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1、1 1 地基处理的对象及目的地基处理的对象及目的 地基处理地基处理是指为提高地基承载力，改变其变形性质或渗是指为提高地基承载力，改变其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。欧美国家称地基处透性质而采取的人工处理地基的方法。欧美国家称地基处理，亦有称地基加固。理，亦有称地基加固。地基处理地基处理对象对象软弱地基软弱地基 特殊土地基特殊土地基 软弱地基软弱地基 ：淤泥、淤泥质土、泥炭、：淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等泥炭质土等 冲填土冲填土 杂填土杂填土 湿陷性黄土湿陷性黄土 膨胀土膨胀土 盐渍土盐渍土 季节性冻土季节性冻土 第1页/共173页地基处理的目的：地基处理的目的：1.1.提高
2、地基的抗剪强度，增加其稳定性提高地基的抗剪强度，增加其稳定性;2.2.降低地基土的压缩性，减少地基的沉降低地基土的压缩性，减少地基的沉 降变形降变形;3.3.改善地基土的渗透特性，减少地基渗改善地基土的渗透特性，减少地基渗 漏或加强其渗透稳定漏或加强其渗透稳定;4.4.改善地基土的动力特性，提高地基的改善地基土的动力特性，提高地基的 抗振性能抗振性能;5.5.改善特殊土地基的不良特性，满足工改善特殊土地基的不良特性，满足工 程设计要求程设计要求.第2页/共173页2 2 地基处理方法分地基处理方法分类类 地基处理的分类方法多种多样，按地基处理的分类方法多种多样，按时间可分为临时处理时间可分为临
3、时处理和永久处理和永久处理；按；按处理深度分为浅层处理和深层处理处理深度分为浅层处理和深层处理；按处理按处理土性对象分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱土性对象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和土处理；也可按地基处理的加固机理进行分类也可按地基处理的加固机理进行分类。因为现有。因为现有的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在不断发展，要的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在不断发展，要对各种地基处理方法进行精确分类是困难的。对各种地基处理方法进行精确分类是困难的。常见的分类方常见的分类方法主要是按照地基处理的加固机理进行分类：法主要是按照地基处理的加固机理进行分类
4、：第3页/共173页地基处理方法地基处理方法换填法换填法 ：换土垫层法、褥垫法换土垫层法、褥垫法 密实法密实法：浅层密实、深层密实浅层密实、深层密实 排水法排水法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压固化法固化法：灌浆法、喷拌法灌浆法、喷拌法 加筋法加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩土工聚合物加筋、锚杆、树根桩 第4页/共173页概述概述（1 1）定义）定义换填垫层法换填垫层法是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地能要求的土层（或局部岩石）
5、，全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为填材料的功能不同，又分为垫层法和褥垫法垫层法和褥垫法。垫层法垫层法又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法。通常通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构）筑物的要求，指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构）筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软而
6、软弱土层的厚度又不很大时，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、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、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度。并压（夯、振）实至要求的密实度。5.2 5.2 换填垫层法换填垫层法第5页/共173页 褥垫法褥垫法是将基础底面下一定深度范围内局部压缩是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性性较低的岩石凿去较低的岩石凿去，换填上，换填上压缩性较大的材料压缩性较大的材料，然后分，然后分层夯实的垫层层夯实
7、的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调层的变形相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。（2 2）作用）作用 垫层法：垫层法：a.a.提高地基承载力提高地基承载力 b.b.减少沉降量减少沉降量 c.c.加速软弱土层的排水固结加速软弱土层的排水固结 d.d.防止冻胀防止冻胀 e.e.消除地基的湿陷性和胀缩性消除地基的湿陷性和胀缩性 第6页/共173页 （3 3）适用范围）适用范围 建筑地基处理技术规范建筑地基处理技
8、术规范中规定：垫层法中规定：垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、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、暗塘等浅层软弱地基及不均杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。匀地基的处理。第7页/共173页概述概述5.3 5.3 预压法预压法 预压法又称预压法又称排水固结法排水固结法，指直接在，指直接在天然地基或在设置有袋状砂井、天然地基或在设置有袋状砂井、塑料排水带等竖向排水体塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土
9、体中孔隙水排出，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。法。预压法由预压法由加压系统和排水系统加压系统和排水系统两部分组成两部分组成。加压系统通过加压系统通过预先预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出然排出，进而使土体固结；排水系统则通过进而使土体固结；排水系统则通过改变地基原有的排水边改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期使地
10、基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。预压法适用于预压法适用于处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性土地基土地基。预压荷载是其中的关键问题预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才能，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。引起地基土的排水固结。第8页/共173页加压系统加压系统排水系统排水系统竖向排水体竖向排水体水平排水体水平排水体普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带砂垫层砂垫层堆载预压堆载预压真空预压真空预压降水预压降水预压电渗排水电渗排水真空联合堆
11、载预压真空联合堆载预压排水固结排水固结第9页/共173页预压法加固机理预压法加固机理 时，时，时，土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长的过程。的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长的过程。第10页/共173页(1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理 堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载
12、，或建竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。高的过程。第11页/共173页砂井堆载预压法砂井堆载预压法 第12页/共173页基本方法：基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系砂井顶部设置砂垫层作为水
13、平排水通道，形成排水系统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承载力之目的载力之目的 。主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积地基则不适用。地基则不适用。第13页/共173页堆水预压堆水预压第14页/共173页(2)
14、(2)真空预压加固机理真空预压加固机理 真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后，在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷排水系统维持较高的真空度，利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应力，以利于土体排水固结。载，增加地基的有效应力，以利于土体排水固结。真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘性土等，尤其
15、适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，内有足够补给水源的透水层，而又没有采取隔断措施时，不宜采用该法。不宜采用该法。第15页/共173页(3)(3)降水预压加固机理降水预压加固机理 降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位，以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。土的有效自重应力，从而达到预压的目的。抽水前水位线抽水后水位降落线滤水管抽水井管降水预压原理降水预压原理第16页/共173页原水位o原水位o第17页/共173页(4)(4)电渗预压加固机理
16、电渗预压加固机理 电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结且无补充水源的情况下，引起土层的压缩固结。电渗预压与电渗预压与降水预压一样，是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水降水预压一样，是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆压力来增加土的有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆载作为预压荷载，也不会使土体发生破坏。载作为预压荷载，也不会使土体发生破
17、坏。第18页/共173页AB水力坡降线第19页/共173页 预压法的设计，实质上是根据上部结构荷预压法的设计，实质上是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排载的大小、地基土的性质及工期要求合理安排加压系统与排水系统，使地基在预压过程中快加压系统与排水系统，使地基在预压过程中快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑物速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增加在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的稳一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的稳定性。定性。第20页/共173页5.4 5.4 浆液固化法浆液固化法
18、浆液固化法是指利用水泥浆液浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学粘土浆液或其它化学浆液，浆液，通过通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。理方法。目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法灌浆法外，外，后面出现了后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高利用高压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆
19、液进行搅拌混合，液进行搅拌混合，后者后者通过特制的搅拌机械，在地基深部通过特制的搅拌机械，在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。水稳性和足够强度的地基土。第21页/共173页1.1.概述概述 灌浆法是指利用灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，液压、气压或电化学原理，通过注浆管通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密填充、渗透和挤密等方等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制
20、一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的好和化学稳定性良好的“结石体结石体”。灌浆法的应用始于灌浆法的应用始于18021802年，法国工程师年，法国工程师Charles Charles BeriguyBeriguy在在DieppeDieppe采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复了一座受冲刷的水闸。此后，灌浆法成为地基加固中的一了一座受冲刷的水闸。此后，灌浆法成为地基加固中的一种常用方法。种常用方法
21、。灌浆法灌浆法第22页/共173页2 2 加固目的有以下几个方面：加固目的有以下几个方面：增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、增加地基的不透水性，常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件；坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件；截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治截断渗透水流，增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等；塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等；提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；提高地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；提高岩土的力学强度和变形模量，固化地基和恢复工程提高岩土的力学
22、强度和变形模量，固化地基和恢复工程结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。结构的整体性，常用于地基基础的加固和纠偏处理。第23页/共173页3 3 应用主要有以下几个方面：应用主要有以下几个方面：坝基的加固及防渗坝基的加固及防渗 建筑物地基的加固建筑物地基的加固 土坡稳定性加固土坡稳定性加固 挡土墙后土体的加固挡土墙后土体的加固 已有结构的加固：已有结构的加固：道路地基基础加固道路地基基础加固 地下结构的止水及加固：地下结构的止水及加固：井巷工程中的加固及止水井巷工程中的加固及止水 动力基础的抗振加固动力基础的抗振加固 其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌其他：预填骨料灌浆、后拉锚杆
23、灌浆及钻孔灌注桩后灌浆。注桩后灌浆。第24页/共173页第25页/共173页水泥土搅拌法水泥土搅拌法 1.1.概述概述水泥土搅拌法是利用水泥土搅拌法是利用水泥或石灰水泥或石灰等材料作为固化剂，通过特制的等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。根据施根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉体工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉
24、体喷射搅拌（以下简称干法）两种喷射搅拌（以下简称干法）两种。水泥土搅拌法最早水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称为在美国研制成功，称为Mixed-in-Place-PileMixed-in-Place-Pile(简称简称MIPMIP法法)。国内国内19771977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于计院进行了室内试验和机械研制工作，于19781978年底制造出我国第一台年底制造出我国第一台SJBSJB1 1型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴市江阴型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴市江阴
25、振冲器厂成批生产（目前振冲器厂成批生产（目前SJBSJB2 2型加固深度可达型加固深度可达18m18m）。）。19801980年初首次年初首次在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础的软土地在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础的软土地基加固工程中正式开始应用并获得成功。基加固工程中正式开始应用并获得成功。第26页/共173页粉粉体体喷喷射射搅搅拌拌(Dry(Dry Jet Jet Mixing Mixing MethodMethod，简简称称DJMDJM法法)最最早早由由瑞瑞典典人人Kjeld Kjeld PausPaus于于19671967年年提提出出了了使使
26、用用石石灰灰搅搅拌拌桩桩加加固固15m15m深深度度范范围围内内软软土土地地基基的的设设想想，并并于于19711971年年LindenLindenAlimakAlimak公公司司在在现现场场制制成成第第一一根根用用石石灰灰粉粉和和软软土土搅搅拌拌成成的的桩桩，19741974年年获获得得粉粉喷喷技技术术专专利利，生生产产出出的的专专用用机机械械其其桩桩径径可可达达500mm500mm，加加固固深深度度15m15m。铁铁道道部部第第四四勘勘测测设设计计院院于于19831983年年用用DDP-100DDP-100型型汽汽车车改改装装成成国国内内第第一一台台粉粉体体喷喷射射搅搅拌拌机机，并并使使用用
27、石石灰灰作作固固化化剂剂，应应用用于于铁铁路路涵涵洞洞加加固固。19861986年年开开始始使使用用水水泥泥作作为为固固化化剂剂，应应用用于于房房屋屋建建筑筑的的软软土土地地基基加加固固。19871987年年铁铁四四院院和和上上海海探探矿矿机机械械厂厂制制成成GPP-5GPP-5型型步步履履式式粉粉体体喷喷射射搅搅拌拌机机，成成桩桩直直径径500mm500mm，加加固固深深度度12.5m12.5m。当当前前国国内内粉粉体体喷喷射射搅搅拌拌机机的成桩直径一般在的成桩直径一般在500700mm500700mm范围，深度可达范围，深度可达15m15m。第27页/共173页2 2 水泥土搅拌法加固软土
28、技术，具有以下独特的优点：水泥土搅拌法加固软土技术，具有以下独特的优点：水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大最大限度地利用了原土；限度地利用了原土；搅拌时搅拌时无振动、无噪音和无污染无振动、无噪音和无污染，可在市区内和密集建筑群中进行可在市区内和密集建筑群中进行施工；施工；搅拌时不会使地基搅拌时不会使地基侧向挤出侧向挤出，所以对周围原有建筑物及地下沟管影，所以对周围原有建筑物及地下沟管影响很小；响很小；水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、基
29、坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，基坑工程围护挡墙、基坑被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等，其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其设计灵活，可按不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方；其配方；根据上部结构的需要，可灵活地采用根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状柱状、壁状、格栅状和块状等等加固形式；加固形式；与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。与钢筋混凝土桩基相比，可节约大量的钢材，并降低造价。第28页/共173页3 3 水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少水泥土搅拌法可用
30、于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况：沉降量，提高边坡的稳定性，适用于以下情况：作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等；的地坪、高填方路堤下基层等；进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。桩背后的软土加固以增加
31、侧向承载能力。第29页/共173页4 4 加固机理加固机理(1)(1)水泥的水解和水化反应水泥的水解和水化反应 普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二普通硅酸盐水泥主要是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面铁铝酸四钙、硫酸钙等。用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化的矿物很快与软土中的水发
32、生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。(2)(2)土颗粒与水泥水化物的作用土颗粒与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反泥石骨架；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。应。第30页/共173页离子交换和团粒化作用离子交换和团粒化作用 粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有
33、钠最多的氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子离子NaNa或钾离子或钾离子K K，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子中钙离子ca2ca2进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。大的土团粒，从而使土体强度提高。硬凝反应硬凝反应 随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部分与组成粘土矿物的
34、二氧化硅及三氧化二铝的部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度物，增大了水泥土的强度 。第31页/共173页(3)(3)碳酸化作用碳酸化作用 水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下由于
35、搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会
36、产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布的土块区。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。体强度也越高。第32页/共173页高压喷射注浆法高压喷射注浆法 高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固
37、体的地基处理方法。泥土加固体的地基处理方法。高压喷射注浆法高压喷射注浆法2020世纪世纪6060年代后期创始于日本。我国是年代后期创始于日本。我国是继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。19751975年首年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，先在铁道部门进行单管法的试验和应用，19771977年原冶金部建年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，功，19861986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺干喷干喷法，并取得国家专利。
38、至今，我国已有上百项工程应用了高法，并取得国家专利。至今，我国已有上百项工程应用了高压喷射注浆法。压喷射注浆法。第33页/共173页 高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射一般分为旋转喷射(简称旋喷简称旋喷)、定向喷射、定向喷射(简称定喷简称定喷)和摆动喷和摆动喷射射(简称摆喷简称摆喷)三种型式。三种型式。旋喷法施工时，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈圆旋喷法施工时，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，固结体呈圆柱状。柱状。主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善
39、地基土的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。流砂。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，简称旋喷桩。旋喷法施工后，在地基中形成的圆柱体，简称旋喷桩。定喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，定喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定不变，固结体形如板状或壁状。钻机注浆管喷头旋喷固结体高压泥浆固结体形如板状或壁状。钻机注浆管喷头旋喷固结体高压泥浆泵浆桶水箱搅拌机水泥仓摆喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提泵浆桶水箱搅拌机水泥仓摆喷法施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷嘴的方向呈较小的角度来回摆动，固结体形如较厚
40、的墙升，喷嘴的方向呈较小的角度来回摆动，固结体形如较厚的墙板状。板状。定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质及稳定边坡等工程。性质及稳定边坡等工程。第34页/共173页摆喷喷射注浆管旋喷定喷冒浆射流板墙桩第35页/共173页1 1 概述概述5.6 5.6 强夯法和强夯置换法强夯法和强夯置换法 强强夯夯法法是是法法国国MenardMenard技技术术公公司司于于19691969年年首首创创的的一一种种地地基基加加固固方方法法，又又名名动动力力固固结结法法或或动动力力压压实实法法。这这种种方方法法是是反反复复将将夯夯锤锤（质质量
41、量一一般般为为100100400kN400kN）提提到到一一定定高高度度使使其其自自由由落落下下（落落距距一一般般为为101040m40m），给给地地基基以以冲冲击击和和振振动动能能量量，从从而而提提高高地地基基的的承承载载力力，降降低低土土的的压压缩缩性性、改改善善砂砂土土的的抗抗液液化化条条件件、消消除除湿湿陷陷性性黄黄土土的的湿湿陷陷性性等等。同同时时，夯夯击击能能还还可可提提高高土土层层的的均均匀匀强强度度，减减小小将将来来可可能能出出现现差差异异沉沉降。降。SmoltczykSmoltczyk在在第第八八届届欧欧洲洲土土力力学学及及基基础础工工程程学学术术会会议议上上的的深深层层加加
42、固固总总报报告告中中指指出出，强强夯夯法法只只适适用用于于塑塑性性指指数数 的的土土。中中华华人人民民共共和和国国行行业业标标准准建建筑筑地地基基处处理理技技术术规规范范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)中中规规定定：强强夯夯法法适适用用于于处处理理碎碎石石土土、砂砂土土、低低饱饱和和度度的的粉粉土土与与粘粘性性土土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。第36页/共173页强强夯夯置置换换法法是是采采用用在在夯夯坑坑内内回回填填块块石石、碎碎石石等等粗粗颗颗粒粒材材料料，用用夯夯锤锤夯夯击击形形成成连连续续的的强强夯夯置置换换墩墩。强强夯夯置置换换
43、法法是是2020世世纪纪8080年年代代后后期期开开发发的的方方法法，适适用用于于高高饱饱和和度度的的粉粉土土与与软软塑塑 流流塑塑的的粘粘性性土土等等地地基基上上对对变变形形控控制制要要求求不不严严的的工工程程。强强夯夯置置换换法法具具有有加加固固效效果果显显著著、施施工工期期短短、施施工工费费用用低低等等特特点点。强强夯夯置置换换法法一一般般处处理理效效果果良良好好，个个别别工工程程因因设设计计、施施工工不不当当，加加固固后后会会出出现现下下沉沉较较大大或或墩墩体体与与墩墩间间土土下下沉沉不不等等的的情情况况。因因此此，建建筑筑地地基基处处理理技技术术规规范范(JGJ79-(JGJ79-2
44、002)2002)特特别别强强调调，采采用用强强夯夯置置换换法法前前必必须须通通过过现现场场试试验验确确定定其适用性和处理效果，否则不得采用。其适用性和处理效果，否则不得采用。第37页/共173页2 2 加固机理加固机理 (1)(1)动力密实动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密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。在体变得密实，从而提高地基土强度。在采用强夯法加固多孔采用强夯法加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土的过程中，隙、粗颗粒、非饱
45、和土的过程中，高能量的夯击对土的作用高能量的夯击对土的作用不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，不同于机械碾压、振动压实和重锤夯实，巨大的夯击能量产巨大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体瞬间的相对运动，从而孔隙中气泡迅速排出或压缩，孔隙体积减少，形成较密实的结构。积减少，形成较密实的结构。第38页/共173页 (2)(2)动力固结动力固结 用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即的理论，即巨大的冲击能量
46、在土中产生很大的应力波，破巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。第39页/共173页5.7 5.7 挤密桩法挤密桩法挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中填入砂、石、土（或灰土、二灰、水泥土）、石灰或其它孔中填入砂、石、土（或灰土、
47、二灰、水泥土）、石灰或其它材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。材料，再加以振实而成为直径较大桩体的方法。挤密桩属于柔性桩，而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于刚挤密桩属于柔性桩，而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于刚性桩，两者的区别如表性桩，两者的区别如表5-15-1所示。与后者不同，所示。与后者不同，挤密桩主要靠挤密桩主要靠桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用，在一定的挤密功能桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用，在一定的挤密功能作用下土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒间彼此作用下土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的孔隙，颗粒间彼此紧靠，孔隙减小，此时土的骨架作用随之增强，从而使土的压紧靠，孔
48、隙减小，此时土的骨架作用随之增强，从而使土的压缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力和较大的变形模量，且桩体断面较大，约占松软土加固面积的和较大的变形模量，且桩体断面较大，约占松软土加固面积的20%20%30%30%左右，故在粘性土地基加固时，桩体与桩周土组成复左右，故在粘性土地基加固时，桩体与桩周土组成复合地基，可共同承担建筑物的荷载。合地基，可共同承担建筑物的荷载。第40页/共173页第41页/共173页砂石桩法砂石桩法 1.1.概述概述 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，又称粗颗粒又称粗
49、颗粒土桩，是指采用土桩，是指采用振动、冲击或水冲等方式振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成在软弱地基中成孔后，再将孔后，再将碎石、砂或砂石碎石、砂或砂石挤压入已成的孔中，形成砂石挤压入已成的孔中，形成砂石所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。理方法。砂石桩适用于挤密砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处
50、理可液化地基。地基。第42页/共173页2.2.施工施工 砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法等。砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法等。下面主要介绍以下两种施工方法：振冲法和沉管法。下面主要介绍以下两种施工方法：振冲法和沉管法。(1)(1)振冲法振冲法 振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下，使松砂土层振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩振密，或在软弱土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩柱，并和原地基组成复合地基的处理方法。柱，并和原地基组成复合地基的处理方法。振冲法振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘