基础工程之地基处理类型与特点

第六章地基处理第六章地基处理第一节概述地基处理的目的：是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。人工地基：土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。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6-1概述第六章地基处理6-1概述第六章地基处理公路工程地基处理方法分类及其适用范围表6-1类别方法简要原理适用范围置换换土垫层法将软弱土或不良土开挖至一定深度，回填抗剪强度较高、压缩性较小的材料，如砂、砾、石渣等，并分层夯实，形成双层地基。垫层能有效扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降各种软弱土地基膨胀土掺灰改性换土法掺灰改性换土法是将原地膨胀土翻松，掺加一定比例的石灰后，分层压实。经过一段时间的养护，可以很好地消除或减小膨胀性，提高土体强度，降低土中的含水量膨胀土地基挤淤置换法通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基的目的，也可采用爆破挤淤置换淤泥或淤泥质黏土地基强夯置换法采用边填碎石边强夯的方法在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土以及碎石垫层形成复合地基，以提高承载力，减小沉降粉砂土和软黏土地基等6-1概述第六章地基处理公路工程地基处理方法分类及其适用范围表6-1类别方法简要原理适用范围置换石灰桩法通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入生石灰块或生石灰块加其他掺和料，通过石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用来改善桩与土的物理力学性质，并形成石灰桩复合地基，可提高地基承载力，减少沉降杂填土、软黏土地基气泡混合轻质料填土法气泡混合轻质料的重度为5-12kN/m3，具有较好的强度和压缩性能，用作路堤填料可有效减小作用在地基上的荷载，也可减小作用在挡土结构上的侧压力软弱地基上的填方工程EPS超轻质料填土法发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的1/50-1/100,并具有较好的强度和压缩性能，用作填料，可有效减小作用在地基上的荷载和作用在挡土结构上的侧压力，需要时也可置换部分地基土，以达到更好的效果软弱地基上的填方工程6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围排水固结加载预压法在地基中设置排水通道——砂垫层和竖向排水系统（竖向排水系统通常有普通砂井、袋装砂井、塑料排水带等），以缩小土体固结排水距离，地基在建筑路堤荷载作用下排水固结，地基承载力提高，工后沉降小软黏土、杂填土、泥炭土地基等超载预压法原理基本上与堆载预压法相同，不同之处是其预压荷载大于设计使用荷载。超载预压不仅可减少工后固结沉降，还可消除部分工后次固结沉降同上真空联合堆载预压法在软黏土地基中设置排水体系（同加载预压法），然后在上面形成一不透气层（覆盖不透气密封膜，或其他措施），通过对排水体系进行长时间不断抽气抽水，在地基中形成负压区，而使软黏土地基产生排水固结，达到提高地基承载力，减小工后沉降的目的，常与堆载预压联合使用软黏土地基降低地下水位法通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如加载预压，使地基土产生排水固结，达到加固目的砂性土或透水性较好的软黏土层6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围化学加固深层搅拌法利用深层搅拌机将水泥浆或水泥粉和地基土原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙式的水泥土增强体，形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。也常用它形成水泥土防渗帷幕。深层搅拌法分喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种淤泥、淤泥质土、黏性土和粉土等软土地基，有机质含量较高时应通过试验确定适用性高压喷射注浆法利用高压喷射专用机械，在地基中通过高压喷射流冲切土体，用浆液置换部分土体，形成水泥土增强体。按喷射流组成形式，高压喷射注浆法有单管法、二重管法、三重管法。高压喷射注浆法可形成复合地基，以提高承载力，减少沉降淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，当含有较多的大块石，或地下水流速较快，或有机质含量较高时应通过试验确定适用性渗入性灌浆法在灌浆压力作用下，将浆液灌入地基中以填充原有孔隙，改善土体的物理力学性质中砂、粗砂、砾石地基6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围化学加固劈裂灌浆法在灌浆压力作用下，浆液克服地基土中初始应力和土的抗拉强度，使地基土中原有的孔隙或裂隙扩张，用浆液填充新形成的裂缝和孔隙，改善土体的物理力学性质基岩或砂、砂砾石、黏性土地基挤密灌浆法在灌浆压力作用下，向土层中压入浓浆液，在地基土中形成浆泡，挤压周围土体。通过压密和置换改善地基性能。在灌浆过程中因浆液的挤压作用可产生辐射状上抬力，引起地面隆起常用于可压缩性地基、排水条件较好的黏性土地基有机大分子溶液改良法往土中掺加高价金属盐类物质或有机阳离子化合物，通过离子交换吸附，削弱蒙脱石晶内负电斥力和减薄双电层的厚度，从而抑制蒙脱石晶内膨胀性和黏土微粒之间膨胀性，达到改善土的吸水性质的目的膨胀土地基6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围振密、挤密表层原位压实法采用人工或机械夯实、碾压或振动，使土体密实。密实范围较浅，常用于分层填筑杂填土、疏松无粘性土、非饱和黏性土、湿陷性黄土等地基的浅层处理强夯法采用质量为10~40t的夯锤从高处自由落下，地基土体在强夯的冲击力和振动力作用下密实，可提高地基承载力，减少沉降碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基振冲密实法一方面依靠振冲器的振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面依靠振冲器的水平振动力，加回填料使砂层挤密，从而达到提高地基承载力、减小沉降，并提高地基土体抗液化能力。振冲密实法可加回填料也可不加回填料。加回填料，又称为振冲挤密碎石桩法黏粒含量小于10%的疏松砂性土地基6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围振密、挤密挤密砂石桩法采用振动沉管法等在地基中设置碎石桩，在制桩过程中对周围土体产生挤密作用。被挤密的桩间土和密实的砂石桩形成砂石桩复合地基，达到提高地基承载力、减小沉降的目的砂土地基、非饱和黏性土地基爆破挤密法利用爆破在地基中产生的挤压力和振动力使地基土密实以提高土体的抗剪强度，提高地基承载力和减小沉降饱和净砂、非饱和但经灌水饱和的砂、粉土、湿陷性黄土地基土桩、灰土桩法采用沉管法、爆扩法和冲击法在地基中设置土桩或灰土桩，在成桩过程中挤密桩间土，由挤密的桩间土和密实的土桩或灰土桩形成土桩复合地基或灰土桩复合地基，以提高地基承载力和减小沉降，有时用于消除湿陷性黄土的湿陷性地下水位以上的湿陷性黄土、杂填土、素填土等地基6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围加筋加筋土垫层法在地基中铺设加筋材料（如土工织物、土工格栅、金属板条等）形成加筋土垫层，以增大压力扩散角，提高地基稳定性筋条间用无黏性土，加筋土垫层可适用各种软弱地基隔水封闭法隔水封闭法是采用土工膜或其他隔水材料进行隔水封闭，达到割断地下水的流通或阻止气候干湿循环对地基或坡面土体的影响，达到稳定路基或边坡的目的膨胀土地基和盐渍土地基加筋土挡墙法利用在填土中分层铺设加筋材料以提高填土的稳定性，形成加筋土挡墙。挡墙外侧可采用侧面板形式，也可采用加筋材料包裹形式用于填土挡墙结构土钉墙法通常采用钻孔、插筋、注浆在土层中设置土钉，也可直接将杆件插入土层中，通过土钉和土形成加筋土挡墙以维持和提高土坡稳定性用于维持和提高土坡稳定性6-1概述第六章地基处理类别方法简要原理适用范围加筋锚杆支护法锚杆通常由锚固段、非锚固段和锚头三部分组成。锚固段用于稳定土层，可对锚杆施加预应力。用于维持边坡稳定用于维持和提高土坡稳定性锚碇板挡土结构由墙面、钢拉杆、锚碇板和填土组成。锚碇板处在填土层，可提供较大的锚固力。锚碇板挡土结构用于填土支挡结构用于填土支挡结构树根桩法在地基中设置如树根状的微型灌注桩（直径70~250mm），提高地基承载力或土坡的稳定性各类地基低强度混凝土桩复合地基法在地基中设置低强度混凝土桩，与桩间土形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降各类深厚软弱地基钢筋混凝土桩复合地基法在地基中设置钢筋混凝土桩，与桩间土形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降各类深厚软弱地基长短桩复合地基由长桩和短桩与桩间土形成复合地基，提高地基承载力和减小沉降。长桩和短桩可采用同一桩型，也可采用不同桩型。通常长桩采用刚度较大的型桩，短桩采用柔性桩或散体材料桩深厚软弱地基注意：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；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。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。6-1概述第六章地基处理第二节软土地基软土的分布：指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土。软土的特点：具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。软土的分类：主要包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。6-2软土处理第六章地基处理一．软土的成因及划分（一）滨海沉积1.滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒(粗、中、细砂)相掺杂，使其不均匀和极松软，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。2.泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘，表层常有厚约0.3～2.0m的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。3.溺谷相：孔隙比大、结构松软、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。4.三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软，颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中央有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。6-2软土处理第六章地基处理（二）湖泊沉积湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为10m左右，最厚者可达25m。（三）河滩沉积主要包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般小于10m。6-2软土处理第六章地基处理（四）沼泽沉积分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质并不很接近，不应借用。软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得。6-2软土处理第六章地基处理二、软土的工程特性含水量较高，孔隙比较大抗剪强度低压缩性较高渗透性很小结构性明显流变性显著6-2软土处理第六章地基处理五大特性三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算(一)软土地基的承载力软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：①软土成层条件、应力历史、力学特性及排水条件；②上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；③基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；④施工方法和程序；⑤采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。6-2软土处理第六章地基处理1．根据极限承载力理论公式确定《公桥基规》提出软土地基承载力容许值(kPa)为af2．根据土的物理性质指标确定一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料w与软土的承载力基本容许值关系如下表所示。天然含水量w（%）36404550556575(kPa)1009080706050406-2软土处理第六章地基处理apu25.14fkchma0fa0f3．按临塑荷