湿陷性黄土地基处理 毕业论文设计.doc

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1、目 录第1章 绪论 0第2章 黄土的成因以及工程性质.02.1 概述 02.2 黄土的堆积时代及代表地层 12.3 湿陷性黄土的工程性质 12.3.1 湿陷性黄土的物理性质 1 2.3.2 湿陷性黄土的力学性质 22.4 黄土的结构特征 22.5 黄土的湿陷机理 32.6 新近堆积黄土特性 4第3章 地基处理技术的发展43.1 地基处理的目的以及采取的措施 43.2 地基处理的基本原则 53.3 地基处理技术的发展 5第4章 夯实水泥土桩的设计与计算 84.1 工程地质概况 84.2 确定是否要进行地基处理 94.3 地基处理方案的选择 94.4 夯实水泥土桩概述 104.5 夯实水泥土桩复合

2、地基作用原理 104.6 夯实水泥土的物理力学性质及影响因素 124.7 夯实水泥土桩复合地基的设计计算 13第5章 夯实水泥土桩的施工以及质量控制235.1 施工前的准备 235.2 成孔 235.3 制备水泥土 245.4 夯填成桩 245.5 施工中的注意事项 255.6 施工质量保证 255.7 质量检验 26第6章 结论与展望276.1 结论 276.2 对今后地基处理发展的几点意见与建议 27参考文献28第1章 绪 论黄土在全世界分布面积达1300万km2，约占陆地总面积的9.3%，主要分布于中纬度干旱、半干旱地区，广泛分布于大陆内部，温带荒漠和荒漠地区的外缘，或第四纪冰川地区的外

3、缘。我国黄土分布面积约64万。其中具有湿陷性的约27万，分布在北纬之间。而有时我们也不得不在具有湿陷性的黄土地基上进行建设。当然必须对湿陷性黄土进行地基处理。当天然地基不能满足建(构)筑物对地基的要求时，采用物理的方法、化学的方法、生物的方法，或综合应用上述方法对天然地基进行处理以形成满足建(构)筑物对地基要求的人工地基，称为地基处理。可以将采用各类地基处理方法形成的人工地基分为二类：一类是天然地基土体的物理力学性质得到普遍的改良，类似于均质地基，这类人工地基的承载力和沉降计算方法基本上与原天然地基，或者说与浅基础的相同，不同的是地基土层的物理力学指标得到改善；另一类是复合地基。复合地基是指天

4、然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。复合地基技术能够较好利用增强体和天然地基两者共同承担建(构)筑物荷载的潜能，因此具有比较经济的特点。复合地基技术比较适合我国国情，因此近些年来在我国得到长足的发展，在我国各地得到广泛应用。目前在我国应用的复合地基类型主要有：由多种施工方法形成的各类砂石桩复合地基，水泥土桩复合地基，低强度桩复合地基，土桩、灰土桩复合地基，

5、钢筋混凝土桩复合地基，薄壁筒桩复合地基，加筋土地基等。复合地基技术在房屋建筑(包括高层建筑)、高等级公路、铁路、堆场、机场、堤坝等土木工程建设中得到广泛应用。复合地基技术的推广应用产生了良好的社会效益和经济效益。第2章 黄土的成因以及工程性质2.1 概 述黄土按成因分为原生黄土和次生黄土，一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土，具有层理，并含有较多的砂砾和细砾。黄土一般分为湿陷性黄土、非湿陷性黄土。在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土称之为湿陷性黄土；在一定压力下受水浸湿，无显著附加下沉的黄土称之为非湿陷性黄土。湿

6、陷性黄土又分为自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土。在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为自重湿陷性黄土；在上覆土的自重压力下受水浸湿，不发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为非自重湿陷性黄土。2.2 黄土的堆积时代及代表地层我国黄土堆积时代包括整个第四纪。形成于距今120万70万年之间的下更新世()午城黄土和形成于距今约70万10万年；之间的中更新世()离石黄土称为老黄土，其大孔结构多已退化，一般仅在黄土的上部有轻微湿陷性，或在大压力下有湿陷性。黄土分布普遍，厚度为5070m，在黄河中游最厚可达170m。覆盖在上述黄土及河谷阶地之上的晚更新世()马兰黄土，形成于距今10万0

7、.5万年。全新世早期()堆积的黄土，形成于距今5000年以内。黄土和黄土土质相近，均匀、疏松，大孔和虫孔发育，具垂直节理，有较强烈的湿陷性，称之为新黄土，此层黄土与工程建设关系密切。在全新世上部，部分地段还有新近堆积黄土存在，称为黄土，为最新堆积物，其工程特性与一般湿陷性黄土差别很大。2.3 湿陷性黄土的工程性质2.3.1 湿陷性黄土的物理性质(1)颗粒组成：不同地质时代的黄土，其颗粒组成不同。(2)干容重：变化范围一般在11.416.9之间。干容重是衡量黄土密实程度的一个重要指标，与土的湿陷性也有较明显的关系。一般情况下，干容重越小，湿陷性越强；反之，则弱。(3)孔隙比：变化范围一般在0.8

8、51.24之间，大多数在1.01.1之间。孔隙比是影响黄土湿陷性的主要指标之一，在其他条件相同的情况下，土的孔隙比越大，湿陷性越强。(4)天然含水量：土的天然含水量与湿陷性和承载力的关系都十分密切。含水量低时，湿陷性强烈，但土的承载力却较高，随着含水量的增大，湿陷性逐渐减弱。(5)饱和度：湿陷性黄土的饱和度在15%77%之间变化，多数为40%50%，亦即处于稍湿状态。稍湿状态的黄土，其湿陷性一般比很湿的土要强。随着饱和度的增加，湿陷性减弱。当饱和度接近于80%时，湿陷性就基本消失。(6)液限：是决定黄土性质的另一个重要指标。当液限在30%以上时，黄土的湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性黄土。当液限

9、小于30%时，则湿陷一般较强烈。液限越高，黄土的承载力也越高。2.3.2 湿陷性黄土的力学性质2.3.2.1 压缩性压缩性是土的一项重要工程性质，它反映地基土在外荷载作用下所产生的压缩变形的大小。对湿陷性黄土来说，压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷作用时所产生的变形，它不包括地基受水浸湿后的湿陷变形。湿陷性黄土的压缩性质指标我国目前仍用压缩系数压缩模量和变形模量来表示。我国湿陷性黄土的压缩系数介于0.11.0之间，除受土的天然含水量影响外，地质年代也是一个重要因素。和早期黄土，其压缩性多为中等偏低，或低压缩性，而晚期和黄土，多为中等偏高压缩性。新近堆积黄土一般具有高压缩性，且其峰值往往

10、在压力不到200时出现，压缩系数最大值达1.02.0。2.3.2.2 抗剪强度黄土的抗剪强度主要取决于土的含水量和密实程度。含水量越低，密实程度越高，则抗剪强度越大。当黄土的天然含水量低于塑限时，水分变化对强度影响最大，随含水量的增加，土的内摩擦角和黏聚力都降低较多，但当天然含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小，而超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大。当土的含水量相同，则密实程度越大，即土的干重度越大，抗剪强度越大。在浸水过程中，黄土湿陷处于发展状态，此时，土的抗剪强度降低最多，但当黄土的湿陷压密过程已基本结束，此时土的含水量虽然很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此，湿陷性黄土处于地下水

11、位变动带时，其抗剪强度最低，而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。2.4 黄土的结构特征2.4.1 结构概述我国黄土的显微结构有明显的区域性变化规律，由西北部的粒状架空接触式结构逐渐过渡到东南的凝块镶嵌胶结式结构，这种显微结构的地区性和黄土湿陷性由西北向东南逐渐减弱的总趋势相吻合。构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒，其形态表征传力性能和变形特征，其连接形式直接影响黄土结构体系的胶结强度，而排列方式决定结构体系的稳定性。2.4.2 骨架颗粒的形态骨架颗粒的形态分为粒状和凝块状两种。在西北地区以粒状为主，一般为碳酸盐牢固胶结，有较大的刚性，由于气候干燥，加固黏聚阻碍了土体有效压密，在浸水条件下

12、易产生强烈湿陷。而东南部地区的集粒和外包黏土颗粒，质体柔软，刚性差。凝块是由柔性集粒进一步软化合并而成，刚性更差。随着凝块的形成和增多，作为黄土特点的湿陷性将完全消失。在黄土中，粒状和凝块同时存在，但一般西北部以粒状为主，东南部以凝块为主，中间地带粒状、凝块都有。2.4.3 骨架颗粒的连接形式骨架颗粒的连接形式分点接触和面胶结两种。点接触：颗粒直接接触，接触面很小，连接强度主要由接触点处的盐晶胶结造成的加固黏聚力所成，在水浸入时，部分盐晶溶解，削弱了连接强度，即使在较小的压力下，这种连接也极易破坏。面胶结：接触面积较大，接触处有较厚的黏土膜或集聚相当多的黏土片，同时也夹有盐晶薄膜的连接，这种连

13、接具有较高的强度，在浸水条件下剩余强度要比点接触为高，在自重压力下浸水将不会湿陷。由此可认为点接触易发生湿陷，且湿陷速度快，而面胶结则不易湿陷，其速度也较慢，但连接形式与气候条件、碳酸钙淋溶和黏土化程度有关，气候干燥的西北地区，点接触连接占优势，东南地区面胶结占优势，介于两者之间的地区往往两种连接形式同时存在。2.4.4 骨架颗粒的排列方式和孔隙黄土中存在各种各样的孔隙，其中与其骨架颗粒排列方式有关的有大孔隙、架空孔隙和镶嵌排列孔隙等。大孔隙为一般肉眼可见的孔隙，一般占孔隙总体积的6%18%，不是产生湿陷变形的主要原因。架空孔隙是由一定数量的骨架颗粒松散堆积所造成的孔隙，孔径远比构成孔隙的粒径

14、为大。当水浸入并削弱连接强度时，在一定压力下就会失去稳定，孔隙周围的颗粒落人孔内，造成湿陷现象。点接触连接的架空孔隙比面胶结连接的架空孔隙更容易产生湿陷。镶嵌排列孔隙是指颗粒在平面排列成犬牙交错，在空间呈镶嵌排列所构成的孔隙，较周围粒径为小，因而比较稳定，一般不会发生湿陷。在黄土中架空孔隙和镶嵌排列孔隙往往同时存在，由于气候干燥盐晶胶结形成的加固黏聚力，阻碍了土体的有效压密，架空子孔隙占优势，因此极易湿陷。2.4.5 黏胶颗粒的赋存状态黏胶颗粒的赋存状态同样随地区变化有明显不同，西北地区大部分黏胶颗粒被碳酸钙胶结成集粒或胶结在碎屑颗粒周围，作为一个整体颗粒成为结构体系的骨架，很少单独分散存在，

15、因此在连接处只有很薄一层黏土膜胶，而大量的黏胶颗粒不能发挥黏结作用。在东南地区随着碳酸钙的淋失，构成集粒的黏胶颗粒变软，并互相黏结为凝块，部分黏胶颗粒分散在孔隙溶液中充填孔隙，水分蒸发缩聚到颗粒连接处，使颗粒间由接触连接变成胶结连接形态。2.4.6 碳酸钙的存在形式原生碳酸钙碎屑颗粒只起骨架颗粒的作用，不起胶结作用。微晶粉末状碳酸钙均匀分布在黄土中，将细碎屑胶结成集粒或胶结在碎屑颗粒的表面。在非常干旱的荒漠地带，几乎不发生钙的淋溶，因此碳酸钙碎屑颗粒占优势。在潮湿地带，钙的大量迁移，往往富集于某一层位或大孔隙内。只有在大陆性的干湿交替并以干旱占优势的条件下，使存在于碎屑内的钙质缓慢淋出，将附近

16、已凝聚的黏胶颗粒群进一步胶结成集粒，致使未经压密的土体逐渐变成多孔的松散土体，形成导致黄土湿陷的特殊结构。因此，黄土的微观结构是在一定的地质历史条件下形成的，它反映了黄土的堆积方式、堆积环境以及堆积后的风化成土作用和应力历史的变迁过程，它是在特定条件下地球物理化学作用的综合，是包含湿陷性形成在内的一切物理化学过程的产物。2.5 黄土的湿陷机理对黄土的湿陷机理，国内外学者有种种假说，如毛细管假说、溶盐假说、胶体不足说、欠压密理论和结构学说等。其中欠压密理论有较多的拥护者。该假说认为黄土是在干旱和半干旱条件下形成的，在干燥少雨的条件下，由于蒸发量大，水分不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固黏聚

17、力，在土湿度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固黏聚力，因而形成欠压密状态，一旦受水浸湿，加固黏聚力消失，就产生湿陷。2.6 新近堆积黄土特性新近堆积黄土与一般湿陷性黄土相比有以下特点：(1)具有略高于黄土的天然含水量；(2)大都具有高压缩性，且压缩系数峰值多在0150压力段出现，在0200压力下的压缩曲线为前陡后缓，与黄土的前缓后陡有明显区别；(3)液限多在30%以下；(4)同一场地新近堆积黄土的湿陷性与承载力有差别。第3章 地基处理技术的发展3.1 地基处理的目的以及采取的措施地基处理是为了提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。我国土地辽阔、幅员广

18、大、自然地理环境不同、土质差异很大、地基条件区域性很强，因而地基处理这门科学特别复杂。地基处理的对象是对天然的软弱地基和人工堆填地基进行加固，以满足各类土木建筑和水利、交通、石化、电力等工程的技术要求。地基处理的目的是为了提高软弱地基和人工堆填地基的强度，保证地基的稳定；降低地基的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降；防止地震时液化；消除特殊性土的湿陷性、胀缩性和冻胀性等。随着我国国民经济的持续发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地上从事工程建设，而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行建设，另外，随着科学技术的日新月异，结构物的荷载日趋增大，高层建筑层数越来越高，对变形要求也越来越严，因而

19、原来一般可被评价为良好的地基，也可能在某些特定条件下非进行地基处理不可。所以，不仅要善于针对不同的地质条件、不同的结构物选定最合适的基础型式、尺寸和布置方案外；而且要善于选取最恰当的地基处理方法。地基处理应采取适当的措施以改善地基条件，这些措施应包括以下五方面内容：(1)改善剪切特性：地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。(2)改善压缩特性：需要研究采用何种措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基土的沉降。另外，防止侧向流动(塑性流动)产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。(3)改善

20、透水特性：由于在地下水的运动中所出现的问题。为此，需要研究采用何种措施使地基土变成不透水或减轻其水压力。(4)改善动力特性：地震时饱和松散粉细砂(包括一部分轻亚黏土)将会发生液化。为此，需要研究采取何种措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。(5)改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基的特性。3.2 地基处理的基本原则地基处理的核心是处理方法的正确选择与施工实施。而对某一具体工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深

21、，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值；地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状况、软弱土或不良土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质；施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。只有综合分析上述因素，坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保施工质量的原则拟订出地基处理方案，才能获得最佳的处理效果。其中地基处理方案的确定可按下列步骤进行

22、：(1)搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。(2)根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层构造、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初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。(3)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、

23、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。(4)对已选定的地基处理方法，应按建筑物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以达到满足设计的要求为目的。(5)地基土层的变化是复杂多变的，因此，确定地基处理方案，一定要有有经验的工程技术人员参加，对重大的工程的设计一定要请专家们参加。3.3 地基处理技术的发展3.3.1 概述近些年来，基本建设规模不断扩大，在建筑、水利、石化、电力、交通和铁道等土木工程建设中，愈来愈多地

24、遇到不良地基问题，各种不良地基需要进行地基处理才能满足建造上部构筑物的要求。地基处理是否恰当关系到整个工程质量、进度和投资。合理地选择地基处理方法和基础型式是降低工程造价的重要途径之一。国内外在地基处理技术方面发展十分迅速，使传统方法得到改进，新的技术不断涌现。随着工业的发展，给地基处理工程提供了先进的生产手段，潜水电机的出现，带来了振动水冲法；真空泵的问世，才能建立真空预压法；生产了大于20的压缩空气机，从而产生了“高压喷射法”。地基处理技术新的发展反映在地基处理机械、材料、现场监测技术，以及地基处理新方法的不断发展和多种地基处理方法综合应用等各个方面。地基处理材料的发展也促进了地基处理水平

25、的提高。新材料的应用，不仅使一些原有的地基处理方法效能提高，而且产生了一些新的地基处理方法。土工合成材料在地基处理领域得到愈来愈多的应用。土工合成加筋材料的发展促进了加筋土法的发展。轻质土工合成材料EPS作为填土材料形成EPS超轻质料填土法。塑料排水带的应用提高了排水固结法的施工质量和工效，且便于施工管理。灌浆材料的发展有效地扩大了灌浆法的应用范围，满足了工程需要。地基处理的工程实践促进了地基处理计算理论的发展。随着地基处理技术的发展和各种地基处理方法的推广使用，复合地基概念在土木工程中得到愈来愈多的应用，复合地基理论得到发展，逐步形成复合地基承载力和沉降计算理论。地基处理理论的发展又反过来推

26、动地基处理技术新的进步。人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的特性研究和认识，从而又进一步推动地基处理技术和方法的更新，因而成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分支。各项地基处理方法的施工工艺近年来也得到不断改善和提高，不仅有效地保证和提高了施工质量，提高了工效，而且扩大了应用范围。可以说，每一项地基处理方法的施工工艺都在不断提高。地基处理的监测日益得到人们重视。在地基处理施工过程中和施工后进行监测，用以指导施工、检查处理效果、检验设计参数。检测手段愈来愈多，检测精度日益提高。地基处理逐步实行信息化施工，有效地保证了施工质量，取得较好的经济效益。3.3.2 湿陷性黄土地基的处理方法

27、本课题主要为了处理湿陷性黄土地基，使其承载力、沉降同时满足建筑地基基础设计规范GB50007-2002要求，湿陷性黄土地基的处理方法依据湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004推荐有换填垫层法 、强夯法、预浸水法、挤密法。现分别对其简单介绍。3.3.2.1 换填垫层法换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对于较深厚的软弱上层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱上层在荷载下的长期变形可能依然很大。对于体型复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应采用浅层局部置换的处理方法。 对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓

28、或拆除旧基础后的坑穴，均可采用换填法进行地基处理。在这种局部的换填处理中，保持建筑地基整体变形均匀是换填应遵循的最基本的原则。 换填法的处理深度通常控制在3m以内较为经济合理。 换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。 采用换填垫层全部置换厚度不大的软弱土层，可取得良好的效果；对于轻型建筑、地坪、道路或堆场，采用换填垫层处理上层部分软弱土时，由于传递到下卧层顶面的附加应力很小，也可取得较好的效果。但对于结构刚度差、体型复杂、荷重较大的建筑，由于附加荷载对下卧层的影响较大，如仅换填软弱土层的上部，地基仍将产生较大的变形及不均匀变形，仍有可能对建筑造成破坏。采用换填垫层时，必须考虑

29、建筑体型、荷载分布、结构刚度等因素对建筑物的影响，对于深厚软弱上层，不应采用局部换填垫层法处理地基。对于不同特点的工程，还应分别考虑换填材料的强度、稳定性、压力扩散能力、密度、渗透性、耐久性、对环境的影响、价格、来源与消耗等。当换填量大时，尤其应首先考虑当地材料的性能及使用条件。此外还应考虑所能获得的施工机械设备类型、适用条件等综合因素，从而合理地进行换填垫层设计及选择施工方法。3.3.2.2 强夯法强夯法又名动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将夯锤(质量一般为10 40t)提到一定高度使其自由落下(落距一般为1040m)，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的承载力并降低其压缩性，改善地

30、基性能。由于强夯法具有加固效果显著、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工文明和施工费用低等优点。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。一般处理地下水位以上，的湿陷性黄土，局部或整片处理，处理的湿陷性黄土层厚度为512m。3.3.2.3 预浸水法采用预浸水法处理地基，应符合下列规定：(1)浸水坑边缘至既有建筑物的距离不宜小于50m，并应防止由于浸水影响附近建筑物和场地边坡的稳定性。(2)浸水坑的边长不得小于湿陷性黄土层的厚度，当浸水坑的面积较大时，

31、可分段进行浸水。(3)浸水坑内的水头高度不宜小于300mm，连续浸水时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。(4)预浸水法宜用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m，自重湿陷量的计算值不小于500mm的场地。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。3.3.2.4 挤密法灰土挤密桩或土挤密桩通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的灰土或素土（粘性土）分层填入桩孔内，并分层捣实至设计标高。用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的

32、上部荷载。夯实水泥土桩也属于挤密桩灰土挤密桩和土挤密桩，在消除土的湿陷性和减小渗透性方面，其效果基本相同或差别不明显，但土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩。适用范围一般为地下水位以上，的湿陷性黄土，一般处理的湿陷性黄土层厚度为515m。夯实水泥土桩中的挤土成孔桩也属于挤密桩，其强度主要由土的性质，水泥品种、水泥标号、龄期、养护条件等控制。其特点是：施工周期短、造价低、施工文明、质量容易控制夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。 本文将主要阐述用夯实水泥土桩处理湿陷性黄土地基的一个工程实例。第4章 夯实水泥土桩的设计与计算4.1

33、 工程地质概况这是某大学综合实验楼，东西长65.80m，南北宽26m，建筑面积12000m。建筑物地下一层，埋深0m，地上七层，建筑物高度25.60m，框架结构，片筏基础，地基基础设计等级为乙级，基底压力为180。建筑场地位于涧河II级阶地，自上而下土层主要为：第l层：填土，主要成分为粘性土和建筑垃圾，层厚0.53.1m。第2层：黄土状粉土(新近堆积黄土)，黄褐色，湿，可一硬塑，具湿陷性，属中高等压缩性土层，层厚5.77.0m，承载力特征值。第3层：黄土状粉质粘土，褐黄黄褐色，稍湿，中密，不具湿陷性。属中等压缩性土层，层厚12.514.5m，承载力特征值，压缩模量，黏聚力C = 48kPa，内

34、摩擦角。4.2 确定是否要进行地基处理设计要求地基承载力特征值为=180由于基础埋深=4.5m，故第1层填土全部挖掉，那么基础落在第2层黄土状粉土上，该土具有湿陷性，其承载力特征值为=120，现按建筑地基基础设计规范GB50007-2002确定地基承载力。黄土地基承载力的宽度、深度修正计算：当基础宽度大于3m，或基础埋置深度大于1.5m时，地基承载力应按下面的公式修正，当基础宽度小于3m时，可按3m计算，当基础宽度大于6m时，可按6m计算。当基础埋置深度小于1.5m时，可按1.5m计算 (4-1)式中,修正后的地基承载力特征值()；地基承载力特征值()；基础底面宽度(m)；基础底面以下土的重度

35、，地下水位以下取有效重度 ()；基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度()；基础埋置深度，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起；其础宽度和埋深的地基承载力修正系数，可查表求得。现查表得： 由于故应该进行地基处理。4.3 地基处理方案的选择湿陷性黄土地基的处理方法依据湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004推荐有换填垫层法 、强夯法、预浸水法、挤密法。换填垫层法：适用范围一般为地下水位以上，局部或整

36、片处理，一般处理的湿陷性黄土层厚度为13m。其处理湿陷性黄土层厚度太小了，而我们现在要处理的黄土层是5.77.0m，故该方法不适合。强夯法：一般处理地下水位以上，的湿陷性黄土，局部或整片处理，处理的湿陷性黄土层厚度为512m。而我们现在要处理的黄土层建议的为65%，故该也方法不适合。预浸水法：一般用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m，而我们现在要处理的黄土层厚度为5.77.0m，故该方法不适合。挤密法：当饱和度65%时，不宜选用灰土挤密桩与土挤密桩，而我们现在要处理的黄土层建议的为65%，其最高值能达到69%，所以灰土挤密桩与土挤密桩不适合。夯实水泥土桩也属于挤密桩，其单桩承载力要比石灰桩大，其

37、造价低、施工快、工期短、施工易掌握、该工法施工简便灵活，受场地限制较小、无污染、质量易控制，处理效果明显，比较经济、安全。而且复合地基均匀性好、地基强度较高。用夯实水泥土加固地基，加固区对其下卧层不致产生过大的附加荷载，所产生附加沉降也极为有限。故现选用夯实水泥土桩处理该湿陷性黄土地基。4.4 夯实水泥土桩概述夯实水泥土桩法是在20世纪90年代初由中国建筑科学研究院地基基础研究所发明研制的一种处理软弱地基的新工法，现在，国家进行大规模的基本建设，土木工程和交通工程蓬勃发展，特别是城市房屋密集、大型施工设备受限的旧城房屋改造工程的地基处理及交通沿线地区大量深厚不等的素填土或杂填土等软基处理(这类

38、土除具有明显的浸水湿陷性外，其承载能力低，土的性状也十分复杂)，选择一种经济、安全、合理的地基处理方法显得尤为迫切，夯实水泥土桩法便应运而生。该工法施工简便灵活，受场地限制较小、速度快、无污染、造价低、质量易控制，自从该工法在工程实践中使用以来，立即被广大设计人员、建设单位所接受，而且由于夯实水泥土桩复合地基均匀性好、地基强度较高，现已用于小高层房屋的地基处理。夯实水泥土桩是水泥土桩系之一，与搅拌水泥土桩(浆喷、粉喷)、高压旋喷桩(单管、双管、三管)并称水泥土桩系。水泥土桩系的共同特点是：地基土体(天然、人工)与水泥固化剂通过强制搅拌发生物理化学反应形成具有一定强度的水泥土胶结体(竖向增强体)

39、，习惯称为水泥土桩。夯实水泥土桩与搅拌水泥土桩的主要区别在于：(1)施工工艺上，夯实水泥土桩是水泥与人工土体在孔外地面拌和均匀然后回填孔内并强力夯实形成桩体，而搅拌水泥土桩是水泥与原状土体就地搅拌形成桩体。(2)作用机理上，夯实水泥土桩既有水泥的胶结固化作用，又有拌合料的夯实挤密作用，根据成孔方式不同可有挤土桩或部分挤土桩两种型式；而搅拌水泥土桩主要表现为水泥的胶结固化作用，属非挤土桩。(3)桩身物理力学性质上，在桩长范围内，夯实水泥土桩身密度基本是均匀的，桩身强度基本相等；而搅拌水泥土桩身密度和强度受地层土体控制，桩身在不同土层中表现为不同密度和强度。从总体上看，夯实水泥土桩身强度较高，约为

40、搅拌水泥土桩的25倍。在荷载作用下，夯实水泥土桩与天然地基土体共同承担上部荷载，形成夯实水泥土桩复合地基，可用于地下水位以上的素填土、粉土、黏性土、砂土地基，当有地下水时，适于渗透系数的黏性土。采用夯实水泥土桩处理软弱地基时，处理深度不宜超过10m。4.5 夯实水泥土桩复合地基作用原理夯实水泥土桩复合地基是由夯实水泥土桩、桩间地基土和桩顶散体材料构成的柔性褥垫层三部分组成，共同承担上部结构荷载，其承载和变形机理十分复杂。4.5.1 夯实水泥土的作用机理夯实水泥土桩是将水泥和土料在孔外充分拌匀然后回填孔内并强力夯实形成具有一定强度的水泥土加固体，在此过程中，水泥和土体发生了复杂的物理化学反应和夯

41、实挤密作用。4.5.1.1 胶结作用 水泥与土体搅拌时，水泥颗粒表面的矿物很快与土体中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化铁、含水硅酸钙，含水铝酸钙等各种水化物，这些水化物有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的黏土颗粒反应，通过、之间的交换，使较小的、离散的黏土颗粒互相靠拢胶结，形成较大的土的团粒，另一方面，水泥水化反应生成的凝胶粒子比表面较原来的水泥颗粒大1000多倍，因而产生很大的表面能，使之具有强烈的吸附活性，能把较大的土的团粒进一步胶结，形成水泥土的团粒结构，使水泥土的强度提高，此即水泥土的胶结强度。4.5.1.2 夯实挤密作用水泥和土体在孔外拌和均匀形成的水泥土

42、拌合料较为松散，土团之间孔隙较大，连接力微弱，在夯击动力作用下会重新进行排列，体积压缩，密度增大，形成夯实水泥土的密实强度。4.5.2 桩间地基土的作用机理夯实水泥土桩按照桩的成孔方式可分为挤土夯实水泥土桩和排土夯实水泥土桩两种。挤土夯实水泥土桩是利用振动沉管或冲击成孔，由于成孔时的侧向挤压作用，使得桩间土得到第一次挤密，然后在桩孔内用水泥土拌合料分层夯填密实，夯填过程中又对桩间土进行第二次挤密。排土夯实水泥土桩是采用人工洛阳铲或钻机成孔，在成孔过程中并未对桩间土造成挤密，然后在孔内分层回填水泥土拌合料并夯击密实，仅在夯填过程中对桩间土形成挤密效应。因此，不论是挤土还是排土夯实水泥土桩，其共同

43、点是对桩间土都有侧向深层挤密加固作用，桩间土承载力得到提高，这一点与搅拌水泥土桩有显著作用，所以多数情况下夯实水泥土桩复合地基具有良好的承载性能，充分地发挥了桩间地基土的承载作用。4.5.3 褥垫层的作用机理 在荷载作用下，增强体(桩体)和地基土体共同承担上部结构传来的荷载，这是复合地基的本质。然而如何设置增强体以保证增强体与天然地基土体能够共同承担上部结构荷载，或者说如何设置增强体才能形成复合地基?大量的理论研究和试验研究表明，在建筑物基础和复合地基加固区之间设置柔性褥垫层不仅可以保证各类增强体与地基土体形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷载分

44、担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体承受竖向荷载的能力等。褥垫层技术是夯实水泥土桩复合地基的核心技术，在荷载作用下，夯实水泥土桩与桩间土体通过褥垫层的变形协调来共同承担上部荷载，并且褥垫层的厚度决定了桩、土荷载分担比。复合地基中桩、土荷载分担可用桩、土应力比表示： (4-2)式中,桩顶应力()；桩间土应力()。研究表明，当褥垫层厚度=0(类似于桩基)时，由于桩体模量与土体模量相差较大，桩、土应力比很大，=1520，此时，桩承担大部分荷载，桩间土承载能力不能充分发挥。当褥垫层厚度很大(类似于天然地基)时，桩、土应力比接近于1，此时桩承担的荷载太少，实际上复合地基中桩的设置已失去了意义。当褥垫层厚度=1030时，桩、土应力比=48，此时桩、土共同作用，复合地基中桩与土的承载潜能得到充分的发挥，复合地基沉降变形也得到较好控制。大量工程实践和试验研究表明，褥垫层厚度一般取1030为宜。4.6 夯实水泥土的物理力学性质及影响因素4.6.1 夯实水泥土的物理性质4.6.1.1 组分夯实水泥土是水泥和土体在孔外拌和孔内夯实而成，水泥土拌合料中的土体既可以就地取材也可以使用人工制备的土样，不受场地地基土的影响，因此在工程实践中，为保证夯实水泥土有较高的强度，土料一般采用较纯的粉细砂、粉土或粉质黏土。这