软弱地基处理

null第十一章 软弱地基处理第十一章 软弱地基处理第一节 概述 软土的分布：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。 软土的特点：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（a1-2>0.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。 软土的分类：主要包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。null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 流变性显著五大特性第二节 地基处理方法第二节 地基处理方法一、地基处理方法分类 1 换土垫层法 2 振密、挤密法 （1）层压实法（2）重锤夯实法（3）强夯法；（4）振冲挤密法（5）土桩与灰土桩法（6）砂桩；（7）爆破法 排水固结法 （1）堆载预压法（2）砂井法（3）真空预压 （4）降低地下水位法（5）电渗排水法 null4 置换法 （1）振冲置换法（碎石桩法）（2）石灰桩法 （3）强夯置换法（4）水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩法） 5 加筋法 （1）土工聚合物（2）加筋土（3）土层锚杆 （4）土钉；（5）树根桩法 6 胶结法 （1）注浆法（2）高压喷射注浆法（3）水泥土搅拌法 7 冷热处理法 （1）冻结法（2）烧结法 处理方法选用原则：选用地基处理方法应力求做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。 null 地基处理方法很多，没有一种方法是万能的。对每一具体工程均应进行具体细致分析，从地基条件、处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。 地基处理工程的特点 （1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥； （2） 每一项地基处理工程都有它的特殊性； （3） 地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。 null二、换土垫层法 定义： 将基础底面下一定深度范围内的软弱土层部分或全部挖除，换填其他无侵蚀性的低压缩性的散体材料，经分层夯实后，作为地基的持力层。 适用条件：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、暗塘等的浅层处理，且建筑物荷载不太大的地基。换填法的处理深度通常宜控制在3m以内较为经济合理 垫层材料：中（粗）砂、碎（卵）石、灰土、素土等11.1 换土垫层法null换土垫层法 作用 (1)提高地基承载力 (2)减少地基沉降量 (3)加速软弱土层的排水固结 (4)防止地基土冻胀 优点 可就地取材、施工简便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能减低造价。 11.1 换土垫层法null砂垫层null砂垫层的 砂垫层厚度的决定 根据垫层底部软弱土层的承载力来确定，即作用在砂垫层底面处土的自重应力与附加应力之和应不大于软弱土层的承载力设计值。 11.1 换土垫层法 一般下卧土层承载力特征值为60~80kPa，垫层厚度为0.5~1.0倍基础宽度，砂垫层的承载力特征值为：100~200kPa null砂垫层的设计 砂垫层宽度的决定 垫层宽度应根据垫层侧面土的承载力来确定 一般情况砂垫层顶面尺寸按此确定，以防止承受荷载后垫层向两侧软土挤动。 11.1 换土垫层法null砂垫层的施工 采用级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石、碎石，含泥量不宜大于3%。 控制最优含水量，分层铺筑，分层捣实，一般为15~20cm 。垫层底面宜铺筑在同一标高上。 捣实方法有振实、夯实和压实等方法。常见的有平振法、插振法、水撼法、夯实法、碾压法。 捣实垫层时，注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度。对结构性强的基底土，在垫层下一层宜先铺150~200mm厚松沙，只用木夯仔细夯实。每一层需经密实度检验合格后再继续施工。 细砂作为垫层材料，注意地下水的影响，不宜使用振捣法和水撼法。 11.1 换土垫层法null砂垫层的质量检测 环刀取样法 贯入测定法 11.1 换土垫层法null三、 排水固结法排水固结法： 它是采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结，以减少地基的沉降和不均匀沉降，提高承载力。 主要用于处理软弱粘性土地基。null 排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它可以解决以下两个方面问题： 1．沉降问题：使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生较大的沉降。 原理：在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。 null 2．稳定问题：加速地基土抗剪强度的增长，从 而提高地基的承载力和稳定性。 原理：饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。 null 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关，粘性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比，土层越厚，加固延续的时间越长。为加速土层的固结，最有效的方法是先增加土层的排水途径，缩短排水距离。然后分级加载预压(也可利用建筑物本身重)，使软土中孔隙加快排出水，地基土固结沉降加快完成，强度也得到相应提高，当土质条件较好时，也可在天然地基上直接加载预压。null四、 挤(振)密法挤密砂桩法夯（压）实法振冲法null1、挤密砂桩法 挤密砂（或砂石）桩法是用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔(孔径一段为300mm～600mm)，然后向孔中填入含泥量不大于5%的中、粗砂、粉、细砂料应同时掺入25%~35%碎石或卵石，再加以夯挤密实形成土中桩体从而加固地基的方法。 null 对于松散的砂土层，砂桩的加固机理有挤密作用、排水减压作用和砂土地基预振作用。 对于松软粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学性质。对于砂土与粘性土互层的地基及冲填土，砂桩也能起到一定的挤实加固作用。null（一）砂土加固范围的确定 砂桩加固的范围A(m2)必需稍大于基础的面积，一般应自基础向外加大不少于0.5m或0.1b(b为基础短边的宽度，以m计)。一般认为砂（石）桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边宽度不少于13排；用于防止砂土液化时，每边放宽不宜少于处理深度的1/2，且不小于5m；当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层时，每边放宽不应小于液化层厚度的1/2，并不应小于3m。null A1的大小除与加固范围A有关外，主要与土层加固后所需达到的地基容许承载力相对应的孔隙比有关。下图表示砂桩加固后的地基。假设砂桩加固前地基土的孔隙比为e0，砂土加固范围为A，加固后土孔隙比为e1。从加固前后的地基中取相同大小的土样可见，加固前后原地基土颗粒所占体积不变，由此可得所需砂桩的面积A1（m2）：(二)所需砂桩的面积A1 null(三)砂桩根数 确定A1后，可根据施工设备的能力，地基的类型和地基处理的加固要求，确定砂桩的直径d(m)，目前国内实际采用的直径一般为0.30.6m，由此求出砂桩根数n，则砂桩根数约为：null(四) 砂桩的布置及其间距 为了使挤密作用比较均匀，砂桩的可按正方形、梅花形布置或等边三角形，也可以为其他形式，如放射形等。 梅花形：正方形：null(五) 砂桩长度 如软弱土层不很厚，砂桩一般应穿透软土层，如软弱土层很厚，砂桩长度可按桩底承载力和沉降量的要求，根据地基的稳定性和变形验算确定。null（六）砂桩的灌砂量 为保证砂桩加固后地基达到设计要求的的质量，每根桩应灌入足够的砂量Q(kN)，以保证加固后土的密实度达到设计要求。则每根砂桩的灌砂量为： 由上式计算所得灌砂量是理论计算值，应考虑各种可能损耗，备砂量应大于此值。 null2、夯（压）实法 夯（压）实法对砂土地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固杂填土和黄土等。按采用夯实手段的不同可对浅层或深层土起加固作用，浅层处理的换土垫层法（第二节）需要分层压实填土，常用的压实方法是碾压法、夯实法和振动压实法。还有浅层处理的重锤夯实法和深层处理的强夯法(也称动力固结法）。null(一)重锤夯实法 重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提到一定高度(3-4m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍湿的粘性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基加固方法。重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为15-30kN，锤底直径0.7m-1.5m，锤底面自重静压力约为15-25kPa，落距一般采用2.5-4.0m。 null (二)强夯法 强夯法亦称为动力固结法，是一种将较大的重锤(一般约为80-400kN，最重达2000kN)从6-20m高处(最高达40m)自由落下，对较厚的软土层进行强力夯实的地基处理方法。特点：夯击能量大，因此影响深度也大。并具有工艺简单，施工速度快、费用低、适用范围广、效果好等优点。null1.强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉 土和粘 土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土) 强夯处理效果较差，但若结合夯坑内回填块石、碎石或其他粗粒料，强行夯入 形成复合地基（称为强夯置换或动力挤淤），处理效果较好。2.加固机理：动力挤密、动力固结、动力置换。null 3.强夯法的设计 (1)有效加固深度： 强夯的有效加固深度影响因素很多，有锤重、锤底面积和落距，还有地基土性质，土层分布，地下水位以及其他有关设计参数等。我国常采用的是根据国外经验方式进行修正后的估算公式：式中：W-夯锤重量； h-落距。 null 指单位面积上所施加的总夯击能，它的大小应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。对于粗粒土可取1000-5000)KN·m／m2；对细粒土可取1500-6000kN·m／m2。夯锤底面积对砂类土一般为(3-4)m2，对粘性土不宜小于6m2。夯锤底面静压力值可取24-40kPa，强夯置换锤底静压力值可40-200 kPa。实践，圆形夯锤底并设置可取250-300mm的纵向贯通孔的夯锤，地基处理的效果较好。（2）强夯的单位夯击能： null（3）夯击次数与遍数： 夯击次数应根据现场试夯的夯击次数和夯沉量关系曲线以及最后两击夯沉量之差并结合现场具体情况来确定。施工的合理夯击次数，应取单击夯沉量开始趋于稳定时的累计夯击次数，且这一稳定的单击夯沉量即可用作施工时收锤的控制夯沉量。但必须同时满足：①最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击 能量较大时，应不大于100mm，当单击夯击能大于 6000kN·m时不大于200mm； null②夯坑周围地基不应发生过大的隆起； ③不因夯坑过深而发生起锤困难。各试夯点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为5-15击。夯击遍数一般为2-3遍，最后再以低能量满夯一遍。（4）间歇时间： 对于多遍夯击，两遍夯击之间应有一定的时间间隔，主要取决于加固土层孔隙水压力的消散时间。对于渗透性较差的粘性土地基的间隔时间，应不小于3-4周，渗透性较好的地基可连续夯击。 null（5）夯点布置及间距： 夯点的布置一般为正方形、等边三角形或等腰三角形，处理范围应大于基础范围，宜超出1/2-2/3的处理深度，且不宜小于3m。夯间距应根据地基土的性质和要求处理的深度来确定。一般第一遍夯击点间距可取5-9m，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可与第一遍相同，也可适减小。null3、振冲法 振冲法主要的施工机具是振冲器、吊机和水泵。振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2m-0.45m，长2-5m，重约20-50kN，筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。 振冲器有两个功能，一是产生水平向振动力(40～90kN)作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。 null 振冲器构造示意图 振冲施工过程null 施工方法：振冲器由吊车或卷扬机就位后，打开下喷水口，启动振冲器，在振动力和水冲作用下，在土层中形成孔洞，直至设计标高。然后经过清孔，用循环水带出孔中稠泥浆后，向桩孔逐段添加填料(粗砂、砾砂、碎石、卵石等)，填料粒径不宜大于80mm，碎石常用20mm-50mm，每段填料均在振冲器振动作用下振挤密实，达到要求密实度后就可以上提，重复上述操作直至地面，从而在地基中形成一根具有相当直径的密实桩体，同时孔周围一定范围的土也被挤密。孔内填料的密实度可以从振动所耗的电量来反映，通过观察电流变化来控制。 不加填料的振冲法密实法仅适用于处理粘粒含量不大于10%的粗砂、中砂地基。null 适用性：振冲法处理地基最有效的土层为砂类土和粉土，其次为粘粒含量较小的粘性土，对于粘粒含量大于30%的粘性土，则挤密效果明显降低，主要产生置换作用。null五、高压喷射注浆法 高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。11.7 高压喷射法null 按注浆喷射形式的不同， 加固体的形状不同。喷射形 式主要有： 1.旋转喷射注浆； 2.定向喷射注浆； 3.摇摆喷射注浆。 null 高压喷射注浆法在工程上 的应用主要有两方面： 1.加固地基，提高建筑物地基的承载力，改善地基的变形性质，既可应用于拟建建筑物的地基处理，又可应用于已建建筑物的事故处理。 2.地基或土体的防渗处理，形成防渗帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。null六、深层搅拌法 深层搅拌法（Deep Mixing Method──DMM）是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。11.8 深层搅拌法null(a)定位 (b)喷浆(粉)搅拌下沉 (c)搅拌上升 (d)重复喷浆(粉)搅拌下沉 (e)重复搅拌上升(完毕)(a)(b)(c)(d)(e)null分类：深层搅拌法按固化主剂的不同可分为水泥系深层搅拌法和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有： 1.水泥掺入比 2.龄期 3.地基土的含水量 4.水泥标号 5.添加剂 6．土中的有机质含量 null 土工合成材料是合成纤维制品的总称，它是岩土工程领域中的一种新兴的建筑材料，亦称土工聚合物。60~70年代，有纺土工织物开始在我国应用于河道、涵闸及防护路基翻浆等工程，80年代初，无纺织物开始在铁路工程上试用，80年代中期，土工合成材料才在我国的水利、铁路、公路、军工、建筑、电力等领域逐渐推广。 11.9 土工合成材料加筋法null土工合成材料的作用排水作用 反滤作用 隔离作用 加固和补强作用