软弱地基处理

地基处理第一章概述一、地基、基础和地基处理地基（foundation，subgrade)是指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。建筑物建造在软弱地基和特殊土地基时面临的四个问题:⑴强度及稳定性：当地基的抗剪强度不足以承受上部结构的自重及附加荷载时，地基就会发生局部或整体破坏。⑵变形：当地基在上部结构的自重及附加荷载作用下产生过大的变形时，会影响建筑物的正常使用；当超过建筑物所能容许的不均允沉降时，结构可能产生开裂；湿陷性黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀、失水收缩也属于这类问题。⑶渗漏：渗漏是由地下水在运动中产生的动水压力而引起的，当地基的渗漏或水力坡降超过容许值时，会导致流砂（土）和管涌事故。⑷液化：在地震、机器及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂（包括部分粉土）产生液化，使土体类似于液体而失去抗剪强度，从而造成地基失稳和震陷。基础（foundation，footing)具有承上启下的作用。处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的内力（轴力、剪力、弯矩）。基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。基础设计时，基础本身应具有足够的刚度和强度，同时地基的变形和强度满足规范的要求。地基处理（soiltreatment,soilimprovement)当天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等的要求时，事先要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结等方法对地基进行加固，用以改变土的特性：压缩性、渗透性等地基处理的对象是软弱土地基和特殊土地基二、软弱地基和特殊土地基的工程性质及其对建筑物的危害软弱土地基（softfoundation)：指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。软土（softsoil)淤泥和淤泥质土的总称。分布在：天津、上海、武汉、杭州、宁波、温州、福州、厦门、广州等沿海地区，昆明、武汉等内陆地区。特性：含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。冲填土（Hydraulicfill)在整治河道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两面岸形成的沉积土。分布在：天津、上海黄浦江和广州珠江两岸。特性：主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。如以粘土为主，属于强度低和压缩性高的欠固结土。以砂或其他粗料为主，基本上与粉细砂类似，不属于软土。杂填土（Miscellaneous)是由人类的活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。特性：强度低、压缩性高和均匀性差、一般具有浸水湿陷性。对有机质含量较大的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。其它高压缩性土：饱和松散粉细砂在动荷载作用下将产生液化。湿陷性黄土（Collapsible)：凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生破坏显著下沉的黄土。分布：甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、青海、新疆等到地。膨胀土（ExpansiveSoil)：是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土，它是一种吸水膨胀和失水收缩，具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。分布：广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州、和广东等地。特性：土的强度较高、压缩性较低。粘粒成分中含有大量的亲水性矿物。土呈黄、红、灰白等色。红粘土（RedClay):石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色粘性土。通常红粘土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀变形。冻土（frozensoil):季节性冻土(seasonallyfrozenground):冬季冻结，夏季融化的土层；永冻土（permafrost):冻结状持续3年以上的土层。季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布，因其呈周期性的冻结和融化，对地基稳定性影响较大。岩溶（Karst)：广泛分布在贵州和广西两省内。特性：地基主要受力范围内受水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟溶槽、落水洞以及土洞等。危害：基岩面起伏大、且可能有大块孤石；常会遇到滑波、崩塌和泥石流等不良地质现象。三、地基处理的方案选择调查研究：结构条件：建筑体型、刚度、受力体系、建筑材料、基础类型、地基承载力等地基条件：地形及地质条件，地基成层状况，软弱土层厚度，不均匀性和分布范围，持力层位置及状况，地下水情况及地基土的物理和力学性质。环境影响：强夯法和砂桩挤密法施工时，振动和噪音对邻近建筑物和居民产生影响和干扰；采用堆载预压法时，将会有大量的土方运进输出，即要有堆放场地，又不能妨碍交通；采用石灰桩或灌浆法时，有时会污染周围环境。地基处理方案的确定：资料收集：搜集工程地质、水文地质及地基基础的设计资料；根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形、地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可能的地基处理方案，同时考虑上部结构、基础和地基的相互作用，方案分析：对初选的方案从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。现场试验：对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可进行应的现场试验和试验性施工。(a)山墙的对称斜裂缝和垂直裂缝；由于墙角部两面与大气接触，其蒸发量大于中部，使墙角沉降大于山墙中部沉降而开裂。（b)墙面的交叉裂缝；（c)外纵墙的水平裂缝。由于地基不均匀胀缩变形而导致外纵墙在门窗洞口的上下部位出现斜裂缝，外侧地基收缩较大，条基转动所致。软弱地基处理第二章复合地基理论一、复合地基的概念与分类复合地基是指由基体(天然地基土体）和增强体（桩体）两部分组成。复合地基在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。二、复合地基与“天然地基和桩基”的不同点复合地基的分类：（一）按成桩材料分1、散体土类桩2、水泥土类桩3、混凝土类桩（二）按成桩后桩体的强度分类1、柔性桩2、半刚性桩3、刚性桩（三）按成桩后桩体的强度分类1、纵向增强体复合地基2、横向增强体复合地基三、复合地基的作用机理与破坏模式三、复合地基的作用机理与破坏模式（一）作用机理1、桩体作用；2、垫层作用；3、挤密作用；4、加速固结作用；5、加筋作用。（二）破坏模式1、刺入破坏；2、鼓胀破坏；3、整体剪切破坏；4、滑动破坏。四、复合地基承载力特性和设计计算1、对水泥土类桩：式中：分别为复合地基、桩体和桩间土承载力的特征值。kspakspfmARmf,,·)1(··spkfskpkspkfff、、kskpkspfmmff,,,·)1(skpkffn/kskspfnmf,,·)]1(1[2、对散体材料桩：nnmfksp/)]1(1[,skpkffn/五、复合地基变形计算1、加固区土层压缩变形量计算（1）复合模量法；（2）应力修正法；（3）桩身压缩模量法。2、加固区下卧层的变形量计算（1）应力扩散法；（2）等效实体法。软弱地基处理第三章换填法一、概述换填法（replacementmethod):当软弱土地基的承载力和变形不满足要求而软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。换填材料：砂、碎石、素土、干渣、粉煤灰垫层。按施工机械可分为：重锤夯实法，机械碾压法和振动压实法。。适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土、暗沟、暗浜等的浅层处理。常用于轻型建筑、地坪、堆料场地和道路工程等地基处理。二、垫层设计(一)砂垫层的设计1.垫层的设计原则⑴足够的厚度以置换可能受剪破坏的软弱土层；⑵足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出；⑶设计垫层为排水垫层。2.砂垫层的厚度z的确定azczzfPP2ztgb)P-b(PP)2ztg)(b2ztg(l)-lb(Pczcz条型基础：矩形基础：PP0.5)-(d3)-(bffmdbakaz3.垫层宽度应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽度b′可由下式或根据当地经验确定。ztgbb2(二)素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理1～4m厚的软弱土层。灰土垫层即通常讲的2：8或3：7灰土。垫层强度随灰量的增加而提高。二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土。砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。(二)素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理1～4m厚的软弱土层。灰土垫层即通常讲的2：8或3：7灰土。垫层强度随灰量的增加而提高。二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土。1、厚度确定软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。1.对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。2.对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于20cm才能取得好的效果。2、宽度确定：灰土垫层的宽度可取zbb5.23、平面处理范围素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。(三)、粉煤灰垫层1.化学性质粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，与二氧化硅，三氧化二铝等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块状结构，可提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗性和水稳定性。2.物理性质粉煤灰的压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏感性比粘性土小，最优含水量易于控制。四、垫层施工方法机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法三种。•（一）机械压实法机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其它压实界些来压实软弱地基土或分层填土垫层。•施工步骤1.现将拟建范围内一定深度内的软弱土挖出至设计要求，2.再将底部土体碾压加固，3.然后分层填筑，逐层加密。土类和场地对碾压设备选用的影响粘性土等软弱土杂填土砂土、湿陷性黄土、碎石土狭窄场地，边角平碾或羊足碾平碾振动碾或振动压实机蛙式夯实机机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土，此法常用于基坑面积宽大和开挖土方量在工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。施工参数：如施工机械、铺筑厚度、碾压遍数与填筑含水量等都必须由工地试验确定。(二)重锤夯实法重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。1、施工顺序重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。2.施工要点⑴现场试夯⑵夯击前应检查坑中土的含水量⑶施工夯打工艺⑷现场有边坡或邻近建筑物时，应当采用必要的防护措施。3.质量检验不仅要检查施工记录及试夯最后下沉量，而且要检查加固质量。基槽每30m一点，整片地基每100m22点以上(三)平板振动法振动压实法是利用各种振动压实机，将松散土振压密实。适用于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。振动压实机的工作原理是由电动机带动两个偏心块以相同速度反向转动而产生很大的垂直振动力。压实效果：一般杂填土经振实后，地基承载力特征值可达100～120kPa。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的压实作用。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，其振实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。（四）砂（砂砾、碎石）垫层施