基础工程第四章软土地基处理Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第一节第一节 概概 述述第四章第四章 软土地基处理软土地基处理一、地基处理的意义一、地基处理的意义 随着国民经济的高速发展，我国基本建设的蓬勃兴起，建设用地日益紧张，许多工程不得不建造在被认为不合适建筑需要的场地上。即不良场地上。同时随着大型、重型建筑和有特殊要求的建筑物的日益增多，也对地基提出了更高的要求。土质软弱场地易液化场地具有特殊性的场地湿陷性胀缩性第四章第四章 软土地基处理软土地基处理地基处理对不良场地进行补强加固的过程。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。特殊土地基湿陷性黄土膨胀土地基处理的目的是采取各种地基处理手段以改善地基条件。（1）改善剪切特性；（2）改善压缩特性；（3）改善透水特性；二、地基处理的目的二、地基处理的目的第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（4）改善动力特性；（5）改善特殊土的不良特性。三、地基处理方法的分类三、地基处理方法的分类按时间临时处理永久处理按处理深度浅层处理深层处理按处理对象砂性土处理粘性土处理饱和土处理非饱和土处理我国一般按地基处理的作用机理进行分类：置换、挤密、排水固结、胶结、加筋和冷热处理。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理四、地基处理方案确定步骤四、地基处理方案确定步骤1. 根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合场地条件、环境情况和对邻近建筑的影响等因素进行综合分析，初步选出几种地基处理方案。2. 对初步选出的各种地基处理方案，分别从加固原理、适用范围、预期处理效果、耗用材料、施工机械、工期要求和对环境的影响等方面进行经济分析和对比，选择最佳的地基处理方案。3. 对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级和场地复杂程度，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果，如达不到设计要求时，修改设计参数或调整地基处理方法。第二节第二节 换土垫层法换土垫层法第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 当靠近地表的软弱土层不太厚，且上部结构的荷载又不太大时，可将基础底面一定范围内的软土挖除，用工程性质好的材料换填并分层夯实。这种地基处理方法称为换土垫层法。垫层处置应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。 按回填材料可分为砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理一、砂垫层设计一、砂垫层设计1.砂垫层厚度确定 垫层的设计，既要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。垫层厚度应根据需置换软弱土层的深度或按下卧层的承载力确定：第四章第四章 软土地基处理软土地基处理相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加应力垫层底面处土的自重应力 垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值 条形基础 矩形基础 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按表4-2选用。砂砾垫层厚度一般不宜小于1m或超过3m，垫层过薄作用不明显；过厚费工费料，不经济 。2. 砂垫层的宽度确定 砂垫层宽度的确定，应从两方面考虑：一方面要满足应力扩散角的要求；另一方面要有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。如果垫层的填土质量较好，具有抵抗水平向附加应力的能力，侧向变形小，则垫层的宽度主要由压力扩散角考虑。此时的砂垫层底平面尺寸应为：第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 砂垫层顶面宽度宜超出基础底面边缘300mm以上，或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡。3. 砂垫层承载力的确定 砂垫层承载力可通过取土分析、标贯试验和动力触探等方法确定。当无试验资料时，查表。4. 沉降计算 对重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地基变形计算第四章第四章 软土地基处理软土地基处理基础沉降量等于垫层自身变形量与下卧层的变形量之和。 垫层压缩模量比软弱下卧层的模量大得多，其压缩量小且在施工阶段基本完成，可忽略不计。对沉降要求严的或垫层厚度较大的建筑物，应计算垫层自身的变形。垫层压缩模量应根据试验或当地经验确定，在无试验资料或经验时，可参照表第四章第四章 软土地基处理软土地基处理二、垫层施工二、垫层施工1. 材料 （1）砂石。宜选用中、粗、砾砂，也可用石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总量的45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质，含泥量不宜超过3%。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不超过总量的9%）时，应掺入不少于30%的碎石或卵石。最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。 （2）粘土（均质土）。土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块等。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 （3）灰土。体积配合比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松散杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。灰土宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。 （4）粉煤灰。可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑物、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。 （5） 矿渣。垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于中、小型建筑、构筑物地基。2. 施工要点第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯。砂石等宜用振动碾。粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯。矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。 垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm。 粉质粘土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量 %的范围内，粉煤灰的施工含水量宜控制在最优含水量 %的范围内。最优含水量通过击实试验确定。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理三、质量检验三、质量检验 对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验。并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第三节第三节 强夯和强夯置换强夯和强夯置换一、概述一、概述 强夯法是由法国Menard公司于1969年首创的一种地基加固方法，它是利用重锤（830t）在高处（820m）自由落下，对地基施加很大的冲击能（10008000KNm），在地基中产生冲击波和动应力，可提高地基土强度，降低土的压缩性，消除黄土的湿陷性，提高砂土的抗液化能力。 在强夯过程中，不断向夯坑内回填块石、碎石，强行夯入并排开软土，使其形成密实的墩体，最终形成碎石墩与软土的复合地基强夯置换。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土和软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。二、加固机理二、加固机理 强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量，这种突然释放的巨大能量使土体发生一系列的物理变化；如土体结构破坏或液化、排水固结压密、触变恢复等。其作用结果是使一定范围内地基强度提高、孔隙挤密、消除湿陷性。 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理强夯加固作用应与土层在被处理过程中的三种机理有关。其一是加密作用，以空气和气体的排出为特性；其二是加固作用，以孔隙水的排出为特性；其三是预加变形作用，以各种颗粒成分在结构上的重新排列以及颗粒结构和形态的改变为特征。 经强夯后，土强度提高过程可分为四阶段；1、 夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密（包括气体排出、孔隙水压力上升）；2、土体液化或土体结构破坏 （表现为土体强度降低或抗剪强度丧失）；3、 排水固结压密 （表现为渗透性能改变、土体裂隙发展、土体强度提高）；4、 触变恢复并伴随固结压密（包括部分自由水又变成薄膜水，土的强度继续提高）。其中第一阶段是瞬时发生的，第四阶段是强夯终止后很久后才能达到的（可长达几个月以上），中间两个阶段介于上面两种之间。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理从加固原理和作用来看，强夯法可分为动力固结、动力夯实和强夯置换三种情况。其共同的特点是：破坏土的天然结构，以达到新的稳定状态。1. 动力固结 巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待孔隙水压力消散后，土体固结。2. 动力夯实 在巨大的夯击能量下所产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间剧烈相对运动，从而使孔隙中气体迅速排出或压缩，孔隙体积减小，形成较密实的结构。非饱和土的夯实过第四章第四章 软土地基处理软土地基处理程就是土中的气体（空气）被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的。 3. 强夯置换 强夯置换是利用强夯能量将碎石、矿渣等物理力学性能较好的粗粒强制挤入地基，主要通过置换作用来达到加固地基的目的。 强夯置换可分为整式置换和桩式置换。用得较多的是桩式置换，其作用机理类似于砂石桩。在置换过程中，土体结构破坏，地基土体中产生超孔隙水压力，随着时间发展土体强度恢复，同时由于碎石墩具有较好的透水性 ，利用超孔隙水压力消散产生固结。这样，通过置换挤密及排水固结作用，碎石墩和墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。整式置换是置换率要求较大时，以密集的第四章第四章 软土地基处理软土地基处理群点进行置换，使被置换土体整体向两侧或四周排出，置换体连成统一整体，构成置换层，其作用机理类似于换土垫层。整式置换后的双层状地基，其变形和强度性状即取决置换材料的性质又取决于置换层的厚度和下卧层的性质。 三、设计计算三、设计计算1. 有效加固深度 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据， 又是反映处理效果的重要参数第四章第四章 软土地基处理软土地基处理系数。对软土可取0.5，对黄土可取0.350.55，对填土可取0.60.8在缺少试验资料或经验时，可查表4-3强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。2. 夯锤和落距 单击夯击能为锤重与落距的乘积。单击夯击能大，夯击次数少，加固效果和经济效果好。夯锤混凝土锤钢锤夯锤底面一般为圆形，并设置若干上下贯通的气孔，孔径250300mm第四章第四章 软土地基处理软土地基处理它可减小起吊时的吸力，又可减小夯锤着地前的瞬时气垫的上托力，从而减小能力损失。夯锤底面大小取决于土性，对砂性土地基24m2，粘性土36m2。3. 夯击点布置及间距夯击点的平面布置应考虑基础的结构类型与要求。夯击点一般可按等边三角形、等腰三角形或正方形布置。 强夯和强夯置换处理范围应大于基础范围，通常要求强夯加固范围每边超出基础外缘一定宽度，超出宽度为设计加固深度的1/22/3，且大于3 m。 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理夯点间距可根据加固的地基土的性质和夯击的单击能量综合确定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。强夯置换墩间距：当满堂布置时可取夯锤直径的23倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.52.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.11.2倍。4. 夯击击数每遍每夯点夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，应同时满足下列条件：第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（1）最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000 kNm 时为50mm，当单击夯击能量40006000 kNm时为100mm，当单击能大于6000 kNm时200 mm；（2）不因夯坑过深而发生起锤困难；（3）夯坑周围地基不应发生过大的隆起。强夯置换点的夯击次数应通过试夯确定，且应同时满足下列条件：（1）墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；（2）累计夯沉量为设计墩长的1.52.0倍；（3）最后两击的平均夯沉量不大于强夯的规定值。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则。一般为410击。5. 夯击遍数 夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般可采用23遍夯击，对于透水性较差的细颗粒土，必要时可适当增加遍数。最后再以低能量“满夯”一遍，其目的是将松动的表层土夯实。满夯可采用轻锤或低落距锤夯击，锤印搭接。6.间歇时间 指两遍夯击之间的时间间隔。时间间隔大小取决于土中孔隙水压力消散时间 。对于砂性土，孔隙水压力峰值出现在夯完后的瞬间，消散只有34min。因此，对于渗透性较大的砂性土，可连续夯击。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理对透水性较差的粘性土地基，两遍之间的间歇时间一般为24周。 7. 垫层铺设强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，支承起重设备，并便于对所施加的夯击能得到扩散，同时也可加大地下水位与地表的距离。强夯前一般需要铺设砂石垫层，垫层厚度可根据场地土质条件和起重设备重量等条件确定。垫层厚度一般为0.52m。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理复习复习1. 地基处理的目的地基处理的目的是采取各种地基处理手段以改善地基条件。（1）改善剪切特性；（2）改善压缩特性；（3）改善透水特性；（4）改善动力特性；（5）改善特殊土的不良特性。2.地基处理方法的分类我国一般按地基处理的作用机理进行分类：置换、挤密、排水固结、胶结、加筋和冷热处理。3. 换土垫层法设计：垫层厚度、垫层宽度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理4. 强夯和强夯置换强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土和软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。设计计算：（1）有效加固深度；（ 2）夯锤和落距；（3）夯击点布置及间距；（4） 夯击击数；（5） 夯击遍数第四章第四章 软土地基处理软土地基处理加固机理：（1）动力固结；（2）动力夯实。强夯置换：置换、挤密及排水固结作用，碎石墩和墩间土形成碎石墩复合地基。6.间歇时间 指两遍夯击之间的时间间隔。时间间隔大小取决于土中孔隙水压力消散时间 。对于砂性土，孔隙水压力峰值出现在夯完后的瞬间，消散只有34min。因此，对于渗透性较大的砂性土，可连续夯击。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理四、施工方法四、施工方法1. 施工机械履带式起重机轮胎式起重机7. 垫层铺设强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，支承起重设备，并便于对所施加的夯击能得到扩散，同时也可加大地下水位与地表的距离。强夯前一般需要铺设砂石垫层，垫层厚度可根据场地土质条件和起重设备重量等条件确定。垫层厚度一般为0.52m。对透水性较差的粘性土地基，两遍之间的间歇时间一般为24周。 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理在臂杆端部设置辅助门架，或采用其他安全措施防止落锤时起重机产生倾覆。2. 施工步骤强夯施工可按下列步骤进行：（1）清理并平整场地；（2）铺设垫层；（3）标出第一遍夯击点位置，并测量场地高程；（4）起重机就位，夯锤置于夯点位置；（5）测量夯前锤顶标高；（6）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由下落后第四章第四章 软土地基处理软土地基处理放下吊钩，测量锤顶高程；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将夯坑平整。（7）重复步骤6，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；（8）重复步骤47，完成第一遍全部夯点的夯击；（9）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程；（10）在规定的间隔时间后，按上述逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层夯实，并测量夯后场地高程。强夯置换施工可按下列步骤进行：第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（1）清理并平整场地，当表土松软时可铺设一层厚度为1.02.0m的砂石施工垫层；（2）标出夯点位置，并测量场地高程；（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置；（4）测量夯前锤顶标高；（5）夯击并记录夯坑深度，当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与夯坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击；（6）按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点施工；（7）填平场地，用低能量满夯，将场地表层夯实，并测量夯后场地高程；（8）铺设垫层，并分层碾压密实。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理五、质量检验五、质量检验（一）效果检验强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验，对碎石土和砂土地基，间隔时间可取714d，对粉土和粘性土地基可取1428d。强夯置换地基的间隔时间可取28d。强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%，且不应少于3点。（二）现场测试1. 地面沉降观测每夯击一次应及时测量夯坑及夯坑周围地面的沉降、隆起。根据每一夯击沉降量控制夯击次数，根据地面沉降观测可以估计强夯处理地基的效果。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理2. 深层沉降观测和水平位移观测为了解强夯处理过程中深层土体的位移情况，可在地基中设置沉降标测量不同深度土体的竖向位移。在夯坑周围埋设测斜管测量土体侧向位移沿深度的变化。通过测试可了解强夯处理的有效加固深度和强夯影响。3. 孔隙水压力在现场沿夯击点等间距的不同深度以及等深度的不同距离埋设孔隙水压力仪，测量在夯击和间歇过程中地基中孔隙水压力沿深度和水平距离变化规律，从而确定夯击点的影响范围、调整夯击点间距、夯击间歇时间。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理4. 强夯振动影响范围观测通过测试地面振动加速度便可了解强夯振动影响范围。通常将地表最大振动加速度等于0.98m/s2的位置作为设计时振动影响安全距离。为了减小振动对周围建筑物的影响，可在夯区周围设置隔振沟。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第四节第四节 碎（砂）石桩碎（砂）石桩一、概述一、概述碎（砂）石桩是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石桩，并与桩间土形成复合地基，以达到提高地基承载力，减小沉降的目的。 碎（砂）石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用碎（砂）石桩置换处理。 碎（砂）石桩法也可用于处理可液化地基。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理二、加固机理二、加固机理（一）对松散砂土加固机理 1. 挤密作用 对振动沉管法。在成桩过程中桩管排砂对周围砂层产生很大的横向挤压力，再加上振动，使桩管周围砂层孔隙比减小，密实度增大。有效挤密范围可达34倍桩径。 对振冲法。在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，砂土在强烈的高频强迫振动下产生液化，并重新排列致密，且在桩孔内填入粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围砂层中，砂层孔隙比减小，密实度增大。抗液化性能得到改善。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理2. 排水减压作用 碎石桩的渗透性较好，在地基中形成良好的竖向排水减压通道，可有效地消散和防止孔隙水压力增高及砂土产生液化，并可加速地基的排水固结。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）对粘性土加固机理对粘性土地基，特别是饱和软土，在振动或挤压作用下土中水不易排走，所以，碎（砂）石桩的作用不是使地基挤密，而是置换，即以性能良好的碎石来置换不良的地基土，并与桩间土形成复合地基。由于碎（砂）石桩的刚度比桩周土大，大部分荷载将由碎（砂）石桩承担。（桩体作用）不论是对松散砂性土或软弱粘性土，碎（砂）石桩的加固作用都有挤密、置换、排水和加筋。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理三、设计计算三、设计计算（一）一般设计原则 1. 加固范围 碎（砂）石桩处理地基范围应大于基底范围。处理宽度宜在基础外缘扩大13排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m。 2. 桩位布置 可采用等边三角形、正方形、等腰三角形布桩。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理3. 加固深度 应根据软弱土层的性质、厚度或工程要求按下列原则确定：（1）当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；（2）当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎（砂）石桩复合地基变形不超过地基变形允许值，并满足软弱下卧层承载力的要求；（3）对按稳定性控制的工程，加固深度不小于最危险滑动面以下2m深度；（4）在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定第四章第四章 软土地基处理软土地基处理4. 桩径可根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用振冲器成桩时，桩径一般为0.71.0m，采用沉管法成桩时，桩径一般为0.30.7m。对饱和粘性土地基宜选用较大直径。5. 材料可用碎石、卵石、圆砾、粗砂、中砂等硬质材料，含泥量5%，最大粒径不宜大于60mm。6. 垫层 碎（砂）石桩施工完毕后，在桩顶应铺设3050cm厚碎（砂）石垫层第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）用于砂性土的设计计算桩距确定：松散粉土和砂土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比来 确定正方形布桩修正系数，当考虑振动下沉密实作用时取1.11.2，不考虑振动下沉密实作用时取1.0。等边三角形布桩第四章第四章 软土地基处理软土地基处理地基处理前的孔隙比；地基挤密后要求达到的孔隙比。砂土的最大、最小孔隙比地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70.85。（三）用于粘性土的设计计算面积置换率第四章第四章 软土地基处理软土地基处理桩截面积；一根桩承担的处理面积；一根桩承担的处理地基面积的等效圆直径。正方形布桩等边三角形布桩桩距确定：正方形布桩等边三角形布桩第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（三）承载力计算地基处理规范：散体材料桩复合地基承载力特征值桩体承载力特征值，宜通过单桩载荷试验确定；处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。面积置换率（四）沉降计算第四章第四章 软土地基处理软土地基处理沉降量包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降复合土层压缩模量桩间土压缩模量，宜按当地经验取值，当无经验时，可取天然地基压缩模量。粘性土粉土、砂土第四章第四章 软土地基处理软土地基处理四、施工方法四、施工方法（一）振冲法1. 施工步骤振冲器型号 30、55、75、125kW可根据工程地质条件、设计桩长、桩径等条件选用。（1）清理平整场地，布置桩位；（2）施工机具就位，使振冲器对准桩位；（3）启动供水泵和振冲器，水压200600kPa，水量200400L/min，直至达到设计深度。（4）造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，重复两三次第四章第四章 软土地基处理软土地基处理扩大孔径并使孔内泥浆变稀，开始填料制桩；（5）大功率振冲器投料可不提出孔口，小功率振冲器下料困难时，可将振冲器提出孔口，每次填料厚度不宜大于50cm。将振冲器沉入填料中进行振密制桩，当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升3050cm；（6）重复以上步骤，自下而上逐段制作桩体直至孔口；（7）关闭振冲器和水泵。2. 施工顺序对砂土地基宜从外围或两侧向中间进行，对粘性土地基宜从中间向外围或隔排施工。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）沉管法五、质量检验五、质量检验碎（砂）石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检验。对粘性土地基，间隔时间为34周，对粉土地基，间隔时间为23周。施工质量检验 单桩载荷试验、动力触探加固效果检验单（多）桩复合地基载荷试验单桩载荷试验，检验数量为总桩数的0.5%，但不得少于3根，对砂土或粉土层中碎（砂）石桩还应采用标准贯入、静力触探等试验对桩间第四章第四章 软土地基处理软土地基处理土进行处理前后的对比试验。对大型、重要的或场地复杂的碎（砂）石桩工程应进行复合地基的处理效果检验，检验数量不小于总桩数的0.5%，且每个单体建筑不得少于3点。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理复习复习1.强夯法的现场测试（1）地面沉降观测根据每一夯击沉降量控制夯击次数，根据地面沉降观测可以估计强夯处理地基的效果。（2）深层沉降观测和水平位移观测通过测试可了解强夯处理的有效加固深度和强夯影响。（3）孔隙水压力测量在夯击和间歇过程中地基中孔隙水压力沿深度和水平距离变化规律，从而确定夯击点的影响范围、调整夯击点间距、夯击间歇时间。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理2. 碎（砂）石桩法 碎（砂）石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用碎（砂）石桩置换处理。 碎（砂）石桩法也可用于处理可液化地基。（1）适用范围（2）加固机理 挤密作用、排水减压作用、置换。（3）设计计算a.加固范围 b.桩位布置 c.加固深度 d.桩径振冲器成桩时d=0.71.0m沉管法成桩时d=0.30.7m第四章第四章 软土地基处理软土地基处理e.桩距确定松散粉土和砂土地基正方形布桩等边三角形布桩修正系数，当考虑振动下沉密实作用时取1.11.2，不考虑振动下沉密实作用时取1.0。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理正方形布桩等边三角形布桩粘性土地基正方形布桩等边三角形布桩面积置换率第四章第四章 软土地基处理软土地基处理地基处理规范：散体材料桩复合地基承载力特征值桩体承载力特征值，宜通过单桩载荷试验确定；处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。f.复合地基承载力特征值第四章第四章 软土地基处理软土地基处理例题例题1: 某场地经载荷试验得到的天然地基承载力特征值为120kPa，设计要求处理后地基承载力特征值为200kPa。拟采用挤密碎石桩复合地基。桩径采用0.9m，正方形布置，桩中心距取1.5m。在设置碎石桩过程中，根据经验该场地桩间土承载力可提高20%。试求设计要求碎石桩承载力特征值。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理解：解：正方形布桩kPa例题例题2: 某砂土地基，拟采用挤密砂石桩法处理。在处理前地基土体孔隙m第四章第四章 软土地基处理软土地基处理比为0.81。由土工试验得到该砂土的最大和最小孔隙比分别为0.91和0.60。要求挤密处理后的砂土地基相对密实度为0.80。若砂石桩桩径为0.70m，采用等边三角形布置，试求砂石桩桩距。解：解：地基挤密后要求达到的孔隙比m第五节第五节 石灰桩石灰桩第四章第四章 软土地基处理软土地基处理一、概述一、概述 用石灰加固软弱地基已有二千多年历史，直到20世纪中叶，不论在我国或在国外，大多用于表层或浅层处理。如用3:7或2:8灰土夯实作为路基或房基。 20世纪60年代，许多发达国家开展石灰加固深层地基的研究，并取得显著效果。 由生石灰与粉煤灰等掺合料拌和均匀，在孔内分层夯击形成石灰桩（竖向增强体），并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理二、加固机理和适用范围二、加固机理和适用范围1.桩间土（1）成桩挤密采用沉管法施工，对桩间土产生排土作用，使桩间土受到挤压。（2）膨胀挤密生石灰吸水膨胀，使桩间土受到很大的挤压力，这对地下水位以下软粘土的挤密起主导作用。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（3）脱水挤密 1kg生石灰在熟化过程中吸收0.32kg的水，并放出大量热量，实测表明：石灰在熟化过程可使桩体内温度达到2004000c，这种热量可提高地基土的温度，使地基土体中的水分蒸发，生石灰在熟化过程中吸水、升温作用使桩间土排水固结。（4）胶凝作用由于生石灰吸水生成Ca(OH)2中的一部分与土中二氧化硅和氧化铝产生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化物，水化物对土粒产生胶结作用，提高了土的强度，而土体的强度将随龄期的增长而增加。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理2. 桩体作用对单一的以生石灰作原料的石灰桩，当生石灰水化后，石灰桩的直径增大近一倍，桩体上具有大量的孔隙，说明石灰桩本身的强度不高。为增加桩体强度在石灰中应加入掺和料。 石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土地基。三、设计计算三、设计计算3. 复合地基石灰桩与桩间土形成复合地基。桩土应力比为2.54。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理2. 桩距及布桩 S=(23)d 平面布置：等边三角形、正方形。可仅布置在基础底面以下，当fa70kPa时，宜在基础以外布置12排围护桩。 1. 桩径 根据设计要求及所选的成孔方法确定。d=300400mm。试验表明：石灰桩宜采用细而密的布桩方式，可充分发挥石灰桩的膨胀挤密效应。3. 桩长若软弱土层厚度不大时，石灰桩穿透软弱土层，若软弱土层厚度较大时，则应根据加固区下卧层承载力要求和建筑物沉降控制确定。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 洛阳铲成孔桩长不宜超过6m，机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8m，螺旋钻孔管内投料时可适当加长。 石灰桩复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定，初步设计时可按下式计算：石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩载荷试验确定，初步设计时，可取300500kPa，土质软弱时取高值；处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。4. 承载力计算面积置换率，桩面积按1.11.2倍成孔直径计算，土质软弱时取高值。5. 沉降计算复合地基沉降量为加固区沉降量与下卧层沉降量之和复合土层压缩模量系数，可取1.11.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大取高值。桩土应力比长桩取大值第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第四章第四章 软土地基处理软土地基处理四、施工四、施工（一）材料 选用新鲜的生石灰，粒径70mm，夹石量5%，生石灰中掺入适当粉煤灰或火山灰等掺合料。（二）施工顺序先外排后内排，先周边后中间，软土中宜间隔成桩。（三）成桩1. 成孔沉管法冲击法螺旋钻进法2. 填夯3. 封顶封顶长度1.01.5m，采用灰土、粘土或素混凝土，约束石灰桩向上膨胀第四章第四章 软土地基处理软土地基处理五、质量检验五、质量检验1. 施工检测可采用静力触探、动力触探或标准贯入试验。检验部位为桩中心及桩间土，每2点为一组，检测组数不少于总桩数的1%。2. 承载力检验应采用复合地基载荷试验，载荷试验数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，且每个单体工程不应少于3点。第六节第六节 排水固结法排水固结法 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理一、概述一、概述 排水固结法是先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。 排水固结法是由排水系统和加压系统和两部分组成。排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，通过缩短排水距离，从而大大加速了地基土的排水固结进程。加压系统是为地基提供必要的固结压力而设置，它使地基土层产生附加压力而使其发生排水固结。 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理排水固结排水系统加压系统竖向排水体水平向排水体砂垫层普通砂井袋装砂井塑料排水带堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 排水固结法试用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土。 二、加固机理二、加固机理（一）堆载预压法 是指在饱和软土地基上施加荷载后，使土体中的孔隙水排出，地基发生固结，同时，随着孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高地基强度逐渐提高。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）真空预压法利用真空装置抽气、抽水，使砂垫层和竖向排水体中形成负压区，在土体内部与排水体间形成压差，迫使土中水排出，地基土体产生固结。膜下真空度一般可达85kPa。如采用真空预压法不能达到设计要求时，可采用真空预压与堆载预压联合法加固地基。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理三、设计与计算三、设计与计算（一）瞬时加载条件下砂井地基固结度的计算1. 砂井固结理论的假定条件（1）土体完全饱和，加载瞬间荷载由孔隙水承担；（2）每个砂井的有效影响范围为一个圆柱体；（3）土体仅有竖向压密变形，土的压缩系数和渗透系数是常数。2. 平均固结度 建立竖向固结（太沙基理论）和径向固结（巴论理论）两个微分方程，根据边界条件分别求出地基竖向平均固结度和径向平均固结度，最后再求出地基总的平均固结度。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第四章第四章 软土地基处理软土地基处理地基竖向平均固结度竖向固结时间因子土的竖向固结系数 地基径向平均固结度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理径向固结时间因子径向固结系数 参数 井径比砂井影响范围直径砂井直径砂井地基总的平均固结度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理3.砂井未打穿整个受压土层的平均固结度 若软粘土土层很厚，砂井未能打穿软土层，砂井区平均固结度仍按上式计算，未设砂井区平均固结度采用一维固结理论计算，计算时将砂井底面视为排水面。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理砂井深度与软土层厚度比值整个软粘土土层的平均固结度4. 地基平均固结度计算通式参数，见下表。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）逐渐加载条件下地基固结度的计算 为防止一次加载可能导致地基丧失稳定， 排水固结法在实施过程中多采用分级等速间歇加载方式。规范：一级或多级等速加载条件下，当固结时间为t时，对应总荷载的地基平均固结度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第i级荷载的加载速率 （kPa/d）各级荷载的累加值分别为第i级荷载加载的起始和终止时间（从零点起算），当计算第i级荷载过程中某时间t的固结度时， 改为t参数第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（三）考虑井阻作用固结度的计算排水竖井虽然透水性大，但对渗流总有一定的阻力井阻在设置排水竖井过程中对地基土的扰动会降低竖井周围土体的渗透性涂抹作用1. 瞬时加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖井地基径向排水平均固结度可按下式计算综合参数第四章第四章 软土地基处理软土地基处理当井径比反映涂抹作用影响的参数反映井阻作用影响的参数土层的水平向渗透系数 涂抹区土的水平向渗透系数，可取 涂抹区直径与竖井直径的比值，可取 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理竖井深度竖井纵向通水量，为单位水力梯度下单位时间排水量（cm3/s）排水竖井渗透系数 2.一级或多级等速加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，地基平均固结度仍按前式计算第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（四）地基土抗剪强度增长的计算 在预压荷载作用下，土体产生排水固结，地基土的抗剪强度随时间而增长。规范：对正常固结饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下式计算：地基土的天然（初始）抗剪强度预压荷载引起的该点附加竖向应力该点土的固结度三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角第四章第四章 软土地基处理软土地基处理四、沉降计算四、沉降计算沉降计算目的在于预估加载期间的沉降量和最终沉降量，还可估计工程竣工后尚未完成的沉降量。瞬时沉降。在荷载作用下由于土的畸变（土的体积不变）所引起的主固结沉降。由于孔隙水的排出而引起土体体积减小所造成次固结沉降。孔隙水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架徐变所致。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理根据建筑物实测沉降资料的分析结果第i层中点土自重应力所对应的孔隙比第i层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比经验系数，对正常固结饱和粘性土地基可取1.11.4，荷载大，地基土较软弱时取大值。对真空预压施工可取0.80.9。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理变形计算时，可取附加应力与自重应力的比值为0.1的深度作为受压层的计算深度。根据实测沉降时间曲线可推算最终沉降量和固结度的计算参数。实践经验表明：采用“三点法”计算较为符合实际情况。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理实测沉降时间曲线上荷载停止施加以后的三个时间，且参数可计算出任意时间的固结度五、堆载预压法设计五、堆载预压法设计（一）加压系统设计第四章第四章 软土地基处理软土地基处理由于饱和软粘土地基的承载力很低，必须分级逐渐加载，待前荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是先确定一个堆载预压计划，然后校核这一堆载预压计划下地基的稳定性和沉降。（1）利用地基土的抗剪强度计算第一级容许施加的荷载一般可根据斯肯普顿极限承载力公式估算安全系数第四章第四章 软土地基处理软土地基处理天然地基土的不排水抗剪强度对饱和软粘土地基也可采用对条形填土（2）计算第一级荷载下地基强度增长值。固结度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（3）计算第一级荷载下达到所确定固结度需要的时间这一步计算的目的在于：确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载开始施加的时间（4）根据第二步所得到的地基强度计算所施加的荷载同样，求出在 作用下地基固结度达70%时的强度以及所需时间，第四章第四章 软土地基处理软土地基处理然后计算第三级所施加的荷载，依次可计算出以后各级荷载和停歇时间。（5）按以上步骤确定的堆载预压计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。稳定安全系数（6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所剩留的沉降量是建筑物所允许的。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（二）排水系统设计1. 竖向排水体材料选择普通砂井袋装砂井塑料排水带根据材料资源、施工条件和经济分析比较确定2.竖向排水体设置深度应根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和施工工期确定。（1）对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度应超过最危险滑动面2.0m以下；（2）对以变形控制的建筑，竖井深度应根据在限定的预压时间内需第四章第四章 软土地基处理软土地基处理完成的变形量确定。在施工能力可能时，应尽可能加深竖井深度，这对加速土层固结，缩短工期是很有利的。竖向排水体长度一般为1025m。3.竖向排水体平面设计（1）竖井直径和间距普通砂井 dw=300500mm袋装砂井 dw=70120mm塑料排水带当量换算直径塑料排水带宽度厚度第四章第四章 软土地基处理软土地基处理为达到同样的固结度，缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好，原则上采用“细而密”的方案。设计时，竖井间距可按井径比选用。普通砂井 n=68，袋装砂井和塑料排水带n=1522（2）排水竖井平面布置按等边三角形或正方形布井。等边三角形布井时正方形布井时砂井的有效影响范围直径。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 竖井布置范围应大于建筑物基础，在基础轮廓线外24m范围布井。（4）排水砂垫层 在竖井顶面必须铺设砂垫层，以连通竖井，形成水平排水通道，砂垫层厚度不应小于500mm。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物底面宽度，并伸出砂井区外边线2倍砂井直径。砂垫层材料宜用中粗砂Cm/st/m3第四章第四章 软土地基处理软土地基处理（三）现场监测设计对堆载预压工程，在加载过程中应进行竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等项目的监测，且根据监测资料控制加载速率。地面沉降观测点可沿堆载截面对称轴线上设置。场地中心、坡脚和场地10m范围内均需设置。利用沉降观测资料可推算最终沉降量和估算地基的平均固结度。对竖井地基，沉降速率应控制在1020mm/d。地面水平位移观测点一般布置在坡脚，通过水平位移观测限制加载速率，监视地基稳定性。边桩水平位移值45mm/d。孔隙水压力测点一般布置在堆载中心线和边线附近地面以下不同深度处。通过地基中孔隙水压力观测资料可以反算土的固结系数，推算地第四章第四章 软土地基处理软土地基处理基固结度，计算地基土体强度增长。六、真空预压法设计六、真空预压法设计1. 排水竖井直径、间距、井深排水竖井直径、间距、井深的确定同堆载预压法。2. 膜内真空度应稳定地保持在650mmHg以上，且应均匀分布。3. 平均固结度竖井深度范围内土层平均固结度应大于90%。竖井间距越小，则所需的时间越短。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理4. 加固范围边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于3m。第四章第四章 软土地基处理软土地基处理例题例题3某油罐下为一厚14m的淤泥质粘土层，下卧层为透水性良好的砂、砾石层。由于该土层较为软弱，拟采用袋装砂井处理地基。袋装砂井的直径70mm，梅花形布置，间距为1.2m。油罐充水预压加载过程如图。试求第二级加载完毕，历时60天，对于最终荷载（190kPa）而言的固结度是多少？ 解：竖井有效直径 井径比 m第四章第四章 软土地基处理软土地基处理第四章第四章 软土地基处理软土地基处理 1/s =7.1110-7246060=0.0614 1/d加载速率 ：kPa/d 第四章第四章 软土地基处理软土地基处理固结度： =0.35