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地基处理-1-地基处理第一章概述地基（Foundation,Subgrade）是指承托建筑物基础的一部分土体。建筑地基一般有以下几方面的问题：（1）强度和稳定性：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，地基就会产生局部和整体剪切破坏；（2）变形：当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的使用功能；当大于建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂；（3）渗漏：由于地下水在运动中会产生水量的损失，或因潜蚀和管涌而可能导致建筑物产生事故：（4）液化：在动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂或部分粉土产生液化，使土体失去抗剪强度近似液体特性的现象，从而导致地基失稳和震陷。地基处理（GroundTreatment）是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的设计要求，而地基需经过人工处理再建造基础者。一、地基处理方法的分类：①按时间分为临时处理和永久处理：②按处理深度可分为浅层处理和深度处理；③按处理的基本方法，可分为：置换、夯实、挤密、排水固结等处理方法。二、选择地基处理方案的基本原则：首先是稳妥的原则，特别是对重大工程，首先选择在本地区长期使用，被反复证明效果好，质量能够有效控制的地基处理方法。对于次要工程，需要鼓励使用新的地基处理方法，以利于地基处理的理论发展与增加实践经验；其次是满足时间要求的原则。一般时间短的处理方法价格高，时间长的方法价格低。选用的地基处理方法必须要满足工程工期要求。第三是经济的原则。地基处理后要能够满足建筑物对地基的承载力和变形的要求即可，并不是加固后地基承载力越高越好。对于施工工期，只要能够按照总体计划完工，尽量选择费用较低的地基处理方法。第四是环保的原则。有些地基处理的方法会产生污水，如振冲碎石柱。有些方法可能对地下水有影响，如化学加固法。这时需要考虑加固区对环保的要求，不能造成有害的污染。三、确定处理方案的步骤：1.在选择地基处理方案前应具备的资料勘察资料、施工时可以对周围环境造成的影响、确定地基处理的范围、类似场地上同类工程的处理经验。2.确定地基处理方案的步骤：1）根据搜集的资料，初步选定可供考虑的几种地基处理方案。2）对初步选定的几种地基处理方案，应分别从预期处理效果、材料来源和消地基处理-2-耗、施工机具和进度、对周围环境的影响等各种因素，进行技术经济分析和对比，从中选择最佳的地基处理方案。3）对已选定的地基处理方案，根据建筑物的安全等级和场地复杂程度，可在有代表性场地上进行相应的现场实体试验，以检验设计参数、选择合理的施工方法和确定处理效果。四、地基处理效果检验：地基加固后一段时间，应对地基加固效果进行检验，检验方法有：钻孔取样、静力触探试验，标准贯入试验、载荷试验、取芯试验等。第二章换填第一节概述定义：当软弱土地基承载力和变形满足不了设计要求，而且软弱土层不很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分挖除，然后分层换填强度较大的材料，并且夯实到要求的密实度，这种地基处理方法称为换填法。处理深度一般为1～3m。特点：小面积换填：压缩变形量小、沉降延续时间短、影响浅；大面积换填：压缩变形量大、沉降延续时间长、影响深。第二节设计换填法地基处理的设计内容包括垫层的厚度设计和宽度设计遵循的原则：满足两个条件：要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层；有足够的宽度可以防止垫层向两侧挤出而增加沉降。图2—1换填土层剖面图p回填土换填土b′dzbθPcPz地基处理-3-厚度（z）设计：图2—1中，d为基础埋深，z为夯实后换填土的厚度，z根据换填材料层底部软弱土层的承载力确定，满足下式：pc＋pz≤fz式中：pc：为换填材料层底面处土的附加应力；pz：为换填材料层底面处土的自重应力，自原地面起算；fz：为换填材料层底面处土层经深度和宽度修正后的地基承载力设计值。pz可由应力扩散角公式计算：条形基础：tan2zbppbpcz矩形基础：tan2tan2zlzbppblpcz式中：b：为条形基础或矩形基础底面宽度；l：为矩形基础底面长度；p：为基础底面压力；pc：为基础底面处土的自重应力；z：为换填材料层厚度；θ：为换填材料层的应力扩散角，可按表2—1取值（依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—91））：表2—1应力扩散角θ换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石、碎石粘性土和粉土（8＜Ip＜14）灰土0.2520°6°30°≥0.5030°23°注：（1）当z/b＜0.25时，除灰土仍取θ＝30°，其余材料取θ＝0°；（2）当0.25＜z/b＜0.50时，θ可内插求得。宽度（b′）设计：换填土宽度b′确定的主要依据是基础底面应力扩散范围，常用的方法是：b′≥b＋2ztanθ式中：b′为夯实后换填材料层底面宽度；θ：为换填材料层的应力扩散角可按表2—1取值，但当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。换填材料层承载力的确定：换填材料层承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表2—2选用：第三节施工一、换填后，对换填材料进行压实，按施工机械的不同，可将换填后的压实分为三种方法：1.机械碾压法：适用于较大的场地。重型：12t，对于粉质土和非粘性土，碾压前土层厚度不超过30cm，碾压4～6次。对于粘性土，土层厚度30～40cm，碾压4～6次；中型：8～12t，轻型：小于8t，中、轻型碾压次数要增加2～3倍。地基处理-4-2.重锤夯实法：锤重1000kg，落距为3～4m，用机械设备吊装。每层铺土120～150cm时夯实，最适用于稍湿的粘性土，地下水在0.8m以上，夯实次数7～12击，以最后一夯的沉降量小于5~12mm时停止。表２—２各种换填材料层的承载力施工方法换填材料类别压实度λc承载力标准值碾压或振密碎石、卵石200～300砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%～50%）200～250土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%～50%）0.94～0.97150～200中砂、粗砂、砾砂150～200粘性土和粉土（8＜Ip＜14）130～180灰土0.93～0.95200～250重锤夯实土或灰土0.93～0.95150～200注：（1）压实度小的垫层，承载力标准值取低值，反之取高值；（2）重锤夯实，对土的承载力标准值取低值，对灰土取高值；（3）压实度λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值。土的最大干密度宜采用击实实验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0～2.2g/cm3。3.平板振动法：特别适合于透水性好的非粘性土，重2t，振动力可达50～100kN，要求每层土厚20～25cm，振动时间不超过1min。按换填材料分类，可分为砂土、素土、粉煤灰、干渣等。以粉煤灰为例讲述：粉煤灰垫层是对软弱土地基采用的换填加固技术之一，粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物。粉煤灰粒径小，自重轻，故在运输过程中应保证含水量达到15～25%，以防止被扬起。换填时底层适合采用粒度较大的粉煤灰，碾压过程中含水量应控制在最优含水量区间ωop±4%范围内，此时对应的是最大干密度ρmax。施工过程中，应先填200mm厚的粗砂或干渣，以减少土体的扰动，提高排水能力，切断毛细水的上升。二、换填法换填层质量检验1.环刀法：用环刀取压实的换填土，测其密度，小型工程20～30m2内测一点；大型工程20～30m2取一组三个测点。2.钢筋贯入法：用长1250mm，Φ20mm的平头钢筋，自70cm空中自由下落，量测贯入深度，与事先已知密度贯入点的贯入深度作对比，以此来检测压实效果。小型工程5～10m2内测一点，大型工程50～100m2内测一点。还可用其他方法来检验，如静载荷试验法、标准贯入试验法、N10轻便触探法、静力触探法等。地基处理-5-第三章深层密实法换填法属于浅层地基处理方法，处理深度不超过3米，对于深层土须用深层密实法进行地基处理。深层密实（DeepCompaction）是指采用爆破、夯击、挤密和振动等方法，对松软地基土进行振密和挤密。第一节强夯法(HeavyTamping)一、概念强夯法是通过一般8～30t的重锤和8～30m的落距，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8000kN·m。在地基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条件。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。碎石土、湿陷土、杂填土适合用这种方法。强夯置换：对高饱和的粉土和粘性土地基，采用在夯坑内回填块石、碎石或其它粗颗粒材料，强行夯入并排开软土，最终形成砂石桩与软土的复合地基，这种处理地基的方法称为强夯置换。经过强夯处理的砂性土地基，其承载力可提高200%～500%，压缩性可降低200%～1000%二、强夯的机理是：强夯加固地基有三种不同的加固机理：动力密实（DynamicCompaction）、动力固结（DynamicConsolidation）和动力置换（DynamicReplacement）。1.动力密实是用冲击型动力荷载，便土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土的强度。非饱和土的夯实过程就是土中的气相被挤出，其夯实变形主要是由于土颗粒的相位位移引起。2.动力固结是巨大的能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，便土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，便孔隙水顺利逸出，等超静孔隙水压力消散后，土体固结。3.动力置换：采用强夯将碎石挤入淤泥中，类似换土垫层或碎石桩。三、饱和土的可压缩性分析：饱和土的压缩性：第四纪土中大多数都含有微气泡形式出现的气体，进行强夯时，气体体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体有向膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减小。这档每夯击一遍，液相体和气相体都有所减少。产生液化：在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，便气体逐渐受到压缩。气体接近于零时，孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。渗透性变化：在很大夯击能作用下，出现地超孔隙水压力大于颗粒间的侧身压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道，渗透系数骤增。触变恢复：在重复夯击作用下，土体出现液化或接近液化，使土的强度达到最低值。此时土中吸附水变成自由水，在以后的一段时间内，即触变恢复阶段，土体中的自由水会重新被土颗粒所吸收而变成吸附水，这就是触变恢复。地基处理-6-四、强夯设计：1)有效加固深度：hMkH式中：H：为有效加固深度（m）；M：为夯锤重（t）；h：为落距（m）；k：为修正系数，对软土取0.5，对黄土取0.34～0.5。2)夯击点布置：夯击点可根据建筑物的结构类型进行布置，可采用等边三角形或正方形布置夯击点，对于建筑物圆形转角处或圆形建筑物可采用射线形或圆形布置夯击点。加固范围要超出基础外缘的，宽度为1/2～2/3地基加固深度，并不宜小于3m。3)夯击点间距：夯击点间距一般按照地基土的性质和要求处理的深度而定，通常为5～9m。4)夯击次数与遍数：一个点上夯击一次的夯击击数称为夯击次数，确定时应满足下列条件：○1最后两击的夯沉量不大于50mm；○2单击夯击能累计达到160kN·m；○3夯坑周围地面不应发生过大隆起；○4不因夯击过深而以生起锤困难。整个强夯场地中，将同一编号的夯击点夯完后算一遍，一般情况下可采用2～3遍。5)垫层：强夯前要求拟加固场地有一层稍硬的表层，一般要铺设一层砂层作为垫层，厚度一般为0.5～2.0m。垫层中不能含有粘土。6)间歇时间；对于需要分两遍或多遍夯击的工程，两遍夯击间应有一定的时间间隔，间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间，对砂性土，消散时间只需2～4min，故间歇时间很短。对粘性土，孔隙水压力消散得慢，一般要2～4周，故要采取一些措施以缩短间歇时间。五、强夯法施工：使用自动脱钩系统，起重机，三脚架，钢丝绳。注意：○1在强夯过程中要监测夯沉量，并要有较详细的记录；○2强夯施工结束后，间隔一段时间后要进行质量检验，可采用的方法有：室内土工试验、十字板剪切试验、动力触探试验、静力触探试验、旁压试验、载