第九章 特殊土地基的工程处理对策工程活动的不断扩展 地理位置、气候条件、地壳表层岩土体结构以及地基土的工程特性差异变化等岩土工程环境条件日趋复杂特殊土地基 -- 软土的高压缩性、杂填土的不均匀性、山区可溶性岩土的水溶水解性、黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性、冻土的冻胀变形9.1 软粘土地基9.1.1 软粘土的基本特性软粘土 -- 在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成，含有机质，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的饱和粘性土e＞1.5 -- 淤泥；1.5 ＞e＞ 1.0 -- 淤泥质土特性：(1) 天然孔隙比大在1～2之间变化，个别地方达5.8；(2) 压缩系数大通常在0.05～0.20间变化，个别可大至0.42；(3) 抗剪强度很底粘聚力不大--与排水条件有关，内摩擦角与加荷速度及排水条件密切相关4) 渗透系数很小，一般小于10～6 加荷后初始孔隙水压力上升； (5) 触变性 -- 土在扰动后强度显著减弱，但静置后又能恢复，并随静置时间而增长触变性常用灵敏度表示在含水量不变的条件下，扰动前、后无侧限抗压强度之比”通常>4为敏感粘性土、>8为特别敏感粘性土，>16称为流动粘性土。
某些地质成因特殊的粘性土，可达500以上6) 流变性 -- 土在持续荷载的长期作用过程中的变形现象 流变性包括四个特性：(a)蠕变 -- 在恒定的荷载作用下变形随时间发展；(b)流动（粘滞性）-- 变形速率是应力的函数； (c)应力松弛 -- 在变形恒定的情况下，应力随时间减少；(d)长期强度 -- 土体强度随受荷历时的增长而改变7)变形规律(a)沉降大而不均匀；(b)沉降速度大在加荷终止时沉降速度最大，随着时间的发展，沉降速度逐渐衰减c)沉降稳定历时较长 ：土的渗透性小，受荷后孔隙水不易排出，超孔隙水压力消散与土体中有效应力增加，历时较长；软土的流变特性也决定了沉降稳定历时长的变形特性9.1.2 软粘土地基的工程处理原则(1) 当软粘土地基不能满足建筑物沉降及稳定的要求，且采用桩基、沉井等深基础的技术经济上又不可取时，进行加固处理加固方法很多 -- 排水固结法(包括堆载预压法、砂井法、真空预压法，电渗排水法)，砂桩法、石灰桩法、换土垫层法、深层搅拌法等等2) 强夯法用于软粘土地基，国内外尚有争议，有成功经验也有失败教训，应慎重 (3) 振冲置换法在软粘土地基中的应用有不同看法。
我国沿海地区的试验证明，经振冲置换法处理后地基承载力和变形模量均大有改善，然而施工时仍宜妥善谨慎对待 软粘土地基上的各种地基处理方法很多应该引起注意的是：各种方法都有适用范围和局限性必须根据地基条件、建筑物的重要性及对地基要求、材料来源、施工机具和工期、加固费用等技术经济 因素进行综合考虑 — 切实做到因地制宜，防止生搬硬套9.1.3 软粘土地基工程处理的基本方法软土地基的工程处理，应根据上部结构情况和技术经济分析，选用下列基本方法：(1)不挖土，短桩加固短桩的断面一般为20×20cm，长度7左右,每根桩可承受50～70 的荷载，以暗浜下有砂性土时效果较为显著当无试验资料时，桩基设计可 假定桩台底面下的土与桩起共同支承作用，一般按桩承受荷载的70％计算，但地基土承受的荷载不宜超过30 (2)挖除填土，基础落深（软粘土不深），或用毛石混凝土等加厚垫层3)基础梁跨越 -- 在软粘土分布宽度不大时为宜4)挖除填土，用砂等性能较稳定、无侵蚀的散体材料作垫层5)对于一般低层民用建筑物，可适当降低地基土容许承载力9.1.4 软土地基大面积地面堆载问题大面积地面堆载引起地面和邻近浅基础的不均匀沉降是软粘土地区工业仓库和厂房的一个普遍而重要的问题。
现代工业建(构)筑物 -- 在建筑范围内往往有较大面积的地面堆载 堆载的范围和数量时常变化，且很不均匀（主要为活荷载）堆载 建筑物地基大量的附加沉降和不均匀沉降，造成建筑物损坏因此，在软粘土地区大面积地面堆载的建筑物地基处理，已成为当前软土地区工业建筑中需要解决的问题 (1) 地面堆载作用下的地基沉降特点：(a)建筑物中部沉降多，四周沉降少，地面大量凹陷呈碟状b)沉降量、不均匀沉降都很大 产生内倾现象由地面荷载所产生的基础沉降量，可数倍于建筑物自重所产生的基础沉降量c)基础沉降变形历时较长2)工程处理的技术对策(a) 如需要大面积回填土方时，应在建(构)物施工之前进行填土 --预压地基，减少地面的沉降与基础的沉降和倾斜b) 有条件时，应尽量选择预压过的场地 -- 即使预压荷载不大，虽然强度增加不多，但大面积地面荷载如不超过预压荷载 地基变形很少，压缩性能改善较为显著c) 当地面大面积堆载不大，对软粘土地基进行浅层处理能获得较好的结果时，应优先考虑选用浅层处理 -- 施工简便、经济软粘土地区 -- 地表1～3m厚的硬土层，其强度和变形模量都较其下卧软粘土层高。
可首先考虑利用这硬土层作为天然地基持力层如地表硬土层较薄或者没有 -- 碾压、砂井法、真空预压、砂桩、石灰桩和降低地下水位等方法，设置复合硬壳层 复合地基扩散压力作用d) 当地面荷载较大，上述天然浅基或浅层处理不能满足建(构)筑物的沉降及稳定要求时 -- 深层处理深层处理的方法很多，新工艺、新技术不断涌现各种排水固结法砂桩、强夯法、高压喷射法、振冲法、以及加筋法(包括土工聚合物和加筋土) e)选择地基处理方案，除应考虑前述的几种情况外，还应考虑建(构)筑物上部结构的特点上部结构和地基是共同工作又相互影响的在有些情况下，适当加强上部结构的整体刚度或采取其他措施，比单独进行地基处理效果为好有时，则需两者兼施总之，选择地基处理方案时，应对上部结构和地基作上面的考虑，必要时可结合工程做试验，以得出可靠和合理的地基处理方案 9.2 杂填土地基9.2.1 分类及主要性质杂填土 -- 人类的生产和生活活动而形成的地面填土层1) 按填筑物特征分类生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾2)按成因分类(a)填高地表回填过程中通常未经人工压实，填土范围和厚度也没有规律，一般视地形而异b)填塞河浜 -- “暗浜”。
一般很少清除底部水草和淤泥，填料中含有机质，底部淤泥土质十分软弱c)房屋倒塌堆积战争、自然灾害、房屋拆迁等形成的填土--建筑垃圾年代较久，较为密实，但需查清填土层内是否存在旧墙基、下水道、阴沟、废井、粪池等隐蔽物d)墓穴和暗井，会含有棺木、人骨……等，成分杂乱，土质松软3)主要性质（a）承载能力不高，压缩性较大，且不均匀①填料物质不一，颗粒尺寸悬殊，颗粒间空隙大小不一；②回填前地貌高低起伏，形成填土厚薄不一；③回填时间先后不一；④取样不易、勘察工程困难，通常无法提出地基承载力值b）当杂填土加到某级荷载时浸水，变形剧增，有湿陷性c）建筑年代 -- 评定杂填土的一个重要指标填土层的密实度随年代而增加，但随外界因素，如：雨水、填土顶上的随机荷载等而有较大的变化通常，砂性杂填土的填筑年代在5年以上，粘性杂填土则需要更多时间，才能粗略地认为填土层自身压密已趋于稳定4)地基使用条件建筑垃圾、性能稳定的工业垃圾（废料）-- 当均匀性和密实度较好，加强基础及上部结构刚度后 一般建筑物的天然地基持力层容许承载力 -- 荷载实验和触探实验；参考当地建筑经验地区依据的规规范或 资资料名称杂杂填土分类类物理力学性质质容许许承载载力 （kPa）北京市《北京市平原地区建筑 地基设计规设计规 定》（1971 年试试行稿）变质变质 炉灰（堆积积 年代较较久，经变经变 质质作用而微具粘性 ）Sr=60％ Es=147～1078kPa Sr=75％ Es=147～1078kPa Sr=90％ Es=147～1078kPa68.8～142.1 58.8～132.3 49～122.5碎石块块填土（含碎 砖砖瓦 片杂质杂质 20～40％ ）①松，很湿，稍密 ②湿～很湿 ③软软塑，中密，湿①需经经人工处处理 ②78.4 ③98福州 地区《福州地区第四纪纪土 分类类表》（1965年）瓦砾砾填土回填时间时间 超过过10年， 湿～饱饱和68.6～117.6江苏苏省江苏苏省建筑设计设计 院房渣土e0=0.82～1.2358.8～78.4武汉汉市武汉汉市城市规规划设计设计 院 《地基基础设计础设计 技术术 措施20条》（1965年）砖砖渣土回填时间时间 超过过10年以上， 且土质较质较 均匀，砖砖渣含量 超过过50％98～117.6大连连市大连连市建筑设计设计 院等 《炉渣填土地基的实验实验 研究》（1967年）新炉渣填土 老炉渣填土rd=8.33kN/m3 e0=1.71 rd=9.31kN/m3 e0=1.4249 98重庆庆市矿矿渣堆积时间积时间 超过过5年，有 机质质含量小于5％49～989.2.2 杂填土地基加固处理的技术方法均应进行人工处理-- 有机质含量较多的生活垃圾；对基础有侵蚀性的工业垃圾为主的杂填土；其它不能满足承载力和变形要求的杂填土；杂填土不厚 -- 挖除后，基础落深或加厚(换土)垫层。
杂填土区宽度不大 -- 基础梁跨越其它常用的地基处理方法：(1)机械振动压实法振动对无粘性的松散土有增密作用以建筑垃圾或工业垃圾为主的杂填土施振 -- 土粒所产生惯性力大于颗粒间的摩擦力时，颗粒间发生相对运动，破坏了原来的松散平衡状态，会达到更紧密的平衡状态常用的机具设备主要有：(a)加底板的振动沉桩机；(b)自行式Ⅱ型振动压密机工程适用范围及处理效果：(a)适用于处理地下水位0.6以上的无粘性土或粘粒含量少,且渗透性较好的松散杂填土地基b)振动压实效果与填土成分、振动遍数及时间等因素有关加底板的振动沉桩机 -- 以建筑垃圾为主的粗颗粒杂填土约需1分钟即可振密；以含炉灰等细颗粒杂填土则需3～5分钟自行式lI型振动压密机约需振动10遍以上c)振动对邻近建筑的影响，一般情况下振源距建筑物应不小于3m2) 短桩挤密复合地基短桩挤密其周围的松填土适用于松散的建筑垃圾杂填土桩和挤密后的土共同组成复合地基，提高地基承载能力并减小地基变形a)灰土挤密桩、石灰和粉煤灰挤密桩(二灰桩)复合地基：适用于地下水位以上的杂填土和素填土 -- 提高地基承载力、降低压缩性、消除黄土湿陷性石灰和土或石灰和粉煤灰按比例配合-- 桩管成孔，分层夯实形成挤密桩。
粉煤灰和土中的 及 和生石灰中的 活性作用，产生水化硅铝酸钙（ · ），随龄期增加，硬化速度显著增长力学性能：①挤密区：在沉管成孔和桩体夯实的二次加密过程中，桩周土形成紧贴桩体的密实土和一定的挤密区；②抗压强度：经回填夯实，桩体受挤密土挤压力影响，比室内试块容许抗压强度提高20％左右； ③ 传递深度 -- 有效桩长：应力传递至深度h= (1～2)d（d为桩直径）时，荷载的60％由桩承担随深度增加，桩体承担的荷载逐渐减小灰土桩传递深度 的范围为（6～10）d，二灰桩为（10～14）d此范围内荷载比较均匀传递于桩周土层中④ 距桩顶深（1～2）范围内，压缩变形显著，竖向变形占总变形的80％左右，由上而下逐渐变小桩体破坏时产生竖向压缩变形，同时还产生水平拉张变形有关的计算： ①灰土或二灰挤密桩复合地基容许承载力 ； ②灰土桩或二灰桩面积 ； ③桩面积 内的桩数； ④桩距 ； ⑤ 复合地基的设计原则：桩孔平面按三角形顶点为桩心位置，一般不小于二排。
处理宽度每边超出基础边缘为：条形、矩形基础 C≥500mm； 满堂基础应 C≥750mm 桩间距视土质不同而异，一般选用（2～3）d；桩直径d选。