土木工程中的地基处理(1)

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1、土木工程中中的地基基处理第一节 概 述述土木工程建建设中，有有时不可可避免地地遇到工工程地质质条件不不良的软软弱土地地基，不不能满足足建筑物物要求，需需要先经经过人工工处理加加固，再再建造基基础，处处理后的的地基称称为人工工地基。地基处理的的目的是是针对软软土地基基上建造造建筑物物可能产产生的问问题，采采取人工工的方法法改善地地基土的的工程性性质，达达到满足足上部结结构对地地基稳定定和变形形的要求求，这些些方法主主要包括括提高地地基土的的抗剪强强度，增增大地基基承载力力，防止止剪切破破坏或减减轻土压压力；改改善地基基土压缩缩特性，减减少沉降降和不均均匀沉降降：改善善其渗透透性，加加速固结结沉降

2、过过程；改改善土的的动力特特性防止止液化，减减轻振动动；消除除或减少少特殊土土的不良良工程特特性（如如黄土的的湿陷性性，膨胀胀土的膨膨胀性等等）。近几十年来来，大量量的土木木工程实实践推动动了软弱弱土地基基处理技技术的迅迅速发展展，地基基处理的的方法多多样化，地地基处理理的新技技术、新新理论不不断涌现现并日趋趋完善，地地基处理理已成为为基础工工程领域域中一个个较有生生命力的的分枝。根根据地基基处理方方法的基基本原理理，基本本上可以以分为如如表6-1所示示的几类类。地基处理方方法的分分类 表66-1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出，很多多地基处处理方法法具有

3、多多重加固固处理的的功能，例例如碎石石桩具有有置换、挤挤密、排排水和加加筋的多多重功能能；而石石灰桩则则具有挤挤密、吸吸水和置置换等功功能。地地基处理理的主要要方法、适适用范围围及加固固原理，参参见表66-2。地基处理的的主要方方法、适适用范围围和加固固原理 表表6-22分类方法加固原理适用范围置换换土垫层法法采用开挖后后换好土土回填的的方法；对于厚厚度较小小的淤泥泥质土层层，亦可可采用抛抛石挤淤淤法。地地基浅层层性能良良好的垫垫层，与与下卧层层形成双双层地基基。垫层层可有效效地扩散散基底压压力，提提高地基基承载力力和减少少沉降量量。各种浅层的的软弱土土地基振冲置换法法利用振冲器器在高压压水的

4、作作用下边边振、边边冲，在在地基中中成孔，在在孔内回回填碎石石料且振振密成碎碎石桩。碎碎石桩柱柱体与桩桩间土形形成复合合地基，提提高承载载力，减减少沉降降量cu0.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。一软土的的成因及及划分软土按沉积积环境分分类主要要有下列列几种类类型：（一）滨海海沉积 11.滨海海相： 常与海海浪岸流流及潮汐汐的水动动力作用用形成较较粗的颗颗粒(粗粗、中、细细砂)相相掺杂，使使其不均均匀和极极松软，增增强了淤淤泥的透透水性能能，易于于压缩固固结。 22.泻湖湖相： 颗粒微微细、孔孔隙比大大、强度度

5、低、分分布范围围较宽阔阔，常形形成海滨滨平原。在在泻湖边边缘，表表层常有有厚约00.32.00m的泥泥炭堆积积。底部部含有贝贝壳和生生物残骸骸碎屑。 33.溺谷谷相： 孔隙比比大、结结构松软软、含水水量高，有有时甚于于泻湖相相。分布布范围略略窄，在在其边缘缘表层也也常有泥泥炭沉积积。 44.三角角洲相： 由于于河流及及海潮的的复杂交交替作用用，而使使淤泥与与薄层砂砂交错沉沉积，受受海流与与波浪的的破坏，分分选程度度差，结结构不稳稳定，多多交错成成不规则则的尖灭灭层或透透镜体夹夹层，结结构疏松松软，颗颗粒细小小。如上上海地区区深厚的的软土层层中央有有无数的的极薄的的粉砂层层，为水水平渗流流提供了

6、了良好条条件。（二）湖泊泊沉积湖泊沉积是是近代淡淡水盆地地和咸水水盆地的的沉积。沉沉积物中中夹有粉粉砂颗粒粒，呈现现明显的的层理。淤淤泥结构构松软，呈呈暗灰、灰灰绿或暗暗黑色，厚厚度一般般为100m左右右，最厚厚者可达达25mm。（三）河滩滩沉积主要包括河河漫滩相相和牛轭轭湖相。成成层情况况较为复复杂，成成分不均均一，走走向和厚厚度变化化大，平平面分布布不规则则。一般般常呈带带状或透透镜状，间间与砂或或泥炭互互层，其其厚度不不大，一一般小于于l0mm。（四）沼泽泽沉积分布在地下下水、地地表水排排泄不畅畅的低洼洼地带，多多以泥炭炭为主，且且常出露露于地表表。下部部分布有有淤泥层层或底部部与泥炭炭

7、互层。软土由于沉沉积年代代、环境境的差异异，成因因的不同同，它们们的成层层情况，粒粒度组成成，矿物物成分有有所差别别，使工工程性质质有所不不同。不不同沉积积类型的的软土，有有时其物物理性质质指标虽虽较相似似，但工工程性质质并不很很接近，不不应借用用。软土土的力学学性质参参数宜尽尽可能通通过现场场原位测测试取得得。软土的工程程特性：含水量量较高，孔孔隙比较较大；抗抗剪强度度低；压压缩性较较高；渗渗透性很很小；结结构性明明显；流流变性显显著 三、软土地地基的承承载力、沉沉降和稳稳定性的的计算 在在软土地地基设计计计算中中，由于于它的工工程特性性常需解解决地基基承载力力、沉降降和稳定定性的计计算问题

8、题,故与与一般地地基土的的计算有有所区别别，现分分述如下下。(一) 软软土地基基的承载载力软土地基承承载力应应根据地地区建筑筑经验，并并结合下下列因素素综合确确定：软土成成层条件件、 应应力历史史、力学学特性及及排水条条件；上部结结构的类类型、刚刚度、荷荷载性质质、大小小和分布布，对不不均匀沉沉降的敏敏感性；基础的的类型、尺尺寸、埋埋深、刚刚度等；施工方方法和程程序；采用预预压排水水处理的的地基，应应考虑软软土固结结排水后后强度的的增长。 11根据据极限承承载力理理论公式式确定 饱饱和软粘粘土上条条形基础础的极限限承载力力pu(kPPa)按按普朗特特尔雷斯诺诺(PrranddtlReiissn

9、ner)极限荷荷载公式式(参见见土力学学教材)由0，确定为为 （6-11）式中：软软土不排排水抗剪剪强度，可可用三轴轴仪、十十字板剪剪切仪测测定，也也可取室室内无侧侧限抗压压强度qqu之半计计算；基底以上上土的重重度(kkNmm3)，地地下水位位以下为为浮重度度； 基础埋埋置深度度(m)。当受受水流冲冲刷时，由由一般冲冲刷线算算起。据此，考虑虑矩形基基础的形形状修正正系数及及水平荷荷载作用用时的影影响系数数，并考考虑必要要的安全全系数，公公桥基规规提出出软土地地基容许许承载力力(kPPa)为为 （6-22）式中：m安全系系数1.522.5，软软土灵敏敏度高且且基础长长宽比小小者用高高值； kp

10、基础形形状及倾倾斜荷载载的修正正系数，属属半经验验性质的的系数，当当矩形基基础上作作用有倾倾 斜斜荷载时时 b基础宽宽度(mm)； l垂直于于b边的基基础长度度(m)，当有有偏心荷荷载时， b与ll由b与l代替，, eeb、el分别为为荷载在在b方向向、l方方向的偏偏心矩； Q为荷载载的水平平分力(kN)。 2根据土土的物理理性质指指标确定定软土大多是是饱和的的，天然然含水量量基本反反映了土土的孔隙隙比的大大小，当当饱和度度Sr=l时，(G为土土颗粒比比重)，ee为1时时，相应应天然含含水量ww约366；ee为1.5时，相相应w约约55，所所以一般般情况，地地基承载载力是与与其天然然含水量量密

11、切相相关的，根根据统计计资料ww与软土土的容许许承载力力关系如如表6-3所示示。 软土的的容许承承载力 表66-3天然含水量量w（%）36404550556575(kPa)100908070605040 在在基础埋埋置深度度为h(m)的的软土地地基修正正后的容容许承载载力可按按下式计计算： （6-33） 各各符号意意义同前前，当hh3mm时，取取h=33m计。 公公桥基规规认为为对小桥桥涵软土土基础可可用式(63)计计算。 当当按式(6-22)或式式(6-3)计计算软土土修正后后的容许许承载力力时，必必须进行行地基沉沉降验算算，保证证满足基基础沉降降的要求求。 33按临临塑荷载载估算 软软土地

12、基基承载力力，考虑虑变形因因素可按按临塑荷荷载pccr公式式估算，以以控制沉沉降在一一般建筑筑物容许许范围。条条形基础础临塑荷荷载pccr (kPaa)计算算式为 饱饱和软土土时，NNq=1，NNc=则 （6-44） 此式用于矩矩形基础础（空间间问题）可可认为较较用于条条形基础础（平面面问题）偏偏于安全全。我国国有些地地区和部部门，根根据该地地区软土土情况，采采用略高高于临塑塑荷载的的临界荷荷载p114，即即允许基基础边缘缘出现塑塑性区范范围深度度不超过过基础底底宽的114。pp144的计算算详见与与土力学学教材。 44用原原位测试试方法确确定由室内试验验测定土土的物理理力学指指标(如如cu等

13、)常常受土被被扰动影影响使结结果不正正确；而而一般土土的承载载力理论论公式用用于软土土也会有有偏差，因因此采用用现场原原位测试试的方法法往往能能克服以以上缺点点。软土土地基常常用的原原位测试试方法有有：根据据载荷试试验、旁旁压试验验确定地地基承载载力，以以十字板板剪切试试验测定定软粘土土不排水水抗剪强强度换算算地基承承载力值值，按标标准贯入入试验和和静力触触探结果果用经验验公式计计算地基基承载力力等。 对对较重要要或规模模较大的的工程，确确定软土土地基承承载力宜宜综合以以上方法法，结合合当地软软土沉积积年代，成成层情况况，下卧卧层性质质等考虑虑，并注注意满足足结构物物对沉降降和稳定定的要求求。

14、 （二二）软土土地基的的沉降计计算软土地基在在荷载下下沉降变变形的主主要部分分为固结沉降SSc，此外外还包括括瞬时沉沉降Sdd与次固固结沉降Sss，如图图6-11所示。软软土地基基的总沉沉降量S为Sdd、Sc、Ss之和。 11固结结沉降SSc在荷载作用用下，软软土地基基缓慢地地排水固固结发生的沉降降称为（主主）固结结沉降，常常用的计计算方法如下。（1）采用用ep曲线线计算 （-5） 图6-1 软软土地基基沉降的的组成式中：e00i未受基基础荷载载前，软软土地基基第i层层土分层层中点自自重应力力作用下下稳定时时的孔隙隙比； e11i受基础础荷载后后，软土土地基第第i层土土分层中中点自重重应力与与

15、附加应应力作用用下稳定定时的稳稳定孔隙隙比；土分层层厚度，宜宜为0.5m1.00m；（2）采用用压缩模模量计算算 （66-6）第i层土土中点的的附加应应力;压缩摸量量,应取取第i层层土分层层中点自自重应力力至自重重应力与与附加应应力之和和的压缩缩段计算算。(3)采用用eloggp曲线线计算 软土根据先先期固结结压力PPc，与上上覆土自自重应力力P0关系，天天然土层层的固结结状态可可区分为为正常固固结状态态、超固固结状态态、欠固固结状态态。我国国海滨平平原，内内陆平原原软土大大多属正正常固结结状态；少数上上覆土层层经地质质剥蚀的的软土及及软土上上的“硬壳”则属超超固结状状态；江江、河入入海口处处

16、及滨海海相沉积积(以及及部分冲冲填土)则属欠欠固结土土的。对对于欠固固结软土土，在计计算其固固结沉降降Sc时，必必须包括括在自重重应力作作用下继继续固结结所引起起的那一一部分沉沉降，若若仍按正正常固结结的土层层计算，所所得结果果将远小小于实际际沉降。下下面简要要介绍考考虑先期期固结压压力的计计算公式式：正常固结结、欠固固结条件件下（-7）式中：第第i层土土中的压压缩指数数，应取取分层中中点自重重应力至至自重应应力与附附加应力力之和的的压缩段段计算；第第i层土土分层中中点的自自重应力力；先先期固结结压力，正正常固结结时pci=ppoi，欠欠固结时时pcit2。 由由于对软软土的次次固结性性状仍了

17、了解不够够，无论论对于它它的机理理、变化化规律、影影响因素素、计算算方法和和试验测测定等都都有待进进一步深深入探讨讨。 软软土地基基沉降量量S还可可以利用用观察到到的建筑筑物的若若干随时时间(tt1、t2等)变变化的沉沉降值SStl、SSt2、SSt一t关关系等，推推算该建建筑物的的后期沉沉降Stt及最终终沉降。常常用的推推算方法法是将实实测的沉沉降一时时间(SSt一t)曲线线拟合为为指数曲曲线、双双曲线等等而用数数学方法法推算SSt或。具体体详见土土力学教教材。综上所所述，软软土地基基的沉降降应为上上述三种种沉降之之和，即即，但是是由于瞬瞬时沉降降和次固固结沉降降的计算算方法和和理论还还处于

18、初初步阶段段，故工工程上也也常用将将一维固固结沉降降计算的的结果乘乘以一个个沉降计计算经验验的修正正系数mms计算 （6-12）在公桥基基规规规定：当当软土压压缩模量量Es1.044.0MMPa时时，mss1.811.1，以以提高其其计算精精度。由由于软土土地基沉沉降的复复杂性，mms的取值值尚待补补充完善善。 (三)软软土地基基的稳定定性分析析分析软土地地基上建建筑物承承受水平平推力后后，由于于地基土土抗剪强强度低，发发生基础础连同部部分地基基土在土土中剪切切滑移失失稳的可可能性。在在软土地地基上桥桥台、挡挡土墙等等承受侧侧向推力力的建筑筑物在保保证其地地基承载载力、沉沉降验算算。同时时，应

19、进进行稳定定性的分分析。对对于桩基基础，假假定的滑滑动弧面面可认为为发生在在桩底以以上如图图6-33所示(只有软软土层很很厚而桩桩长又很很短时才才发生在在桩底以以下，但但此仅是是特例)，由于于在设计计中考虑虑承台底底以上全全部外力力均由基基桩承担担，所以以分析时时可以不不计这部部分外力力作用于于滑动弧弧面上的的分力，只只考虑承承台底面面到滑动动弧面以以上土柱柱重，即即在图66-3中中对P、MM不应计计入其影影响，而而阴形部部分土的的重力应计入其影影响。不不属于基基桩承担的滑裂体体范围内内的荷载载仍应 图6-3 桩基基稳定性性分析示示意图四、软土地地基基础础工程应应注意的的事项软土地基的的强度、

20、变变形和稳稳定是工工程中必必须全面面、充分分注意的的问题。从从目前国国内的勘勘察、设设计、施施工的现现状出发发，在软软土地基基上修筑筑高速公公路从基基础工程程的角度度出发，应应注意下下列一些些事项：(一)要取取得代表表性很好好的地质质资料软土地基上上高速公公路的设设计与施施工质量量很大程程度上取取决于地地质资料料的真实实性和代代表性，应应认真收收集沿线线的地形形、地貌貌、工程程地质、水水文地质质、气象象等资料料，合理理地利用用钻探、触触探、十十字板剪剪切等现现场综合合勘探测测试方法法，做好好软土地地基各层层土样的的物理、力力学、水水理性质质的室内内试验，并并对上述述各项资资料进行行统计与与分析

21、，选选择有代代表性的的技术指指标作为为设计和和施工的的依据。(二)软土土地基路路堤处治治设计应应注意的的事项有有：1软土路路堤的稳稳定性分分析2软土路路堤的变变形分析析3软土地地基处理理方案的的合理选选择4观测和和试验(三)软土土地区的的桥涵基基础设计计应注意意的事项项1全面掌掌握相关关资料合合理布设设桥涵在软土地区区，桥梁梁位置(尤其是是大型桥桥梁)既既要与路路线走向向协调，又又要注意意构造物物对工程程地质的的要求，如如果地基基土层是是深、厚厚软粘土土，特别别淤泥、泥泥炭和高高灵敏度度的软土土，不仅仅设汁技技术条件件复杂，而而且将给给施工、养养护、运运营带来来许多困困难，工工程造价价也将增增

22、大，应应力求避避免，另另选择软软土较薄薄、均匀匀、灵敏敏度较小小的地段段可能更更为有利利。对于于小桥涵涵，可优优先考虑虑地表“硬壳”层较厚厚，下卧卧为均匀匀软土处处，以争争取采用用明挖刚刚性扩大大基础，降降低造价价。在确定桥梁梁总长、桥桥台位置置时，除除应考虑虑泄洪、通通航要求求外，宜宜进一步步结合桥桥台和引引道的结结构和稳稳定考虑虑。如能能利用地地形、地地质条件件，适当当的布置置或延长长引桥，使使桥台置置于地基基土质较较好或软软土较薄薄处，以以引桥代代替高路路堤，减减少桥台台和填土土高度，有有利于桥桥台、路路堤的结结构和稳稳定。在在造价、占占地、养养护费用用、运营营条件等等统盘考考虑后，在在

23、技术上上、经济济上都是是合理的的。软土地基上上桥梁宜宜采用轻轻型结构构，减轻轻上部结结构及墩墩台自重重。由于于地基易易产生较较大的不不均匀沉沉降，一一般以采采用静定定结构或或整体性性较好的的结构为为宜，如如桥梁上上部可采采用钢筋筋混凝土土空心板板或箱形形梁；桥桥台采用用柱式、支支撑梁轻轻型桥台台或框架架式等组组合式桥桥台；桥桥墩宜用用桩柱式式、排架架式、空空心墩等等。涵洞洞宜用钢钢筋混凝凝土管涵涵、整体体基础钢钢筋混凝凝土盖板板涵、箱箱涵以保保证涵身身刚度和和整体性性。2软土地地基桥梁梁基础设设计应注注意事项项我国在软土土地区的的桥梁基基础，常常用的是是刚性扩扩大基础础(天然然地基或或人工地地

24、基)和和桩基础础，也有有用沉井井基础的的，现结结合软土土地基的的特点，介介绍设计计时应注注意的几几个问题题。（1）刚性性扩大浅浅基础在较稳定、均均匀、有有一定强强度的软软土上修修筑对沉沉降要求求不严高高的矮、小小桥梁，常常优先采采用天然然地基(或配合合砂砾垫垫层)上上的刚性性扩大浅浅基础。如如软土表表层有较较厚的“硬壳”也可考考虑利用用。刚性性扩大基基础常因因软土的的局部塑塑性变形形而使墩墩、台发发生不均均匀沉降降，或由由于台后后填土的的影响使使桥台前前后端沉沉降不均均而发生生后仰也也是常见见的工程程事故，有有时还同同时使桥桥台向前前滑移。因因此在设设计时应应注意对对基础受受力不同同的边缘缘(

25、如桥桥台基础础的前趾趾和后踵踵)沉降降的验算算及抗滑滑动、倾倾覆的验验算。防治措施：可采用用人工地地基如有有针对性性的布设设砂砾垫垫层，对对地基进进行加载载预压以以减少地地基的沉沉降量和和调整沉沉降差，或或采用深深层搅拌拌法，以以水泥土土搅拌桩桩或粉体体喷射搅搅拌桩加加固软土土地基，按按复合地地基理论论验算地地基各控控制点的的承载力力和沉降降(加固固范围应应包括桥桥头路堤堤地基的的一部分分)；采取取结构措措施如改改用轻型型桥台，埋埋置式桥桥台，必必要时改改用桩基基础等；也有建建议对小小桥(如如单孔跨跨径不超超过8mm，孔数数不多于于3孔)可将相相邻墩台台刚性扩扩大基础础联合成成整体，形形成联合

26、合基础板板，在满满足地基基承载力力和沉降降同时，可可以解决决桥台前前倾后仰仰和滑移移问题。但但此时为为避免基基础板过过厚，常常需配置置受力钢钢筋改为为柔性基基础，应应先进行行技术、经经济方案案比较，全全面分析析后选用用(设计计方法可可参考第第二章柔柔性基础础简化的的倒梁法法及钢筋筋混凝土土结构设设计有关关规定)。为了了防止小小桥基础础向桥孔孔滑移，也也可仅在在基础间间设置钢钢筋混凝凝土(或或混凝土土)支撑撑梁。软软土地基基上相邻邻墩、台台间距小小于5mm时，应应按公公桥基规规要求求考虑邻邻近墩、台台对软土土地基所所引起的的附加竖竖向压应应力。（2）桩基基础在较深厚的的软土地地基，大大中型桥桥梁

27、常采采用桩基基础，它它能获得得较好的的技术效效果，如如达到经经济上合合理，应应是首选选的方案案。施工工方法可可以是打打入(压压入)桩桩、钻孔孔灌注桩桩等。要要求基桩桩穿过软软土深入入硬土(基岩)层以保保证足够够的承载载力和很很小的沉沉降量。软软土很厚厚需采用用长的摩摩擦桩时时，应注注意桩底底软土承承载力和和沉降的的验算，必必要时可可对桩周周软土进进行压浆浆处理或或做成扩扩底桩。打入桩的桩桩距应较较一般土土质的适适当加大大，并注注意安排排好桩的的施打顺顺序，避避免已打打入的邻邻桩被挤挤移或上上抬，影影响质量量。钻孔孔灌注桩桩一般应应先试桩桩取得施施工经验验，避免免成孔时时发生缩缩孔、坍坍孔。软土

28、地基桩桩基础设设计中，应应充分注注意由于于软土侧侧向移动动而使基基桩挠曲曲和受到到的附加加水平压压力：由由于软土土下沉而而对基桩桩发生的的负摩阻阻力，现现分述如如下：地基软土土侧限移移动对基基桩的影影响。在在软土上上桩基础础的桥台台、挡墙墙等，由由于台后后填土重重力的挤挤压，地地基软土土侧向移移动，桩桩土间间产生附附加水平平压力，引引起桩身身挠曲，使使桥台后后仰和向向河槽倾倾移，甚甚至基桩桩折损等等事故。在在深厚软软土上修修桥，特特别是较较高填土土的桥台台日益增增多，这这类事故故时有发发生，已已引起国国内外基基础工程程界广泛泛重视。我国公桥桥基规要要求桥台台“基桩上上部位于于摩擦角角小于220

29、的软土土中时，应应验算施施于基桩桩的水平平力所产产生的挠挠曲”(国外外也有提提出当台台后填土土重超过过软土屈屈服强度度py3CCu时)。在在此情况况下，桩桩身所受受到的附附加水平平力，发发生的挠挠曲与填填土高度度密切相相关，也也与基桩桩穿越的的各土层层层厚，软软土的力力学性质质，软土土移动量量及随深深度的变变化，基基桩刚度度及其两两端支承承条件等等变化因因素有关关。对此此问题的的探讨现现在还不不够充分分，实践践中一般般应用半半理论半半经验方方法处理理，更精精确、全全面、符符合实际际的应用用方法尚尚需进一一步完善善。为了避免桥桥台后仰仰前倾，可可采取加加强桩顶顶约束及及平衡(或减少少)土压压力的

30、措措施，如如采用低低桩承台台、埋置置式桥台台或台前前加筑反反压护道道和挡墙墙(其地地基应经经处理)，也可可采用刚刚度较大大的基桩桩和多排排桩基础础(打入入桩可采采用部分分斜桩)，对软软土地基基加载预预压等。 地基软软土下沉沉对基桩桩的影响响 软软土下沉沉使基桩桩承受到到负摩阻阻力，将将产生较较大的沉沉降或使使桩身纵纵向压屈屈破坏，必必须予以以重视。基基桩上负负摩阻力力产生原原因、条条件及计计算等请请参阅桩桩基础一一章有关关的介绍绍。（3）沉井井基础 在较厚较软软弱土上上下沉沉沉井，往往往因下下沉速度度较快而而发生沉沉井倾斜斜、位移移等，应应事先注注意采取取防备措措施，如如选用轻轻型沉井井、平面

31、面形状采采用圆形形或长宽宽比较小小的矩形形、立面面形状采采用竖直直式等，施施工时尽尽量对称称挖土控控制均匀匀下沉并并及时纠纠偏。 四四 软土土地基桥桥台及桥桥头路堤堤的稳定定设计应应注意的的事项 软软土地基基抗剪强强度低，在在稍大的的水平力力作用下下桥台和和桥头路路堤容易易发生地地基的纵纵向滑动动失稳，应按按已介绍绍的方法法进行验验算，如如稳定性性不够，小小桥可采采用支撑撑梁、人人工地基基等，大大中桥梁梁除将浅浅基改为为桩基，采采用人工工地基、延延长引桥桥使填土土高度降降低或桥桥台移至至稳定土土层上外外，常用用方法是是采取减减少台后后土压力力措施或或在台前前加筑反反压护道道(应注注意台前前过水

32、面面积的保保证)，埋埋置式桥桥台也可可同时放放缓溜坡坡，反压压护道（溜坡)长度、高高度、坡坡度，以以及地基基加固方方法等都都应该经经计算确确定，施施工时注注意台前前、后填填土进度度的配合合，避免免有过大大的高差差。 桥桥头路堤堤填土(包括桥桥台锥坡坡)横向向失稳也也须经过过验算加加以保证证，需要要时也应应放缓坡坡度或加筑反压护护道。 桥桥头路堤堤填土稍稍高时，路路堤下沉沉使桥台台后倾是是软土地地区桥梁梁工程常常发生的的事故。除除应对桥桥台基础础采取前前述的有有针对性性的结构构措施及及改用轻轻质材料料填筑路路堤外，一一般也常常对路堤堤的地基基采取人人工加固固处理。第三节 换土垫垫层法在冲刷较小小

33、的软土土地基上上，地基基的承载载力和变变形达不不到基础础设计要要求，且且当软土土层不太太厚(如如不超过过3m)时，可可采用较较经济、简简便的换换土垫层层法进行行浅层处处理。即即将软土土部分或或全部挖挖除，然然后换填填工程特特性良好好的材料料，并予予以分层层压实，这这种地基基处理方方法称为为换填垫垫层法。垫垫层处治治应达到到增加地地基持力力层承载载力，防防止地基基浅层剪剪切变形形的目的的。换填的材料料主要有有砂、碎碎石、高高炉干渣渣和粉煤煤灰等，应应具有强强度高、压压缩性低低、稳定定性好和和无侵蚀蚀性等良良好的工工程特性性。当软软土层部部分换填填时，地地基便由由垫层及及(软弱弱)下卧卧层组成成如

34、图664所示示，足够够厚度的的垫层置置换可能能被剪切切破坏的的软土层层，以使使垫层底底部的软软弱下卧卧层满足足承载力力的要求求，而达达到加固固地基的的目的。按按垫层回回填材料料的不同同，可分分别称为为砂垫层层、碎石石垫层等等。换填垫层法法设计的的主要指指标是垫垫层厚度度和宽度度，一般般可将各各种材料料的垫层层设计都都近似地地按砂垫垫层的计计算方法法进行设设计。一、 砂垫层的设设计计算算 (一)砂砂垫层厚厚度的确确定 砂砂垫层厚厚度计算算实质上上是软弱弱下卧层层顶面承承载力的的验算，计计算方法法有多种种。 一一种方法法是按弹弹性理论论的土中中应力分分布公式式计算。即即将砂垫垫层及下下卧土层层视为

35、一一均质半半无限弹弹性体，在在基底附附加应力力作用下下，计算算不同深深度的各各点土中中附加应应力并加加上土的的自重应应力，同时以以第二章章所介绍绍的“规范”方法计计算地基基土层随随深度变变化的容容许承载载力，并并以此确确定砂垫垫层的设设计厚度度，如图图6-44所示。也也可将加加固后地地基视为为上层坚坚硬、下下层软弱弱的双层层地基，用用弹性力力学公式式计算。另一种是我我国目前前常用的的近似按按应力扩扩散角进进行计算算的方法法。即认认为砂垫垫层以“”角向下下扩散基基底附加加压力，到到砂垫层层底面(下卧层层顶面)处的土土中附加加压应力力与土中中自重应应力之和和不超过过该处下下卧层顶顶面地基基深度修修

36、正后的的容许承承载力，即即： （66-9）式中： (kPaa)为下下卧层顶顶面处地地基的容容许承载载力，可可按第 章章方法计计算，通通常只进进行下卧卧层顶面面深度修修正，而而压应力力的大小小与基底底附加压压力、垫垫层厚度度、材料料重等有有关。若考虑平面面为矩形形的基础础，在基基底平均均附加应应力作用用下，基基底下土土中附加加压应力力按扩散散角通过过砂垫层层向下扩扩散到软软弱下卧卧层顶面面，并假假定此处处产生的的压应力力平面呈呈梯形分分布(图图6-55)(在在空间呈呈六面体体形状分分布)，根根据力的的平衡条条件可得得到： 则该处下卧卧层顶面面的附加加压应力力h为： （66-100）式中：l基础的

37、的长度(m)；b基础的的宽度(m)； 砂垫层层的厚度度(m)； 基底处处的附加加应力(kPaa)； 砂垫层层的压应应力扩散散角，一一般取335。455。，根据据垫层材材料选用用。 图6-4 砂垫层层及应力力分布 图6-5 砂垫层层应力扩扩散图砂垫层底面面下的下下卧层同同时还受受到垫层层及基坑坑回填土土的重力力，所以以 （6-11）式中：、砂垫层层、回填填土的重重度(kkNmm3)，水水下时按按浮重度度计算， hh基坑回回填土厚厚度(mm)。由式(613)、(6614)、(6615)可得到到砂垫层层所需厚厚hs。hs一般不不宜小于于lm或或超过33m，垫垫层过薄薄，作用用不明显显，过厚厚需挖深深

38、坑，费费工耗料料，经济济、技术术上往往往不合理理。当地地基土软软且厚或或基底压压力较大大时，应应考虑其其它加固固方案。(二)砂垫垫层平面面尺寸的的确定 砂砂垫层底底平面尺尺寸应为为： （6-12）其中L、BB分别为为砂垫层层底平面面的长及及宽，一一般情况况砂垫层层顶面尺尺寸按此此确定，以以防止承承受荷载载后垫层层向两侧侧软土挤挤动。 (三)基基础最终终沉降量量的计算算 砂砂垫层上上基础的的最终沉沉降量是是由垫层层本身的的压缩量量Ss与软弱弱下卧层层的沉降降量Sll所组成成，由于于砂垫层层压缩模模量比较较弱下卧卧层大得得多，其其压缩量量小且在在施工阶阶段基本本完成，实实际可以以忽略不不计。需需要

39、时SSs也可按按下式求求得： （66-177）式中： EEs砂垫层层的压缩缩模量，可可由实测测确定，一一般为112 000024 0000kPaa： 砂垫层层内的平平均压应应力。 Sl可用有有关章节节介绍方方法计算算。S的的计算值值应符合合建筑物物容许沉沉降量的的要求，否否则应加加厚垫层层或考虑虑其它加加固方案案。第四节 排水固固结法饱和软粘土土地基在在荷载作作用下，孔孔隙中的的水慢慢慢排出，孔孔隙体积积慢慢地地减小，地地基发生生固结变变形。同同时，随随着超静静孔隙水水压力逐逐渐消散散，有效应力逐逐渐提高高，地基基土的强强度逐渐渐增长。现现以图6-66为例，可可说明排排水固结结法使地地基土密密

40、实、强化的的原理。在在如图66-6aa中，当当土样的的天然有效固结结压力为为。时，孔孔隙比为为e。，在在e曲线上上相应为为a点，当当压力增增加，固结终了时时孔隙比比减少，相相应点为为c点，曲曲线为压缩曲曲线，与与此同时时，抗剪剪强度与与固结压力成比例例地由aa点提高高到c点点，说明明土体在在受压固结时，与与孔隙比比减小产产生压缩缩的同时时，抗剪剪强度也得到到提高。如如从c点点卸除压压力，则则土样发生回弹，图图6-66a中ccef为为卸荷回回弹曲线线，如从从f点再加压压，土样样再压缩缩将沿虚虚线到cc，其相相 图6-6 室内压压缩试验验说明排排水固结结法原理理应的强度包包线，如如图6-l5bb所

41、示。从从再压缩缩曲线ffgc可 aa) e-曲线线 b) -曲线看出，固结结压力同同样增加加而孔隙隙比减小小值为，比小的多多。这说说明如在在建筑场场地上先先加一个个和上部部结构相相同的压压力进行行加载预预压使土土层固结结，然后后卸除荷荷载，再再施工建建筑物，可可以使地地基沉降降减少，如如进行超超载预压压(预压压荷载大大于建筑筑物荷载载)效果果将更好好，但预预压荷载载不应大大于地基基土的容容许承载载力。排水固结法法加固软软土地基基是一种种比较成成熟、应应用广泛泛的方法法，它主主要解决决沉降和和稳定问问题一、砂井堆堆载预压压法软粘土渗透透系数很很低，为为了缩短短加载预预压后排排水固结结的历时时，对

42、较较厚的软软土层，常常在地基基中设置置排水通通道，使使土中孔孔隙较快快排出水水。可在在软粘土土中设置置一系列列的竖向向排水通通道(砂砂井、袋袋装砂井井或塑料料排水板板)，在在软土顶顶层设置置横向排排水砂垫垫层如图图6-77所示，借借此缩短短排水途途程，增增加排水水通道，改改善地基基渗透性性能。（一） 砂井地基的的设计砂井地基的的设计主主要包括括选择适适当的砂砂井直径径、间距距、深度度、排列列方式、布布置范围围以及形形成砂井井排水系系统所需需的材料料、砂垫垫层厚度度等，以以使地基基在堆载载预压过过程中，在在预期的的时间内内，达到到所需要要的固结结度（通通常定为为80%）。1砂井的的直径和和间距：

43、砂井的的直径和和间距主要取决于于土的固固结特性性和施工工期的要要求。从从原则上讲，为为达到相相同的固固结度，缩缩短砂井井间距比增加砂砂井直径径效果要要好，即即以“细而密密”为佳，不过过，考虑虑到施工工的可操操作性，普普通砂井的直径为为30005000mmm。砂井井的间距距可根据据地基土的固结结特征和和预定时时间内所所要求达达到的固固结度确定，间间距可按按为直径径的68倍选选用。2砂井深深度：砂砂井深度度主要根根据土层层的分布、地地基中的的附加应应力大小小、施工工期限和条件及地地基稳定定性等因因素确定定。当软软土不厚厚 图6-7 砂井堆堆载预压压（一般为110220m）时时，尽量量要穿过过软土层

44、层达到砂砂层；当当软土过过厚（超超过200m）,不必打打穿粘土土，可根根据建筑筑物对地地基的稳稳定性和和变形的的要求确确定。对对以地基基抗滑稳稳定性控控制的工工程，竖竖井深度度应超过过最危险险滑动面面2.00m以上上。3砂井排排列：砂砂井的平平面布置置可采取取正方形形或等边边三角形形(图66-8)，在大大面积荷荷载作用用下，认认为每个个砂井均均起独立立排水作作用。为为了简化化计算，将将每个砂砂井平面面上的排排水影响响面积以以等面积积的圆来来代替，可可得一根根砂井的的有效排排水圆柱柱体的直直径de和砂井井间距ll的关系系按下式式考虑：等边三角形形布置 （6-18）正方形布置置 （66-199）4

45、砂井的的布置范范围：由由于在基基础以外外一定的的范围内内仍然存存在压应应力和剪剪应力，所所以砂井井的布置置范围应应比基础础范围大大为好，一一般由基基础的轮轮廓线向向外增加加244m。 55砂料料：砂料料宜用中中、粗砂砂，必须须保证良良好的透透水性，含含泥量不不应超过过3%，渗渗透系数数应大于于10-3cmm/s。 6砂垫层层：为了了使砂井井有良好好的排水水通道，砂砂井顶部部应铺设设砂垫层层，垫层层砂料粒粒度和砂砂井砂料料相同，厚厚度一般般为0.5 mm1 m。 （二二）砂井井地基的的固结度度的计算算 砂井井固结理理论采取取了下列列的假设设条件：图6-8 砂井井的平面面布置及及固结渗渗透途径径地

46、基土是是饱和的的，固结结过程是是土中孔孔隙水的的排出过过程；地基表表面承受受连续均均匀的一一次施加加的荷载载；地基土土在该荷荷载作用用下仅有有竖向的的压密变变形，整整个固结结过程地地基土渗渗透系数数不变；加荷开开始时，所所有竖向向荷载全全部由孔孔隙水承承受。采用砂井的的地基固固结度计计算属于于三维问问题。在在轴对称称条件下下的单元元井固结结课题，如如图6-8所示示。可采采用ReedullicTerrzagghi固固结理论论，其表表达式为为 （66-200）式中 CVV、Cr地基基的竖向向和水平平向固结结系数（mm/s22）； r，z距离砂砂井中轴轴线的水水平距离离和深度度（m）。为了求解方方便，采采用了分分离变量量原理，设设，则式式（6-20）可可分解成成 （66-211a） （66-211b）方程（6-21aa）的求求解，可可以采用用Terrzagghi解解答，其其固结度度的计算算公式为为