地基处理讲座高大钊.ppt

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1、地基处理讲座 同济大学 高大钊 l 基础直接建造在未经加固的天然土层 上时，这种地基称之为天然地基。若天 然地基很软弱，不能满足地基强度和变 形等要求，则事先要经过人工处理后再 建造基础，这种地基加固称为地基处理 。 l地基处理的目的是利用换填、夯实、挤 密、排水、胶结、加筋和热学等方法对 地基土进行加固，用以改良地基土的工 程特性。 l1.提高地基土的抗剪切强度 l 地基的剪切破坏表现在：建筑物的 地基承载力不够；由于偏心荷载及侧向 土压力的作用使结构物失稳；由于填土 或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起； 土方开挖时边坡失稳；基坑开挖时坑底 隆起。地基的剪切破坏反映在地基土的 抗剪强度不足，因

2、此，为了防止剪切破 坏，就需要采取一定措施以增加地基土 的抗剪强度。 l2.降低地基土的压缩性 l 地基土的压缩性表现在建筑物的沉 降和差异沉降大；由于有填土或建筑物 荷载，使地基产生固结沉降；作用于建 筑物基础的负摩擦力引起建筑物的沉降 ；大范围地基的沉降和不均匀沉降；基 坑开挖引起邻近地面沉降；由于降水地 基产生固结沉降。地基的压缩性反映在 地基土的压缩模量指标的大小。因此， 需要采取措施以提高地基土的压缩模量 ，借以减少地基的沉降或不均匀沉降。 3.改善地基土的透水特性 地基土的透水性表现在堤坝等基础 产生的地基渗漏；基坑开挖工程中，因 土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和 管涌。以上都是

3、在地下水的运动中所出 现的问题。为此，必须采取措施使地基 土降低透水性或减少其水压力。 l4.改善地基土的动力特性 l 地基土的动力特性表现在地震时饱 和松散粉细砂(包括部分粉土)将产生液化 ；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近 地基产生振动下沉。为此，需要采取措 施防止地基液化，并改善其振动特性以 提高地基的抗震性能。 l5.改善特殊土的不良地基特性 l 主要是消除或减少黄土的湿陷性和 膨胀土的胀缩性等。 地基处理按加固原理分类 l换土垫层法 l振密、挤密法 l排水固结法 l置换法 l加筋法 l胶结法 l冷、热处理法 l其它 换土垫层法 l 基本原理是挖除浅层软弱土或不良土， 分层碾压或夯实土

4、。 l 按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、 碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土 、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干 渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰 。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少 沉降量；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩 性；防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性 。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行 施工。 l 常用于基坑面积宽大和开挖土方量 较大的回填土方工程，一般适用于处理 浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、 杂填土、浜填土以及已完成自重固结的 冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理 深度为23m。适用于处理浅层非饱和 软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节 性冻土

5、、素填土和杂填土。 l 垫层只解决承载力问题而无助于减 少沉降。 振密、挤密法 l 振密、挤密法的原理是采用一定的手 段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减 小，强度提高，达到地基处理的目的。 l1）表层压实法 采用人工或机械夯实、机 械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散 无粘性土等软弱或原来比较疏松表层土进 行压实。也可采用分层回填压实加固。 l适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏 松粘性土；松散砂性土；湿陷性黄土及杂 填土等。 l2）重锤夯实法 利用重锤自由下落时的 冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一 层较为均匀的硬壳层。适用于无粘性土 、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土 。 l3) 强夯法

6、 利用强大的夯击能，迫使深层 土液化和动力固结，使土体密实，用以 提高地基土的强度并降低其压缩性、消 除土的湿陷性、胀缩性和液化性。适用 于碎石土、砂土、素填土、杂填土、低 饱和度的粉土与粘性土及湿陷性黄土。 l4)振冲挤密法 振冲挤密法一方面依靠振冲器 的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新 排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的 水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回 填料，使砂层挤压密实。适用于砂性土和小 于0.005mm的粘粒含量低于10%的粘性土。 l5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法 是利用打 入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成 孔，通过”挤”压作用，使地基土得到“加密”

7、，然后在孔中分层填入素土(或灰土、粉煤灰 加石灰)后夯实而成土桩(或灰土桩、二灰桩) 。适用于处理地下水位以上湿陷性黄土、新 近堆积黄土、素填土和杂填土。 l6)砂桩 在松散砂土或人工填土中设置砂桩， 能对周围土体或产生挤密作用，或同时产生振 密作用。可以显著提高地基强度，改善地基的 整体稳定性，并减少地基沉降量。适用于处理 松砂地基和杂填土地基。 l7)夯实水泥土桩 利用沉管、冲击、人工洛阳 铲、螺旋钻等方法成孔，回填水泥和土的拌和 料，分层夯实形成坚硬的水泥土柱体，并挤密 桩间土，通过褥垫层与原地基土形成复合地基 。适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、 杂填土、粘性土和淤泥质土等地基。

8、l8)爆破法 利用爆破产生振动使土体产生 液化和变形，从而获得较大密实度，用 以提高地基承载力和减小沉降。适用于 饱和净砂，非饱和但经灌水饱和的砂、 粉土和湿陷性黄土。 排水固结法 l 其基本原理是软土地基在附加荷载 的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比 减小，产生固结变形。在这个过程中， 随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散， 土的有效应力增加，地基抗剪强度相应 增加，并使沉降提前完成或提高沉降速 率。 l 排水固结法主要由排水和加压两个 系统组成。排水可以利用天然土层本身 的透水性，尤其是软土地区多夹砂薄层 的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑 料排水板之类的竖向排水体。加压主要 是地面堆载法、真

9、空预压法和井点降水 法。为加固软弱的粘土，在一定条件下 ，采用电渗排水井点也是合理而有效的 。 l(1)堆载预压法 在建造建筑物以前，通过临时 堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先 完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土 固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建 造建筑物。 l l临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载 ，但为了减少由于次固结而产生的沉降 ，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为 超载预压。 l为了加速堆载预压地基固结速度，常可 与砂井法或塑料排水带法等同时应用。 如粘土层较薄，透水性较好，也可单独 采用堆载预压法。适用于软粘土地基。 l(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) 在软粘

10、土地基中，设置一系列砂井，在 砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增 加土层固结排水通道，缩短排水距离， 从而加速固结，并加速强度增长。砂井 法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预 压法。 l适用于透水性低的软弱粘性土，但对于 泥炭土等有机质沉积物不适用。 l(3)真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，然 后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及 砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压 力作用下加速地基固结。 l适用于能在加固区形成(包括采取措施后形 成)稳定负压边界条件的软土地基。 l(4)真空-堆载联合预压法 当真空预压达不到 要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用 ，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加

11、计 算。 l适用于软粘土地基。 l(5)降低地下水位法 通过降低地下水位使土 体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力 ，促进地基固结。适用于地下水位接近地面 而开挖深度不大的工程，特别适用于饱和粉 、细砂地基。 l(6)电渗排水法 在土中插入金属电极并通 以直流电，由于直流电场作用，土中的 水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排 除，而不让水在阳极附近补充，借助电 渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常 利用它降低粘性土中的含水量或降低地 下水位来提高地基承载力或边坡的稳定 性。适用于饱和软粘土地基。 置换法 l 其原理是以砂、碎石等材料置换软 土，与未加固部分形成复合地基，达到 提高地基强度的目的。

12、 l(1)振冲置换法(或称碎石桩法) 碎石桩法 是利用一种单向或双向振动的冲头，边 喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎 石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的 粘性土构成复合地基，以提高地基承载 力和减小沉降。 l适用于地基土的不排水抗剪强度大于 20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、 粘性土和人工填土等地基。对不排水抗 剪强度小于20kPa的软土地基，采用碎石 桩时须慎重。 l(2)石灰桩法 在软弱地基中用机械成孔， 填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩 体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作 用以及土与石灰的物理化学作用，改善 桩体周围土体的物理力学性质，同时桩 与土形成复合地基，达到地基加固的目

13、 的。适用于软弱粘性土地基。 l(3)强夯置换法 对厚度小于6m的软弱土 层，边夯边填碎石，形成深度36m、 直径为2m左右的碎石柱体，与周围土体 形成复合地基。 l适用于软粘土。 l(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) 是在碎石桩 基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥， 加水拌和，用振动沉管打桩机或其它成桩机 具制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩和 桩间土通过褥垫层形成复合地基。适用于填 土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地 基。 l(5)柱锤冲扩法 柱锤冲扩法是利用直径为 200600mm、长度为26m、质量为1 6t的柱状锤冲扩成孔，填入碎砖三合 土等材料，夯实成桩，桩和桩间土通过 褥垫

14、层形成复合地基。 l适用于处理杂填土、粉土、粘性土、粘 性素填土、黄土等地基。 l(6)EPS超轻质料填土法 发泡聚苯乙烯 (EPS)的重度只有土的1/501/100，并具 有较好的强度和压缩性能， 用于填土料 ，可有效减少作用在地基上的荷载，需 要时也可置换部分地基土，以达到更好 的效果。 l适用于软弱地基上的填方工程。 加筋法 l 通过在土层中埋设强度较大的土工 聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承 载力、减小沉降、或维持建筑物稳定。 l(1)土工合成材料 利用土工合成材料的高 强度、韧性等力学性能，扩散土中应力 ，增大土体的抗拉强度，改善土体或构 成加筋土以及各种复合土工结构。 l适用于砂

15、土、粘性土和软土，或用作反 滤、排水和隔离材料。 l(2)加筋土 把抗拉能力很强的拉筋埋置在土 层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成 一个整体，用以提高土体的稳定性。 l适用于人工填土的路堤和挡墙结构。 l(3)土层锚杆 土层锚杆是依赖于土层与锚固 体之间的粘结强度来提供承载力的，它使用 在一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的 工程结构，如边坡稳定、基坑围护结构的支 护、地下结构抗浮、高耸结构抗倾覆等。 l适用于一切需要将拉应力传递到稳定土体中 去的工程。 l(4)土钉 土钉技术是在土体内放置一定长度 和分布密度的土钉体，与土共同作用，用 以弥补土体自身强度的不足。不仅提高了 土体整体刚度，

16、又弥补了土体的抗拉和抗 剪强度低的弱点，显著提高了整体稳定性 。 l适用于开挖支护和天然边坡的加固。 l(5)树根桩法 在地基中沿不同方向，设置 直径为75250mm的细桩，可以是竖直 桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群 桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定 边坡。适用于软弱粘性土和杂填土地基 。 胶结法 l 在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水 泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，与未加 固部分形成复合地基，以提高地基承载力和 减小沉降。 l(1)注浆法 其原理是用压力泵把水泥或其它 化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力 、减小沉降、防渗、堵漏等目的。 l适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土 、

17、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可加 固暗浜和使用在托换工程中。 l(2)高压喷射注浆法 将带有特殊喷嘴的注 浆管，通过钻孔置入要处理土层的预定 深度，然后将水泥浆液以高压冲切土体 ，在喷射浆液的同时，以一定速度旋转 、提升，形成水泥土圆柱体；若喷嘴提 升而不旋转，则形成墙状固结体。可以 提高地基承载力、减少沉降、防止砂土 液化、管涌和基坑隆起。 l适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土 、黄土、砂土、人工填土等地基。对既 有建筑物可进行托换加固。 l(3)水泥土搅拌法 利用水泥、石灰或其它 材料作为固化剂的主剂，通过特别的深 层搅拌机械，在地基深处就地将软土和 固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强

18、制搅 拌，形成坚硬的拌和拄体，与原地层共 同形成复合地基。 l适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量 较高且地基承载力标准值不大于120kPa 的粘性土地基。 冷、热处理法 l(1)冻结法 通过人工冷却，使地基温度低到 孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有 理想的截水性能和较高的承载力。 l适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时 措施。 l(2)烧结法 通过渗入压缩的热空气和燃烧物 ，并依靠热传导，而将细颗粒土加热到 100以上，从而增加土的强度，减小变形 。 l适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土 。 其 它 l(1)锚杆静压桩 是结合锚杆和静压桩技术 而发展起来的，它是利用建筑物的自重 作为反力

19、架的支承，用千斤顶把小直径 的预制桩逐段压入地基，在将桩顶和基 础紧固成一体后卸荷，以达到减少建筑 物沉降的目的。 l主要使用于加固处理淤泥质土、粘性土 、人工填土和松散粉土。 l(2)沉降控制复合桩基 是指桩与承台共同 承担外荷载，按沉降要求确定用桩数量 的低承台摩擦桩基。目前上海地区沉降 控制复合桩基中的桩，宜采用桩身截面 边长250mm、长细比在80左右的预制混 凝土小桩，同时工程中实际应用的平均 桩距一般在56倍桩径以上。 l主要适用于较深厚软弱地基上，以沉降 控制为主的八层以下多层建筑物。 复合地基理论 l复合地基是指天然地基在地基处理过程 中部分土体得到增强，或被置换，或在 天然地

20、基中设置加筋材料，加固区是由 基体(天然地基土体)和增强体两部分组成 的人工地基。 作用机理 l1)桩体作用 l由于复合地基中桩体的刚度较周围土体 为大，在刚性基础下等量变形时，地基 中应力将按材料模量进行分布。因此， 桩体产生应力集中现象，大部分荷载由 桩体承担，桩间土上应力相应减小。这 样就使得复合地基承载力较原地基有所 提高，沉降量有所减少。 l2)垫层作用 l桩与桩间土复合形成的复合地基或称复 合层，由于其性能优于原天然地基，它 可起到类似垫层的换土、均匀地基应力 和增大应力扩散角等作用。 l各类复合地基都有垫层作用。水平向增 强体复合地基和松散材料桩复合地基垫 层作用更加明显。 l3

21、)加速固结作用 l除碎石桩、砂桩具有良好的透水特性， 可加速地基的固结外，水泥土类和混凝 土类桩在某种程度上也可加速地基固结 。 l4)挤密作用 l如砂桩、土桩、石灰桩、砂石桩等在施 工过程中由于振动、挤压、排土等原因 ，可使桩间土起到一定的密实作用。另 外，石灰桩、粉体喷射搅拌桩中的生石 灰、水泥粉具有吸水、放热和膨胀作用 ，对桩间土也有一定的挤密效果。 l5)加筋作用 l各种桩土复合地基除了可提高地基的承 载力外，还可用来提高土体的抗剪强度 ，增加土坡的抗滑能力。目前在国内的 深层搅拌桩、粉体喷搅桩和砂桩等以被 广泛地用于高速公路等路基或路堤的加 固，这都利用了复合地基中桩体的加筋 作用。

22、 桩土应力比 l桩土应力比是竖向增强体复合地基的一 个重要计算参数，它关系到复合地基承 载力和变形的计算，它与荷载水平、桩 土模量比、桩土面积置换率、原地基土 强度、桩长、固结时间和垫层情况等因 素有关。 l1)荷载水平 桩土应力比与荷载水平间存 在着一定的关系。 l2)桩土模量比 桩土模量比是影响桩土应 力比大小比较明显的另一个参数。 l3)桩土面积置换率 l5)桩长 地基处理方法的选用 地基处理方案的确定步骤 l1) 搜集详细的工程地质、水文地质及地基 基础的设计资料。 l2）根据结构类型、荷载大小及使用要求， 结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下 水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初

23、 步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外 。在选择地基处理方案时，应同时考虑上部 结构、基础和地基的共同作用；也可选用加 强结构措施（如设置圈梁和沉降缝等）和处 理地基相结合的方案。 l3) 对初步选定的各种地基处理方案， 分别从处理效果、材料来源及消耗、机 具条件、施工进度、环境影响等方面进 行认真的技术经济分析和对比，根据安 全可靠、施工方便、经济合理等原则， 从而因地制宜地选择最佳的处理方法。 值得注意的是，每一种处理方法都有一 定的适用范围、局限性和优缺点。没有 一种处理方法是万能的。必要时也可选 择两种或多种地基处理方法组成的综合 方案。 l4) 对已选定的地基处理方法，应按建 筑物

24、重要性和场地复杂程度，可在有代 表性的场地上进行相应的现场试验和试 验性施工，并进行必要的测试以验算设 计参数和检验处理效果。如达不到设计 要求时，应查找原因采取措施或修改设 计。 地基处理若干方法介绍 强夯法 l 自80年代中我国采用强夯法处理填 海地基获得成功，并在沿海地区推广应 用，为我国广大沿海地区进行大规模“ 填海造地”工程提供了经济有效的地基 处理方法和经验，并从根本上解决了建 设与农业争地问题的矛盾，且具有重大 的经济效益和社会效益。 强夯法的设计内容 l1. 有效加固深度 l2. 夯锤和落距 l3. 夯点布置及间距 l4. 夯击数与遍数 l5. 垫层 l6. 间歇时间 l7.

25、施工监测与质量检测 有效加固深度 梅那公式 规范的经验值 强夯点的平面布置 夯击击数与遍数 l一般为410击，最后两击的夯沉量不大 于50mm，夯坑周围地面不应发生过大的 隆起，不因夯坑过深而起锤发生困难。 l遍数一般为18遍，击数与遍数构成总 夯击能量。 l间隙时间，使夯击产生的超孔隙水压力 得以消散。 强夯效果检测 l 贵阳龙洞堡机场飞行区总长度3840m，宽 度为460m，场区挖填面平整面积约1766400m2 ，最大削方高度为114.67m，最大填方厚度为 54m，挖填土石方工程量为2400m3，属大面积 、大块石、高填方地基，在国内外尚属罕见。 设计前进行了强夯法处理大块石填筑地基试

26、验 ，取得了成功，并在此基础上进行了五十多万 平方米的强夯处理工程实践。强夯试验结果表 明：大块石填筑地基经中等夯击能量 3000kNm分层夯实，达到了密实、均匀；加 固后地基变形模量从夯前的27.4MPa增加到 58.5MPa；加固后地基承载力标准值大于 700kPa。 l 长江三峡水利枢纽库区秭归新县城是 为配合三峡工程的建设，由归州镇迁至剪 刀峪，新县城回填砂分布较广，面积较大 ，其中松散回填砂面积为132860m2，稍密 回填砂面积为133000m2，含架空块石回填 砂面积为16580m2，较均匀中密回填砂面积 为209640m2，密实回填砂面积仅8800m2， 最大厚度达2535m。

27、 l 按照规划布局，在回填砂地段建造 多层房屋约105栋。采用强夯法进行处理 ，强夯试验结果表明：5m以内的加固效 果非常明显，比贯入阻力由夯前的4MPa 提高到1020MPa，密实度由原来的松 散状态提高到中密-密实状态；加固后地 基承载力大于200kPa，变形模量一般大 于11MPa。 l 某机场场道地基为新近沉积的软粘土( 淤泥质粉质粘土)和吹砂填方，地下水位离 原地面仅1m左右，土层含水量高，属欠固 结土。从1996年9月至1998年10月，共进行 了四次强夯试验和一次堆载预压试验，最终 选择强夯法对软粘土地基和吹砂填方进行处 理。对强夯加固采用了多项措施：增加塑料 排水板，改善土体的

28、排水条件；增多遍数， 减少每遍击数；逐步增加能量，从表层土至 深层土逐层加固；考虑时间效应，保证有足 够的时间。由于措施合理，45万平方米的大 面积强夯中没有出现“橡皮土”。 l 经强夯加固后，吹砂层的最大值达 8.29MPa，最小值为3.72MPa，大部分集 中在5 MPa6MPa之间；淤泥质粉质粘 土层的由夯前的0.25 MPa0.7MPa，提 高到1.14 MPa2.69MPa；强夯的有效 加固深度在5.2 m8.8m之间；地基容许 承载力达到138 kPa156kPa，均大于 120kPa的设计要求；强夯工后沉降经12 月的观测，其最大沉降均不超过10mm， 远小于50mm的设计要求。

29、 强夯置换 l 在夯坑内回填块石、碎石、砂或其它 粗颗粒材料，通过夯击排开软土，从而在 地基中形成块(碎)石墩。这种方法称为强 夯置换法(Dynamic Replacement)。由于块 (碎)石墩具有较高的强度，因此和周围的 软土构成复合地基，其承载力和变形模量 有较大的提高，而且块(碎)石墩中的空隙 可为排出软土的孔隙水提供了良好的通道 ，从而缩短了软土的排水固结时间。工程 实践证明，强夯置换法具有较好的加固效 果 预压法 l 在软土地基上建造油罐时，对于软 粘土夹粉细砂薄层的“千层饼”状土层 ，它本身具有良好的水平向透水性，采 用充水预压法加固油罐地基，可取得较 好的效果。 l1. 堆载

30、预压 l分级堆填土、石料 l2. 充水预压 l利用油罐分级充水 l3. 真空预压 l在土体内形成真空度，利用大气压 加载 l堆载 l砂垫层 l排水体 l 软土 l透水层 l预压过程 中安全系 数的变化 预压过程中变形速率的变化 预压法设计内容 l1. 确定竖向排水体（砂井、塑料排 水板）的尺寸、种类、排列和深度 l2. 确定加载的数量、范围、速率和 预压的时间 l3. 计算地基的固结度、强度增长、 抗滑稳定性和地基变形 l竖向排水体的排列，间距小，固结快； l竖向排水体的深度取决于加固土层的深 度； l加载的数量取决于加固的要求； l加载的速率取决于地基固结的速率； l加载的范围取决于工程的范

31、围； l预压的时间取决于孔隙水压力的消散速 率 碎石桩 l 我国于70年代中期引进振冲法加固 技术，江苏省江阴市振冲器厂已正式投 产系列振冲器供应市场。近二十多年来 中国在大坝、道路、桥涵、大型厂房及 工业与民用建筑地基上广泛用振冲法加 固。如在十字板强度低于20kPa的软粘土 地基，在含水量达206%的淤泥、泥炭地 基采用振冲法加固都有成功的实例。 l 1989年以来，交通部二航局在广州 新沙港区码头(长1100m)和深圳盐田港码 头(长850m)工程水下软基处理中，用并 列悬挂8台或12台振冲器的水上施工驳船 ，采用振冲法挤密14 m16m深水下挖 除淤泥加填的中、粗砂或砾、粗砂。振 冲后

32、水下松砂的相对密度由原来的30% 50%提高到70%90%，标贯击数提 高3.25倍。工程竣工后3个月码头沉降 仅40mm左右，其海面深水下振冲加固技 术已达到国际领先水平。 l 上海高桥炼油厂建造的5000 100000m3油罐，根据勘察报告表明，场 地天然地基承载力仅100kPa，不能满足 设计要求，且粘质粉土层在7度地震条件 下有液化可能，最后决定采用碎石桩加 固。经加固后的复合地基容许承载力达 200kPa，满足了地基承载力的设计要求 ；同样，原来可能出现液化的粘质粉土 层，经加固后的标准贯入击数均大于临 界贯入击数，确保在7度地震条件下将不 发生液化；充水预压后，经分析罐中心 的固结

33、度很快达80%以上。 水泥搅拌桩 l 水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地 基的一种方法。它是利用水泥(或石灰)等材 料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地 基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强 制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列 物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性 、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而 提高地基强度和增大变形模量。水泥土搅拌 法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前 者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥 粉或石灰粉和地基土搅拌。 l 江阴振冲器厂试制成一种大功率的单 轴搅拌机,加固深度可达30m; 交通部第一 航务工程局于1992年开发了我国第一代深 层水泥拌和船

34、,该机双头拌和, 叶片直径达 1.2m, 间距可调, 施工中各项参数可监控； 交通部第三航务工程局科研所1992年首次 试制成搅拌斜桩的机械，最大加固深度达 26m,最大斜度为19.6；上海市隧道工程 公司隧道施工技术研究所于1992年正在试 制三轴式(3500mm)搅拌机，形成等边三 角形排列。可见我国今后搅拌机械的研制 是向深、大和多功能干湿两用方向发展。 水泥搅拌桩计算 l单桩承载力取两者中的小值 l按桩身强度计算： l按土对桩的支持计算： 复合地基承载力 土工合成材料 l 土工合成材料是一种新型建筑材料，是用于 土工技术和土木工程，而以聚合物为原料的具渗 透性的材料名词的总称。 l 土

35、工合成材料是将由煤、石油、天然气等原 材料制成的高分子聚合物通过纺丝和后处理制成 纤维，再加工而成。常见的这类纤维有：聚酰胺 纤维(PA，如尼龙、锦纶)、聚酯纤维(如涤纶)、 聚丙烯纤维(PP，如腈纶)、聚乙烯纤维(PE，如 维纶)以及聚氯乙烯纤维(PVC，如氯纶)等。 l 土工合成材料根据加工制造不同， 可分为：1.有纺型土工织物；2.编织型土 工织物； 3.无纺型土工织物；4.土工膜； 5.土工格栅；6.土工垫；7.土工网；8.土 工塑料排水带；9.组合材料。 l 不同材料的功能不尽相同，但一种 材料往往兼有多种功能。土工合成材料 在工程上的四种主要用途见表5，表中的 符号为土工合成材料在

36、不同应用领域中 功能的相对重要性。 土工合成材料的作用 l1.排水作用 具有一定厚度的土工合成材料具有 良好的三维透水性，利用这一种特性除了可作 透水反滤层外，还可使水经过土工合成材料的 平面迅速沿水平方向排走，构成水平排水层。 l2.反滤作用 在渗流出口区铺设土工合成材料作 为反滤层，这和传统的砂砾石滤层一样，均可 提高被保护土的抗渗强度。对这方面国内外都 曾进行过广泛的研究。 l3.隔离作用 一般修筑道路时，路基、路床 材料和一般材料都混合在一起，这虽然是 局部现象，但使原设计的强度、排水、过 滤的功能减弱。为了防止这种现象的发生 ，可将土工合成材料设置在二种不同特性 的材料间，不使其混杂

37、，但又能保持统一 的作用。在铁路工程中，铺设土工合成材 料后借以保持轨道的稳定，减少养护费用 ；在道路工程中可起渗透膜的功能可防止 软弱土层侵入路基的碎石，不然会引起翻 浆冒泥，最后使路基、路床设计厚度减小 ，导致道路破坏； l 用于地基加固方面，可将新筑基础 和原有地基层分开，能增强地基承载力 ，有利于排水和加速土体固结；用于材 料的储存和堆放，可避免材料的损失和 劣化，对于废料还可有助于防止污染。 用作隔离的土工合成材料，其渗透性应 大于所隔离土的渗透性；在承受动荷载 作用时，土工合成材料还应有足够的耐 磨性。当被隔离材料或土层间无水流作 用时，也可用不透水土工膜。 l4.加筋作用 当土工

38、合成材料用作土体加 筋时，其基本作用是给土体提供抗拉强 度。其应用范围有：土坡、地基、挡土 墙。 l(1)用于加固土坡和堤坝 提高强度的土工 合成材料在路堤工程中有几种可能的加 筋用途：可使边坡变陡，节省占地面 积；防止滑动圆弧通过路堤和地基土 ；防止路堤下面发生承载力不足而破 坏；跨越可能的沉陷区等。 l(2)用于加固地基 由于土工合成材料有较高 的强度和韧性等力学性能，且能紧贴于地表 面，使其上部施加的荷载能均匀分布在地层 中。当地基可能产生冲切破坏时，铺设的土 工合成材料将阻止破坏面的出现。从而提高 地基承载力。当很软的地基加荷后，可能产 生很大变形。根据国内新港筑防波堤的经验 ，沉入软

39、土中的体积竟等于防波堤的原设计 断面，由于软土地基的塑性流动，铺垫土周 围的地基即向侧面隆起。如将土工合成材料 铺设在软土地基的表面，由于其承受拉力和 土的摩擦作用而增大侧向限制，阻止侧向挤 出，从而减小变形和增大地基的稳定性。 l(3)用于加筋垫层 砂石垫层为散体结构， 不能承受拉力，抵抗不均匀沉降和限制 水平位移的能力有限。随着土工合成材 料的广泛应用，在砂石垫层中增加铺设 一层或多层的土工织物，形成加筋土垫 层，并进一步发展了多种形式的土工合 成材料加筋土垫层，如土工格栅垫层、 土工格室垫层、土工垫等。 加筋垫层作用机理 l 1土工加筋垫层具有一定的抵抗水平拉 力能力，即当路堤-垫层-地

40、基产生滑动破 坏时，垫层内的土工织物将提供较大的 抵抗滑动之拉力，从而提高抗滑稳定性 。 l 2土工织物加筋垫层可有效地限制和减 小地基的侧向位移和剪应变，有利于增 强地基的抗滑稳定性,并使竖向沉降随之 减小。 l3采用土工织物加筋后的垫层具有一定 的抗弯刚度，即当其承受不均匀压力或 地基产生不均匀沉降时，可以对所承受 压力进行调整。 l4土工织物加筋垫层与未加筋垫层相比 强度指标和应力-应变关系指标均有所变 化，有利于提高地基抗滑稳定性和减小 地基不均匀沉降。 l 5土工织物自身具有良好的渗透性，可 改善垫层的透水性。如沪宁高速公路普 遍采用一层土工织物加筋30cm厚砂垫层 替代非加筋50c

41、m厚砂垫层。 l6土工织物还具有隔离作用，即将地基 软土、垫层及路堤填料有效地分隔开来 ，确保垫层水平连续性从而使砂垫层厚 度可适当降低。 近十年来土工合成材料的使用 l 在水利工程、环境保护工程、近海 工程、航道工程、公路铁路工程中大量 应用。 l 在1995年全国使用土工合成材料的 项目3万项，2005年已经达到10万项； l 1995年用量6000多万平方米，到 2003年的用量已超过1.2亿平方米。 l 在1998年长江洪水以后各地在加固 堤防中普遍采用土工合成材料；例如， 仅江苏仪征长江护岸工程中，在长度 3440m，堤高9.3m，顶宽8m，1:3坡度， 铺设土工织物反滤、垫层砌石护

42、坡， 就使用了54600平方米土工布。 l 长江航道整治一期工程，从1997年 至2000年全部结束，使用土工合成材料 护底、筑堤，共使用土工合成材料1000 万平方米； l 土的加筋是指在软弱土层中沉入碎 石桩(或砂桩)；或在人工填土的路堤或挡 墙内铺设土工合成材料(或钢带、钢条、 尼龙绳等)；或在边坡内打入土锚(或土钉 、树根桩等)作为加筋，使这种人工复合 的土体，可承受抗拉、抗压、抗剪或抗 弯作用，籍以提高地基承载力、减少沉 降和增加地基稳定性。这种加筋作用的 人工材料称为筋体。由土和筋体所组成 的复合土体称为加筋土。如图所示为几 种土的加筋技术的工程应用。 l 加筋土挡墙系由填土中布置

43、一定量 的带状筋体(或称拉筋）以及直立的墙面 板三部分组成一个整体的复合结构。这 种结构内部存在着墙面土压力、拉筋的 拉力、及填料与拉筋间的摩擦力等相互 作用的内力平衡，保证了这个复合结构 的内部稳定性。同时，加筋土挡墙这一 复合结构还要能抵抗拉筋尾部后面填土 所产生的侧压力，即加筋土挡墙的外稳 定性，从而使整个复合结构稳定。 l 现今加筋土技术已广泛用于路基、 桥梁、驳岸、码头、贮煤仓、槽道和堆 料场等。近年来加筋土挡墙技术在上海 地区也在大力推广应用，1992年10月在 沪青平一级公路拦路港桥高路堤，首次 较大规模采用加筋粉煤灰挡墙技术，高 路堤高度为39m，长200m；1993年10 月沪嘉高速公路东延伸段工程，又大规 模推广应用加筋粉煤灰挡墙技术，高路 堤长度300余米，高度48m；1996年4 月在亭大一级公路光钱通道又造了加筋 土桥台，路中高度达7m。 讲座结束 l再 见