地基及基础工程地基处理

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1、1,主 编：曹海成 李 娟,单元4 地基处理,地基与基础工程施工,Di Ji Yu Ji Chu Gong Cheng Shi Gong,2,4.1 地基处理概述,1,单元4 地基处理,目 录,3,4.5 灰土桩挤密法,5,单元4 地基处理,目 录,4,单元4 地基处理,教学目标,1. 了解地基处理的常见方法、适用范围； 2. 能协助编制地基处理施工方案，协助管理地基处理施工； 3. 掌握换填垫层法、排水固结法等的施工方法和安全要求，熟悉质量验收标准。,5,4.1 地基处理概述,4.1 地基处理概述,6,地基是位于建筑物基础下面，受建筑物荷载影响的那部分地层。当基础直接建造在未经加固的天然土层

2、上时，这种地基称为天然地基。如果天然地基很软弱，不能满足建筑物对地基的强度和变形要求时，则应事先对地基进行人工改良加固，再建造基础，这种加固地基的方法称为地基处理。所形成的地基称为人工地基。,4.1.1 地基处理的概念,4.1 地基处理概述,7,地基处理的主要对象是软弱地基。软弱地基系指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。 1. 软黏土 主要是第四纪后期形成的海相、泻湖相及三角洲相等黏性土沉积物或河流冲击物，也属于新近淤积物。其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1。当天然孔隙比大于1.5时称为淤泥；当天然孔隙比大于1、小于1.5时称为淤泥质土。,4.1.2 软弱地基,

3、4.1 地基处理概述,8,软黏土的主要特点是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在荷载作用下，地基承载力低、变形大，容易产生较大的不均匀沉降，且沉降至稳定历时比较长。 软黏土广泛分布在我国沿海及内地，如天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、湛江、广州等沿海地区以及昆明、武汉、南京等内地地区。,4.1 地基处理概述,9,2. 杂填土 杂填土是人类活动所形成的无规则堆积物，由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成，其成分复杂，性质也不相同且无规律。在大多数情况下，杂填土是比较松散和不均匀的，在同一场地的不同位置，其地基承载力和压缩性也可能有较大的差异。,4.1

4、 地基处理概述,10,3. 冲填土 杂填土是由水力冲填泥砂形成的。冲填土的性质与所冲填的泥砂的来源及冲填时的水力条件有密切关系。含黏土颗粒较多的冲填土往往是欠固结的，其强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差。粉细砂为主的冲填土，其性质基本上和粉细砂相同。,4.1 地基处理概述,11,4. 湿陷性黄土 湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也随着迅速降低的黄土。 由于黄土湿陷而引起建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。 黄土在我国特别发达，地层种类多、厚度大，广泛分布在甘肃、陕西、山西大部分地区，以及

5、河南、河北、山东、宁夏、辽宁、新疆等部分地区。,4.1 地基处理概述,12,5. 饱和粉细砂及部分粉土 饱和粉细砂及部分粉土在静荷载作用下具有较高的强度，但在机器振动、车辆荷载、波浪或地震力的反复作用下可能产生液化或大量震陷变形，地基会因液化而失去承载力。,4.1 地基处理概述,13,6. 泥炭土 泥炭土是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，有机质含量大于60%，其含水量极高，压缩性很大且不均匀，一般不宜作天然地基，需进行处理。,4.1 地基处理概述,14,7. 多年冻土 多年冻土是指温度连续3年或3年以上保持在摄氏零度或零度以下，并含有冰的土层。多年冻土的强度和变

6、形有许多特殊性，如冻土中有冰和未冻水，在长期荷载作用下有强烈的流变性。,4.1 地基处理概述,15,8. 膨胀土 膨胀土是指黏粒成分主要由亲水性黏土矿物（如蒙脱石）组成的黏性土，在环境（如温度和湿度）变化时可产生强烈的膨胀变形。 膨胀土在我国分布范围很广，如广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、内蒙古、贵州和广东等地均有不同范围的分布。,4.1 地基处理概述,16,9. 盐渍土 将易溶盐含量超过03%的土称为盐渍土。盐渍土的特点是： （1）遇水溶解后，物理力学性质均发生变化，强度降低； （2）地基浸水后因盐溶解而产生地基溶陷； （3）某些盐渍土（如含Na2SO4）在温度和

7、湿度变化时会发生体积膨胀。 我国盐渍土主要分布在西北干旱的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古等地势低平的盆地和平原地区。,4.1 地基处理概述,17,10. 岩溶 炭溶是石灰岩、白云岩、泥灰岩、大理岩、盐岩、石膏等可溶性岩层受水的化学作用和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙以及由于溶洞的顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。 土洞是岩溶地区上覆土层被地下水冲蚀或被地下水潜蚀所形成的洞穴。 土洞和岩溶对结构物影响很大，可能造成地面变形、地基塌陷，发生水的渗漏和涌水现象。,4.1 地基处理概述,18,11. 山区地基 山区地质条件比较复杂，主要表现为地基的不均匀和场地的稳定性两个方面。基岩面起

8、伏较大，时有滑坡、崩塌和泥石流等自然灾害发生。,4.1 地基处理概述,19,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。这些方法主要包括提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降；改善其渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性，防止液化，减轻振动；消除或减少特殊土的不良工程特性（如黄土的湿陷性，膨胀土的膨胀性等）。,4.1.3 地基处理方法分类,表4.1 地基处理方法的分类,4.1 地基处理概述,20,4.2 换填垫层法,4.2 换填垫层法,2

9、1,换填垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并加以夯压或振密的一种地基处理方法。 根据回填材料不同，垫层可分为：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、粉煤灰垫层和干渣垫层等。,4.2.1 概述,4.2 换填垫层法,22,换填垫层法的作用表现在以下几个方面。 1. 提高浅基础下地基的承载力。 2. 减少沉降量 3. 加速软弱土层的排水固结,4.2 换填垫层法,23,换填垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层地基处理。处理深度一般控制在3m以内，但不宜小于0.5m。因为垫层太厚，施工土方量

10、和坑壁放坡占地面积均较大，使处理费用增高、工期拖长；而垫层太薄，处理效果又不显著。,4.2.2 适用范围,4.2 换填垫层法,24,换填垫层的施工可按换填材料(如砂石垫层、素土势层、灰土垫层、粉煤灰垫层和矿渣垫层等)分类，或按压(夯、振)实方法分类。 目前国内常用的垫层施工方法，主要有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。,4.2.3 施工要点,4.2 换填垫层法,25,机械碾压法是采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、振动碾等来压实地基土的一种压实方法。 机械碾压法常用于大面积填土的压实、杂填土地基处理、道路工程基坑面积较大的换填垫层的分层压实。施工时，先按设计挖掉要处理的软弱土层，把基础底部土

11、碾压密实后，再分层填土，逐层压密填土。,机械碾压法,4.2 换填垫层法,26,重锤夯实法是利用起重设备将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土层，重复夯打，使浅部地基土或分层填土夯实。 主要设备为起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。重锤夯实法般适用地下水位距地表0.8m以上非饱和的粘性土、砂土、杂填土和分层填土，用以提高其强度，减少其压缩性和不均匀性，也可用于消除或减少湿陷性黄土的表层湿陷性，但在有效夯实深度内存在软弱土时，或当夯击振动对邻近建筑物或设备有影响时，不得采用。,重锤夯实法,4.2 换填垫层法,27,振动压实法是利用振动压实机将松散土振动密实。地基土的颗

12、粒受振动而发生相对运动，移动至稳固位置，减小土的孔隙而压实。此法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以及矿渣、碎石、砾砂、砾石、砂砾石等地基。 粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾和羊足碾，中小型工程也可采用蛙式打夯机、柴油夯；砂石等宜采用振动碾；粉煤灰宜用平碾、振动碾、平板式振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平碾、振动碾、平板式振动器。,振动压实法,4.2 换填垫层法,28,1. 材料要求 在垫层的施工中，填料质量的好坏、是直接影响垫层施工质量的关键因素。对于砂、石料和矿渣等垫层主要检验其粒径级配以及含泥量，对于土、石灰填料主要检查其含水量是否接近最优含水量，石灰的质量等级以及活性Ca

13、O十MgO的含量、存放时间等。各种填料的一般质量要求见下表。,4.2 换填垫层法,29,2. 施工参数、机具及方法选择 砂和砂石垫层采用的施工机具和方法对垫层的施工质量至关重要。下卧层是高灵敏度的软土时，在铺设第一层时要注意不能采用振动能量大的机具扰动下卧层，除此之外，一般情况下，砂及砂石垫层首先用振动法。因为，振动法更能有效地使砂和砂石密实。我国目前常采用的方法有振动压实法(包括平振和插振)、夯实法、碾压法等。常采用的机具有：振捣器、振动压实机、平板振动器、蛙式打夯机、压路机等。,4.2 换填垫层法,30,3. 施工要点 (1)砂垫层施工中的关键是将砂加密到设计要求的密实度。加密的方法常用的

14、有振动法(包括平振、插振、夯实)、碾压法等。 (2)砂及砂石料可根据施工方法的不同控制最优含水量。 (3)铺筑前，应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土。 (4)开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动软弱土层的表面，否则坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度就会显著降低，以致在建筑物荷重的作用下，将产生很大的附加沉降。,4.2 换填垫层法,31,(5)砂、砂石垫层底面应铺设在同一标高上，如深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步（阶梯）或斜坡搭接，搭接处应注意捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。 (6)人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再行铺填捣实。采用细砂作为垫层的填料时，应注意地下水的影

15、响，且不宜使用平振法、插振法。 (7)地下水位高出基础底面时，应采用排水降水措施，这时要注意边坡的稳定，以防止塌土混入砂石垫层中影响垫层的质量。,4.2 换填垫层法,32,4. 常见质量问题和处理措施 （1）机械开挖基坑时，出现超挖现象，使垫层的下卧土层发生扰动，降低了基底软土的强度。 预防的办法是：机械开挖基坑时，预留3050cm的土层由人工清理。 处理的办法是：如实际中出现了超挖的现象或基坑底的土受到扰动，如标高允许的话，适当调整垫层的标高，由人工清理掉基坑底的扰动软土，再进行垫层施工。,4.2 换填垫层法,33,（2）进厂材料不符合质量要求。 常见的材质方面的问题有：进厂的砂石材料级配不

16、合理，含泥量过大；石灰、粉煤灰不符合质量等级要求，含水量过大或过小，有机质含量过高，石灰的存放时间过长等；灰土拌合不均匀；土料含水量过大或过小，土料没过筛就使用，土料含有机质、杂质过多。如此种种。 预防和处理办法，要针对不同的质量不合格原因，采取相应的措施。总起来说，就是要严把材料近料关，定期对材料进行抽样检查，甚至对每批进厂材料均要抽样检查，严禁不合格的填料用于垫层工程中。,4.2 换填垫层法,34,（3）分层填筑密实度不均匀或密度值太小。 产生的原因主要是，由于施工时分层厚度太大，导致分层铺筑密实度达不到设计要求，或者由于填土的含水量远大于或小于其最优含水量以及压实遍数不够均会导致垫层密实度达不到设计要求。 预防和处理的办法为：改进施工方法，采用恰当的分层厚度、压实遍数，严格控制施工时填料的含水量接近其最优含水量。对于砂石垫层、干渣垫层，一般要保持洒水饱和时进行施工。对素土、灰土和粉煤灰垫层，含水量要在 范围内施工才能达到设计密实度。,4.2 换填垫层法,35,垫层质量检验包括：分层施工质量检查和工程质量验收。 1. 分层施工质量检验 分层施工的质量和质量标准应使垫层达