振沖器，它類似插入式混凝土振搗器，由潛水電動機(jī)、偏心塊和通水管三部分組成。

3）復(fù)合地基的變形模量和地基承載力

（1）變形模量在設(shè)計(jì)上可用碎石粧與粧間土的面積加權(quán)平均法確定復(fù)合地基的E值：

(2)地基承載力圖中：P，Pp，Ps分別為作用于復(fù)合地基、碎石粧及粧間土的壓力，t/m2；L為碎石粧的粧長，m；l為碎石粧的粧距，m；A為一根碎石粧所承擔(dān)的加固面積，m2，A=Ap+As；Ap為一根碎石粧面積，m2；A為一根碎石粧所承擔(dān)的加固范圍內(nèi)土的面積，m2。9.5化學(xué)加固法目前釆用的化學(xué)漿液有以下幾種：（1）水泥漿液：用高標(biāo)號的硅酸鹽水泥和速凝劑組成的漿液。（2）硅酸鈉(水玻璃)為主的漿液：常用水玻璃和氯化鈣溶液。（3）丙烯酸氨為主的漿液。（4）紙漿為主的漿液：如重鉻酸鹽木質(zhì)素漿液其加固效果尚可，但有毒性，易污染地下水。9.5.1高壓噴射注漿法1）加固地基原理2）分類高壓噴射注漿法分類如下：（1）按注漿形式分：有旋轉(zhuǎn)噴射、定向噴射和擺動噴射三種注漿形式。（2）按噴射管結(jié)構(gòu)分：有單管、二重管和三重管三種。

3）注漿法的特點(diǎn)

注漿法的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）能夠比較均勻地加固透水性很小的細(xì)粒土；（2）不會發(fā)生漿液從地下流失；（3）能在室內(nèi)或洞內(nèi)凈空很小的條件下對土層深部進(jìn)行加固施工。9.5.2水泥土攪拌法水泥土攪拌法的施工順序如下：（1）就位。將攪拌機(jī)的攪拌頭定位對中，啟動電動機(jī)當(dāng)?shù)孛嫫鸱黄綍r，應(yīng)使起重機(jī)保持平衡。（2）預(yù)攪下沉。啟動攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌下沉。（3）制備水泥漿。當(dāng)攪拌頭沉到設(shè)計(jì)深度后，略為提升攪拌頭，開始制備水泥漿，由灰漿泵輸送配制的水泥漿，通過中心管，壓開球形閥，使水泥漿進(jìn)入軟土；（4）噴漿攪拌。邊噴漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和土體充分拌和，直至地面；（5）重復(fù)上下攪拌。

9.6土工合成材料及其他措施9.6.2土工合成材料1）土工合成材料的分類土工合成材料的分類有以下幾種。（1）土工織物（2）土工膜（3）特種土工合成材料（4）復(fù)合型土工合成材料2）土工合成材料的功能（1）反濾作用（2）排水作用（3）