《土力學與地基基礎》第九章 軟弱地基處

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1、土力學地基基礎Soil Mechanics and Foundation Engineering,河南科技大學建筑工程學院 高笑娟,第九章 軟弱地基處理,第一節(jié) 概述 一、地基處理的目的 1、建筑物地基面臨的問題 （1）承載力及穩(wěn)定性問題。當?shù)鼗目辜魪姸炔蛔阋灾С猩喜拷Y(jié)構(gòu)的自重及外荷載時，地基就會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。,（2）沉降、不均勻沉降、水平位移等問題。 （3）地基的滲透量或水力坡降超過容許值時，會發(fā)生水量損失，或因潛蝕和管涌而可能導致失事。 （4）地震、機器以及車輛的振動、海浪作用和爆破等動力荷載可能引起地基土，特別是飽和無粘性土的液化、失穩(wěn)和震陷等危害。這類地基問題也可能分別概

2、括于上述穩(wěn)定和變形問題中，只不過是由于動力荷載引起的。,2、地基處理的目的 （1）地基處理的概念 在土木工程建設中，當天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求時，需對天然地基進行加固改良，形成人工地基，以滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求，保證其安全與正常使用，這種地基加固改良稱為地基處理。地基處理的目的是利用換填、夯實、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學等方法對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性。,（2）目的 1）提高地基土的抗剪強度。 2）降低地基土的壓縮性。 3）改善地基土的透水特性。 4）改善地基的動力特性。 5）改善持殊土的不良地基特性。,二、地基處理方法的分類 地基處理方法按地基處

3、理原理進行分類外，還可以按下面方法分類： （1）地基處理方法可分為物理的地基處理方法、化學的地基處理方法以及生物的地基處方法； （2）可根據(jù)地基處理加固區(qū)的部位分為淺層地基處理方法、深層地基處理方法和斜面土層處理方法三大類； （3）還可視用途將地基處理方法分為臨時地基處理方法和永久地基處理方法兩種。,三、地基處理的特點 （1）大部分地基處理方法的加固效果不是在施工結(jié)束后就能全部發(fā)揮； （2）每一項地基處理工程都有它的特殊性； （3）地基處理是隱蔽工程，很難直接檢驗其加固效果。,四、常見的地基處理方法 1、換填墊層法 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

4、層（淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、填土，以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。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、素填土和雜填土。,2、振密、擠密法 1）表層壓實法； 2）重錘夯實法； 3）強夯法； 4）振沖擠密法； 5）土樁與灰土樁法； 6）砂樁； 7）爆破法,3、排水固結(jié)法 1）堆載預壓法； 2）砂井法（包括袋裝砂井、塑料排水帶等）； 3）真空預壓法； 4）降低地下水位法； 5）電滲排水法。,4、置換法 1）振沖置換法(碎石樁法)； 2）石灰樁法； 3）強夯置換法； 4）水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁法)。,5、加筋法 加筋法的基本

5、原理是通過在土層中埋設強度較高的土工合成材料、拉筋、受力桿件等提高地基承載力、減小沉降、維持建(構(gòu))筑物或土坡穩(wěn)定。 1）土工合成材料 2）土層錨桿 3）土釘 4）樹根樁法,6、膠結(jié)法 膠結(jié)法的基本原理是在軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥、水泥砂漿以及石灰等固化物，形成加固體，與未加固部分形成復合地基以提高地基承載力和減小沉降。 （1）灌漿法 （2）高壓噴射注漿法 （3）水泥土攪拌法,7、冷熱處理法 （1）凍結(jié)法 （2）燒結(jié)法 8、托換 9、糾偏,第二節(jié) 地基處理方法簡介,一、換填墊層法 當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時，基礎底面下處理范圍內(nèi)的軟弱土

6、層部分或全部挖除，然后分層換填強度較大的砂（碎石、素土、灰土、爐渣、粉煤灰）或其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，并壓實至要求的密實度為止，這種地基處理方法稱為換填墊層法，簡稱為換填法。,1、墊層的作用 （1）提高持力層的承載力 （2）減小沉陷量 （3）加速軟弱土層的排水固結(jié) （4）防止凍脹 （5）消除膨脹土的脹縮作用,2、墊層材料的選用 （1）砂石 砂石墊層材料宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑，應級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質(zhì)。當使用粉細砂時，應摻入不少于總重30的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50mm，并通過試驗確定虛鋪厚度、振搗遍數(shù)、振搗器功率等技術參數(shù)。對濕陷性

7、黃土地基，不得選用砂石等透水材料。,（2）粉質(zhì)粘土 土料中有機質(zhì)含量不得超過5，亦不得含有凍土或膨脹土，不得夾有磚材料。當含有碎石時，粒徑不宜大于50mm。 （3）灰土 灰土的體積配合比宜為2:8或3:7。土料宜用粉質(zhì)粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應過篩，其顆粒直徑不得大于15mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒粒徑不得大于5mm。,（4）粉煤灰 可用于道路、堆場和小型建筑物、構(gòu)筑物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.30.5m。作為建筑物墊層的粉煤灰應符合有關放射性安全標準的要求。 （5）礦渣 墊層使用的礦渣是指高爐重礦渣，可分為分級礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦

8、渣墊層主要用于堆場、道路和地坪，也可用于小型建筑物、構(gòu)筑物地基。易受酸、堿影響的基礎或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時，應考慮對地下水和土壤的環(huán)境影響。,3、墊層設計 （1）墊層厚度的確定 墊層厚度z應根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并結(jié)合式,,對于矩形基礎 （2）墊層寬度確定,二、預壓法固結(jié)法 1、堆載預壓法,三、擠密法 1、砂樁擠密法(砂樁)(densification by sand Pile) （1）概述 砂樁擠密法是用振動、沖擊或打入套管等方法，在地基中形成土孔，然后填入中、粗砂，并予以搗實而形成直徑較大的樁，使地基土在較大的深度范圍內(nèi)得以擠密加固。,砂

9、樁法起源于19世紀30年代的歐洲，用于在海灣沉積軟土上建造兵工廠的地基工程中。當時的設計樁長為2m，樁徑為0.2m，每根樁承擔的荷載為10kN。此后，在長時間內(nèi)由于沒有實用的設計計算方法，缺少先進的施工工藝和施工設備而影響了它的發(fā)展。 第二次世界大戰(zhàn)以后，砂樁法在前蘇聯(lián)得到廣泛應用并取得了較大成就。初期，砂樁采用沖孔搗實施工法，以后又采用水沖振動施工法，其缺點都是質(zhì)量不佳和處理深度較淺。,20世紀50年代后期，隨著振動打樁機的出現(xiàn)又采用振動式打拔管施工法。 隨后日本又研究出振動式重復壓拔管施工法和控制施工質(zhì)量的方法，這些方法的應用使砂樁地基處理技術發(fā)展到一個新的水平，使其施工質(zhì)量和施工效

10、率均有顯著提高，處理深度可達30m左右。,我國1959年首次在上海重型機器廠采用錘擊沉管擠密砂樁法處理地基； 1978年又在寶山鋼鐵總廠采用振動重復壓拔管砂樁施工法處理原料堆場地基。這兩項工程為我國在飽和軟弱粘性土中采用砂樁，特別是砂樁地基處理方法積累了豐富的經(jīng)驗。 近十多年來，砂樁法在我國工業(yè)與民用建筑、交通、水利等工程建設中得到了廣泛應用。,（2）加固原理 地基土的土質(zhì)不同，對砂樁的作用原理也不盡相同 1）在松散砂土中的作用 擠密作用； 振密作用 2）在軟粘土中的作用 置換作用； 排水作用；,（3）砂樁用途 1）在松散砂土中，可用于增大相對密度，防止振動液化。 2）在軟弱粘性土中

11、，可用于提高地基承載力，加速固結(jié)沉降，改善地基的整體穩(wěn)定性。,3、土擠密樁樁法和灰土擠密樁法 土擠密樁法由原蘇聯(lián)阿別列夫教授于1934年首創(chuàng)，并在工程建設中得到廣泛應用。 我國自20世紀50年代中期開始在西北黃土地區(qū)進行土擠密樁法的研究和應用。 60年代中期，西安地區(qū)在土擠密樁法的基礎上成功地應用了灰土擠密樁法，并在70年代逐步推廣應用。,灰土擠密樁法和土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基，不適用于地下水位以下使用。當?shù)鼗恋暮看笥?4、飽和度超過65時，成孔及撥管過程中，樁孔容易縮頸，樁孔周圍容易隆起，擠密效果差，此時不宜采用。灰土擠密樁法和土擠密樁法

12、處理地基深度一般為515m。若用于處理5m以內(nèi)土層，其綜合效果不如強夯法、重錘夯實法以及換填墊層法。對大于15m的土層，若地下水位較深，近年來有采用螺旋鉆取土成孔，分層回填灰土，并強力夯實，使加固深度超過20m的黃土地基加固實例。,四、化學加固法 化學加固法指利用水泥漿液、粘土漿液或其它化學漿液，通過灌注壓入、高壓噴射或機械攪拌，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理和力學性質(zhì)的地基處理方法。灌漿法創(chuàng)始于1802年，法國工程師采用了灌注粘土和石灰漿的方法修復了一座受沖刷的水閘。此后，灌漿法已成為地基土加固中的一種廣泛使用的方法。,1、灌漿法 （1）概念 灌漿法是指利用液壓、氣壓或

13、電化學原理，通過注漿管把漿液體均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，使土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣排出，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學性良好的結(jié)石體。,（2）灌漿的目的 1）增加地基土的不透水性。防止流砂、鋼板樁滲水、壩基漏水和隧道開挖時涌水，及改善地下工程的開挖條件； 2）防止邊坡護岸的沖刷； 3）整治坍方滑坡，處理路基病害； 4）提高地基土的承載力，減少地基的沉降和不均勻沉降； 5）進行托換技術，對古建筑的地基加固更為常用。,（3）適用范圍,2、深層水泥攪拌法 （1）概念 水泥土攪拌法是利用水泥(或

14、石灰)等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固體，從而提高地基土強度和增大變形模量的地基處理方法。,（2）水泥土攪拌法的優(yōu)點 水泥土攪拌法加固軟土技術，具有以下獨特的優(yōu)點： 1）水泥土攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，因而最大限度地利用了原土； 2）攪拌時無振動、無噪音和無污染，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進行施工； 3）攪拌時不會使地基側(cè)向擠出，所以對周圍原有建筑物及地下溝管影響很??；,（4）水泥土攪拌法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的

15、復合地基、基坑工程圍護擋墻、基坑被動區(qū)加固、防滲帷幕、大體積水泥穩(wěn)定土等，其設計靈活，可按不同地基土的性質(zhì)及工程設計要求，合理選擇固化劑及其配方； （5）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式； （6）與鋼筋混凝土樁基相比，可節(jié)約大量的鋼材，并降低造價。,（3）適用范圍 1）作為建筑物或構(gòu)筑物的地基、廠房內(nèi)具有地面荷載的地坪、高填方路堤下基層等； 2）進行大面積地基加固、防止碼頭岸壁的滑動、深基坑開挖時作支護和減少軟土中地下構(gòu)筑物的沉降； 3）作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流、對樁側(cè)或板樁背后的軟土進行加固。,3、高壓噴射注漿法,（1）特點 1）適用范圍較廣 2）施

16、工簡便 3）可控制固結(jié)體形狀。 4）可垂直、傾斜和水平噴射 5）耐久性較好； 6）料源廣闊； 7）設備簡單,（2）高壓噴射注漿法的工程應用范圍 1）增加地基強度 提高地基承載力，整治已有建筑物沉降和不均勻沉降的托換； 減少建筑物沉降，加固持力層或軟弱下臥層； 加強盾構(gòu)法和頂管法的后座，形成反力后座基礎,2）擋土圍堰及地下工程建設 保護鄰近建、構(gòu)筑物； 保護地下工程建設； 防止基坑底部隆起。 3）增大土的摩擦力和黏聚力 防止小型坍方滑坡； 錨固基礎。,（4）減少振動，防止液化 1）減少設備基礎振動； 2）防止砂土地基液化。 （5）降低土的含水量 1）整治路基翻漿冒泥； 2）防止地基凍隆。,（6）防滲帷幕 1）河堤水池的防漏及壩基防塵； 2）帷幕井筒； 3）防止盾構(gòu)和地下管道漏水漏氣； 4）地下連續(xù)墻補缺； 5）防止涌砂冒水。,（3）對漿體的要求 1）有良好的可噴性 2）有足夠的穩(wěn)足陸 3）氣泡少 4）調(diào)節(jié)漿液的膠凝時間 5）有良好的力學性能 6）無毒、無臭 7）結(jié)石率高,