軟土地基處理

1、軟土地基處理 一、 處理方法與特點二、 復合地基計算原理三、 換填法設計四、 強夯法設計五、 預壓法設計六、 水泥土攪拌法設計七、 托換技術4.1地基處理方法4.1.1地基處理的目的軟土地基處理的目的是利用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性，主要包括：1)提高地基的抗剪切強度2)降低地基的壓縮性3)改善地基的透水特性一種增加地基土的透水性加快固結，另一種是降低透水性或減少其水壓力（基坑抗?jié)B透）。4.1.2地基處理方法分類及應用范圍軟土地基處理的基本方法主要有置換、夯實、擠密、排水、膠結、加筋、和熱學等方法。常用地基處理方法的原理、作用及適用

2、范圍如下。1.換土墊層法(1)墊層法其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。(2)強夯擠淤法采用邊強夯、邊填

3、碎石、邊擠淤的方法，在地基中形成碎石墩體?？商岣叩鼗休d力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質土地基，應通過現(xiàn)場試驗才能確定其適應性。2.振密、擠密法振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小，強度提高，達到地基處理的目的。軟土地基中常用強夯法強夯法利用強大的夯擊能，迫使深層土液化和動力固結，使土體密實，用以提高地基土的強度并降低其壓縮性。3.排水固結法其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結變形。在這個過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應力增加，地基抗剪強度相應增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固結

4、法主要由排水和加壓兩個系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，尤其是上海地區(qū)多夾砂薄層的特點，也可設置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類的豎向排水體。加壓主要是地面堆載法、真空預壓法和井點降水法。為加固軟弱的粘土，在一定條件下，采用電滲排水井點也是合理而有效的。(1)堆載預壓法在建造建筑物以前，通過臨時堆填土石等方法對地基加載預壓，達到預先完成部分或大部分地基沉降，并通過地基土固結提高地基承載力，然后撤除荷載，再建造建筑物。臨時的預壓堆載一般等于建筑物的荷載，但為了減少由于次固結而產(chǎn)生的沉降，預壓荷載也可大于建筑物荷載，稱為超載預壓。為了加速堆載預壓地基固結速度，?？膳c砂井法或塑料排水帶法等同

5、時應用。如粘土層較薄，透水性較好，也可單獨采用堆載預壓法。適用于軟粘土地基。(2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等)在軟粘土地基中，設置一系列砂井，在砂井之上鋪設砂墊層或砂溝，人為地增加土層固結排水通道，縮短排水距離，從而加速固結，并加速強度增長。砂井法通常輔以堆載預壓，稱為砂井堆載預壓法。適用于透水性低的軟弱粘性土，但對于泥炭土等有機質沉積物不適用。(3)真空預壓法在粘土層上鋪設砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對砂墊層及砂井抽氣，使地下水位降低，同時在大氣壓力作用下加速地基固結。適用于能在加固區(qū)形成(包括采取措施后形成)穩(wěn)定負壓邊界條件的軟土地基。(4)真空-堆載聯(lián)合預壓法當真空預壓

6、達不到要求的預壓荷載時，可與堆載預壓聯(lián)合使用，其堆載預壓荷載和真空預壓荷載可疊加計算。適用于軟粘土地基。(5)降低地下水位法通過降低地下水位使土體中的孔隙水壓力減小，從而增大有效應力，促進地基固結。適用于地下水位接近地面而開挖深度不大的工程，特別適用于飽和粉、細砂地基。(6)電滲排水法在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場作用，土中的水從陽極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽極附近補充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩(wěn)定性。適用于飽和軟粘土地基。4.置換法其原理是以砂、碎石等材料置換軟土，與未加固部分形成復

7、合地基，達到提高地基強度的目的。(1)振沖置換法(或稱碎石樁法)碎石樁法是利用一種單向或雙向振動的沖頭，邊噴高壓水流邊下沉成孔，然后邊填入碎石邊振實，形成碎石樁。樁體和原來的粘性土構成復合地基，以提高地基承載力和減小沉降。適用于地基土的不排水抗剪強度大于20kPa的淤泥、淤泥質土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。對不排水抗剪強度小于20kPa的軟土地基，采用碎石樁時須慎重。(2)石灰樁法在軟弱地基中用機械成孔，填入作為固化劑的生石灰并壓實形成樁體，利用生石灰的吸水、膨脹、放熱作用以及土與石灰的物理化學作用，改善樁體周圍土體的物理力學性質，同時樁與土形成復合地基，達到地基加固的目的。適用于軟

8、弱粘性土地基。(3)強夯置換法對厚度小于6m的軟弱土層，邊夯邊填碎石，形成深度36m、直徑為2m左右的碎石拄體，與周圍土體形成復合地基。適用于軟粘土。(4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)是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，用振動沉管打樁機或其它成樁機具制成的具有一定粘結強度的樁。樁和樁間土通過褥墊層形成復合地基。適用于填土、飽和及非飽和粘性土、砂土、粉土等地基。(6)EPS超輕質料填土法發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)的重度只有土的1/501/100，并具有較好的強度和壓縮性能，用于填土料可有效減少作用在地基上的荷載，需要時也可置換部分地基土，以達到更好的效果。適用于軟弱地基上的填方

9、工程。5.加筋法通過在土層中埋設強度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等提高地基承載力、減小沉降、或維持建筑物穩(wěn)定。(1)土工合成材料土工合成材料是巖土工程領域中的一種新型建筑材料，是用于土工技術和土木工程，而以聚合物為原料的具滲透性的材料名詞的總稱。它是將由煤、石油、天然氣等原材料制成的高分子聚合物通過紡絲和后處理制成纖維，再加工制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。常見的這類纖維有：聚酰胺纖維(PA，如尼龍、錦綸)、聚酯纖維(如滌綸)、聚丙烯纖維(PP，如腈綸)、聚乙烯纖維(PE，如維綸)以及聚氯乙烯纖維(PVC，如氯綸)等。利用土工合成材料的高強度

10、、韌性等力學性能，擴散土中應力，增大土體的抗拉強度，改善土體或構成加筋土以及各種復合土工結構。土工合成材料的功能是多方面的，主要包括排水作用、反濾作用、隔離作用和加筋作用。適用于砂土、粘性土和軟土，或用作反濾、排水和隔離材料。(2)加筋土把抗拉能力很強的拉筋埋置在土層中，通過土顆粒和拉筋之間的摩擦力形成一個整體，用以提高土體的穩(wěn)定性。適用于人工填土的路堤和擋墻結構。(3)土層錨桿土層錨桿是依賴于土層與錨固體之間的粘結強度來提供承載力的，它使用在一切需要將拉應力傳遞到穩(wěn)定土體中去的工程結構，如邊坡穩(wěn)定、基坑圍護結構的支護、地下結構抗浮、高聳結構抗傾覆等。適用于一切需要將拉應力傳遞到穩(wěn)定土體中去的

11、工程。(4)土釘土釘技術是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體，與土共同作用，用以彌補土體自身強度的不足。不僅提高了土體整體剛度，又彌補了土體的抗拉和抗剪強度低的弱點，顯著提高了整體穩(wěn)定性。適用于開挖支護和天然邊坡的加固。(5)樹根樁法在地基中沿不同方向，設置直徑為75250mm的細樁，可以是豎直樁，也可以是斜樁，形成如樹根狀的群樁，以支撐結構物，或用以擋土，穩(wěn)定邊坡。適用于軟弱粘性土和雜填土地基。6.膠結法在軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥、水泥砂漿以及石灰等物，形成加固體，與未加固部分形成復合地基，以提高地基承載力和減小沉降。(1)注漿法其原理是用壓力泵把水泥或其它化學漿液注入土體，以達到提

12、高地基承載力、減小沉降、防滲、堵漏等目的。適用于處理巖基、砂土、粉土、淤泥質粘土、粉質粘土、粘土和一般人工填土，也可加固暗浜和使用在托換工程中。(2)高壓噴射注漿法將帶有特殊噴嘴的注漿管，通過鉆孔置入要處理土層的預定深度，然后將水泥漿液以高壓沖切土體，在噴射漿液的同時，以一定速度旋轉、提升，形成水泥土圓柱體；若噴嘴提升而不旋轉，則形成墻狀固結體?？梢蕴岣叩鼗休d力、減少沉降、防止砂土液化、管涌和基坑隆起。適用于淤泥、淤泥質土、人工填土等地基。對既有建筑物可進行托換加固。(3)水泥土攪拌法利用水泥、石灰或其它材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(水泥或石灰的

13、漿液或粉體)強制攪拌，形成堅硬的拌和拄體，與原地層共同形成復合地基。適用于淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大于120kPa的粘性土地基。7.冷熱處理法凍結法通過人工冷卻，使地基溫度低到孔隙水的冰點以下，使之冷卻，從而具有理想的截水性能和較高的承載力。適用于軟粘土或飽和的砂土地層中的臨時措施。8.其它(1)錨桿靜壓樁是結合錨桿和靜壓樁技術而發(fā)展起來的，它是利用建筑物的自重作為反力架的支承，用千斤頂把小直徑的預制樁逐段壓入地基，在將樁頂和基礎緊固成一體后卸荷，以達到減少建筑物沉降的目的。主要使用于加固處理淤泥質土、粘性土、人工填土和松散粉土。(2)沉降控制復合樁基是指樁與承臺共

14、同承擔外荷載，按沉降要求確定用樁數(shù)量的低承臺摩擦樁基。目前上海地區(qū)沉降控制復合樁基中的樁，宜采用樁身截面邊長250mm、長細比在80左右的預制混凝土小樁，同時工程中實際應用的平均樁距一般在56倍樁徑以上。主要適用于較深厚軟弱地基上，以沉降控制為主的八層以下多層建筑物。4.2復合地基計算理論一、基本概念1復合地基定義復合地基是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，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。復合地基與樁基都是采用以樁的形式處理地基，故兩者有其相似之處，但復合地基屬于地基范疇，而樁基屬于基礎范疇，所以兩者又有其本質區(qū)別。復

15、合地基中樁體與基礎往往不是直接相連的，它們之間通過墊層（碎石或砂石墊層）來過渡；而樁基中樁體與基礎直接相連，兩者形成一個整體。因此，它們的受力特性也存在著明顯差異。即復合地基的主要受力層在加固體內(nèi)而樁基的主要受力層是在樁尖以下一定范圍內(nèi)。由于復合地基的理論的最基本假定為樁與樁周土的協(xié)調變形。為此，從理論而言，復合地基中也不存在類似樁基中的群樁效應。2復合地基分類根據(jù)地基中增強體的方向可分為水平向增強體復合地基和豎向增強體復合地基。水平向增強體復合地基主要包括由各種加筋材料，如土工聚合物、金屬材料格柵等形成的復合地基。豎向增強體復合地基通常稱為樁體復合地基。在樁體復合地基中，樁的作用是主要的，而

16、地基處理中樁的類型較多，性能變化較大。為此，復合地基的類型按樁的類型進行劃分較妥。然而，樁又可根據(jù)成樁所采用的材料以及成樁后樁體的強度（或剛度）來進行分類。樁體如按成樁所采用的材料可分為：2) 散體土類樁如碎石樁、砂樁等；3) 水泥土類樁如水泥土攪拌樁、旋噴樁等；4) 混凝土類樁樹根樁、CFG樁等。樁體如按成樁后的樁體的強度（或剛度）可分為：1) 柔性樁散體土類樁屬于此類樁；2) 半剛性樁水泥土類樁；3) 剛性樁混凝土類樁。半剛性樁中水泥摻入量的大小將直接影響樁體的強度。當摻入量較小時，樁體的特性類似柔性樁；而當摻入量較大時，又類似于剛性樁，為此，它具有雙重特性。由柔性樁和樁間土所組成的復合地

17、基可稱為柔性樁復合地基，其它依次為半剛性樁復合地基、剛性樁復合地基。二、復合地基承載力計算1、豎向增強體復合地基承載力計算復合地基的極限承載力可用下式表示：(4.1.5-1)式中一樁體極限承載力,kPa；一天然地基極限承載力,kPa；一反映復合地基中樁體實際極限承載力的修正系數(shù),與地基土質情況、成樁方法等因素有關，一般大于1.0；一反映復合地基中樁間土實際極限承載力的修正系數(shù)，其值與地基土質情況、成樁方法等因素有關，可能大于1.0，也可能小于1.0；一復合地基破壞時，樁體發(fā)揮其極限強度的比例，也稱為樁體極限強度發(fā)揮度；一復合地基破壞時，樁間土發(fā)揮其極限強度的比例，也稱為樁間土極限強度發(fā)揮度；一

18、復合地基置換率，其中Ap為樁體面積，為對應的加固面積。對剛性樁復合地基和柔性樁復合地基，樁體極限承載力可采用類似摩擦樁極限承載力計算式計算，其表達式為（4.1.5-2）式中一樁周摩阻力極限值；一樁身周邊長度；一樁身截面面積；一樁端土極限承載力；一按土層劃分的各段樁長。對柔性樁，樁長大于臨界樁長時，計算樁長應取臨界樁長值。按式(4.1.5-2)計算樁體極限承載力外，尚需計算樁身材料強度允許的單樁極限承載力，即（4.1.5-3）式中一樁體極限抗壓強度。由式(4.1.5-2)和式(4.1.5-3)計算所得的二者中取較小值為樁的極限承載力。2、水平向增強體復合地基承載力計算水平向增強體復合地基主要包括

19、在地基中鋪設各種加筋材料，如土工織物、土工格柵等形成的復合地基。復合地基工作性狀與加筋體長度、強度，加筋層數(shù)，以及加筋體與土體間的粘聚力和摩擦系數(shù)等因素有關。水平向增強體復合地基破壞可具有多種形式，影響因素也很多（龔曉南，1992）。到目前為止，許多問題尚未完全搞清楚，水平向增強體復合地基的計算理論尚不成熟。這里只介紹Florkiewicz（1990）承載力公式，供借鑒。圖4.1.5-1表示一水平向增強體復合地基上的條形基礎。剛性條形基礎寬度為，下臥厚度為的加筋復合土層，其視粘聚力為，內(nèi)摩擦角為，復合土層下的天然土層粘聚力為，內(nèi)摩擦角為。Florkiewicz認為基礎的極限荷載是無加筋體（=0

20、）的雙層土體系的常規(guī)承載力和由加筋引起的承載力提高值之和，即(4.1.5-5)復合地基中各點的視粘聚力值取決于所考慮的方向，其表達式（Schlosser和Long，1974）為(4.1.5-6)式中一考慮的方向與加筋體方向的傾斜角；一加筋體材料的縱向抗拉強度。采用極限分析法分析，地基土體滑動模式取Prandtl滑移面模式，當加筋復合土層中加筋體沿滑移面AC滑動時，地基破壞。此時，剛性基礎豎直向下速度為，加筋體沿AC面滑動引起的能量消散率增量為(4.1.5-7)忽略了ABCD區(qū)和BGFD區(qū)中由于加筋體存在（0）能量消散率增量的增加。根據(jù)上限定理，可得到承載力提高值表示式如下：(4.1.5-8)式

21、中值可根據(jù)Prandtl滑移面模式確定。三、復合地基沉降計算在各類復合地基沉降實用計算方法中，通常把沉降量分為二部分，即加固區(qū)土體壓縮量和加固區(qū)下臥層土體壓縮量，而復合地基總沉降表達式為(4.1.6-1)的計算方法一般有以下三種:1、復合模量法將復合地基加固區(qū)中增強體和基體兩部分視為一復合土體，采用復合壓縮模量Ecs來評價復合土體的壓縮性。采用分層總和法計算，表達式為(4.1.6-2)式中第i層復合土上附加應力增量；第i層復合土層的厚度。值可通過面積加權法計算或彈性理論表達式計算，也可通過室內(nèi)試驗測定。面積加權表達式為(4.1.6-3)式中復合地基面積置換率；樁體壓縮模量；土體壓縮模量。2、應

22、力修正法在該法中，根據(jù)樁間土承擔的荷載，按照樁間土的壓縮模量，忽略增強體的存在，采用分層總和法計算加固區(qū)土層的壓縮量。(4.1.6-4)式中應力修正系數(shù)，；樁土應力比；復合地基在荷載作用下第層樁間土的附加應力增量，相當于未加固地基在荷載作用下第層土上的附加應力增量；未加固地基在荷載作用下相應厚度內(nèi)的壓縮量。3、樁身壓縮量法在荷載作用下，樁身壓縮量為 (4.1.6-5)式中應力集中系數(shù)，；樁身長度，即等于加固區(qū)厚度；樁身材料變形模量；樁底端端承力密度。復合地基加固區(qū)下臥層土層壓縮量通常采用分層總和法計算。在分層總和法計算中，作用在下臥層土體上的荷載或土體中附加壓力是難以精確計算的。目前在工程應用上，常采用下述三種方法計算：1、應力擴散法圖4.1-1下臥層附加應力計算應力擴散法計算加固區(qū)下臥層上附加壓力示意圖如圖4.1-1所示。復合地基上荷載密度為，作用寬度為，長度為，加固區(qū)厚度為，壓力擴散