软土地基处理.pptx

第一节 概 述第四章 软土地基处理一、地基处理的意义 随着国民经济的高速发展，我国基本建设也在蓬勃兴起，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1页/共111页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。二、地基处理的目的第四章 软土地基处理第2页/共111页第四章 软土地基处理（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。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第3页/共111页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 软土地基处理四、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。第4页/共111页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。第四章 软土地基处理第5页/共111页第二节 换土垫层法 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 软土地基处理第6页/共111页第7页/共111页一、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 软土地基处理第8页/共111页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 软土地基处理第9页/共111页垫层的压力扩散角，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 软土地基处理第10页/共111页 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 软土地基处理第11页/共111页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 软土地基处理第12页/共111页二、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13页/共111页 （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。第四章 软土地基处理第14页/共111页 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。第四章 软土地基处理2.施工要点第15页/共111页三、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 软土地基处理 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16页/共111页第17页/共111页第18页/共111页第19页/共111页平板压实机 蛙式打夯机第20页/共111页第三节 强夯和强夯置换一、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 软土地基处理第21页/共111页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 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 软土地基处理第22页/共111页 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 软土地基处理第23页/共111页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。第四章 软土地基处理第24页/共111页第四章 软土地基处理 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。2.动力夯实 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。第25页/共111页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，其变形和强度性第四章 软土地基处理第26页/共111页第27页/共111页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 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第28页/共111页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 软土地基处理第29页/共111页第30页/共111页第31页/共111页第32页/共111页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 软土地基处理第33页/共111页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 软土地基处理第34页/共111页（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 软土地基处理第35页/共111页总之，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 软土地基处理第36页/共111页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 软土地基处理第37页/共111页四、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38页/共111页承载力检验的数量，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。第四章 软土地基处理第39页/共111页第四节 碎（砂）石桩一、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 软土地基处理第40页/共111页二、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。第四章 软土地基处理第41页/共111页 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。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 软土地基处理第42页/共111页（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 软土地基处理第43页/共111页三、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 软土地基处理第44页/共111页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45页/共111页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 软土地基处理第46页/共111页（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 软土地基处理第47页/共111页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 软土地基处理第48页/共111页桩截面积；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 软土地基处理第49页/共111页（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 软土地基处理第50页/共111页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 软土地基处理第51页/共111页四、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土进行处理前后的对比试验。第四章 软土地基处理第52页/共111页对大型、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。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 软土地基处理第53页/共111页解：正方形布桩kPa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比为0.81。由土工试验得到该砂土的最大和最小m第四章 软土地基处理第54页/共111页孔隙比分别为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：地基挤密后要求达到的孔隙比m第四章 软土地基处理第55页/共111页第五节 石灰桩一、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 软土地基处理第56页/共111页二、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 软土地基处理第57页/共111页（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 软土地基处理第58页/共111页2.桩身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 软土地基处理第59页/共111页第四章 软土地基处理三、设计计算 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。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。第60页/共111页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 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。4.承载力计算 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：第61页/共111页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。第四章 软土地基处理面积置换率，桩面积按1.11.2倍成孔直径计算，土质软弱时取高值。第62页/共111页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。长桩取大值第四章 软土地基处理桩土应力比第63页/共111页四、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 软土地基处理第64页/共111页五、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。第四章 软土地基处理第65页/共111页第六节 排水固结法 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。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。第四章 软土地基处理第66页/共111页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 软土地基处理第67页/共111页 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。排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土。二、加固机理（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第四章 软土地基处理第68页/共111页散，有效应力逐渐提高，地基强度逐渐提高。第四章 软土地基处理（二）真空预压法 用真空装置抽气，使其形成真空，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69页/共111页三、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第四章 软土地基处理第70页/共111页第四章 软土地基处理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71页/共111页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 软土地基处理第72页/共111页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第四章 软土地基处理第73页/共111页砂井地基总的平均固结度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 软土地基处理第74页/共111页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 软土地基处理第75页/共111页第76页/共111页（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 软土地基处理第77页/共111页第i级荷载的加载速率（kPa/d）各级荷载的累加值参数第四章 软土地基处理分别为第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第78页/共111页（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 软土地基处理第79页/共111页当井径比反映涂抹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 软土地基处理反映井阻作用影响的参数第80页/共111页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（砂料）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 软土地基处理第81页/共111页（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 软土地基处理第82页/共111页四、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 软土地基处理第83页/共111页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 软土地基处理第84页/共111页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 软土地基处理五、堆载预压法设计（一）加压系统设计第85页/共111页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 软土地基处理第86页/共111页（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%时的强度以及第四章 软土地基处理第87页/共111页所需时间，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 软土地基处理第88页/共111页（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第四章 软土地基处理第89页/共111页在施工能力可能时，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 软土地基处理预压时间内需完成的变形量确定。第90页/共111页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 软土地基处理第91页/共111页 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 软土地基处理第92页/共111页（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。第四章 软土地基处理第93页/共111页第四章 软土地基处理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，推算地基固结度，计算地基土体强度增长。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。第94页/共111页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 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95页/共111页例题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 软土地基处理第96页/共111页第四章 软土地基处理第97页/共111页 1/s =7.1110-7246060=0.0614 1/d加载速率：kPa/d 第四章 软土地基处理第98页/共111页固结度：=0.35第四章 软土地基处理第99页/共111页七、质量检验 预压法竣工验收检查应符合下列规定：（1）排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求；（2）应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验，验算预压过程中地基稳定性和沉降量。第四章 软土地基处理第100页/共111页第七节 化学加固法 化学加固法指利用水泥浆液、粘土浆液或其他化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，形成水泥土或其他固化土，通过固化土与原状土形成复合土体，达到加固地基的一类的处理方法。加固机理属于化学加固的地基处理方法有深层搅拌法高压喷射注浆法灌浆法第四章 软土地基处理第101页/共111页一、深层搅拌法 利用深层搅拌机将水泥浆或水泥粉与地基土原位强制搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥加固体（土），加固体与原状土形成复合地基，达到提高地基承载力、减小沉降的目的。也可用于形成止水帷幕、构筑挡土结构等。（一）加固机理和适用范围水泥加固土的物理化学反映过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质土的围绕下进行，所以水泥加固第四章 软土地基处理第102页/共111页土的强度增长过程比混凝土缓慢。1.水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥中的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物。所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就能逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新的生成物已不再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。第四章 软土地基处理第103页/共11