模塊10 軟弱地基處理

模塊10

軟弱地基處理任務(wù)1概述

土木工程建設(shè)中，當(dāng)天然地基不能滿足建（構(gòu)）筑物對地基強(qiáng)度或變形或穩(wěn)定性的要求時(shí)，需對天然地基進(jìn)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。1.地基處理技術(shù)的發(fā)展概述故宮概述小雁塔概述長城寧夏固原的秦長城遺址洛陽萬安橋

概述2.地基常需解決的問題壓縮及不均勻沉降問題。強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題。滲流和滲透穩(wěn)定問題。動力荷載引起的液化、震陷等災(zāi)害問題。區(qū)域性特殊土的不良特性問題。概述地基薄弱違規(guī)加蓋

，鄭州七層樓房坍塌

。廣東省潮州火車站建在土質(zhì)軟弱、淤泥層十分深厚的地層上，造成了大面積的地面沉降，并引起上部結(jié)構(gòu)損壞

概述上海市地鐵4號線事故引起地面沉降概述地震后的唐山市區(qū)概述唐山市勝利橋開灤煤礦醫(yī)院

唐山市青年宮

天津旭日化工廠高26米的水塔

豐南火車站鐵軌

概述概述

膨脹土地裂縫巖溶地面塌陷

黃土濕陷概述3.地基處理的目的（1）改善地基的剪切性能、提高地基承載力及其穩(wěn)定性。（2）改善地基的變形性質(zhì)、減少其沉降及不均勻沉降變形量。（3）改善地基的滲透性、加強(qiáng)其滲透穩(wěn)定性。（4）改善地基的動力特性、提高其抗震性能。（5）改善地基的不良特性、滿足其工程的需要。概述4.地基處理的對象

1）淤泥土與淤泥質(zhì)土---簡稱軟土淤泥:孔隙比e>1.5,w>wl(Il>1.0)淤泥質(zhì)土:孔隙比e=1.0~1.5,w>wl(Il

>1.0)工程特性*高含水量w=40~90%*高壓縮性a>0.5~3.0MPa-1*低強(qiáng)度cu<30kPa，φ

≈0

*低滲透性k=10-6~10-8cm/s，固結(jié)過程長*高結(jié)構(gòu)性St

>4

泥炭,泥炭質(zhì)土：有機(jī)含量>25%

2）填土概述

雜填土：人類活動所形成的無規(guī)則堆積物。如建筑垃圾、工業(yè)廢料及生活垃圾等。主要特性：強(qiáng)度低，壓縮性高，不均勻，不穩(wěn)定。

沖填土：利用水力將泥砂沖填到岸邊形成的沉積土。主要特性：含粘粒多的細(xì)、呈流動狀態(tài)，低強(qiáng)度、高壓縮且欠固結(jié)；以粉土或粉細(xì)砂為主的，則容易產(chǎn)生液化。概述

３）其他特殊土：

濕陷性黃土：濕陷性

膨脹土：脹縮性

紅粘土：特殊結(jié)構(gòu)性

巖溶、土洞：塌陷振動擠密法換填法碾壓與夯實(shí)換土墊層法振沖擠密灰土擠密重錘夯實(shí)機(jī)械碾壓振動壓實(shí)強(qiáng)夯堆載預(yù)壓砂井（塑料排水板）預(yù)壓真空預(yù)壓按作用機(jī)理排水固結(jié)法井點(diǎn)降水沉樁擠密爆破擠密

任務(wù)2.地基處理方法其他方法置換及拌入灌漿托換振沖置換沖抓置換深層攪拌石灰樁土工合成材料錨桿（索）樹根樁按作用機(jī)理加筋法加筋土凍結(jié)糾偏高壓噴射注漿任務(wù)4換填墊層法

當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了設(shè)計(jì)要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時(shí)，將基礎(chǔ)底面下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強(qiáng)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(shí)至要求的密實(shí)度為止，這種地基處理方法稱為換土墊層法，簡稱墊層法。

定義軟土墊層深厚軟土深厚軟土軟土地基沉降太大、強(qiáng)度不足墊層法地基處理過程示意墊層法墊層的類型按墊層材料分

砂墊層

砂卵石墊層

碎石墊層

素土墊層

灰土墊層

粉煤灰墊層

礦渣墊層適用范圍：軟弱地基的淺層處理。墊層法墊層的主要作用

不同材料的墊層,其作用也各不相同。1）提高持力層的承載力：高強(qiáng)度材料置換軟弱土，強(qiáng)度提高；

2）減少地基的沉降量：基礎(chǔ)下淺層土的壓縮占基礎(chǔ)總沉降的

比例較大，低壓縮性材料置換高壓縮性土，減少沉降；

3）加速軟土的排水固結(jié)：透水性大且性能穩(wěn)定材料做墊層，

可加速軟土的排水固結(jié)，提高地基強(qiáng)度；

4）防止地基土的凍脹：采用粗粒土使土中水分不能遷移；

5）消除膨脹土的脹縮性。采用素土或灰土墊層消除黃土的濕陷性回填土墊層法墊層的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的基本要求

既要求有足夠的厚度置換可能剪切破壞的軟弱土層，并使通過墊層擴(kuò)散到軟土層的附加應(yīng)力，滿足軟土層強(qiáng)度和變形的要求；又要求有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容確定其斷面的合理厚度和寬度。b′dz墊層法砂墊層設(shè)計(jì)的步驟1)墊層厚度的確定要求:

作用在墊層底面處土的自重應(yīng)力σcz與附加應(yīng)力σz之和不大于墊層底面下土的承載力。軟弱下臥土層經(jīng)深度修正的承載力特征值cdp0回填土dzCZzbZp0回填土b′=b+2ztandzCZzcdbZ墊層法z的簡化計(jì)算壓力擴(kuò)散角法條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)σcd=γmd墊層法

試算法確定墊層厚度

（1）初定z為1~2m；

（2）計(jì)算墊層底面處的σcz和σz；

（3）按式σcz+σz≤

faz

驗(yàn)算；

若不滿足要求則重新取值，直到滿足要求為止。

墊層厚度不宜>3m，墊層也不宜<0.5m。

cdp0回填土dzCZzbZ墊層法2)墊層寬度的確定要求:（1）滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求；（2）防止墊層側(cè)向擠出。寬度計(jì)算

按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或壓力擴(kuò)散角法回填土b′≥

b+2ztandzzb

墊層底寬：墊層頂寬：按開挖坡度確定墊層法墊層材料的選擇

（1）砂石：宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、

中砂或石屑（粒徑<2mm的部分不應(yīng)超過總重的45％）,

應(yīng)級配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉

細(xì)砂時(shí)，應(yīng)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。

（2）粉質(zhì)粘土：土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過5％，當(dāng)含有碎

石時(shí)，粒徑不宜大于50mm。（3）其他材料：如灰土、粉煤灰、礦渣等。

注意：

砂墊層不宜用于處理

濕陷性黃土地基

墊層法墊層施工要點(diǎn)

（1）關(guān)鍵是如何將砂土加密到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。加密方法

可采用機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法和平板振動法。應(yīng)根據(jù)

不同的換填材料選擇施工機(jī)械。

（2）分層鋪填厚度、每層壓實(shí)遍數(shù)等宜通過試驗(yàn)確定。一般

情況下，墊層的分層鋪填厚度可取200～300mm

。（3）基坑開挖時(shí)應(yīng)避免坑底土層受擾動。（4）作好基坑的排水工作，必要時(shí)應(yīng)采取降低地下水位的措

施。采用振實(shí)時(shí)，應(yīng)保證水源補(bǔ)給與排水暢通，水面宜

保持與砂面齊平。羊足碾振動平胎碾平滑鼓型振動碾Vibrocompactionforsand平滑鼓型振動碾振動平板碾振動平板碾任務(wù)5預(yù)壓法

在建筑物建造以前，對天然地基或已設(shè)置各種排水體的地基施加預(yù)壓荷載，使土體中的孔隙水排出，地基逐漸固結(jié)沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。又稱排水固結(jié)法。

定義

飽和粘性土地基的固結(jié)是加壓和排水兩種作用效應(yīng)的結(jié)果。排水固結(jié)法

條件排水系統(tǒng)排水固結(jié)法加壓系統(tǒng)作用主要是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。作用主要是使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)，達(dá)到提高強(qiáng)度，減少沉降的目的。充分條件必要條件排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)豎向排水體系堆載法真空法降水法聯(lián)合法排水固結(jié)水平排水體系電滲法排水固結(jié)法普通砂井塑料排水板袋裝砂井砂墊層土工合成材料排水固結(jié)法

土層的排水效果與其排水邊界條件有關(guān)，當(dāng)飽和土厚度不大時(shí)，土中孔隙水向上下透水層（水平排水層）排出使土體固結(jié)，稱為豎向排水固結(jié)；為加速土的固結(jié)，最有效的辦法是增加排水途徑，縮短排水距離，即設(shè)置豎向排水體系（砂井、塑料排水板等）。粘性土固結(jié)所需時(shí)間與排水距離的平方成正比塑料排水帶施工實(shí)況一

塑料排水帶施工實(shí)況二

袋裝砂井施工實(shí)況一

袋裝砂井施工實(shí)況二

砂墊層施工實(shí)況

排水固結(jié)法預(yù)壓方法（1）堆載預(yù)壓（2）降水預(yù)壓增加有效應(yīng)力（3）真空預(yù)壓密封層排水固結(jié)法排水固結(jié)法加載過快會失穩(wěn)

排水固結(jié)法堆載預(yù)壓法’-u排水固結(jié)法真空預(yù)壓法

利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載，即在需加固地基表面鋪設(shè)一層透水砂墊層，然后設(shè)置豎系向排水管道，再用不透氣封閉膜使其與大氣隔絕，通過墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管進(jìn)行抽氣，使其形成真空的負(fù)壓界面，逐漸吸出土中孔隙水，從而達(dá)到預(yù)壓效果。砂墊層鋪筑

塑料排水板施工

布置抽真空主濾管

鋪設(shè)密封膜

回填密封溝并壓實(shí)

抽真空系統(tǒng)安裝

擠密法是采用振動、沖擊等方法成孔，然后向孔內(nèi)填砂、石、土、石灰或其他材料，再加以振實(shí)形成較大樁體對地基土產(chǎn)生橫向擠密作用的方法。按填入的材料可分為砂石樁、土樁（或灰土樁）和石灰樁等。任務(wù)６深層擠密法

一、灰土擠密樁法和土擠密樁法

灰土樁法和土樁大都是利用成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)土被擠向周圍，使樁間土擠密，然后將灰土或素土（粘性土）分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯填密實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。前者稱為灰土擠密樁法，后者稱為土擠密樁法。適用范圍

處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基?？商幚淼鼗纳疃葹?～15m。當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4％、飽和度大于65％時(shí)，不宜選用灰土擠密樁法或土擠密樁法。

擠密樁法

沉管（錘擊、振動）成孔、沖擊成孔

沉管：封口或者活瓣；打入，加料，拔出；振動,錘擊材料：土樁(原位粘性土再夯入)；灰土樁(體積比消石灰:土2:8或3:7)

二灰樁(加粉煤灰)振動器

擠密樁法

加固機(jī)理1.擠密作用土(灰土、二灰)樁擠壓成孔時(shí)，樁孔位置原有土體被強(qiáng)制側(cè)向擠壓，使樁周一定范圍內(nèi)的土層密實(shí)度提高。相鄰兩樁擠密區(qū)交界處擠密效果相互疊加，樁間土中心部位的密實(shí)度增大，且樁間土的密度變得均勻，樁距越小，疊加效果越顯著。

擠密樁法

加固機(jī)理2.灰土性質(zhì)作用灰土樁是用石灰和土按一定體積比拌和，并在孔內(nèi)夯實(shí)加密后的樁。這種材料在化學(xué)性能上具有氣硬性和水硬性，由于石灰內(nèi)帶正電荷鈣離子與帶負(fù)電荷粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，使土體強(qiáng)度逐漸增加。在力學(xué)性能上，可提高地基承載力，消除濕陷性，減小沉降量和使沉降均勻。

擠密樁法

主要特征1.土（灰土、二灰）樁擠密法是橫向擠密，但同樣可達(dá)到所要求加密處理后的最大干密度；

2.與土墊層相比無需開挖回填，節(jié)約了工作量。比換填法縮短工期約一半；

3.由于不受開挖和回填的限制，一般處理深度可達(dá)12~15m；

4.由于填入樁孔的材料可就地取材，造價(jià)低，尤其利用粉煤灰可變廢為寶，取得很好的效益。

擠密樁法

孔位布置sdsd布置方式：梅花形正方形

砂樁法

砂樁于19世紀(jì)30年代起源于歐洲。20世紀(jì)50年代后期，日本產(chǎn)生了振動式和沖擊式的施工方法，處理深度可達(dá)30m。砂樁技術(shù)自20世紀(jì)50年代引進(jìn)我國后，在工業(yè)與民用建筑、交通、水利等工程建設(shè)中得到了應(yīng)用。適用范圍

處理松散砂土、粉土、非飽和低塑性粘性土、素填土、雜填土等和對飽和粘土地基上對變形控制要求不嚴(yán)的工程，還可處理可液化地基。概述砂塞砂料砂樁套管定位擠密砂樁施工

砂樁法

加固原理一、在松散砂土中的作用（1）擠密作用；（2）振密作用。二、在軟粘土中的作用（1）置換作用；（2）排水作用。

砂樁法

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）在軟粘土中，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。

砂樁法

南水北調(diào)穿黃工程北岸渠道基礎(chǔ)上部地層為粉砂、細(xì)砂，呈松散狀態(tài)，地下水位較高，地基土存在砂土震動液化問題，且淺表層砂壤土，粉細(xì)砂承載能力較低，渠基采取擠密砂樁加固處理。渠道基礎(chǔ)擠密砂樁工程量約34萬米，采用φ600毫米、φ800毫米兩種樁機(jī)設(shè)備施工。

碎石樁法

用振動、沖擊或水沖等方法在軟弱地基中成孔后，再將碎石擠入土中形成大直徑由碎石所構(gòu)成的密實(shí)樁體的方法，稱為碎石樁法。施工方法干振擠密碎石樁法沉管碎石樁法振沖碎石樁法沉管夯擴(kuò)碎石樁法袋裝碎石樁法等

振沖法是采用振動器強(qiáng)烈振動和壓力水沖貫入到土層深處，使松砂地基加密，或在軟弱土層中填入碎石等無粘性粗粒材料形成密實(shí)的樁體，并和原地基土組成復(fù)合地基的地基處理方法。

碎石樁法

振動水沖法設(shè)備：振沖器

d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20kN原理:

振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動加密,使顆粒移動沖:高壓水從中間穿過,使土顆粒振浮，液化固結(jié)振沖法

振沖法1.振沖加密作用振沖法加固回填砂土地基

在松散砂土中，可用于增大相對密度，防止振動液化。

振沖法2.振沖置換作用

在軟粘土中，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。注意:處理的軟粘土不排水強(qiáng)度應(yīng)≥20kPa。強(qiáng)制置換

振沖法

施工

水泥粉煤灰碎石樁法

由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高粘結(jié)強(qiáng)度樁（又稱CFG樁），并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法。

CFG樁法受力特性(1)樁土共同作用(2)樁土荷載分擔(dān)(3)樁間土應(yīng)力分布土下沉土反力

CFG樁法

CFG樁法

CFG樁法CFG樁化學(xué)加固法是指利用水泥漿、黏土漿或其他化學(xué)漿液，通過機(jī)械攪拌、高壓噴射等方法注入土中，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善土的物理、力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法。任務(wù)７化學(xué)加固法深層水泥攪拌法

水泥攪拌樁法是以水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，將固化劑（漿液或粉體）和地基土強(qiáng)制攪拌，由固化劑與軟土間所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法。水泥攪拌樁法水泥漿攪拌法---深層水泥攪拌法粉體噴射攪拌法---干噴法深層攪拌的工藝流程圖深層水泥攪拌法水泥攪拌機(jī)深層水泥攪拌法三軸水泥攪拌機(jī)深層水泥攪拌法深層水泥攪拌法深層水泥攪拌法

應(yīng)用高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法又稱旋噴法，它是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,高壓脈沖泵（工作壓力在20MPa以上），將水和漿液通過鉆桿下端的噴射裝置形成高壓射流噴射出來,沖擊破壞土體,同時(shí)鉆桿以一定速度漸漸向上提升,使?jié){液與土粒強(qiáng)制攪拌混合,漿液凝固后在土中形成水泥土加固體的地基處理方法。旋噴法噴射注漿施工順序

a-開始鉆進(jìn)b-鉆進(jìn)結(jié)束c-高壓懸噴開始d-噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊提升e-懸噴結(jié)束高壓旋噴注漿三種方法單管旋噴注漿(漿液)二重管旋噴注漿(漿液+氣體)三重管旋噴注漿(水+氣體+漿液)旋噴法旋噴法高壓噴射注漿三種型式1.旋轉(zhuǎn)噴射注漿；2.定向噴射注漿；3.搖擺噴射注漿；高壓旋噴樁施工現(xiàn)場旋噴法

應(yīng)用本章結(jié)束

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水泥粉煤灰碎石樁法

由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌合形成高粘結(jié)強(qiáng)度樁（又稱CFG樁），并由樁、樁間土和褥墊層一起組成復(fù)合地基的地基處理方法。

CFG樁法CFG樁與碎石樁的區(qū)別1分類上的區(qū)別：碎石樁屬于散體材料樁，

CFG樁則屬于剛性樁；

2受力機(jī)制的區(qū)別：碎石樁樁身無粘結(jié)強(qiáng)度，

承載力與周圍土的約束力有關(guān)，CFG樁可在

全長范圍內(nèi)受力，能充分發(fā)揮樁周阻力和端承力；

3樁土應(yīng)力比的區(qū)別：碎石樁樁土應(yīng)力比一般為1.5～4.0，而CFG樁的樁土應(yīng)力比較高，

一般為10～40，且有很大的可調(diào)性。

CFG樁法

1承載力提高幅度大、可調(diào)性強(qiáng)；

2剛性樁的性狀明顯；

3樁體排水作用；

4樁間土的時(shí)間效應(yīng)；

5樁體強(qiáng)度對承載力的貢獻(xiàn)；

6復(fù)合地基變形小。工程特性

CFG樁法1主要適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等；

2對淤泥、淤泥質(zhì)土等飽和軟粘土應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性；

3在含水豐富、砂層較厚的地帶，施工時(shí)應(yīng)

防止砂層坍塌造成斷樁，必要時(shí)應(yīng)采取降水措施。適用范圍

CFG樁法受力特性(1)樁土共同作用(2)樁土荷載分擔(dān)(3)樁間土應(yīng)力分布土下沉土反力

CFG樁法各組成部分的主要作用①保證樁土共同承擔(dān)荷載(1)褥墊層的作用②調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比例③減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中①承擔(dān)基礎(chǔ)傳來的荷載(2)樁的作用②對地基產(chǎn)生一定的擠密作用①置換作用(3)復(fù)合地基的作用②排水作用

CFG樁法

CFG樁法

CFG樁法CFG樁復(fù)合地基理論

一、復(fù)合地基的概念

復(fù)合地基是由基體（天然地基土體）和增強(qiáng)體（樁體或帶形體）兩部分組成，共同承受上部結(jié)構(gòu)荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基。復(fù)合地基組成天然地基土土質(zhì)樁或膠結(jié)摻料樁砂石墊層基礎(chǔ)

復(fù)合地基

二、復(fù)合地基有兩個(gè)基本特點(diǎn)：

（1）

復(fù)合地基是由兩種剛度（或模量）不同的材料

（增強(qiáng)體和基體）兩部分組成，是非均質(zhì)和各向異

性的；（2）

復(fù)合地基在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載并

協(xié)調(diào)變形。區(qū)別于樁基礎(chǔ)。區(qū)別于均質(zhì)地基三、復(fù)合地基的分類按成樁材料分類1）散體材料樁：如砂樁、碎石樁、礦渣樁等；2）水泥土類樁：水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等；3）混凝土類樁：CFG樁、樹根樁、錨桿靜壓樁等。按成樁后樁體的剛度（或強(qiáng)度）分類1）柔性樁：散體材料類樁；2）半剛