土木工程地基处理

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1、土木工程中的地基处理土木工程中的地基处理 第一节 概 述 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

2、胀 性等） 。 近几十年来，大量的土木工程实践推动了软弱土地基处理技术的迅速发展，地基处理的方法 多样化，地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程领域中一个 较有生命力的分枝。根据地基处理方法的基本原理，基本上可以分为如表 6-1 所示的几类。 地基处理方法的分类地基处理方法的分类 表表 6-16-1 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 但必须指出，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。地基处理的主要方法、适用范 围及加固原理，参见表 6-2。 地基处理

3、的主要方法、适用范围和加固原理地基处理的主要方法、适用范围和加固原理 表表 6-26-2 分类方法加固原理适用范围 分类方法加固原理适用范围 换土垫层法采用开挖后换好土回填的方法；对于厚度较小的淤泥 质土层，亦可采用抛石挤淤法。地基浅层性能良好的 垫层，与下卧层形成双层地基。垫层可有效地扩散基 底压力，提高地基承载力和减少沉降量。 各种浅层的软弱土地基 振冲置换法利用振冲器在高压水的作用下边振、边冲，在地基中 成孔，在孔内回填碎石料且振密成碎石桩。碎石桩柱 体与桩间土形成复合地基，提高承载力，减少沉降量 cu20kPa 的粘性土、松 散粉土和人工填土、湿 陷性黄土地基等 强夯置换法采用强夯时，

4、夯坑内回填块石、碎石挤淤置换的方法， 形成碎石墩柱体，以提高地基承载力和减少沉降量。 浅层软弱土层较薄的地 基 碎石桩法采用沉管法或其他技术，在软土中设置砂或碎石桩柱 体，置换后形成复合地基，可提高地基承载力，降低 地基沉降。同时，砂、石柱体在软粘土中形成排水通 道，加速固结 一般软土地基 石灰桩法在软弱土中成孔后，填入生石灰或其他混合料，形成 竖向石灰桩柱体，通过生石灰的吸水膨胀、放热以及 离子交换作用改善桩柱体周围土体的性质，形成石灰 桩复合地基，以提高地基承载力，减少沉降量 人工填土、软土地基 置 换 EPS 轻填法发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的 1/501/100，并具 有较高的强

5、度和低压缩性，用于填土料，可有效减少 作用于地基的荷载，且根据需要用于地基的浅层置换 软弱土地基上的填方工 程 加载预压法在预压荷载作用下，通过一定的预压时间，天然地基 被压缩、固结，地基土的强度提高，压缩性降低。在 达到设计要求后，卸去预压荷载，再建造上部结构， 以保证地基稳定和变形满足要求。当天然土层的渗透 性较低时，为了缩短渗透固结的时间，加速固结速率， 可在地基中设置竖向排水通道，如砂井、排水板等。 加载预压的荷载，一般有利用建筑物自身荷载、堆载 或真空预压等 软土、粉土、杂填土、 冲填土等 排 水 固 结 超载预压法基本原理同加载预压法，但预压荷载超过上部结构的 荷载。一般在保证地基

6、稳定的前提下，超载预压方法 的效果更好，特别是对降低地基次固结沉降十分有效 淤泥质粘性土和粉土 强夯法采用重量 100400kN 的夯锤，从高处自由落下，在强 烈的冲击力和振动力作用下，地基土密实，可以提高 承载力，减少沉降量 松散碎石土、砂土，低 饱和度粉土和粘性土， 湿陷性黄土、杂填土和 素填土地基 振冲密实法振冲器的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重 新排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲 力，回填碎石料使得砂层挤密，达到提高地基承载力， 降低沉降的目的 粘粒含量少于 10%的疏 松散砂土地基 振 密 挤 密 挤密碎（砂） 石桩法 施工方法与排水中的碎（砂）石桩相同，但是，沉

7、管 过程中的排土和振动作用，将桩柱体之间土体挤密， 并形成碎（砂）石桩柱体复合地基，达到提高地基承 载力和减小地基沉降的目的 松散砂土、杂填土、非 饱和粘性土地基、黄土 地基 分类方法加固原理适用范围 土、灰土桩 法 采用沉管等技术，在地基中成孔，回填土或灰土形成 竖向加固体，施工过程中排土和振动作用，挤密土体， 并形成复合地基，提高地基承载力，减小沉降量 地下水位以上的湿陷性 黄土、杂填土、素填土 地基 加筋土法在土体中加入起抗拉作用的筋材，例如土工合成材料、 金属材料等，通过筋土间作用，达到减小或抵抗土压 力；调整基底接触应力的目的。可用于支挡结构或浅 层地基处理 浅层软弱土地基处理、 挡

8、土墙结构 锚固法主要有土钉和土锚法，土钉加固作用依赖于土钉与其 周围土间的相互作用；土锚则依赖于锚杆另一端的锚 固作用，两者主要功能是减少或承受水平向作用力 边坡加固，土锚技术应 用中，必须有可以锚固 的土层、岩层或构筑物 加 筋 竖向加固体 复合地基法 在地基中设置小直径刚性桩、低等级混凝土桩等竖向 加固体，例如 CFG 桩、二灰混凝土桩等，形成复合地 基，提高地基承载力，减少沉降量 各类软弱土地基、尤其 是较深厚的软土地基 深层搅拌法利用深层搅拌机械，将固化剂（一般的无机固化剂为 水泥、石灰、粉煤灰等）在原位与软弱土搅拌成桩柱 体，可以形成桩柱体复合地基、格栅状或连续墙支挡 结构。作为复合

9、地基，可以提高地基承载力和减少变 形；作为支挡结构或防渗，可以用作基坑开挖时，重 力式支挡结构，或深基坑的止水帷幕。水泥系深层搅 拌法，一般有两大类方法，即喷浆搅拌法和喷粉搅拌 法 饱和软粘土地基，对于 有机质较高的泥炭质土 或泥炭、含水量很高的 淤泥和淤泥质土，适用 性宜通过试验确定 化 学 固 化 灌浆或注浆 法 有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压注浆等多 种工法，浆液的种类较多。 类软弱土地基，岩石地 基基加固，建筑物纠偏 等加固处理 上述表中的各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加 固效果，并也存在着局限性。地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基

10、的要求也是不尽相 同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在显著差别，没有哪一种方法是万能的。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。 第二节 软土地基 软土是指沿海的滨海相、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，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。主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥 炭、泥炭质土等。 一软土的成因及划分 软土按沉

11、积环境分类主要有下列几种类型： （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 0.32.0m 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

12、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。 （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 l0m。 （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

13、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。 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 三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算 在软土地基设计计算中，由于它的工程特性常需解决地基承载力、沉降和稳定性的计算问题, 故与一般地基土的计算有所区别，现分述如下。 (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：软土成层

14、条件、 应力历 史、力学特性及排水条件；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；基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；施工方法和程序；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。 1根据极限承载力理论公式确定 饱和软粘土上条形基础的极限承载力 pu(kPa)按普朗特尔雷斯诺(PrandtlReissner)极限荷载 公式(参见土力学教材)由0，确定为hq 2 （6-1）hCp uu2 14 . 5 式中：软土不排水抗剪强度，可用三轴仪、十字板剪切仪测定，也可取室内无侧限抗压强度 u C qu之半计算； 基底以上土的重度(kNm3)，地下水位以下为浮重度； 2

15、 基础埋置深度(m)。当受水流冲刷时，由一般冲刷线算起。h 据此，考虑矩形基础的形状修正系数及水平荷载作用时的影响系数，并考虑必要的安全系数， 公桥基规提出软土地基容许承载力(kPa)为 （6-2） hCk m up2 14 . 5 式中：m安全系数 1.52.5，软土灵敏度高且基础长宽比小者用高值； kp基础形状及倾斜荷载的修正系数，属半经验性质的系数，当矩形基础上作用有倾 斜荷载时 u p C Q bll b k 4 . 0 12 . 01 b基础宽度(m)； l垂直于 b 边的基础长度(m)，当有偏心荷载时， b 与 l 由 b与 l代替，, b ebb2 eb、el分别为荷载在 b 方

16、向、l 方向的偏心矩； L ell2 Q为荷载的水平分力(kN)。 2根据土的物理性质指标确定 软土大多是饱和的，天然含水量基本反映了土的孔隙比的大小，当饱和度 Sr=l 时， (G 为土颗粒比重)，e 为 1 时，相应天然含水量 w 约 36；e 为 1.5 时，相应 w 约G S G e r 55，所以一般情况，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 与软土的容许 承载力关系如表 6-3 所示。 0 软土的容许承载力软土的容许承载力 表表 6-3 0 天然含水量 w（%）36404550556575 (kPa) 0 100908070605040 在基础埋置深度为 h(m)的软土地基修正后的容许承载力可按下式计算： （6-3） 3 20