2020年岩土工程师专业考试考点串讲：地基处理

　　地基处理

　　一、软弱地基简介

　　软土地基、杂填土和冲填土地基均属软弱地基。

　　杂填土是人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差。

　　冲填土是用挖泥船或泥浆泵将泥沙夹带大量水分吹送到江河两岸而形成的沉积土层。在冲填土地基上建造房屋，应考虑它的欠固结影响和不均匀性。

　　淤泥及淤泥质土统称软土。其含水量高，孔隙比大。天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土称为淤泥。天然孔隙比小于1.5而大于等于1.0时称为淤泥质土。软土具有高压缩性，且其压缩性随液限的增大而增高。

　　二、常用地基处理方法简介

　　(一)换填法

　　换填法是将天然软弱土层挖去或部分挖去，分层回填强度较高、压缩性较低且无腐蚀性的材料，压或夯实后作为地基持力层，故也称换土垫层法或开挖置换法。

　　换填法的主要作用是：提高基础底面以下地基浅层的承载力，减少沉降量，加速地基的排水固结，防止冻胀，消除地基的湿陷性和胀缩性。换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、素填土、杂填土、季节性冻土以及暗沟、暗塘等浅层地基的处理。

　　垫层设计除选定材料外(多用砂、砾石、碎石、矿渣、灰土，不宜用粉土或细砂)，主要是确定垫层厚度及宽度，此处仅介绍常用的计算方法。厚度由下卧土层的承载力决定，宽度应满足基础底面应力扩散要求和防止垫层.向两侧挤动。计算简图见图18-59。

　　砂垫层的承载力标准值可取为130～300kPa，基础埋深与底宽必须要满足承载力要求。

　　1.垫层厚度的确定

　　采用试算法，先按经验初拟厚度，一般为1.0～1.5m，不宜大于3m，小于0.5m。再按下式验算软弱下卧层的强度

　　pz+pcz≤fz(18-115)

　　式中：pz——(d+z)深度处的附加应力;

　　pcz——砂垫层底面处的自重应力。

　　为了简便，σz值可按应力扩散法计算。

　　(二)排水预压法

　　在建筑物建造以前对其场地进行预压，使地基在预压过程中排水固结，沉降基本完成，以提高地基土的强度。预压系统有加载预压和真空预压之分，排水系统有砂井、塑料排水等。预压法适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和黏性土的地基处理。

　　(三)碾压、夯实法

　　碾压、夯实法历来是加固地基、修路、筑堤坝等工程常用的浅层压实地基处理方法，通过夯击及碾压可达到减少孔隙体积，使土密实，提高抗剪强度，减小沉降量和提高承载力的目的。可采用相应夯实、碾压和振动碾压等相应的设备对土进行压(夯)实，对于回填土可以采用分层压(夯)实的方法。施工现场压(夯)质量采用压实系数λc来控制。压实系数λc为施工现场要求达到的千重度与室内试验得到的最大干重度的比值。

　　(四)强夯法(压实法之一)

　　强夯是将很重要的锤(一般重10t-60t)从高处(6-40m)自由下落，给基地以冲击和振动。巨大的冲击能量在土中产生很强的冲击波和动应力，致使地基压缩和振密，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。此外，强夯法尚可改善地基土抵抗振动液化的能力和消除黄土的湿陷性。

　　经强夯法法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土地基。它不仅能在陆上施工，还可在不深的水下夯实地基。但在饱和黏土中使用效果不易掌握，应慎重对待。

　　强夯法加固效果好、速度快、节省材料且用途广泛。其缺点是施工时的噪声和振动大，且影响邻近建筑物，在建筑物稠密地区不宜使用。

　　(五)深层挤密法

　　依挤密法填人材料的不同，可分为砂桩、石灰桩：土桩和碎石桩等。挤密法主要是靠桩管打入或振入地基时对软弱土产生横向挤密作用，从而使土的压缩性减小、抗剪强度提高。

　　较为成熟的深层挤密法有：

　　(1)挤密桩法——由松散材料碎石、砂、灰土及土构成的挤密桩等将需加固的地基土挤密，挤密桩与周围地基共同形成“复合地基”的方法。

　　(2)振动水冲法——利用振动器边振边冲，使松砂地基密实(振冲密实)，或在黏性地基中成孔填入碎石后形成复合地基(振冲置换);

　　(3)砂石法——由桩间挤密土和锤击或振动密实的砂石桩体，组成砂石桩挤密的复合地基。

　　(六)化学加固法

　　凡将化学溶剂或胶结剂灌入土中，使土胶结合以提高地基强度，减少沉降量的方法统称化学加固法。施工方法有压力灌注法、旋喷搅拌法和电渗硅化法等。

　　(1)高压喷射注浆法——用钻机钻至所需深度后，用高压脉冲泵通过安装在钻杆下端的特殊喷射装置向四周土体喷射化学浆液，强力冲击破坏土体，使浆液与土搅拌混合，经过凝结固化，便在土中形成固结体。注浆形式有旋转喷射、定向喷射和摆动喷射。

　　(2)硅化法和电渗硅化法——将水玻璃溶液通过压力注入土中，由硅酸钠分解的凝胶把土胶结(硅化法)。对靠压力难以使水玻璃注入的土体，尚需用电渗的作用使溶液进入土中(电渗硅化法)。

　　(3)深层搅拌法——利用水泥作固结剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软黏土和水泥或石灰强制搅拌，使软黏土硬结成具有整体性、水稳定性和足够强度的地基土。

　　三、地基处理原则

　　(1)地基处理除应满足工程设计要求外，尚应做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源等要求。

　　四、其他特殊地基简介

　　特殊土是指在特定的环境和历史条件下沉积形成的土类，具有明显的区域性，它除上一节所述的膨胀土、红黏土、湿陷性黄土、多年冻土组成的地基外，还包括山区地基、土岩组合地基、岩溶和土洞等，其特点主要表现为地基的不均匀性和场地的不稳定性。

　　(一)土岩组合地基

　　此类地基的主要特征是地基在水平方向和竖直方向存在不均匀性。

　　(1)下卧基岩表面坡度较大的地基。上覆土层厚薄不均匀时，可能引起建筑物倾斜或土层沿岩面滑动而丧失稳定。当建筑物处于稳定的单向倾斜岩层上，且下卧基岩表面坡度符合一定要求时，不均匀变形较小，可不作变形验算，也不需进行地基处理。否则应作变形验算，当变形值超过容许范围时，可调整基础宽度、埋深、采用褥垫或采用桩基等深基础。

　　(2)石芽密布并有出露的地基。这种地基多为岩溶的结果，它的表面凹凸不平，其间充填有黏性土。当石芽间距小于2m，在一定条件下，可不作地基处理;否则可利用稳定可靠的石芽作支墩式基础。当石芽间土层较薄时，可挖去土层，夯填碎石、土夹石等压缩性较低的材料。个别石芽露出部位可凿去，并设置褥垫，褥垫材料可采用炉渣、中砂、粗砂、土夹石或黏性土等。

　　(3)大块孤石或个别石芽出露的地基。在处理时，应使局部的变形与周围土的变形条件相适应。

　　(二)岩溶及土洞

　　1.岩溶(“喀斯特”)

　　岩溶是指可溶性岩层长期受到地下水或地表水的化学侵蚀及机械作用而形成的溶洞、溶沟、溶蚀裂隙、暗河以及漏斗、钟乳石等奇特的地表形态及地下形态的总称。在岩体自重或建筑物自重作用下，会发生地面变形、地基塌陷。

　　2.土洞

　　岩溶地区上覆土层在地表水与地下水作用下形成的洞穴称为土洞。

　　岩溶及土洞可造成地面变形、地基陷落，影响结构物安全，在这类地基上建造建筑物，必须掌握场地地质情况对其进行处理。

　　五、基础托换

　　托换法是对原有建筑物的加固、增层或扩建，以及因受修建地下工程、新建工程或深基坑开挖影响对原有建筑物的地基处理和基础加固的技术总称。

　　根据原有建筑物的地基基础等情况，可采用一种或多种托换法，进行综合加固处理。

　　(一)桩式托换法

　　桩式托换法是将基础及其上荷载转移到桩上的方法，适用于软弱黏性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

　　(二)灌浆桩式托换

　　灌浆桩式托换是用泵或压缩空气等机械把浆液注入地层中，浆液以填充和渗透等方式排出地层中的水和空气，凝固后形成强度大、防水防渗透性高和化学稳定性好的人工地基。

　　(三)基础加固法

　　基础加固法适用于对建筑物基础支承能力不足的既有建筑物的基础加固。

　　当基础由于机械损伤、不均匀沉降或冻胀等原因引起开裂或损坏时，可采用灌浆法加固基础。采用的浆液有水泥浆或环氧树脂等。

　　当既有建筑物的基础出现裂缝或基础底面积不足时，可用混凝土或钢筋混凝土套加大基

　　础尺寸。

　　当既有建筑物需要增层或基础需要加固，而地基不能满足变形和强度要求时，可采用坑式托换法增大基础的埋置深度，使基础支承在较好的土层上。

　　当对地基或基础进行局部或单独加固不能满足要求时，可将原单独或条形基础连成整体

　　式的片筏基础，或将原片筏基础改成具有较大刚度的箱形基础，也可设置结构连接体构成组合结构，以增加基础刚度，克服不均匀沉降。