地基处理课件.ppt

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1、1 1地基处理的对象及目的地基处理的对象及目的 2 2地基处理方法分类地基处理方法分类要点 3 3换填垫层法的定义换填垫层法的定义 4 4垫层法的作用及设计内容垫层法的作用及设计内容 1 1 地基处理的对象及目的地基处理的对象及目的 地基处理地基处理是指为提高地基承载力，改变其变形性质或渗是指为提高地基承载力，改变其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。欧美国家称地基处透性质而采取的人工处理地基的方法。欧美国家称地基处理，亦有称地基加固。理，亦有称地基加固。地基处理地基处理对象对象软弱地基软弱地基 特殊土地基特殊土地基 软弱地基软弱地基 ：淤泥、淤泥质土、泥炭、：淤泥、淤泥质土、泥炭、

2、泥炭质土等泥炭质土等 冲填土冲填土 杂填土杂填土 湿陷性黄土湿陷性黄土 膨胀土膨胀土 盐渍土盐渍土 季节性冻土季节性冻土 地基处理的目的：地基处理的目的：1. 1. 提高地基的抗剪强度，增加其稳定性提高地基的抗剪强度，增加其稳定性; ;2. 2. 降低地基土的压缩性，减少地基的沉降低地基土的压缩性，减少地基的沉 降变形降变形; ; 3. 3. 改善地基土的渗透特性，减少地基渗改善地基土的渗透特性，减少地基渗 漏或加强其渗透稳定漏或加强其渗透稳定; ;4. 4. 改善地基土的动力特性，提高地基的改善地基土的动力特性，提高地基的 抗振性能抗振性能; ; 5. 5. 改善特殊土地基的不良特性，满足工

3、改善特殊土地基的不良特性，满足工 程设计要求程设计要求. . 2 2 地基处理方法分类地基处理方法分类 地基处理的分类方法多种多样，按地基处理的分类方法多种多样，按时间可分为临时处理时间可分为临时处理和永久处理和永久处理；按；按处理深度分为浅层处理和深层处理处理深度分为浅层处理和深层处理；按处理按处理土性对象分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱土性对象分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理和土处理；也可按地基处理的加固机理进行分类也可按地基处理的加固机理进行分类。因为现有。因为现有的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在不断发展，要的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在

4、不断发展，要对各种地基处理方法进行精确分类是困难的。对各种地基处理方法进行精确分类是困难的。常见的分类方常见的分类方法主要是按照地基处理的加固机理进行分类：法主要是按照地基处理的加固机理进行分类： 地基处理方法地基处理方法换填法换填法 ：换土垫层法、褥垫法换土垫层法、褥垫法 密实法密实法：浅层密实、深层密实浅层密实、深层密实 排水法排水法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压固化法固化法：灌浆法、喷拌法灌浆法、喷拌法 加筋法加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩土工聚合物加筋、锚杆、树根桩 5.2.1 5.2.1 概述概述 （1 1）定义）

5、定义 换填垫层法换填垫层法是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层法适用能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为功能不同，又分为垫层法和褥垫法垫层法和褥垫法。 垫层法垫层法又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法又称开挖置换法、换土垫层法，

6、简称换土法。通常指当通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构）筑物的要求，而软弱软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构）筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度。实至要求的密实度。 5.2 5.2 换填垫层法换填垫层法 褥垫法褥垫法是将基础底面

7、下一定深度范围内局部压缩性是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性较较低的岩石凿去低的岩石凿去，换填上，换填上压缩性较大的材料压缩性较大的材料，然后分层夯实，然后分层夯实的垫层的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。（2 2）作用）作用 垫层法：垫层法： a.a.提高地基承载力提高地基承载力 b.b.减少沉降量减少沉降量 c.c.加速软弱土层的排水固结加速软弱土层的排

8、水固结 d.d.防止冻胀防止冻胀 e.e.消除地基的湿陷性和胀缩性消除地基的湿陷性和胀缩性 （3 3）适用范围）适用范围 建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范中规定：垫层法中规定：垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。均匀地基的处理。5.3.1 5.3.1 概述概述5.3 5.3 预压法预压法 预压法又称预压法又称排水固结法排水固结法，指直接在，指直接在天然地基或在设置有袋状砂井、天然地基或在设置有袋状砂井、塑料排水带等竖向排水体塑料排水带等竖

9、向排水体的地基上，利用的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐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加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。法。 预压法由预压法由加压系统和排水系统加压系统和排水系统两部分组成两部分组成。加压系统通过加压系统通过预先预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出然排出，进而使土体固结；排水系统则通过进而使土体

10、固结；排水系统则通过改变地基原有的排水边改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。 预压法适用于预压法适用于处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性土地基性土地基。预压荷载是其中的关键问题预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。能引起地基土的排水固结。 加压系统加压系统排水系统排水系统竖向排水体竖向排水体水平排水

11、体水平排水体普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带砂垫层砂垫层堆载预压堆载预压真空预压真空预压降水预压降水预压电渗排水电渗排水真空联合堆载预压真空联合堆载预压排水固结排水固结5.3.2 5.3.2 预压法加固机理预压法加固机理 uuuU10tu00U时， t0u10U时，t0u1U 时， 土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长的过程。的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长

12、的过程。 (1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理 堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。逐步提高的过程。砂井堆载预压法砂井堆载预压法 基本方法：基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用钢管打孔、灌砂

13、，设置砂井作为竖向排水通道，并在钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承载力之目的载力之目的 。主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥

14、炭等有机沉积码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积地基则不适用。地基则不适用。 堆水预压堆水预压 (2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理 真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应力，以利于土体排水固结。载，增加地基的有效应力，以利

15、于土体排水固结。 真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。不宜采用该法。 (3) (3) 降水预压加固机理降水预压加固机理 降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。土的有效自重应力，从而达到预压的目的。抽水前水位线抽水后水位降落线滤水管抽水井管降水预压

16、原理降水预压原理原水位oczz原水位oczz (4) (4) 电渗预压加固机理电渗预压加固机理 电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结。电渗预压与电渗预压与降水预压一样，是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水降水预压一样，是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆压力来增加土的有效应力作为固结压力的，所以不需

17、要用堆载作为预压荷载，也不会使土体发生破坏。载作为预压荷载，也不会使土体发生破坏。AB水力坡降线 预压法的设计，实质上是根据上部结构荷预压法的设计，实质上是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排加压系统与排水系统，使地基在预压过程中快加压系统与排水系统，使地基在预压过程中快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑物速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增加在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的稳一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的稳定性。定性。 5.4 5.4

18、浆液固化法浆液固化法 浆液固化法是指利用水泥浆液浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学粘土浆液或其它化学浆液，浆液，通过通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。理方法。 目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法灌浆法外，外，后面出现了后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高利用高压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆压射水切削地基土，通过注浆

19、管喷出浆液，就地将土和浆液进行搅拌混合，液进行搅拌混合，后者后者通过特制的搅拌机械，在地基深部通过特制的搅拌机械，在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。水稳性和足够强度的地基土。1.1.概述概述 灌浆法是指利用灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，液压、气压或电化学原理，通过注浆通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密填充、渗透和挤密等等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控

20、制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的能好和化学稳定性良好的“结石体结石体”。 灌浆法的应用始于灌浆法的应用始于18021802年，法国工程师年，法国工程师Charles Charles BeriguyBeriguy在在DieppeDieppe采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复了一座受冲刷的水闸。此后，灌浆法成为地基加固中的一了一座受冲刷的水闸。此后，灌浆法成为地基加固中的一种常用方法。种常

21、用方法。 5.4.1 5.4.1 灌浆法灌浆法2 2 加固目的有以下几个方面：加固目的有以下几个方面： 增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件；坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件； 截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等；治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等； 提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降； 提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢

22、复工提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢复工程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。3 3 应用主要有以下几个方面：应用主要有以下几个方面： 坝基的加固及防渗坝基的加固及防渗 建筑物地基的加固建筑物地基的加固 土坡稳定性加固土坡稳定性加固 挡土墙后土体的加固挡土墙后土体的加固 已有结构的加固：已有结构的加固： 道路地基基础加固道路地基基础加固 地下结构的止水及加固：地下结构的止水及加固： 井巷工程中的加固及止水井巷工程中的加固及止水 动力基础的抗振加固动力基础的抗振加固 其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌其他：预填骨料灌浆、后

23、拉锚杆灌浆及钻孔灌注桩后灌浆。注桩后灌浆。5.4.3 5.4.3 水泥土搅拌法水泥土搅拌法 1.1.概述概述 水泥土搅拌法是利用水泥土搅拌法是利用水泥或石灰水泥或石灰等材料作为固化剂，通过特制的等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。根根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉体喷射搅拌（以

24、下简称干法）两种和粉体喷射搅拌（以下简称干法）两种。 水泥土搅拌法最早水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称为在美国研制成功，称为Mixed-in-Place-Mixed-in-Place-Pile(Pile(简称简称MIPMIP法法) )。国内国内19771977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于19781978年底制造出我国第年底制造出我国第一台一台SJBSJB1 1型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴市江阴振冲器

25、厂成批生产（目前市江阴振冲器厂成批生产（目前SJBSJB2 2型加固深度可达型加固深度可达18m18m）。）。19801980年年初首次在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础初首次在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础的软土地基加固工程中正式开始应用并获得成功。的软土地基加固工程中正式开始应用并获得成功。 粉体喷射搅拌粉体喷射搅拌(Dry Jet Mixing Method(Dry Jet Mixing Method，简称，简称DJMDJM法法) )最最早由瑞典人早由瑞典人Kjeld PausKjeld Paus于于19671967年提出了使用石灰搅拌桩加固年提

26、出了使用石灰搅拌桩加固15m15m深度范围内软土地基的设想，并于深度范围内软土地基的设想，并于19711971年年LindenLindenAlimakAlimak公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩，公司在现场制成第一根用石灰粉和软土搅拌成的桩，19741974年获得粉喷技术专利，生产出的专用机械其桩径可达年获得粉喷技术专利，生产出的专用机械其桩径可达500mm500mm，加固深度，加固深度15m15m。铁道部第四勘测设计院于。铁道部第四勘测设计院于19831983年用年用DDP-100DDP-100型汽车改装成国内第一台粉体喷射搅拌机，并使用型汽车改装成国内第一台粉体喷射搅拌机，并使

27、用石灰作固化剂，应用于铁路涵洞加固。石灰作固化剂，应用于铁路涵洞加固。19861986年开始使用水泥年开始使用水泥作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。作为固化剂，应用于房屋建筑的软土地基加固。19871987年铁四年铁四院和上海探矿机械厂制成院和上海探矿机械厂制成GPP-5GPP-5型步履式粉体喷射搅拌机，型步履式粉体喷射搅拌机，成桩直径成桩直径500mm500mm，加固深度，加固深度12.5m12.5m。当前国内粉体喷射搅拌机。当前国内粉体喷射搅拌机的成桩直径一般在的成桩直径一般在500700mm500700mm范围，深度可达范围，深度可达15m15m。2 2 水泥土搅拌法加固软土技术

28、，具有以下独特的优点：水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点： 水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大最大限度地利用了原土；限度地利用了原土； 搅拌时搅拌时无振动、无噪音和无污染无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建筑群中进行可在市区内和密集建筑群中进行施工；施工； 搅拌时不会使地基搅拌时不会使地基侧向挤出侧向挤出，所以对周围原有建筑物及地下沟管影，所以对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；响很小； 水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基

29、、基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方；其配方； 根据上部结构的需要，可灵活地采用根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状柱状、壁状、格栅状和块状等等加固形式；加固形式； 与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。 3 3 水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少水泥土搅拌法可用于增加软土

30、地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况：沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况： 作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；的地坪、高填方路堤下基层等； 进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降； 作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。桩背后的软土加固以增加侧向

31、承载能力。4 4 加固机理加固机理（1515工造工造2 2班）班）(1)(1)水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面铁铝酸四钙、硫酸钙等。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，生成氢氧化的矿物很快与软土

32、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酸钙等化合物。钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。(2)(2)土颗粒与水泥水化物的作用土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。反应。离子交换和团粒化作用离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠最多的氧化

33、硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子离子NaNa或钾离子或钾离子K K，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子中钙离子ca2ca2进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。大的土团粒，从而使土体强度提高。 硬凝反应硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部分与组成粘土矿物的二氧化硅及

34、三氧化二铝的部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度物，增大了水泥土的强度 。(3)(3)碳酸化作用碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。 由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际

35、上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水

36、泥石区和强度较低可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。体强度也越高。5.4.3 5.4.3 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。泥土加

37、固体的地基处理方法。 高压喷射注浆法高压喷射注浆法2020世纪世纪6060年代后期创始于日本。我国是年代后期创始于日本。我国是继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。19751975年首年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，先在铁道部门进行单管法的试验和应用，19771977年原冶金部建年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，功，19861986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺干喷干喷法，并取得国家专利。至今，我国已有上百项工

38、程应用了高法，并取得国家专利。至今，我国已有上百项工程应用了高压喷射注浆法。压喷射注浆法。 高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射一般分为旋转喷射( (简称旋喷简称旋喷) )、定向喷射、定向喷射( (简称定喷简称定喷) )和摆动喷和摆动喷射射( (简称摆喷简称摆喷) )三种型式。三种型式。 旋喷法施工时，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈旋喷法施工时，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈圆柱状。圆柱状。主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性质，

39、也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治土的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。理流砂。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，简称旋喷桩。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，简称旋喷桩。定喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，定喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，固结体形如板状或壁状。钻机注浆管喷头旋喷固结体高压泥浆固结体形如板状或壁状。钻机注浆管喷头旋喷固结体高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓摆喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提泵浆桶水箱搅拌机水泥仓摆喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷嘴的方向呈较小的角度来回摆动，固结体形如较厚的墙升，喷嘴的方

40、向呈较小的角度来回摆动，固结体形如较厚的墙板状。板状。 定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质及稳定边坡等工程。流性质及稳定边坡等工程。摆喷喷射注浆管旋喷定喷冒浆射流板墙桩1 1 概述概述 5.6 5.6 强夯法和强夯置换（工造强夯法和强夯置换（工造3 3班）班） 强夯法是法国强夯法是法国MenardMenard技术公司于技术公司于19691969年首创的一种地基加固年首创的一种地基加固方法，又名动力固结法或动力压实法。这种方法方法，又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤（质是反复将夯锤（质量一般为量一般为10010

41、0400kN400kN）提到一定高度使其自由落下（落距一般为）提到一定高度使其自由落下（落距一般为101040m40m），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力，），给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力，降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀强度，减小将来可能出现性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀强度，减小将来可能出现差异沉降。差异沉降。 SmoltczykSmoltczyk在第八届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层在第八届欧洲土力学及基础工程学术会议上的深层加固

42、总报告中指出，加固总报告中指出，强夯法只适用于塑性指数强夯法只适用于塑性指数 的土的土。中华中华人民共和国行业标准人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)中规中规定：强夯法适用于定：强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。10pI 强夯置换法是强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。强夯置换法强

43、夯置换法是是2020世纪世纪8080年代后期开发的方法，适用于年代后期开发的方法，适用于高饱和度的粉土高饱和度的粉土与软塑与软塑 流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。程。强夯置换法具有强夯置换法具有加固效果显著、施工期短、施工费用加固效果显著、施工期短、施工费用低等特点。低等特点。强夯置换法一般处理效果良好，个别工程因设强夯置换法一般处理效果良好，个别工程因设计、施工不当，加固后会出现下沉较大或墩体与墩间土下计、施工不当，加固后会出现下沉较大或墩体与墩间土下沉不等的情况。因此，沉不等的情况。因此，建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JG

44、J79-2002)(JGJ79-2002)特别强调，特别强调，采用强夯置换法前必须通过现场采用强夯置换法前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果，否则不得采用。试验确定其适用性和处理效果，否则不得采用。2 2 加固机理加固机理 (1) (1) 动力密实动力密实 采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。在体变得密实，从而提高地基土强度。在采用强夯法加固多孔采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，隙、

45、粗颗粒、非饱和土的过程中，高能量的夯击对土的作用高能量的夯击对土的作用不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，巨大的夯击能量产巨大的夯击能量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的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。积减少，形成较密实的结构。 (2) (2) 动力固结动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即的理论，即巨大的冲击能量在土

46、中产生很大的应力波，破巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂坏了土体原有的结构，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，待超孔隙水压隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。 5.7 5.7 挤密桩法挤密桩法 挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或其孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或

47、其它材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。它材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。 挤密桩属于柔性桩，而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于挤密桩属于柔性桩，而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于刚性桩，两者的区别如表刚性桩，两者的区别如表5-15-1所示。与后者不同，所示。与后者不同，挤密桩主要挤密桩主要靠桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用，在一定的挤密靠桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用，在一定的挤密功能作用下土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒功能作用下土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒间彼此紧靠，孔隙减小，此时土的骨架作用随之增强，从而间彼此紧靠，孔隙减小，此时土的骨架作用随

48、之增强，从而使土的压缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高使土的压缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力和较大的变形模量，且桩体断面较大，约占松软的承载能力和较大的变形模量，且桩体断面较大，约占松软土加固面积的土加固面积的20%20%30%30%左右，故在粘性土地基加固时，桩体左右，故在粘性土地基加固时，桩体与桩周土组成复合地基，可共同承担建筑物的荷载。与桩周土组成复合地基，可共同承担建筑物的荷载。5.7.1 5.7.1 砂石桩法砂石桩法 1.1.概述概述 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，又称粗颗粒又称粗颗粒土桩，是指采用土桩，是指采用振

49、动、冲击或水冲等方式振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成在软弱地基中成孔后，再将孔后，再将碎石、砂或砂石碎石、砂或砂石挤压入已成的孔中，形成砂石挤压入已成的孔中，形成砂石所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。理方法。 砂石桩适用于挤密砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化地基。地基。 2.2.施

50、工施工 砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法等。下面主要介绍以下两种施工方法：振冲法和沉管法。等。下面主要介绍以下两种施工方法：振冲法和沉管法。 (1)(1)振冲法振冲法 振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下，使松砂土振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成层振密，或在软弱土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩柱，并和原地基组成复合地基的处理方法。桩柱，并和原地基组成复合地基的处理方法。 振冲法振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、