《工程地質(zhì)與土力學(xué)》第十一章

第11章地基處理本章教學(xué)要求：1、理解地基處理的目的、各類(lèi)地基處理方法的原理和作用；2、了解各類(lèi)地基處理方法的適用范圍。第11章地基處理第11章地基處理第1節(jié)

軟弱土地基處理

所謂軟弱土地基指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜質(zhì)土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基，也稱軟弱地基。該地基土的特點(diǎn)是強(qiáng)度低、壓縮性高、透水性小，通常無(wú)法滿足建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和變形條件的要求，因此工程中常需對(duì)此類(lèi)地基進(jìn)行加固處理。對(duì)地基處理的目的是：⑴提高地基土的抗剪強(qiáng)度，即提高地基承載力；⑵改善地基土的壓縮特性，增加其密實(shí)度，減小基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降；⑶改善其透水性，消除其它不利因素的影響，達(dá)到滿足建筑物對(duì)地基強(qiáng)度與變形要求的目的。軟弱土地基的主要處理方法有墊層法、夯實(shí)法、擠密法、振沖法、預(yù)壓法、化學(xué)加固法等，下面分別將這些方法和原理作一概要介紹。第11章地基處理一、墊層法

墊層法（也稱換土墊層法）是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后分層回填強(qiáng)度較大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯實(shí)或振密的一種地基處理方法。此法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層地基處理。

墊層法的作用表現(xiàn)在以下三個(gè)方面，第一，

提高淺基礎(chǔ)下地基的承載力；第二，

減少地基的沉降量；第三，

加速軟弱土層的排水固結(jié)。墊層的設(shè)計(jì)要在滿足強(qiáng)度、變形兩個(gè)方面的要求下，確定合理的厚度h和墊層寬度b如圖1。

第11章地基處理b圖11.1墊層剖面示意圖第11章地基處理1、墊層厚度一般根據(jù)墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不超過(guò)同一標(biāo)高處軟弱土層（經(jīng)深度修正后）的承載力特征值確定.即≤

（11.1）式中—－墊層底面軟弱土層經(jīng)深度修正后的地基承載力的特征值，KPa；

—－墊層底面處的自重應(yīng)力，KPa；

—－墊層底面處的附加應(yīng)力，KPa

；可按應(yīng)力擴(kuò)散角法計(jì)算，即：對(duì)條形基礎(chǔ)：

對(duì)矩形基礎(chǔ)：

第11章地基處理以上兩式中

――基底附加應(yīng)力，KPa；

L、b――分別為矩形基礎(chǔ)長(zhǎng)度和寬度，m；

h――基礎(chǔ)底面至軟弱土層頂面的距離，m；――應(yīng)力擴(kuò)散角，常見(jiàn)的墊層應(yīng)力擴(kuò)散角按表1確定。2330≥0.5306200.25灰土粉質(zhì)粘土和粉土中、粗、礫砂、碎石土、石屑換填材料h/b

注：①當(dāng)h/b<0.25時(shí),除灰土外,均取=0°。②當(dāng)0.25<h/b<0.5時(shí),

可用內(nèi)插法求得。換土墊層厚度一般為1～2米左右，超過(guò)3米，導(dǎo)致施工困難且不經(jīng)濟(jì)，小于0.5米，則墊層作用不顯著。墊層厚度宜控制在0.5～3.0m。

應(yīng)力擴(kuò)散角°表1第11章地基處理2、墊層寬度墊層寬度的確定，應(yīng)滿足兩條原則：（1）滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求（2）防止墊層向兩邊擠出按應(yīng)力擴(kuò)散的要求，墊層底面寬度b′應(yīng)滿足：

b′≥b+2htan 式（4）當(dāng)墊層厚度與寬度確定以后，根據(jù)基坑開(kāi)挖邊坡延伸至地面，即可得到所需設(shè)計(jì)斷面。但墊層頂面每邊宜比基礎(chǔ)底邊b大0.3m。二、夯實(shí)法

1、重錘夯實(shí)法該法是將重約15～30KN的夯錘提升到4m以上的高度，使其脫鉤自由落下，反復(fù)擊實(shí)地基，達(dá)到加固效果。原理與擊實(shí)法相同。第11章地基處理此法適用于地下水位低于重錘夯實(shí)法有效加固深度的粘性土、砂土、雜填土等地基，不適用于飽和軟粘土或地下水位以下的粘性土。施工時(shí)應(yīng)特別注意土的含水率變化。2、強(qiáng)夯法此法是用特別重的夯錘（100～300KN）從高處（6～40m）自由落下，對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)有力夯擊，達(dá)到深層加固的效果，其影響深度可達(dá)10m以上，巨大的沖擊能量在地基中產(chǎn)生很大的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，引起地基土的壓縮和振密，從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性，還可改善地基土抵抗振動(dòng)液化能力和消除濕陷性黃土的濕陷性等作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)強(qiáng)夯法處理的地基，承載力可提高100%～400%，壓縮性降低50%～90%。一般用于處理松散的碎石土、雜填土、砂土，低飽和度的粉土、粘土、濕陷性黃土；在高飽和度的細(xì)粒土地基上應(yīng)慎重使用。第11章地基處理三、擠密法與振沖法

該法均是通過(guò)沖擊和振動(dòng)在地基中成孔，然后填筑砂、碎石等形成較大直徑的砂、碎石樁，以對(duì)地基起到加固作用。1、擠密法

擠密法主要是先將套管打入或振入地基成孔，再將砂、碎石等土料灌入孔中而形成擠密樁，對(duì)軟土產(chǎn)生橫向擠密作用，從而使土的壓縮性減小，抗剪強(qiáng)度提高。又因?yàn)闃扼w有較高的承載力和變形模量，截面又較大，一般可達(dá)松軟土加固面積的20％左右，可與軟弱土形成復(fù)合地基，共同承受建筑物的荷載。它適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土地基。第11章地基處理2、振沖法振沖法與擠密法的作用相同,只是成樁工藝存在差別。振沖法是利用振沖器邊振動(dòng)邊水沖，使松砂地基密實(shí)，或在粘性土地基中成孔，填入碎石后形成復(fù)合地基。前者稱振沖密實(shí)法后者稱振沖置換法，圖3。

振沖置換法適用于處理不排水剪強(qiáng)度≥20KPa粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基。

2）振沖密實(shí)法適用于處理砂土和粉土地基。第11章地基處理

第11章地基處理四、預(yù)壓加固法

預(yù)壓加固法是在修建建筑物之前，在建筑場(chǎng)地堆放土石等預(yù)壓荷載使地基固結(jié)待地基固結(jié)達(dá)到要求的程度后，卸除預(yù)壓荷載再修建建筑物，這樣可以消除或大大減小建筑物建成后的沉降，同時(shí)也可提高地基承載力。該法適用于淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。1、堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法是在建筑物建造前，于弱軟土地基表面鋪設(shè)砂墊層，然后堆設(shè)土料進(jìn)行加載預(yù)壓，地基因此發(fā)生固結(jié)沉降，承載力得以提高的地基處理方法。其適用于透水性和自身排水條件相對(duì)較好，施工工期較長(zhǎng)，且厚度較薄的飽和軟弱地基。預(yù)壓荷載的數(shù)量、范圍、速率和預(yù)壓時(shí)間應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范計(jì)算確定。第11章地基處理2、砂井堆載預(yù)壓法

砂井堆載預(yù)壓法系在軟弱地基中用鋼管成孔，孔中灌砂并振實(shí)后，形成豎向排水的砂井，砂井頂部設(shè)置水平排水的砂墊層，再堆載預(yù)壓的地基處理方法，如圖4。3、真空預(yù)壓法為了避免堆卸土、石等笨重預(yù)壓荷載時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,也可利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載的真空預(yù)壓法。

如圖5，同時(shí)，若地質(zhì)條件允許，可在場(chǎng)地埋設(shè)井點(diǎn)系統(tǒng)來(lái)降低地下水位，既加速排水，又使土的自重加大起到預(yù)壓作用此法可與堆載法聯(lián)合使用，兩種加固效果可疊加，合理協(xié)調(diào)后可取得良好效果。第11章地基處理

圖4

砂井預(yù)壓法圖5

真空預(yù)壓法第11章地基處理五、化學(xué)加固法

化學(xué)加固法系指通過(guò)高壓噴射、機(jī)械攪拌等方法，將各種化學(xué)漿液注入土中，漿液與土粒膠結(jié)硬化后，形成含化學(xué)漿液的加固體，從而改善地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到加固地基的目的。

化學(xué)漿液一般分化學(xué)類(lèi)和水泥類(lèi)兩大系列。化學(xué)類(lèi)漿液大部分有毒，成本較高，建筑工程中較少采用。因此常用水泥類(lèi)漿液加固地基。水泥類(lèi)漿液加固地基常見(jiàn)的方法有：深層攪拌法高壓噴射注漿法1、深層攪拌法

深層攪拌法系利用水泥粉、石灰粉或水泥漿等材料作為固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑強(qiáng)制拌和，固化劑和軟土產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)后，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土加固體，加固體與原地基組成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部建筑荷載。第11章地基處理此法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水率較高且地基承載力≤120

KPa的粘性土等地基。當(dāng)用于處理泥炭土或具有侵蝕性地下水時(shí)，宜通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性，冬季施工時(shí)應(yīng)注意低溫影響。2、高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是通過(guò)高壓噴射的水泥漿與土混合攪拌，來(lái)加固地基的。首先利用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度，插入帶特殊噴嘴的注漿管，借助高壓設(shè)備，使水泥漿或水以20～40Mpa的壓力，從噴嘴噴出，沖擊破壞土體，然后注漿管邊旋轉(zhuǎn)、邊上提，漿液與土粒充分?jǐn)嚢杌旌喜⒛毯?，土中即形成一固結(jié)體，從而使地基加固。施工中可定向噴射成墻或旋轉(zhuǎn)噴射成樁高壓噴射注漿法具有施工簡(jiǎn)便、操作安全、成本低、既加固地基又防水止?jié)B等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于已有建筑和新建建筑的地基處理。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。地下水流速過(guò)大和已涌水的防水工程，應(yīng)慎重使用。第11章地基處理第2節(jié)特殊土地基及其處理

特殊土是指具有特殊工程性質(zhì)的土類(lèi)。特殊土種類(lèi)較多，主要有軟粘土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土及凍土，這些土由于形成的自然地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因等因素不同，具有很強(qiáng)的區(qū)域性，故亦稱作區(qū)域性特殊土。下面僅作簡(jiǎn)要介紹。一、軟粘土1、軟粘土的分布及特征軟粘土主要指天然含水率很高,承載力很低、壓縮性很大，由軟塑到流塑飽和狀態(tài)的軟弱粘性土。軟粘土廣泛分布在我國(guó)沿海地區(qū)、內(nèi)陸平原及山區(qū)。沿海主要分布在河流的入?？?，山區(qū)則在山間谷地、沖溝、河灘、洼地，平原在湖區(qū)較多。第11章地基處理

該土顏色多為灰色或黑色，具有腐爛植物氣味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1,內(nèi)摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結(jié)構(gòu)具有觸變性和流變性，承載力低。

該土顏色多為灰色或黑色，具有腐爛植物氣味、含水率高、孔隙比大于1，天然含水率大于液限，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1,內(nèi)摩擦角約為零,粘聚力C一般小于30Kpa。土的結(jié)構(gòu)具有觸變性和流變性，承載力低。2、一般處理措施⑴采用換土法或樁基,提高地基強(qiáng)度。⑵采用砂井，旋噴等排水法固結(jié)，提高地基承載力。⑶減少作用在地基上的壓力或設(shè)置地下室形成補(bǔ)償性基礎(chǔ)。第11章地基處理二、濕陷性黃土1、濕陷性黃土的分布及特征黃土廣泛分布于我國(guó)西北、華北和東北地區(qū)，屬第四紀(jì)地質(zhì)時(shí)期形成的黃色粉末狀土，面積達(dá)60多萬(wàn)平方公里，其中濕陷性黃土約占75%。

濕陷性黃土中主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽，硫酸鹽、粘土礦物，具有肉眼可見(jiàn)的大孔隙，孔隙比e＞1.0，孔隙率n＞45％，天然含水率小于或接近塑限。以粗粉粒構(gòu)成骨架，石英與碳酸鈣等細(xì)粉粒作為填充土料。由膠結(jié)物的凝聚和結(jié)晶作用被牢固粘結(jié)，天然狀態(tài)下堅(jiān)硬、密度高、強(qiáng)度高。但一旦受水浸濕，可溶性鹽溶于水，土的結(jié)構(gòu)被破壞，其強(qiáng)度便迅速降低，產(chǎn)生顯著沉陷。這種性質(zhì)稱濕陷性。第11章地基處理2、處理措施對(duì)于濕陷性較小且地下水不會(huì)上浸的黃土地基,主要采取地面防滲與表面排水措施。對(duì)于深度不大但有可能浸水的黃土層，可將基礎(chǔ)下的濕陷性土層全部或部分挖出，再以粘性土料（或用灰土料）分層回填夯實(shí)。也可采用重錘夯實(shí)的方法，以消除或減小其濕陷性。對(duì)于較厚的濕陷性黃土層和較重要的建筑物，可在施工以前預(yù)先向建筑場(chǎng)地注水并保持一定水深，讓水充分浸入土中，使土層產(chǎn)生自重濕陷，該方法稱為預(yù)浸法。若土層很厚，可先在土層中鉆孔，填以砂礫等作為透水料，然后向填砂礫料的孔中供水，直到濕陷變形穩(wěn)定為止。預(yù)浸完畢后，應(yīng)妥善封閉鉆孔，并將場(chǎng)內(nèi)軟泥全部清除。除上述處理措施外，必要時(shí)還需從上部結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以改善建筑物?duì)地基不均勻沉降的適應(yīng)能力。例如，筑壩土料的填筑含水率宜略高于最優(yōu)含水率。第11章地基處理三、膨脹土1、膨脹土的分布及特征膨脹土是由親水性強(qiáng)的粘土礦物成分組成的,具有吸水膨脹，失水收縮的性能,主要分布在我國(guó)中南、西南地區(qū)。膨脹土的礦物成分主要為蒙脫土、伊利石、高嶺石等。液限＞40%，塑限均為17%～33%。＞17，＜0。呈硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，顏色多呈黃、紅、灰、白色及斑狀。裂隙較為發(fā)育，有光滑面及擦痕。2.處理措施在膨脹土地基上修建筑物，應(yīng)從設(shè)計(jì)和地基處理兩方面采取措施。水利工程上采用預(yù)濕法。工民建中采用設(shè)置沉降縫、換土墊層與排水、加大基礎(chǔ)埋深、設(shè)鋼筋混凝土圈梁等措施來(lái)消除或減少危害。第11章地基處理四、紅粘土1、紅粘土的分布及特征紅粘土一般為褐紅、棕紅、黃褐等顏色，多分布在我國(guó)云南、貴州、廣西等地，以山區(qū)或丘陵較多，為石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類(lèi)巖石的風(fēng)化產(chǎn)物，也可由玄武巖、頁(yè)巖風(fēng)化而成。紅粘土礦物成分以石英、伊利石（或高嶺土）為主，顆粒細(xì)而均勻。粘粒含量很高，一般為50％～70％，天然含水率很大，＝30%～60%,＝30%～60%,＝0.1～0.4,＝20～50；飽和度＞85%，天然孔隙比e=1.1～1.7，滲透系數(shù)小于10-5cm/s；抗剪強(qiáng)度＝8o～18o,c＝40～90KPa；壓縮性低，＝10～30MPa；是較好的地基土。但存在以下問(wèn)題：⑴底層尤其是基巖面低洼處，常因地下水聚集成軟塑或流塑狀強(qiáng)度低，施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理