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1、 土木工程中的地基处理 第一节 概 述 土木工程建设中，有时不可幸免地遇到工程地质条件不良的脆弱土地 基，不能满足建筑物要求，需要先通过人工处理加固，再建筑基础，处理 后的地基称为人工地基。地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题，采 取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳固和变 形的要求，这些方法要紧包括提升地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性，减少沉降和不平均沉 降：改善其渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性防止液化，减 轻振动；排除或减少专门土的不良工程特性（如黄土的湿陷性，膨胀土的 膨胀性等）。近几十年
2、来，大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展，地基处理的方法多 样化，地基处理的新技术、新理论持续涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程领域中一个较有 生命力的分枝。按照地基处理方法的差不多原理，差不多上能够分为如表 6-1 所示的几类。地基处理方法的分类 表 6-1 物理处理 化学处理 热学处理 置换 排水 挤密 加筋 搅拌 灌浆 热加固 冻结 但必须指出，专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。地基处理的要紧方法、适用范畴及加固原理，参见表 6-2。地基处理的要紧方法、适用范畴和加固原理 表
3、 6-2 分类 方法 加固原理 适用范畴 置 换土垫层法 采纳开挖后换好土回填的方法；关于厚度较小的污泥质 各种浅层的脆弱土地基 土层，亦可采纳抛石挤淤法。地基浅层性能良好的垫层，换 与下卧层形成双层地基。垫层可有效地扩散基底压力，提升地基承载力和减少沉降量。分类 排 水 固 结 振 密 挤 密 方法 加固原理 振冲置换法 利用振冲器在高压水的作用下边振、边冲，在地基中成 孔，在孔内回填碎石料且振密成碎石桩。碎石桩柱体与 桩间土形成复合地基，提升承载力，减少沉降量 强夯置换法 采纳强夯时，夯坑内回填块石、碎石挤淤置换的方法，形成碎石墩柱体，以提升地基承载力和减少沉降量。碎石桩法 采纳沉管法或其
4、他技术，在软土中设置砂或碎石桩柱 体，置换后形成复合地基，可提升地基承载力，降低地 基沉降。同时，砂、石柱体在软粘土中形成排水通道，加速固结 石灰桩法 在脆弱土中成孔后，填入生石灰或其他混合料，形成竖 向石灰桩柱体，通过生石灰的吸水膨胀、放热以及离子 交换作用改善桩柱体周围土体的性质，形成石灰桩复合 地基，以提升地基承载力，减少沉降量 EPS 轻填法 发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的 1/50 1/100，并具 有较高的强度和低压缩性，用于填土料，可有效减少作 用于地基的荷载，且按照需要用于地基的浅层置换 加载预压法 在预压荷载作用下，通过一定的预压时刻，天然地基被 压缩、固结，地基土的强度
5、提升，压缩性降低。在达到 设计要求后，卸去预压荷载，再建筑上部结构，以保证 地基稳固和变形满足要求。当天然土层的渗透性较低 时，为了缩短渗透固结的时刻，加速固结速率，可在地 基中设置竖向排水通道，如砂井、排水板等。加载预压 的荷载，一样有利用建筑物自身荷载、堆载或真空预压 等 超载预压法 差不多原理同加载预压法，但预压荷载超过上部结构的 荷载。一样在保证地基稳固的前提下，超载预压方法的 成效更好，专门是对降低地基次固结沉降十分有效 强夯法 采纳重量 100 400kN 的夯锤，从高处自由落下，在强 烈的冲击力和振动力作用下，地基土密实，能够提升承 载力，减少沉降量 振冲密实法 振冲器的强力振动
6、，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新 排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲力，回填碎石料使得砂层挤密，达到提升地基承载力，降低 沉降的目的 挤密碎（砂）施工方法与排水中的碎（砂）石桩相同，然而，沉管过 石桩法 程中的排土和振动作用，将桩柱体之间土体挤密，并形 成碎（砂）石桩柱体复合地基，达到提升地基承载力和 减小地基沉降的目的 土、灰土桩法 采纳沉管等技术，在地基中成孔，回填土或灰土形成竖 向加固体，施工过程中排土和振动作用，挤密土体，并 形成复合地基，提升地基承载力，减小沉降量 适用范畴 cu 20kPa 的粘性土、松散粉土和人工填土、湿陷性黄土地基等 浅层脆弱土层较薄的地 基 一样软土
7、地基 人工填土、软土地基 脆弱土地基上的填方工 程 软土、粉土、杂填土、冲填土等 污泥质粘性土和粉土 松散碎石土、砂土，低饱和度粉土和粘性土，湿陷性黄土、杂填土和素填土地基 粘粒含量少于 10%的疏松散砂土地基 松散砂土、杂填土、非饱和粘性土地基、黄土地基 地下水位以上的湿陷性黄土、杂填土、素填土地 基 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程
8、特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 分类 方法 加筋土法 加 锚固法 筋 竖向加固体 复合地基法 深层搅拌法 化 学 固 化 灌浆或注浆 法 加固原理 适用范畴 在土体中加入起抗拉作用的筋材，例如土工合成材料、浅层脆弱土地基处理、挡 金属材料等，通过筋土间作用，达到减小或抗击土压力；土墙结构 调整基底接触应力的目的。可用
9、于支挡结构或浅层地基 处理 要紧有土钉和土锚法，土钉加固作用依靠于土钉与其周 边坡加固，土锚技术应用 围土间的相互作用；土锚则依靠于锚杆另一端的锚固作 中，必须有能够锚固的土 用，两者要紧功能是减少或承担水平向作用力 层、岩层或构筑物 在地基中设置小直径刚性桩、低等级混凝土桩等竖向加 各类脆弱土地基、专门是 固体，例如 CFG 桩、二灰混凝土桩等，形成复合地基，较深厚的软土地基 提升地基承载力，减少沉降量 利用深层搅拌机械，将固化剂（一样的无机固化剂为水 饱和软粘土地基，关于有 泥、石灰、粉煤灰等）在原位与脆弱土搅拌成桩柱体，机质较高的泥炭质土或 能够形成桩柱体复合地基、格栅状或连续墙支挡结构
10、。泥炭、含水量专门高的污 作为复合地基，能够提升地基承载力和减少变形；作为 泥和污泥质土，适用性宜 支挡结构或防渗，能够用作基坑开挖时，重力式支挡结 通过试验确定 构，或深基坑的止水帷幕。水泥系深层搅拌法，一样有 两大类方法，即喷浆搅拌法和喷粉搅拌法 有渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆以及高压注浆等多种 类脆弱土地基，岩石地基 工法，浆液的种类较多。基加固，建筑物纠偏等加 固处理 上述表中的各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加固 成效，并也存在着局限性。地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在明显差不，没有哪
11、一种方法是万能的。因此，关于每一工程必 须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既能够是单一的地基处理方法，也能够是多种方法的综合处理。第二节 软土地基 一软土的成因及划分 软土按沉积环境分类要紧有下列几种类型：（一）滨海沉积 1.滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒(粗、中、细砂)相掺杂，使其 不平均和极松软，增强了污泥的透水性能，易于压缩固结。2.泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范畴较宽敞，常形成海边平原。在泻湖边缘，表层常有厚约 0.3 2.0m 的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。3.溺谷相：孔隙比大、结构松软、含水量高，
12、有时甚于泻湖相。分布范畴略窄，在其边缘表 层也常有泥炭沉积。4.三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使污泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳固，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软，颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中央有许多的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。（二）湖泊沉积 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少
13、专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中夹有粉砂颗粒，出现明显的层理。污泥 结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一样为 10m 左右，最厚者可达 25m。（三）河滩沉积 要紧包括河漫滩相和牛轭湖相。成层情形较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分 布不规则
14、。一样常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一样小于 l0m。（四）沼泽沉积 分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有污泥层或底部与泥炭互层。软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情形，粒度组成，矿物成分有所差不，使工程性质有所不同。不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质并不专门接近，不应借用。软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得。软土的工程特性：含水量较高，孔隙比较大；抗剪强度低；压缩性较高；渗透性专门小；结构性明显；流变性明显 三、软土地基的承载力、沉降和稳固性的运算 在软土地基设计运算中，由于它
15、的工程特性常需解决地基承载力、沉降和稳固性的运算咨询题 ,故与一样地基土的运算有所区不，现分述如下。(一)软土地基的承载力 软土地基承载力应按照地区建筑体会，并结合下列因素综合确定：软土成层条件、史、力学特性及排水条件；上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不平均沉降的敏 锐性；基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；施工方法和程序；采纳预压排水处理的地基，应 考虑软土固结排水后强度的增长。1按照极限承载力理论公式确定 应力历 饱和软粘土上条形基础的极限承载力 pu(kPa)按普朗特尔雷斯诺 (Prandtl Reissner)极限荷载 公式(参见土力学教材 )由 0，q 2h 确定为 pu
16、5.14Cu 2h （6-1）式中：C u 软土不排水抗剪强度，可用三轴仪、十字板剪切仪测定，也可取室内无侧限抗压强度 qu 之半运算；2 基底以上土的重度(kN m3)，地下水位以下为浮重度；h 基础埋置深度 (m)。当受水流冲刷时，由一样冲刷线算起。据此，考虑矩形基础的形状修正系数及水平荷载作用时的阻碍系数，并考虑必要的安全系数，公桥基规提出软土地基容许承载力(kPa)为 5.14 k p Cu2 h（6-2）m 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基
17、稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 式中：m安全系数 1.52.5，软土灵敏度高且基础长宽比小者用高值；kp基础形状及倾斜荷载的修正系数，属半体会性质的系数，当矩形基础上作用有倾斜荷载时 k p 1 0.2
18、 b 0.4 Q 1 bl Cu l b基础宽度 (m)；l 垂 直 于 b 边 的 基 础 长 度(m)，当 有 偏 心 荷 载 时，b 与 l 由 b与 l代 替，b,l l 2eL e e b 方向、l 方向的偏心矩；b b 2e b、l 分不为荷载在 Q为荷载的水平分力(kN)。2按照土的物理性质指标确定 软土大多是饱和的，天然含水量 差不多反映了土的孔隙比的大小，当饱和度 Sr=l 时，e G w 约 36；e 为 1.5 时，相应 w 约 55，G(G 为土颗粒比重 )，e 为 1 时，相应天然含水量 Sr 因此一样情形，地基承载力是与其天然含水量紧密有关的，按照统计资料 w 与软
19、土的容许承载力 0 关系如表 6-3 所示。软土的容许承载力 0 表 6-3 天然含水量 w（%）36 40 45 50 55 65 75 0 (kPa)100 90 80 70 60 50 40 在基础埋置深度为 h(m)的软土地基修正后的容许承载力 可按下式运算：0 2 h 3 （6-3）各符号意义同前，当 h3m 时，取 h=3m 计。公桥基规认为对小桥涵软土基础 可用式(6 3)运算。当按式(6-2)或式(6-3)运算软土修正后的容许承载力 时，必须进行地基沉降验算，保证满足 基础沉降的要求。3按临塑荷载估算 软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载 pcr 公式估算，以操纵沉降在一样
20、建筑物容许范 畴。条形基础临塑荷载 pcr(kPa)运算式为 pcr N q rD N c C 饱和软土 u 0,C q c C u 时，N=1，N=则 pcr 3.14Cu rD 3.14C u r2 h （6-4）此式用于矩形基础（空间咨询题）可认为较用于条形基础（平面咨询题）偏于安全。我国有些 地区和部门，按照该地区软土情形，采纳略高于临塑荷载的临界荷载 p1 4 ，即承诺基础边缘显现塑 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法
21、均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 性区范畴深度不超过基础底宽的 1 4。p1 4 的运算详见与土力学教材。4用原位测试方法确定 由室内试验测定土的物理力学指标(如 cu 等)常受土被扰动阻碍使结果不正确；而一样土的承载力理论公式
22、用于软土也会有偏差，因此采纳现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。软土地基常 用的原位测试方法有：按照载荷试验、旁压试验确定地基承载力，以十字板剪切试验测定软粘土不排水抗剪强度换算地基承载力值，按标准贯入试验和静力触探结果用体会公式运算地基承载力等。对较重要或规模较大的工程，确定软土地基承载力宜综合以上方法，结合当地软土沉积年代，成层情形，下卧层性质等考虑，并注意满足结构物对沉降和稳固的要求。（二）软土地基的沉降运算 软土地基在荷载下沉降变形的要紧部分为 固结沉降 Sc，此外还包括瞬时沉降 Sd 与次固 结沉降 Ss，如图 6-1 所示。软土地基的总沉降 量 S 为 Sd、Sc、Ss 之和。1
23、固结沉降 Sc 在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结 发生的沉降称为（主）固结沉降，常用的运算 方法如下。（1）采纳 e p 曲线运算 Sc n e0 i e1i hi（-5）图 6-1 软土地基沉降的组成 i 1 1 e0i 式中：e0i 未受基础荷载前，软土地基第 i 层土分层中点自重应力作用下稳固时的孔隙比；e 受基础荷载后，软土地基第 i 层土分层中点自重应力与附加应力作用下稳固时的稳固孔 1i 隙比；hi 土分层厚度，宜为 0.5m1.0m；（2）采纳压缩模量运算 n pi Sc hi（6-6）i 1 Esi pi 第 i 层土中点的附加应力;Esi 压缩摸量,应取第 i 层土分层中
24、点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩段运算。(3)采纳 e logp 曲线运算 软土按照先期固结压力 Pc，与上覆土自重应力 P0 关系，天然土层的固结状态可区分为正常固结状态、超固结状态、欠固结状态。我国海边平原，内陆平原软土大多属正常固结状态；少数上覆 土层经地质剥蚀的软土及软土上的“硬壳”则属超固结状态；江、河入海口处及滨海相沉积(以及部 分冲填土)则属欠固结土的。关于欠固结软土，在运算其固结沉降 Sc 时，必须包括在自重应力作用下连续固结所引起的那一部分沉降，若仍按正常固结的土层运算，所得结果将远小于实际沉降。下面简要介绍考虑先期固结压力的运算公式：正常固结、欠固结条件下 建筑物要
25、求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密
26、n hi poi pi Sc C ci lg（-7）1 e0 i pci i 1 式中：C ci 第 i 层土中的压缩指数，应取分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的 压缩段运算；pi 第 i 层土分层中点的自重应力；pci 先期固结压力，正常固结时 p=p，欠固结时 p t2。由于对软土的次固结性状仍了解不够，不管关于它的机理、变化规律、阻碍因素、运算方法和试验测定等都有待进一步深入探讨。软土地基沉降量 S 还能够利用观看到的建筑物的若干随时刻(t 1、t2 等)变化的沉降值 Stl、St2、St 一 t 关系等，推算该建筑物的后期沉降 St 及最终沉降 S 。常用的推算方法是将实测的沉
27、降一时 刻(St 一 t)曲线拟合为指数曲线、双曲线等而用数学方法推算 St 或 S。具体详见土力学教材。综上所述，软土地基的沉降应为上述三种沉降之和，即 S Sd Sc Ss，然而由于瞬时 沉降和次固结沉降的运算方法和理论还处于初步时期，故工程上也常用将一维固结沉降运算的结果 乘以一个沉降运算体会的修正系数 ms 运算 S msSc（6-12）在公桥基规规定：当软土压缩模量 Es 1.0 4.0MPa 时，ms 1.81.1，以提升其运算精度。由于软土地基沉降的复杂性，ms 的取值尚待补充完善。(三)软土地基的稳固性分析 分析软土地基上建筑物承担水平推力后，由于地基土抗剪强度低，发生基础连同
28、部分地基土在 土中剪切滑移失稳的可能性。在软土地基上桥台、挡土墙等承担侧向推力的建筑物在保证其地基承 载力、沉降验算。同时，应进行稳固性的分析。关于桩基础，假定的滑动弧面可认为发生在桩底以 上如图 6-3 所示(只有软土层专门厚而桩长又专门短时才发生在桩底以下，但此仅是特例)，由于在 设计中考虑承台底以上全部外力均由基桩承担，因此分析时能够不计这部格外力作用于滑动弧面上 的分力，只考虑承台底面到滑动弧面以上土柱重，即在图 6-3 中对 P、M 不应计入其阻碍，而阴形 部分土的重力 应计入其阻碍。不属于基桩承 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对
29、软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 担的滑裂体范畴内的荷载仍应 图 6-3 桩基稳固性分析示意图 四、软土地基基础
30、工程应注意的事项 软土地基的强度、变形和稳固是工程中必须全面、充分注意的咨询题。从目前国内的勘察、设计、施工的现状动身，在软土地基上修建高速公路从基础工程的角度动身，应注意下列一些事项：(一)要取得代表性专门好的地质资料 软土地基上高速公路的设计与施工质量专门大程度上取决于地质资料的真实性和代表性，真收集沿线的地势、地貌、工程地质、水文地质、气象等资料，合理地利用钻探、触探、十字板剪 切等现场综合勘探测试方法，做好软土地基各层土样的物理、力学、水理性质的室内试验，并对上 述各项资料进行统计与分析，选择有代表性的技术指标作为设计和施工的依据。应认 (二)软土地基路堤处治设计应注意的事项有：1软土
31、路堤的稳固性分析 2软土路堤的变形分析 3软土地基处理方案的合理选择 4观测和试验 (三)软土地区的桥涵基础设计应注意的事项 1全面把握有关资料合理布设桥涵 在软土地区，桥梁位置(专门是大型桥梁)既要与路线走向和谐，又要注意构造物对工程地质的 要求，如果地基土层是深、厚软粘土，专门污泥、泥炭和高灵敏度的软土，不仅设汁技术条件复杂，而且将给施工、养护、运营带来许多困难，工程造价也将增大，应力求幸免，另选择软土较薄、平 均、灵敏度较小的地段可能更为有利。关于小桥涵，可优先考虑地表“硬壳”层较厚，下卧为平均软土处，以争取采纳明挖刚性扩大基础，降低造价。在确定桥梁总长、桥台位置时，除应考虑泄洪、通航要
32、求外，宜进一步结合桥台和引道的结构和稳固考虑。如能利用地势、地质条件，适当的布置或延长引桥，使桥台置于地基土质较好或软土较薄处，以引桥代替高路堤，减少桥台和填土高度，有利于桥台、路堤的结构和稳固。在造价、占地、养护费用、运营条件等统盘考虑后，在技术上、经济上差不多上合理的。软土地基上桥梁宜采纳轻型结构，减轻上部结构及墩台自重。由于地基易产生较大的不平均沉 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土
33、的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 降，一样以采纳静定结构或整体性较好的结构为宜，如桥梁上部可采纳钢筋混凝土空心板或箱形梁；桥台采纳柱式、支撑梁轻型桥台或框架式等组合式桥台；桥墩宜用桩柱式、排架式、空心墩等。涵洞宜用钢筋混凝土管涵、整体基础钢筋混凝土盖板涵、箱涵以保证涵
34、身刚度和整体性。2软土地基桥梁基础设计应注意事项 我国在软土地区的桥梁基础，常用的是刚性扩大基础(天然地基或人工地基)和桩基础，也有用 沉井基础的，现结合软土地基的特点，介绍设计时应注意的几个咨询题。（1）刚性扩大浅基础 在较稳固、平均、有一定强度的软土上修建对沉降要求不严高的矮、小桥梁，常优先采纳天然 地基(或配合砂砾垫层)上的刚性扩大浅基础。如软土表层有较厚的“硬壳”也可考虑利用。刚性扩大基础常因软土的局部塑性变形而使墩、台发生不平均沉降，或由于台后填土的阻碍使桥台前后端沉降不均而发生后仰也是常见的工程事故，有时还同时使桥台向前滑移。因此在设计时应注意对基础受力不同的边缘(如桥台基础的前趾
35、和后踵)沉降的验算及抗滑动、倾覆的验算。防治措施：可采纳人工地基如有针对性的布设砂砾垫层，对地基进行加载预压以减少地基的沉 降量和调整沉降差，或采纳深层搅拌法，以水泥土搅拌桩或粉体喷射搅拌桩加固软土地基，按复合 地基理论验算地基各操纵点的承载力和沉降(加固范畴应包括桥头路堤地基的一部分)；采取结构措 施如改用轻型桥台，埋置式桥台，必要时改用桩基础等；也有建议对小桥(如单孔跨径不超过 8m，孔数不多于 3 孔)可将相邻墩台刚性扩大基础联合成整体，形成联合基础板，在满足地基承载力和沉 降同时，能够解决桥台前倾后仰和滑移咨询题。但现在为幸免基础板过厚，常需配置受力钢筋改为 柔性基础，应先进行技术、经
36、济方案比较，全面分析后选用(设计方法可参考第二章柔性基础简化的 倒梁法及钢筋混凝土结构设计有关规定)。为了防止小桥基础向桥孔滑移，也可仅在基础间设置钢筋 混凝土(或混凝土)支撑梁。软土地基上相邻墩、台间距小于 5m 时，应按公桥基规要求考虑邻 近墩、台对软土地基所引起的附加竖向压应力。（2）桩基础 在较深厚的软土地基，大中型桥梁常采纳桩基础，它能获得较好的技术成效，如达到经济上合 理，应是首选的方案。施工方法能够是打入(压入)桩、钻孔灌注桩等。要求基桩穿过软土深入硬土(基 岩)层以保证足够的承载力和专门小的沉降量。软土专门厚需采纳长的摩擦桩时，应注意桩底软土承载力和沉降的验算，必要时可对桩周软
37、土进行压浆处理或做成扩底桩。打入桩的桩距应较一样土质的适当加大，并注意安排好桩的施打顺序，幸免已打入的邻桩被挤移或上抬，阻碍质量。钻孔灌注桩一样应先试桩取得施工体会，幸免成孔时发生缩孔、坍孔。软土地基桩基础设计中，应充分注意由于软土侧向移动而使基桩挠曲和受到的附加水平压力：由于软土下沉而对基桩发生的负摩阻力，现分述如下：地基软土侧限移动对基桩的阻碍。在软土上桩基础的桥台、挡墙等，由于台后填土重力的挤 压，地基软土侧向移动，桩土间产生附加水平压力，引起桩身挠曲，使桥台后仰和向河槽倾移，甚至基桩折损等事故。在深厚软土上修桥，专门是较高填土的桥台日益增多，这类事故时有发生，已引起国内外基础工程界广泛
38、重视。我国公桥基规要求桥台“基桩上部位于摩擦角小于 20的软土中时，应验算施于基桩的水 平力所产生的挠曲”(国外也有提出当台后填土重超过软土屈服强度 py 3Cu 时)。在此情形下，桩 身所受到的附加水平力，发生的挠曲与填土高度紧密有关，也与基桩穿越的各土层层厚，软土的力 学性质，软土移动量及随深度的变化，基桩刚度及其两端支承条件等变化因素有关。对此咨询题的 探讨现在还不够充分，实践中一样应用半理论半体会方法处理，更精确、全面、符合实际的应用方 法尚需进一步完善。为了幸免桥台后仰前倾，可采取加大桩顶约束及平稳(或减少)土压力的措施，如采纳低桩承台、埋置式桥台或台前加筑反压护道和挡墙(其地基应经
39、处理)，也可采纳刚度较大的基桩和多排桩基础 (打入桩可采纳部分斜桩)，对软土地基加载预压等。地基软土下沉对基桩的阻碍 软土下沉使基桩承担到负摩阻力，将产生较大的沉降或使桩身 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理
40、差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 纵向压屈破坏，必须予以重视。基桩上负摩阻力产生缘故、条件及运算等请参阅桩基础一章有关的介绍。（3）沉井基础 在较厚较脆弱土上下沉沉井，往往因下沉速度较快而发生沉井倾斜、位移等，应事先注意采取 防范措施，如选用轻型沉井、平面形状采纳圆形或长宽比较小的矩形、立面形状采纳竖直式等，施工时尽量对称挖土操纵平均下沉并及时纠偏。四 软土地基桥台及桥头路堤的稳固设计应注意的事项 软土地基抗剪强度低，在稍大的水平力作用下桥台和桥头
41、路堤容易发生地基的纵向滑动 失稳，应按已介绍的方法进行验算，如稳固性不够，小桥可采纳支撑梁、人工地基等，大中桥梁除将浅基改为桩基，采纳人工地基、延长引桥使填土高度降低或桥台移至稳固土层上外，常用方法是 采取减少台后土压力措施或在台前加筑反压护道(应注意台前过水面积的保证)，埋置式桥台也可同 时放缓溜坡，反压护道（溜坡)长度、高度、坡度，以及地基加固方法等都应该经运算确定，施工时注意台前、后填土进度的配合，幸免有过大的高差。桥头路堤填土(包括桥台锥坡)横向失稳也须通过验算加以保证，需要时也应放缓坡度或加筑反压护道。桥头路堤填土稍高时，路堤下沉使桥台后倾是软土地区桥梁工程常发生的事故。除应对桥台基
42、 础采取前述的有针对性的结构措施及改用轻质材料填筑路堤外，一样也常对路堤的地基采取人工加 固处理。第三节 换土垫层法 在冲刷较小的软土地基上，地基的承载力和变形达不到基础设计要求，且当软土层不太厚(如不超过 3m)时，可采纳较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理。立即软土部分或全部挖除，然后换 填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。换填的材料要紧有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳固性好和无腐蚀性等良好的工程特性。当软土层部分换填时，地基便由垫层及(脆弱)下卧层组成如图 64 所
43、示，足够厚度的垫层置换可 能被剪切破坏的软土层，以使垫层底部的脆弱下卧层满足承载力的要求，而达到加固地基的目的。按垫层回填材料的不同，可分不称为砂垫层、碎 石垫层等。换填垫层法设计的要紧指标是垫层厚度和宽度，一样可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的运算方法进行设计。一、砂垫层的设计运算 (一)砂垫层厚度的确定 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土
44、的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 砂垫层厚度运算实质上是脆弱下卧层顶面承载力的验算，运算方法有多种。一种方法是按弹性理论的土中应力分布公式运算。立即砂垫层及下卧土层视为一均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，运算不同深度的各点土中附加应力并加上土的自重应 力，同时以第二章所介绍的“规范”方法运算地基土层随深
45、度变化的容许承载力，并以此确定砂垫层的设计厚度，如图 6-4 所示。也可将加固后地基视为上层坚硬、下层脆弱的双层地基，用弹性力学公式运算。另一种是我国目前常用的近似按应力扩散角进行运算的方法。即认为砂垫层以“”角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即：H H （6-9）式中：H(kPa)为下卧层顶面处地基的容许承载力，可按第 章方法运算，通常只进行下 卧层顶面深度修正，而压应力 H 的大小与基底附加压力、垫层厚度、材料重等有关。若考虑平面为矩形的基础，在基底平均附加应力 作用下，基底下土中附加压应力
46、按扩散角 通过砂垫层向下扩散到脆弱下卧层顶面，并假定此处产生的压应力平面呈梯形分布(图 6-5)(在空间 呈六面体形状分布)，按照力的平稳条件可得到：lb b hstg l bhstg 4 hstg 2 h 3 则该处下卧层顶面的附加压应力 h 为：h lb （6-10）4 hstg hs tg lb l b 3 式中：l基础的长度 (m)；b基础的宽度(m)；hs 砂垫层的厚度(m)；基底处的附加应力(kPa)；。砂垫层的压应力扩散角，一样取 35 45，按照垫层材料选用。图 6-4 砂垫层及应力分布 图 6-5 砂垫层应力扩散图 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人
47、工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除或减少专门土的不良工程特性如黄土的陷性膨胀土的膨胀性等近几十年来大量的土木工程实践推动了脆弱土地基处理技术的迅速进展地基处理的方法多基处理方法的差不多原理差不多上能够分为如表所示的几类地基处理方法的分类物理处理化学处理表热学处理置换排水挤密加筋搅拌灌浆热加固冻结但必须指出专门多地基处理方法具有多重加固处理的功能例如碎石桩具有置换挤密 砂垫层底面下的下卧层同时还受到垫层及基坑回填土的重力
48、，因此 Hhs hs h（6-11）式中：s、砂垫层、回填土的重度(kN m3)，水下时按浮重度运算，hs。hs 一样不宜小于 过薄，作用不明显，过厚需挖深坑，费工耗料，经济、技术上往往不合理。当地基土软且厚或基底压力较大时，应考虑其它加固方案。(二)砂垫层平面尺寸的确定 砂垫层底平面尺寸应为：L l 2hstg B b 2hstg（6-12）其中 L、B 分不为砂垫层底平面的长及宽，一样情形砂垫层顶面尺寸按此确定，以防止承担荷载后垫层向两侧软土挤动。(三)基础最终沉降量的运算 砂垫层上基础的最终沉降量是由垫层本身的压缩量 Ss 与脆弱下卧层的沉降量 Sl 所组成，S Ss Sl 由于砂垫层压
49、缩模量比较弱下卧层大得多，其压缩量小且在施工时期差不多完成，实 际能够忽略不计。需要时 Ss也可按下式求得：H hs（6-17）Ss Es 2 式中：Es砂垫层的压缩模量，可由实测确定，一样为 12 000 24 000kPa：H 砂垫层内的平均压应力。2 Sl 可用有关章节介绍方法运算。S 的运算值应符合建筑物容许沉降量的要求，否则应加厚垫层或考虑其它加固方案。第四节 排水固结法 饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结 变形。同时，随着超静孔隙水压力逐步消散，有效应力逐步提升，地基土的强度逐步增长。现 以图 6-6 为例，可讲明排水固结法使地基土密
50、实、强化的原理。在如图 6-6a 中，当土样的天 然有效固结压力为 0。时，孔隙比为 e。，在 e c 曲线上相应为 a 点，当压力增加 ，固结终了时孔隙比减少 e，相应点为 c 点，曲 线 abc 为压缩曲线，与此同时，抗剪强度与固结 h基坑回填土厚度 (m)。由式(6 13)、(6 14)、(6 15)可得到砂垫层所需厚 建筑物要求需要先通过人工处理加固再建筑基础处理后的地基称为人工地基地基处理的目的是针对软土地基上建筑建筑物可能产生的咨询题采取人工的方法改善地基土的工程性质达到满足上部结构对地基稳固和变形的要求这些方法均沉降改善其渗透性加速固结沉降过程改善土的动力特性防止液化减轻振动排除