第五章地基处理新.ppt

第第5章章 地基处理地基处理第第1节节 概述概述第第2节节 垫层法垫层法第第3节节 排水固结法排水固结法第第4节节 深层深层水泥水泥搅拌法搅拌法第第5节节 高压喷射注浆法高压喷射注浆法第第6节节 强夯法强夯法第第7节节 振冲法振冲法1 地基地基:是指直接承受建筑物荷载的那一部分地层。是指直接承受建筑物荷载的那一部分地层。天天然然地地基基:对对地地质质条条件件良良好好的的地地基基，可可直直接接在在其其上上修修筑筑建建筑筑物而无需事先对其进行加固处理，此种地基称为物而无需事先对其进行加固处理，此种地基称为天然地基天然地基。在在工工程程建建设设中中，有有时时会会不不可可避避免免地地遇遇到到地地质质条条件件不不良良或或软软弱弱地地基基，若若在在这这样样的的地地基基上上修修筑筑建建筑筑物物，则则不不能能满满足足其其设设计计和和正正常常使使用用的的要要求求；同同时时随随着着科科学学技技术术的的不不断断发发展展，建建筑筑物物的的荷荷载载日日益益增增大大，对对地地基基变变形形的的要要求求也也越越来来越越严严，因因而而，即即使使原原来来一一般般可可被被评评价价为为良良好好的的地地基基，也也可可能能在在特特定定的的条条件件下下必必须须进进行行地地基基加加固固。这这些些需需经经人人工工加加固固后后才才可可在在其其上上修修筑筑建筑物的地基称为人工地基建筑物的地基称为人工地基。第第1节节 概概 述述2 淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。程性质。工程中常需要处理的土类主要为工程中常需要处理的土类主要为：淤泥及淤泥及淤泥质土、粉质粘土、细粉砂土、砂砾石土、淤泥质土、粉质粘土、细粉砂土、砂砾石土、黄土、膨胀土、红粘土及岩溶等。黄土、膨胀土、红粘土及岩溶等。地基处理地基处理:就是指对不能满足承载力和变形要求就是指对不能满足承载力和变形要求的地基进行人工处理，以便能满足工程要求，的地基进行人工处理，以便能满足工程要求，亦称之为地基加固。亦称之为地基加固。3 软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。化学作用下形成的软弱土。软软土土物物理理力力学学特特性性天然孔隙比大天然孔隙比大：e1天然含水量高天然含水量高：接近或大于液限接近或大于液限压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小 固结缓慢固结缓慢抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高 扰动会影起结构破坏扰动会影起结构破坏具有明显的流变性具有明显的流变性 流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。随时间而增长的现象。软土地基软土地基4淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土工工程程特特性性软软土土地地基基的的地基承载力低地基承载力低建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物的沉降和差异沉降较大建筑物沉降历时长建筑物沉降历时长软土地基软土地基5粉粉细砂、粉土和粉质土：细砂、粉土和粉质土：在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下易产生液化、震陷。易产生液化、震陷。砂土、砂砾石等：砂土、砂砾石等：透水性大，抗渗和防渗，防止渗透破坏透水性大，抗渗和防渗，防止渗透破坏.地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。都是地下水的运砂或粉土而产生流砂和管涌。都是地下水的运动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地基土降低透水性和减少其上水压力。基土降低透水性和减少其上水压力。6地基处理的目的地基处理的目的:主要是改善地基的工程性质，主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度剪强度，改善其动力特性，提高地基的抗震改善其动力特性，提高地基的抗震(振振)性能性能等等,使其使其满足工程要求满足工程要求。工程要求工程要求包括包括：强度要求、变形要求、动力稳定强度要求、变形要求、动力稳定性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。地基处理的目的地基处理的目的7强度要求：强度要求：满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。致产生局部或整体剪切破坏。变形要求变形要求:满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。的沉降。动力稳定性要求动力稳定性要求:满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、用下不致发生液化、失稳和震陷等灾害。失稳和震陷等灾害。透水性要求透水性要求:满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑边等事故。故。特殊土地基安定性要求特殊土地基安定性要求:满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。地基处理的目的地基处理的目的8 各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在显著差别，没有哪一种方法是万能的。因此，对于每一显著差别，没有哪一种方法是万能的。因此，对于每一工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。地基处理的原则地基处理的原则9地基处理方法的分类物理处理化学处理热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理要掌握地基处理的主要方法、适用范围及加固原理.注意：注意：很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。10地基处理方法的分类1.换土垫层法换土垫层法 换换土土垫垫层层法法的的基基本本原原理理是是挖挖除除浅浅层层软软弱弱土土或或不不良良土土，分分层层碾碾压压或或夯夯实实土土，按按回回填填的的材材料料可可分分为为砂砂（或或砂砂石石）垫垫层层、碎碎石石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。一一般般适适用用于于处处理理浅浅层层软软弱弱土土层层（淤淤泥泥质质土土、松松散散素素填填土土、杂杂填填土土、浜浜填填土土、以以及及已已完完成成自自重重固固结结的的冲冲填填土土等等）与与低低洼洼区区域的填筑。域的填筑。2.振密、挤密法振密、挤密法 振振密密、挤挤密密法法的的原原理理是是采采用用一一定定的的手手段段，通通过过振振动动、挤挤压压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。（1）表层压实法）表层压实法（2）重锤夯实法）重锤夯实法 利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。成一层较为均匀的硬壳层。11（3）强夯法）强夯法 利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。（4）振冲挤密法）振冲挤密法 振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；另一方砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。加入回填料，使砂层挤压密实。（5）土桩与灰土桩法）土桩与灰土桩法 利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地基中成孔，通过挤压作用，使地基土变得密实，然后基中成孔，通过挤压作用，使地基土变得密实，然后在孔中分层填入素土（或灰土）后夯实而成土桩（或在孔中分层填入素土（或灰土）后夯实而成土桩（或灰土桩）。灰土桩）。12（6）砂桩）砂桩 在在松松散散砂砂土土或或人人工工填填土土中中设设置置砂砂桩桩，能能对对周周围围土土体体产生挤密作用或同时产生振密作用。产生挤密作用或同时产生振密作用。（7）爆破法）爆破法 利利用用爆爆破破产产生生振振动动使使土土体体产产生生液液化化和和变变形形，从从而而获获得较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降量。得较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降量。3.排水固结法排水固结法 基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。沉降速率。（1）堆载预压法）堆载预压法（2）砂井法）砂井法（3）真空预压法）真空预压法（4）降低地下水位法）降低地下水位法（5）电渗排水法）电渗排水法 134.置换法置换法 原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。形成复合地基，达到提高地基强度的目的。（1）振冲置换法（碎石桩法）振冲置换法（碎石桩法）（2）石灰桩法）石灰桩法（3）强夯置换法）强夯置换法（4）水泥粉煤灰碎石桩法）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法桩法)5.加筋法加筋法 通过在土层中埋设强度较高的土工聚合物、拉筋、受力通过在土层中埋设强度较高的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建（构）筑物杆件等提高地基承载力、减小沉降、维持建（构）筑物或土坡稳定。或土坡稳定。（1）土工聚合物（）土工聚合物（2）加筋土（）加筋土（3）土层锚杆（）土层锚杆（4）土钉）土钉（5）树根桩法）树根桩法146.胶结法胶结法 在在软软弱弱地地基基中中部部分分土土体体内内掺掺入入水水泥泥、水水泥泥砂砂浆浆以以及及石石灰灰等等固固化化物物，形形成成加加固固体体，与与未未加加固固部部分分形形成成复复合合地地基基，以提高地基承载力和减小沉降。以提高地基承载力和减小沉降。（1）注浆法）注浆法（2）高压喷射注浆法）高压喷射注浆法（3）水泥土搅拌法）水泥土搅拌法 7.冷热处理法（1）冻结法）冻结法（2）烧结法）烧结法 15 地基处理方法的选择地基处理方法的选择16第第2节节 夯实法及碾压法夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其疏松土层，使其孔隙体积减少孔隙体积减少、密实程度密实程度提高提高，这种作用称为，这种作用称为压实压实。压实能降低土。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。较大荷载的地基持力层。17一、土的压实原理一、土的压实原理 大量工程实践和试验研究大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量土的含水量，压实机械压实机械及其及其压实功能压实功能等。等。土的压实效果常用土的压实效果常用干密度干密度 d（单位土体积单位土体积内土粒的质量）来衡量。内土粒的质量）来衡量。18 1.最优含水量最优含水量 对粘性土，当压实功能和对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下在一定压实机械的功能条件下，土最，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为量，称为最优含水量最优含水量wop，相应的干密度则相应的干密度则称为称为最大干密度最大干密度 dmax。19w d0 dmaxwop20 试验统计表明：最优含水量试验统计表明：最优含水量wop与土的与土的塑限塑限wp有关，大致为有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。土矿物含量大，则最优含水量大。2.压实功能压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。干密度较大，对应的最优含水量则较小。21第第3节节 换土垫层法换土垫层法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常在地基表面铺设足上部荷载对地基的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或将基础下一定深度内的土层一定厚度的垫层，或将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。并夯至密实。这种处理地基表层的方法称为垫层法。这种处理地基表层的方法称为垫层法。22 按其组成的材料可分为按其组成的材料可分为:砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。加筋土垫层等。按其作用分为：按其作用分为：换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。换土垫层、排水垫层和加筋土垫层。1.1.换土垫层：换土垫层：是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、等强度较大、性能稳定和无侵蚀性材料。等强度较大、性能稳定和无侵蚀性材料。换换土土垫垫层层法法是是一一种种较较为为经经济济、简简单单的的软软土土地地基基浅浅层层处处理理方方法法。该该法法常常用用于于基基坑坑面面积积宽宽大大和和开开挖挖土土方方较较大大的的回回填填土土方方工工程程，一一般般适适用用于于处处理理浅浅层层软软弱弱土土层层（淤淤泥泥质质土土、湿湿陷陷性性黄黄土土、松松散散素素填填土土、杂杂填填土土、浜浜填填土土、以以及及已已完完成成自自重重固固结结的的冲冲填填土土等等）与低洼区域的填筑。与低洼区域的填筑。处处理理深深度度常常控控制制在在3 3米米范范围围以以内内,所所承承受受建建筑筑物物的的荷荷载载不不宜宜太太大大。也也不不宜宜小小于于0.5m，因因为为垫垫层层太太薄薄，则则换换土土垫垫层层的的作作用用也也不显著。不显著。23砂垫层24其其作用为：作用为：提高浅层地基承载力；提高浅层地基承载力；减小地基沉降减小地基沉降量；量；通过垫层，扩散基底压力，均化应力分布；通过垫层，扩散基底压力，均化应力分布；垫垫层（砂、石）可作为基底下水平排水层，加速软弱土层层（砂、石）可作为基底下水平排水层，加速软弱土层的排水固结；的排水固结；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性、消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性、防止土的冻胀作用。防止土的冻胀作用。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。2.2.排水垫层：排水垫层：指软土地基上堤坝基底铺设的水指软土地基上堤坝基底铺设的水平排水层，采用透水性良好的中粗砂或碎石填平排水层，采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑。其作用主要是排水固结和约束地基的侧向筑。其作用主要是排水固结和约束地基的侧向变形。变形。3.加筋土垫层：加筋土垫层：指由砂、石和素土垫层中增设指由砂、石和素土垫层中增设各种类型加筋材料组成的复合垫层。各种类型加筋材料组成的复合垫层。改善应力场和应变场，均化应变。改善应力场和应变场，均化应变。25 换土换土垫层的垫层的设计设计 换换土土垫垫层层的的设设计计内内容容主主要要包包括括垫垫层层厚厚度度和和宽宽度度两两方方面面，要要求求有有足足够够厚厚度度以以置置换换可可能能被被剪剪切切破破坏坏的的软软弱弱土土层层，有有足足够够宽宽度度防防止止垫垫层层向向两两侧侧挤挤出出，又又要要求求设设计计荷荷载载通通过过垫垫层层扩扩散散至至下下卧卧软软土土层层的的附附加加应应力力，满满足足软软土土层层承承载载力力与与稳稳定定性性和沉降的要求。和沉降的要求。垫层厚度垫层厚度目前常用的计算方法是近似按应力扩散角进目前常用的计算方法是近似按应力扩散角进行计算。即认为砂垫层以行计算。即认为砂垫层以“”角向下扩散基底附加压力，角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面到砂垫层底面(下卧层顶面下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即：承载力，即：26(1).(1).砂垫层厚度的确定砂垫层厚度的确定 27 z z对矩形基础对矩形基础:垫层底面处的附加压力垫层底面处的附加压力条形基础条形基础:垫层厚度不宜小于垫层厚度不宜小于0.5m0.5m，也不宜大于，也不宜大于3m3m。计算时，先假设一个垫层厚度（计算时，先假设一个垫层厚度（1-21-2m)m)，再按再按上式验算上式验算。28(2)(2)垫层宽度的确定垫层宽度的确定 垫垫层层宽宽度度应应满满足足基基础础底底面面压压力力扩扩散散的的要要求求，可可按按下下式式计计算算或或根根据据当当地地经经验确定。验确定。对对于于比比较较重重要要的的建建筑筑物物，还还应应计计算算地地基基的的变变形形量量。地地基基变变形形仅仅考考虑虑下下卧卧土土层层的的变变形形量。量。垫垫层层材材料料应应分分层层夯夯实实并并达达到到一一定定的的密密实实度度，以保证其自身的承载力满足设计要求。以保证其自身的承载力满足设计要求。29第第3节节 排水固结法排水固结法排水固结预压法排水固结预压法:即指给地基预先施加荷载，为即指给地基预先施加荷载，为加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置加速地基中水分的排出速率，同时在地基中设置竖向和横向的排水通道，使得土体中的水分排出，竖向和横向的排水通道，使得土体中的水分排出，逐步固结，以达到提高地基承载力和稳定性、减逐步固结，以达到提高地基承载力和稳定性、减小沉降量目的的一种地基处理方法小沉降量目的的一种地基处理方法。30 排排水水固固结结法法由由排排水水系系统统和和加加压压系系统统两两部部分分组组成成。设设置置排排水水系系统统的的目目的的，主主要要在在于于改改变变地地基基原原有有的的排排水水边边界界条条件件，缩缩短短孔孔隙隙水水排排出出的的路路径径，加加快快排排水水固固结结时时间间。排排水水系系统统由由竖竖向向排排水水体体和和水水平平向向排排水水体体构构成，竖向排水体如砂井，水平排水体为砂垫层。成，竖向排水体如砂井，水平排水体为砂垫层。加加压压系系统统主主要要作作用用是是给给地地基基土土增增加加固固结结压压力力，使使其其产产生生固固结结。加加压压的的方方式式通通常常可可利利用用建建筑筑物物（如如房房屋屋）或或构构筑筑物物（如如路路堤堤、堤堤坝坝等等）自自重重、专专门门堆堆载载、充充水水（如如油油罐罐充充水水）及及抽抽真真空空施施加加负负压压力力荷荷载载等。等。31目的：目的：沉降问题：使地基的沉降在加沉降问题：使地基的沉降在加 载预压期间大部分或基本完成，载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不使建筑物在使用期间不致产生不 利的沉降和沉降差；利的沉降和沉降差；稳定问题：加速地基土的强度的稳定问题：加速地基土的强度的 增长，提高地基的承载力和稳定性。增长，提高地基的承载力和稳定性。32一、排水固结预压法加固原理一、排水固结预压法加固原理室内压缩试验说明排水固结法原理 饱和软粘土地基在荷载作用下，饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。逐渐增长。进行加载预压使土层固结，进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基在建筑场地上先加一可以使地基在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力沉降减个和上部结构相同的压力沉降减少，如进行超载预压少，如进行超载预压(预压荷载预压荷载大于建筑物荷载大于建筑物荷载)效果将更好，效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。许承载力。33 当土样在天然状态下施加荷载压力当土样在天然状态下施加荷载压力至完全至完全固结时，曲线从天然状态固结时，曲线从天然状态a a点开始，在点开始，在作用下，作用下，土中水排出，土体固结压密，沿曲线土中水排出，土体固结压密，沿曲线abcabc到达到达c c点，点，孔隙比减少孔隙比减少e,e,相应抗剪强度逐渐增大。相应抗剪强度逐渐增大。在在完全固结完全固结c c点，卸去全部荷载点，卸去全部荷载后，曲线后，曲线立即回弹，沿立即回弹，沿cefcef曲线返回曲线返回f f点，有效固结压力恢复点，有效固结压力恢复至天然状态，由于土样孔隙中水部分被固结排走，至天然状态，由于土样孔隙中水部分被固结排走，孔隙比只能回弹到孔隙比只能回弹到e ef f,同样抗剪强度也只能恢复部同样抗剪强度也只能恢复部分，不能恢复到天然状态，常把这种称为超固结状分，不能恢复到天然状态，常把这种称为超固结状态。态。在超固结状态下的土样又再施加荷载压力至完在超固结状态下的土样又再施加荷载压力至完全固结时，曲线从全固结时，曲线从f f点沿点沿fgcfgc再固结压缩至再固结压缩至cc点。点。34 显显然然在在相相同同的的固固结结压压力力下下，当当给给土土样样预预先先施施加加一一个个荷荷载载后后，再再给给土土样样施施加加荷荷载载，则则土土样样的的密密实实度度和和抗抗剪剪强强度度提提高高(图图中中的的f f点点、e e点点分分别别要要比比a a点和点和b b点高点高)，变形减小变形减小（eee e）。利利用用这这个个原原理理，如如果果在在建建筑筑场场地地上上预预先先施施加加一一个个与与上上部部结结构构荷荷载载相相同同甚甚至至大大于于它它的的荷荷载载进进行行预预压压，使使土土层层得得以以排排水水固固结结，然然后后卸卸除除荷荷载载再再在在其其上上修修建建建建筑筑物物或或构构筑筑物物，则则由由建建筑筑物物引引起起的的沉沉降可大大减小。降可大大减小。35（1）提高建筑物软土地基的承载力与）提高建筑物软土地基的承载力与稳定性，常用于堤坝、油罐等的修筑。稳定性，常用于堤坝、油罐等的修筑。（2）消除或减少基础（底）的沉降，）消除或减少基础（底）的沉降，常用于减少建筑物基础的沉降或消除高常用于减少建筑物基础的沉降或消除高速公路路堤的工后沉降等。速公路路堤的工后沉降等。主要应用于：主要应用于：36 土土层层的的排排水水固固结结效效果果和和它它的的排排水水边边界界条条件件及及预预压压荷荷载载有有关关。当当土土层层厚厚度度相相对对于于荷荷载载宽宽度度比比较较小小时时，土土层层中中孔孔隙隙水水向向上上下下面面透透水水层层排排出出而而使使土土层层发发生生固固结结，称称为为竖竖向向排排水水固固结结。根根据据固固结结理理论论，粘粘性性土土固固结结所所需需时时间间与与排排水水距距离离的的平平方方成成正正比比。因因此此，为为了了加加速速土土层层的的固固结结，最最有有效效的的方方法法是是增增加加土土层层的的排排水水途途径径，缩缩短短排排水水距距离离。可可在在地地基基中中设设置置各各类类竖竖向向排排水水体体，如如普普通通砂砂井井、袋装砂井、塑料排水带和水平排水垫层等。袋装砂井、塑料排水带和水平排水垫层等。37竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况 按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机械，垂直打入一定深度的井孔，内灌透水性好的械，垂直打入一定深度的井孔，内灌透水性好的砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，缩短砂，形成排水砂井。作用：增加排水通道，缩短渗径，加速地基固结、强度增长和沉降发展。渗径，加速地基固结、强度增长和沉降发展。38 排水固结预压法主要适用排水固结预压法主要适用于于处理淤泥、淤泥质土及其他处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无需用此法处理。水性良好，无需用此法处理。一、堆载预压法一、堆载预压法二、砂井堆载预压法二、砂井堆载预压法三、真空预压法三、真空预压法39二、砂井地基固结理论二、砂井地基固结理论沙井的平面布置有：梅花形（正三角形）、沙井的平面布置有：梅花形（正三角形）、正方形。设每根砂井为一独立排水体系，正方形。设每根砂井为一独立排水体系，每根砂井的影响范围以等面积圆代替，其每根砂井的影响范围以等面积圆代替，其等效影响直径为：等效影响直径为：梅花形布置梅花形布置 de=1.05l正方形布置正方形布置 de=1.128ll砂井布置间距。砂井布置间距。40 地地基基中中设设置置砂砂井井后后，土土体体孔孔隙隙水水既既可可沿沿竖竖向向排排出出，也也可可沿沿径径向向排排出出，竖竖向向和和径径向向的排水均可引起地基的固结。的排水均可引起地基的固结。固结度计算时，作如下假设固结度计算时，作如下假设：地地基基土土是是完完全全饱饱和和的的，排排出出的的孔孔隙隙水水体积等于土体的压缩体积；体积等于土体的压缩体积；预预压压荷荷载载均均布布、连连续续，地地基基仅仅产产生生竖竖向的压密变形，不考虑侧向变形的影响；向的压密变形，不考虑侧向变形的影响；41 预预压压荷荷载载是是一一次次、瞬瞬时时加加上上的的，加加荷荷瞬瞬时时，外外荷荷载载全全部部由由孔孔隙隙水水压压力力承担；承担；地地基基土土在在压压密密过过程程中中，保保持持渗渗透透系系数数不不变变，同同时时不不计计施施工工时时产产生生的的、可影响砂井渗透性的井壁涂抹作用可影响砂井渗透性的井壁涂抹作用42固结度的计算瞬时加载：逐级线性加载逐级变速加载：43三、排水固结设计三、排水固结设计设计内容：设计内容：确定预压荷载类型、大小；确定预压荷载类型、大小；确定竖向排水体的类型、布置和打入深度；确定竖向排水体的类型、布置和打入深度；分析地基固结、地基强度增长和地基沉降的分析地基固结、地基强度增长和地基沉降的发展；发展；拟定分级逐级加载的进程，控制加载速率，拟定分级逐级加载的进程，控制加载速率，保证地基在稳定条件下施工。保证地基在稳定条件下施工。441.竖向排水体类型选用竖向排水体类型选用 （见表（见表5-3）2.竖向排水体布置间距、打入深度竖向排水体布置间距、打入深度 布置的间距根据须达到的固结度和允布置的间距根据须达到的固结度和允许预压时间的长短来确定。排水带和袋装许预压时间的长短来确定。排水带和袋装砂井宜为砂井宜为1.0-2.0m,普通砂井宜为普通砂井宜为2.0-3.5m，低于下限时，易受施工对土扰动增大涂低于下限时，易受施工对土扰动增大涂抹的影响；大于上限时，固结效果不佳。抹的影响；大于上限时，固结效果不佳。45打入深度：打入深度：当压缩的软土层厚度当压缩的软土层厚度10m时，对以稳定性控制的预压时，对以稳定性控制的预压工程，打入深度应到达圆弧滑动分析确工程，打入深度应到达圆弧滑动分析确定的最危险圆弧最大深度下定的最危险圆弧最大深度下2m;当厚度当厚度10m时，对以变形控制设计的工时，对以变形控制设计的工程，打入深度应到达地基沉降计算时有程，打入深度应到达地基沉降计算时有效压缩层的深度。效压缩层的深度。463.地基强度增长的计算地基强度增长的计算 在外荷载作用下，一方面由于地基排水在外荷载作用下，一方面由于地基排水固结，土中有效应力增大，引起地基土强度固结，土中有效应力增大，引起地基土强度增大；另一方面，地基由于剪切变形，引起增大；另一方面，地基由于剪切变形，引起地基强度的衰减。时间地基强度的衰减。时间t地基强度的增长值地基强度的增长值为：为：ft=(cu+zUttancu)ft荷载作用下，历时荷载作用下，历时t对应的地基强度；对应的地基强度；cu天然地基土的三轴试验不排水抗剪强度天然地基土的三轴试验不排水抗剪强度47z z计算点的竖向附加应力；计算点的竖向附加应力；U Ut t计算点历时计算点历时t t 的固结度；的固结度；4.4.预压设计预压设计（1 1）为消除基础沉降的预压设计）为消除基础沉降的预压设计 应满足下式的要求：应满足下式的要求：s sf f p p -s st t p p+p p s sa a t t t ta a s st t p p+p p=s sf f p p+p p(U(Ut t)p p+p p+(+(-1)1/1)1/48 s st t p p+p p预压预压荷载荷载p+p+p p作用下，相应于历作用下，相应于历 时时t t，地基固结度为地基固结度为UtUt引起的沉降值，引起的沉降值，s sf f p p+p p为预压荷载作用下的最终沉降值为预压荷载作用下的最终沉降值,可可 用分层总和法计算。用分层总和法计算。s sf f p p设计荷载作用下基础的最终沉设计荷载作用下基础的最终沉 降值，可用分层总和法计算；降值，可用分层总和法计算；49设计内容设计内容:确定预压荷载的大小；确定预压荷载的大小；预压要求达到的固结度或预压固结持续预压要求达到的固结度或预压固结持续 的时间。的时间。设计步骤：设计步骤：设定某一预压荷载（设定某一预压荷载（p+p+p p），），计算最计算最终沉降值终沉降值 s sf f p p+p p ；计算设计要求达到的固结度和所需预计算设计要求达到的固结度和所需预压持续时间，且满足压持续时间，且满足t t t ta a 。50p1p2p3T1T2T3T4T5q1q2q351设计步骤：设计步骤：利用天然地基强度求第一级荷载利用天然地基强度求第一级荷载p p1 1;求仅在第一级荷载求仅在第一级荷载p p1 1持续作用下地基固结度持续作用下地基固结度为为70%-8070%-80所需预压时间所需预压时间t t1 1;求仅在第一级荷载求仅在第一级荷载p p1 1持续作用下地基的强度持续作用下地基的强度增长值增长值ft1ft1 ，固结度取固结度取70%;70%;利用地基强度利用地基强度ft1ft1求求p p2 2；如如p p2 2未达到设计荷载，重复上述步骤计算第未达到设计荷载，重复上述步骤计算第三、四三、四.级荷载，直到达到设计荷载为止。级荷载，直到达到设计荷载为止。确定地基稳定性，沉降和工期是否满足？如确定地基稳定性，沉降和工期是否满足？如不，重新设计。不，重新设计。52 四、排水固结的施工四、排水固结的施工 应用排水固结法加固软粘土地基是一应用排水固结法加固软粘土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法。从施工种比较成熟、应用广泛的方法。从施工角度分析，要保证排水固结法的加固效角度分析，要保证排水固结法的加固效果，主要做好以下三个环节：果，主要做好以下三个环节：铺设水平铺设水平排水垫层、设置竖向排水体和施加固结排水垫层、设置竖向排水体和施加固结压力。压力。每个环节都有其特殊的要求，它每个环节都有其特殊的要求，它关系到该法加固软土地基的成败。关系到该法加固软土地基的成败。53普通砂井的施工普通砂井的施工54普通砂井的施工普通砂井的施工55袋装砂井的施工56袋装砂井的施工袋装砂井的施工57 塑料带排水法是将带状塑料排水带塑料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插入软土中，然后在地基用插带机将其插入软土中，然后在地基面上加载预压面上加载预压(或采用真空预压或采用真空预压)，土中，土中水沿塑料带的通道逸出、从而使地基土水沿塑料带的通道逸出、从而使地基土得到加固的方法。得到加固的方法。塑料排水带的施工5859预压荷载的施工预压荷载的施工60预压荷载的施工预压荷载的施工61预压荷载的施工预压荷载的施工62第四节第四节 真空预压加固机理真空预压加固机理 真空预压法真空预压法(Vacuum Preloading)不需要进行堆不需要进行堆载和卸荷，是在需要加固的软土地基表面先铺设载和卸荷，是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空。当抽真空时，先后在地表砂气，使其形成真空。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断地由排水通道排出，用下，土体中的孔隙水不断地由排水通道排出，使土体固结。使土体固结。63第第4节节 深层水泥搅拌法深层水泥搅拌法 深层搅拌法（深层搅拌法（Deep Mixing MethodDMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械制机械各种深层搅拌机，沿深度将固化各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一固化剂自身及其与地基土之间所产生的一64系系列列物物理理、化化学学反反应应，使使地地基基土土硬硬结结成成为为具具有有整整体体性性、水水稳稳定定性性、较较低低渗渗透透性性和和一一定定强强度度的的复复合合土土桩桩（体体），或或与与地地基基土土构构成成复复合合地地基基，从从而而提提高高软软土土地地基基的的承承载载力力、减小地基的变形。减小地基的变形。65v水泥土搅拌桩的应用水泥土搅拌桩的应用 支护结构支护结构 重力式支护结构；止水帷幕；重力式支护结构；止水帷幕；地基加固地基加固 提高地基强度；控制沉降；防止液化提高地基强度；控制沉降；防止液化 适适用用于于淤淤泥泥质质土土、粉粉质质粘粘土土和和低低强强度度的粘性土地基。的粘性土地基。66支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙67支护结构支护结构水泥土墙水泥土墙68支护结构支护结构水泥