地基处理.docx

第一章 绪论本章概述1地基、基础和地基处理的基本概念 2建（构）筑物的四个地基问题：强度及稳定性、变形、渗漏和液化，各自的含义。3软弱地基和特殊土地基基本概念；软弱地基包括软粘土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土；特殊土地基包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。4常用地基处理方法的原理、作用及适用范围。 本章重点与难点重点掌握以上基本概念，对常用地基处理方法的原理、适用土质条件及其在工程中的应用范围有一定的了解和掌握。第一章绪论第一节地基、基础和地基处理任何建（构）筑物的荷载最终将传递给地基并由地基承担。地基（Foundation，Subgrade）是指承托建（构）筑物基础的有限面积内的土层。由于上部结构建筑构件的强度很高，而地基土相应的强度则很低，压缩性较大，因此，必须设置一定结构型式和尺寸的基础，将上部结构的荷载有效地传递给地基土，以满足对地基土承载力、变形及稳定性的要求。地基（Foundation，Footing）处于上部结构和地基土之间，具有承上启下的作用。基础在上都结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的轴力、剪力和弯矩等内力；另一方面，基础底面的反力又反过来作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。作为基础设计，除了要保证基础结构本身具有足够的强度和刚度外，同时还要选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基土的强度和变形满足规范要求。因此，基础方案的论证常常是地基评价的自然引伸和必然结果，地基和基础的设计往往不是可以截然分开的，所以，基础设计又常常被称为地基基础设计。如在英语名词中，“地基”和“基础”两个词均使用“Foundation”，由此可见两者不可截然分开的依存关系。凡是基础直接建造在未经过加固处理的天然土层上时，这种地基被称为天然地基。如果天然地基很软弱，不能够渣足地基强度和变形等要求，则预先要经过人工处理以后再建造基础，这种地基加固被称为地基处理（Soil Treatment，Soil Improvement）。地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热化学等方法对地基土进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性、湿陷性和胀缩性等。我国地域辽阔、幅员广大，自然地理环境不同，土质各异，地基条件的区域性较强，因此，需要解决各类工程在设计及施工中出现的各种复杂的岩土工程问题，将是地基基础这门学科面临的课题。随着当前我国经济建设的迅猛发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地从事工程建设，而且有时也不得不在地质条件不好的地方修建建（构）筑物，因此，必须要对天然的软弱地基进行处理。建（构）筑物的地基问题，概括地说，可以包含以下四个方面：强度及稳定姓当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局问或整体剪切破坏。它会影响建（构）筑物的正常使用，甚至会引起建（构）筑物的开裂或破坏。变形当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生太大的变形时，就会影响建（构）筑物的正常使用，特别是超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏。沉降量较大时，不均匀沉降也较大。湿陷性黄土遇水两发生剧烈的变形、膨胀土的胀缩等也可以包括在这类问题中。渗漏渗漏（Seepage）是指由于地基中地下水的流动而引起的以关问题，例如因水量损失，或因潜蚀和管涌而可能导致的建（构）筑物失事。液化地震、机器设备以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基士，特别是饱和松散粉细砂（包括部分粉土）产生液化（Liquefaction）、失稳和震陷等危害。当建（构）筑物的天然地基存在上述四种问题之一或者其中几个问题时，就需要采用相应的地基处理措施，以保证建筑物的安全与正常使用。根据调查统计，世界各国的土木，水利、交通等各类工程中，地基问题常常是引起各类工程事故的主要原因。地基问题的处理恰当与否，直接关系到整个工程的质量可靠性、投资合理性及施工进度。因此，地基处理的重要性已越来越被更多的人所认识和了解。 第二节软弱地基和特殊土地基的特性本节概述 地基处理或地基加固的对象是软弱地基和特殊土地基。 一、软弱地基 建筑地基基础设计规范（GBJ89）中规定：软弱地基（Soft Foundation）系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填地或其它高压缩性土层构成的地基。1软（粘）土淤泥及淤泥质土总称为软粘土其分类和特性将在特殊土地基中阐述。2冲填土在整治和疏通江河航道时，用泥浆泵将挖泥船挖出的必何大越水分的泥砂，通过输泥管吹填到江河两岸而形成的沉积土称为冲（吹）填土（Hydraulic Fill）。冲填土的成分比较复杂，如以粘性土为例，由于土中含有大量的水分而难以排出，土体在沉积初期处于流动状态。因而冲填土属于强度较低、压缩性较高的欠固结土。另外，主要以砂或其它粗粒土所组成的冲填士，其性质基本上类似于粉细砂面不属于软弱土范围。可见，冲填士的工程性质主要取决于其颗粒组成、均匀性和沉积过程中的排水固结条件。3杂填土杂填土（Miscellaneous Fill）是由于人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的成因很不规律，组成物杂乱分布极不均匀，结构松散。它的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。对有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为基础的持力层。4其它高压缩性土饱和松散粉细砂（包括部分粉土）也应该属于软弱地基的范围。当机械设备振动或地震荷载重复作用于该类地基土时，将使地基土产生液化；基坑开挖时也会产生管涌。对软弱地基的勘察，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土应了解排水固结条件，对杂填土应查明堆载历史，明确在自重作用下的稳定性和湿陷性等基本因素。 二、特殊土地基 特殊土地基（Special Ground）大部分具有地区性特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。1软土软土（Soft Soil）是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土。当软土的天然孔隙比大于1.5时称为淤泥（Muck）。软土广布在我国东南沿海、内陆平原和山区，如上海、杭州、温州、福州、广州、宁波、天津和厦门等沿海地区，以及武汉和昆明等内陆地区。软土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数大、渗透系数小。在外荷载作用下地基承载力低、变形大、不均匀变形也大、透水性差和变形稳定历时较长。在比较深厚的软土层上。建筑物基础的沉降常持续数年乃至数十年之久。2湿陷性黄土凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力的共同作用下。受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加沉降的黄土，称为湿陷性黄土（Collapsible Loess）。由于黄土的浸水湿陷而引起建（构）筑物的不均匀沉降是造成黄土地区工程事故的主要原因设计时首先要判断其是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。我国湿陷性黄土广泛分布在甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东，河北、河南、山西、宁夏、青海和新疆等地。 3膨胀土膨胀土（Expansive Soil）是指士的粘性成分主要是由亲水性粘土矿物组成的粘性土，是一种吸水膨胀和失水收缩，具有较大的胀缩变形性能、且反复变形的高塑性粘土。我国膨胀土分布在广西、云南，湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等省。利用膨胀土作为建筑物地基时，必须进行地基处理。4红粘土在亚热带温湿气候条件下，石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石经风化作用所形成的褐红色粘性土，称为红粘土（Red Clay）。红粘土通常是较好的地基土，但由于下卧岩层面起伏变化，以及基岩的溶沟、溶槽等部位常常存在软弱土层，致使地基土层厚度及强度分布不均匀，此时容易引起地基的不均匀变形。5冻土当温度低于0时，土中液态水冻结成冰并胶结土粒而形成的一种特殊土，称为冻土。冻土按冻结持续时间又分为季节性冻土和多年冻土。季节性冻土（Seasonally Frozen Gound）是指冬季冻结，夏季融化的土层。冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土或冻土（Perinafrost）。季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布，因其呈周期性的冻结和融化，对地基的稳定性影响较大。例如，冻土区地基因冻胀而隆起。可能导致基础被抬起、开裂及变形，而融化又使地基沉降，再加上建筑物下面各处地基土冻融程度不均匀，往往造成建筑物的严重破坏。6岩溶岩溶（喀斯特Karst）主要出现在碳酸类岩石地区。其基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用面形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。我国岩溶地基广泛分布在贵州和广西两省。溶洞的大小不同。且沿水平方向延伸，有的有经常性水流，有的已干涸或被泥砂填实。建造在岩溶地基上的建筑物，要慎重考虑可能会造成的地面变形和地基陷落。山区地基条件比较复杂，主要表现在地基的不均匀性和场地的稳定性方面，基岩表面常常起伏大，而且可能存在大块孤石；另外还会遇到滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象。第三节地基处理方法的分类根据历史记载，我国劳动人民早在2000年前就已采用了在软土中夯入碎石等压密土层的夯实法；灰土和三合土的垫层法也是传统的建筑技术之一。由此可见地基处理技术的历史悠久。许多现代的地基处理方法都可在古代找到它的雏型。地基处理方法的分类有很多种，可以从地基处理的原理，地基处理的目的、地基处理的性质、地基处理的时效和动机等不同角度进行分类。其中最本质的是根据地基处理的原理进行分类，见表11。应该指出，对地基处理方法进行严格分类是十分困难的。不少方法具有几种不同的作用。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩具有又挤密土体又吸水的作用，吸水后又进一步挤密土体等。此外，还有一些地基处理方法的加固机理和计算方法目前尚不十分明确，有待进一步探讨。由于地基处理方法不断地发展，其功能不断地扩大，也使分类变得更加困难。托换技术（或称基础托换）（Underpinning）是指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或改建等问题，解决在原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问题的技术总称托换技术是一种建筑技术难度较大、费用较高、工期较长和责任性较强的特殊施工方法。它需要应用各种地基处理方法，因而列入本书的第七章。表11常用地基处理方法的原理、作用及适用范围分类处理方法原理及作用适用范围换土垫层法机械碾压法挖除浅层软弱土或不良士，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、灰土垫层、二灰垫层和索土垫层等。它可提高持力层的承载力，减少沉降量，消除或部分消除士的湿陷性和胀缩性，防止土的冻胀作用以及改善土的抗液化性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地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基重锤夯实法一般适用于地下水位以上稍湿的粘性士、砂土、湿陷性黄土、杂填土以及分层填土地层。平板振动法适用于处理无粘性土或粘粒含量少和透水性好的杂填土地基强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，以提高地基承载力和减小沉降适甩于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基。应通过现场试验才能确定其适用性深层密实法强夯法强夯法系利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结而密实适用于碎石土、砂、素填土、杂填、低饱和度的粉土与粘性士、湿陷性黄土对淤泥质土经试验证明施工有效时方可使用挤密法（砂桩挤密法）（振动水冲法）（灰土、二灰或土桩挤密法）（石灰桩挤密法）挤密法系通过挤密或振动使深层士密实，并在振动挤密过程中，回填砂、砾石、灰土、土或石过灰等形成砂桩、碎石桩、灰土桩、二灰桩、土桩或石灰桩，与桩间土一起组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量，消除或部分消除土的湿陷性或液化性砂桩挤密法和振动水冲法一般适用于杂填土和松散砂土，对软土地基经试验证明加固有效时方可使用灰土桩、二灰桩、土桩挤密法一般适用于地下水位以上，深度为5m1Om的湿陷性黄土和人工填土排水固结法堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法通过布置垂直摊水井，改善地基的排水条件，及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的圈结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，但需要有预压的荷载和时间的条件。对于厚的泥炭层则要慎重对待加筋法加筋士、土锚、土钉加筋土和士锚适用于人工填土的路堤和挡墙结构土钉适用于土坡稳定土工聚合物在人工填土的路堤或挡墙内，铺设土工聚合物、铜带、钢条、尼龙绳或玻璃纤维等作为拉筋，或在软弱土层上设置树根桩或碎石桩等，使这种人工复合体，可承受抗拉、抗压、抗剪和抗弯作用，借以提高地基承载力、增加地基稳定性和减少沉降适用于砂土、粘性土和软土树根桩适用于各类土碎石桩碎石桩（包括砂桩）适用于粘性土。对于软土，经试验证明旄工有效时方可采用分类处理方法原理及作用适用范围热学法热加固法热加固法是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适当温度（如温度在1000C以上），则土的强度就会增加，压缩性随之降低适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土冻结法冻结法是采甩液体氮或二氧化碳膨胀的方法或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式液压系统相连接，而使冷却液在里面流动从而使软而湿的土进行冻结以提高土的强度和降低土的压缩性适用于各类土对于临时性支承和地下水控制；特别在软土地质条件，开挖深度大予7m8m，以及低于地下水位的情况下是一种普遍而有用的施工措施化学加固法灌浆法通过注入水泥浆液或化学浆液的措施，使土粒胶结。用以改善士的性质，提高地基承载力，增加。稳定性，减少沉降防止渗漏适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘士、粉质粘土、粘土和一般填土层高压喷射注浆法将带有特殊喷嘴的注浆管通过钻孔投人要处理的土层的预定深度，然后将浆液（常用水泥浆）以高压冲切土体在喷射浆液的同时，以一定速度旋转、提升，即形成水泥士圆柱体；若喷嘴提升不旋转，则形成墙状蹋化体可用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，建成防渗帷幕适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性粘土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基当土中含有较多的大粒径块石。坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的有机质he,应根据现场试验结果确定其适用程度水泥主搅拌法分湿法（亦称深层拌法）和干法（亦称粉体喷射搅拌法）两种湿 法是利用深层搅拌机将水泥浆与地基土在原位拌和；于法是利用喷粉机，将水泥粉（或石灰粉）与地基在原位拌和搅拌后形成柱状水泥土体，可提高地基承载力，减少沉降量防止渗漏，增加稳定性适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水匮骚高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基。当用于处理泥嶷土或地下水其有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用程度 注：二灰为石灰和粉煤灰的拌台料。第四节地基处理设计前的工作内容和方案选择一、地基处理设计前的工作内容 对建造在软弱地基上数工程进行设计以前，必须首先进行相关调查研究，主要内容如下：（一）上部结构条件建造物的体型、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；基底压力、天然地基承载力、地基稳定安全系数和变形容许值等。（二）地基条件建筑物场地所处的地形及地质成因、地基成层情况；软弱土层厚度、不均匀性和分布范围；持力层位置的状况；地下水情况及地基土的物理和力学性质等。各种软弱地基的性状各不相同，现场地质条件随着场地的不同也是多变的，即使是同一种土质条件，也可能有多种地基处理方案。如果根据软弱土层厚度确定地基处理方案，当软弱土层较薄时，可采用简单的浅层加固办法，如换土垫层法；当软弱土层较厚时，则可以按被加固土的特性和地下水的高低而采用排水固结法：挤密桩法、振冲法或强夯法如遇砂性土地基，若主要考虑解决砂土的液化问题，一般可采用强夯法、振冲法、挤密桩法或灌浆法。如遇淤泥质土地基，由于其透水性差一般应采用竖向排水井和堆载预压法、真空预压法、土工聚合物等；而面对采用各种深层密实法处理淤泥质土地基时要慎重对待（三）环境影响在地基处理拖工中应该考虑场地环境的影响。如采用强夯法和砂桩挤密法等施工时，振动和噪音会对邻近建筑物和居民产生影响和干扰；采用堆裁预压法时，将会有大量的土方运进输出，既要有堆放场地，又不能妨碍交通；采用真空预压法或降水预压法时，往往会使邻近建筑物的地基产生附加沉降；采用石灰桩或灌浆法时，有时会污染周围环境。总之，施工时对场地的环境影响也不是绝对的，应慎重对待，妥善处理。（四）施工条件1用地条件。如果施工时占地较多，则对工程施工较为方便，但有时却会影响经济造价。2工期。从施工角度来讲，工期不宜太紧，这样可以有条件地选择缓慢加荷的堆载预压法等方法，且施工期间的地基稳定性会增大。但有时工程要求缩短工期，早日完工投入使用，这样就限制了某些地基处理方法的采用3工程用料。尽可能就地取材，如当地产砂，就应该考虑采用砂垫层或挤密砂桩等方法的可能性；如有石料供应，就应考虑碎石垫层和碎石桩等方法。4其它条件。如当地某些地基处理的施工机械的有无、施工的难易程度，施工管理质量控制、管理水平和工程造价等因索也是采用何种地基处理方法的关键因素。二、地基处理方案的选择 各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果见表12。地基处理方法的选择和确定要根据下面的步骤进行：（一）搜集建筑物场地详细的岩土工程地质、水文地质及地基基础的设计资料；（二）根据建筑物结构类型、荷载大小和使用要求，结合地形地貌、地层结构、岩土条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步确定几种可供考虑的地基处理方法。而且，在选择地基处理方法时，应该同时考虑上部结构、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。表12各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果按处理深浅分类序序号处理方法适用情况加固效果最大有效处理深度（m）淤泥质土人工填土粘性土降低压缩性提高抗剪性形 成 不 透 水 性改善动力特性饱和非饱和无粘性土湿陷性黄土浅层加固 1换土垫层法 *32机械最压法 *33平板振动法 *1.54重锤夯实法 *1.55土工聚合物法 * 深层加固6强夯法 *307砂桩挤密法 慎重*208振动水冲法 慎重*l89灰土（士、二灰）桩挤密法*2010石灰桩挤密法 *2011砂井（袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法 *1512真空预压法 *1513降水预压法 *3014电渗排水法 *2015水泥灌浆法 *2016硅化法 *2017电动硅化法 * 18高压喷射注浆法 *2019深层搅拌法 *1820粉体喷射搅拌法 *1321热加固法 *1522冻结法 * （三）在因地制宜的前提下，对初步选定的各种地基处理方法公别从处理效果、材料来源及消耗、机具、施工进度和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j经济合理等原则选择最佳的地基处理方法，值得一提的是，每一种地基处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点，没有一种地基处理方法是万能的，必要时可以选择两种或多种地基处理方法组成的联合方法。（四）对已选定的地基处理方案，应按建筑物重要性和场地复杂程度，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检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求时，应查找原因并采取措施或修改设计。地基处理方法设计顺序可参考图11。图11地基处理方法设计顺序第五节地基处理工程的施工管理应引起注意的是，有时虽然采用了较好了的地基处理方法，但由于施工管理不善，如施工时对粘性土结构的扰动，或由于机械行走路线的不合理，使地基加固产生不均匀等情况，也就丧失了采用良好处理方法的优越性。在施工中对处理方法的各个环节的质量标准要求应该严格掌握，如换土垫层法、填土压实时最大干重度和最优含水量的要求；堆载预压的填土速率和边桩位移的控制，碎石桩的填料量、密实电流和留振时间的控制等。 地基处理的施工要尽量提早安排，因为地基加固后的强度提高往往需要一定时间，也就是说，大部分地基处理方法的加固效果并不是施工结束后马上就能全部发挥出来，还需要在施工完成后经过一段时间才能逐步达到加固地基的效果。随着时间的延长，地基强度还会逐渐增长，变形模量也会提高。可以通过调整施工速度，确保地基的稳定性和安全度。一般在地基处理施工前、施工中和施工后，都要对被加固的软弱地基进行现场测试的勘探工作（如静力触探、旁压试验等源位测试和其它工作），以便及时了解地基土加固效果，修正原来的加固设计，调整施工进度；有时为了获得某些施工参数，多数必须于施工前在现场进行地基处理的原位测试试验；有时在地基加固前，为了保证对邻近建筑物的安全，还要对邻近建筑物或地下设施进行沉降和裂缝等监测。 第六节地基处理技术的发展概况近三十年来，国外在地基处理技术方面的发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。在二十世纪六十年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发，采用了土工聚合物、砂井预压和塑料排水板等材料和工艺对地基土进行排水固结处理；从对深层地基土如何进行密实处理这一角度考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代工业的发展对地基工程提供了强有力的生产手段，能制造出重达几十吨的专用地基加固施工机械（采用强夯法时的起重机械）；因潜水电机的出现，使振动水冲法的振冲器淹工机械也随之产生；真空泵的问世，使真空预压法可以实现；又由于产生了大于200个：犬气压的空气压缩机，从而产生了“高压喷射注浆法”。 随着地基处理工程的不断实践和发展，人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的工程特性的研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新，由此，“地基处理”已成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分枝。在1981年6月召开的第十届国际士力学及基础工程会议上有46篇论文专门论述了“地基处理”技术，并成为大会申十二个重要议题之一；在1983年召开的第八届欧洲土_力学及基础工程会议上所讨论的主题就是“地基处理”。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会成立了“地基处理学术委员会”，并于l9861995年间先后召开了四届学术讨论会，并组织编著了地基处理手册（1988，中囡建筑工业出版社）；我国建设部也组织编写了建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）。由此可见，“地基处理”在国内外都处于十分重要的地位。当前，国外的地基处理方法名目繁多。限于篇幅，本书仅对国内外常用的地基处理方法加以介绍，并着重阐明各种地基处理方法的加固机理、适用范围、设计计算、施工方法和质量检验。 本章小结1地基、基础和地基处理2建（构）筑物的四个地基问题3软弱地基和特殊土地基4常用地基处理方法的原理、作用及适用范围5地基处理设计前的工作内容和方案选择本章练习题1基本概念地基、基础、地基处理、软弱地基、特殊土地基、软粘土、冲填土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土。2基本原理常用地基处理方法的原理、适用的土质条件和作用。3地基处理设计前的四个工作内容4地基处理方案的选择和确定步骤在教材上找相应的答案。第二章 换土垫层法本章概述1换土垫层的概念 2换土垫层适用条件3换土垫层的五个作用4换土垫层的设计5换土垫层的施工要点6换土垫层法的质量检验方法本章重点与难点重点掌握换土垫层的概念、适用条件及其五个作用；对砂垫层厚度、宽度的设计；换土垫层法的质量检验方法。第二章换土垫层法第一节概述当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并夯压（振实）至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法（Replacement Memod）。换土垫层法常用作为浅层处理地基的方法而重锤夯实法、机械碾压法和振动压实法，则是换土垫层法中采用不同的压实机具对换填地基土进行夯 （压、碾）实的不同施工方法。换土垫层法还包括低洼地域筑高（平整场地）或道路筑高（道路路基）。对回填不同材料形成的垫层，可称之为该材料垫层、如碎垫层、干渣垫层、和粉煤灰垫层等。换土垫层的作用是：（1）提高地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少垫层下天然土层所承受的压力。从而使地基强度满足要求；（2）垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；（3）加速软土层的排水固结；（4）调整不均匀地基的刚度；（5）对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等地等地基土的浅层处理常用于轻型建筑、地砰、堆料场和道路工程等地基处理工程中。大面积填土产生的大范围地面负荷，其影响深度较大，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换土垫层法浅层处理地基的特点不同，因而对大面积填土地基进行设计和施工时，地面堆载要力求均衡，避免大量、迅速、集中堆载，并应根据使用要求、堆载特点、结构类型和地质条件等来确定允许堆载量的大小和范围。堆载不宜压在基础上，应在基础施工前不少于三个月完成大面积填土施工。浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内（有的加固方法可在地面以下达10m深）。浅层处理一般使用较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料，换土垫层法即是一种量大面广、简单、快速和经济的地基处理方法。第二节垫层设计本节概述 垫层设计时，既要使建筑地基的强度和变形满足要求，还应使设计符合经济合理的原则。尽管垫层地基可以采用不同的材料，垫层地基的变形特性则基本相似，现以砂垫层为例进行垫层的设计。对砂垫层的设计，既要求垫层有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层；又要求其有足够的宽度，以防止砂垫层向两侧挤出。砂垫层的设计方法有很多种，本节只介绍一种常用的方法。一、砂垫层厚度的确定 砂垫层的厚度一般是根据砂垫层底部软土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的附加应力与自重应力之和，不大于软弱层的承载力设计值，如图21所示，并符合下式要求：式中pz垫层底面处的附加应力设计值（kPa）； pcz垫层底面处土的自重应力标准值（kPa）；fz经深度和宽度修正后垫层底面处土层的基承载力设计值（kPa）。 图21垫层内应力分布砂垫层底面处的附加应力，除了可以采用弹性理论的土中应力公式求得外，也可按应力扩散角进行简化计算：条形基础：（22）矩形基础：（23）式中b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；l矩形基础底面的长度（m）； P基础底面压力的设计值（kPa）；Pc基础底面处土的自重应力标准值（kPa）；Z基础底面下垫层的厚度（m）；垫层的应力扩散角（0）。各种换填材料的应力扩散角值见表（21）。 表21压力扩散角（0）注；当zb0.25时，除灰土取=30外，其余材料均取=0o； 当0.250.5时，值可内插求得。砂垫层厚度计算时，一般是先根据初步拟定的厚度，再用公式（21）进行复核。砂垫厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太薄则换土垫层的作用不明显。二、砂垫层宽度的确定 砂垫层的宽度既要满足应力扩散角晶要囊粼砂垫层侧面土的承载力标准值来确定。如果砂垫层宽度不足，当垫层四周侧面土质又比较软弱时，垫层就有可能被挤入四周软弱时，垫层就有可能被挤入四周软弱土层中，促使沉降增大。砂垫层底宽度b（以m计）应满足基础底面应力扩散的要求，可以按下式计算或根据当地经验确定。bb十2ztg（24）各种垫层的宽度在满足式（24）的前提下，在基础底面标高以下所开挖的基坑侧壁呈直立状态时，则垫层顶面角边比基础底边缘多出的宽度应不小于300mm；若按当地开挖基坑经验的要求，基坑须放坡开挖时，垫层的设计断面则呈下宽上窄的梯形。整片垫层的宽度可以根据施工要求适当加宽。 垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无资料时，可选用表22中的数值，并应验算下卧层的承载力。 表22各种垫层的承载力施工方法换填材料类别压实系数承载力标准值fk（kPa）碾压或振密碎石、卵石200300砂夹石（其中碎石、卵石占全重的3050）200250土夹石（其中碎石、卵石占全重的3050）0.940.97150200中砂、粗砂、砾砂150200粘性士和粉士（8IP14）130180灰土0.930.95200250重锤夯实土或灰土0.930.95150200注：1压实系数小的垫层，承载力标准值取低值，反之取高值；2重锤夯实土的承载力标准值取低值，灰土取高值；3压实系数为妻的控制千密度与最大干密度的比值； 土的最大干密度采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取20kNm325kNm3。对比较重要的建筑物，还要验算其基础的沉降，以便使建筑物基础的最终沉降值小于其容许沉降值。此时沉降计算可由二部分组成：一部分是砂垫层的沉降；另一部分是在砂垫层下压缩层范围内的软弱土层的沉降。 对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度大于天然土层密度的垫层，宜早换填并应考虑其附加的荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。素土垫层或灰土垫层（石灰与土地体积配合比一般为2:8或3:7）总称为土垫层，是一种以土治土处理湿陷性黄土地基的传统方法，处理深度一般为1m3m。由于湿陷性黄土地基在外荷载作用下受水浸湿后产生的湿陷变形，包括土的竖向变形和侧向挤出两部分。经载荷试验表明，若垫层宽度超出基础底面宽度较小时，防止浸温后的地基土产生侧向挤出的作用也较小，地基土的湿陷变形量仍然较大。因此，工程实践中，将垫层每边超出基础底面的宽度，控制在不得小于垫层厚度的40%以内，且不得小于0.5m。通过处理基底下的部分湿陷性土层，可以达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层的湿陷量不大于规定值，以保证处理效果。素土垫层或灰土垫层按垫层布置范围可分为局部垫层和整片垫层。在应力扩散角满足要求的前提下，前者仅布置在基础（单独基础、条形基础）底面以下一定范围内，而后者则布置于整个建筑物范围内。为了保护整个建筑物范围内垫屡下的湿陷性黄土不致受水浸湿，整片土垫层超出外墙基础外缴的宽度不宜小于土垫层的厚度，且不得小于1.5m。当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层，除了上述要求以外，还要求提高地基土的承载力或水稳性时，则宜采用灰土垫层。经研究证实，作为燃煤电厂废弃物的粉煤灰，也是一种良好的地基处理材料，由于该材料的物理、力学性能能满足地基处理工程设计的技术要求，致使利用粉煤灰作为地基处理材料已成为岩土工程领域的一项新技术。 粉煤灰类似于砂质粉土，粉煤灰垫层的应力扩散角=22o。粉煤灰垫层的最大干密度和最优含水量在设计和施工前，应按照土工试验标准（GBJ12388）的击实试验法测定。粉煤灰的内摩擦角、粘聚力C、压缩模量E和渗透系数k，随粉煤灰的材料性质和压实密度而变化，应该通过室内土工试验确定。粉煤灰填料因级配状况单一