72地基处理技术

地基处理技术第1章绪论1.1地基处理的目的和意义地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性。①强度及稳定性问题；②压缩及不均匀沉降问题；⑧渗漏问题；④液化问题：⑤特殊土的特殊问题。意义1)提高地基的抗剪切强度2)降低地基的压缩性3)改善地基的透水特性4)改善地基的动力特性5)改善特殊土的不良地基特性1．2历史回顾地基处理是古老而又年轻的领域，许多现代的地基处理技术都可在古代找到它的雏形。地基处理技术在我国有着悠久的历史，人民群众在长期的生产实践中积累了丰富的经验。据史料记载，早在三千年前，我国已开始采用竹子、木头以及麦秸等来加固地基。向软土中夯入碎石等材料以挤密软土也早在两千多年前就有记载。此外，利用夯实的灰土和三合土等作为建(构)筑物垫层，在我国古建筑中就更为广泛。如经历了无数次地震已屹立了一千多年的西安小雁塔，就是采用了分层夯实的3m多厚的黄土垫层；陕西扶风塔的垫层，也是采用了分层夯实的拌和了石灰的黄土；在更为著名的万里长城的建设中，石灰也常常被用来加固软弱地基。第一个阶段：砂石垫层法、砂桩挤密法、石灰桩、化学灌浆法、重锤夯实法、堆载预压法、挤密土桩和灰土桩、预浸水法以及井点降水等地基处理技术先后被引进或开发使用。但是，受当时对地基处理加固·机理的研究和认识水平及地基处理实践经验的限制，在地基处理中主要是参照前苏联的规范和实践经验，仍有一定的盲目性。与工业及民用建筑发展水平和机械化施工水平相适应，这个时期最为广泛使用的是垫层等浅层处理法。第二个阶段，也是我国地基处理技术发展的最主要阶段。从20世纪70年代末开始，由于改革开放，伴随着沿海地区大批工业项目的上马兴建，尤其是上海宝山钢铁公司等大型现代化企业的建设和沿海城市高层建筑的发展，大批国外先进的地基处理技术被引进，从而大大促进了我国地基处理技术的应用和研究。1．3地基处理方法分类及应用范围按时间可分临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土性对象可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1．换土垫层法(1)垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层与低洼区域的填筑。一般处理深度为2～3m。(2)强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。2．振密、挤密法振密、挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。(1)表层压实法采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松的表层土进行压实。也可采用分层回填压实加固。适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填土等。(2)重锤夯实法利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土。(3)强夯法利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。适用于碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和度的粉土与粘性土及湿陷性黄土。(4)振冲挤密法振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的水平振动方，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。适用于砂性土和小于O．005mm的粘粒含量低于10％的粘性土。(5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法是利用打入钢套管在地基中成孔，通过挤压作用，使地基土得到加密，然后在孔中分层填素土后夯实而成土桩.适用于处理地下水位以上湿陷性黄土、新近堆积黄土、素填土和杂填土。(6)砂桩在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体或产生挤密作用，或同时产生振密作用。可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉降量。适用于处理松砂地基和杂填土地基。(7)夯实水泥土桩利用沉管、冲击、人工洛阳铲、螺旋钻等方法成孔，回填水泥和土的拌和料，分层夯实形成坚硬的水泥土柱体，并挤密桩间土，通过褥垫层与原地基土形成复合地基。··适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土和淤泥质土等地基。3．排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。(1)堆载预压法(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)(3)真空预压法(4)降低地下水位法4．置换法其原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。(1)振冲置换法(或称碎石桩法)碎石桩法是利用一种单向或双向振动的振冲头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。适用于淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。(2)石灰桩法在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，同时桩与土形成复合地基，达到地基加固的目的。适用于软弱粘性土地基。(3)强夯置换法对厚度小于6m的软弱土层，边夯边填碎石，形成深度3～6m、直径为2m左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基。适用于软粘土。(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。适用于填土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地基(5)柱锤冲扩法柱锤冲扩法是利用直径为200～600mm、长度为2～6m、质量为1—6t的柱状锤冲扩成孔，填入碎砖三合土等材料，夯实成桩，桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。适用于处理杂填土、粉土、粘性土、粘性素填土、黄土等地基。5．加筋法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、或维持建筑物稳定。·(1)土工聚合物利用土工聚合物的高强度、韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度适用于砂土、粘性土和软土(2)加筋土把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦作用形成一个整体，用以提高土体的稳定性。适用于人工填土的路堤和挡墙结构。(3)土层锚杆土层锚杆是依赖于土层与锚固体之间的粘结强度来提供承载力的。，适用于一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程。(4)土钉土钉技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，用以弥补土体自身强度的不足。不仅提高了土体整体刚度，又弥补了土体的抗拉和抗剪强度低的弱点，显著提高了整体稳定性。·适用于开挖支扩和天然边坡的加固。(5)树根桩法在地基中沿不同方向，设置直径为75—250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定边坡。适用于软弱粘性土和杂填土地基。6．胶结法软弱地基中部分土体内掺入水泥；水泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。(1)注浆法其原理是用压力泵把水泥或其他化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可加固暗浜和使用在托换工程中。(2)高压喷射注浆法．适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。(3)水泥土搅拌法利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌，形成坚硬的拌和柱体，与原地层共同形成复合地基。适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于140kPa的粘性土地基。7．冷热处理法(1)冻结法通过人工冷却，使地基温度低到孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有理想的截水性能和较高的承载力。适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时措施。(2)烧结法通过渗入压缩的热空气和燃烧物，并依靠热传导，而将细颗粒土加热到100~C以上，从而增加土的强度，减小变形。适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土第2章换填当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，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、高炉干渣、粉煤灰)或其他性能稳定、无侵蚀性等材料，并压(夯、振)实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法。机械碾压、重锤夯实、平板振动可作为压(夯、振)实垫层的不同机具对待，这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。2．4垫层施工2．4．1按密实方法分类1．机械碾压法机械碾压法是采用各种压实机械(表2-6)来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。2．重锤夯实法重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0．8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的夯击顺序夯击。同一基坑的底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。累计夯击10—20次，最后两击平均夯沉量，对砂土不应超过5～10mm，对细粒土不应超过10～20mm。重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量和有效夯实深度等。一般重锤夯实的有效夯实深度可达lm左右。3．平板振动法平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。振实范围应从基础边缘放出0．6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。第3章强夯3．1概述强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般8—30t的重锤(最重可达200t)和8～20m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8000kN-m。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、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程度，减少将来可能出现的差异沉降。当前，应用强夯法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。3．4施工方法3．4．1施工机械西欧国家所用的起重设备大多为大吨位的履带式起重机，稳定性好，行走方便，起吊40t夯锤，落距可达40m，国外所用履带吊都是大吨位的昂机，通常在lOOt以上。我国绝大多数强