基础和地基工程

             

基础和地基工程 2017年03月 1、前言 2、浅基础 3、深基础 4、人工地基

1、土木工程材料的作用

(1)材料对保证工程质量的作用； (2)材料对工程造价的影响； (3)材料对工程技术进步的促进。 2、传统土木工程材料 砖：烧结砖，非烧结砖；

瓦：粘土瓦，水泥瓦，石棉水泥瓦，玻璃钢瓦； 石：毛石与料石，石子（粒径5 mm~40mm ）； 砂：天然砂(河砂、海砂和山砂)(粒径<5mm)， 人工砂(粒径<4.75mm)；

灰：建筑石灰（生石灰，CaO），熟石灰（Ca(OH)2）；

建筑石膏（将天然石膏加热至107～170℃的温度条件下煅烧脱水成为半水石膏，然后把半水石膏磨细而制成的白色粉末）； 木材：顺纹强度，横纹强度； 3、近代土木工程材料

钢材：钢结构的各种型材、钢板、管材等 钢筋混凝土中的各种钢筋等； 水泥：通用水泥，专用水泥；

混凝土：混凝土组分，混凝土强度等级；

混凝土强度等级（立方体抗压强度标准值MPa）为C40的混凝土，就是说该混凝土按标准方法（边长为150mm的立方体试件，28d龄期）进行强度值检测时，其抗压强度大于等于40MPa的概率为95%。 4、现代土木工程材料

沥青及制品、防水密封材料、 玻璃、塑料及制品、

人造板材、绝热材料、吸声隔声材料、 新型复合材料、 智能材料、

绿色建筑材料等。

1992年国际学术界给绿色材料定义为：在原料采取、产品制造、应用过程和使用以后的再生循环利用等环节中对地球环境负荷最小和对人类身体健康无害的材料。 我们所能见到的所有土木工程：楼房、工厂、公路、铁路、桥梁、大坝等，它们的重量都是要通过基础传递给地基，由地球表面来承重。

将建筑物所承受的各种作用传递到地基上的下部承重结构称为基础。 地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。 天然地基

天然土层本身具有足够的强度，能直接承受建筑物荷载的地基称为天然地基。 人工地基

 天然土层本身的承载能力弱，或建筑物上部荷载大，须预先对土层进行人工/加固处

理后才能承受建筑物荷载的地基称人工地基。  1、强度及稳定  2、不均匀沉陷  3、渗漏及管涌

 4、地震、机械振动等动力荷载引起的破坏。  浅基础：

 位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础；

 埋置深度虽然超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础。  浅基础的特点：

 埋置深度较浅，用料较省；  无需复杂的施工设备；  工期短、造价低；

 设计时宜优先选用天然地基。

 1、单独基础：房屋建筑中柱的基础一般为方形或矩形的单独基础。这种基础形式常

见于装配式单层工业厂房的基础。

 2、条形基础：墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。条形基础在普通的

砌体结构中应用相当广泛。

 3、井格式基础：当框架结构处在地基条件较差的情况时，常将柱下基础沿纵、横方

向连接起来，做成十字交差的井格基础。

 4、筏形基础：把整个房屋底面做成一片连续的钢筋混凝土板作为房屋的基础，称为

筏形基础。

 5、箱形基础：由底板、顶板、钢筋混凝土纵横隔墙构成的整体现浇钢筋混凝土结构

基础。  深基础应用

 土层软弱、建筑物对变形与稳定的要求较高；  技术、经济等原因无法或不宜采用人工地基。  深基础类型  (1)桩(墩)基础，  (2)沉井基础，  (3)沉箱基础，  (4)地下连续墙等。

 其中以桩基础应用最为广泛。  桩基础组成：

由桩和桩顶承台组成

设有大吨位吊车的重型单层工业厂房、高耸建筑物或构筑物、大型精密仪器设备基础都可考虑桩基方案。

 按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式，  可分为摩擦型桩和端承型桩两大类。  按所用材料：  木桩，混凝土桩，  钢筋混凝土桩，钢桩，  其他组合材料桩等。  1、预制桩：

 预制桩是指预先制成桩，利用打桩设备打入地基的各种桩。  2、灌注桩：

 直接在现场桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的

桩。

 1. 钢筋混凝土预制桩

特点：承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快， 但对周围环境影响较大。 分类：

实心桩：方桩，尺寸 200×200mm  500×500mm； 管桩：空心圆桩，直径 400  500mm 施工程序：预制、运输、堆放、沉桩。

 2、钢筋混凝土灌注桩

 灌注桩：就地成孔，安放钢筋笼，  灌注混凝土。

 (1) 干作业成孔灌注桩;  (2) 套管成孔灌注桩;  (3) 泥浆护壁成孔灌注桩;  (4)爆扩成孔灌注桩  干作业成孔灌注桩

 勿需护壁可直接取土成孔。

 适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质。  常用螺旋钻机成孔。  施工过程  a）就位；  b）沉套管；  c）初灌混凝土；

 d）放置钢筋笼、灌注混凝土；  e）拔管成桩

 泥浆护壁成孔灌注桩

 泥浆护壁成孔：用成孔机械成孔，在成孔过程中由泥浆保护孔壁并排出土渣。  泥浆作用：具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣以及冷却与润滑钻头的作用。  适用范围：不论地下水位高或低的土层皆适用。多用于含水量高的软土地区。 泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造泥浆。 成孔机械： 1）回转钻机 2）潜水钻机 3）冲击钻

其中以回转钻机应用最多。

 施工过程：  a)成孔；

 b)炸药包放入孔底；  c)浇第一次混凝土；  d)30分钟后爆破；  e)再浇第二次混凝土。

 沉井是一种四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物。  通常用钢筋混凝土制成。

 通过从井孔内挖土，借助自身重量克服井壁摩阻力下沉至设计标高，再经混凝土封

底并填塞井孔，便可成为桥梁墩台或其他结构物的基础。

优点：

(1) 埋深大； (2) 整体性好； (3) 承载力高；

(4) 对邻近建筑物影响小； (5) 充分利用地下空间等特点； (6) 施工时具有挡水或挡土等作用； 缺点：

施工工期较长，沉井下沉遇障或遇流砂等都会给施工带来困难。

通常用于粘性土和较粗的沙土中，土层中有块石或其他障碍物时很难施工。

 1、单孔沉井：平面形状有、圆形、正方形、椭圆形、矩形等。

 2、单排孔沉井：一排井孔，平面形状有矩形，长圆形，井孔之间有隔墙。  3、多排孔沉井：整个沉井被许多纵横隔墙隔成多排井孔。

 天然软弱土层不能承受建筑物的荷载时，需要用人工加固的方法提高土层的承载力

（软基处理），这种地基称为人工地基。  天然软弱土层：

 地基承载力低（Cu=8~15kPa）、

 沉降大（填筑3m可能引起1m的沉降）、

 沉降时间长（沉降稳定时间可能长达几十年）等。  地基加固原理：

 将土质由松变实，将土的含水量由高变低。  软土地基处理方法  1.排水固结法

 2. 压密（挤密）法  3. 置换法  4. 胶结法  基本原理：

 软土地基在附加荷载的作用下逐渐排出孔隙水，产生固结变形。

 固结过程中，随土体中孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，使沉降提前完

成或提高沉降速率。

 由排水系统和加压系统组成。

 排水系统--设置竖向排水体，如普通沙井，  袋装沙井，塑料排水板等。  加压系统--堆载法，真空法等。

 砂井：在软土地基中打入井管，然后边拔井管边灌入砂子，在地基中形成密实砂柱

体。

 在软弱地基中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；

 在砂垫层上部压载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井、砂垫层

排出，从而加速土体固结，使地基得到加固。

 袋装砂井预压地基：

 用振动、锤击或静压方式把井管沉入地下，然后向井管中放入预先装好砂料的圆柱

形砂袋；

 拔起井管将砂袋充填在孔中形成砂井；

 在砂井顶面铺设排水砂垫层，组成垂直和水平排水通道；

 在上部堆载预压，使土中孔隙水迅速排除，从而使地基得到加固。  特点：

 (1)能保证砂井的连续性，不易混入泥砂，  (2)设备轻型化，比较适应在软弱地基上施工；  (3)采用小截面砂井，用砂量大为减少；  (4)施工速度快，可降低工程造价，每立方米袋装砂井费用仅为普通砂井的50%左右。  （3）塑料排水板堆载预压法

 用插板机将带状塑料排水板插入软弱土层中，组成垂直和水平排水体系，然后在地

基表面堆载预压。

 土中孔隙水沿塑料板的沟槽上升逸出地面，从而可加速软土地基的沉降过程，使地

基得到加固。  特点：

 (1)板单孔过水面积大，排水畅通；  (2)质量轻，强度高，耐久性好；

 (3)用机械埋设，特别适合于大面积超软弱地基土，可缩短地基加固周期，经100d

的固结度可达到80%，加固费用比袋装砂井节省10%左右。  真空预压法：以大气压力作为预压载荷。

 在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层，在砂垫层内埋设渗水管道；  在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝；

 与真空泵连通进行抽气，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空

气逐渐吸出，从而使土体固结。  软土地基处理区上铺设密封膜

 真空预压法特点：(1)真空法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结

时间；工期比一般堆载预压可缩短2/3；

(2)所用设备和施工工艺比较简单，便于大面积使用；无噪声、无振动、无污染；(3)造价比一般堆载预压降低1/3。

 2. 压密（挤密）法

 原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到

地基处理的目的。  (1) 表层压实法  (2) 强夯法  (3) 挤密桩  (4) 振冲挤密法

 表层压实法是指采用人工夯、低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表

层土进行压实，也可对分层填筑土进行压实。

 当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实，

使土体得到加固。  （2）强夯法

利用起重机械将夯锤提升一定高度后自由落下，重复夯击基土表面，使地基表面形成一层

比较密实的硬壳（表层），从而使地基得到加固。

 夯击后的地基承载力可提高2～5倍，  压缩性可降低200～500％，  影响深度在10m以上。  (3)挤密桩

 先用带桩靴的工具式桩管打入土中，挤压土壤形成桩孔后拔出桩管；

 再在桩孔中灌人砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实，或者随着填充料的灌

入逐渐拔出桩管。  (4)振冲挤密法

 依靠振冲器的强大振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小；

 另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤

压加密。  3. 置换法

原理：以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。

 （1）灰土垫层地基

将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土在最优含水量下充分拌合（灰土），分层回填夯实或压实。

 灰土具有一定的强度、水稳定性和抗渗性；  施工工艺简单，取材容易，费用较低；

 是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。  （2）砂和砂石垫层地基

 用夯（压）实的砂或砂石垫层替换基础下部一定厚度的软土层，提高基础下地基承

载力，减少沉降，加速软土层的排水固结。

 适用处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基；  不宜处理湿陷黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。  （3）爆破挤淤

 通过爆破的办法清除海底的淤泥，实现淤泥和石料的置换。

 可用于防波堤、护岸、大型沉箱码头、造船厂滑道等的工程淤泥软基处理。

 爆破挤淤填石的方法是在抛石体外缘一定距离和深度的淤泥质软基中埋放炸药包

群、起爆瞬间产生的巨大压力在淤泥中形成空腔，将淤泥破坏挤出去。  抛石体借助自身重力入空腔形成新的石舌，达到置换淤泥的目的。  4.胶结法

 原理：在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，

与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。  (1) 高压喷射灌浆法  (2) 深层搅拌法

 （1）高压喷射灌浆法

 (a)利用工程钻机钻孔至设计处理的深度；

 (b)用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压

喷射固化浆液（粉体）。

 (c)钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破

坏，强制与固化浆液（粉体）混合；

 (d)凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

 旋喷桩：以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合。  优点：施工占地少、振动小、噪音较低。

 缺点：旋喷桩容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不

宜采用。

 喷粉桩：采用喷粉桩机成孔；运用喷粉桩机借助压缩空气将粉体（水泥或石灰粉）

输送到桩头，并以雾状喷入土层中，并借钻头的叶片旋转，加以搅拌，使其充分混合，形成水泥（或石灰）土桩体，与原地基构成复合地基。

特点：加固改良地基，提高地基承载力（2～3倍）和水稳性，减少沉降量（1/3～2/3），加快沉降速率，不需向地基土中注入附加水分；

喷粉采用密封，施工无振动、无噪音，对周围环境无不良影响。

 （2）深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理化学反应，使软土硬结改性。

 软基处理新技术

抛泥受限制，沙石料来源不足。 谢谢！