第03章 地基工程

第三章地基工程3.0前言3.1一般土質(zhì)地基承載力3.2特殊土質(zhì)地基3.3軟基處理（地基處理）3.4巖石地基本章目錄3.0前言建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計兩個基本條件：強度要求：荷載小于承載力（并有貯備）變形要求：變形小于設(shè)計允許值S[S]與土的強度有關(guān)與土的壓縮性有關(guān)地基承載力沉降變形計算（分層總和法）本章節(jié)學(xué)習內(nèi)容：1地基承載力的確定方法；2地基承載力的影響因素；3特殊土地基的特性；4軟弱土地基特性及處理方法。地基承載力基本定義承載力的概念：地基承受荷載的能力，數(shù)值上用地基單位面積上所能承受的荷載來表示。極限承載力地基承受荷載的極限能力，數(shù)值上等于地基單位面積上所能承受的最大荷載。容許承載力

保留足夠安全儲備，且滿足一定變形要求的承載力。也即能夠保證建筑物正常使用所要求的地基承載力。（承載力設(shè)計值）舉例加拿大特朗斯康谷倉事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822Ｔ谷物時，1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m

東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。

1911年動工，1913年完工，自重20000T。

在粘土地基上的某谷倉地基破壞情況

1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆3.1一般土質(zhì)地基承載力承載力確定原則

同時滿足地基穩(wěn)定性和容許變形能力的要求，即承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)?？紤]因素結(jié)構(gòu)物重要性等級；確定方法；經(jīng)驗取值。確定方法

1原位載荷試驗（結(jié)合現(xiàn)場測試章節(jié)內(nèi)容）；2理論公式分析（本章主要講述）；3工程經(jīng)驗取值（相關(guān)規(guī)范及設(shè)計手冊）。原位試驗確定地基承載力載荷試驗旁壓試驗現(xiàn)場載荷板試驗載荷板千斤頂百分表有反力錨樁的載荷試驗現(xiàn)場載荷試驗123SP0比例界限極限荷載PcrPu階段1：彈性段階段2：局部塑性區(qū)階段3：完全破壞段P~S曲線載荷試驗資料整理及對應(yīng)原理臨塑荷載地基承載力土力學(xué)原理3沖剪破壞1整體破壞土質(zhì)堅實，基礎(chǔ)埋深淺；曲線開始近直線，隨后沉降陡增，兩側(cè)土體隆起。2局部剪切破壞松軟地基，埋深較大；曲線開始就是非線性，沒有明顯的驟降段。松軟地基，埋深較大；基礎(chǔ)幾乎垂直下切，兩側(cè)無土體隆起。PS1233.1.1極限承載力計算公式1太沙基（Terzaghi）公式2漢森（Hansen）公式3承載力公式討論主要內(nèi)容：——極限承載力(極限荷載)

計算公式中應(yīng)包含：基礎(chǔ)寬度、深度、粘聚力影響三項內(nèi)容；不同的公式采用不同的承載力系數(shù)；各公式的不同在于基本假定的不同?；炯俣ǎ?.1.1.1太沙基(Terzaghi)公式

1基于極限平衡理論，整體剪切破壞；

2基底完全粗糙，考慮基底以下土的自重；3忽略基底以上土體本身的阻力，簡化為上覆均布條形荷載q=0d被動區(qū)過渡區(qū)剛性核pu9045-/2

基底完全粗糙:=q=0dTerzaghi極限承載力公式：說明：可近似推廣到圓形、方形基礎(chǔ)，及局部剪切破壞情況N

、Nq、

Nc——承載力系數(shù)，無量綱只取決于太沙基基本公式引申圓形基礎(chǔ)：方形基礎(chǔ)：圓形基礎(chǔ)的直徑方形基礎(chǔ)的邊長承載力系數(shù)圖表滑動土體自重產(chǎn)生的抗力側(cè)荷載0d

產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力極限承載力pu的組成：3.1.1.2漢森（Hansen）公式在原有極限承載力公式上修正：基礎(chǔ)形狀修正深度修正荷載傾斜修正地面傾斜修正基底傾斜修正1承載力系數(shù)只與內(nèi)摩擦角有關(guān)；2漢森公式中極限承載力的大小與基底的傾斜程度有關(guān)；3應(yīng)考慮基礎(chǔ)形狀系數(shù)和埋深系數(shù)的確定關(guān)系和內(nèi)在的影響。3.1.1.3

承載力理論公式討論1應(yīng)考慮安全儲備，公式的不完善和參數(shù)的變異性；2實際應(yīng)用中考慮折減系數(shù)問題；3推導(dǎo)中采用了應(yīng)力疊加原理偏于安全；4隨抗剪強度指標、基礎(chǔ)寬度、兩側(cè)土體厚度、重度而增大；5地下水：升高后會降低承載力，取浮重度進行計算。一般公式：B、d增大Pu增大、c、增大外因內(nèi)因3.1.2粘性土地基承載力特殊性：與加荷速度、試驗條件相關(guān)。

1快速加荷(認為抗剪強度指標為0)：2

長期荷載作用(抗剪強度變化提高)：3

試驗條件：3.1.3無粘性土地基承載力特殊性：快速的滲透性。

1采用有效應(yīng)力強度(忽略粘聚力的影響)；2

內(nèi)摩擦角可由現(xiàn)場SPT（標準貫入實驗）試驗確定；3

經(jīng)驗取值，在飽和狀態(tài)下的降低問題；4

殘余強度（密實砂土）的采用。干燥狀態(tài)下內(nèi)摩擦角取值范圍3.1.4地基承載力確定極限承載力：地基破壞時承載力承載力容許承載力：承載力特征值(設(shè)計值)通常所說的承載力指容許承載力臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr極限荷載Pu（極限承載力）太沙基公式漢森公式問題：如何確定容許承載力？容許承載力f

的確定辦法：1通過公式計算①要求較高：f=Pcr

②一般情況下：f=P1/4

或P1/3

在中國取P1/4或者：③用極限荷載計算：f=Pu/K

K---安全系數(shù)太沙基：K3.0漢森公式：K

2.0K=我國規(guī)范中地基承載力：fa=Mbb+Mdmd+Mcck1《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7-89）（已作廢）2《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）

fa：承載力特征值（設(shè)計值）以臨界荷載P1/4為理論基礎(chǔ)

Mb、Md、Mc：承載力系數(shù)，與內(nèi)摩擦角k

有關(guān)

b：基底寬度，大于6m按6m取值，對于砂土小于3m按3m取值ck：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標準值

k：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的內(nèi)摩擦角標準值通過載荷試驗確定①

有明顯直線段：fak=Pcr

②

加載到破壞且Pu/2<Pcr：③不能滿足上述要求時：123SP0比例界限極限荷載PcrPuP~S曲線臨塑荷載fak=

Pu/2

取某一沉降量對應(yīng)的荷載，但其值不能大于最大加載量的一半。fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)承載力深度和寬度修正：fak

：承載力特征值（標準值）fa

：深寬修正后的承載力特征值（設(shè)計值）b、d

：寬度和深度修正系數(shù)：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度m

：基底以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度

b：基底寬度(m)，大于6m按6m取值，小于3m按3m取值

d：基礎(chǔ)埋深(m)3.2特殊土地基特殊土地基類別

按照2001勘察規(guī)范：濕陷性黃土；紅粘土；軟土；混合土；填土；膨脹土；凍土；鹽漬土；殘積土；污染土等。特殊土描述

除描述一般土的參數(shù)指標外，尚應(yīng)描述其特殊成分和性質(zhì)、堆積年代、密實程度等指標。3.2.1黃土地基3.2.1.1黃土特征及分布

1黃土為第四紀(約從200萬年前至今)沉積物，分布于半干旱、干旱地區(qū)。2

黃土分類按照成因：（1）原生黃土：風力堆積，無層理構(gòu)造。（2）次生黃土：其它原因堆積，有層理構(gòu)造。按照濕陷性：

（1）濕陷性黃土：自重濕陷，非自重濕陷；（2）非濕陷性黃土：等同于一般地基土。由于地基下沉而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)開裂3

黃土濕陷性原因：

內(nèi)因：（1）大孔性、多孔性結(jié)構(gòu)；（2）易溶性成分較多。

外因：

（1）水的作用；破壞顆粒之間的連接；（2）壓力作用：自重、外壓力。3.2.1.2黃土濕陷性的判定

1試驗方法：多采用室內(nèi)浸水側(cè)限壓縮試驗予以確定。2

濕陷性判定：按照濕陷系數(shù)予以判定：（1）〈0.015，為非濕陷性黃土。（2）〉=0.015，為濕陷性黃土。3濕陷試驗壓力P：基底至其下10m，為200kPa；10m以下采用飽和自重應(yīng)力。

4

濕陷起始壓力和含水量：

（1）濕陷起始壓力Psh:壓力超出該值后才會有濕陷性。（2）Psh

測定方法：單線法和雙線法。（3）濕陷起始含水量：對應(yīng)于某一壓力P下超出某一含水量后才發(fā)生濕陷。該值隨壓力的增大而降低。

受以下因素影響：

a.土的粘性、結(jié)構(gòu)強度及浸水強度降低的強度。

b.土的應(yīng)力狀態(tài)。以在某一壓力作用下濕陷系數(shù)為0.015的含水量為濕陷起始含水量。

5

濕陷類型和濕陷等級：

（1）自重濕陷性:無壓力情況下遇水濕陷，有較大的危害。

（2）自重濕陷性試驗：試坑浸水試驗。

（3）自重濕陷性計算：

a.根據(jù)不同地區(qū)的修正系數(shù)。

b.≤7cm為非自重濕陷性黃土；否則判定為自重濕陷性黃土。

（4）濕陷等級：按照各土層累計的總濕陷量和自重濕陷量的大小來判斷。

濕陷性黃土等級的判定

實際施工設(shè)計中應(yīng)按照上述等級的劃分來確定相應(yīng)措施。3.2.1.3濕陷性黃土地基勘察和施工措施

1勘察工作：

除滿足一般勘察工作的要求外，嚴格遵守“黃土規(guī)范”的相應(yīng)要求，并根據(jù)土性特點做好如下工作：

（1）按照不同的地質(zhì)年代和成因以及土的特性劃分黃土層，查明濕陷性黃土層的厚度和分布．測定土的物理力學(xué)性質(zhì)(包括濕陷起始壓力)，劃分濕陷類型和計算濕陷量，確定濕陷性、非濕陷性黃土土層在平面與深度的界限。（2）研究地形的起伏與降水的積累和排泄條件，調(diào)查山洪淹沒范圍及其發(fā)生時間，調(diào)查地下水位深度、季節(jié)性的變化幅度、升降趨勢、地表水體的變化情況等等。（3）劃分不同的地貌單元，查明不良地質(zhì)現(xiàn)象(如濕陷洼地、黃土滑坡、崩塌、沖溝和泥石流)的分布地段、規(guī)模和發(fā)展趨勢及其危害性。（4）調(diào)查鄰近已有建筑物的現(xiàn)狀和開裂及損壞情況。

（5）勘探點間距(m)：按照場地復(fù)雜程度和勘察階段分類。

（6）勘探點深度：除大于壓縮層深度外、對自重濕陷性黃土尚應(yīng)大于5m，并有一部分控制性取樣點穿透土層。

2施工措施：

（1）應(yīng)考慮如下因素：建筑物重要性、結(jié)構(gòu)體系；地基浸水的可能性及沉降量的大??；地基土濕陷等級；土的強度、壓縮性等。（2）可采取的措施：地基處理，防水措施，結(jié)構(gòu)措施。（3）甲類建筑物：應(yīng)全部消除地基土的濕陷性；乙類建筑可部分消除濕陷性并采取防水措施；丙類建筑應(yīng)消除濕陷性并采取部分措施；丁類建筑一般不必地基處理。（4）地基處理：可部分或全部消除濕陷性。全部消除：擠密土樁、石灰樁、化學(xué)注漿、預(yù)灌水法。部分消除：強夯法、灰土墊層、重錘夯實法。

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時，先按設(shè)計方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實至設(shè)計標高止。通過成孔或樁體夯實過程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。石灰樁是以生石灰為主要固化劑與粉煤灰或火山灰、爐渣、礦渣、粘性土等摻合料按一定的比例均勻混合后，在樁孔中經(jīng)機械或人工分層振壓或夯實所形成的密實樁體。為提高樁身強度，還可摻加石膏、水泥等外加劑。化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機理如下：硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。堿液加固：利用氫氧化鈉溶液加固濕陷性黃土地基在我國始于20世紀60年代，其加固原則為：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽離子發(fā)生置換反映，反應(yīng)結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。預(yù)浸水法是在修建建筑物前預(yù)先對濕陷性黃土場地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強烈的自重濕陷性黃土場地。由于浸水時場地周圍地表下沉開裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區(qū)較為適用。墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，可將其分為局部墊層和整片墊層。當僅要求消除基底下1~3m濕陷性黃土的濕陷量時，宜采用局部或整片土墊層進行處理；當同時要求提高墊層土的承載力或增強水穩(wěn)性時，宜采用局部或整片灰土墊層進行處理。重錘表層夯實適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5～3.0t的重錘，落距4.0～4.5m，可消除基底以下1.2～1.8m黃土層的濕陷性。在夯實層的范圍內(nèi)，土的物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善，平均干密度明顯增大，壓縮性降低，濕陷性消除，透水性減弱，承載力提高。非自重濕陷性黃土地基，其濕陷起始壓力較大，當用重錘處理部分濕陷性黃土層后，可減少甚至消除黃土地基的濕陷變形。因此在非自重濕陷性黃土場地采用重錘夯實的優(yōu)越性較明顯。強夯法加固地基機理一般認為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動，從而達到增大壓實度，改善土的振動液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強夯加固過程是瞬時對地基土體施加一個巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強度提高、孔隙擠密。（5）防水措施：可部分或全部消除由于浸水而引發(fā)的濕陷。主要內(nèi)容為：合理規(guī)劃排水設(shè)施；標高設(shè)計合理；防止漏水發(fā)生。（6）結(jié)構(gòu)措施：在建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇、設(shè)計中考慮如下因素：選擇適應(yīng)不均勻沉降的結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)類型，建筑體型力求簡單；加強建筑物的整體剛度。對磚石承重的多層房屋控制長高比；設(shè)置沉降縫，減少沉降差；增設(shè)橫墻、增設(shè)鋼筋混凝土圈梁、加大基礎(chǔ)剛度等；局部加強構(gòu)件和砌體強度；構(gòu)件應(yīng)有足夠的支承面積；預(yù)留適應(yīng)沉降的凈空。

3.2.2紅粘土地基3.2.2.1紅粘土的形成

紅粘土是指在亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石及其間所夾其它巖石，經(jīng)強烈風化后形成的一種高塑性粘性土，一般帶紅色，如紅色、棕紅色或黃褐色。有原生和次生紅粘土的區(qū)分。紅粘土地基分布不均勻，厚度變化較大。紅粘土是一種有特殊工程性質(zhì)的粘土，一般情況下常處于飽和狀態(tài)，天然含水量高，孔隙比大，但土的壓縮性低，強度高，從土的性質(zhì)來說，它的工程性能良好、是建筑物較好的地基。

3.2.2紅粘土地基3.2.2.2紅粘土的化學(xué)、物理性質(zhì)

以石英、多水高嶺石、水云母和赤鐵礦、三水鋁土礦等組成，化學(xué)成分則以SiO2、Fe2O3、Al2O3為主；有機質(zhì)含量低。紅粘土粒徑組成較均勻．呈高分散性，粘粒含量高，一般為60％～70％；具有如下特性：天然含水量高，飽和度高。密度小，大孔隙性。塑性界限高，紅粘土表層一般處于堅硬或硬塑狀態(tài)，此時的天然含水量雖高，但塑限也很高。有較高的強度和較低的壓縮性。

無濕陷性：原狀土浸水后膨脹量很小，但失水后收縮劇烈，原狀土體積收縮率可達25％，擾動土可達40％～50％。紅粘土的工程特性與其自身的生成環(huán)境及組成物質(zhì)有關(guān)系：紅粘土的高孔隙性來源于其顆粒組成的高分散性，粘粒含量多，粘粒表面能吸附大量的水分因此含水量高，且主要為強結(jié)合水，因此即使在高含水的情況下也表現(xiàn)為硬塑性。顆粒組成組主要為高嶺石及更穩(wěn)定的分子，因此比較穩(wěn)定。

3.2.2.3紅粘土地基特點(1)紅粘土厚度分布不均勻；

(2)紅粘土層沿深度方向自上向下，含水量增加，土質(zhì)由硬變軟。地表水的下滲，地下水的滲流及毛細作用的影響等等；

(3)紅粘土地區(qū)的巖溶現(xiàn)象常較發(fā)育；

(4)因紅粘土具有較小的吸水膨脹性，但失水收縮性大，裂隙發(fā)育。破壞土體的完整性和連續(xù)性，降低了相應(yīng)的強度。

3.2.2紅粘土地基3.2.2.4紅粘土地基承載力確定(1)規(guī)范查表法：根據(jù)土的含水比和液限比予以確定：原因在于：含水的變化反映了紅粘土的不同特性。

(2)現(xiàn)場載荷試驗法：紅粘土地基的承載力取值一般為比例界限壓力值，具有較大的安全系數(shù)；當采用破壞荷載時應(yīng)除以較大的安全系數(shù)。

(3)查用地區(qū)的經(jīng)驗數(shù)值：紅粘土的承載力受區(qū)域影響較大，因此應(yīng)考慮地區(qū)的經(jīng)驗取值問題；而地區(qū)經(jīng)驗值一般為綜合了室內(nèi)土工試驗指標，應(yīng)用理論計算公式和野外荷載試驗結(jié)果，并結(jié)合已有建筑經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上而取得的。

(4)強度降低：紅粘土具有較小的吸水膨脹性，但失水收縮性大，裂隙發(fā)育。破壞土體的完整性和連續(xù)性，降低了相應(yīng)的強度，在確定其強度過程中應(yīng)充分考慮此特點。

3.2.2紅粘土地基3.2.2.5紅粘土地基變形量計算

(1)強度因素：由于紅粘土的強度一般較高，因此一般達到要求。

(2)變形因素：紅粘土地基的不均勻性因此容易導(dǎo)致不均勻沉降的發(fā)生，因此應(yīng)以控制沉降變形作為控制性措施。

(3)壓縮計算參數(shù)：由于紅粘土的特性隨含水量變化較大，因此應(yīng)考慮在不同含水的條件下的壓縮模量取值。

(4)計算深度：在載荷試驗中，一般控制在壓板下較淺的范圍內(nèi)，對于方形或矩形基礎(chǔ)而言其壓縮層計算深度可近似地取基礎(chǔ)寬度的2倍，而無需根據(jù)附加應(yīng)力和自重應(yīng)力的比值來確定。

3.2.2紅粘土地基

3.2.3膨脹土地基膨脹土：由于土中含有大量的強親水性粘土礦物成分，具有吸水膨脹和失水收縮開裂兩種變形特性的高塑性粘土。在體積變化的同時產(chǎn)生膨脹力的作用，因此不采取必要的措施會導(dǎo)致邊坡滑塌、地基破壞等病害。

3.2.3膨脹土地基3.2.3.1膨脹性指標

(1)自由膨脹率：人工制備土在水中的增量與原體積百分比。

自由膨脹率反映了粘性土在無結(jié)構(gòu)力影響下的膨脹潛勢，是判別膨脹土的綜合指標。

(2)膨脹率：在一定壓力下試樣浸水膨脹的高度增量與原高度的百分比。

試驗時應(yīng)首先按照規(guī)定的壓力壓縮至穩(wěn)定、然后進行浸水試驗?？煞从吃诓煌瑝毫ψ饔孟碌耐馏w膨脹特性。

(3)膨脹力PC

推薦采用加壓平衡法予以處理，測定土的膨脹力，是在將環(huán)刀內(nèi)的試樣經(jīng)過充分浸水飽和，并控制試樣體積不變的條件下進行。該方法具有一定的安全儲備。

(4)土的收縮率及收縮系數(shù)土的收縮率指在干燥失水過程中，土樣收縮的高度與原始高度的百分比。

收縮系數(shù)指原狀土樣在直線AB收縮階段．含水量減少1%時的收縮率。

1在自由膨脹率大于40%且具有如下地質(zhì)特征的場地，應(yīng)判定為膨脹土：（1）裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈堅硬或半堅硬狀態(tài)；（2）多出露于二級或二級以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；（3）常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑(槽)壁易發(fā)生坍塌等；（4）建筑物裂縫隨氣候變化而張開或閉合。

2除此之外，可根據(jù)自由膨脹率的大小將膨脹勢分為弱、中、強三類：

3.2.3.2膨脹土的工程判別

3判別特征和分類說明：（1）初判的依據(jù)是場地的工程地質(zhì)特征，是在土體本質(zhì)特性基礎(chǔ)上的宏觀工程特性表現(xiàn)；（2）自由膨脹率充分反映了土脹縮性的內(nèi)在因素，如土的礦物成分和土的粒徑組成對膨脹性的影響；（3）自由膨脹率與天然土樣的膨脹率和膨脹力密切正相關(guān)；（4）液限越高則膨脹性越高，但是不能反向推導(dǎo)。

4膨脹土的綜合特征為：屬高塑性粘性土。粘粒含量多達35%-85%，其中膠粒含量占30%-40%；液限一般為40%-50%，塑性指數(shù)多在22-35之間。自由膨脹率在40%以上，亦有高達100%的。天然含水量接近或略小于塑限，不同季節(jié)變化幅度為3-6%，常呈硬塑或軟塑狀態(tài)。天然孔隙比在0.5-0.8之間，且隨土體含水量的增減而變化。強度和壓縮性隨含水量的的改變而顯著變化。天然條件下牌硬塑或軟塑時，強度較高，壓縮性較低，失水干縮時裂隙發(fā)育，由于裂隙的存在，又可使土體失穩(wěn)，降低承載力；大量吸水時，土體強度突然降低，壓縮性顯著提高。

1劃分為三種基本情況：（1）當?shù)乇硐?m處地基土的天然含水量等于或接近最小值時，或地面有覆蓋且無蒸發(fā)可能時，以及建筑物在使用期間經(jīng)常有水浸濕的地基，可按膨脹變形量計算；（2）當?shù)乇硐?m處地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量時，或直接受高溫作用的地基，可按收縮變形量計算；（3）其他情況下可按脹縮變形量計算。

2膨脹變形量計算：

3.2.3.3膨脹土地基變形量計算

3地基土收縮變形量：

各土層含水量的變化的平均值隨深度呈現(xiàn)倒梯形的分布特點，可參照相應(yīng)公式或經(jīng)驗值選取。4地基土漲縮變形量：相應(yīng)的經(jīng)驗系數(shù)ψ可取為0.7進行計算。

5膨脹土地基計算中應(yīng)注意問題：

(1)膨脹土的濕度系數(shù)：根據(jù)當?shù)?0年以上土的含水量變化及有關(guān)氣象資料統(tǒng)計求出；

(2)大氣影響深度：在自然條件作用下，由于降水、蒸發(fā)、地溫變化等因素而引起的土的含水量升降變化的有效深度；

(3)計算取值：膨脹變形取基礎(chǔ)上某點的最大膨脹上升量；收縮變形取最大的收縮下沉量；漲縮變形量取兩個最大值之和。

(4)膨脹土地基等級劃分：按照對低層房屋的影響劃分為三個等級。1現(xiàn)場浸水載荷試驗：首先加載至設(shè)計荷載，進行浸水試驗，膨脹變形穩(wěn)定后繼續(xù)加載至破壞，繪制各級荷載下的應(yīng)力變形曲線，取破壞荷載的一般作為承載力值，3.2.3.4地基承載力確定2室內(nèi)飽和三軸不排水試驗：確定膨脹土的基本抗剪強度參數(shù)，然后按照現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范有關(guān)公式予以確定地基的承載力。3經(jīng)驗參數(shù)值：可采用當?shù)氐貐^(qū)經(jīng)驗值，或按照含水比和孔隙比查規(guī)范表予以確定。位于坡地場地上的建筑物，膨脹土地基的穩(wěn)定性，穩(wěn)定安全系數(shù)可取1.2。(1)土質(zhì)均勻，且無節(jié)理面時，按圓弧滑動法驗算；(2)土層較薄，層間存在軟弱層時，取軟弱層面為滑動面進行驗算；(3)層狀構(gòu)造的膨脹土，如層面與坡面斜交，且交角小于45。時，驗算層面的穩(wěn)定性。3.2.3.5地基穩(wěn)定性驗算

在工民建規(guī)范中，對基礎(chǔ)的埋深應(yīng)考慮場地類型、地基脹縮等級、大氣影響深度、建筑物結(jié)構(gòu)類型和用途、荷載大小、相鄰地基的相互影響。

(1)最小埋深大于1.0m；

(2)考慮大氣影響深度或通過變形計算解決；

(3)埋深計算公式：

(4)樁基礎(chǔ)：樁尖應(yīng)錨固在非膨脹土層中或伸入大氣影響急劇層以下的土層中，其伸入長度應(yīng)滿足計算要求。3.2.3.6膨脹土地基埋置深度(1)膨脹土地區(qū)的現(xiàn)場調(diào)研，參考已有工程的實際經(jīng)驗；

(2)選擇好建筑場地，盡量避開膨脹性和收縮性較高的地段或采取相應(yīng)的工程措施；

(3)注意邊坡的治理，充分考慮到水平方向的脹縮性和脹縮力，可采取防排水、設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)等具體工程措施來實現(xiàn)。

(4)采用地基處理措施：灰土換填、土性改良、砂石墊層等具體方法的應(yīng)用。

(5)防止基坑爆曬與泡水為確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。3.2.3.7膨脹土地區(qū)工程建設(shè)措施3.3軟弱地基處理3.3.1

地基處理的對象與目的一處理對象

1軟弱地基及特殊土地基；

2軟弱地基主要為淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土及其它不滿足承載力及變形要求的地基；

3特殊土具有相應(yīng)的獨有特性，如軟土、膨脹土、凍土、紅粘土等，一般為區(qū)域性分布。二地基處理的目的

1改善土體的強度特性（抗剪強度）；

2改善土體壓縮特性（抗變形）；

3改善透水特性（滲透性）；

4改善動力特性（液化等）；

5消除特殊不良地基的特性（特殊病害）。3.3.2地基處理方法1地基規(guī)范中的地基處理方法換填法、預(yù)壓法、深層密實法、化學(xué)加固法、錨桿靜壓樁、樹根樁、垂直土層錨桿、沉降控制復(fù)合地基2目前工程中常用的地基處理方法真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓法密實法：強夯法、振沖法復(fù)合樁基地基加固：旋噴加固、攪拌樁加固其中地基托換有時視為結(jié)構(gòu)措施；加筋法視為土工結(jié)構(gòu)物措施。選擇地基處理方案應(yīng)考慮因素：

1

地基土質(zhì)條件

2

工程要求

3

工期

4

造價

5

料源

6施工技術(shù)、機械條件

3.3.2.1換土墊層法b回填土墊層材料卵石、碎石、礫石、粗砂、中砂素土、灰土：灰土比2:8或3:7工業(yè)廢料：粉煤灰，礦渣等。墊層厚度一般：0.5~3m墊層設(shè)計持力層：pf下臥層：pZ+pCZfz+d壓實系數(shù)c=d/dmax0.933.3.2.1換土墊層法b回填土B=b+2ztgdz填zpCZpCD要求：pZ+pCZfz+d以條基為例3.3.2.2復(fù)合地基樁土應(yīng)力比：n=p/s面積置換率：m=Ap/A復(fù)合地基散體材料樁復(fù)合地基柔性樁復(fù)合地基剛性樁復(fù)合地基

砂石樁、砂樁；攪拌樁、水泥土樁、土樁、灰土樁、CFG樁；混凝土樁樁與土共同變形，共同承載；非均質(zhì)，各向異性

與樁基區(qū)別？復(fù)合地基的承載力(1)公式計算(2)載荷試驗樁土應(yīng)力比與土性有關(guān)，隨荷載過程變化。對于碎石樁n=2~4，即增大倍數(shù)。復(fù)合地基的壓縮模量單樁載荷試驗，復(fù)合地基載荷試驗3.3.2.2復(fù)合地基3.3.2.3壓密法目的：降低壓縮性，提高強度加密法深層壓密法淺層壓密法強夯法擠密樁復(fù)合地基（深層擠密法）預(yù)壓加固法其它：爆破壓密土的壓實原理飽和曲線粘性土砂土粘性土在某種壓實功能下（標準壓實功能）達到最密時的含水量稱為最優(yōu)含水量，對應(yīng)的干密度稱為最大干密度。砂土：①不存在最優(yōu)含水量；②在完全風干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實；③潮濕狀態(tài)下不易擊實。1機械壓密法(1)重錘夯實錘重：1~2T，落距：3.5~4.0m，有效深度：1.5~2.5m，承載力：100~150kPa(2)碾壓壓路機、推土機、羊足碾，分層鋪土，分層壓實。每層填土30~40cm，承載力：80~120kPa(3)振動壓實對砂土、砂性雜填土很有效，有效深度：1.5m，承載力：100~200kPa淺層壓密，一般用做地基表層處理輪胎壓路機羊足碾振動碾壓機械2強夯法錘重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承載力：180~250kPa1969年，法國1978年，中國強夯設(shè)備：夯錘，起重機，脫鉤裝置加固機理：動態(tài)能量,波的傳播和密實固結(jié)加固效果：提高承載力、減小沉降量，消除液化可能、消除濕陷性等優(yōu)缺點：經(jīng)濟；噪音新發(fā)展：強夯置換法3擠密樁復(fù)合地基（深層擠密法）(1)沉管擠密法

沉管：封口或者活瓣；打入，加料，拔出，振動,錘擊。

材料：土樁(原位粘性土再夯入)；灰土樁、碎石樁、石灰樁、水泥土樁、二灰樁(加粉煤灰)。適用于填土、松砂、濕陷性黃土、一般粘性土Sr<60%砂樁(2)振沖法

設(shè)備：振沖器d=270~450mm，L=1.6~3m

原理：振：偏心輪旋轉(zhuǎn)，振動加密，使顆粒移動

沖：高壓水從中間穿過，土顆粒振浮液化固結(jié)

加固擠密、振動液化、滲流固結(jié)

填料：粗顆粒(粘細粒少)；級配好；最大顆粒<50mm適用于松砂,雜填土和一般粘性土，不適用于淤泥和淤泥質(zhì)土振沖器樁間距設(shè)計S已知：樁徑d，間距S，孔隙比e1；計算：擠密后孔隙比e2通常：d、e1已知，e2也可確定待定：間距S公式請自行查找樁與土形成復(fù)合地基，其承載力可通過載荷試驗獲得3.3.2.4預(yù)壓加固法預(yù)壓加固法堆載預(yù)壓降水預(yù)壓真空預(yù)壓適用于飽和軟粘土：淤泥及淤泥質(zhì)土、沖填土、填海（湖）造田。預(yù)壓原理：

飽和土的固結(jié)，土的塑性原位自重應(yīng)力s

建筑物附加應(yīng)力z

預(yù)加壓力t=(1.2~1.5)z

te2ze1eps

降水預(yù)壓原理zz真空預(yù)壓原理-u對比分層沉降法的基本原理堆載預(yù)壓12分級堆載.豎向排水砂井、塑料排水板水平排水墊層.堆載過快則孔隙水壓來不及消散堆載過快易失穩(wěn)真空預(yù)壓不會失穩(wěn)3.3.2.5膠結(jié)處理方法化學(xué)加固方法灌漿法高壓噴射（旋噴）注漿法深層攪拌法冷熱處理方法凍結(jié)法燒結(jié)法灌漿法常用材料：水泥或粘土水泥漿液；化學(xué)材料：聚氨脂丙烯酰胺類（丙凝，有毒性）硅酸鹽類（水玻璃）氫氧化鈉溶液（堿液）等等。灌漿方法滲透灌漿壓密灌漿劈裂灌漿123可灌性問題，可灌性好，可用于粉細砂高壓噴射注漿法注漿方法旋噴法定噴法擺噴法適用于：淤泥、淤泥質(zhì)土、一般粘性土、粉土、黃土、砂土、碎石土。深層攪拌法

適用土質(zhì)：淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、黃土、素填土、粘性土、無流動地下水的飽和松散砂土地基，高速公路，基坑支護深層攪拌法粉體噴攪法

—濕法

—干法處理深度受限3.3.2.6土工合成材料功能過濾、排水、隔離、加筋、防滲、防護過濾功能隔離功能加筋功能加筋功能：橋臺加筋三峽防滲功能排水溝表土覆蓋層表面隔斷層基礎(chǔ)隔斷層地基基礎(chǔ)垃圾滲水和地下水的距離滲水導(dǎo)管氣體導(dǎo)管豎井地質(zhì)屏障經(jīng)處理的地質(zhì)屏障地下水氣體收集滲水收集垃圾體垃圾填埋體的主要構(gòu)成換土墊層法復(fù)合地基加密法機械壓密法強夯法深層擠密法預(yù)壓加固法堆載預(yù)壓降水預(yù)壓真空預(yù)壓膠結(jié)法：化學(xué)加固法灌漿法高壓噴射注漿法深層攪拌法滲透灌漿壓密灌漿劈裂灌漿土工合成材料3.3.4工程實例3.3.4.1真空預(yù)壓聯(lián)合堆載預(yù)壓法吳越嶺秀社區(qū)申江路立交橋坡工程3.3.4.2強夯法、振沖法上海海港新城一期市政C1道路3.3.4.3復(fù)合樁基上海F1賽場3.3.4.4化學(xué)加固（注漿、旋噴）某石化聚乙烯廠3.3.4.1吳越嶺秀社區(qū)（真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法）工程概況吳越嶺秀由小高層、多層及聯(lián)排別墅組團而成，規(guī)劃總面積約220畝，小高層為剪力墻結(jié)構(gòu)，其余為框架結(jié)構(gòu)，采用樁基。自然地坪以下存在3~16.5m厚的吹填土淤泥，壓縮性高、強度低、排水固結(jié)條件差。由于工期緊張，淤泥土中又含有較高的有機質(zhì)，堆載、復(fù)合地基等加固方案不能滿足本工程的要求，經(jīng)過綜合比較，采用真空預(yù)壓或真空堆載預(yù)壓進行處理。工程地質(zhì)條件自然地坪以下有7個工程土層：①沖填土、②淤泥、③粘土、④粉質(zhì)粘土、⑤粉土、⑥粉質(zhì)粘土夾粉土、⑦粉質(zhì)粘土。軟弱土層的描述如下：①層：沖填土層，灰~灰黃色，濕。含植物根莖。該層土質(zhì)不均，工程性能很差，0.30~1.10m。②層：淤泥，該層全場分布?；襼灰黃色，流塑，含植物腐殖質(zhì)，土體中存在較多小孔。局部夾泥炭薄層及粉沙薄層。該層在西南角厚度較大。屬高壓縮性土。工程性能極差。層厚在全場分布很不均勻，在已勘察的鉆孔中，層厚為2.60~16.50m。方案設(shè)計二期地基待處理面積約7.8萬平米采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓進行處理分A、B、C三個分區(qū)先后進行處理預(yù)期目標承載力：場區(qū)上部軟弱土經(jīng)過處理后，地基承載力不低于80kPa；沉降：固結(jié)度需達到80%以上，工后沉降不大于10cm；在滿足上述要求的同時，盡量縮短預(yù)壓時間。工程場地平面圖二期地基處理場地分區(qū)平面圖插板機(振動錘+龍門架)塑料排水板場區(qū)覆膜堆載預(yù)壓（抽水堆載）地基處理檢測結(jié)果A區(qū)A區(qū)抽真空共74天，真空首次達到80kPa（達到該值后才能上人上設(shè)備）是9天后場地沉降：累計沉降達到316mm，最大為492.2mm沉降速率：初始為3.4mm/d；最后小于2mm/d真空度：基本在80kPa以上，平均為80.2kPa分層沉降：超過90％的沉降由0-7m之間土層產(chǎn)生孔隙水壓力：孔壓持續(xù)下降，累計最大消散為69.26kPa。固結(jié)度：平均固結(jié)度98％，遠超過設(shè)計的80％A區(qū)地表面累計沉降－時間曲線(S為平均沉降)A區(qū)分層沉降－時間曲線（圖例括弧內(nèi)為磁環(huán)埋深）孔壓隨時間變化曲線（埋深分別為3、6m）B區(qū)場地沉降：平均累計沉降228.3mm，最大377.9mm；沉降速率：最后平均沉降速度為0.88mm/d；真空度：從7.12達到80kPa，保持80kPa以上的時間為50天；分層沉降：真空的有效影響深度在8米以內(nèi)；孔隙水壓力：埋深1.8m、3m、7m、10m的孔壓減小依次為61.2kPa、50.2kPa、33.4kPa、11.5kPa；固結(jié)度：地基固結(jié)度在80.9～98％之間，平均固結(jié)度86.9％，遠超過設(shè)計的80％。B區(qū)不同深度孔壓變化曲線

C區(qū)場地沉降：累計平均沉降206.25mm，最大為260.5mm；沉降速率：平均沉降速度為3.4mm/d，最后小于2mm/d；分層沉降：真空的有效影響深度在8米以內(nèi)；孔隙水壓力：埋深2m、4m、6m、10m的孔壓計減小依次為64kPa、55kPa、20kPa、19kPa；固結(jié)度：地基固結(jié)度在86-98％之間，平均為93％，遠超過設(shè)計的80％。申江路立交橋坡工程（真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法）工程概況兩條寬12.25m快車道及一條3m寬綠化帶；坡頂總寬27.5m，縱向坡度3%，兩側(cè)擋土墻護坡；南橋坡最大高度為3.57m；北橋坡最大高度為3.44m。地質(zhì)條件古河道沉積區(qū)，土層構(gòu)造變化不大，分布較均勻；在勘探深度范圍自上而下共分六大層及十個亞層；主要軟土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、地基承載力僅為65kPa。加固方案北橋坡：淺層真空降水、超載預(yù)壓中央隔離帶和路堤兩側(cè)各設(shè)輕型真空井點，深7.5m，持續(xù)降水3個月橋坡填土前鋪設(shè)砂墊層、土工布導(dǎo)流帶，坡度5%，厚度40cm降水區(qū)外設(shè)注漿隔離帶，切斷砂質(zhì)粉土水源補給二灰路堤預(yù)壓3個月，高2.6m，寬27.5m等載預(yù)壓3個月，高1.5m，寬22.5m南橋坡：塑料排水板、淺層真空降水、超載預(yù)壓中央隔離帶和路堤兩側(cè)共設(shè)4套輕型真空井點，深7.5m，持續(xù)降水3個月橋坡縱向60m、橫向30m范圍內(nèi)插設(shè)塑料排水板，插入20m橋坡填土前鋪設(shè)砂墊層、土工布導(dǎo)流帶，坡度5%，厚度40cm降水區(qū)外設(shè)注漿隔離帶，切斷砂質(zhì)粉土水源補給二灰路堤預(yù)壓3個月，高2.7m，寬27.5m等載預(yù)壓3個月，高1.5m，寬22.5m北橋坡路基加固斷面圖南橋坡路基加固斷面圖加固方案實施情況北橋坡施工進度：5月19日井點降水開始，8月6日開始鋪墊二灰路堤，10月2日停止降水。由于工期推遲，未能按設(shè)計加固，二灰路堤堆載強度僅設(shè)計的49%，未進行超載預(yù)壓。南橋坡施工進度：6月23日井點降水開始，7月20日開始鋪墊二灰路堤，8月3日超載堆土，8月18日卸除超載，10月2日停止降水。二灰路堤堆載強度為設(shè)計的70%，超載堆載強度為設(shè)計的46%，堆載時間分別為設(shè)計的81%和17%。實際施工未能按設(shè)計案加固，加固效果與設(shè)計有出入。北橋坡加固效果橋坡沉降中央隔離帶：最大沉降514.6mm，其中降水期270mm，降水和路堤共同作用期間170mm，停止降水期間74.6mm。東側(cè)擋土墻：最大沉降316mm。西側(cè)擋土墻：最大沉降316mm。沉降速率中央隔離帶：開始為3.38mm/d，最后為0.24mm/d。東側(cè)擋土墻：開始為2.3mm/d，最后為0.16mm/d。西側(cè)擋土墻：開始為2.85mm/d，最后為0.15mm/d。分層沉降工后沉降按實際施工情況，竣工后288天，地基沉降標測得最大工后沉降99mm，路面沉降標測得最大工后沉降108mm，推算工后沉降139mm。若按原設(shè)計方案，實測工后沉降可減少至56mm，推算沉降為96.9mm，小于規(guī)范允許值。土層降水前期降水后期停止降水期總壓縮量第1、2、3層土150.47.25.8163.4第4層土35.68.83882.4第5層土11.70.41.313.4第5層以下土132.826.128.5187.4縱坡變化率根據(jù)路面沉降數(shù)據(jù)，北橋坡0.3%。根據(jù)地基沉降數(shù)據(jù)，東側(cè)墻0.25%，西側(cè)墻0.25%。路堤壓縮量分析路堤填土壓縮量8.5mm，占工后沉降量的8.6%，不可忽略。填筑中填土的壓實對減小工后沉降影響較大。南橋坡加固效果橋坡沉降中央隔離帶：最大沉降905.7mm，其中降水期462.4mm，降水和二灰共同作用期間153.3mm，降水和二灰、堆載共同作用期間94.2mm，降水和路堤共同作用期間149.0mm，停止降水期間46.8mm東側(cè)擋土墻：最大沉降682.5mm西側(cè)擋土墻：最大沉降530.2mm沉降速率中央隔離帶：開始為17.13mm/d，最后為0.17mm/d東側(cè)擋土墻：開始為7.80mm/d，最后為0.20mm/d西側(cè)擋土墻：開始為5.42mm/d，最后為0.19mm/d分層沉降工后沉降按實際施工情況，竣工后288天，地基沉降標測得最大工后沉降108.7mm，路面沉降標測得最大工后沉降170mm，推算工后沉降112mm。若按原方案，實測工后沉降可減少至38.1mm，推算沉降為51.4mm，小于規(guī)范允許值。土層降水前期降水后期停止降水期總壓縮量第1、2、3層土186.110.010.2206.3第4層土194.758.813.5274.3第5層土15.010.06.231.2第5層以下土232.718.632.7284.0縱坡變化率根據(jù)路面沉降數(shù)據(jù)，北橋坡0.45%。根據(jù)地基沉降數(shù)據(jù)，南橋坡0.375%。路堤壓縮量分析路堤填土壓縮量24.6mm，占工后沉降量的19.7%，不可忽略。填筑中填土的壓實對減小工后沉降影響較大。3.3.4.2海港新城一期道路（強夯法，振沖法）工程概況海港新城位于上海東南角，東海與杭州灣的交匯處，距市區(qū)約65km，距浦東國際航空港和洋山港均約30kmC1道路為新城內(nèi)環(huán)蘆潮湖的環(huán)路。工程地質(zhì)第一層吹填土，平均厚度4.30米；地基承載力30kPa。第二層砂質(zhì)粉土，平均厚度1.70米；地基承載力90kPa。第三層粉砂，平均厚度7.0米。地基承載力105kPa。試驗區(qū)域A4試驗區(qū)擬分成AA小區(qū)、AB小區(qū)兩個試驗小區(qū)。A5試驗區(qū)擬分成AC小區(qū)、AD小區(qū)兩個試驗小區(qū)。每個試驗小區(qū)面積均為30×54m2。地基加固標準加固的有效深度不小于4m，且不對4m以下土層產(chǎn)生有害擾動；最好有效加固深度達6m地基承載力標準值fk1.0～