§11.1 地基处理概论软弱土地基的特征第 11 章软弱土地基处理

§11.1 地基处理概论软弱土地基的特征第 11 章软弱土地基处理
§11.1 地基处理概论软弱土地基的特征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。 1)提高地基的抗剪强度； 2)降低地基的压缩性； 3)改善地基的适水特性； 4)改善地基的动力特性； 5)改善特殊土的不良地基特性。含水量较高，孔隙比较大。压缩性较高。抗剪强度很低。渗透性较差。具有显著的结构性。具有明显的流变性

第 11 章软弱土地基处理建筑物的地基所面临的问题压缩及不均匀沉降问题强度及稳定性问题液化问题渗漏问题

第 11 章软弱土地基处理地基处理方法分类及应用范围
地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法，这些方法是千百年以前以至迄今仍然是有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。软弱土地基处理方法分类碾压及夯实换填垫层排水固结振密挤密置换及拌入土工聚合物其它

第 11 章软弱土地基处理常用地基处理方法及适用范围 1、换土垫层法 (1)垫层法 (2)强夯挤淤法 (3)爆破挤淤法

第 11 章软弱土地基处理青岛港8号码头强夯挤淤工程

第 11 章软弱土地基处理北海堤爆破挤淤

第 12 章地基处理 2．振密、挤密法 (1)表层压实法 (2)重捶夯实法 (3)强夯法 (4)振冲挤密法 (5)土(或灰土、粉煤灰力，石灰)桩法 (6)砂桩 (7)爆破法

第 11 章软弱土地基处理 (1)表层压实法

第 11 章软弱土地基处理 (2)重捶夯实法

第 11 章软弱土地基处理 (3)强夯法

第 11 章软弱土地基处理 (4)振冲挤密法1

第 11 章软弱土地基处理振冲挤密法2

第 11 章软弱土地基处理 3．排水固结法排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。 (1)堆载预压法 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) (3)真空预压法 (4)降低地下水位法 (5)电渗排水法

第 11 章软弱土地基处理加压系统排水系统 (2)堆载预压法

第 12 章地基处理 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)

第 11 章软弱土地基处理 (3)真空预压法真空膜

第 11 章软弱土地基处理 (4)降低地下水位法

第 11 章软弱土地基处理 4．置换法 (1)振冲置换法(或称碎石桩法) (2)石灰桩法 (3)强夯置换法 (4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)

第 11 章软弱土地基处理 (1)振冲置换法(或称碎石桩法)

第 11 章软弱土地基处理 (4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)

第 11 章软弱土地基处理 5．加筋法 (1)土工聚合物 (2)加筋土 (3)土层锚杆 (4)土钉 (5)树根桩法

第 11 章软弱土地基处理 6．胶结法 (1)注浆法 (2)高压喷射注浆法 (3)水泥土搅拌法

第 11 章软弱土地基处理 (1)注浆法

第 11 章软弱土地基处理水泥土搅拌桩

第 11 章软弱土地基处理喷粉桩施工

第 11 章软弱土地基处理 7．冷热处理法 (1)冻结法 (2)烧结法

第 11 章软弱土地基处理润扬大桥冻结法施工

第 11 章软弱土地基处理三、地基处理的基本原则
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，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、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。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。

第 11 章软弱土地基处理 §11.2 地基处理方法换土垫层法  b 回填土土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理换土垫层法: 将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换土垫层法. 土力学与基础工程西南科技大学

垫层的类型及适用范围表第 11 章软弱土地基处理垫层种类适用范围砂垫层（碎石、砂砾）
中、小型建筑工程的滨、塘、沟等局部处理；软弱土和水下黄土处理（不适用于湿陷性黄土）。可有条件用于膨胀土地基。素土垫层中小型工程，大面积回填，湿陷性黄土灰土垫层中小型工程，膨胀土，尤其湿陷性黄土粉煤灰垫层厂房、机场、港区路域和堆场等大、中小型大面积填筑干渣垫层中小型建筑工程。尤其适用于地坪、堆场等大面积地基处理和场地平整；铁路、道路路基处理。土力学与基础工程西南科技大学

——通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少； 2、减小沉降量
第 11 章软弱土地基处理 1、提高持力层的承载力 ——通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少； 2、减小沉降量 ——换填材料代替上部软弱土层，可减小这部分的沉降量、垫层扩散作用，使得下卧土层的压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；加固机理土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理加固机理 3、加速软弱土层的排水固结 ——不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，产生塑性破坏的危险。土力学与基础工程西南科技大学

——垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而提高其强度。
第 11 章软弱土地基处理加固机理 3、加速软弱土层的排水固结 ——垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而提高其强度。土力学与基础工程西南科技大学

——垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。
第 11 章软弱土地基处理加固机理 4、防治冻胀 ——垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。 5、消除膨胀土的胀缩作用土力学与基础工程西南科技大学

1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，
第 11 章软弱土地基处理三、垫层设计垫层设计要点 1、要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层， 2、要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。土力学与基础工程西南科技大学

pZ + pCZ  faz  第 11 章软弱土地基处理垫层厚度的确定垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：
b 回填土 pZ + pCZ  faz 式中 ——垫层底面处的附加应力设计值（kPa）; ——垫层底面处土的自重压力值（kPa）； ——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。土力学与基础工程西南科技大学

pZ + pCZ  faz d pCD b z pCZ  填z 第 11 章软弱土地基处理 · 回填土条基 B= b+2ztg
独立基础土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理压力扩散角（°）中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾卵石、碎石灰土 0.25 20 6 28 ≥0.50 30
23 换填材料粘性土和粉土 (8< <14) 注：当 <0.25时，除灰土仍取θ ＝28º外，其余材料均取θ ＝0º；当0.25< <0.5时，值可内插求得。土力学与基础工程西南科技大学

 第 11 章软弱土地基处理垫层宽度的确定垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。回填土 b
垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m 按当地开挖基坑经验的要求放坡  b 回填土土力学与基础工程西南科技大学

对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。
第 11 章软弱土地基处理垫层承载力的确定垫层的承载力宜通过现场试验确定沉降计算对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理垫层施工 1）机械碾压法：机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程； 2）重锤夯实法：重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土； 3）平板振动法：平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。 1）粒径小于0.002mm的胶体含量≥20%； 2）液限ωL ≥40%；塑性指数Ip ≥17,在22～35之间。 3）自由膨胀率≥40%。土力学与基础工程西南科技大学

2)粘土(均质土) 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。
第 11 章软弱土地基处理垫层材料选择 1)砂石应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3％，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30％～50％的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。 2)粘土(均质土) 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。 3)灰土体积比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。土力学与基础工程西南科技大学

4)素土素土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。
第 11 章软弱土地基处理垫层材料选择 4)素土素土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。 5)粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土30～0cm。 6)干渣干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用8～40mm与40～60mm的分级干渣，或0～60mm的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理第三节强夯法土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般8—30t的重锤(最重可达200t)和8—20m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500—8000kN.m。在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理加固机理目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。取决于地基土的类别和强夯施工工艺。土力学与基础工程西南科技大学

1.动力密实 Dynamic compaction 第 11 章软弱土地基处理
采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。土力学与基础工程西南科技大学

非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。
第 11 章软弱土地基处理非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6—1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2—3倍。土力学与基础工程西南科技大学

a）静力固结理论模型；b）动力固结理论的模型
第 11 章软弱土地基处理 2. 动力固结 Dynamic consolidation Menard根据强夯法的实践，首次对传统的固结理论提出了不同看法，认为饱和土是可压缩的新机理。静力固结理论与动力固结理论的模型比较 a）静力固结理论模型；b）动力固结理论的模型土力学与基础工程西南科技大学

由于土体产生裂隙或趋于液化，引起渗透性增大。
第 11 章软弱土地基处理由于土体产生裂隙或趋于液化，引起渗透性增大。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 1）饱和土的压缩性； 2）产生液化； 3）渗透性变化； 4）触变恢复夯击一遍的情况夯击三遍的情况
土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 3. 动力置换 Dynamic replacement 土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理动力置换类型整式置换桩式置换土力学与基础工程西南科技大学

设计计算 1 有效加固深度第 11 章软弱土地基处理 H——有效加固深度(m) M——夯锤重(t) h——落距(m) α——系数

第 11 章软弱土地基处理 2 夯锤和落距单击夯击能为夯锤重M与落距h的乘积，一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大，夯击击数少，夯击遍数也相应减少，加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。土力学与基础工程西南科技大学

3 最佳夯击能第 11 章软弱土地基处理在夯击能作用下，地基中出现的孔隙水压力达到土的自重压力这样的夯击能称为最佳夯击能。
1）粘性土最佳夯击能的确定方法：孔压叠加，用有效加固深度。 2）砂性上最佳夯击能的确定方法：绘制孔隙水压力增量与夯击击数(夯击能)的关系曲线来确定最佳夯击能。当孔隙水压力增量随着夯击击数(夯击能)增加而逐渐趋于恒定时，可认为该种砂土所能接受的能量已达到饱和状态，此能量即为最佳夯击能。土力学与基础工程西南科技大学

4 夯击点布置及间距第 11 章软弱土地基处理等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为5—15m
4 夯击点布置及间距等边三角形或正方形布置夯击点。工业厂房可根据柱网来布置夯击点。夯距通常为5—15m 土力学与基础工程西南科技大学

5 夯击击数与遍数第 11 章软弱土地基处理夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定量应同时满足下列条件：
5 夯击击数与遍数夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定量应同时满足下列条件： 1)最后两击的夯沉量不大干50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm； 2)夯坑周围地面不风发生过大隆起； 3)不因夯坑过深而发生起锤困难。一般为4—10击。遍数一般1~8遍。最后一遍是以低能量“搭夯”即锤印彼此搭接。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理土力学与基础工程西南科技大学

6 垫层铺设 7 间歇时间第 11 章软弱土地基处理垫层厚度一般为0.5—2.0m。铺设的垫层不能含有粘土。
6 垫层铺设垫层厚度一般为0.5—2.0m。铺设的垫层不能含有粘土。 7 间歇时间砂土连续，粘性土2~4周。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理室内试验旁压试验十字板试验载荷试验动力触探试验波速试验静力触探试验旁压试验
效果检验强夯施工结束后应间隔——定时间方能对地基加固质量进行检验。其间隔时间对碎石土和砂土地基可取l~2周：对粉土和粘性土地基可取3~4周。室内试验旁压试验十字板试验载荷试验动力触探试验波速试验静力触探试验旁压试验土力学与基础工程西南科技大学

第四节、挤密砂石桩法和振冲法 1.概述第 11 章软弱土地基处理
挤密砂石桩技术是沉管挤密砂桩和沉管挤密碎石桩技术的简称。沉管挤密砂桩技术是指通过锤击力、振动力、振动冲击力或静压力将暂时堵住下端口的无缝钢管(即沉管)先沉入到地基预定深度，以在该软弱地基中形成桩孔，然后在桩孔中分层添加砂料并振实或击实成桩、并使砂料挤压人土层中。这样就可形成较大直径的密实砂桩。当以碎石(或卵石)为主要填料制成的桩称作碎石桩；当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等混合料为填料制成的桩也叫砂石桩。这种桩孔纯由沉管挤压地基土形成而最后所成的桩属挤土桩(即非排土桩) 旁压试验土力学与基础工程西南科技大学

（二）挤密砂石桩技术 2.加固机理（1）砂石桩对松散砂土和粉土地基的加固机理 1)挤密、振密作用 2)排水减压作用
第 11 章软弱土地基处理（二）挤密砂石桩技术 2.加固机理（1）砂石桩对松散砂土和粉土地基的加固机理 1)挤密、振密作用 2)排水减压作用 3)减震与抗震作用（抗液化）土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 1)挤密作用砂土和粉土均届于单粒结构，其组成单元为松散粒状体，渗透系数较大，一般大于10-4cm／s，单粒结构总处于松散至紧密状态。在松散状态时，颗粒的排列位置是很不稳定的，在动力和静力作用下会重新进行排列，趋于较稳定的状态。即使颗粒的排列接近较稳定的密实状态，在动力和静力作用下也将发生位移，改变其原来的排列位置。松散砂土在振动力作用下，天体积缩小可达20％。土力学与基础工程西南科技大学

2)振密作用 3) 抗液化作用第 11 章软弱土地基处理
沉管特别是采用垂直振动的激振力沉管时，桩管四周土体受到挤压，同时，桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起桩四周土体的振动，在挤压和振动作用下，土的结构逐渐破坏，孔隙水压力逐渐增大由于土体结构的破坏，土颗粒重新进行排列，向具较低热能的位置移动，从而使土由较松散状态变为密实状态。 3) 抗液化作用在地震作用或振动作用下,饱和砂土利粉土的结构受到破坏，土中的孔隙水压力升高.从而使土的抗剪强度降低。当土的抗剪强度完全消失，或者土的抗剪强度降低，使土不再能抵抗它原来所能安全承受的作用剪应力时，土体就发生液化流动破坏。此即砂土或粉土地层的振动液化破坏。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 2.加固机理（2）砂石桩对粘性土地基的加固机理 1)置换作用 2)排水作用土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 1)置换作用砂石桩在软弱粘性土中成桩以后，就形成了一定桩径、桩长和间距的桩与桩间土共同组成的复合地基，由密实的砂石桩桩体取代了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和桩变形性能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力就比原来天然地基约承载力大、变形量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏的能力。 2) 排水作用水是影响粘性土性质的主要因素之一，粘性土地基性质的改善很大程度上取决于其含水量的减小。因此，在饱和粘性土地基中，砂石桩体的排水通道作用是砂石桩法处理饱和软弱粘性土地基的主要作用之一，比之在砂土地基中的排水作用显著。由于砂石桩缩短了排水距离，从而可以加快地基的固结沉降速率。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 3.适用范围沉管挤密碎石桩适用的地层一般为砂上、粉土、粘性土、淤泥质土、有机质土、填土、黄土。厚层淤泥中慎用(须取特殊措施)，因其围限力过低而难于成桩，且地基强度增长时效较差。沉管挤密砂石桩也可用于散料堆场、路堤、码头、油罐等工程的地基加固。根据当前我国生产的该类打桩设备的性能，成桩深度一般可达25m、若采取适当措施还可以最大加深到44m，最大桩径可达600mm。这种桩一般可穿越各类粘性土层、粉土层，采取适当措施(如引孔)后还可穿越较薄的稍密、中密、饱和的砂土地层及含粘性土较多的圆砾(或砾石)地层，但不能穿越基岩、厚层卵石(碎石)以及纯净的园砾(砾石)和密实的砂层。土力学与基础工程西南科技大学

4. 挤密砂石桩复合地基设计计算第 11 章软弱土地基处理
沉管挤密砂石桩的设计计算包括：桩长和桩径确定、桩距计算、加固范围及布桩形式确定和砂石灌入量计算。 1）桩长及桩径确定桩长主要取决于需要加固土层的厚度。一般视建(构)筑物的设计要求和地质条件而定，应满足地基的强度和变形控制要求： (1)对松散砂土或其他软土层，当其厚度不大时，挤密砂石桩应穿透软弱土层至较好持力土层上；当厚度较大而挤密砂石桩(因机具设备限制或造价太贵)不能穿适时，桩长应根据建筑地基的允许变形值确定。 (2)处理可液化土层时，桩长应穿透可液化层或按国标《建筑抗震设计规范》500U-2001)确定。 (3)对按稳定性控制的过程，加固深度应大于最危险滑动面的深度。 (4)桩长不宜短于4m。桩径应根据工程地质条件和成校设备等因素确定，一般为300~800mm，对饱和粘性土地基宜选用较大的桩径。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 2）桩距确定桩距应能满足地基强度及变形控制要求，以及抗液化和消除黄土湿陷性等设计要求同时使单位面积造价最低。一般应通过现场试验确定桩距，但不宜大于砂石桩直径的4倍。在有经验的地区可按以下公式确定：（1）．松散砂土地基土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 2）桩距确定（2）．粘性土地基土力学与基础工程西南科技大学

填料宜用砾砂、粗砂、小砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等．其粒径一般小于50mm含泥量不得大于5％。
第 11 章软弱土地基处理 4）砂石贯入量计算砂石量可按下式计算：砂石量也可按下式计算：填料宜用砾砂、粗砂、小砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等．其粒径一般小于50mm含泥量不得大于5％。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 5）其他计算对粘性土地基，应按照《建筑地基处理技术规范》(JQ 79—2002)和《建筑地基基础设计规范》(GBJ 50007—2002)进行必要的承载力计算、沉降计算及稳定分析。对砂性土地基，除按应按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)和《建筑地基基础设计规范》(GBJ —2002)进行必要的承载力计算、沉降计算及稳定分析外，还应根据国标《建筑抗震设计规范》(GBJ )的规定进行抗震计算。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 5）其他计算根据《建筑抗震设计规范》(GBJ )规定：应采用标准贯入试验判别法，在地面下15m深度范围内的液化土应符合下式要求，当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。土力学与基础工程西南科技大学

(2)锤击沉管砂石桩施工过程具有某种动力触探性质，能获得较多直观地层信息，应及时反馈和充分利用，使设计和施工得以自我完善。
第 11 章软弱土地基处理 6）设计中应注意的其他事项 (1)一些工程实践表明，在精心施工条件下，粘性土、素填土地基中的锤击沉管砂石桩复合地的承载力常可达300kPa以上。通过增大单体冲击能的途径来提高复合地基的承载力，要比增大置换率的方法经济且不受最小桩距限制。 (2)锤击沉管砂石桩施工过程具有某种动力触探性质，能获得较多直观地层信息，应及时反馈和充分利用，使设计和施工得以自我完善。土力学与基础工程西南科技大学

(3)对于特殊地层条件下施工沉管挤密砂石桩时，一般可采取以下措施：
第 11 章软弱土地基处理 6）设计中应注意的其他事项 (3)对于特殊地层条件下施工沉管挤密砂石桩时，一般可采取以下措施： 1)在厚层软土中应慎用砂石桩，因土的围限力(即约束力)过低使桩体难以获得必要的密实度，甚至难于成形，桩间土又实际上不能挤密且有不利的强度时效(制桩扰动导致土体强度降低幅度人巳恢复期较长)，因而加固效果差。如无限制填料和提高置换率，又将大幅度提高造价和延长工期，且可能导致地面较大幅度隆起。如因其他原因仍有必要采取砂石桩，可从以下方面考虑采取措施：①选用适宜的施工顺序(跳打法或外旋法等)；②适当加大砂石的粒径；③在碎石中添加水泥等胶结材料，变散体材料桩为柔性桩体；④加完填料的导管在沉入地下前应盖好活动盖，以防软泥流入管内；⑤改用低冲多击工艺等。当采用上述措施仍达不到加固目的时，应改换其他加固处理方案。土力学与基础工程西南科技大学

2)当在预定桩长内会揭穿下卧承压地下水时，须注意承压水可能沿桩体上涌并浸软上部的桩间土．从而降低加固效果。
第 11 章软弱土地基处理 6）设计中应注意的其他事项 2)当在预定桩长内会揭穿下卧承压地下水时，须注意承压水可能沿桩体上涌并浸软上部的桩间土．从而降低加固效果。 3)当待加固软弱土(如填土)中夹含有较多大块硬质块体(块石或混凝土块等)时，各种碎石桩均将难于穿过，锤击碎石桩尤易损坏导管和冲锤，对于少量的大硬块体，可采用适当挪移桩位或加桩处理。 4)当待加固软弱土的表层没有“硬壳泥”(如新填土)或“硬壳层”因放映失(如低洼积水地段)时，因覆盖压力(即垂直方向的围限力)过低，浅部桩体密实度和浅部桩间土的挤密程度都难以达到要求，而“浅部”又往往正是基础底面下的主要受力部位，因而应采取措施。如适当增加碾压或低能强夯等处理措施。土力学与基础工程西南科技大学

(4)当前各种砂石桩基本上是采取挤土造孔和分层填夯工艺，有一定副作用。这些副作用在一般情况下可不予考虑，但在某些特殊情况下须予以考虑，如：
第 11 章软弱土地基处理 6）设计中应注意的其他事项 (4)当前各种砂石桩基本上是采取挤土造孔和分层填夯工艺，有一定副作用。这些副作用在一般情况下可不予考虑，但在某些特殊情况下须予以考虑，如： 1)一般不宜用砂石桩对建在饱和软土上的已有建筑物进行地基补强(由于强度时效，软土在制桩初期其强度有较明显下降，且恢复期较长)。 2)不宜紧邻已有建筑物施工。土力学与基础工程西南科技大学

4.施工设备及施工工艺第 11 章软弱土地基处理（1）．振动成桩施工设备
1）施工设备（1）．振动成桩施工设备振动成桩法的主要设备有振动沉拔桩机、下端装有活瓣桩靴(或钢筋混凝土预制桩靴)的桩管和加料设备。土力学与基础工程西南科技大学

锤击成桩法的主要设备有蒸汽打桩机或柴油打桩机、桩管、加料漏斗和加料设备。
第 11 章软弱土地基处理（2）．锤击成桩施工设备锤击成桩法的主要设备有蒸汽打桩机或柴油打桩机、桩管、加料漏斗和加料设备。土力学与基础工程西南科技大学

4.施工设备及施工工艺第 11 章软弱土地基处理依施工工艺顺序，振动沉管砂石柱的施工方法可选择以下几种：
2）施工要点依施工工艺顺序，振动沉管砂石柱的施工方法可选择以下几种： (1)排孔法。由一端开始逐步施工到另一端。 (2)跳打法。同一排桩可隔一根桩打一根桩，反复进行。 (3)围幕法。先打外桩，再打内桩，从外到里依次向中心区推进土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 4.施工设备及施工工艺 3）施工程序土力学与基础工程西南科技大学

4.施工设备及施工工艺第 11 章软弱土地基处理 4）施工其他注意事项挤密砂石桩施工应注意以下几点：
(1)振动沉管秒石桩正式施工时，要严格按照设计要求的桩长、桩径、桩间距、砂石灌入量及试验确定的桩管提升高度和速度、挤压次数和悬振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工，以确保挤密均匀和桩身的连续性。 (2)应保证起重设备平稳，导向架与地匝垂直，且垂直度偏差不应大于1．5％、成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在-20mm以内，桩长偏差不大于100mm。 (3)砂石灌入量不应少于设计量的95％．如不能顺利下料时，可适当往管内加水。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 5 水泥搅拌桩法 1.概念水泥搅拌桩法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结形成加固体，从而提高地基的强度和增大变形模量。加固体和天然地基形成复合地基，共同承担建筑物的荷载。土力学与基础工程西南科技大学

2.适宜建筑形式 ⑴作为建筑物或构筑物的地基； ⑵进行大面积地基加固，防止码头岸壁滑动，深基坑开挖支护； ⑶加固道路、桥涵；
第 11 章软弱土地基处理 2.适宜建筑形式 ⑴作为建筑物或构筑物的地基； ⑵进行大面积地基加固，防止码头岸壁滑动，深基坑开挖支护； ⑶加固道路、桥涵； ⑷作为地下防渗墙，阻止地下水渗透。土力学与基础工程西南科技大学

3.主要特点 ⑴基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小； ⑵可根据不同土质和工程设计要求，合理选择固化剂及配方，应用较为灵活；
第 11 章软弱土地基处理 ⑴基本不存在挤土效应，对周围地基扰动小； ⑵可根据不同土质和工程设计要求，合理选择固化剂及配方，应用较为灵活； ⑶施工无振动，无噪音，污染小，可在市区和建筑物密集地带施工； ⑷土体加固后，重度基本不变，软弱下卧层不致产生较大附加沉降； ⑸结构型式灵活多样，可根据工程需要，选用块状，柱状、壁状、格栅状。土力学与基础工程西南科技大学

目前国内水泥土深层搅拌法主要用于加固淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa的粘性土和粉土等地基。
第 11 章软弱土地基处理一、适用条件目前国内水泥土深层搅拌法主要用于加固淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa的粘性土和粉土等地基。用于处理泥炭土和地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定。加固深度一般在30m以上。土力学与基础工程西南科技大学

二、加固机理 1. 混凝土与水泥土的硬化。 2. 混凝土的硬化主要在粗填充料中进行水解和水化作用，凝结速度较快。
第 11 章软弱土地基处理二、加固机理 1. 混凝土与水泥土的硬化。 2. 混凝土的硬化主要在粗填充料中进行水解和水化作用，凝结速度较快。 3. 水泥土中，水泥掺量少，且水泥的水解和水化反应是在土中进行的，所以硬化速度缓慢而且复杂，加固土的强度增长也较缓慢。土力学与基础工程西南科技大学

水泥土加固软土的物理化学反应 (一)水泥的水解和水化反应 (二)粘土颗粒与水泥水化物的作用 (三)碳酸化作用第 11 章软弱土地基处理

(一)水泥的水解和水化反应第 11 章软弱土地基处理 ⑴硅酸三钙：在水泥中含量最高(50％)，是决定强度的主要因素。
⑵硅酸二钙：在水泥中含量较高(25%)，它主要产生后期强度。 ⑶铝酸三钙：占水泥总量的10％左右，水化速度最快，促进早凝。 ⑷铁铝酸四钙：占水泥总量的10％作用，能促进早期强度。 ⑸硫酸钙：含量3％左右，生成“水泥杆菌”状的化合物，能将大量自由水一结晶水形式固定下来，使土中自由水减少。土力学与基础工程西南科技大学

(二)粘土颗粒与水泥水化物的作用第 11 章软弱土地基处理 1.离子交换和团粒化作用
粘土颗粒带负电，吸附阳离子，形成胶体分散体系。表面带有钾离子或钠离子，可与水泥水化反应的钙离子进行离子交换，产生凝聚，形成较大的团粒，提高土体强度。 2.硬凝反应在碱性环境下，溶液中析出大量的钙离子，与二氧化硅或三氧化铝产生化学反应，生成不溶于水的铝酸钙等结晶水化物。在水中和空气中逐渐硬化，提高水泥强度，使水泥具有足够的水稳定性。土力学与基础工程西南科技大学

(三)碳酸化作用水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水中和空气中的二氧化钙，发生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸钙。第 11 章软弱土地基处理

三、水泥土的物理、力学性质 1.水泥土的物理性质
第 11 章软弱土地基处理三、水泥土的物理、力学性质 1.水泥土的物理性质 (1)含水量水泥土的含水量低于原状土样含水量，并且随水泥掺入比的增加而减小。 (2)重度水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，不会对下卧层产生过大附加荷载，不会产生较大附加沉降。 (3)相对密度水泥土的相对密度较软土稍大。 (4)渗透系数水泥掺入比越大，龄期越长，渗透系数越小。土力学与基础工程西南科技大学

2.水泥土的力学性质 (1)水泥土的破坏特性 (2)无侧限抗压强度的影响因素 (3)抗拉强度 (4)抗剪强度
第 11 章软弱土地基处理 2.水泥土的力学性质 (1)水泥土的破坏特性 (2)无侧限抗压强度的影响因素 (3)抗拉强度 (4)抗剪强度 (5)变形模量、压缩系数和压缩模量土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 2.水泥土的力学性质 (1)水泥土的破坏特性土力学与基础工程西南科技大学

水泥掺入比是指掺入土中水泥质量与被加固软土的湿质量的比值的百分数。水泥的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。 ②龄期
第 11 章软弱土地基处理 (2)无侧限抗压强度的影响因素 ①水泥掺入比水泥掺入比是指掺入土中水泥质量与被加固软土的湿质量的比值的百分数。水泥的强度随掺入比的增加呈增大的趋势。 ②龄期水泥土强度随龄期的增长呈增大趋势，龄期超过28d后仍有明显增长，90d后，强度增长才减慢。 ③水泥标号水泥土强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100号，水泥强度约增大50～90％。土力学与基础工程西南科技大学

④水泥掺入比第 11 章软弱土地基处理水泥掺入比小于20％时，水泥土无侧线抗压强度随土中含水量降低而增加；大于20％时，存在一个峰值。

有机质对水泥的水化反应起阻碍作用，影响水泥土的固化，降低水泥土的强度。含量越多，阻碍作用越大，水泥土强度降低越多。
第 11 章软弱土地基处理 ⑤天然地基土中的有机质含量有机质对水泥的水化反应起阻碍作用，影响水泥土的固化，降低水泥土的强度。含量越多，阻碍作用越大，水泥土强度降低越多。 ⑥外加剂外掺剂对水泥土强度有不同的影响。 ⑦搅拌的均匀程度施工时搅拌的均匀程度对水泥土强度的影响很大。在搅拌时间相同的情况下，塑性指数越大，土的粘性越大，越难搅均匀；含水量和液性指数过低，易产生抱土现象，影响搅拌效果。土力学与基础工程西南科技大学

水泥土抗拉强度随无侧限抗压强度增加而提高。 (4)抗剪强度水泥土的无侧限抗压强度越高，其抗剪强度也相应提高。
第 11 章软弱土地基处理 (3)抗拉强度水泥土抗拉强度随无侧限抗压强度增加而提高。 (4)抗剪强度水泥土的无侧限抗压强度越高，其抗剪强度也相应提高。 (5)变形模量、压缩系数和压缩模量土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 3.水泥土抗冻性能在负温条件下，水泥与粘土间的反应减弱，水泥土强度增长缓慢，但正温后强度可继续增长且接近标准值。地温不低于-10度，可进行深层搅拌法施工。土力学与基础工程西南科技大学

四、水泥土搅拌法地基加固设计 (一)设计前应取得的资料； ⑴工程地质资料；⑵土质资料；⑶水质资料。 (二)水泥土的室内配比试验；
第 11 章软弱土地基处理四、水泥土搅拌法地基加固设计 (一)设计前应取得的资料； ⑴工程地质资料；⑵土质资料；⑶水质资料。 (二)水泥土的室内配比试验； 1.试验目的了解水泥掺入量、水灰比、水泥的品种及外掺剂掺量对水泥土强度的影响，为设计计算及施工工艺控制提供可靠的参数。土力学与基础工程西南科技大学

2.土样制备拟加固现场取：原状土样与风干土样。 3.固化剂的选择确定水泥品种和水泥掺入比。 4.外掺剂选择 5.试验设备与规程
第 11 章软弱土地基处理 2.土样制备拟加固现场取：原状土样与风干土样。 3.固化剂的选择确定水泥品种和水泥掺入比。 4.外掺剂选择 5.试验设备与规程 6.试件的制作和养护土力学与基础工程西南科技大学

(三)水泥土搅拌桩的野外试验第 11 章软弱土地基处理 1.试验目的 ⑴根据室内配比结果求得的最佳配比进行现场试验；
⑵由现场试验结果，推出室内石块与现场桩身强度之间的关系； ⑶确定施工工艺参数，确定水泥浆的水灰比； ⑷比较不同桩长与不同桩身强度时的单桩承载力； ⑸确定水泥土搅拌桩复合地基承载力。土力学与基础工程西南科技大学

2.试验方法 ⑴在桩身上现场取样，在龄期相同时，比较试样之间强度关系； ⑵进行单桩和复合地基承载力试验；
第 11 章软弱土地基处理 2.试验方法 ⑴在桩身上现场取样，在龄期相同时，比较试样之间强度关系； ⑵进行单桩和复合地基承载力试验； ⑶埋设土压力盒，了解复合地基反力分布及桩土应力比分配情况。土力学与基础工程西南科技大学

3.试验结果 ⑴正常情况下，现场与室内水泥土试块强度关系： ⑵单桩和复合地基承载力设计值可根据载荷试验取P－S曲线确定；
第 11 章软弱土地基处理 3.试验结果 ⑴正常情况下，现场与室内水泥土试块强度关系： ⑵单桩和复合地基承载力设计值可根据载荷试验取P－S曲线确定； ⑶初步确定合理的施工工艺参数。土力学与基础工程西南科技大学

(四)水泥土搅拌桩的地基加固设计计算 1.布桩形式 2.单桩竖向承载力标准值确定 3.复合地基承载力标准值确定
第 11 章软弱土地基处理 (四)水泥土搅拌桩的地基加固设计计算 1.布桩形式 2.单桩竖向承载力标准值确定根据两种情况取较小值：1. 桩身材料强度；2. 桩周摩阻力与桩端阻力。 ⑴按桩身材料： ⑵按土的支持力： 3.复合地基承载力标准值确定 4.下卧层验算以及沉降变形验算土力学与基础工程西南科技大学

五、水泥土搅拌桩法的施工包括浆液喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法 (一)、浆液喷数深层搅拌法 1.施工设备包括：深层搅拌机和配套设备。
第 11 章软弱土地基处理五、水泥土搅拌桩法的施工包括浆液喷射深层搅拌法和粉体喷射深层搅拌法 (一)、浆液喷数深层搅拌法 1.施工设备包括：深层搅拌机和配套设备。 ⑴深层搅拌机根据搅拌轴的数量分为：单轴和多轴深层搅拌机。深层搅拌机的喷浆方式有叶片喷浆和中心管喷浆。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 ⑵配套设备包括起吊设备、固化剂制备系统和电气控制装置。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 ⑶施工工艺流程土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 (二)粉体喷射深层搅拌法概念：粉体喷射深层搅拌法是利用喷粉机，使压缩空气携带粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片背面的喷嘴喷出，喷入旋转叶片背后产生的孔隙中，并与土粘附在一起，再不断的搅拌作用下，固化材料与地基土均匀混合，而将固化材料分离后的气体传递到搅拌轴的周围，上升到底面释放掉。土力学与基础工程西南科技大学

与浆液喷射深层搅拌法的比较第 11 章软弱土地基处理
⑴粉体固化材料可吸收软土地基中更多水分，对加固含水量高的软土、极软土及泥炭土地基效果显著。 ⑵粉体比浆液更易于与原土充分搅拌混合，有利于提高加固土体的强度。 ⑶粉体喷射搅拌钻头在提升搅拌时能对加固体产生挤压作用，也有利于提高加固土体的强度。 ⑷与喷浆搅拌相比，消耗的固化材料少，且无底面拱起现象。土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理由喷粉桩机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等组成。 1.施工设备土力学与基础工程西南科技大学

2.施工工艺 ⑴工艺参数确定包括：提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力。提升速度喷粉量
第 11 章软弱土地基处理 ⑴工艺参数确定包括：提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力。提升速度喷粉量喷粉压力：一般控制在0.25～0.4Mpa之间，灰罐内气压比管道内的气压高0.02～0.05MPa。 2.施工工艺土力学与基础工程西南科技大学

第 11 章软弱土地基处理 ⑵施工工艺流程土力学与基础工程西南科技大学

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