第六章 软弱地基及其处理

换土垫层法
四、垫层法的适用范围 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄 土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层 处理。常用于轻型建筑、地坪、堆料场地和道 路工程等地基处理。当建筑物荷载不大，软弱 土层厚度较小时，采用换填垫层法能取得较好 的效果。
换土垫层法
换土垫层的设计 垫层设计的主要内容是确定断面的合理宽度和厚度。设计 的垫层不但要求满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而 且应符合经济合理的原则。 1．垫层厚度的确定 垫层的厚度必须满足如下要求：当上部荷载通过垫层按 一定的扩散角传至下卧软弱土层时，该下卧软弱土层顶面 所受的自重力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层 的地基承载力设计值，如图6-1所示。其表达式为：
换土垫层法
2）砂垫层质量检验 （1）环刀取样法 在夯实振捣后的砂垫层中用容积不小于200cm3的环 刀取样，测定干容重，以不小于该砂在中密状态 时的干容重数值为合格。一般为15.5kN/m3~ 16.0kN/m3。 （2）贯入测定法 先将垫层表面的砂刮去3cm左右，然后用贯入仪、钢 筋等工具以贯入度大小来衡量砂垫层的质量。
软基处理概述
2）冲填土 冲填土是在疏浚河流或港口航道时，认为地由 水力冲填泥砂形成的填土。它的颗粒组成随泥砂来 源而变，多为粘粒和粉粒，其次为砂粒。冲填土当 粘粒含量较多时往往是欠固结的，其强度和压缩性 都比天然沉积的同类土差。
软基处理概述
3）杂填土 主要是人类在生产和生活活动中，堆填建筑垃 圾、工业废料、生活垃圾等杂物形成的填土。这些 土的组成物质中，建筑垃圾性能较为稳定，工业垃 圾遇水会发生变化；生活垃圾成分极为复杂，混合 不均匀。杂填土性质与堆填年龄有关，填龄较短者 往往是欠固结，一般填龄达到五年左右的杂填土， 性质才逐渐趋于稳定。杂填土大多疏松且不均匀， 在同一场地的不同位臵，其承载力和压缩性往往有 较大差异。
换土垫层法
（3）当采用碎石垫层时，为防止基坑底部 的表层软土发生局部破坏而使建筑物基础产生附 加沉降，最好在基坑底部先铺一层砂垫底，然后 再铺碎石垫层。铺砂层时要注意对基坑底部土层 的保护，不要对其扰动，防止产生结构破坏引起 强度降低，引起大的附加沉降。 （4）当砂石垫层底面由于建筑物构造要求不在同一 标高时，应注意分层搭接处的捣实，施工应按先 深后浅的顺序进行。
软基处理概述
四、地基处理定义
对于不能满足强度、变形和稳定性等要求的问 题地基，必须经过人工改良或加固后才能使用，这 种改良和加固，就称地基处理。
软基处理概述
五、地基处理方法
换土垫层法： 密实法：表层密实法、重锤夯实法、强夯法、阵 冲挤密桩法、土（灰土、二灰土)桩法、 夯实水泥土桩法等 臵换法：碎石桩法、石灰桩法、CFG桩法 胶结法：静压注浆法、高压喷射注浆法、水泥土搅 拌法 排水固结法：堆载预压法、真空预压法、降低地下 水法等 加筋法：土工织物法、加筋土法、土锚、土钉、树 根桩法
换土垫层法
换填法
适用范围
淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、 素填土、杂填土
垫层设计
垫层厚度，垫层宽度 砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、工 业废渣、土工合成材料 分层夯实，控制含水量
垫层材料
工艺控制
换土垫层法
垫层的作用 一、垫层法的概念 当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载 或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或 者把表面部分软弱土层挖去，臵换成强度较大的砂石素土 等，处理地基表层，这类方法称为垫层法。 二、垫层法的分类 按其组成材料分为：砂垫层、碎石垫层、灰土 垫层 和加筋土垫层。 按垫层在地基中的主要作用又分为：换土垫层、 排水垫层和加筋土垫层。
强夯法适用范围：处理碎石土、砂土、低饱和度的粉 土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。对饱 和软黏土地基中夹有多层粉砂可采用在夯坑中回填块石、 碎砾石、卵石等粒料进行强夯臵换处理，
第六章
软弱地基及其处理
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软基处理概述
早在二千年前就已采用了软土中夯入碎石等压密土层 的夯实法；灰土和三合土的垫层法，也是我国古代传 统的建筑技术之一；我国古代在沿海地区极其软弱的 地基上修建海塘时，采用每年农闲时逐年填筑，即现 代堆载预压法中称为分期填筑的方法，利用前期荷载 使地基逐年固结，从而提高土的抗剪强度，以适应下 一期荷载的施加，这就是我国古代劳动人民在软土地 基上从实践中积累的宝贵经验。
机械压实法
重锤的式样常为一截头圆锥体(图6-13)，重为15~30kN，
锤底直径0.7m~1.5m，锤底面自重静压力约为15~30kPa，落
距一般采用2.5~4.0m。
图6-13 夯锤
机械压实法
(二)强夯法 强夯法概念：用质量达数十吨的重锤自数米高处自由下 落，给地基以冲击（图6-14），从而提高一定深度内地基土 的密度、强度并降低其压缩性的方法。
b——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； l——矩形基础底面的长度（m）; pk——基础底面压力（kPa）； z——基础底面下垫层的厚度（m）； θ——垫层的压力扩散角（°）; 一般砂垫层的厚度约为1-2m左右。砂垫层厚 度一般不宜大于3m，太厚施工困难，也不宜小于 0.5m，太薄则换土垫层的作用不显著。
软基处理概述
地基强度不够失事的谷仓
加拿大特朗斯康谷仓，建于1913年。高31m，宽 23m，片筏基础。由于事前未探明有厚达16m的软 土层，建成储存谷物后，西侧突然陷入土中8.8 米，东侧抬高1.5m，仓身倾斜27o。
软基处理概述
路基滑坡
由于路基下伏软土地基，因其强度不够而导致路基滑坡。
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z cz f az
换土垫层法
图6-1 砂垫层剖面图
对于条形基础：
对于矩形基础：
b pk cd z b 2 z tan
lb pk cd z l 2 z tan b 2 z tan
换土垫层法

cd ——基础底面处土的自重压力。
换土垫层法
三、垫层法的作用 1．提高地基承载力。 地基中的剪切破坏是从基础底面开始，随着基底 压力的增大，逐渐向纵深发展。故强度较大的砂石等 材料代替可能产生剪切破坏的软弱土，就可避免地基 的破坏。 2．减少地基沉降量。 3．垫层用透水材料可加速软弱土层的排水固结。 固结效果仅限于表层，对深部的影响并不显著。 4. 防止冻胀。 5. 消除膨胀土的胀缩性。
换土垫层法
3.砂石垫层的施工及质量检验 1）砂石垫层施工 材料要求：一般采用级配良好、质地坚硬的粒料， 颗粒的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，可 掺入一定量的碎石，但要分布均匀。细沙也可作 为垫层材料，但不易压实且强度不高，使用时一 般掺入一定数量的碎卵石。 含泥量和水稳定性不良的砂料必须限制在一定范围 之内。
换土垫层法
2．砂垫层底面尺寸的确定 关于垫层宽度的计算，目前还缺乏可行的理论 方法，在实践中常常按照当地某些经验数（考虑砂垫层两侧 土的性质）或按经验方法确定。常用的经验方法是扩散角法。 此时矩形基础的垫层底面的长度l′及宽度b′为： l′≥l+2ztgθ b′≥b+2ztgθ 式中 b′、l′——垫层底面宽度及长度； θ——垫层的压力扩散角，仍按表5-2取值。 条形基础则只计算垫层底面宽度b′。
软基处理概述
2）膨胀土 天然状态下强度很高，压缩性较低。但 由于其粘粒含量很高，且矿物成分主要为蒙脱石 和伊利石，胀缩性显著，吸水膨胀失水收缩，反 复作用强度降低，不均匀变形较大，引起上部建 筑物开裂。 3）山区土岩组合地基
软基处理概述
三、地基处理目的
1．增加地基土的剪切强度； 2．降低地基土的压缩性； 3．改善地基的透水特性； 4．改善动力特性（抗液化，抗震）； 5．改善特殊土的不良地基的特性； 主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土 的胀缩性等特殊土的不良地基特性。
软基处理概述
一、地基常见问题 包括以下五个方面： 1．地基强度及稳定性问题：地基的抗剪强度不足引 起局部或整体剪切破坏。 2．压缩及不均匀沉降问题：引起开裂。 3．渗漏问题：大坝地基，基坑开挖降水，防洪… 4．液化问题：地震、机器、车辆的振动以及波浪作 用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱 和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。 5.特殊土地基问题：比如黄土湿陷、膨胀土涨缩、 岩溶塌陷等。
软基处理概述
软弱与
湿陷 黄土 膨胀 土 山区 土 有机 质土
岩溶
冲填 土
软基处理概述
软弱地基 在附加应力影响范围内主要受力层由软土组 成，则为软弱地基。一般由软弱土组成，软弱土 指淤泥、淤泥质土、某些冲填土以及其他高压缩 性土。 1）淤泥和淤泥质土是在静水或缓慢流水的环境 中沉积，并经生物化学作用而形成，是具有特殊性 质的粘性土。具有高含水率，高孔隙比，高压缩性、 抗剪强度低，触变性和流变性等不良特征。
机械压实法
夯（压）实法对砂土地基及含水率在一定范围内的软弱黏 性土可提高其密实度和强度，减少沉降量。此法也适用于加固 杂填土和黄土等。填方或地面浅表层常用的压实方法是碾压法、 夯实法和振动压实法，而浅层处理可采用重锤夯实法，深层处
理可选择强夯法。
机械压实法
(一)重锤夯实法 重锤夯实法是运用起重机械将重锤(一般不轻于15kN)提 到一定高度(3~4m)然后锤自由落下，这样重复夯击地基，使它 表层(在一定深度内)夯击密实而提高强度。它适用于砂土、稍 湿的黏性土，部分杂填土、湿陷性黄土等，是一种浅层的地基 加固方法。 重锤的样式：常为一截头圆锥体，重为15~30kN，锤底直 径0.7m~1.5m，锤底面自重静压力约为15~25kPa，落距一般采 用2.5~4.0m。 有效影响深度：重锤夯实的有效影响深度与锤重、锤底 直径、落距及地质条件有关。国内某地经验，一般砂质土， 当锤重为15kN，锤底直径1.15m，落距3~4m时，夯击6~8遍， 夯击有效深度约为1.10~1.20m，为达到预期加固密实度和深 度，应在现场进行试夯，确定需要的落距、夯击遍数等。