山东大学 第七章 地基处理 主讲教师 王广月 1

第七章 软弱土地基处理 第1节 概述 第2节 夯实法及碾压法 第3节 换土垫层法 第4节 排水固结预压法 第5节 挤密法和振冲法 第七章 软弱土地基处理 第1节 概述 第2节 夯实法及碾压法 第3节 换土垫层法 第4节 排水固结预压法 第5节 挤密法和振冲法 第6节 强夯法 第7节 深层搅拌法 第8节 高压喷射注浆法 2

第一节 概 述 对不良场地进行补强加固的过程，即称为地基处理。 一、地基处理的对象 地基处理的对象主要是软弱地基和特殊土地基。 第一节 概 述 对不良场地进行补强加固的过程，即称为地基处理。 一、地基处理的对象 地基处理的对象主要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》中规定，软弱地基系指主要由于泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。 1、软土 淤泥及淤泥质土的总称为软土。其具有特殊的物理力学性质，从而导致了其特有的工程性质。 3

软土：指在静水或非常缓慢 的流水环境中沉积，经生物化学 作用下形成的软弱土。 天然孔隙比大： e>1 物理力学特性软土的 天然含水量高：w≥wl 抗剪强度低 压缩系数高 渗透系数小 灵敏度高 具有明显的流变性 4

流变：在应力不变的情况下， 土体的剪应变和体应变仍随时间 而增长的现象。 淤泥：e≥1.5 软土 淤泥质土：1.5 > e≥1.0 软土地基的 工程特性 地基承载力低 建筑物的沉降和差异沉降较大 建筑物沉降历时长 5

2、冲填土 冲填土是指在整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆将夹大量水分的泥砂吹到江河两岸而形成的沉积土，亦称吹填t土。冲填土的工程性质主要取决于颗粒组成、均匀性和排水固结条件。 3、杂填土 杂填土是由人类活动所形成的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等无规则堆填物。杂填土的成分复杂，组成的物质杂乱，分布极不均匀，结构松散且无规律性。杂填土的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，即使在同一建筑场地的不问位置，其地基承载力和压缩性也有较大的差异。杂填土未经人工处理一般不宜作为持力层。 4、其他高压缩土 饱和松散粉细砂及部分粉土，在机械振动、地震等动力荷载的重复作用下，产生液化或震陷变形，另外，在基坑开挖时。也可能会产生流砂或管涌，因此，对于这类地基土，往往需要进行地基处理。 6

(二)特殊土地基 1、湿陷性黄土 凡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陷的黄土，称为湿陷性黄土。由于黄土浸水湿陷而引起的建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因，因此，当黄土作为建筑物地基时，应首先判别黄土是否具有湿陷性，再考虑是否需要进行地基处理，以及如何处理。 2、膨胀土 膨胀土是指颗粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土。它是一种吸水膨胀和失水收缩的高塑性粘土，具有较大胀缩性。当利用膨胀土作为建筑物地基时，如果不进行地基处理，往往会对建筑物造成危害。 7

3、季节性冻土 冻土是指气候在负温条件下，其中含有冰的各种土。季节件冻土是指该冻土在冬季冻结，而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大，也需要进行地基处理。 8

由于软土及特殊土地基的上述工程特性，所以在软土地基上修建建筑物，必须重视地基的变形和稳定问题。由于软土地基的承载力较低，如果不做任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。因此在软土地基上建造建筑物，要求对软土地基进行处理。 9

(1)强度要求。满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。 二、地基处理的目的 地基的良好与否，广义地讲就是能否满足建(构)筑物的变形和承载力要求，因此，它是一个动态的概念。地基处理的方法很多，但不管采用何种方法，处理后的建筑场地均必须达到以下几方面的要求： (1)强度要求。满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。 10

(2)变形要求。满足地基土在上部结构自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降变形，特别是超过建筑物所容许的不均匀的沉降变形。 二、地基处理的目的 (2)变形要求。满足地基土在上部结构自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降变形，特别是超过建筑物所容许的不均匀的沉降变形。 (3)动力稳定性要求。满足地基土在动力荷载(如地震荷载)作用下不致发生液化、失稳或震陷等灾害。 (4)透水性要求。满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或水力比超过容许值，而发生涌土、流沙、边坡滑动等事故。 11

(5)特殊土地基安定性要求。满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生的损坏。 12

三、地基处理方法的分类 地基处理方法的分类可有多种多样，如: 按时间可分为临时处理和永久处理； 按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理； 按地基处理作用机理可分为置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和冷热等处理方法。 《建筑地基处理技术规范》将目前采用的地基处理方法分为九类. 13

四﹑地基处理的原则 地基处理有许多方法，各种方法都有各自的特点和作用机理。没有哪一种方法是万能的，对于每一个工程都必须进行综合考虑，通过几种可能采用的地基处理方案的比较，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种地基处理方法的综合。 14

五﹑ 地基处理方案的选择 (一)地基处理方案选择前的调查研究 在选择地基处理方案前，首先应开展必要的调查研究，从而为合理确定具体的地基处理方法提供充分依据，其调查研究的主要内容有以下方面。 1.结构条件 2.地质条件 3.环境影响 4.施工条件 15

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第2节 夯实法及碾压法 通过夯锤或机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性，使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。 17

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一、土的压实原理 工程实践表明：土在一定击实能和适当含水量即 最优含水量情况下才会被压到最密实状态。 测定方法：室内击实或现场压实实验测定。 w含水量 γd 干重度 γdmax wop 经验： 粘性土：wop= wp+2 粉 土：14%~18% 19

对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 1.最优含水量 对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。 在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密度dmax。 20

试验统计表明：最优含水量wop与土的塑限wp有关，大致为wop=wp+2%。土中粘土矿物含量大，则最优含水量大。 2.压实功能 对于同类土，随着压实功能的变化，最大干密度和最优含水量也随之变化。当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较小，对应的最优含水量则较大；反之，干密度较大，对应的最优含水量则较小。 21

手柄 导杆 导桶 击锤 土样 击实桶 底板 击实仪结构示意图 22

η经验系数：黏土取0.95；粉质黏土取0.96；粉土取0.97。 无试验时，黏土与粉土的最大干重度 η经验系数：黏土取0.95；粉质黏土取0.96；粉土取0.97。 框架结构 砌体与 在主要受力层λc≥0.97；在主要受力层λc≥0.95。 施工质量制： 压实系数 λc=γd/γdmax 排架结构 在主要受力层λc≥0.96； 在主要受力层λc≥0.94。 23

一定击实能下（分层厚度、压实遍数）的wop 二、机械碾压法 常用机械： 平碾、羊足碾、压路机等（注意适用条件） 适用条件：大面积填土和杂填土 试验：实验室与现场测试 一定击实能下（分层厚度、压实遍数）的wop 施工质量控制： a:土的含水量为wop； b:土的分层厚度300mm左右； c:检测λc与γdmax （由设计确定）。 24

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适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等。 三、振动压实法 常用机械：振动压实机 适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等。 压实效果：影响深度1.2~1.5m，承载力 可达100~120kPa。 注意：不宜地下水位高，对周围影响3m范围。 四、重锤夯实法 常用机械：由起重机将重锤提至一定高度后 自由落下，重复夯击使土密实。 施工要求：锤重15~30kN，落距2.5~4.5m， 夯打8~12遍，影响深度1.2m左右。 27

振动压路机 28

第二节 换土垫层法 一、换填法的处理原理及适用范围 第二节 换土垫层法 一、换填法的处理原理及适用范围 换填法是将天然软弱土层挖出，分层回填强度较高、压缩性较低且无腐蚀性的砂石、素土等材料，压实或夯实后作为地基持力层。 垫层 软土层 29

二、设计要点 d p0 pcz---软土层顶面处自重应力; z pz pz---软土层顶面附加应力； pcz 适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土等的浅层处理。 二、设计要点 垫层土的厚度z应根据下卧层土层的承载力确定， 即： p0 z θ pcz pz d pcz---软土层顶面处自重应力; 垫层 pz---软土层顶面附加应力； faz---软土层顶面处经深度修正 后地基承载力特征值。 下卧层 30

垫层材料： 三、施工要点 1.砂石：级配良好，不含有机杂质。 2.粉质黏土：土料中有机质含量不得超过5%含有 碎石时粒径不超过50mm。 3.灰土：配比2:8或3:7，土料为粉质黏土，石灰为 新鲜的消石灰。 三、施工要点 1.根据不同的填料选择施工机械。 粉质黏土、灰土宜用：平碾、振动碾、羊足碾； 砂石宜用；振动碾。 31

四、质量检验 2.施工方法、分层厚度、每层压实遍数宜通过试验 确定。施工时严禁扰动垫层下的软土。 3.素填土和灰土施工含水量宜为最优含水量±2%。 垫层竣工后应及时进行基础施工与回填。 4.重锤夯实的夯锤宜用圆台形锤重宜大于2t。夯实 顺序宜先外后里，先深后浅。 四、质量检验 1.要求：分层夯实，分层检验。 2.检验方法：环刀法（测压实系数），贯入仪、 静力触探、标准贯入试验等方法。 32

第三节 强夯法 强夯法是法国L·梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法。夯击后的地基承载力可提高2～5倍，压缩性可降低200～500％，影响深度在10m以上。 33

济 南 机 场 一 期 道 强 夯 工 程 34

济南国际机场扩建主跑道  35

新建山东省电力专科学校强夯工程 36

济 南 高 新 技 术 开 发 区 强 夯 工 程  37

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常用机械：由起重机将重型锤提至一定高度后 自由落下，重复夯击使土密实。 锤重：100~400kN，落距8~20m。 适用条件：碎石土、砂土、粉土、人工填土等， 不适于淤泥等高灵敏度土。 加固机理：夯击能产生动应力与冲击波，土层液化，土粒位移并重新排列密实。 设计要点：单击夯实能、夯击遍数、间隔时间、 加固范围、夯点布置等。 （按《建筑地基处理技术规范》要求进行设计） 39

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30T强夯 锤部件 42

威海抱海大厦地基强夯效果 43

第四节 排水固结法 一、加固原理及适用范围 排水固结法是在建筑物建造以前，有条件地 在建筑物场地上进行预压，使地基的固结沉降 第四节 排水固结法 一、加固原理及适用范围 排水固结法是在建筑物建造以前，有条件地 在建筑物场地上进行预压，使地基的固结沉降 基本完成以提高地基土的强度。 适用范围：淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和 软黏土的加固。 预压系统：堆载预压系统与真空预压系统。 44

二、堆载预压法简介 排水 砂垫层 堆载 堆载产生超静水压力 软土层 排水砂井 砂井堆载预压排水固结示意图 45

三﹑真空预压法 真空预压法最早是由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授(w．K．je11man)于1952年提出的． 国内外都做了不少室内和现场试验 ，并对真空预压的机理进行了深入的研究. 46

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真空预压法特点 一﹑加固过程中土体除产生竖向压缩外，还伴随侧向收缩，不会造成侧向挤出，特别适于超软土地基加固。 二﹑一般膜下真空度可达600mmHg，等效荷重为80kPa，约相当于4.5m堆土荷载；真空预压荷重可与堆载预压荷重叠加，当需要大于80kPa的预压加固荷重时，可与堆载预压法同时使用，超出80kPa的预压荷重由堆载预压补足。 三﹑真空预压荷载不会引起地基失稳，因而施工时无须控制加荷速率，荷载可一次快速施加，加固速度快，工期短。 48

真空预压法特点 四﹑施工机具和设备简单，便于操作；施工方便，作业效率高，加固费用低，适于大规模地基加固，易于推广应用。 五﹑不需要大量堆载材料，可避免材料运入、运出而造成的运输紧张、周转困难与施工干扰；施工中无噪音，无振动，不污染环境。 六﹑适于狭窄地段、边坡附近的地基加固。 七﹑需要充足、连续的电力供应；加固时间不宜过长，否则，加固费用可能高于同等荷重的堆载预压 八﹑在真空预压加固过程中，加固区周围将产生向加固区内的水平变形，加固区边线以外约10m附近常发生裂缝。因此，在建筑物附近施工时应注意抽真空期间地基水平变形对原有建筑物所产生的影响。 49

粘 土 密 封 墙 50

滤 管 51

预 压 过 程 52

预 压 过 程 53

正 常 抽 气 阶 段 54

射 流 箱 55

射 流 箱 56

铺 膜 57

四﹑真空预压联合堆载软基处理 58

第五节 挤密法和振冲法 一、挤密法加固原理 挤密法是以振动或冲击的方法成孔，然后在孔中填入砂石、土、石灰或其它填料，并加以捣实成为桩体。 第五节 挤密法和振冲法 一、挤密法加固原理 挤密法是以振动或冲击的方法成孔，然后在孔中填入砂石、土、石灰或其它填料，并加以捣实成为桩体。 机理：桩管打入土中，产生横向挤密作用，土体密实，强度增加，同时，桩体本身具有较大的强度，故桩体与土组成复合地基。 适用范围：松软砂类土、素填土杂填土等。 59

高 真 空 挤 密 法 施 工 60

二、振冲法加固原理 振冲法：是利用振冲器在高压水流的作用下， 在黏土中成孔，孔中填入碎石形成桩体，桩 体与地基土构成较原土强度高、压缩性小的复合地基。 对于砂土地基，是利用振动挤压和振动液化密实加固地基。 61

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桩位布置，对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。 ※设计计算 （一）振冲置换法 1、处理范围和桩位布置 处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘宜扩大1—2排桩；对可液化地基，在基础外缘应扩大2—4排桩。 桩位布置，对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。 63

2、桩的长度 桩的长度按建筑物对地基的要求确定，一般尽可能打入坚实土层，如软土层太厚，桩长最深也不超过15 m，但一般打至8m深度以后，再增加深度，对提高承载力的效果逐渐不显著，只是减少沉降量而已，故此时应按建筑物地基的允许变形值确定桩长。 在加固可液化的地基时，桩长应按要求的抗震处理深度确定。即用标准贯入击数 来衡量砂性土的抗液化能力，使振冲法处理后的地基标淮贯入击数 大于 值，由下式表示： 64

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【例】某柱下单独基础，其上部结构传至基础顶面的竖向力 标准值Fk=980kN，基础及工程地质剖面图如图所示，由于建 筑场地的限制，基底指定设计成2m×3m，天然地基承载力 不能满足要求，需对地基进行处理。现用直径1 m的振冲置换 碎石桩加固，单桩和桩间土载荷试验得， 正方行布置，求面积置换率及桩距. 解：1.计算基底压力 2.复合地基承载力 3.地基承载力的特征值 73

=245m+85(1-m)+18.15 4.建立不等式 根据地基基础的设计原则 即 195.33≤245m+85(1-m)+18.15 5.计算桩间距 因为正方行布置，故 由 得 0.6= 故s= 74

第六节 化学加固法 一、灌浆法 化学加固法是采用化学浆液灌入或喷入土中， 使土体固结（土粒胶结）的地基加固方法。 第六节 化学加固法 化学加固法是采用化学浆液灌入或喷入土中， 使土体固结（土粒胶结）的地基加固方法。 一、灌浆法 灌浆法是利用液压、气压或电化法，通过灌浆 管把化学浆液灌入土的孔隙中，以填充、渗透 挤密等方式，替代土颗粒间孔隙，经一定时间 硬化后将松散的土粒固结成整体。 化学浆液：水泥浆+稳定剂+减水剂+早强剂 加固目的：防渗、加固地基、地基托换。 75

二、高压喷射注浆法 高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）是利用钻机把带有特殊喷嘴的 注浆管钻进至设计的土层深度，以高压设备使 浆液形成20kPa左右的射流喷出，冲击破坏土 体，并使土粒剥下与浆液搅拌混合，经凝结固 化后形成加固体。 喷射注浆方法：旋喷法（形成柱状加固体）， 摆喷法（形成扇形状加固体），定喷法（形成 墙板状加固体）。 适用范围：淤泥、淤泥质土、素填土、粉土、 塑态黏土、砂土、碎石土等。 76

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按注浆喷射形式的不同， 加固体的形状不同。喷射形 式主要有： 1.旋转喷射注浆； 2.定向喷射注浆； 3.摇摆喷射注浆。 83

1.加固地基，提高建筑物地基的承载力，改善地基的变形性质，既可应用于拟建建筑物的地基处理，又可应用于已建建筑物的事故处理。 高压喷射注浆法在工程上 的应用主要有两方面： 1.加固地基，提高建筑物地基的承载力，改善地基的变形性质，既可应用于拟建建筑物的地基处理，又可应用于已建建筑物的事故处理。 2.地基或土体的防渗处理，形成防渗帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。 84

三、深层搅拌法 深层搅拌法（Deep Mixing Method──DMM）是利用 水泥作固化剂，通过深层 搅拌机械，在加固 深度内将软土和水泥强制 拌合，硬结成具有 整体性和足够强度的水泥 土桩或地下连续墙。 适用范围：淤泥、淤泥质土、粉土、含水量较高且承载力较低（≤120kPa）的粘性土。 85

水泥搅拌桩施工现场 86

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水泥搅拌桩基坑支护 91

施工工艺 92

现场检测 93

(a)定位 (b)喷浆(粉)搅拌下沉 (c)搅拌上升 (d) (e) (a)定位 (b)喷浆(粉)搅拌下沉 (c)搅拌上升 (d)重复喷浆(粉)搅拌下沉 (e)重复搅拌上升(完毕) 94

和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。 深层搅拌法按固化主剂的 不同可分为水泥系深层搅拌法 和石灰系深层搅拌法；按施工工艺又可分为浆体喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法。 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土（水泥加固土），影响水泥土强度的主要因素有： 1.水泥掺入比 95

水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大。当aw<5%时，由于水泥与土的固化反应过弱，对于提高地基土的强度效果不明显。工程上常用的aw约为7~25%。 96

时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。 水泥土的强度增长率在不 同的掺入量区域、不同的龄期 时段内是不相同的，而且原状土不同，水泥土的强度增长率也不同。 97

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2.龄期 水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大，其强度增长规律不同于混凝土，一般在T＞28d后强度仍有较大增长。直到90d后其强度增长率逐渐变缓。所以，以龄期90天作为标准强度。 99

当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。 3.地基土的含水量 当水泥掺入比相同时，水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大。含水量的降低使水泥土的密实性得到增强，从而提高了强度。 4.水泥标号 水泥土的强度随水泥标号的提高而增大。在水泥掺入比相同的条件下，水泥标号每提高100号，水泥土的无侧限抗压强度约增大20％～30％。 100

5.添加剂 不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响，选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量。在水泥系深层搅拌法中，常选用木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等添加剂。添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定。 101

6．土中的有机质含量 由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土壤具有酸性，这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行，影响水泥土的固化，从而降低水泥土的强度。因此，有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度。 102

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※设计计算 一、加固范围 可仅在基础范围内布桩,不必像其他散体材料桩那样在 基础以外设置保护桩 二、地基承载力计算 104

三、桩数的确定 105

单液硅化法和碱液法 一、基本概念 1 单液硅化法 2 碱液法 单液硅化法是硅化加固法的一种，是指将硅酸钠溶液 (Na20.nSi02(俗称水玻璃)灌入土中来加固土的方法。 经加固后的土可提高水的稳定性，消除黄土的湿陷性， 提高土的强度。 2 碱液法 碱液法是把具有一定浓度的NaOH溶液经加热到90~100°C， 通过有孔铁管在其自重作用下灌入土中，利用NaOH溶液来 加固黏性土的方法。 106

二、适用范围 单液硅化法和碱液法适用于处理地下水位以上渗透系数为 0.1~2.0m/d的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场地， 对Ⅱ级湿陷性地基，由于碱液法在自重湿陷性黄土地区使 用较少，而且加固深度不足5m，为防止采用碱液法加固既 有建筑物地基产生附加沉降，当采用碱液法加固时，应通 过试验确定其可行性。 对于下列建(构)筑物，宜采用单液硅化法或碱液法： (1)沉降不均匀的既有建(构)筑物和设备基础； (2)地基受水浸湿引起湿陷，需要立即阻止湿陷继续发展的 建(构)筑物或设备基础； (3)拟建的设备基础和构筑物。 对酸性土和已渗入沥青、油脂及石油化合物的地基上，不 宜采用单液硅化法和碱液法。 107

三、加固机理 1.单液硅化法 单液硅化法将硅酸钠溶液(Na20.nSi02 (俗称水玻璃)灌入土中，当溶液和含有大 量水溶性盐类的土相互作用时，产生硅 胶将土颗粒胶结，提高水的稳定性，消除 黄土的湿陷性，提高土的强度。 108

2.碱液法 碱液法利用NaOH溶液来加固黏性土，使土颗粒表 面相互融合黏结。对于钙质饱和的黏性土(如湿陷性 黄土)能获得较好的效果，对软土需同时使用氯化溶 液。这是因为氢氧化钠溶液注入土中后，土粒表层 会逐渐发生膨胀和软化，进而发生表面的相互融合 和胶结(钠铝硅酸盐类胶结)，但这种融合胶结是非 水稳性的，只有在土粒周围存在有Ca(OH)2和 Mg(OH)2的条件下，才能使这种胶结构成为强度高 且具有水硬性的钙铝硅酸盐络合物。这些络合物的 生成将使土粒牢固胶结，强度大大提高，并且具有 充分的水稳性。 109

由于黄土中钙、镁离子含量 一般都较高(属于钙、镁离子 饱和土)，故采用单液加固已 足够。如钙、镁离子含量较 低，则需考虑采用碱液与氯 化钙溶液的双液法加固。为 了提高碱液加固黄土的早期 强度，也可适当注入一定量 的氯化钙溶液。 110

四、设计 一般规定 采用单液硅化法或碱液法加固湿陷性黄土地基，应于施工前在拟加固的建(构)筑物附近进行单孔或多孔灌注溶液试验，确定灌注溶液的速度、时间、数量或压力等参数。 灌注溶液试验结束后，隔7~10d，应在试验范围的加固深度内量测加固土的半径，并取土样进行室内试验，测定加固土的压缩性和湿陷性等指标。必要时，应进行浸水载荷试验或其他原位测试，以确定加固土的承载力和湿陷性。 111

1.单液硅化法加固地基设计 近行单液硅化法加固地基设计时，主要设计内容包括溶液灌注方式、溶进行单液硅化法加固地基设计时，主要设计内容包括溶液灌注方式、溶液用量及配比计算和灌注孔的布置等。 (1) 溶液灌注方式 1)压力灌注 是指向土中打入灌注管(有孔铁管)，采用一定的压力将溶液灌入土中。可用于加固自重湿陷性黄土场地上拟建的设备基础和构筑物的地基，也可用于加固非自重湿陷性黄土场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基。 112

非自重湿陷性黄土上的既有建(构)筑物和设备基础的地基之所以可采用压力灌注，是因为非自重湿陷性黄土有一定的湿陷起始压力，基底附加应力不大于湿陷起始压力或虽大于湿陷起始压力但数值不大时，不致出现附加沉降，并已为大量工程实践和试验研究资料所证明。压力灌注需要用加压设备(如空压机)和金属灌注管等，成本相对较高，其优点是加固范围较大，不只是可加固基础侧向，而且可加固既有建筑物基础底面以下的部分土层。 113

2)溶液自渗 是指在拟加固的土层中打(钻)设灌浆用的孔，将配制好的溶液灌满各灌注孔，并使溶液面高出基础底面标高0.50m，使溶液自行渗入土中。该法宜用于加固自重湿陷性黄土场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基。 该法之所以适用于加固自重湿陷性黄土场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基，是因为采用溶液自渗时，溶液自渗的速度慢，扩散范围小，溶液与土接触初期，对既有建筑物和设备基础的附加沉降很(10~20 mm)，不超过建筑物地基的允许变形值。而如果对这种条件下的地基采用压力灌注，溶液的灌注速度快，扩散范围大，灌注溶液过程中，溶液与土接触初期，尚未产生化学反应，在自重湿陷性严重的场地，采用此法加固既有建筑物地基，附加沉降可达30cm以上，对既有建筑物显然是不允许的。 114

(2 )溶液配比 单液硅化法应由浓度10％~15％的硅酸钠(Na20.nSi02)溶液，掺入2.5％氯化钠组成。其相对密度宜为1.13～1.15，并不应小于1.10。硅酸钠(Na20.nSi02)溶液的模数值宜为2.5～3.3，其杂质含量不应大于2％，其模数值是指二氧化硅与氧化钠(百分数)之比。当硅酸钠溶液的浓度大于加固湿陷性黄土所要求的浓度时，应将其加水稀释 . 115

采用单液硅化法加固湿陷性黄土地基，灌注孔的布置应符合下列要求： (3)灌注孔的布置 采用单液硅化法加固湿陷性黄土地基，灌注孔的布置应符合下列要求： (1) 灌注孔的间距：压力灌注宜为0.80～1.20m；溶液自渗宜为0.40～0.60m； (2)加固拟建的设备基础和建(构)筑物的地基，应在基础底面下按等边三角形满堂布置，超出基础底面外缘的宽度，每边不得小于1m； (3)加固既有建(构)筑物和设备基础的地基，应沿基础侧向布置，每侧不宜少于2排。 当基础底面宽度大于3m时，除应在基础每侧布置2排灌注孔外，必要时，可在基础两侧布置斜向基础底面中心以下的灌孔或在其台阶上布置穿透基础的灌注孔，以加固基础底面下的土层。 116

2.碱液法加固地基设计 (1 )溶液类型选择 由于黄土中钙、镁离子含量一般都较高(属于钙、镁离子饱和土)，故采用单液加固已足够。但是，如被加固土中钙、镁离子含量较低，则需考虑采用碱液与氯化钙溶液的双液法加固。为了提高碱液加固黄土的早期强度，也可适当注入一定量的氯化钙溶液。因此，当100g干土中可溶性和交换性钙镁离子含量大于10mg.eq时，可采用单液法，即只灌注氢氧化钠一种溶液加固；否则应采用双液法，即采用氢氧化钠溶液与氯化钙溶液轮番灌注加固。 117

双液加固时，氯化钙溶液的浓度为50～80g／L。 (2) 溶液配比及碱用量 碱液可用固体烧碱或液体烧碱配制，加固1 m3黄土需要NaOH量约为干土质量的3％，即35~45kg。碱液浓度不应低于90g/L，常用浓度为90~100g／L。 双液加固时，氯化钙溶液的浓度为50～80g／L。 118

对非自重湿陷性黄土地基，加固深度可为基础宽度的1.5~2.0倍。 对Ⅱ级自重湿陷性黄土地基，加固深度可为基础宽度的2.0~3.0倍。 (3)加固深度及加固范围 碱液加固地基的深度应根据场地的湿陷类型、地基湿陷等级和湿陷性黄土层厚度，并结合建筑物类别与湿陷事故的严重程度等综合因素确定。加固深度宜为2~5 m。 对非自重湿陷性黄土地基，加固深度可为基础宽度的1.5~2.0倍。 对Ⅱ级自重湿陷性黄土地基，加固深度可为基础宽度的2.0~3.0倍。 碱液加固土层的厚度h，可按下式估算： h=L+r 式中：L为灌注孔长度，从注液管底部到灌注孔底部的距离(m)；r为有效加固半径(m)。碱液加固地基的半径r，宜通过现场试验确定。当碱液浓度和温度符合《建筑地基处理规范》的有关规定时，有效加固半径与碱液灌注量之间， 119

水泥粉煤灰碎石桩(CFG ) 一、定义 CFG桩（Cement Fly-ash Grave），为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水伴和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25只见变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算论进行工程设计。 120

二、经济效益 1.CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价 2.用粉煤灰混凝土沉管灌注桩处理软土地基，形成的复合地基承载力可提高至原地基承载力的3倍以上 3.在民用建筑上与普通砼沉管灌注桩基础相比，其综合基础处理费用可节省约30%，具有显著的经济效益。在高速公路的软基上应用，在相同条件下，用粉煤灰桩加固软土地基比采用水泥搅拌桩节省15～20%的造价 121

三、应用情况 近2-3年，该技术已在北方地区的高层建筑地基处理中应用，仅北京地区已有近300余栋高层建筑地基处理采用了CFG桩加固技术，其中绝大多数为20-30层，31-35层的超高层建筑有15幢，由于该技术具有施工速度快、工期短、质量容易控工程造价低廉等特点，目前已成为北京及周边地区应用最普遍的地基处理技术之一。 122

四、CFG桩常用配合比 CFG桩的配合比通常取同强度等级的混凝土的配合比。 C10的配合比：水：水泥：中砂：2~5cm的卵石：粉煤灰=0.68:1:3.03:6.15:0.25，塌落度3~5cm，用水量应根据现场骨料的含水量进行调整 123

五、CFG桩施工方法 CFG桩工程采用振动沉管法进行施工。即先沉管至设计标高后再在管内注入混合料，要求边填边振，然后振动拔管成桩，最后在桩顶铺设碎石垫层和土工格栅。打桩设备采用DZ40和DZ60振动沉拔桩锤，配履带式悬挂式桩架。 124

六、设计计算 1. 桩径d 2. 桩距S 一般桩径d设计成350～400mm,可用φ400长螺旋钻机压浆法或其它成桩设备制桩。 一般桩距S=(3-6)d,桩距的大小取决于设计要求的复合地基承载力、土性与施工机具。一般设计要求的承载力大时取小值,但必须考虑施工时新打桩对已打桩的影响,就施工而言希望采用大桩距大桩长,因此s的大小应综合考虑。 125

3. 桩长 根据单桩承载力标准值Rk的计算式中土层总厚度确定。 4. 褥垫层 褥垫层厚度一般取10一30cm为宜.当桩距过大时并考虑土性,褥垫厚度还可适当加大。褥垫层材料可用碎石、级配砂石(限止最大粒径)、粗砂或中砂。 126

5.承载力计算 复合地基是由桩间土和增强体(桩)共同承担荷载，是由桩间土承载力和单桩承载力进行合理组合叠加。 CFG桩复合地基承载力可用下面的公式进行估算: fsp,k=mRk/Ap+α·β（1-m）fk 127

式中：fsp,k---复合地基承载力特征值 m----面积置换率 Ap ----桩的断面面积 fk---天然地基承载力标准值 α----桩间土强度提高系数,α=fs,k/fk fs,k----加固后桩间土承载力标准值 β----桩间土强度发挥度,对一般工β=0.9一1.0；对重要工程或对变形要求高的建筑物β=0.75-1.0 Rk----自由单桩承载力特征值。其确定方法同水泥搅拌桩 128

高真空击密法 一、高真空击密法加固软基的原理 高真空击密法是将高真空排水+强夯击密两道工序相结合，对软土地基进行交替、多遍处理的一种方法。高真空排水与强夯击密相结合是在两道工序交替、多遍处理过程中，高真空排水强制排出孔隙水，为强夯击密创造条件；强夯击密激发出超孔隙水压力与高真空排水的高真空形成较高的压力差，从而促进了高真空排水效果。 129

二、高真空击密法地基处理方法 及流程 一遍真空降水—一遍点夯一二遍真空降水，场地整平—一二遍点夯一三遍真空降水，场地整平—一遍满夯 130

三、独特优势： 造价节省30％ 工期缩短50％ 与传统工法相比．高真空击密法主要具有下述特点：一是工期短：单位面积施工工期为l0～2天．是常规工法的1／3～1／2；二是造价低：工程造价是常规工艺的40％～80％ ：三是质量可控：有效控制软土含水量、密实度、工前沉降和差异沉降。快速提高承载力．克服真空度沿塑料排水板深层衰减及塑料排水通道的存在工后沉降较大的缺陷．弥补了强夯法对饱和软土易形成“弹簧土” 的缺陷：四是施工环保：属力学物理变化，无需添加剂。 131

四、创新妙招： 数遍高真空结合适能量击密 五大创新： 一是在夯前采用高真空系统，合理控制施工参数，减小了饱和土的饱和度，使规范“饱和软土不宜强夯”成为过去； 二是高真空结合合适的变能量动力击密，扩大了规范的真空井点在低渗透性土中排水的应用范围： 三是由于数遍高真空的作用．缩短了软粘土二遍夯击间隔时间．软土强夯的间隔时间从规范“不小于3—4周”缩短为“5—10天”．大大节约了工期； 132

四是通过高真空击密．使浅层地基(10m 内)形成超固结硬壳层．改善地基的受力性能．由于深层软土不形成排水道．深层软土工后沉降将明显减小； 五是大面积加固．对地基有一定的降水预压作用。 133

五、工法六大要素 一是采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量．控制需处理的土体逐步接近最优含水量; 二在需处理土体分遍逐步接近最优含水量的同时．采用特制的大型击密设备分遍击密需处理的土体．逐步接近最大密实度； 三是根据处理土体的自振频率．调整击振频率; 134

四是正确计算被处理土体超孑L隙水压的消散时间．合理确定土体每遍击密的固结恢复时间．严防“弹簧土”的形成; 五是根据不同土体的渗透系数、含水量．分层多遍强制调整各层土的真空度、真空气量、平衡参数； 六是根据地基的处理深度要求．正确计算各层不同土体击密所需的击. 135