建筑地基处理知识讲座丁

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1、建筑地基处理知识 讲 座,丁 晓 峰 2008年11月,2,目 录,一、岩土工程中几个重要概念 二、常见的建筑地基类型及问题 三、地基处理目的、原则、常用方法分类 四、几种典型桩型复合地基的特性 五、复合地基桩型的合理选用 六、地基处理方案的选择 七、常见地基事故与处理,3,一、岩土工程中几个重要概念,场地是指工程建设所直接使用的有限面积的土地。场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响场地的稳定性。 地基（ subgrade foundation soil）是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地土。 基础（ foundation ）是承受上部结构的荷重并将荷重传到基础以下的土层结构，具有承

2、上启下的作用。它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、剪力和弯矩）。另外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。 复合地基（composite subgrade composite foundation）是指部分土体被增强或被置换,而形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。 地基处理（ground treatment）是指为提高地基承载力，改善地基的变形性质或渗透性质，则事先要经过人工地基【竖向增强体复合地基（散体桩、柔性桩、刚性桩）、水平向增强体复合地基（垫层、加筋）】处理后再建造基础的地基加固方法。 桩基（pile founda

3、tion）由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。,4,二、常见的建筑地基类型及问题,2.1、 特殊土地基 1、软弱土地基： 软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。 淤泥和淤泥质土：是指在第四纪后期，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。 人工填土：是指没有经过人工有目的压实的填土，可分为素填土、杂填土、冲填土。 素填土：为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土，一般为开挖的弃料。

4、杂填土：由于人类活动而形成的无规则的废弃堆积物。由建筑垃圾、工业废物、生活垃圾等杂物组成。 冲填土：为由水力冲填泥砂形成，因此其含水量很高，常常大于液限。其中粘粒含量较高的冲填土，排水固结很慢，多属于高压缩性、低抗剪强度的欠固结土。其力学性质较差。,5,天然孔隙比大： e1 天然含水量高：wwl 物 抗剪强度低 软 理 土 力 压缩系数高 的 学 特 渗透系数小 性 灵敏度高 具有明显的流变性 流变：在应力不变的情况下，土体的剪应变和体应变仍随时间而增长的现象。,6,淤泥：e1.5 软土 淤泥质土：1.5 e1.0 地基承载力低 软土地基的 工程特性 建筑物的沉降和差异沉降较大 建筑物沉降历时

5、长 注:根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）5.3.3条:一般的多层建筑物在施工期间完成的沉降量,对砂土地基,可认为其最终沉降量已完成80%，对其它低压缩性土可认为其最终沉降量已完成50% 80%，对中压缩性土可认为其最终沉降量已完成20% 50%，对高压缩性土可认为其最终沉降量已完成5% 20%。故软土地基采用垫层法处理要非常慎重，因为软土地基的建筑物其最终沉降量历时间几年到几十年不等。,7,2、湿陷性黄土地基： 黄土是一种含大量碳酸钙、硫酸盐类、肉眼能观察到大孔隙的黄色粉状土。碳酸钙、硫酸钙等盐类在湿陷性黄土骨架中起胶结和半胶结作用。由于碳酸盐属难溶盐，相对稳定，影响湿陷性

6、程度变化的主要是中溶盐硫酸钙等的含量水平。黄土分为二种：一种为非湿陷性黄土，一种为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重与非自重湿陷性黄土。 湿陷性黄土具有如下特征： 颗粒组成以粉粒为主，含量约占60%以上； 天然孔隙比较大，一般多在1.01.1之间； 天然含水量较低，饱和度在10% 50%之间； 在不浸水的情况下，一般结构强度较高，压缩性较低，浸水后可使溶盐溶解，颗粒间粘结力下降，在自重或外荷作用下发生新的变形。 湿陷性黄土地区的地基问题，主要是水引起地基土的湿陷，造成建筑物过大的沉降，引起建筑物的开裂。,8,湿陷性黄土地基常用的地基处理方法,9,3、膨胀土地基： 膨胀土系指粘粒成份主要由强亲水性

7、矿物组成,具有较大胀缩性的土。膨胀土可根据粘粒矿物成份划分成两大类：一类是以蒙脱石含量为主，一类是以伊利石含量为主。 膨胀土具有如下特征： 室内土工试验测得的自由膨胀率一般大于40%； 天然情况下的膨胀土，多呈坚硬硬塑状态，液性指数接近零，压缩性不高，压缩模量一般为912MPa； 抗剪强度较高，但浸水后强度值会大大降低； 裂隙发育，裂隙一般上大下小，深度增大，渐渐尖灭。 膨胀土层内一般无地下水。上层滞水和裂隙水变化无常，土的渗透性低。 膨胀土地基的主要问题主要表现为降水和蒸发、地温变化等原因，造成水份转移，引起建筑物上升，或失水收缩引起建筑物下沉，或随季节性变化地基上升或下降周期性变化，造成建

8、筑物局部开裂。 膨胀土地基处理可采用换土垫层、土性改良等方法处理。但必须注意进行压实填土施工时，不得使用粗颗粒的透水性材料作填料。,10,4、多年冻土地基 无论是冬夏均处在冻结状态、且连续保持三年以上的土层为多年冻土。 多年冻土的地基问题主要原因是解冻。由于气候变化，气温上升，土中冰自然融解，或因建筑物覆盖或采暖引起地温升高，使地基中的冰融解，造成塌陷现象。解冻后的土的强度大大降低，使土从基础下挤出，造成建筑物不均匀下沉。导致建筑物的开裂或倾斜。,11,2.2、非均匀地基 非均匀地基系指主要持力层范围内由多层土组成，各层土的坡度一般比较大。若采用天然地基，可能引起地基的不均匀下沉，导致建筑物的

9、开裂或倾斜。 2.3、山区地基 山区地基可分为下卧层基岩表面呈倾斜岩层地基，岩土交错地基、局部软弱地基。 山区地基的主要问题是滑坡，滑坡造成建筑物失稳和不均匀沉降，导致建筑物的开裂或倾斜。 2.4、可液化地基 松散饱和的粉细砂、粉土，当埋藏不深时，在地震荷载或其它动荷载作用下，使孔隙水压力急剧上升，土的有效应力迅速降低，这种现象称为土体液化。土体液化时，地基发生喷砂冒水现象，造成建筑物不均匀下沉或损坏。,12,2.5、大面积人工填土地基 人工填土一般分为三类：素填土、杂填土和冲填土。 素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土组成的填土，其中有时有少量的杂质；杂填土是由建筑物垃圾、工业垃圾、生活垃圾等

10、杂物组成的填土；冲填土是水力冲填泥砂形成的填土。 一般填土地基都要求进行处理，特别是杂填土地基，由于生活垃圾和有机物的存在，腐烂后有沼气产生。对这样的填土地基既要消除过大的沉降和不均匀沉降，又要消除沼气对人体的危害。 2.6、均匀地基 地基土层可能是单一的或多层的，各层坡度一般小于是10%、软土层小于5%的地基，称为均匀地基。 即使是均匀地基，在建高层建筑时，有时会因为主楼和裙楼，变形不一定满足要求，也应对地基进行加固处理，满足建筑物对差异沉降的要求。,13,三、地基处理目的、原则、常用方法分类,由于我国的土地资源越来越紧张，有很多建筑物不得不在不良地基上建筑，当承载力和变形不能满足设计要求时

11、，需要对地基进行处理；另外，随建筑物的造型复杂化，建筑物的荷载日益增大和不均匀，对变形的要求也越来越高，即使一些良好的地基，在有些条件下也需要对地基进行处理。 地基处理的目的主要是改善地基的工程性质，包括改善地基土的变形特性和渗透性，提高其抗剪强度。 地基处理的原则：地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，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，也可以是多种地基处理方法的综合。 常见的地基处理方法按加固机理及便于加固后的承载力分析可分为换土垫层法、密实法

12、、复合地基法、加筋法、灌浆法等处理方法。,14,15,3.1、密实法 1、排水固结预压法是利用地基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关。当土层厚度相对于荷载宽度比较小时，土层中孔隙水向上下面透水层排出而使土层发生固结，称为竖向排水固结。根据固结理论，粘性土固结所需时间与排水距离的平方成正比。因此，为了加速土层的固结，最有效的方法是增加土层的排水途径，缩短排水距离。 排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。对于砂类土和粉土，因其透水性良好，无

13、需用此法处理。 堆载预压法 真空预压法 堆载预压加密法利用堆载，使地基土排水固结加密，卸除荷载后地基土超固结而加固。为加速固结常采用砂井、袋装砂井、塑料排水板等竖向排水措施。 堆载预压加密法设计包括排水系统和加压系统两部分,排水系统包括竖向排水体的材料选用,排水体长度、断面、平面布置的确定；加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用。加固后地基承载力的大小取决于堆载荷重的大小。,16,堆载预压与真空预压不同，真空预压可一次性将荷载值加到最大值，而不必考虑地基产生剪切破坏。堆载预压则必须考虑加荷速率对土体产生的影响，一般采取分级施加荷载，每天要进行竖向变形、边桩位移、孔隙水压力观测，并要求竖向

14、变形每天不超过10mm，边桩位移每天不超过4mm。 真空预压法通过覆盖于排水竖井上部地基表面上的不透气薄膜，在膜内形成真空，使地基在大气压力下预压固结。 2、强夯法：是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用，使土体的密度增加、强度提高和压缩性降低。同时强夯过程中，由于巨大能量的冲击，使夯点周围产生裂缝，形成良好的排水通道，加快孔隙水压力的消散，从而使土进一步加密。 相同的夯击能在不同的土中，对土体密度增加的效果显著不同。饱和度较高的粘性土，

15、特别是淤泥、淤泥质土，处理后土体密度增加的效果不明显，对此类土应慎用强夯法。 强夯法对碎石土、砂土、粉土、杂填土、素填土及低饱和度的粘性土、湿陷性黄土均有较好的加固效果。,17,3、夯实法及碾压法：通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。 土的压实原理 大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。 1.最优含水量 对粘性土，当压实功

16、能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。 试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。 2.压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。,18,3.2、换填垫层法,换填垫层法:当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱土地基或特殊土地基，即将基础下一定深度内的软弱土或不良土挖去，回填抗剪强度较大、压缩性较小，如砂、砾、石渣、灰土、粉煤灰、矿渣等，并分层夯压实，形成双层地基