第九章地基处理 地基处理是一项历史悠久的工程技术。早在二千多年前,我国就开始利用夯实法、软 土中夯入石头、压密土层等方法进行处理。解放后先后采用过砂垫层、砂井化学和电化法处 理软弱地基。现在又发展了振冲法、强夯法、真空预压加固、加筋法等。 随着我国基本建设的发展,建设场地的工程地质情况逐渐向过去认为不宜利用的场地 发展,另外,高层建筑、重型建筑和有特殊要求的建筑物逐渐增多,对地基的要求也越来越 高,需要进行地基处理的工程数量不断增大,技术难度也逐渐增加,而地基处理在总投资中 所占的比例相对增加 当基础强度不足,压缩性过大或不均匀,为保证建筑物安全,需要进行地基处理。如 软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶和 土洞等。地基处理的设计和施工必须认真贯彻执行国家的各项技术经济政策。做到技术先进 经济合理、安全适适用、质量保证。地基处理尚应做到因地制宜,就地取材,保护环境和节 约资源等。 地基处理方法表91 处即方 适用地基类型 说明 机械压实法 含水量在·定范開的黏性上、填土等 浅层处理 换填法 淤泥、淤泥质上,湿陷性黄土、素填土、杂填土 浅层处理 载預压法 3!预压法 淤淝质士、淤泥、冲填土等徳和黏件土 层处理 真空独法 碑石土、砂土、低饱和度的粉七和黏性土、湿陷性黄士、杂填上和素 填土 深层处理 振冲状 不排水剪强度不小于20kP的黏性士、粉士,饱和黄土火和人工填土 深层处邇 6土或灰土挤桩下水位以上的湿陷性换土、素填土和杂填士等 深层处理 砂石桩法 松散砂土、素填土和杂填土等 深层处珂 8深层法÷等地基 淤泥、漱泥质土,粉土和含水量高地基承载力不大于129P的黏性 深层处押 9高压喷射注寒法泥、猷泥质土、靳性、粉七、黄土、砂土、人工填土和跸石土等「深毖处覜 地基处理的基本方法及适用范围见表9-1。 地基处理还有建筑物纠偏、不均匀沉降、托换、移动等多种方法。 第一节软弱土的种类及性质 〈建筑地基基础设计规范〉规定,软弱地基系指由淤泥、淤泥质土、冲填土 杂填土或其他高压缩性土层构成的地基
第九章 地基处理 地基处理是一项历史悠久的工程技术。早在二千多年前，我国就开始利用夯实法、软 土中夯入石头、压密土层等方法进行处理。解放后先后采用过砂垫层、砂井化学和电化法处 理软弱地基。现在又发展了振冲法、强夯法、真空预压加固、加筋法等。 随着我国基本建设的发展，建设场地的工程地质情况逐渐向过去认为不宜利用的场地 发展，另外，高层建筑、重型建筑和有特殊要求的建筑物逐渐增多，对地基的要求也越来越 高，需要进行地基处理的工程数量不断增大，技术难度也逐渐增加，而地基处理在总投资中 所占的比例相对增加。 当基础强度不足，压缩性过大或不均匀，为保证建筑物安全，需要进行地基处理。如： 软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶和 土洞等。地基处理的设计和施工必须认真贯彻执行国家的各项技术经济政策。做到技术先进、 经济合理、安全适适用、质量保证。地基处理尚应做到因地制宜，就地取材，保护环境和节 约资源等。 地基处理方法 表 9-1 地基处理的基本方法及适用范围见表 9-1。 地基处理还有建筑物纠偏、不均匀沉降、托换、移动等多种方法。 第一节 软弱土的种类及性质 ‹建筑地基基础设计规范›规定，软弱地基系指由淤泥、淤泥质土、冲填土、 杂填土或其他高压缩性土层构成的地基
、淤泥和淤泥质土 在静水或缓慢流水环境中沉积,经生化作用形成,主要由黏粒和粉粒组成」 天然含水量高于液限,孔隙比大于1,其中e>1.5的为淤泥;1.0<e<1.5的为 淤泥质土。淤泥和淤泥质土在工程上统称为软土 软土按照成因可分为:海岸沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。分布很 广。长江、珠江地区的三角洲,黄河三角洲沉积;天津塘沽,浙江温州、宁波, 连云港等地海滨相沉积;河滩的中下游沉积;洞庭湖、洪泽湖、太湖、昆明渑池 等湖泊相沉积;沼泽沉积有内蒙、东北大小兴安岭、南方、西南山林地区等。 软土具有以下物理力学特性: (1)软土主要由黏粒及粉粒组成,并含有机质。其天然含水量:高于液限, 有时到达200%,孔隙比大于1,一般在10~20之间,个别达6; (2)软土具有高压缩性:压缩系数通常在05~20MPa1之间,且其压缩性随 液限的增大而增加 (3)软土的强度低,中角与加载和排水条件有关,c值低,小于5; (4)软土的渗透性差:其渗透系数一般约为10-5mm/s,固结速率很低; (5)软土具有明显的结构性:其灵敏度一般在4~10,属于高灵敏性土,旦 扰动,强度很低 (6)软土具有明显的流变性:在恒载作用下,受剪切应力的作用,缓慢变形, 导致抗剪强度衰减。孔隙水完全消散后,沉降还继续。 另外,由于生成条件的变化,具有成层性和各向异性。 总之,软土具有强度低、压缩性髙、渗透性小、髙灵敏度和流变性等特点, 因而软土地基上建筑物的沉降量大,稳定所需要的时间长。因此,往往要对软土 进行加固处理。如不处理,是不能做承受较大荷载地基的。 二、杂填土 杂填土是人类生活产生的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。因其成因没有规 律,造成成分复杂,分布不均匀,结构松散。杂填土一般随时间的推移,其承载 力会逐渐增大。 杂填土的主要特征是强度低、压缩性高,尤其是均匀性差。同时,由于含有 机物及亲水和水溶性物质,会造成地基产生过大的沉降和侵水性湿陷 三、冲填土 冲填土由水力冲填而成,用挖泥船或泥浆泵将泥水送达江河两岸而形成的沉 积土层。其成分和分布规律与冲填的固体颗粒和水力密切相关。 由于水力的关系,冲填口的土颗粒较粗,远离出口的土颗粒较细,造成地基 的不均匀;如果固体颗粒的来源不同,也会造成其沿深度方向的不均匀变化;另 外,大量地下水会造成泉水或地下水位过高等 在冲填土上建筑建筑,应考虑欠固结、不均匀性、地下水及山洪、泥石流等 的影响。 第二节机械压实法 定含水量范围内的土,可通过机械压实或落锤夯实以降低其孔隙比,提髙 其密实度,从而提高其强度,降低其压缩性。包括重锤夯实法,机械碾压法、振 动压实法等,统称为一般机械压实法 、土的压实原理 工程实践表明,一定的压实能量,只有在适当的含水量范围内土才能被压实 到最大干密度,即最密实状态。这种适当的含水量称为最优含水量,可以通过室
一、淤泥和淤泥质土 在静水或缓慢流水环境中沉积，经生化作用形成，主要由黏粒和粉粒组成， 天然含水量高于液限，孔隙比大于 1，其中 e＞1.5 的为淤泥；1.0＜e＜1.5 的为 淤泥质土。淤泥和淤泥质土在工程上统称为软土。 软土按照成因可分为：海岸沉积、湖泊沉积、河滩沉积和沼泽沉积。分布很 广。长江、珠江地区的三角洲，黄河三角洲沉积；天津塘沽，浙江温州、宁波， 连云港等地海滨相沉积；河滩的中下游沉积；洞庭湖、洪泽湖、太湖、昆明渑池 等湖泊相沉积；沼泽沉积有内蒙、东北大小兴安岭、南方、西南山林地区等。 软土具有以下物理力学特性： (1)软土主要由黏粒及粉粒组成，并含有机质。其天然含水量；高于液限， 有时到达 200%，孔隙比大于 1，一般在 1.0～2.0 之间，个别达 6； (2)软土具有高压缩性：压缩系数通常在 0.5～2.0 之间，且其压缩性随 液限的增大而增加； (3)软土的强度低，φ角与加载和排水条件有关，c 值低，小于 5； (4)软土的渗透性差：其渗透系数一般约为 10-5mm/s，固结速率很低； (5)软土具有明显的结构性：其灵敏度一般在 4～10，属于高灵敏性土,一旦 扰动，强度很低； (6)软土具有明显的流变性：在恒载作用下，受剪切应力的作用，缓慢变形， 导致抗剪强度衰减。孔隙水完全消散后，沉降还继续。 另外，由于生成条件的变化，具有成层性和各向异性。 总之，软土具有强度低、压缩性高、渗透性小、高灵敏度和流变性等特点， 因而软土地基上建筑物的沉降量大，稳定所需要的时间长。因此，往往要对软土 进行加固处理。如不处理，是不能做承受较大荷载地基的。 二、杂填土 杂填土是人类生活产生的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。因其成因没有规 律，造成成分复杂，分布不均匀，结构松散。杂填土一般随时间的推移，其承载 力会逐渐增大。 杂填土的主要特征是强度低、压缩性高，尤其是均匀性差。同时，由于含有 机物及亲水和水溶性物质，会造成地基产生过大的沉降和侵水性湿陷。 三、冲填土 冲填土由水力冲填而成，用挖泥船或泥浆泵将泥水送达江河两岸而形成的沉 积土层。其成分和分布规律与冲填的固体颗粒和水力密切相关。 由于水力的关系，冲填口的土颗粒较粗，远离出口的土颗粒较细，造成地基 的不均匀；如果固体颗粒的来源不同，也会造成其沿深度方向的不均匀变化；另 外，大量地下水会造成泉水或地下水位过高等。 在冲填土上建筑建筑，应考虑欠固结、不均匀性、地下水及山洪、泥石流等 的影响。 第二节 机械压实法 一定含水量范围内的土，可通过机械压实或落锤夯实以降低其孔隙比，提高 其密实度，从而提高其强度，降低其压缩性。包括重锤夯实法，机械碾压法、振 动压实法等，统称为一般机械压实法。 一、土的压实原理 工程实践表明，一定的压实能量，只有在适当的含水量范围内土才能被压实 到最大干密度，即最密实状态。这种适当的含水量称为最优含水量，可以通过室
内击实试验测定。 对于一般的黏性土,击实试验的方法是:将测试的黏性土分别制成含水量不 同的松散试样,用同样的击实能逐一进行击实,然后测定各试样的含水量和 干密度Pd,绘成Pd~w 关系曲线,如图9-1所示。曲线的极值为最大干密度 pdmx,相应的含水量即为最优含水量。从图中可以看出含水量偏高或偏低 时均不能压实。其原因是:含水量偏低时,土颗粒周围的结合水膜很薄,致使颗 粒间具有很强的引力,阻止颗粒移动,击实困难;含水量偏髙时,空隙中存在着 自由水,击实时孔隙中过多水分不易立即排出;当土体含水量处于特定范围时, 土颗粒间的连接减弱,从而使土颗粒易于移动,获得最佳的击实效果。试验证明 最优含水量咿与士的塑限P相近,大致为p±2 。试验还证明,土的 最优含水量将随夯击能量的大小与土的矿物组成的不同而有所不同。当击实能加 大时,最大干密度将加大,而最优含水量将降低。而当固相中黏性土矿物增多时, 最优含水量将增大而最大干密度将下降。土的最优含水量和最大干密度由室内标 准或重型击实试验测得。需要指出,压实功愈大,土的最优含水量愈低,压实效 果愈好。 十口最大十密度:167 量优含水量:202% 如1.6 泡和度100% 1315i71921232527 含水量(%)
内击实试验测定。 对于一般的黏性土，击实试验的方法是：将测试的黏性土分别制成含水量不 同的松散试样，用同样的击实能逐一进行击实，然后测定各试样的含水量 和 干密度 ，绘成 关系曲线，如图 9-1 所示。曲线的极值为最大干密度 ，相应的含水量即为最优含水量 。从图中可以看出含水量偏高或偏低 时均不能压实。其原因是：含水量偏低时，土颗粒周围的结合水膜很薄，致使颗 粒间具有很强的引力，阻止颗粒移动，击实困难；含水量偏高时，空隙中存在着 自由水，击实时孔隙中过多水分不易立即排出；当土体含水量处于特定范围时， 土颗粒间的连接减弱，从而使土颗粒易于移动，获得最佳的击实效果。试验证明， 最优含水量 与土的塑限 相近，大致为 。试验还证明，土的 最优含水量将随夯击能量的大小与土的矿物组成的不同而有所不同。当击实能加 大时，最大干密度将加大，而最优含水量将降低。而当固相中黏性土矿物增多时， 最优含水量将增大而最大干密度将下降。土的最优含水量和最大干密度由室内标 准或重型击实试验测得。需要指出，压实功愈大，土的最优含水量愈低，压实效 果愈好
1200 1.000 夯击次数 1000次 8; 3层) .0900 4次(3层 帕 H08030次(3层 20次(3层 粉质黏土试样; 0700 压实筒:直径00mm容积100cm3 夯锤:履量2kg喜高30cm; 05004 分三层夯实;标准压实功能(25击)563kgcm/em3 含水量w‰ 图91Pd~1关系曲线 砂性土被压实时则表现出几乎相反的性质。干砂在压力与振动作用下,也容 易被压实。惟有稍湿的砂土,因颗粒间的表面张力使砂土颗粒互相约束而阻止其 实 二、机械碾压法 机械碾压法是采用机械压实松软土的方法,常用的机械有平碾、羊足碾、压 路机等。这些方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实 通过室内试验,确定在一定压实能量的条件下土的最优含水量、分层厚度和 压实遍数。黏性土压实前,被碾压的土料应先进行含水量测定,只有含水量在合 适范围内的土料才允许进场。每层铺土厚度一般约为300mm。碾压后地基的质 量常以压实系数λe控制,A。为实测的Pd与击实试验得出的Pdmx之比,在有些 工程中也常用Fd作为填土压实的质量控制指标。不同类别的土要求也不同,但 在主要受力层范围内一般要求A≥0.96
图 9-1 关系曲线 砂性土被压实时则表现出几乎相反的性质。干砂在压力与振动作用下，也容 易被压实。惟有稍湿的砂土，因颗粒间的表面张力使砂土颗粒互相约束而阻止其 压实. 二、机械碾压法 机械碾压法是采用机械压实松软土的方法，常用的机械有平碾、羊足碾、压 路机等。这些方法常用于大面积填土和杂填土地基的压实。 通过室内试验，确定在一定压实能量的条件下土的最优含水量、分层厚度和 压实遍数。黏性土压实前，被碾压的土料应先进行含水量测定，只有含水量在合 适范围内的土料才允许进场。每层铺土厚度一般约为 300mm。碾压后地基的质 量常以压实系数 控制， 为实测的 与击实试验得出的 之比，在有些 工程中也常用 作为填土压实的质量控制指标。不同类别的土要求也不同，但 在主要受力层范围内一般要求
机械碾压法的地基承载力一般通过现场测试取值,在无试验的情况下,亦可 按表9-2取值。 地基承载力取值表92 填土类型 压实系效λ。|承裁力桥征值( 碎石、卵石 砂夹石(其中碎石、驷石占全重30%-5% 0.94~0.9 土夹石(其中碎石、卵石占全重3%-50%) 粉厥黏土、粉土(8< 三、振动压实法 振动压实用振动压实机在地基表面施加振动把浅层松散土振密的方法。这种 方法主要应用于处理杂填土、湿陷性黄土、炉渣、细砂、碎石等类土。振动压实 的效果与被压实土的成分和振压时间有关。且在开始时振密作用较为显著,随时 间推移变形渐趋于稳定。在施工前应先进行现场试验测试,根据振实的要求确定 振压的时间。 振动压实的有效深度一般约1.2~1.5m。一般杂填土地基经振实后,承载力 可达100~120KPa。如地下水位太高,则将影响振实效果,此外尚应注意振动对 周围建筑物的影响,振源与建筑物的距离应大于3m 四、重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将重锤提到一定高度后,让其自由下落,不断重复 夯击,使地基形成一层较密实的土层。这种方法可用于处理地下水距地表08m 以上的非饱和黏性土或杂填土。夯打时地基土应保持最优含水量,否则不能密实。 对于饱和软土层,在夯打时会出现“橡皮土”,应降低地下水位后再夯打。 重锤夯实法的锤重一般为15~30kN,落距一般般采用2.5~4.5m,夯打遍数 一般为8~12遍,有效夯实深度可达1.2m左右,夯实后的承载力达100~150KPa 第三节强夯法 强夯法是将重型锤(一般为10~40吨)以8~20m落距(最高可达40m)下落, 冲击能有时可达1000~6000KN·m,给地基冲积振动。巨大能量产生很大冲击 泼和动应力,引起地基土压缩和振密。进行强力夯实可消除液化危害和消除湿陷 性黄土的湿陷性等,同时还能提髙土层的均匀程度,减少地基的不均匀沉降 据统计,强夯法处理地基强度可提髙2~5倍,压缩性可降低50~90%。影响 深度可达10m以上 强夯法适用于碎石土、砂土、粉土、人工填土和湿陷性黄土等地基的处理 可用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土和动性土、湿陷性黄土、杂填土利原填土 等地基。 淤泥和淤泥质土地基,尤其是高灵敏度的软土,须经试验证明其加固效果时 才能采用。 对于饱和细粒土,强夯的效果尚待研究,成功和失败的例子均有报道应持慎 重考虑。强夯法施工时噪声和振动大,公共建筑物稠密区不宜使用 强夯法的加固机理 强夯法加固地基的机理,与重锤夯实法有着本质的不同。强夯法主要是将势
机械碾压法的地基承载力一般通过现场测试取值，在无试验的情况下，亦可 按表 9-2 取值。 地基承载力取值 表 9-2 三、振动压实法 振动压实用振动压实机在地基表面施加振动把浅层松散土振密的方法。这种 方法主要应用于处理杂填土、湿陷性黄土、炉渣、细砂、碎石等类土。振动压实 的效果与被压实土的成分和振压时间有关。且在开始时振密作用较为显著，随时 间推移变形渐趋于稳定。在施工前应先进行现场试验测试，根据振实的要求确定 振压的时间。 振动压实的有效深度一般约 1.2～1.5m。一般杂填土地基经振实后，承载力 可达 100～120KPa。如地下水位太高，则将影响振实效果，此外尚应注意振动对 周围建筑物的影响，振源与建筑物的距离应大于 3m。 四、重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将重锤提到一定高度后，让其自由下落，不断重复 夯击，使地基形成一层较密实的土层。这种方法可用于处理地下水距地表 0.8m 以上的非饱和黏性土或杂填土。夯打时地基土应保持最优含水量，否则不能密实。 对于饱和软土层，在夯打时会出现“橡皮土”，应降低地下水位后再夯打。 重锤夯实法的锤重一般为 15～30kN，落距一般般采用 2.5～4.5m，夯打遍数 —般为 8～12 遍，有效夯实深度可达 1.2m左右，夯实后的承载力达 100～150KPa。 第三节 强夯法 强夯法是将重型锤(一般为 10～40 吨)以 8～20m 落距(最高可达 40m)下落， 冲击能有时可达 1000～6000KN·m，给地基冲积振动。巨大能量产生很大冲击 泼和动应力，引起地基土压缩和振密。进行强力夯实可消除液化危害和消除湿陷 性黄土的湿陷性等，同时还能提高土层的均匀程度，减少地基的不均匀沉降。 据统计，强夯法处理地基强度可提高 2~5 倍，压缩性可降低 50~90%。影响 深度可达 10m 以上。 强夯法适用于碎石土、砂土、粉土、人工填土和湿陷性黄土等地基的处理； 可用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土和动性土、湿陷性黄土、杂填土利原填土 等地基。 淤泥和淤泥质土地基，尤其是高灵敏度的软土，须经试验证明其加固效果时 才能采用。 对于饱和细粒土，强夯的效果尚待研究，成功和失败的例子均有报道应持慎 重考虑。强夯法施工时噪声和振动大，公共建筑物稠密区不宜使用。 一、强夯法的加固机理 强夯法加固地基的机理，与重锤夯实法有着本质的不同。强夯法主要是将势
能转化为夯击能,在地基中产生强大的动应力和冲击波,纵波(压缩波)使土层液 化,产生超静水压力,土粒之间产生位移:横波〔剪切波)剪切破坏土粒之间的 连接,使土粒结构重新排列密实。 强夯法对土体产生加密作用、液化作用、固结作用和时效作用。 二、强夯法的设计要点 应用强夯法加固软弱地基,一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求, 正确地选用各项技术参数。这些参数包括:单击夯击能、夯击遍数、间隔时间、 加固范围、夯点布置等 强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料的 情况下,可按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)表6.2.1取值。 1.强夯法的有效加固深度 z=a√WH/10 式中W—锤重,N; H-锤的落距,m; z—有效处理深度 经验系数其值多在0.4~0.8之间桩间土和桩体的刚度差别愈大a意小 表10-11强夯法的有效加固深度(m) 单位夯击能/kNm m碎石土砂上等粗颗粒土粉土黏性士湿落性黄土等细颗粒土 50-6.0 4,0~5 3000 7.0~8.0 6.0-7.0 4000 80~9.0 7.0-8.0 9.5-10.0 8.5-9.0 0.0~10.5 9.0-9.5 强夯法的有效加固深度应从最初起夯地面算起 2.夯击次数 每夯点的夯击次数应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定,并 应同时满足:(1)最后两击的平均夯沉量不大于下列数值:当单击夯击能量小于 4000kNm时为50mm:当单击夯击能量在4000-6000kNm时为100mm;当单 击夯击能量大于6000kNm时为200mm;(2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起 (3)不因夯坑过深而发生提锤困难 3.夯击数及两便夯击之间的间隔时间 两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间,一般对渗 透性较差的粘性土地基,间隔时间不应少于3-4周,对于渗透性较好的碎石与 砂土地基可连续夯击。 4强夯处理范围 应大于建筑物基础范围,每边超出基础外沿的宽度宜为基底下设计处理深 度的1/2~1/3,并不宜小于3m。 第四节换土垫层法 换填法的处理原理及适用范围 当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求,而软弱土层的厚度又不
能转化为夯击能，在地基中产生强大的动应力和冲击波，纵波(压缩波)使土层液 化，产生超静水压力，土粒之间产生位移；横波〔剪切波)剪切破坏土粒之间的 连接，使土粒结构重新排列密实。 强夯法对土体产生加密作用、液化作用、固结作用和时效作用。 二、强夯法的设计要点 应用强夯法加固软弱地基，一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求， 正确地选用各项技术参数。这些参数包括：单击夯击能、夯击遍数、间隔时间、 加固范围、夯点布置等。 强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料的 情况下，可按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)表 6．2．1 取值。 1．强夯法的有效加固深度 2．夯击次数 每夯点的夯击次数应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并 应同时满足：(1)最后两击的平均夯沉量不大于下列数值：当单击夯击能量小于 4000kN.m 时为 50mm；当单击夯击能量在 4000—6000kN.m 时为 100 mm ;当单 击夯击能量大于 6000kN.m 时为 200mm；(2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起； (3)不因夯坑过深而发生提锤困难。 3.夯击数及两便夯击之间的间隔时间 两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间，一般对渗 透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于 3—4 周，对于渗透性较好的碎石与 砂土地基可连续夯击。 4.强夯处理范围 应大于建筑物基础范围，每边超出基础外沿的宽度宜为基底下设计处理深 度的 1／2~l／3，并不宜小于 3m。 第四节 换土垫层法 一、换填法的处理原理及适用范围 当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不
很大时,可将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去,代之以分层换 填强度较大、性能稳定的其他材料,砂石、素土、灰土、工业废料等材料,并压 实至要求的密实度为止,这种地基处理方法称为换填垫层法 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基、暗搪等 的浅层处理,换填法用于消除黄土湿陷性、膨胀土胀缩性、冻土冻胀以及采用大 面积填土作为建筑地基时,尚应按国家有关规范的规定执行。 换填垫层的设计,应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件并结合 机械设备与当地材料来源等综合分析,合理选择换填材料和施工方法。 H上址时 出+:A 图9-2砂垫层剖面图 二、设计要点 如图9-2所示,垫层的厚度z根据下卧层土层的承载力确定,应符合下式要 P2+Pt2≤f (9-1) 式中Pz一垫层底面处的附加压力设计值(kPa) Pca一垫层底面处的自重压力标准值P fan—垫层底层处下卧土层的地基承载力特征值kPa 垫层的厚度不宜大于3m。垫层底面处的附加压力值Pz可分别按式(92)和式 (9-3)简化计算 条形基础 6+2ztan0 (92) 矩形基础 pk-p Pa=(6+2ztan6)(+22tan6 式中b-矩形基础或条形基础底面的宽度(m) 一矩形基础底面的长度(m
很大时，可将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，代之以分层换 填强度较大、性能稳定的其他材料，砂石、素土、灰土、工业废料等材料,并压 实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法。 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基、暗搪等 的浅层处理，换填法用于消除黄土湿陷性、膨胀土胀缩性、冻土冻胀以及采用大 面积填土作为建筑地基时，尚应按国家有关规范的规定执行。 换填垫层的设计，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件并结合 机械设备与当地材料来源等综合分析，合理选择换填材料和施工方法。 图 9-2 砂垫层剖面图 二、设计要点 如图 9-2 所示，垫层的厚度 z 根据下卧层土层的承载力确定，应符合下式要 求： （9-1） 式中 —垫层底面处的附加压力设计值(kPa)； —垫层底面处的自重压力标准值(kPa)； —垫层底层处下卧土层的地基承载力特征值(kPa)。 垫层的厚度不宜大于 3m。垫层底面处的附加压力值 可分别按式(9-2)和式 (9-3)简化计算。 条形基础 （9-2） 矩形基础 （9-3） 式中 b—矩形基础或条形基础底面的宽度(m)； —矩形基础底面的长度(m)；
Pk基础底面压力设计值(kPa) Pe一基础底面处土的自重压力标准值(kPa); z一基础底面下垫层的厚度(m) 0一垫层的压力扩散角,可按表93采用 压力扩散角6()表93 换填材料中砂、粗砂、砾砂 粉质黏土 圆砾、角砾、石屑、 /5 粉煤灰士 卵石、碎石、矿渣 0,25 6 0.5 30 23 注:1.当z/d<0.25时,除灰土取θ如28外,其余材料均 取θ=0,必雲时,宜H试验确定; 2.当0.25<z/b<0.50时,值可内插求得。 垫层顶面宽度应满足基础地面应力扩散的要求,可按下式计算或根据当地经 验确定: 6′≥b+2ztan6 (94) 式中b′一垫层底面宽度(m -垫层的压力扩散角,可按照表93采用;当zb<025时,仍按表中 z/b=0.25取值。 整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽;垫层顶面宽度宜超出基础底面 每边不小于300mm,或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡。 垫层的承载力应通过现场试验确定。一般工程当无试验资料时可按《建筑地 基处理技术规范》选用,并应验算下卧层的承载力 垫层的材料: (1)砂石:应为级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时, 应掺入30%的碎石或卵石,最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基,不得 选用砂石等透水材料。 (2粉质黏土:土料中有机质含有量不得超过5%。不得含有冻土或膨胀土 当含有碎石时,其粒径不得大于50mm。用于湿陷性黄土地基的素土垫层,土层 中不得夹有砖、瓦和石块。 (3)灰土:体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质黏土,不宜使用块状 黏土和砂质粉土,不得含有松软杂质,并应过筛,其粒径不得大于15mm。石灰
—基础底面压力设计值(kPa)； —基础底面处土的自重压力标准值(kPa)； z—基础底面下垫层的厚度(m)； —垫层的压力扩散角，可按表 9-3 采用。 压力扩散角 （°） 表 9-3 垫层顶面宽度应满足基础地面应力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经 验确定： （9-4） 式中 —垫层底面宽度(m)； —垫层的压力扩散角，可按照表 9-3 采用；当 z/b＜0.25 时，仍按表中 z/b= 0.25 取值。 整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽；垫层顶面宽度宜超出基础底面 每边不小于 300mm，或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡。 垫层的承载力应通过现场试验确定。一般工程当无试验资料时可按《建筑地 基处理技术规范》选用，并应验算下卧层的承载力。 垫层的材料： (1)砂石：应为级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时， 应掺入 30%的碎石或卵石，最大粒径不宜大于 50mm。对湿陷性黄土地基，不得 选用砂石等透水材料。 (2)粉质黏土：土料中有机质含有量不得超过 5%。不得含有冻土或膨胀土。 当含有碎石时，其粒径不得大于 50mm。用于湿陷性黄土地基的素土垫层，土层 中不得夹有砖、瓦和石块。 (3)灰土：体积配合比宜为 2：8 或 3：7。土料宜用粉质黏土，不宜使用块状 黏土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其粒径不得大于 15mm。石灰
宜用新鲜的消石灰,其颗粒不得大于5mm。 (4)工业废渣:应质地坚硬、性能稳定和无腐蚀性,其最大粒径及级配宜通 过试验确定。 三、施工要点 (1)施工机械应根据不同的换填材料选择。粉质黏土、灰土宜采用平碾、振 动碾或羊足碾;砂石等宜用振动碾。当有效压实深度内土的饱和度小于并接近 0.6时,可采用重锤夯实 (2)施工方法、分层厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下, 分层铺厚度可取200~300mm。但接近下卧软土层的垫层底层应,根据施工机械 设备及下卧层土质条件的要求具有足够的厚度。严禁扰动垫层下的软土 (3)素填土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量±20%范围。 灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压,且压实后3d内不得受水浸泡。垫层竣工后, 应及时进行基础施工和基坑回填 (4)重锤夯实的夯锤宜采用圆台形,锤重宜大于2t,锤底面单位静压力宜在 20KPa。夯锤落距宜大于4m。重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱 基坑内,宜先外后里顺序夯击:同一基坑底面标高不同时,应先深后浅逐层夯实 同一夯点夯击一次为一遍,夯击宜分2~3遍进行,累计夯击10~15次,最后两 遍平均夯击下沉量应控制在:砂土不超过5~10mm:细颗粒土不超过10~20mm 第五节排水固结法 加固原理及适用范围 根据有效应力原理,土体在外荷载作用下发生排水固结时,其中的有效应力 就会增大、土的体积就会压缩;随着土体被压密,土的强度也会随之提高。也就 是说,地基土排水过程就是地基土中有效应力不断增大、土体变形不断发生、土 体强度不断增长的过程。排水固结法就是利用这一原理,设法使土体中的水分排 出、有效应力增长来达到压密土体、提高土体承载能力、减小土体变形特性的 类地基处理方法。其中包括:预压系统有堆载法和真空预压两类;排水系统有砂 井法、袋装砂井等一系列地基处理方法 预压法适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘性土地基。通常,当软 土层厚度小于4.0m时,可采用天然地基堆载预压法处理;当软土层厚度超过40m 时,为加速预压过程,应采用塑料排水袋、砂井等竖井排水预压法处理地基。对 真空预压工程,必须在地基内设置排水竖井 二、堆载预压法和砂井加载预压法 堆载预压法预压荷载的大小通常可与建筑物的基底压力大小相同。对沉降 有严格要求的建筑物,应采取超载预压法。 加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围。 为了加速地基排水,减少预压时间,可采用砂井加载预压法,砂井分普通砂 井和袋装砂井。普通砂井直径可取300~500mm,袋装砂井直径可取70~ I00mm,塑料排水带的当量换算直径可按式9-5计算: (95) 式中dP-塑料排水带当量换算直径(m b-塑料排水带带宽(mm)
宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于 5mm。 (4)工业废渣：应质地坚硬、性能稳定和无腐蚀性，其最大粒径及级配宜通 过试验确定。 三、施工要点 (1)施工机械应根据不同的换填材料选择。粉质黏土、灰土宜采用平碾、振 动碾或羊足碾；砂石等宜用振动碾。当有效压实深度内土的饱和度小于并接近 0.6 时，可采用重锤夯实。 (2)施工方法、分层厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下， 分层铺厚度可取 200～300mm。但接近下卧软土层的垫层底层应，根据施工机械 设备及下卧层土质条件的要求具有足够的厚度。严禁扰动垫层下的软土。 (3)素填土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量±2.0%范围。 灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压，且压实后 3d 内不得受水浸泡。垫层竣工后， 应及时进行基础施工和基坑回填。 (4)重锤夯实的夯锤宜采用圆台形，锤重宜大于 2t，锤底面单位静压力宜在 15～20KPa。夯锤落距宜大于 4m。重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱 基坑内，宜先外后里顺序夯击；同一基坑底面标高不同时，应先深后浅逐层夯实。 同一夯点夯击一次为一遍，夯击宜分 2～3 遍进行，累计夯击 10～15 次，最后两 遍平均夯击下沉量应控制在：砂土不超过 5～10mm；细颗粒土不超过 10～20mm。 第五节 排水固结法 一、加固原理及适用范围 根据有效应力原理，土体在外荷载作用下发生排水固结时，其中的有效应力 就会增大、土的体积就会压缩；随着土体被压密，土的强度也会随之提高。也就 是说，地基土排水过程就是地基土中有效应力不断增大、土体变形不断发生、土 体强度不断增长的过程。排水固结法就是利用这一原理，设法使土体中的水分排 出、有效应力增长来达到压密土体、提高土体承载能力、减小土体变形特性的一 类地基处理方法。其中包括：预压系统有堆载法和真空预压两类；排水系统有砂 井法、袋装砂井等一系列地基处理方法。 预压法适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘性土地基。通常，当软 土层厚度小于 4.0m时，可采用天然地基堆载预压法处理；当软土层厚度超过 4.0m 时，为加速预压过程，应采用塑料排水袋、砂井等竖井排水预压法处理地基。对 真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。 二、堆载预压法和砂井加载预压法 堆载预压法预压荷载的大小通常可与建筑物的基底压力大小相同。对沉降 有严格要求的建筑物，应采取超载预压法。 加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围。 为了加速地基排水，减少预压时间，可采用砂井加载预压法，砂井分普通砂 井和袋装砂井。普通砂井直径可取 300～500mm，袋装砂井直径可取 70～ 100mm，塑料排水带的当量换算直径可按式 9-5 计算： （9-5） 式中 —塑料排水带当量换算直径(mm)； b—塑料排水带带宽(mm)；
δ-塑料排水带厚度(m) 砂垫层 (d) Q:: 预压荷载 砂垫尽 高压缩性⊥层 不透水千层 图9-3砂井布置图 (a)剖面图;(b)正方形布置;(c)等边三角形布置;(d)砂井的排水途径 砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列(见图9-3)。一根砂井的有 效排水圆柱体的直径e和砂井间距s的关系可按下列规定取用: 等边三角形布置: 正方形布置: d=1,13. 砂井的间距可根据地基土的固结特征和在预定时间内所要求达到的固结度 来确定。通常砂井的间距可按井径比m(n=d/d,d为砂井直径,d。为 根砂井的排水圆的直径确定。普通砂井间距可按n=6~8选用;袋装砂井或塑料 排水带的间距可按n=15~22选用。 砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。 砂井加载预压的固结度、抗剪强度、竖向变形量可按《建筑地基处理技术规 范》(JGJ79-2002)中相关公式计算。 预压处理地基必须在地表铺设排水砂垫层,砂垫层厚度宜大于0.4m;砂垫 层宜采用中粗砂,含泥量应小于5%,砂料中可混有少量粒径小于50mm的石粒
—塑料排水带厚度(mm)。 图 9-3 砂井布置图 (a)剖面图；(b)正方形布置；(c)等边三角形布置；(d)砂井的排水途径 砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列(见图 9-3)。一根砂井的有 效排水圆柱体的直径 和砂井间距 s 的关系可按下列规定取用： 等边三角形布置： 正方形布置： 砂井的间距可根据地基土的固结特征和在预定时间内所要求达到的固结度 来确定。通常砂井的间距可按井径比 n( ， 为砂井直径， 为一 根砂井的排水圆的直径)确定。普通砂井间距可按 n=6～8 选用；袋装砂井或塑料 排水带的间距可按 n＝15～22 选用。 砂井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。 砂井加载预压的固结度、抗剪强度、竖向变形量可按《建筑地基处理技术规 范》(JGJ79 一 2002)中相关公式计算。 预压处理地基必须在地表铺设排水砂垫层，砂垫层厚度宜大于 0.4m；砂垫 层宜采用中粗砂，含泥量应小于 5%，砂料中可混有少量粒径小于 50mm 的石粒