地基处理

1、定义：如果天然地基很软弱，不能满足建(构)筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时，则要对地基进行人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。

2、 需要解决的问题 （1）地基承载力及稳定性 (2)沉降、水平位移及不均匀沉降 (3)渗漏 (4)液化 (5)特殊土不良地基的特性

3、软弱土：淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土以及其它高压缩性土。

淤泥和淤泥质土：第四纪后期在冰海、湖泊、河（江）滩、三角洲、冰碛等地质环境下沉积而成，还有部分冲填土和杂填土。广泛分布于东南沿海地区和内陆江、河、湖泊的周围; 由软弱土组成的地基，称之为软弱土地基。

4、软弱土的工程特性（1） 物理性质差（2） 抗剪强度低（3） 压缩性较高（4） 渗透性很小 （5） 结构性明显（6） 流变性显著

5、地基处理的目的 （1）提高地基的抗剪切强度 （2）降低地基的压缩性 （3）改善地基的透水性 （4）改善地基的动力特性(液化) （5）改善特殊土的不良地基特性 6、地基处理设计原则

各类地基处理方法，均有各自特点和工作机理

不同方法具有不同加固机理、对不同问题有不同的效果，但存在局限性，没有万能的

根据工程地质条件，工程对地基要求，材料、施工机具和施工条件等，对每一工程，综合考虑，方案比选选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案

选择可以是单一地基处理方法，也可以是多种方法综合处理技术

第二章 复合地基理论

1、复合地基由两种刚度不同材料组成共同承受上部荷载并协调变形的人工地基 变形协调指桩和土变形一致、共同变形 2、复合地基的基本特点

加固区由集体和增强体两部分组成，是非均质的、各向异性的 在荷载作用下，基体和增强体共同直接承担荷载的作用

第一个特点使复合地基区别于均质地基，第二个特点区别于桩基础 3、复合地基和桩基础的区别

前者属于地基范畴，后者属于基础范畴，但两者都是采用桩的形式处理地基，复合地基中桩体与基础往往不是直接连接的，他们通过垫层来过渡，而桩基中桩体与基础直接连接，两者形成一个整体。在受力特征上，复合地基理论最基本的假定是桩与桩周土协调变形，因此，复合地基中不存在类似桩基中的群桩效应 4按材料分类 散体桩复合地基 柔性桩复合地基 刚性桩复合地基

第一节 复合地基作用机理和破坏模式

1、作用机理1、桩体作用2、加速固结作用3、挤密作用 4、加筋作用 5、垫层作用 2、破坏模式及其影响因素

1、破坏模式： 桩间土先破坏、桩体破坏（多见）、桩和桩间土共同破坏

（1）刺入破坏： 桩体刚度大，地基强度低，桩体应力集中远大于地基承载力。

（2）鼓胀破坏：在荷载作用下，桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体产生过大侧向变形，从而产生桩体的破坏。 （3）整体剪切破坏：桩和桩间土发生整体剪切变形。 （4）滑动破坏 在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。 2、复合地基破坏模式影响因素 （1）不同型桩

散体桩（振冲碎石桩）易产生鼓胀破坏；刚性桩（CFG桩） 易产生刺入破坏。

（2）桩身材料： 同型桩当桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式 随桩身强度的增加，破坏形式逐渐由鼓胀破坏过渡到刺入破坏 3、散体桩的破坏方式：易在软弱土层体产生鼓胀破坏。

软土强度非常低，灵敏度高，打桩过程中土体受到扰动，强度下降，提供不了散体桩成桩所需的围压。

当浅层存在非常软的粘土时，碎石桩将在浅层发生剪切或鼓胀破坏 较深层存在有较厚非常软的粘土情况，碎石桩在较深层发生鼓胀破坏 当较深层存在有局部非常软的粘土时，碎石桩将在较深层发生局部膨胀 第二节复合地基设计参数 一、面积换算率 二、桩土应力比

定义：将复合地基中桩体的竖向平均应力记为 桩间土的竖向平均应力记为 桩土应力比为

（一）影响因素 1、荷载水平：

荷载作用的初期，荷载通过地基和基础之间垫层均匀的传递给桩和桩间土，桩土应力比较小。 随着荷载的增大，复合地基变形增大，桩体产生应力集中，桩土应力比增大。

荷载进一步增大，桩体进入塑性状态，桩土应力比n降低，桩和土同时进入塑性状态，应力比趋向一定值。

2、桩土模量比 对应力比的大小有重要影响 随着模量比的增加，桩土应力比近于呈线性增长。

3、复合地基面积换算率 复合地基面积换算率m与桩土应力比n的关系： m增大，n减小 4、原地基土强度：一般原地基土强度低，复合地基桩土应力比就大，原地基土强度高，则其桩土应力比就小。

5、桩长：桩土应力比随桩长的增加而增大，但当桩长达到某一临界桩长后应力比变化不显著 临界桩长与复合地基类型、桩径、土质、荷载大小与基础宽度有关。

6、时间 在荷载长期作用下，桩间土会产生固结和蠕变，桩间土承担荷载会向桩体集中，使n随时间延续逐渐增大。 三、复合模量

复合地基加固区由桩体和桩间土体两部分组成，呈非均质

为简化计算，将复合地基视作均质的复合土体，与原非均质复合土体等价的均质复合土体的模量称为复合地基的复合模量。 第三节 复合地基的承载力 一、散体材料桩

散体材料桩成桩的关键 在于桩间土对桩的侧限阻力 1、侧向极限应力法

散体材料桩发生膨胀，由桩周土进入塑性状态时，侧向极限应力可能算出单桩极限承载力 。

2、被动土压力法

二、柔性桩

1、根据桩体材料强度计算承载力

2、按土的支持力计算

规范规定用两种方法确定承载力，取小值 三、刚性桩地基

四、复合地基承载力

1、散体桩承载力 2、柔性桩复合地基 3、刚性桩复合地基

第三章 换土垫层法

定义：当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物对地基的要求，而软弱土层的厚度又不是很大时（一般小于5米），可以将基础底面以下软弱土层部分或全部挖去，然后换填强度较高的砂（石）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换土垫层法。

1、作用:浅层的地基处理 （1）提高地基承载力 （2）降低变形： （3）加速排水固结 （4）防止冻胀 （5）对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了消除或部分消除地基土的不良特性。 二、土的压实 1、干密度和含水量曲线峰值对应含水量为最优含水量，土体含水量达最优含水量时得到最佳夯实效果 2、机理

（1）压实功一定

水化膜很薄时，结合水为主，颗粒间引力大，压实作用不能克服粒间引力使颗粒产生相对移动，土的压实效果较差。

结合水膜增厚，孔隙中出现自由水，由于自由水充填于孔隙之中，阻止了土粒移动。 （2）不同压实功下

压实功越大，最大干密度相应增大，而最优含水量越小。 3、压实度系数 一般要求达0.95。 三、设计计算 1、厚度确定

2、设计程序

3、宽度

第四章 深层密实法 第二节 强夯法

1、它通过一般10～40t的重锤(最重可达200t)和8～20m的落距(最高可达40m)，对地基土施加很大的冲击能，提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等

2、强夯法、强夯置换法的优点

加固效果好 施工简单 使用经济 3、1 加固机理 对非饱和土地基

压密过程基本上同实验室中的击实实验相同，挤密振密效果明显。 对饱和无粘性土地基

土体可能会产生液化，其压密过程同爆破和振动密实的过程相同。 对饱和粘性土地基

产生超孔压，并且逐渐消散，地基土固结，孔隙比减小，强度提高

三种加固机理

动力密实 加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土 动力荷载减小土孔隙，提高强度 动力固结 处理细颗粒饱和土 局部产生裂缝，增加排水通道 超孔隙水压力消散，土体固结 动力置换 分为整式置换和桩式置换 加密、碎石墩置换、排水的组合

弹簧活塞模型

静力固结理论(图a)

①不可压缩的液体 ②固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是不变的 ③弹簧刚度是常数 ④活塞无摩阻力 动力固结理论(图b)

①含有少量气泡的可压缩液体 ②固结时液体排出所通过的小孔，其孔径是变化的 ③弹簧刚度为变数 ④活塞有摩阻力 第三节 碎（砂）石桩

一、碎石桩（Stone Column Pile) 和砂桩（Sand Pile）总称为碎（砂）石桩，国外又称粗颗粒土桩（Granular Pile） ，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体。 二、砂桩

砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。

振动成桩法是使用振动打桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂料。

冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管打人土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。

因此，砂桩的成桩方法对于砂性土相当于挤密法，对粘性土则相当于排土成桩法。 三加固机理 （一）对松散砂土加固原理 碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性。

1 ．挤密作用 2 ．排水减压作用3 ．砂基预震效应

（二）对粘性土加固机理

1.置换作用 2.排水作用

四、 碎（砂）石桩的加固作用主要有：挤密、置换、排水、垫层和加筋五种作用。

五、砂石桩法常规施工可采用振动成桩法(简称振动法)或捶击成桩法(简称捶击法)两种施工方法。

工程中一般的具体方法有：振冲成桩法、干振挤密碎石桩法、沉管碎石桩法、夯扩碎石桩法、袋装碎石桩法等。 第四节

一、石灰桩是指用人工或机械在地基中成孔后，灌入生石灰块（或在生石灰块中掺入适量的水硬性掺合料，如粉煤灰、火山灰等），经振密或夯压后形成的桩柱体。

二、适用范围 杂填土、素填土、一般黏性土、淤泥土和淤泥及透水性小的粉土等。 三、应用范围

可应用于道路、码头、铁路、软弱地基等加固工程及托换工程和基坑支护工程等 四、加固方法

1 ．块灰灌入法（亦称石灰桩法） 2 ．粉灰搅拌法（亦称石灰柱法） 五、加固机理

石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三方面进行分析。

1．桩间土

( 1）成孔挤密 ( 2 ）膨胀挤密 ( 3 ）脱水挤密 ( 4 ）胶凝作用 2 ．桩身

对单一的以生石灰作原料的石灰桩，当生石灰水化后，石灰桩的直径可胀到原来所填的生

石灰块屑体积的一倍。 3 ．复合地基

由于石灰桩桩体具有较桩间土有更大的强度（抗压强度约500kPa ) ，在与桩间土形成的复合地基中具有桩体作用。。

六、注意：石灰桩主要适用于杂填土、素填土、饱和薪性土、淤泥质土和淤泥等地基。用于地下水位以上的土层时，应增加掺合料的含水量并减少生石灰用量或采取土层浸水等措施。

CFG桩

1、定义：CFG桩是水泥、粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Gravel)的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动打桩机或其他成桩设备制成的一种具有一定粘结强度的桩。 2、组成：桩体主体材料为碎石，石屑为中等粒径骨料，可改善级配，粉煤灰具有细骨料和低标号水泥作用

3、CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的，属复合地基刚性桩，严格的说，是一种半柔半刚性桩

适用范围：填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。对于塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。

4、优点： 工艺简单，与普通振动沉管灌注桩一样 无场地污染、振动影响小 少量水泥，可就地取材 受力特性与水泥搅拌桩类似 5、 工程特性：适用范围广 承载力提高幅度大且可调性强 复合地基变形小 荷载传递性好

排水固结法的概念

1、排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）竖向排水体，然后利用建筑物自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，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐渐提高的方法。

2、排水固结法体系的组成

系统由两个部分组成：排水系统和加压系统

排水固结法能否获得满足工程要求的实际效果，则取决于地基土层的固结特性、土层的厚度、预压荷载的大、小和顶压时间长短等因素 3、真空预压加固机理 真空预压法（Vacuum Preloading）是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋深垂直排水管道，再利用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。 真空预压的原理主要反映在以下几个方面：

（1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载时间的增长，压差逐渐变小，最终趋于零，渗流停止，土体固结完成。

（2)地下水位降低，相应增加附加应力 （3)封闭气泡排出，土的渗透性加大

4、真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。

1. 地基处理:如果天然地基很软弱，不能满足建筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时，则要对地基进行人工处理后再建造基础，这种地基加固称为..。 影响天然地基承载力因素：土的抗剪强度、基础形式、埋深。

2.复合地基：由两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础下，两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的地基。

作用机理：a桩体作用b加速固结作用c振密、挤密作用d加筋作用e垫层作用

3.复合地基的破换模式：a刺入破换（桩刚度大，土弱）b鼓胀破换c整体剪切破换模式d滑动破换模式 。影响因素：A不同桩型，模式不同。B同一桩型，桩身强度不同C同一桩型，土层条件不同。

4.三种破坏形式：A桩间土首先破坏B桩体首先破坏C桩间土与桩体同时破坏。 5.面积置换率m：桩体横截面积与该桩体所承担的复合地基面积的比值。 6.桩土应力比n：荷载作用下，复合地基桩体上的竖向平均应力与桩间土上竖向平均应力的比值。 影响因素：A荷载水平B桩土模量比C复合地基面积置换率（m大n小）D桩土E原地基土强度F时间。

第三章 换土垫层法

7.土压缩有最优含水率的原因：当土中含水量较小时，土中主要是强结合水，土粒表面的结合水膜很薄，颗粒间存在很大的分子引力，阻止土颗粒的移动，使土难以压实；当含水量适当增大时，土中的结合水膜增厚，分子应力减弱，水膜起润滑作用，使土粒容易移动而形成密室排列。但当土中含水量继续增大，以致土中存在不少自由水，压实时，内部的自由水不易被排出，形成较大的孔隙压力，阻止土颗粒的靠拢，压实效果反而下降。

8. .换土垫层法：当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物对基地的要求，而软弱土层的厚度又不是很大时（一般小于5m），可以将基础底面以下软弱土层部分或全部挖去，然后换填强度较高的砂（石）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止的地基处理方法。 压实机理：通过对土体的碾压与夯实使填土或地基土的表层疏松、土孔隙体积减小、密实度增高，从而降低土的压缩性，提高其抗剪强度和承载力能力，减小土的透水性，经过处理的表层软弱土能承担较大的荷载。方法步骤：垫层厚度确定，垫层宽度确定，垫层变形计算，抗震复核，选材及要求。 9.压实系数

第四章 深层密实法（动力压密法、深层挤密桩法）

10.动力压密法加固机理：利用各种振源产生动荷载或反复荷载使饱和砂土或粒状土产生液化，从而引起土体原有结构的破坏，土粒重新排列，最后达到一个较为密实、稳定的新结构。 11.强夯法概念：用起重机将一个很重的锤，吊到十几米甚至几十米高，利用自动脱钩法，使锤自由下落，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中产生冲击波和动应力，可提高地基土的强度，降低土的压缩性，改善砂土的抗液化条件，消除黄土的湿陷性等。

12．强夯法三种加固机理：动力密实（e大，非饱和土）、动力固结（饱和粘性土或软粘土）、动力置换。

动力固结理论和静力固结理论区别

13. 动力置换机理z(整体置换)采用强夯将碎石整体挤入软土中，作用机理类似于换土垫层。(桩式置换)通过强夯将碎石填筑于土体中，部分碎石桩间隔地夯入软土中，形成桩式的碎石墩，靠碎石的内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。

14. .触变恢复：当强夯后土的结构被破坏时，强度几乎降到零，随着时间的推移，强度又逐渐恢复，称为触变恢复。 15.有效加固深度 单位夯击能

16.碎石桩（砂桩）：适用范围：松散砂土、粉土、粘性土、素填土等地基，降低地基压缩性、防止饱和软弱土地基液化，提高地基抗震强度。

17．碎石桩挤密法加固机理：A挤密作用B排水作用C砂基预震效应。（粘土：置换作用） 18.CFG桩：由水泥粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的一种具有一定粘结强度的桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。加固方法：先把桩管打入土中，再拔出桩管，形成桩孔，向桩孔内夯填生石灰，使地基得到加固。

20. 石灰桩作用机理：是通过生石灰的吸水膨胀挤密桩周图继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高。（桩体作用，挤密作用，褥垫层作用：加速固结排水作用，减载作用，桩对土的约束作用）

21.褥垫层作用：（1）保证桩，土共同承担载荷（2）减少基础底面的应力集中（3）调整桩土载荷分担比（4）调整桩土水平荷载分担比

22.CFG桩的优点：a工艺简单，无场地污染，振动影响小b仅需少量水泥，便于就地取材c受力特性与水泥搅拌桩类似。

第五章 排水固结法

23.排水固结法：对天然地基，或在地基中设置竖向排水体，然后利用建筑物自身重量分级逐渐加载，或在建筑物建筑前，在场地进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时地基强度逐步提高的方法。适用范围：处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等，饱和粘性土地基。影响因素：地基土固结特性、土层厚、预压荷载大小和时间。

25.堆载预压加固机理：是指饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水杯缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时，随超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐提高。

26.真空预压法加固机理：是在需要加固的软土地基表面铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道。再用不透水的封闭膜使其与大气隔绝。薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基有效压力。 27.加载预压分类：欠载预压，等载预压，超载预压

28.真空预压原理：a薄膜上面承受等于薄膜内外压差的载荷b地下水位降低，相应增加附加压力c封闭气泡排出土的渗透性加大。

29.排水砂垫层：在沙井顶面应铺设水平排水砂垫层，使砂垫层与竖向砂井联通，引出从土层中排入砂井中的渗流水，并将水排到工程场地以外。

30.铺设水平垫层的目的：a连通排水体，把土体中渗出的水迅速排出，同时防止土颗粒堵塞排水管道b对软粘土地基起持力层作用。

第六章 化学加固法

31.灌浆理论方法：①渗入型性灌浆②劈裂灌浆③压密注浆④电动化学灌浆

32.高压喷射注浆法：利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水以20mPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。适用范围：处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂填土和碎石土等地基。特点：a适用范围广b施工简便c可控制固结体形状d可垂直、倾斜和水平喷射e耐久性好f料源广阔g设备简单。

33.固结体的形态和喷射流移动方向有关：旋转喷射（圆柱体）、定向喷射（板状或壁状）、摆动喷射（较厚墙体）

36. 高压喷射法的加固机理：a高压喷射流对土体的破坏作用（为取得更大破坏力，增加平均速度，即增加旋喷压力）b水（浆）、气同轴喷射流对土的破坏作用（减小阻力，土质不同，横截面结构也不同）C水泥与土的固结机理（水化过程）。

37.水泥土搅拌法：利用水泥、石灰等材料作为固化剂的补充，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结形成加固体。从而提高地基的强度和增大变形模量。分类（根据施工方法）：水泥土搅拌法（水泥浆和地基土搅拌）、粉体喷射搅拌（水泥粉或石灰粉和地基土搅拌）。

38. 水泥土搅拌法加固机理：基于水泥土加固土的物化反应过程有别于混凝土硬化机理a水泥的水解和水化反应b黏土颗粒与水泥水化物的作用（粒子交换和团粒化学作用、硬凝反应）c碳酸化作用

39.E50：当正应力达到50％无侧限的抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称为水泥土的变形模量E50。 40.aw

第七章 加筋法

41.树根桩（微型桩、摩擦桩）：在地基中设置桩径100—300mm的小直径就地钻孔灌注桩。

第九章 托换技术

42.托换技术：指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或改建等问题；解决在原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响原有建筑物的安全等问题的技术总称。

43. 托换技术分类：（按原理）补救性、预防性、维持性托换，（性质）建筑物地基设计不符合要求、建筑物加层与纠偏、建筑物的整体迁移、临近基坑开挖或地铁穿越，（时间）临时性、永久性，（方法）基础加宽和加深托换、桩式托换、灌浆托换、基础加强刚度和减压托换、热加固托换、纠偏托换。

44.加宽托换注意事项：a基础凿毛刷洗干净b与原基础协调变形c加固筋，分区段单独加固。

1、淤泥质粘土，天然地基承载力特征值fsk=80kPa，采用水泥土搅拌桩复合地基，桩径0.5m，桩长10m，桩体试块强度fcu=1800kPa，要求复合地基承载力特征值fspk=120kPa，请计算面积置换率。（β=0.75，η=0.3）

2、某条形基础宽度2.0m，埋深1.0m，基础平均重度为20kN/m3，作用在基础顶面竖向荷载Fk=200kN/m，场地为淤泥质粘土，重度为18kN/m3，fak=100kPa，地下水位3.5m，采用灰土换填，灰土重度为19kN/m，计算灰土垫层厚度。（ηb=0， ηd=1.0）

3、 某地基采用CFG桩复合地基，桩径0.5m，桩长12m，桩距1.2m，正三角形布桩，复合地

基承载力特征值fspk=200kPa，桩间土fsk=100kPa，计算桩体抗压强度fcu。（β=0.75）