不良地質(zhì)地基處理

1、不良地質(zhì)路不良地質(zhì)路基處理基處理 第一節(jié) 概 述 土木工程建設(shè)中，有時(shí)不可避免地遇到工程地質(zhì)條件不良的軟 弱土地基，不能滿(mǎn)足建筑物要求，需要先經(jīng)過(guò)人工處理加固，再建 造基礎(chǔ)，處理后的地基稱(chēng)為人工地基。 地基處理的目的是針對(duì)軟土地基上建造建筑物可能產(chǎn)生的問(wèn)題， 采取人工的方法改善地基土的工程性質(zhì)，達(dá)到滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基 穩(wěn)定和變形的要求，這些方法主要包括提高地基土的抗剪強(qiáng)度，增 大地基承載力，防止剪切破壞或減輕土壓力；改善地基土壓縮特性， 減少沉降和不均勻沉降：改善其滲透性，加速固結(jié)沉降過(guò)程；改善 土的動(dòng)力特性防止液化，減輕振動(dòng)；消除或減少特殊土的不良工程 特性（如黃土的濕陷性，膨脹土的膨脹性等

2、） 。 近幾十年來(lái)，大量的土木工程實(shí)踐推動(dòng)了軟弱土地基處理技術(shù)的 迅速發(fā)展，地基處理的方法多樣化，地基處理的新技術(shù)、新理論不 斷涌現(xiàn)并日趨完善，地基處理已成為基礎(chǔ)工程領(lǐng)域中一個(gè)較有生命 力的分枝。根據(jù)地基處理方法的基本原理，基本上可以分為如表 6- 1 所示的幾類(lèi)。 地基處理方地基處理方法的分類(lèi)法的分類(lèi) 表表 6-16-1 物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理 置換排水?dāng)D密加筋攪拌灌漿熱加固凍結(jié) 但必須指出，很多地基處理方法具有多重加固處理的功能，例如 碎石樁具有置換、擠密、排水和加筋的多重功能；而石灰樁則具有 擠密、吸水和置換等功能。地基處理的主要方法、適用范圍及加固 原理，參見(jiàn)表 6-2。 地基處理的

3、地基處理的主要方法、適用范圍和主要方法、適用范圍和 加固原理加固原理 表表 6-26-2 分 類(lèi) 方法加固原理適用范圍 換土墊 層法 采用開(kāi)挖后換好土回填的方法；對(duì) 于厚度較小的淤泥質(zhì)土層，亦可采 用拋石擠淤法。地基淺層性能良好 的墊層，與下臥層形成雙層地基。 墊層可有效地?cái)U(kuò)散基底壓力，提高 地基承載力和減少沉降量。 各種淺層的軟 弱土地基 置 換 振沖置 換法 利用振沖器在高壓水的作用下邊振、 邊沖，在地基中成孔，在孔內(nèi)回填 碎石料且振密成碎石樁。碎石樁柱 體與樁間土形成復(fù)合地基，提高承 載力，減少沉降量 cu20kPa的粘 性土、松散粉 土和人工填土、 濕陷性黃土地 基等 分 類(lèi) 方法加固

4、原理適用范圍 強(qiáng)夯置 換法 采用強(qiáng)夯時(shí)，夯坑內(nèi)回填塊石、碎 石擠淤置換的方法，形成碎石墩柱 體，以提高地基承載力和減少沉降 量。 淺層軟弱土層 較薄的地基 碎石樁 法 采用沉管法或其他技術(shù)，在軟土中 設(shè)置砂或碎石樁柱體，置換后形成 復(fù)合地基，可提高地基承載力，降 低地基沉降。同時(shí)，砂、石柱體在 軟粘土中形成排水通道，加速固結(jié) 一般軟土地基 石灰樁 法 在軟弱土中成孔后，填入生石灰或 其他混合料，形成豎向石灰樁柱體， 通過(guò)生石灰的吸水膨脹、放熱以及 離子交換作用改善樁柱體周?chē)馏w 的性質(zhì)，形成石灰樁復(fù)合地基，以 提高地基承載力，減少沉降量 人工填土、軟 土地基 EPS 輕 填法 發(fā)泡聚苯乙烯（E

5、PS）重度只有土 的 1/501/100，并具有較高的強(qiáng) 度和低壓縮性，用于填土料，可有 效減少作用于地基的荷載，且根據(jù) 需要用于地基的淺層置換 軟弱土地基上 的填方工程 分 類(lèi) 方法加固原理適用范圍 加載預(yù) 壓法 在預(yù)壓荷載作用下，通過(guò)一定的預(yù) 壓時(shí)間，天然地基被壓縮、固結(jié)， 地基土的強(qiáng)度提高，壓縮性降低。 在達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，卸去預(yù)壓荷載， 再建造上部結(jié)構(gòu)，以保證地基穩(wěn)定 和變形滿(mǎn)足要求。當(dāng)天然土層的滲 透性較低時(shí)，為了縮短滲透固結(jié)的 時(shí)間，加速固結(jié)速率，可在地基中 設(shè)置豎向排水通道，如砂井、排水 板等。加載預(yù)壓的荷載，一般有利 用建筑物自身荷載、堆載或真空預(yù) 壓等 軟土、粉土、 雜填土、沖

6、填 土等 排 水 固 結(jié) 超載預(yù) 壓法 基本原理同加載預(yù)壓法，但預(yù)壓荷 載超過(guò)上部結(jié)構(gòu)的荷載。一般在保 證地基穩(wěn)定的前提下，超載預(yù)壓方 法的效果更好，特別是對(duì)降低地基 次固結(jié)沉降十分有效 淤泥質(zhì)粘性土 和粉土 分 類(lèi) 方法加固原理適用范圍 強(qiáng)夯法采用重量 100400kN的夯錘，從高 處自由落下，在強(qiáng)烈的沖擊力和振 動(dòng)力作用下，地基土密實(shí)，可以提 高承載力，減少沉降量 松散碎石土、 砂土，低飽和 度粉土和粘性 土，濕陷性黃 土、雜填土和 素填土地基 振沖密 實(shí)法 振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)，使得飽和砂層 發(fā)生液化，砂粒重新排列，孔隙率 降低；同時(shí)，利用振沖器的水平振 沖力，回填碎石料使得砂層擠密， 達(dá)到

7、提高地基承載力，降低沉降的 目的 粘粒含量少于 10%的疏松散砂 土地基 振 密 擠 密 擠密碎 （砂） 石樁法 施工方法與排水中的碎（砂）石樁 相同，但是，沉管過(guò)程中的排土和 振動(dòng)作用，將樁柱體之間土體擠密， 并形成碎（砂）石樁柱體復(fù)合地基， 達(dá)到提高地基承載力和減小地基沉 降的目的 松散砂土、雜 填土、非飽和 粘性土地基、 黃土地基 分 類(lèi) 方法加固原理適用范圍 土、灰 土樁法 采用沉管等技術(shù)，在地基中成孔， 回填土或灰土形成豎向加固體，施 工過(guò)程中排土和振動(dòng)作用，擠密土 體，并形成復(fù)合地基，提高地基承 載力，減小沉降量 地下水位以上 的濕陷性黃土、 雜填土、素填 土地基 加筋土 法 在土

8、體中加入起抗拉作用的筋材， 例如土工合成材料、金屬材料等， 通過(guò)筋土間作用，達(dá)到減小或抵抗 土壓力；調(diào)整基底接觸應(yīng)力的目的。 可用于支擋結(jié)構(gòu)或淺層地基處理 淺層軟弱土地 基處理、擋土 墻結(jié)構(gòu) 錨固法主要有土釘和土錨法，土釘加固作 用依賴(lài)于土釘與其周?chē)灵g的相互 作用；土錨則依賴(lài)于錨桿另一端的 錨固作用，兩者主要功能是減少或 承受水平向作用力 邊坡加固，土 錨技術(shù)應(yīng)用中， 必須有可以錨 固的土層、巖 層或構(gòu)筑物 加 筋 豎向加 固體 復(fù)合地 基法 在地基中設(shè)置小直徑剛性樁、低等 級(jí)混凝土樁等豎向加固體，例如 CFG樁、二灰混凝土樁等，形成復(fù) 合地基，提高地基承載力，減少沉 降量 各類(lèi)軟弱土地 基

9、、尤其是較 深厚的軟土地 基 分 類(lèi) 方法加固原理適用范圍 深層攪 拌法 利用深層攪拌機(jī)械，將固化劑（一 般的無(wú)機(jī)固化劑為水泥、石灰、粉 煤灰等）在原位與軟弱土攪拌成樁 柱體，可以形成樁柱體復(fù)合地基、 格柵狀或連續(xù)墻支擋結(jié)構(gòu)。作為復(fù) 合地基，可以提高地基承載力和減 少變形；作為支擋結(jié)構(gòu)或防滲，可 以用作基坑開(kāi)挖時(shí)，重力式支擋結(jié) 構(gòu)，或深基坑的止水帷幕。水泥系 深層攪拌法，一般有兩大類(lèi)方法， 即噴漿攪拌法和噴粉攪拌法 飽和軟粘土地 基，對(duì)于有機(jī) 質(zhì)較高的泥炭 質(zhì)土或泥炭、 含水量很高的 淤泥和淤泥質(zhì) 土，適用性宜 通過(guò)試驗(yàn)確定 化 學(xué) 固 化 灌漿或 注漿法 有滲入灌漿、劈裂灌漿、壓密灌漿 以及

10、高壓注漿等多種工法，漿液的 種類(lèi)較多。 類(lèi)軟弱土地基， 巖石地基基加 固，建筑物糾 偏等加固處理 上述表中的各類(lèi)地基處理方法，均有各自的特點(diǎn)和作用機(jī)理，在 不同的土類(lèi)中產(chǎn)生不同的加固效果，并也存在著局限性。地基的工 程地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，工程對(duì)地基的要求也是不盡相同的，材 料、施工機(jī)具和施工條件等亦存在顯著差別，沒(méi)有哪一種方法是萬(wàn) 能的。因此，對(duì)于每一工程必須進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)方案的比選， 選擇一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工可行的方案，既可以是單一的 地基處理方法，也可以是多種方法的綜合處理。 第二節(jié) 軟土地基 軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、 湖泊相、沼澤相等主要由細(xì)

11、粒土組成的土，具有孔隙比大（一般大 于 1） 、天然含水量高（接近或大于液限） 、壓縮性高（a1-20.5MPa- 1）和強(qiáng)度低的特點(diǎn)，多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)性。主要包括淤泥、 淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。 一軟土的成因及劃分 軟土按沉積環(huán)境分類(lèi)主要有下列幾種類(lèi)型： （一）濱海沉積 1.濱海相： 常與海浪岸流及潮汐的水動(dòng)力作用形成較粗的顆粒 (粗、中、細(xì)砂)相摻雜，使其不均勻和極松軟，增強(qiáng)了淤泥的透水 性能，易于壓縮固結(jié)。 2.瀉湖相： 顆粒微細(xì)、孔隙比大、強(qiáng)度低、分布范圍較寬闊， 常形成海濱平原。在瀉湖邊緣，表層常有厚約 0.32.0m 的泥炭堆 積。底部含有貝殼和生物殘骸

12、碎屑。 3.溺谷相： 孔隙比大、結(jié)構(gòu)松軟、含水量高，有時(shí)甚于瀉湖相。 分布范圍略窄，在其邊緣表層也常有泥炭沉積。 4.三角洲相： 由于河流及海潮的復(fù)雜交替作用，而使淤泥與薄 層砂交錯(cuò)沉積，受海流與波浪的破壞，分選程度差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定， 多交錯(cuò)成不規(guī)則的尖滅層或透鏡體夾層，結(jié)構(gòu)疏松軟，顆粒細(xì)小。 如上海地區(qū)深厚的軟土層中央有無(wú)數(shù)的極薄的粉砂層，為水平滲流 提供了良好條件。 （二）湖泊沉積 湖泊沉積是近代淡水盆地和咸水盆地的沉積。沉積物中夾有粉砂 顆粒，呈現(xiàn)明顯的層理。淤泥結(jié)構(gòu)松軟，呈暗灰、灰綠或暗黑色， 厚度一般為10m 左右，最厚者可達(dá)25m。 （三）河灘沉積 主要包括河漫灘相和牛軛湖相。成層情

13、況較為復(fù)雜，成分不均一， 走向和厚度變化大，平面分布不規(guī)則。一般常呈帶狀或透鏡狀，間 與砂或泥炭互層，其厚度不大，一般小于 l0m。 （四）沼澤沉積 分布在地下水、地表水排泄不暢的低洼地帶，多以泥炭為主，且 常出露于地表。下部分布有淤泥層或底部與泥炭互層。 軟土由于沉積年代、環(huán)境的差異，成因的不同，它們的成層情況， 粒度組成，礦物成分有所差別，使工程性質(zhì)有所不同。不同沉積類(lèi) 型的軟土，有時(shí)其物理性質(zhì)指標(biāo)雖較相似，但工程性質(zhì)并不很接近， 不應(yīng)借用。軟土的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)宜盡可能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試取得。 軟土的工程特性：含水量較高，孔隙比較大；抗剪強(qiáng)度低；壓縮性 較高；滲透性很??；結(jié)構(gòu)性明顯；流變性顯著

14、 三、軟土地基的承載力、沉降和穩(wěn)定性的計(jì)算 在軟土地基設(shè)計(jì)計(jì)算中，由于它的工程特性常需解決地基承載 力、沉降和穩(wěn)定性的計(jì)算問(wèn)題,故與一般地基土的計(jì)算有所區(qū)別，現(xiàn) 分述如下。 (一) 軟土地基的承載力 軟土地基承載力應(yīng)根據(jù)地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合下列因素綜合確定： 軟土成層條件、 應(yīng)力歷史、力學(xué)特性及排水條件；上部結(jié)構(gòu)的 類(lèi)型、剛度、荷載性質(zhì)、大小和分布，對(duì)不均勻沉降的敏感性； 基礎(chǔ)的類(lèi)型、尺寸、埋深、剛度等；施工方法和程序；采用預(yù) 壓排水處理的地基，應(yīng)考慮軟土固結(jié)排水后強(qiáng)度的增長(zhǎng)。 1根據(jù)極限承載力理論公式確定 飽和軟粘土上條形基礎(chǔ)的極限承載力 pu(kPa)按普朗特爾雷斯 諾(PrandtlRe

15、issner)極限荷載公式(參見(jiàn)土力學(xué)教材)由 0， 確定為hq 2 hCp uu2 14 . 5 （6-1） 式中：軟土不排水抗剪強(qiáng)度，可用三軸儀、十字板剪切儀測(cè)定， u C 也可取室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 qu 之半計(jì)算； 基底以上土的重度(kNm3)，地下水位以下為浮重度； 2 基礎(chǔ)埋置深度(m)。當(dāng)受水流沖刷時(shí)，由一般沖刷線(xiàn)算h 起。 據(jù)此，考慮矩形基礎(chǔ)的形狀修正系數(shù)及水平荷載作用時(shí)的影響系 數(shù)，并考慮必要的安全系數(shù)， 公橋基規(guī)提出軟土地基容許承載力 (kPa)為 hCk m up2 14 . 5 （6-2） 式中：m安全系數(shù) 1.52.5，軟土靈敏度高且基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比小者用高 值； kp基礎(chǔ)形

16、狀及傾斜荷載的修正系數(shù)，屬半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的系數(shù)， 當(dāng)矩形基礎(chǔ)上作用有傾 斜荷載時(shí) u p C Q bll b k 4 . 0 12 . 01 b基礎(chǔ)寬度(m)； l垂直于 b 邊的基礎(chǔ)長(zhǎng)度(m)，當(dāng)有偏心荷載時(shí)， b 與 l 由 b與 l代替，, eb、el 分別為荷載 b ebb2 L ell2 在 b 方向、l 方向的偏心矩； Q為荷載的水平分力(kN)。 2根據(jù)土的物理性質(zhì)指標(biāo)確定 軟土大多是飽和的，天然含水量基本反映了土的孔隙比的大 小，當(dāng)飽和度 Sr=l 時(shí)，(G 為土顆粒比重)，e 為 1 時(shí)，相G S G e r 應(yīng)天然含水量 w 約 36；e 為 1.5 時(shí)，相應(yīng) w 約 55，所

17、以一般情 況，地基承載力是與其天然含水量密切相關(guān)的，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料 w 與 軟土的容許承載力關(guān)系如表6-3 所示。 0 軟土的容許軟土的容許承載力承載力 0 表表 6-36-3 天然含水量 w（%） 36404550556575 (kPa) 0 100908070605040 在基礎(chǔ)埋置深度為 h(m)的軟土地基修正后的容許承載力可按 下式計(jì)算： 3 20 h （6-3） 各符號(hào)意義同前，當(dāng) h3m 時(shí)，取 h=3m 計(jì)。 公橋基規(guī)認(rèn)為對(duì)小橋涵軟土基礎(chǔ)可用式(63)計(jì)算。 當(dāng)按式(6-2)或式(6-3)計(jì)算軟土修正后的容許承載力時(shí)，必 須進(jìn)行地基沉降驗(yàn)算，保證滿(mǎn)足基礎(chǔ)沉降的要求。 3按臨塑荷載估

18、算 軟土地基承載力，考慮變形因素可按臨塑荷載 pcr公式估算， 以控制沉降在一般建筑物容許范圍。條形基礎(chǔ)臨塑荷載 pcr (kPa)計(jì) 算式為 CNrDNp cqcr 飽和軟土?xí)r，Nq=1，Nc= 則 uu CC , 0 hrCrDCp uucr2 14 . 3 14 . 3 （6-4） 此式用于矩形基礎(chǔ)（空間問(wèn)題）可認(rèn)為較用于條形基礎(chǔ)（平面問(wèn) 題）偏于安全。我國(guó)有些地區(qū)和部門(mén)，根據(jù)該地區(qū)軟土情況，采用 略高于臨塑荷載的臨界荷載 p14，即允許基礎(chǔ)邊緣出現(xiàn)塑性區(qū)范圍 深度不超過(guò)基礎(chǔ)底寬的 14。p14 的計(jì)算詳見(jiàn)與土力學(xué)教材。 4用原位測(cè)試方法確定 由室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定土的物理力學(xué)指標(biāo)(如 cu等)

19、常受土被擾動(dòng)影響 使結(jié)果不正確；而一般土的承載力理論公式用于軟土也會(huì)有偏差， 因此采用現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的方法往往能克服以上缺點(diǎn)。軟土地基常用 的原位測(cè)試方法有：根據(jù)載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)確定地基承載力，以 十字板剪切試驗(yàn)測(cè)定軟粘土不排水抗剪強(qiáng)度換算地基承載力值，按 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探結(jié)果用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力等。 對(duì)較重要或規(guī)模較大的工程，確定軟土地基承載力宜綜合以上 方法，結(jié)合當(dāng)?shù)剀浲脸练e年代，成層情況，下臥層性質(zhì)等考慮，并 注意滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)物對(duì)沉降和穩(wěn)定的要求。 （二）軟土地基的沉降計(jì)算 軟土地基在荷載下沉降變形的主要部分為 固結(jié)沉降 Sc，此外還包括瞬時(shí)沉降 Sd與次固 結(jié)沉降 Ss，如圖 6

20、-1 所示。軟土地基的總沉降 量 S 為 Sd、Sc、Ss之和。 1固結(jié)沉降 Sc 在荷載作用下，軟土地基緩慢地排水固結(jié) 發(fā)生的沉降稱(chēng)為（主）固結(jié)沉降，常用的計(jì)算 方法如下。 （1）采用 ep 曲線(xiàn)計(jì)算 （-5） 圖 6-1 軟土地基 i n i i ii c h e ee S 1 0 10 1 沉降的組成 式中：e0i未受基礎(chǔ)荷載前，軟土地基第i 層土分層中點(diǎn)自重應(yīng)力 作用下穩(wěn)定時(shí)的孔隙比； e1i受基礎(chǔ)荷載后，軟土地基第i 層土分層中點(diǎn)自重應(yīng)力與 附加應(yīng)力作用下穩(wěn)定時(shí)的穩(wěn)定孔隙比； 土分層厚度，宜為 0.5m1.0m； i h （2）采用壓縮模量計(jì)算 （6-6） i n i si i c

21、h E p S 1 第 i 層土中點(diǎn)的附加應(yīng)力; i p 壓縮摸量,應(yīng)取第 i 層土分層中點(diǎn)自重應(yīng)力至自重應(yīng)力與 si E 附加應(yīng)力之和的壓縮段計(jì)算。 (3)采用 elogp 曲線(xiàn)計(jì)算 軟土根據(jù)先期固結(jié)壓力Pc，與上覆土自重應(yīng)力 P0關(guān)系，天然土 層的固結(jié)狀態(tài)可區(qū)分為正常固結(jié)狀態(tài)、超固結(jié)狀態(tài)、欠固結(jié)狀態(tài)。 我國(guó)海濱平原，內(nèi)陸平原軟土大多屬正常固結(jié)狀態(tài)；少數(shù)上覆土層 經(jīng)地質(zhì)剝蝕的軟土及軟土上的“硬殼”則屬超固結(jié)狀態(tài)；江、河入 海口處及濱海相沉積(以及部分沖填土)則屬欠固結(jié)土的。對(duì)于欠固 結(jié)軟土，在計(jì)算其固結(jié)沉降 Sc時(shí)，必須包括在自重應(yīng)力作用下繼續(xù) 固結(jié)所引起的那一部分沉降，若仍按正常固結(jié)的土層

22、計(jì)算，所得結(jié) 果將遠(yuǎn)小于實(shí)際沉降。下面簡(jiǎn)要介紹考慮先期固結(jié)壓力的計(jì)算公式： 正常固結(jié)、欠固結(jié)條件下 （-7） ci ioi ci n i i i c p pp C e h Slg 1 1 0 式中：第 i 層土中的壓縮指數(shù)，應(yīng)取分層中點(diǎn)自重應(yīng)力至 ci C 自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的壓縮段計(jì)算； 第 i 層土分層中點(diǎn)的自重應(yīng)力； i p 先期固結(jié)壓力，正常固結(jié)時(shí)pci=poi，欠固結(jié)時(shí) pcit2。 由于對(duì)軟土的次固結(jié)性狀仍了解不夠，無(wú)論對(duì)于它的機(jī)理、變 化規(guī)律、影響因素、計(jì)算方法和試驗(yàn)測(cè)定等都有待進(jìn)一步深入探討。 軟土地基沉降量 S 還可以利用觀(guān)察到的建筑物的若干隨時(shí)間 (t1、t2等)變化的

23、沉降值 Stl、St2、St 一 t 關(guān)系等，推算該建筑物的 后期沉降 St 及最終沉降。常用的推算方法是將實(shí)測(cè)的沉降一時(shí)間 S (St一 t)曲線(xiàn)擬合為指數(shù)曲線(xiàn)、雙曲線(xiàn)等而用數(shù)學(xué)方法推算 St 或。 S 具體詳見(jiàn)土力學(xué)教材。 綜上所述，軟土地基的沉降應(yīng)為上述三種沉降之和，即 ，但是由于瞬時(shí)沉降和次固結(jié)沉降的計(jì)算方法和理論 scd SSSS 還處于初步階段，故工程上也常用將一維固結(jié)沉降計(jì)算的結(jié)果乘以 一個(gè)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)的修正系數(shù) ms計(jì)算 （6-12） csS mS 在公橋基規(guī)規(guī)定：當(dāng)軟土壓縮模量 Es1.04.0MPa 時(shí)， ms1.81.1，以提高其計(jì)算精度。由于軟土地基沉降的復(fù)雜性，ms

24、的取值尚待補(bǔ)充完善。 (三)軟土地基的穩(wěn)定性分析 分析軟土地基上建筑物承受水平推力后，由于地基土抗剪強(qiáng)度低， 發(fā)生基礎(chǔ)連同部分地基土在土中剪切滑移失穩(wěn)的可能性。在軟土地 基上橋臺(tái)、擋土墻等承受側(cè)向推力的建筑物在保證其地基承載力、 沉降驗(yàn)算。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性的分析。對(duì)于樁基礎(chǔ)，假定的滑動(dòng) 弧面可認(rèn)為發(fā)生在樁底以上如圖 6-3 所示(只有軟土層很厚而樁長(zhǎng)又 很短時(shí)才發(fā)生在樁底以下，但此僅是特例)，由于在設(shè)計(jì)中考慮承臺(tái) 底以上全部外力均由基樁承擔(dān)，所以分析時(shí)可以不計(jì)這部分外力作 用于滑動(dòng)弧面上的分力，只考慮承臺(tái)底面到滑動(dòng)弧面以上土柱重， 即在圖 6-3 中對(duì) P、M 不應(yīng)計(jì)入其影響，而陰形部分土的

25、重力 應(yīng)計(jì)入其影響。不屬于基樁承 擔(dān)的滑裂體范圍內(nèi)的荷載仍應(yīng) 圖 6-3 樁 基穩(wěn)定性分析示意圖 四、軟土地基基礎(chǔ)工程應(yīng)注意的事項(xiàng) 軟土地基的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定是工程中必須全面、充分注意的問(wèn) 題。從目前國(guó)內(nèi)的勘察、設(shè)計(jì)、施工的現(xiàn)狀出發(fā)，在軟土地基上修 筑高速公路從基礎(chǔ)工程的角度出發(fā)，應(yīng)注意下列一些事項(xiàng)： (一)要取得代表性很好的地質(zhì)資料 軟土地基上高速公路的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量很大程度上取決于地質(zhì)資 料的真實(shí)性和代表性，應(yīng)認(rèn)真收集沿線(xiàn)的地形、地貌、工程地質(zhì)、 水文地質(zhì)、氣象等資料，合理地利用鉆探、觸探、十字板剪切等現(xiàn) 場(chǎng)綜合勘探測(cè)試方法，做好軟土地基各層土樣的物理、力學(xué)、水理 性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)，并對(duì)上述

26、各項(xiàng)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，選擇有代表 性的技術(shù)指標(biāo)作為設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。 (二)軟土地基路堤處治設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)有： 1軟土路堤的穩(wěn)定性分析 2軟土路堤的變形分析 3軟土地基處理方案的合理選擇 4觀(guān)測(cè)和試驗(yàn) (三)軟土地區(qū)的橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng) 1全面掌握相關(guān)資料合理布設(shè)橋涵 在軟土地區(qū)，橋梁位置(尤其是大型橋梁)既要與路線(xiàn)走向協(xié)調(diào)， 又要注意構(gòu)造物對(duì)工程地質(zhì)的要求，如果地基土層是深、厚軟粘土， 特別淤泥、泥炭和高靈敏度的軟土，不僅設(shè)汁技術(shù)條件復(fù)雜，而且 將給施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)帶來(lái)許多困難，工程造價(jià)也將增大，應(yīng)力求 避免，另選擇軟土較薄、均勻、靈敏度較小的地段可能更為有利。 對(duì)于小橋涵，可優(yōu)先

27、考慮地表“硬殼”層較厚，下臥為均勻軟土處， 以爭(zhēng)取采用明挖剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，降低造價(jià)。 在確定橋梁總長(zhǎng)、橋臺(tái)位置時(shí)，除應(yīng)考慮泄洪、通航要求外，宜 進(jìn)一步結(jié)合橋臺(tái)和引道的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定考慮。如能利用地形、地質(zhì)條 件，適當(dāng)?shù)牟贾没蜓娱L(zhǎng)引橋，使橋臺(tái)置于地基土質(zhì)較好或軟土較薄 處，以引橋代替高路堤，減少橋臺(tái)和填土高度，有利于橋臺(tái)、路堤 的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定。在造價(jià)、占地、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)條件等統(tǒng)盤(pán)考慮后， 在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都是合理的。 軟土地基上橋梁宜采用輕型結(jié)構(gòu)，減輕上部結(jié)構(gòu)及墩臺(tái)自重。由 于地基易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，一般以采用靜定結(jié)構(gòu)或整體性較 好的結(jié)構(gòu)為宜，如橋梁上部可采用鋼筋混凝土空心板或箱形梁；橋 臺(tái)采用柱

28、式、支撐梁輕型橋臺(tái)或框架式等組合式橋臺(tái)；橋墩宜用樁 柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用鋼筋混凝土管涵、整體基礎(chǔ)鋼 筋混凝土蓋板涵、箱涵以保證涵身剛度和整體性。 2軟土地基橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng) 我國(guó)在軟土地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)，常用的是剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)(天然地基 或人工地基)和樁基礎(chǔ)，也有用沉井基礎(chǔ)的，現(xiàn)結(jié)合軟土地基的特點(diǎn)， 介紹設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。 （1）剛性擴(kuò)大淺基礎(chǔ) 在較穩(wěn)定、均勻、有一定強(qiáng)度的軟土上修筑對(duì)沉降要求不嚴(yán)高的 矮、小橋梁，常優(yōu)先采用天然地基(或配合砂礫墊層)上的剛性擴(kuò)大 淺基礎(chǔ)。如軟土表層有較厚的“硬殼”也可考慮利用。剛性擴(kuò)大基 礎(chǔ)常因軟土的局部塑性變形而使墩、臺(tái)發(fā)生不均勻沉降，或由

29、于臺(tái) 后填土的影響使橋臺(tái)前后端沉降不均而發(fā)生后仰也是常見(jiàn)的工程事 故，有時(shí)還同時(shí)使橋臺(tái)向前滑移。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)基礎(chǔ)受力 不同的邊緣(如橋臺(tái)基礎(chǔ)的前趾和后踵)沉降的驗(yàn)算及抗滑動(dòng)、傾覆 的驗(yàn)算。 防治措施：可采用人工地基如有針對(duì)性的布設(shè)砂礫墊層，對(duì)地基 進(jìn)行加載預(yù)壓以減少地基的沉降量和調(diào)整沉降差，或采用深層攪拌 法，以水泥土攪拌樁或粉體噴射攪拌樁加固軟土地基，按復(fù)合地基 理論驗(yàn)算地基各控制點(diǎn)的承載力和沉降(加固范圍應(yīng)包括橋頭路堤地 基的一部分)；采取結(jié)構(gòu)措施如改用輕型橋臺(tái)，埋置式橋臺(tái)，必要時(shí) 改用樁基礎(chǔ)等；也有建議對(duì)小橋(如單孔跨徑不超過(guò) 8m，孔數(shù)不多 于3 孔)可將相鄰墩臺(tái)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)聯(lián)

30、合成整體，形成聯(lián)合基礎(chǔ)板， 在滿(mǎn)足地基承載力和沉降同時(shí)，可以解決橋臺(tái)前傾后仰和滑移問(wèn)題。 但此時(shí)為避免基礎(chǔ)板過(guò)厚，常需配置受力鋼筋改為柔性基礎(chǔ)，應(yīng)先 進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方案比較，全面分析后選用(設(shè)計(jì)方法可參考第二章 柔性基礎(chǔ)簡(jiǎn)化的倒梁法及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定)。為了防止 小橋基礎(chǔ)向橋孔滑移，也可僅在基礎(chǔ)間設(shè)置鋼筋混凝土(或混凝土) 支撐梁。軟土地基上相鄰墩、臺(tái)間距小于5m 時(shí)，應(yīng)按公橋基規(guī) 要求考慮鄰近墩、臺(tái)對(duì)軟土地基所引起的附加豎向壓應(yīng)力。 （2）樁基礎(chǔ) 在較深厚的軟土地基，大中型橋梁常采用樁基礎(chǔ)，它能獲得較好 的技術(shù)效果，如達(dá)到經(jīng)濟(jì)上合理，應(yīng)是首選的方案。施工方法可以 是打入(壓入)樁、

31、鉆孔灌注樁等。要求基樁穿過(guò)軟土深入硬土(基巖)層 以保證足夠的承載力和很小的沉降量。軟土很厚需采用長(zhǎng)的摩擦樁 時(shí)，應(yīng)注意樁底軟土承載力和沉降的驗(yàn)算，必要時(shí)可對(duì)樁周軟土進(jìn) 行壓漿處理或做成擴(kuò)底樁。 打入樁的樁距應(yīng)較一般土質(zhì)的適當(dāng)加大，并注意安排好樁的施打 順序，避免已打入的鄰樁被擠移或上抬，影響質(zhì)量。鉆孔灌注樁一 般應(yīng)先試樁取得施工經(jīng)驗(yàn)，避免成孔時(shí)發(fā)生縮孔、坍孔。 軟土地基樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分注意由于軟土側(cè)向移動(dòng)而使基樁 撓曲和受到的附加水平壓力：由于軟土下沉而對(duì)基樁發(fā)生的負(fù)摩阻 力，現(xiàn)分述如下： 地基軟土側(cè)限移動(dòng)對(duì)基樁的影響。在軟土上樁基礎(chǔ)的橋臺(tái)、擋 墻等，由于臺(tái)后填土重力的擠壓，地基軟土側(cè)向

32、移動(dòng)，樁土間 產(chǎn)生附加水平壓力，引起樁身?yè)锨?，使橋臺(tái)后仰和向河槽傾移，甚 至基樁折損等事故。在深厚軟土上修橋，特別是較高填土的橋臺(tái)日 益增多，這類(lèi)事故時(shí)有發(fā)生，已引起國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)工程界廣泛重視。 我國(guó)公橋基規(guī)要求橋臺(tái)“基樁上部位于摩擦角小于 20 的 軟土中時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算施于基樁的水平力所產(chǎn)生的撓曲”(國(guó)外也有提出 當(dāng)臺(tái)后填土重超過(guò)軟土屈服強(qiáng)度py3Cu時(shí))。在此情況下，樁身所 受到的附加水平力，發(fā)生的撓曲與填土高度密切相關(guān)，也與基樁穿 越的各土層層厚，軟土的力學(xué)性質(zhì)，軟土移動(dòng)量及隨深度的變化， 基樁剛度及其兩端支承條件等變化因素有關(guān)。對(duì)此問(wèn)題的探討現(xiàn)在 還不夠充分，實(shí)踐中一般應(yīng)用半理論半經(jīng)驗(yàn)方法處

33、理，更精確、全 面、符合實(shí)際的應(yīng)用方法尚需進(jìn)一步完善。 為了避免橋臺(tái)后仰前傾，可采取加強(qiáng)樁頂約束及平衡(或減少)土 壓力的措施，如采用低樁承臺(tái)、埋置式橋臺(tái)或臺(tái)前加筑反壓護(hù)道和 擋墻(其地基應(yīng)經(jīng)處理)，也可采用剛度較大的基樁和多排樁基礎(chǔ)(打 入樁可采用部分斜樁)，對(duì)軟土地基加載預(yù)壓等。 地基軟土下沉對(duì)基樁的影響 軟土下沉使基樁承受到負(fù)摩阻 力，將產(chǎn)生較大的沉降或使樁身縱向壓屈破壞，必須予以重視?；?樁上負(fù)摩阻力產(chǎn)生原因、條件及計(jì)算等請(qǐng)參閱樁基礎(chǔ)一章有關(guān)的介 紹。 （3）沉井基礎(chǔ) 在較厚較軟弱土上下沉沉井，往往因下沉速度較快而發(fā)生沉井傾 斜、位移等，應(yīng)事先注意采取防備措施，如選用輕型沉井、平面形

34、狀采用圓形或長(zhǎng)寬比較小的矩形、立面形狀采用豎直式等，施工時(shí) 盡量對(duì)稱(chēng)挖土控制均勻下沉并及時(shí)糾偏。 四 軟土地基橋臺(tái)及橋頭路堤的穩(wěn)定設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng) 軟土地基抗剪強(qiáng)度低，在稍大的水平力作用下橋臺(tái)和橋頭路堤 容易發(fā)生地基的縱向滑動(dòng) 失穩(wěn)，應(yīng)按已介紹的方法進(jìn)行驗(yàn)算，如穩(wěn)定性不夠，小橋可采用支 撐梁、人工地基等，大中橋梁除將淺基改為樁基，采用人工地基、 延長(zhǎng)引橋使填土高度降低或橋臺(tái)移至穩(wěn)定土層上外，常用方法是采 取減少臺(tái)后土壓力措施或在臺(tái)前加筑反壓護(hù)道(應(yīng)注意臺(tái)前過(guò)水面積 的保證)，埋置式橋臺(tái)也可同時(shí)放緩溜坡，反壓護(hù)道（溜坡)長(zhǎng)度、 高度、坡度，以及地基加固方法等都應(yīng)該經(jīng)計(jì)算確定，施工時(shí)注意 臺(tái)前、后

35、填土進(jìn)度的配合，避免有過(guò)大的高差。 橋頭路堤填土(包括橋臺(tái)錐坡)橫向失穩(wěn)也須經(jīng)過(guò)驗(yàn)算加以保證， 需要時(shí)也應(yīng)放緩坡度或 加筑反壓護(hù)道。 橋頭路堤填土稍高時(shí)，路堤下沉使橋臺(tái)后傾是軟土地區(qū)橋梁工 程常發(fā)生的事故。除應(yīng)對(duì)橋臺(tái)基礎(chǔ)采取前述的有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)措施 及改用輕質(zhì)材料填筑路堤外，一般也常對(duì)路堤的地基采取人工加固 處理。 第三節(jié) 換土墊層法 在沖刷較小的軟土地基上，地基的承載力和變形達(dá)不到基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)要求，且當(dāng)軟土層不太厚(如不超過(guò) 3m)時(shí)，可采用較經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便 的換土墊層法進(jìn)行淺層處理。即將軟土部分或全部挖除，然后換填 工程特性良好的材料，并予以分層壓實(shí)，這種地基處理方法稱(chēng)為換 填墊層法。墊層處治應(yīng)

36、達(dá)到增加地基持力層承載力，防止地基淺層 剪切變形的目的。 換填的材料主要有砂、碎石、高爐干渣和粉煤灰等，應(yīng)具有強(qiáng) 度高、壓縮性低、穩(wěn)定性好和無(wú)侵蝕性等良好的工程特性。當(dāng)軟土 層部分換填時(shí)，地基便由墊層及(軟弱)下臥層組成如圖 64 所示， 足夠厚度的墊層置換可能被剪切破壞的軟土層，以使墊層底部的軟 弱下臥層滿(mǎn)足承載力的要求，而達(dá)到加固地基的目的。按墊層回填 材料的不同，可分別稱(chēng)為砂墊層、碎石墊層等。 換填墊層法設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)是墊層厚度和寬度，一般可將各種 材料的墊層設(shè)計(jì)都近似地按砂墊層的計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 一、砂墊層的設(shè)計(jì)計(jì)算 (一)砂墊層厚度的確定 砂墊層厚度計(jì)算實(shí)質(zhì)上是軟弱下臥層頂面承載力

37、的驗(yàn)算，計(jì)算 方法有多種。 一種方法是按彈性理論的土中應(yīng)力分布公式計(jì)算。即將砂墊層 及下臥土層視為一均質(zhì)半無(wú)限彈性體，在基底附加應(yīng)力作用下，計(jì) 算不同深度的各點(diǎn)土中附加應(yīng)力并加上土的自重應(yīng) 力，同時(shí)以第二章所介紹的“規(guī)范”方法計(jì)算地基土層隨深度變化 的容許承載力，并以此確定砂墊層的設(shè)計(jì)厚度，如圖 6-4 所示。也 可將加固后地基視為上層堅(jiān)硬、下層軟弱的雙層地基，用彈性力學(xué) 公式計(jì)算。 另一種是我國(guó)目前常用的近似按應(yīng)力擴(kuò)散角進(jìn)行計(jì)算的方法。即 認(rèn)為砂墊層以“ ”角向下擴(kuò)散基底附加壓力，到砂墊層底面(下臥 層頂面)處的土中附加壓應(yīng)力與土中自重應(yīng)力之和不超過(guò)該處下臥層 頂面地基深度修正后的容許承載力

38、，即： H H （6-9） 式中： (kPa)為下臥層頂面處地基的容許承載力，可按第 H 章方法計(jì)算，通常只進(jìn)行下臥層頂面深度修正，而壓應(yīng)力的大小 H 與基底附加壓力、墊層厚度、材料重等有關(guān)。 若考慮平面為矩形的基礎(chǔ)，在基底平均附加應(yīng)力作用下，基底 下土中附加壓應(yīng)力按擴(kuò)散角通 過(guò)砂墊層向下擴(kuò)散到軟弱下臥層頂 面，并假定此處產(chǎn)生的壓應(yīng)力平面呈梯形分布(圖 6-5)(在空間呈六 面體形狀分布)，根據(jù)力的平衡條件可得到： hsss tghtgbhltghblb 3 4 2 則該處下臥層頂面的附加壓應(yīng)力 h為： tghtghbllb lb ss h 3 4 （6-10） 式中：l基礎(chǔ)的長(zhǎng)度(m)； b

39、基礎(chǔ)的寬度(m)； 砂墊層的厚度(m)； s h 基底處的附加應(yīng)力(kPa)； 砂墊層的壓應(yīng)力擴(kuò)散角，一般取 35。45。，根據(jù)墊層 材料選用。 圖 6-4 砂墊層及應(yīng)力分布 圖 6-5 砂墊層應(yīng)力擴(kuò)散圖 砂墊層底面下的下臥層同時(shí)還受到墊層及基坑回填土的重力，所 以 hhs shH （6-11） 式中：、 砂墊層、回填土的重度(kNm3)，水下時(shí)按浮重 s 度計(jì)算， h基坑回填土厚度(m)。 由式(613)、(614)、(615)可得到砂墊層所需厚 hs。hs 一 般不宜小于 lm或超過(guò) 3m，墊層過(guò)薄，作用不明顯，過(guò)厚需挖深坑， 費(fèi)工耗料，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上往往不合理。當(dāng)?shù)鼗淋浨液窕蚧讐毫?較

40、大時(shí)，應(yīng)考慮其它加固方案。 (二)砂墊層平面尺寸的確定 砂墊層底平面尺寸應(yīng)為： tghlL s 2 tghbB s 2 （6-12） 其中 L、B 分別為砂墊層底平面的長(zhǎng)及寬，一般情況砂墊層頂面 尺寸按此確定，以防止承受荷載后墊層向兩側(cè)軟土擠動(dòng)。 (三)基礎(chǔ)最終沉降量的計(jì)算 砂墊層上基礎(chǔ)的最終沉降量是由墊層本身的壓縮量 Ss 與軟弱下 臥層的沉降量 Sl所組成，由于砂墊層壓縮模量比較弱下臥 ls SSS 層大得多，其壓縮量小且在施工階段基本完成，實(shí)際可以忽略不計(jì)。 需要時(shí) Ss也可按下式求得： s sH s E h S 2 （6-17） 式中： Es砂墊層的壓縮模量，可由實(shí)測(cè)確定，一般為 12

41、 00024 000kPa： 砂墊層內(nèi)的平均壓應(yīng)力。 2 H Sl 可用有關(guān)章節(jié)介紹方法計(jì)算。S 的計(jì)算值應(yīng)符合建筑物容許沉 降量的要求，否則應(yīng)加厚墊層或考慮其它加固方案。 第四節(jié) 排水固結(jié)法 飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體 積慢慢地減小，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時(shí)，隨著超靜孔隙水壓力逐 漸消散， 有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。現(xiàn) 以圖 6-6 為例，可說(shuō)明排水固結(jié)法使地基土密 實(shí)、強(qiáng)化的原理。在如圖 6-6a 中，當(dāng)土樣的天 然有效固結(jié)壓力為。時(shí)，孔隙比為 e。 ，在 0 e曲線(xiàn)上相應(yīng)為 a 點(diǎn)，當(dāng)壓力增加， c 固結(jié)終了時(shí)孔隙比減少，相應(yīng)點(diǎn)為 c點(diǎn)，曲e 線(xiàn)為

42、壓縮曲線(xiàn)，與此同時(shí)，抗剪強(qiáng)度與固結(jié)abc 壓力成比例地由 a 點(diǎn)提高到 c 點(diǎn)，說(shuō)明土體在受 壓固結(jié)時(shí)，與孔隙比減小產(chǎn)生壓縮的同時(shí)，抗剪 強(qiáng)度也得到提高。如從 c 點(diǎn)卸除壓力，則土樣 發(fā)生回彈，圖 6-6a 中 cef 為卸荷回彈曲線(xiàn)，如從 f 點(diǎn)再加壓，土樣再壓縮將沿虛線(xiàn)到c，其相 圖 6-6 室內(nèi) 壓縮試驗(yàn)說(shuō)明排水固結(jié)法原理 應(yīng)的強(qiáng)度包線(xiàn)，如圖 6-l5b 所示。從再壓縮曲線(xiàn) fgc可 a) e-曲線(xiàn) b) -曲線(xiàn) c c 看出，固結(jié)壓力同樣增加而孔隙比減小值為，比小的多。 e ee 這說(shuō)明如在建筑場(chǎng)地上先加一個(gè)和上部結(jié)構(gòu)相同的壓力進(jìn)行加載預(yù) 壓使土層固結(jié)，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以

43、使地基沉降減 少，如進(jìn)行超載預(yù)壓(預(yù)壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預(yù) 壓荷載不應(yīng)大于地基土的容許承載力。 排水固結(jié)法加固軟土地基是一種比較成熟、應(yīng)用廣泛的方法， 它主要解決沉降和穩(wěn)定問(wèn)題 一、砂井堆載預(yù)壓法 軟粘土滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預(yù)壓后排水固結(jié)的歷時(shí)，對(duì) 較厚的軟土層，常在地基中設(shè)置排水通道，使土中孔隙較快排出水。 可在軟粘土中設(shè)置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排 水板)，在軟土頂層設(shè)置橫向排水砂墊層如圖 6-7 所示，借此縮短排 水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。 （一） 砂井地基的設(shè)計(jì) 砂井地基的設(shè)計(jì)主要包括選擇適當(dāng)?shù)纳熬睆?、間距、深度、排 列方式、布置

44、范圍以及形成砂井排水系統(tǒng)所需的材料、砂墊層厚度 等，以使地基在堆載預(yù)壓過(guò)程中，在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到所需要的 固結(jié)度（通常定為 80%） 。 1砂井的直徑和間距：砂井的直徑和間距 主要取決于土的固結(jié)特性和施工期的要求。從 原則上講，為達(dá)到相同的固結(jié)度，縮短砂井間 距比增加砂井直徑效果要好，即以“細(xì)而密” 為佳，不過(guò)，考慮到施工的可操作性，普通砂 井的直徑為300500mm。砂井的間距可根據(jù)地 基土的固結(jié)特征和預(yù)定時(shí)間內(nèi)所要求達(dá)到的固 結(jié)度確定，間距可按為直徑的 68 倍選用。 2砂井深度：砂井深度主要根據(jù)土層 的分布、地基中的附加應(yīng)力大小、施工期限 和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當(dāng)軟土不厚 圖

45、6-7 砂井堆載預(yù)壓 （一般為 1020m）時(shí)，盡量要穿過(guò)軟土層達(dá)到砂層；當(dāng)軟土過(guò)厚 （超過(guò) 20m）,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性和變形 的要求確定。對(duì)以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應(yīng)超過(guò)最 危險(xiǎn)滑動(dòng)面 2.0m 以上。 3砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形(圖 6-8)，在大面積荷載作用下，認(rèn)為每個(gè)砂井均起獨(dú)立排水作用。為 了簡(jiǎn)化計(jì)算，將每個(gè)砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來(lái)代 替，可得一根砂井的有效排水圓柱體的直徑 de 和砂井間距 l的關(guān)系 按下式考慮： 等邊三角形布置 llde05 . 1 32 （6-18） 正方形布置 llde128 . 1 4

46、 （6-19） 4砂井的布置范圍：由于在基礎(chǔ) 以外一定的范圍內(nèi)仍然存在壓應(yīng) 力和剪應(yīng)力，所以砂井的布置范 圍應(yīng)比基礎(chǔ)范圍大為好，一般由 基礎(chǔ)的輪廓線(xiàn)向外增加 24m。 5砂料：砂料宜用中、 粗砂，必須保證良好的透 水性，含泥量不應(yīng)超過(guò) 3%，滲透系數(shù)應(yīng)大于 10- 3cm/s。 6砂墊層：為了使 砂井有良好的排水通道， 砂井頂部應(yīng)鋪設(shè)砂墊層， 墊層砂料粒度和砂井砂 料相同，厚度一般為0.5 m1 m。 （二）砂井地基的 固結(jié)度的計(jì)算 砂井固結(jié)理論采取 了下列的假設(shè)條件： 圖 6-8 砂井的平面布置及固結(jié)滲透途徑 地基土是飽和的，固結(jié)過(guò)程是土中孔隙水的排出過(guò)程；地基表 面承受連續(xù)均勻的一次施加的

47、荷載；地基土在該荷載作用下僅有 豎向的壓密變形，整個(gè)固結(jié)過(guò)程地基土滲透系數(shù)不變；加荷開(kāi)始 時(shí)，所有豎向荷載全部由孔隙水承受。 采用砂井的地基固結(jié)度計(jì)算屬于三維問(wèn)題。在軸對(duì)稱(chēng)條件下的單 元井固結(jié)課題，如圖 6-8 所示?？刹捎?RedulicTerzaghi 固結(jié)理 論，其表達(dá)式為 ) 1 ( 2 2 2 2 r u rr u C z u C t u rV （6-20） 式中 CV、Cr地基的豎向和水平向固結(jié)系數(shù)（m/s2） ； r，z距離砂井中軸線(xiàn)的水平距離和深度（m） 。 為了求解方便，采用了分離變量原理，設(shè)，則式（6-20） rzu uu 可分解成 2 2 z u C t u V z （6

48、-21a） （6-) 1 ( 2 2 r u rr u C t u r r 21b） 方程（6-21a）的求解，可以采用 Terzaghi 解答，其固結(jié)度的計(jì)算 公式為 其中 （6-22） 0 2 22 )2/(exp( 81 i i vi z A LtCA U) 12(iAi 方程（6-21b）已由 Barron(1948)根據(jù)等應(yīng)變條件解出，其水平向 固結(jié)度的計(jì)算公式為 （6-23）) 8 exp(1 n r r F T U 其中 2 e r r d tC T 2 2 2 2 4 13 ln 1n n n n n Fn 式中 Tr水平向固結(jié)的時(shí)間因素，無(wú)量綱； t固結(jié)時(shí)間（s） ； L砂井

49、垂直長(zhǎng)度（豎向排水距離） （m） ； n井徑比n=de/dw，無(wú)量綱； de ，dw砂井的有效排水直徑（m）和砂井直徑（m） 。 根據(jù)前述的分離變量原理，則整個(gè)土層的平均超靜孔隙水 rzu uu 壓力為 rzuuu 同理，對(duì)起始孔隙水壓力值的平均值仍然有 rzuuu000 上述兩式相除后，可得到 oz z or r u u u u u u 0 再根據(jù)固結(jié)度的概念，土層的平均固結(jié)度 或 6-24 0 1 u u Ut t U u u 1 0 同理,可得豎向和徑向平均固結(jié)度為 或 6-25a r r r u u U 0 1 r r r U u u 1 0 或 6-25b z z z u u U 0

50、 1 z z z U u u 1 0 從式（6-24、或（6-25）可得 或 )1)(1 (1 zrt UUU)1)(1 (1 zrt UUU （6-26） 上述推導(dǎo)得到的（6-26） ，即 Carrillo（1942）原理。根據(jù)這一 原理，以及上述 Terzaghi 和 Barron 的解答，則可計(jì)算出砂井地基 的平均固結(jié)度。 為了實(shí)際應(yīng)用方便，將式(6-26)中 Ur 與 Tr、n 的函數(shù)關(guān)系制成 表 6-4 以供查用。 徑向平均固徑向平均固結(jié)度結(jié)度 U Ur r，與時(shí)間因素，與時(shí)間因素TrTr 及井徑及井徑比比 n n 的關(guān)的關(guān) 系系 表表 6-46-4 n Ur 0.10.20.30.

51、40.50.60.70.80.9 40.0098 0.0208 0.0331 0.0475 0.0642 0.0852 0.1118 0.1500 0.2140 50.0122 0.0260 0.0413 0.0590 0.0800 0.1065 0.1390 0.1870 0.2680 60.0144 0.0306 0.0490 0.0700 0.0946 0.1254 0.1648 0.2210 0.3160 70.0163 0.0356 0.0552 0.0790 0.1070 0.1417 0.1860 0.2490 0.3560 80.0180 0.0383 0.0610 0.087

52、5 0.1182 0.1570 0.2060 0.2760 0.3950 90.0196 0.0416 0.0664 0.0950 0.1287 0.1705 0.2230 0.3000 0.4380 10 0.0206 0.0440 0.0700 0.1000 0.1367 0.1800 0.2360 0.3160 0.4530 11 0.0220 0.0467 0.0746 0.1070 0.1446 0.1920 0.2520 0.3380 0.4820 12 0.0230 0.0490 0.0780 0.1120 0.1518 0.2008 0.2630 0.3530 0.5050 1

53、3 0.0239 0.0507 0.0810 0.1160 0.1570 0.2080 0.2730 0.3660 0.5240 14 0.0250 0.0531 0.0848 0.1215 0.1663 0.2186 0.2860 0.3830 0.5480 例題 有一飽和軟粘性土層，厚 8m，其下為砂層，打穿軟粘土 到達(dá)砂層的砂井直徑為 0.3m，平面布置為梅花形，間距 l=2.4m；軟粘土在 150kPa均布?jí)毫?下的豎向固結(jié)系數(shù) CV0.15mm2s，水平向固結(jié)系數(shù) Cr0.29mm2s，求一個(gè)月時(shí)的固結(jié)度。 解 豎向排水固結(jié)度 Uv 的計(jì)算 地基上設(shè)置砂墊層，該情況為兩面排水 H82

54、= 4 (m) 024 . 0 4000 864003015 . 0 22 t H C T V V )024. 0 4 14 . 3 exp( 14 . 3 8 1)exp( 8 1 2 22 vz TU =0.235 徑向排水固結(jié)度 Ur 的計(jì)算 mmde2520050 . 1 24004 . 8 300 2520 n 1184 . 0 2520 864003029 . 0 22 t d C T e r r 414 . 1 746 . 0 13 . 2 014 . 1 4 . 84 14 . 83 4 . 8ln 14 . 8 4 . 8 2 2 2 2 n F %4951 . 0 1)11

55、84 . 0 414 . 1 8 exp(1) 8 exp(1 n n r T F U 砂井地基總平均固結(jié)度 %6139 . 0 149 . 0 1235 . 0 11 t U 不打砂井，依靠上下砂層固結(jié)排水，一個(gè)月地基固結(jié)度僅 23.5%，設(shè)砂井后為61%。 以上介紹的徑向排水固結(jié)理論，是假定初始孔隙水壓力在砂井深 度范圍內(nèi)為均勻分布的，即只有荷載分布面積的寬度大于砂井長(zhǎng)度 時(shí)方能滿(mǎn)足，并認(rèn)為預(yù)壓荷載是一次施加的，如荷載分級(jí)施加，也 應(yīng)對(duì)以上固結(jié)理論予以修正，詳見(jiàn)有關(guān)砂井設(shè)計(jì)規(guī)范和專(zhuān)著，此處 不再贅述。 對(duì)于未打穿軟粘土層的固結(jié)度計(jì)算，因邊界條件不同(需考慮砂 井以下軟粘土層的固結(jié) 度)，不

56、能簡(jiǎn)單套用式(6-26)，可以按下式近似計(jì)算其平均固結(jié)度： 1 zt UUU （6-27） 式中： U整個(gè)受壓土層平均固結(jié)度； 砂井深度 L與整個(gè)飽和軟粘性土層厚度 H 的比值， ； H L Ut砂井深度范圍內(nèi)土的固結(jié)度，按式(6-26)計(jì)算： Uz砂井以下土層的固結(jié)度，按單向固結(jié)理論計(jì)算，近似 將砂井底面作為排水面。 砂井的施工工藝與砂樁大體相近，具體參照砂樁的施工工藝。 二、袋裝砂井和塑料排水板預(yù)壓法 用砂井法處理軟土地基如地基土變形較大或施工質(zhì)量稍差常會(huì) 出現(xiàn)砂井被擠壓截?cái)?，?能保持砂井在軟土中排水通道的暢通，影響加固效果。近年來(lái)普通 在砂井的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以袋裝砂井和塑料排水板代替普通砂井的 方法，避免了砂井不連續(xù)缺點(diǎn)，而且施工簡(jiǎn)便、加快了地基的固結(jié)， 節(jié)約用砂，在工程中得到日益廣泛的應(yīng)用。 (一)袋裝砂井預(yù)壓法 目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的袋裝砂井直徑一般為 70120mm，間距為 1.0m2.0