地基處理與加固

地基處理與加固第一頁，共44頁。[導言]

前面我們學習了土方工程。然而，如何將建筑物的全部重量（包括各種荷載）傳給地基？為此，從本次課開始學習地基處理及加固的知識。第二頁，共44頁。本章要求掌握使用范圍和施工要點掌握設計計算范圍掌握質量驗收標準及檢測方法了解施工工藝及質量要求第三頁，共44頁。2.1.1概念與應用2.1換填墊層法[講授新課]2.1.4設計計算2.1.3加固機理2.1.2使用范圍2.1.5施工技術第四頁，共44頁。

換填墊層法也稱換填法，是將基礎下一定深度范圍內的軟弱土層全部或部分挖除，然后分層回填砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高爐干渣等強度較大，性能穩(wěn)定且無侵蝕性的材料，并分層夯實（或振實）至要求的密實度。換填法也包括低洼地域筑高（平整場地）或堆填筑高（道路路基）。

當軟弱地基的承載力和變形不能滿足建筑物要求，且軟弱土層的厚度又不很大時，換填墊層法是一種較為經(jīng)濟、簡單的軟土地基淺層處理方法。2.1.1換填墊層法的概念與應用第五頁，共44頁。使用范圍：換填墊層法主要用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。返回下頁2.1.2換填墊層法的使用范圍第六頁，共44頁。

換土墊層處理軟土地基，其加固機理和作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）提高淺層地基承載力；

2）減少地基的變形量；

3）加速軟土層的排水固結；

4）防止土的凍脹；

5）消除地基土的濕陷性、脹縮性或凍脹性。2.1.3加固機理第七頁，共44頁。

計算步驟如下：

1.墊層的厚度確定

2.墊層的寬度確定

3.墊層承載力的確定

4.墊層材料的選用2.1.4設計計算第八頁，共44頁。

圖2—1墊層內應力分布如圖2—1所示，墊層厚度z應根據(jù)墊層底部下臥土層的承載力確定，并符合式（2—1）要求：

1.墊層厚度的確定第九頁，共44頁。

墊層底面的寬度應以滿足基礎底面應力擴散和防止墊層向兩側擠出為原則確定，可按式(2—4)計算或根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗確定。2.墊層寬度的確定表2—2壓力擴散角換填材料中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣粉質黏土婁、粉煤灰灰土z/b0.2520628≥0.503023第十頁，共44頁。

墊層承載力宜通過現(xiàn)場載荷試驗確定。當無試驗資料時，可按表2—3選用，并應進行下臥層承載力驗算。3.墊層承載力的確定表2—3各種墊層的承載力承載力特征值施工方法換真材料類別/kPa碾壓、振密或重錘夯實碎石卵石0.94～0.97200～300砂夾石其中碎石卵石占全重的30%~50%200～250土夾石其中碎石卵石占全重的30%~50%150～200中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫150～200粉質黏土130～180灰土0.93～0.95200～250粉煤灰0.90～0.95120～150石屑0.94～0.97150～200礦渣—200～300壓實系數(shù)第十一頁，共44頁。（1）砂石(gravel)：砂石墊層材料宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑(粒徑小于2mm的部分不應超過總重的45％)，且級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質，其含泥量不應超過5％。當使用粉細砂或石粉(粒徑小于0.075mm的部分不超過總重的9％)時，應摻入不少于總重30％的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50mm。對濕陷性黃土地基，不得選用砂石等透水材料。4.墊層材料的選用(2)粉質黏土(siltyclay)：粉質黏土中有機質含量不得超過5％，不得含有凍土或膨脹土。當含有碎石時，其粒徑不宜大于50mm。對濕陷性黃土或膨脹土地基的粉質黏土墊層，土料中不得夾有磚、瓦和石塊。（3）灰土：灰土體積配合比宜為2:8或3:7。土料宜用粉質黏土，不宜使用塊狀黏土和砂質粉土，不得含有松軟雜質，并應過篩，其顆粒不得大于15mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。第十二頁，共44頁。

（4)粉煤灰：粉煤灰可用于道路、堆場，以及小型建筑、構筑物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.3～0.5m。粉煤灰墊層中采用摻加劑時，應通過試驗確定其性能及適用條件。作為建筑物墊層的粉煤灰應符合有關放射性安全標準的要求。粉煤灰墊層中的金屬構件、管網(wǎng)宜采取適當防腐措施。大量填筑粉煤灰時應考慮對地下水和土壤的環(huán)境影響。（5)礦渣：墊層礦渣是指高爐重礦渣，可分為分級礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用于堆場、道路和地坪，也可用于小型建筑、構筑物地基。礦渣的松散重度不小于11kN／m3，有機質及含泥總量不超過5％。設計、施工前必須對選用的礦渣進行試驗，在確認其性能穩(wěn)定并符合安全規(guī)定后方可使用。

（6)其他工業(yè)廢渣：在有可靠試驗結果或成功工程經(jīng)驗時，對質地堅硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等亦可用于填筑換填墊層。工業(yè)廢渣的粒徑、級配和施工工藝等應通過試驗確定。（7)土工合成材料：由分層鋪設的土工合成材料與地基土構成加筋墊層。土工合成材料的品種、性能及填料的土類應根據(jù)工程特性和地基土條件，按照《土工合成材料應用技術規(guī)范》(GB50290—1998)的要求，通過設計并進行現(xiàn)場試驗后確定。第十三頁，共44頁。5.施工技術1、按密實方法和施工機械分為：返回下頁機械碾壓法重錘夯實法振動壓實法2、砂石墊層施工3、土墊層施工第十四頁，共44頁。2.2.5質量標準與安全技術2.2強夯法[講授新課]2.2.3設計計算2.2.2加固機理2.2.1使用范圍2.2.4施工技術第十五頁，共44頁。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。對于軟土地基，一般來說處理效果不顯著。2.2.1強夯法的適用范圍

優(yōu)點：1、所用設備簡單，質量控制方便，適用范圍廣泛

；

2、加固地基，能代替某些樁基礎而節(jié)省鋼材、木材和水泥，而且速度快、效果好、投資少，是一種經(jīng)濟、簡便的地基加固方法。第十六頁，共44頁。強夯法是利用強大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，土體結構破壞，形成夯坑，并對周圍土進行動力擠壓，從而達到地基處理的目的。目前，強夯法加固地基有3種不同的加固機理：動力密實、動力固結和動力置換。對具體種類地基土的加固機理取決于地基土的類別和強夯施工工藝。返回下頁2.2.2強夯法的加固機理第十七頁，共44頁。

計算步驟如下：

1.有效加固深度

2.夯錘和落距

3.夯擊點布置及間距

4.夯擊擊數(shù)和遍數(shù)

5.間歇時間

6.墊層鋪設2.2.3設計計算第十八頁，共44頁。有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)。可采用經(jīng)修正后的梅那（Menard）公式來估算強夯法加固地基的有效加固深度。1.有效加固深度（2--5）第十九頁，共44頁。

（1）單擊夯擊能：為夯錘重與落距的乘積。一般來說，夯擊時最好錘重和落距都大，則單擊能量大，夯擊擊數(shù)少，夯擊遍數(shù)也相應減少，加固效果和技術經(jīng)濟都較好。2.夯錘和落距

（2）單位夯擊能：為整個加固場地的總夯擊能量（即錘重落距總夯擊數(shù)）除以加固面積。強夯的單位夯擊能應根據(jù)地基土類別、結構類型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并可通過試驗確定。在一般情況下，對粗顆粒土可取1000~3000（kN·m）/m2，對細顆粒土可取1500~4000（kN·m）/m2。

（3）夯錘選擇：國內夯錘一般重為10~25t。夯錘材質最好用鑄鋼，也可用鋼板為外殼內灌混凝土的錘。夯錘平面一般為圓形或方形，夯錘的底可為平底、錐底或球形底等。一般錐底錘、球底錘的加固效果好，適用于加固較深層土體，平底錘則適用于淺層及表層地基加固。夯錘中設置若干個上下貫通的氣孔，孔徑可取250~300mm，它可減小起吊夯錘時的吸力（夯錘的吸力可達三倍錘重），又可減少夯錘著地前的瞬時氣墊的上托力。第二十頁，共44頁。

（4）落距選擇：夯錘確定后，根據(jù)要求的單點夯擊能量，就能確定夯錘的落距。國內通常采用的落距是8~25m。對相同的夯擊能量，常選用大落距的施工方案，這是因為增大落距可增加深層夯實效果，減少消耗在地表土層塑性變形的能量。第二十一頁，共44頁。

（1）夯擊點布置：夯擊點布置是否合理與夯實效果有直接關系。夯擊點布置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。3.夯擊點布置及間距

（2）夯擊點間距：夯擊點間距一般根據(jù)地基土的性質和要求處理的深度而定。對于細顆粒土，為便于超靜孔隙水壓力的消散，夯點間距不宜過小。當要求處理深度較大時，第一遍的夯擊間距不宜過小，以免夯擊時在淺層形成密實層而影響夯擊能往深層傳遞，并且在夯擊時上部土體易向側向已夯成的夯坑中擠出而造成坑壁坍塌，夯錘歪斜或傾倒，影響效果。第二十二頁，共44頁。

（1）夯擊擊數(shù)的確定每遍每夯點的夯擊擊數(shù)應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊擊數(shù)和夯沉量關系曲線確定，且應同時滿足下列條件：①最后兩擊的夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當單擊夯擊能小于4000kN·m時為50mm；當單擊夯擊能為4000—6000kN·m時為100mm；當單擊夯擊能大于６000kN·m時為200mm。②夯坑周圍地面不應發(fā)生過大隆起。③不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。4.夯擊擊數(shù)和遍數(shù)第二十三頁，共44頁。

（2）夯擊遍數(shù)的確定：夯擊遍數(shù)應根據(jù)地基土的性質和平均夯擊能確定。一般為1—8遍，對于粗顆粒土夯擊遍數(shù)可少些，而對于細顆粒黏土特別是淤泥質土則夯擊遍數(shù)要求多些。國內大多數(shù)工程夯2—3遍，并進行低能量“搭夯”，即“錘印”彼此搭接。對于滲透性弱的細顆粒土地基，必要時夯擊遍數(shù)可適當增加。第二十四頁，共44頁。5.間歇時間返回下頁

兩邊夯擊之間應有一定的時間間隔，間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。有條件時最好能在試夯前埋設孔隙水壓力傳感器，通過試夯確定超靜孔隙水壓力的消散時間，從而決定兩遍夯擊之間的間隔時間。當缺少實測資料時，可根據(jù)地基土滲透性確定。對于滲透性較差的黏性土地基，間隔時間不應少于3~4周；對于滲透性較大的砂性土，孔隙水壓力的峰值出現(xiàn)在夯完后的瞬間，消散時間只有2~4min，即可連續(xù)夯擊。第二十五頁，共44頁。6.墊層鋪設返回下頁

強夯前要求擬加固的場地必需具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設備，亦便于所施工的“夯擊能”得到擴散。對場地地下水位在-2m深度以下的砂礫石土層，可直接施行強夯，無需鋪設墊層；對地下水位較高的飽和黏性土與易液化流動的飽和砂土，均需要鋪設砂、砂礫或碎石墊層才能進行強夯。墊層厚度一般為0.5~2.0m。第二十六頁，共44頁。

1、施工機械

強夯施工機械宜采用帶有自動脫鉤裝置的履帶式起重機或其他專用設備。采用履帶式起重機時，可在臂桿端部設置輔助門架，或采取其他安全措施，防止落錘時機架傾覆。如果夯擊工藝采用單纜錘擊法，則100t的吊機最大只能起吊20t的夯錘。若起重機起吊能力不足，可通過設置滑輪組來提高卷揚機的起吊能力，并利用自動脫鉤裝置使錘形成自由落體運動。

2.2.4施工技術強夯自動脫鉤裝置工作原理

第二十七頁，共44頁。

2、施工步驟

（１）清理并平整施工場地，防線、埋設水準點和各夯點標樁。（２）鋪設墊層，在地表形成硬層，用以支承起重設備，確保機械通行和施工，同時可加大地下水和表層面得距離，防止夯擊的效率降低。（３）標出第一遍夯點位置，并測量場地高度。（４）起重機就位，使夯錘對夯點位置。（５）測量夯前錘頂高程。（６）將夯錘起吊到預定高度，待夯錘自由下落后，放下吊鉤、測量錘頂高程。（７）重復步驟(6)按設計規(guī)定次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊。（８）重復步驟(4)-(7)完成第一遍全部夯點的夯擊。（９）用推土機將夯坑填平，并測量場地高程。（10）按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量錘，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。第二十八頁，共44頁。

1、質量標準

強夯地基質量檢驗標準應符合表2—6的規(guī)定。2.2.5質量標準與安全技術表2—6

強夯地基質量檢驗標準項序檢查項目允許偏差或允許值檢查方法單位數(shù)值主控項目1地基強度設計要求按規(guī)定方法2地基承載力設計要求按規(guī)定方法一般項目1夯錘落距mm±300鋼索設標志2錘重kg±100稱重3夯擊遍數(shù)及順序設計要求計數(shù)法4夯點間距mm±500用鋼尺量5夯擊范圍(超出基礎范圍距離)設計要求用鋼尺量6前后兩遍間歇時間設計要求第二十九頁，共44頁。

2、安全技術

（1）施工前應通過試驗確定強夯施工技術參數(shù)。（2）夯擊前應先平整場地,作好排水溝,并應先對夯點放線定位，標出第一遍夯點位置。（3）起重機就位時，夯錘應對準夯點位置。（4）發(fā)現(xiàn)因坑地傾斜而造成夯錘歪斜時,應及時將坑地整平。（5）強夯施工前應檢查夯錘重和落距,以確保單擊夯擊能符合要求。（6）每遍夯擊前,應復核夯點放線,夯完后檢查夯坑位置,發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應及時糾正。（7）應按設計要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和夯沉量。（8）強夯施工時所產(chǎn)生的振動對鄰近設施有影響時，應采取防震及隔振措施。（9）強夯施工產(chǎn)生的振動較大，對場區(qū)邊坡不利時，應挖1m×1.5m的減振溝。（10）強夯施工時如表土過干（尤其滿夯時），應采取加水措施，增加含水量。（11）夯錘上應設通氣孔，如遇堵塞，應立即開通。（12）為防止飛石傷人，現(xiàn)場工作人員應戴安全帽。在夯擊時，所有人員應退出安全線以外。第三十頁，共44頁。2.3.5質量標準與安全技術2.3深層攪拌法[講授新課]2.3.3設計計算2.3.2加固機理2.3.1使用范圍2.3.4施工技術第三十一頁，共44頁。深層攪拌法適用于建(構)筑物地基、大面積的碼頭、公路和壩基加固及地下防滲墻等工程。2.3.1深層攪拌法的適用范圍

優(yōu)點：可用于增加軟土地基承載力，減少沉降量和提高邊坡的穩(wěn)定性。

第三十二頁，共44頁。深層攪拌法是利用深層攪拌機械，在軟土地基內邊鉆進邊噴射漿液和外加劑，并且利用攪拌軸的旋轉充分拌和，使固化劑和土體之間發(fā)生一系列的物理和化學反應，改變原狀土的結構，使之硬結成具有整體性和水穩(wěn)性及一定強度的水泥土，從而使土體的強度增加，達到加固目的。返回下頁2.3.2強夯法的加固機理第三十三頁，共44頁。

計算步驟如下：

1.單樁豎向承載力的計算

2.復合地基承載力的計算

3.面積置換率的計算

4.攪拌樁數(shù)的計算

2.3.3設計計算第三十四頁，共44頁。

深層攪拌樁的單樁豎向承載力可通過下式進行計算，取其中的較小值：1.單樁豎向承載力的計算（2--6）（2--7）第三十五頁，共44頁。

攪拌樁復合地基承載力標準值應通過現(xiàn)場復合地基荷載試驗確定，也可按下式計算：

2.單樁豎向承載力的計算（2--8）第三十六頁，共44頁。

進行加固設計時，可根據(jù)地基承載力要求按下式計算面積置換率：3.面積置換率的計算（2--9）第三十七頁，共44頁。

深層攪拌樁平面布置可根據(jù)上部建筑對變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等處理形式?？芍辉诨A范圍內布樁。柱狀處理可采用正方形或等邊三角形布樁形式，其樁數(shù)可按下式計算：4.攪拌樁數(shù)的計算（2--10）第三十八頁，共44頁。

1、機械設備

國產(chǎn)水泥土攪拌機的攪拌頭大都采用雙層（或多層）十字桿形或葉片螺旋形。常用攪拌機有SJB-1型、SJB-2型、GZB-600型、ZKD65-3型、ZKD85-3型等。其配套機械主要有灰漿攪拌機、集料斗、灰漿泵、壓力膠管、電器控制柜等。2.3.4施工技術第三十九頁，共44頁。

2、施工工藝

（１）定位：起重機（或搭架）懸吊攪拌機到達指定樁位并對中。

（２）預攪下沉：待攪拌機冷卻水循環(huán)后，啟動攪拌機沿導向架攪拌切土下沉。

（３）制備水泥漿：按設計確定的配合比攪制水泥漿，待壓漿前將水泥漿倒入集料中。

（４）提升噴漿攪拌：攪拌頭下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿液泵入壓漿管路中，邊提攪拌頭邊回轉攪拌制樁。

（５）重復上、下攪拌：攪拌機提升至設計加固深度的頂面標高時，集料斗中的水泥漿應正好排空。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，可再次將攪拌機邊旋轉沉