基礎工程-趙明華-第八章第一頁，共68頁。

內容提要

常用地基處理方法分類復合地基承載力與變形計算地基處理技術簡介——換土墊層法、重錘夯實法、土工合成物法、強夯法、砂石樁法、CFG樁法、高壓噴射注漿樁法、深層攪拌樁法、排水固結法、灌漿法

托換技術簡介第二頁，共68頁。8.1概述

概念也稱地基加固，是人為改善土的工程性質或地基組成，使之適應工程需要而采取的措施，處理后稱人工地基。

目的提高土的抗剪強度，使地基保持穩定;

降低土的壓縮性或改善地基組成;

改善土的滲透性;

改善土的動力性能，防止地基產生震陷變形;

改善特殊土地基安定性，消除或減少濕陷變形。第三頁，共68頁。8.1.2常用地基處理方法分類

置換法:包括開挖置換法和振沖置換法拌入法:高壓噴射注漿、深層噴漿攪拌、深層噴粉攪拌排水固結法振密和擠密法:重錘夯實、強夯、振沖擠密及砂樁、土樁或灰土樁擠密法等灌漿法加筋法托換技術第四頁，共68頁。8.2.1復合地基的概念與分類復合地基—指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換，或設置加筋材料，加固區由基體(天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。第五頁，共68頁。8.2.2復合地基作用機理與破壞模式

作用機理樁體作用排水固結擠密作用加筋作用

破壞模式刺入破壞

鼓脹破壞

整體剪切破壞

滑動破壞

第六頁，共68頁。8.2.3復合地基的有關設計參數

面積置換率m定義：樁體截面積Ap與其承擔的復合地基面積A之比

矩形布樁：梅花形布樁：其中：d—樁體直徑；l—樁間距。第七頁，共68頁。

樁土應力比n定義：樁體豎向應力sp與樁間土豎向平均應力ss之比

8.2.3復合地基的有關設計參數

復合模量Eps定義：將加固區視為一均質復合土體，則與原復合地基等價的均質復合土體模量稱為復合模量。第八頁，共68頁。8.2.4復合地基承載力fspk確定

復合求和法

穩定分析法第九頁，共68頁。復合求和法對散體材料樁復合地基

式中：fspk、fpk、fsk—分別為復合地基、樁體和樁間土承載力特征值。8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十頁，共68頁。

復合求和法

對柔性樁復合地基

式中：b—樁間土承載力折減系數，對摩擦型樁取

0.5～1.0，對摩擦支承型樁取0.1～0.4。8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十一頁，共68頁。

復合求和法對剛性樁復合地基式中：N——基礎下樁數；

——單樁承載力特征值；

A——基礎面積；

As——樁間土面積；

b

——樁間土承載力折減系數，取0.8～1.0。8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十二頁，共68頁。

穩定分析法穩定分析方法很多，常采用圓弧分析法。假設圓弧滑動面經過加固區和未加固區，取不同滑動面進行計算，找出最小安全系數，即可根據要求的安全系數計算地基承載力。地基土強度應分區計算：未加固區采用天然地基土的強度指標，加固區土體強度指標可分別采用樁體和樁間土的強度指標，也可采用復合土體綜合強度指標。8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十三頁，共68頁。

穩定分析法

按分別強度指標計算

式中：—

分別為復合地基、樁體和樁間土抗剪強度。8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十四頁，共68頁。

穩定分析法按綜合強度指標計算

復合土體粘聚力cc和內摩擦jc可按以下兩公式計算：式中：ω——

樁體與樁間土相對的應力分布，

8.2.4復合地基承載力fspk確定

第十五頁，共68頁。8.2.4復合地基變形s計算

——復合地基的沉降;

——復合地基加固區的壓縮量;

——地基壓縮層厚度內加固區下臥層的壓縮量。第十六頁，共68頁。8.2.4復合地基變形計算總沉降量：復合地基加固區變形量和加固區下臥層變形量。加固區下臥層的變形計算一般采用分層總和法。加固區的變形計算可采用復合法模量。采用分層總和法計算加固區變形量s：

式中：s——加固區土層變形量；

——第i層復合土體上附加應力增量；——第i層復合地基的壓縮模量；Hi——第i

層復合土體的厚度；n——復合土體分層總數。第十七頁，共68頁。8.3.1換土墊層法定義——當軟弱地基土層承載力和變形不能滿足要求，且層厚不很大時，可將基底下一定范圍內的軟弱土部分或全部挖去后分層換填并壓實強度大、性能穩定、無侵蝕性的材料。分類：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層等。適用土層淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的不良地基的淺層處理。第十八頁，共68頁。8.3.1換土墊層法

墊層的主要作用提高地基承載力；減少地基沉降量；加速排水固結；消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的凍脹作用；改善土的抗液化性能。第十九頁，共68頁。8.3.1換土墊層法

墊層設計

墊層厚度z：根據墊層底面自重壓力與附加壓力之和小于或等于該處下臥土層的承載力要求確定，即矩形基礎：條形基礎：0.5≤z≤3m第二十頁，共68頁。8.3.1換土墊層法

墊層底面尺寸b'

墊層底面寬度及長度b′和l′需滿足應力擴散要求：

墊層設計第二十一頁，共68頁。8.3.2重錘夯實法

方法和原理方法：用起重機將夯錘提升到一定高度，然后自由下落產生沖擊能擠密地基，經不斷重復夯擊，使地基得以加固，滿足強度和變形要求。原理：經重錘夯擊后，地基表面形成一層比較密實的土層（硬殼），使地基表層強度得以提高。

適用土類一般適用于地下水距地表0.8m以上稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填和分層填土，但在有效夯實深度內存在軟粘土層時不宜采用。第二十二頁，共68頁。8.3.3土工合成物法

土工聚合物又稱土工織物，是土工用合成纖維材料的總稱。具有強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕、濾水、不霉爛、不縮水、不怕蟲蛀等性能。其造價低廉、施工簡便、整體性好，能明顯改善和增強巖土工程性質，其作用：

反濾作用；排水作用；隔離作用；加固和補強作用；其它作用如隔水、防護、保濕防凍、減小應力集中等。第二十三頁，共68頁。8.4.1強夯法

定義：法國人Menard首創的地基加固法，亦稱動力固結法：將80~400kN重錘起吊到一定高度(8~30m)后自由下落，強力夯實地基，以提高其強度、降低壓縮性。加固機理：與重錘夯實法不同，其利用重錘下落產生的強大夯擊能量，在土中形成沖擊波和沖擊應力，除擠密土粒外，還產生較大孔隙水壓力，甚至導致土體暫時液化。同時，巨大沖擊能使夯點周圍產生裂縫，形成良好的排水通道，加速孔隙水壓力消散，使土體進一步加密。

適用性：可用于加固各種填土、濕陷性黃土、碎石、低飽和度的粘性土與粉土。第二十四頁，共68頁。8.4.2砂石樁法定義用振動、沖擊及水沖等方法在軟弱地基中成孔后，將碎石或砂擠壓入已成孔中，形成大直徑密實樁體。碎石樁和砂樁總稱為碎(砂)石樁，又稱粗顆粒土樁或粒料樁。振動成樁法沖擊成樁法適用條件對砂土、填土加固效果較好對飽和軟粘土，有爭議施工方法第二十五頁，共68頁。8.4.2砂石樁法碎石樁法分類施工方法適用土類擠密法振沖擠密法、沉管法、干振法砂土，非飽和粘土，雜填土等置換法振沖置換法、鉆孔錘擊法飽和軟粘土排土法振動氣沖法、沉管法、強夯置換法飽和軟粘土其它法水泥碎石樁法、裙圍～、袋裝～飽和軟粘土《建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002)》規定：振沖法要求地基土

cu≥20kPa；《公路地基路堤設計與施工技術規范(JTJ017-96)》規定：濕法(水沖法)：cu＞15kPa；干法(沉管法)：cu＞10kPa。第二十六頁，共68頁。8.4.2砂石樁法碎(砂)石樁一般設計砂樁材料砂樁直徑砂樁長度砂樁平面布置砂樁樁間距第二十七頁，共68頁。碎(砂)石樁一般設計砂樁材料

材料就地取材，中、粗混合砂、碎石等，含泥量＜5%，d粒＜8cm墊層基礎底面應鋪設30～50cm厚度的砂（碎）石墊層，分層鋪設。8.4.2砂石樁法第二十八頁，共68頁。碎(砂)石樁一般設計砂樁直徑

根據設備和地質土質情況確定。如采用30kN振沖器成樁：d樁＝0.80～1.2m；采用沉管法成樁：d樁＝0.3～0.70m。砂樁長度

下臥的較硬層埋深不大時，按此埋深確定；下臥的較硬層埋深較大時：對按變形控制的工程，復合地基變形≤[s]；對按穩定性控制工程，加固深度＞最危險滑動面深度?？梢夯鼗?，加固深度按要求的抗震處理深度確定。8.4.2砂石樁法第二十九頁，共68頁。碎(砂)石樁一般設計

砂樁平面布置

均勻受力地基(路基)：滿堂布置，宜用等邊三角形布樁；獨立或條形基礎：宜用正方形、矩形和等腰三角形布樁；

圓形或環形基礎(如油罐基礎)：放射形布樁。8.4.2砂石樁法第三十頁，共68頁。8.4.3土樁、灰土樁和石灰樁法

定義

利用打入鋼套管(或振動沉管、炸藥爆破)在地基中成孔，通過“擠壓”使地基土得到加“密”，然后在孔中分層填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰）后夯實而成土樁(或灰土樁、雙灰樁)，屬柔性樁，與樁間土共同組成復合地基。主要特征

橫向擠密；無需開挖和回填；處理深度大，可達12～15m；就地取材，造價低；利用粉煤灰，還可變廢為寶。

第三十一頁，共68頁。8.4.3土樁、灰土樁和石灰樁法

適用情況

適用

處理5～15m、地下水位以下、含水量w＝14~23％的濕陷性黃土、新近堆積黃土、素填土、雜填土以及其他非飽和粘土、粉土等。不適用

w＞23%、Sr＞0.65的土；碎(卵)石含量＞15%的土；有厚度40cm以上的砂土和碎土夾層的土。第三十二頁，共68頁。8.4.3土樁、灰土樁和石灰樁法

加固原理

土的側向擠密作用樁體材料作用樁體作用

第三十三頁，共68頁。8.4.4CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

定義

在碎石樁基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結強度(C5～C20)的樁，是新開發的一種地基處理技術。特點施工：與振動沉管樁一樣簡單，比振沖碎石樁污染少。用材：利用工業廢料，水泥用料少，優于水泥攪拌樁。受力特性：介于碎石樁（散體樁）和鋼筋混凝土（剛性樁）之間，與水泥攪拌樁類似。第三十四頁，共68頁。8.4.4CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

適用范圍

可用于加固填土、飽和及非飽和粘性土、松散的砂土、粉土等。對塑性指數高的飽和軟粘土使用要慎重。

加固機理

CFG樁復合地基由樁、樁間土和褥墊層形成。其中褥墊層為粒狀散體材料，是CFG樁復合地基不可缺少的部分。

CFG加固軟弱地基，主要有三種作用：樁體作用擠密與置換作用褥墊層的作用第三十五頁，共68頁。8.4.4CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)法

樁身材料一般采用425#普通水泥，碎石粒徑20-50mm，石屑粒徑2.5-10mm，混合料密度2.1-2.2t/m3。樁體材料強度一般控制在10MPa左右，從而達到既提高復合地基承載力又降低沉降的目的。為使樁土共同工作、變形協調，基礎下面要設置一定厚度的砂石料墊層，使地基土能有效地分擔外荷載。第三十六頁，共68頁。8.4.5高壓噴射注漿樁法

定義用高壓將氣、水和水泥漿液，經沉入土層中的特制噴射管送到旋噴頭，并從開口于旋噴頭側面的噴咀高速噴射出來,形成能量高度集中的液流，直接沖擊破壞土體，使土顆粒在沖擊力、離心力和重力共同作用下與漿液攪拌混合，經一定時間后凝固成強度甚高、滲透性較低的加固土體。第三十七頁，共68頁。8.4.5高壓噴射注漿樁法

高壓噴射注漿分類

按固化劑分漿噴法；干噴法。按噴漿的形式旋轉噴射（旋噴）：圓柱狀定向噴射（定噴）：板狀擺動噴射（擺噴）：扇形墻狀按工藝類型分單管法二重管法三重管法多重管法第三十八頁，共68頁。8.4.5高壓噴射注漿樁法

高壓噴射注漿特征

適用范圍廣施工簡便固結體形狀可控可垂直、傾斜和水平噴射高壓噴射注漿適用范圍

適用：淤泥質土、粘土、粉土、黃土、砂土、人工填土、碎石土。慎用：含塊石、堅硬粘土、大量植物根莖或過多有機質的土。不宜：巖溶區、永凍土、地下水活動區。第三十九頁，共68頁。8.4.5高壓噴射注漿樁法

加固機理高壓噴射流對土體的破壞作用水(漿)、氣同軸噴射流對土的破壞作用固結體狀況水泥與土的固結機理旋噴定噴固結體狀況第四十頁，共68頁。8.4.6深層攪拌樁法

定義利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，在產生一系列的物理、化學反應后形成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土。第四十一頁，共68頁。8.4.5深層攪拌樁法

分類

按注入固化劑的狀態粉噴法：w≥60％；漿噴法：w＝40～60％。按攪拌頭的數目單頭：圓形；雙頭：∞字型；多頭。按是否配加勁材料加勁攪拌樁：SMW法；不加勁攪拌樁。第四十二頁，共68頁。8.4.5深層攪拌樁法

適用范圍

適用：淤泥及淤泥質土；fk<120kPa的粘性土和粉質粘土。不適用：伊利石、氯化物和水鋁英石礦物的粘性土；有機質含量高、pH值低的粘性土。第四十三頁，共68頁。8.5.1排水固結法原理與應用排水固結法原理

通過在飽和軟粘土中設置豎向排水體，對地基施加預壓荷載，使孔隙水排出，土體逐漸固結，提前完成或基本完成地基沉降，以達到增大地基承載力，減小地基沉降的目的。第四十四頁，共68頁。8.5.1排水固結法原理與應用用排水固結原理加固地基的方法排水固結法的實施有兩個方面：施加預壓荷載和在地基中做排水通道。適宜：飽和軟粘土，但具體方法又各有差異：砂井預壓法：特別適用有薄砂層地基。但若土太軟，則荷載加不上。此外，因砂井只增大主固結，故對有機質土和泥炭等次固結土不宜，此時可用超載處理。真空預壓法：適合大面積均勻深厚軟土地基加固。第四十五頁，共68頁。8.5.1排水固結法原理與應用用排水固結原理加固地基的方法第四十六頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

目的合理安排排水系統與預壓荷載之間的關系，使地基通過該排水系統在逐級加載過程中排水固結，地基強度逐漸增長，以滿足每級加載條件下地基穩定性要求，并加速地基固結沉降，在盡可能短的時間內使地基承載力達到設計要求。第四十七頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

設計計算內容初步確定砂井布置方案初步擬定加荷計劃，即每級加載量及加載延續時間計算每級荷載作用下，地基的固結度、強度增長量驗算每一級荷載下地基土的抗滑穩定性驗算地基沉降量是否滿足要求若上述驗算不滿足要求，則需調整加荷計劃第四十八頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

砂井布置砂井直徑和間距

就地灌筑砂井dw=30~50cm，間距一般是直徑的6-8倍；袋裝砂井直徑dw=7~10cm，間距一般為1-2m。

砂井深度與排列深度多為10-20m；按正方形或等邊三角形布置。

排水砂墊層和砂溝

頂面應鋪設排水砂墊層或砂溝，砂墊層厚宜>40cm，平面上每邊超出砂井區域的寬度一般應不小于2dw。第四十九頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

制定預加荷載計劃任何情況下所加荷載均不得超過當時軟土層承載力。加載計劃可按以下步驟初步：利用地基的天然抗剪強度計算第一級容許施加的荷載；計算第一級荷載下地基強度增長值，并確定第二級所能施加的荷載；計算第一級荷載作用下達到指定固結度所需的時間；以此類推完成整個加載過程。第五十頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

砂井地基平均固結度的計算按土力學中的滲透固結理論計算，因該理論假設荷載為瞬間施加，而實際加載則需要一個過程，故先按瞬時加載條件計算固結度，然后再按實際加載過程對固結度進行修正。第五十一頁，共68頁。

排水過程中地基強度增長值的推算在預壓荷載作用下，地基土在某一時刻t的抗剪強度為：

——地基中某點在加荷前的天然土抗剪強度；

——在加荷后t時刻地基土由固結引起的強度增量；

——考慮土體由于剪切蠕變的綜合性折減系數。

抗剪強度增長量常用有效固結壓力法計算：

——預壓荷載引起的該點附加豎向壓力；

——該點土的固結度。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

第五十二頁，共68頁。8.5.2砂井堆載預壓法設計計算

穩定性分析采用圓弧條分法進行預壓加載過程中必須驗算每級荷載下地基的穩定性。第五十三頁，共68頁。8.5.3排水固結法施工簡介與現場觀測

施工鋪設水平排水墊層；設置豎向排水體；埋設觀測設備；實施預壓；檢查預壓效果；若不滿足設計要求，則更改設計至滿足設計要求為止。從施工角度分析，主要做好三個環節，即鋪設水平排水墊層、設置豎向排水體、施加固結壓力。第五十四頁，共68頁?，F場監測設計監測項目地面沉降觀測；地面水平位移觀測；孔隙水壓力。監測要求地面沉降觀測：沿場地對稱軸線上設置至場外10m，≤10～20mm/天；地面沉降水平位移：堆載坡腳外加2～3排觀測點，≤4mm/天；孔隙水壓力觀測：堆載中心線和邊線附近地基中。8.5.3排水固結法施工簡介與現場觀測

第五十五頁，共68頁。8.6灌漿法

定義灌漿法是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液（水泥、化學漿液等）注入地層中，以滲透、填充和擠密等方式占據其孔隙，并與巖土體膠結或結石而形成一個整體的地基處理方法。第五十六頁，共68頁。8.6.1灌漿的目的及應用

堵漏、防滲。滑坡整治。路基病害處理。膨脹土地基、軟土地基、濕陷性黃土地基、巖溶地基等處理。提高地基土的承載力，減小沉降力和差異沉降。樁基工程處理與加固。用于托換工程或建筑糾偏、糾斜。第五十七頁，共68頁。8.6.2灌漿材料

漿液＝主劑＋溶劑＋外加劑原材料水或其他溶劑固化劑、催化劑、速凝劑、緩凝劑、懸浮劑等。第五十八頁，共68頁。8.6.2灌漿材料

通常可按漿液的狀態、工藝和主劑性質分類，如下圖：第五十九頁，共68頁。8.6.3灌漿理論

滲透灌漿。壓密灌漿。劈裂灌漿。電動化學灌漿。第六十頁，共68頁。8.6.3灌漿理論

滲透灌漿基本原理：是利用有