同济大学地基处理内部讲义

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4.1 地基处理方法 4.2 地基处理技术 4.3 既有建(构)筑物地基加固与基础托换技术 有钱的可以直接下载29-34楼，没有钱的就复制2-28楼吧！ [ 本帖最后由 anderson 于 2007-9-26 07:26 编辑 ]

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一、 处理方法与特点 二、 复合地基计算原理 三、 换填法设计 四、 强夯法设计 五、 预压法设计 六、 水泥土搅拌法设计 七、 托换技术 4.1地基处理方法 4.1.1地基处理的目的 软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性，主要包括： 1)提高地基的抗剪切强度 2)降低地基的压缩性 3)改善地基的透水特性 一种增加地基土的透水性加快固结，另一种是降低透水性或减少其水压力（基坑抗渗透）。 4.1.2 地基处理方法分类及应用范围 软土地基处理的基本方法主要有置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、和热学等方法。 常用地基处理方法的原理、作用及适用范围如下。 1. 换土垫层法 (1)垫层法 其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。 该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。 (2)强夯挤淤法 采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体。可提高地基承载力和减小变形。 适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。 2.振密、挤密法 振密、挤密法的原理是采用一定的手段，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。软土地基中常用强夯法 强夯法 利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性。 3.排水固结法 其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。 排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，尤其是上海地区多夹砂薄层的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。 (1)堆载预压法 在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。 临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。 为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。如粘土层较薄，透水性较好，也可单独采用堆载预压法。 适用于软粘土地基。 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) 在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。 适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。 (3)真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。 适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。 (4)真空-堆载联合预压法 当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。 适用于软粘土地基。 (5)降低地下水位法 通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。 适用于地下水位接近地面而开挖深度不大的工程，特别适用于饱和粉、细砂地基。 (6)电渗排水法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。 适用于饱和软粘土地基。

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4.置换法 其原理是以砂、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)振冲置换法(或称碎石桩法) 碎石桩法是利用一种单向或双向振动的冲头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。 适用于地基土的不排水抗剪强度大于20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。对不排水抗剪强度小于20kPa的软土地基，采用碎石桩时须慎重。 (2)石灰桩法 在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，同时桩与土形成复合地基，达到地基加固的目的。 适用于软弱粘性土地基。 (3)强夯置换法 对厚度小于6m的软弱土层，边夯边填碎石，形成深度3～6m、直径为2m左右的碎石拄体，与周围土体形成复合地基。 适用于软粘土。 (4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩) 是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。 适用于填土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地基。 (6)EPS超轻质料填土法 发泡聚苯乙烯(EPS)的重度只有土的1/50～1/100，并具有较好的强度和压缩性能， 用于填土料可有效减少作用在地基上的荷载，需要时也可置换部分地基土，以达到更好的效果。 适用于软弱地基上的填方工程。 5.加筋法 通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降、或维持建筑物稳定。 (1)土工合成材料 土工合成材料是岩土工程领域中的一种新型建筑材料，是用于土工技术和土木工程，而以聚合物为原料的具渗透性的材料名词的总称。它是将由煤、石油、天然气等原材料制成的高分子聚合物通过纺丝和后处理制成纤维，再加工制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。常见的这类纤维有：聚酰胺纤维(PA，如尼龙、锦纶)、聚酯纤维(如涤纶)、聚丙烯纤维(PP，如腈纶)、聚乙烯纤维(PE，如维纶)以及聚氯乙烯纤维(PVC，如氯纶)等。 利用土工合成材料的高强度、韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度，改善土体或构成加筋土以及各种复合土工结构。土工合成材料的功能是多方面的，主要包括排水作用、反滤作用、隔离作用和加筋作用。 适用于砂土、粘性土和软土，或用作反滤、排水和隔离材料。 (2)加筋土 把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成一个整体，用以提高土体的稳定性。 适用于人工填土的路堤和挡墙结构。 (3)土层锚杆 土层锚杆是依赖于土层与锚固体之间的粘结强度来提供承载力的，它使用在一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程结构，如边坡稳定、基坑围护结构的支护、地下结构抗浮、高耸结构抗倾覆等。 适用于一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程。 (4)土钉 土钉技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，用以弥补土体自身强度的不足。不仅提高了土体整体刚度，又弥补了土体的抗拉和抗剪强度低的弱点，显著提高了整体稳定性。 适用于开挖支护和天然边坡的加固。 (5)树根桩法 在地基中沿不同方向，设置直径为75～250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定边坡。 适用于软弱粘性土和杂填土地基。

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6.胶结法 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)注浆法 其原理是用压力泵把水泥或其它化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的。 适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可加固暗浜和使用在托换工程中。 (2)高压喷射注浆法 将带有特殊喷嘴的注浆管，通过钻孔置入要处理土层的预定深度，然后将水泥浆液以高压冲切土体，在喷射浆液的同时，以一定速度旋转、提升，形成水泥土圆柱体；若喷嘴提升而不旋转，则形成墙状固结体。可以提高地基承载力、减少沉降、防止砂土液化、管涌和基坑隆起。 适用于淤泥、淤泥质土、人工填土等地基。对既有建筑物可进行托换加固。 (3)水泥土搅拌法 利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌，形成坚硬的拌和拄体，与原地层共同形成复合地基。 适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。 7.冷热处理法 冻结法 通过人工冷却，使地基温度低到孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有理想的截水性能和较高的承载力。适用于软粘土或饱和的砂土地层中的临时措施。 8.其它 (1)锚杆静压桩 是结合锚杆和静压桩技术而发展起来的，它是利用建筑物的自重作为反力架的支承，用千斤顶把小直径的预制桩逐段压入地基，在将桩顶和基础紧固成一体后卸荷，以达到减少建筑物沉降的目的。 主要使用于加固处理淤泥质土、粘性土、人工填土和松散粉土。 (2)沉降控制复合桩基 是指桩与承台共同承担外荷载，按沉降要求确定用桩数量的低承台摩擦桩基。目前上海地区沉降控制复合桩基中的桩，宜采用桩身截面边长250mm、长细比在80左右的预制混凝土小桩，同时工程中实际应用的平均桩距一般在5～6倍桩径以上。 主要适用于较深厚软弱地基上，以沉降控制为主的八层以下多层建筑物。

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4.2 复合地基计算理论 一、基本概念 1．复合地基定义 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，故两者有其相似之处，但复合地基属于地基范畴，而桩基属于基础范畴，所以两者又有其本质区别。复合地基中桩体与基础往往不是直接相连的，它们之间通过垫层（碎石或砂石垫层）来过渡；而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。因此，它们的受力特性也存在着明显差异。即复合地基的主要受力层在加固体内而桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内。由于复合地基的理论的最基本假定为桩与桩周土的协调变形。为此，从理论而言，复合地基中也不存在类似桩基中的群桩效应。 2．复合地基分类 根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。水平向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料，如土工聚合物、金属材料格栅等形成的复合地基。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。 在桩体复合地基中，桩的作用是主要的，而地基处理中桩的类型较多，性能变化较大。为此，复合地基的类型按桩的类型进行划分较妥。然而，桩又可根据成桩所采用的材料以及成桩后桩体的强度（或刚度）来进行分类。 桩体如按成桩所采用的材料可分为： 2) 散体土类桩——如碎石桩、砂桩等； 3) 水泥土类桩——如水泥土搅拌桩、旋喷桩等； 4) 混凝土类桩——树根桩、CFG桩等。 桩体如按成桩后的桩体的强度（或刚度）可分为： 1) 柔性桩——散体土类桩属于此类桩； 2) 半刚性桩——水泥土类桩； 3) 刚性桩——混凝土类桩。 半刚性桩中水泥掺入量的大小将直接影响桩体的强度。当掺入量较小时，桩体的特性类似柔性桩；而当掺入量较大时，又类似于刚性桩，为此，它具有双重特性。 由柔性桩和桩间土所组成的复合地基可称为柔性桩复合地基，其它依次为半刚性桩复合地基、刚性桩复合地基。

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二、复合地基承载力计算 1、竖向增强体复合地基承载力计算 复合地基的极限承载力 可用下式表示：

(4.1.5-1)

式中 一桩体极限承载力,kPa； 一天然地基极限承载力,kPa； 一反映复合地基中桩体实际极限承载力的修正系数,与地基土质情况、 成桩方法等因素有关，一般大于1.0； 一反映复合地基中桩间土实际极限承载力的修正系数，其值与地基土 质情况、成桩方法等因素有关，可能大于1.0，也可能小于1.0； 一复合地基破坏时，桩体发挥其极限强度的比例，也称为桩体极限强度发挥度； 一复合地基破坏时，桩间土发挥其极限强度的比例，也称为桩间土极限强度发挥度； 一复合地基置换率， ，其中Ap为桩体面积，Ａ为对应的加固面积。 对刚性桩复合地基和柔性桩复合地基，桩体极限承载力可采用类似摩擦桩极限承载力计算式计算，其表达式为

（4.1.5-2）

式中 一桩周摩阻力极限值； 一桩身周边长度； 一桩身截面面积； 一桩端土极限承载力； 一按土层划分的各段桩长。对柔性桩，桩长大于临界桩长时，计算桩 长应取临界桩长值。 按式(4.1.5-2)计算桩体极限承载力外，尚需计算桩身材料强度允许的单桩极限承载力，即

（4.1.5-3）

式中 一桩体极限抗压强度。 由式(4.1.5-2)和式(4.1.5-3)计算所得的二者中取较小值为桩的极限承载力。 2、水平向增强体复合地基承载力计算 水平向增强体复合地基主要包括在地基中铺设各种加筋材料，如土工织物、土工格栅等形成的复合地基。复合地基工作性状与加筋体长度、强度，加筋层数，以及加筋体与土体间的粘聚力和摩擦系数等因素有关。水平向增强体复合地基破坏可具有多种形式，影响因素也很多（龚晓南，1992）。到目前为止，许多问题尚未完全搞清楚，水平向增强体复合地基的计算理论尚不成熟。这里只介绍Florkiewicz（1990）承载力公式，供借鉴。 图4.1.5-1表示一水平向增强体复合地基上的条形基础。刚性条形基础宽度为 ，下卧厚度为 的加筋复合土层，其视粘聚力为 ，内摩擦角为 ，复合土层下的天然土层粘聚力为 ，内摩擦角为 。Florkiewicz认为基础的极限荷载 是无加筋体（ =0）的双层土体系的常规承载力 和由加筋引起的承载力提高值 之和，即

(4.1.5-5)

复合地基中各点的视粘聚力 值取决于所考虑的方向，其表达式（Schlosser和Long，1974）为

(4.1.5-6)

式中 δ一考虑的方向与加筋体方向的倾斜角； 一加筋体材料的纵向抗拉强度。 采用极限分析法分析，地基土体滑动模式取Prandtl滑移面模式，当加筋复合土层中加筋体沿滑移面AC滑动时，地基破坏。此时，刚性基础竖直向下速度为 ，加筋体沿AC面滑动引起的能量消散率增量为

(4.1.5-7)

忽略了ABCD区和BGFD区中由于加筋体存在（ ≠0）能量消散率增量的增加。根据上限定理，可得到承载力提高值表示式如下：

(4.1.5-8)

式中 值可根据Prandtl滑移面模式确定。

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三、复合地基沉降计算 在各类复合地基沉降实用计算方法中，通常把沉降量分为二部分，即加固区土体压缩量 和加固区下卧层土体压缩量 ，而复合地基总沉降 表达式为 (4.1.6-1) 的计算方法一般有以下三种: 1、复合模量法 将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量Ecs来评价复合土体的压缩性。采用分层总和法计算 ，表达式为 (4.1.6-2) 式中 —第i层复合土上附加应力增量； —第i层复合土层的厚度。 值可通过面积加权法计算或弹性理论表达式计算，也可通过室内试验测定。 面积加权表达式为 (4.1.6-3) 式中 —复合地基面积置换率； —桩体压缩模量； —土体压缩模量。 2、应力修正法 在该法中，根据桩间土承担的荷载 ，按照桩间土的压缩模量 ，忽略增强体的存在，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量 。 (4.1.6-4) 式中 ——应力修正系数， ； ——桩土应力比； ——复合地基在荷载 作用下第 层桩间土的附加应力增量，相当于未加固地基在荷载 作用下第 层土上的附加应力增量； ——未加固地基在荷载 作用下相应厚度内的压缩量。 3、桩身压缩量法 在荷载作用下，桩身压缩量为 (4.1.6-5) 式中 —应力集中系数， ； —桩身长度，即等于加固区厚度 ； —桩身材料变形模量； —桩底端端承力密度。 复合地基加固区下卧层土层压缩量 通常采用分层总和法计算。在分层总和法计算中，作用在下卧层土体上的荷载或土体中附加压力是难以精确计算的。目前在工程应用上，常采用下述三种方法计算： 1、应力扩散法 图4.1-1 下卧层附加应力计算 应力扩散法计算加固区下卧层上附加压力示意图如图4.1-1所示。复合地基上荷载密度为 ，作用宽度为 ，长度为 ，加固区厚度为 ，压力扩散角为 ，则作用在下卧层上的 为 (4.1.6-6) 对条形基础，仅考虑宽度方向扩散，则上式可改写为 (4.1.6-7) 采用应力扩散法计算关键是压力扩散角的合理选用。 2、等效实体法 等效实体法计算加固区下卧层上附加应力示意图如图4.1.6-2(b)所示。复合地基上荷载密度为 ，作用面长度为 ，宽度为 ，加固区厚度为 ， 为等效实体侧摩阻力密度，则作用在下卧层上的附加应力 为 (4.1.6-8) 对于条形基础，上式可改写为 (4.1.6-9) 等效实体法计算关键是侧摩阻力的计算。 3、改进Geddes法 黄绍铭建议采用下述方法计算下卧层土层中应力。复合地基总荷载为 ，桩体承担 ，桩间土承担 。桩间土承担的荷载 在地基所产生的竖向应力 ，其计算方法和天然地基中应力计算方法相同。桩体承担的荷载 在地基中所产生的竖向应力采用Geddes法计算。然后叠加两部分应力得到地基中总的竖向应力。 图4.1.6-3 单桩荷载的组合 S.D.Geddes(1996)年将长度为L的单桩在荷载Q作用下对地基土产生的作用力，可近似地视作如图4.1.6-3所示的桩端集中力 ，桩侧均匀分布的摩阻力 和桩侧随深度线性增长的分布摩阻力 等三种形式荷载的组合。S.D.Geddes根据弹性理论半无限体中作用一集中力的Mindlin应力解积分，导出了单桩的上述三种形式荷载在地基中产生的应力计算公式。地基中的竖向应力 可按下式计算 (4.1.6-10) 式中， 为竖向应力系数。 对于由n根桩组成的桩群，地基中竖向应力可对这n根桩逐根采用上式计算后叠加求得。由桩体荷载 和桩间土荷载 共同产生的地基中竖向应力表达式为 (4.1.6-11)

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4.2地基处理技术 4.2.1换填法 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，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填法.它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。 机械碾压、重锤夯实、平板振动可作为压（夯、振）实垫层的不同机具对待，这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。 按回填材料不同，垫层可分为：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等。 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定：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、暗塘等的浅层处理。 虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的垫层设计都近似的按砂垫层的计算方法进行计算。但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土垫层处理时，因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、膨胀性和冻胀性，所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同。 1、压实原理 当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，如还不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，结合水膜的扩大作用就不大了，因而引力的减少就显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个”最优含水量”，这就是土的压实机理。 在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，要求能获得填土的最大干密度 ,其最大干密度可用室内击实试验确定。在标准的击实方法的条件下，对于不同含水量的土样，可得到不同的干密度 ，从而绘制干密度 和制备含水量 的关系曲线，在曲线上 的峰值，即为最大干密度 与之相应的制备含水量为最优含水量 。 垫层的作用主要有： (1)提高地基承载力 大家知道，浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基的承载力，避免地基破坏。 (2)减少沉降量 一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂垫层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。 (3)加速软弱土层的排水固结 建筑物的不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。 (4)防止冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。 (5)消除膨胀土的胀缩作用 在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用，但垫层厚度应依据变形计算确定，一般不少于0.3m，且垫层宽度应大于基础宽度，而基础的两侧宜用与垫层相同的材料回填。

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2、垫层设计 对垫层的设计，即要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。 (1)垫层厚度的确定 垫层厚度 应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：

(4.2.1-1)

式中 ——垫层底面处的附加应力设计值（kPa）; ——垫层底面处土的自重压力值（kPa）； ——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。 垫层底面处的附加压力值 可按压力扩散角 进行简化计算： 条形基础： (4.2.1-2) 矩形基础： (4.2.1-3) 式中 ——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； ——矩形基础底面的长度（m）； ——基础底面压力的设计值（kPa）； ——基础底面处土的自重压力值（kPa）； ——基础底面下垫层的厚度（m）； ——垫层的压力扩散角（°），可按表4.2.1-1采用。 具体计算时，一般可根据垫层的承载力确定出基础宽度，再根据下卧土层的承载力确定出垫层的厚度。可先假设一个垫层的厚度，然后按式(4.2.1-1)进行验算，直至满足要求为止。

表4.2.1-1 压力扩散角 （°）

换填材料	中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾卵石、碎石	粘性土和粉土 (8< <14)	灰土
0.25	20	6	28
	30	23

注：当 <0.25时，除灰土仍取 ＝ 外，其余材料均取 ＝ ；

当0.25< <0.5时， 值可内插求得。

(2)垫层宽度的确定 垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。关于宽度计算，目前还缺乏可靠的方法。一般可按下式计算或根据当地经验确定。

(4.2.1-4)

式中 ——垫层底面宽度(m)； ——垫层的压力扩散角（°），可按表4.2.1-1采用；当 <0.25时，仍按 =0.25 取值。 垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡，整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。 (3)垫层承载力的确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算下卧层的承载力。 (4)沉降计算 对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量 与下卧土层的变形量 之和。 对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层，宜早换填并考虑其附加的荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。

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2、垫层施工 (1)机械碾压法 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。 工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数 与施工含水量进行控制。 (2)重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。 重锤夯实法的主要设备为起重机械、夯锤、钢丝绳和吊钩等。 当直接用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起重能力一般应大于锤重的三倍。采用脱钩夯锤时，起重能力应大于夯锤重量的1.5倍。 夯锤宜采用圆台形，锤重宜大于2t，锤底面单位静压力宜为15～20kPa。夯锤落距宜大于4m。 (3)平板振动法 平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。 振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1mim以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为1.2～1.5m。 振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。 (4)垫层材料选择 1)砂石 应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3％，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30％～50％的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。 2)粘土(均质土) 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。 3)灰土 体积比宜为2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。 4)素土 素土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。 5)粉煤灰 可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土30～0cm。 6)干渣 干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用8～40mm与40～60mm的分级干渣，或0～60mm的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。 用于垫层的干渣技术条件应符合下列规定：稳定性合格；松散密度不小于1.1t/m3；泥土与有机质含量不大于5％。对于一般场地平整，干渣质量可不受上述指标限制。

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4.2.2　排水固结 1、概述 　　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)等竖向排水体，然后利用建筑物本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，同时强度逐步提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。 　　实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。 　　排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。 　　排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结可利用超载的方法。真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。 2、加固机理 (1)堆载预压加固机理 　　预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。 　　在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。如地基内某点的总应力增量为 ，有效应力增量为 ，孔隙水压力增量为 ，则三者满足以下关系： 用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力 并使孔隙水压力 消散而增加　　有效应力 的方法。堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结。 　　地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。软粘土层越厚，一维固结所需的时间越长。如果淤泥质土层厚度大于10～20m，要达到较大固结度 >80%，所需的时间要几年至几十年之久。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置垂向排水体。这时土层中的孔隙水主要通过砂井和部分从竖向排出。所以砂井(袋装砂井或塑料排水带)的作用就是增加排水条件。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；加速地基土强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从理论和实践上都得到了证实。 (2)真空预压加固机理 　　真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再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。 　　当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。 　　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。 　　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。 　　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。

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3、设计与计算 　　排水固结法的设计，实质上就是进行排水系统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间。 (1)计算理论 1)瞬时加荷条件下固结度计算 不同条件下平均固结度计算公式见表4.2.2-1。

表4.2.2-1 不同条件下平均固结度计算公式

序号	条 件	平均固结度计算公式			备 注
1	竖向排水固结 ( >30%)				Tezaghi解
2	内径向排水固结		1		Barron解
3	竖向和内径向排水固结(砂井地基平均固结度)	=
4	砂井未贯穿受压土层的平均固结度
5	普遍表达式

表中： ——竖向固结系数， 　　　 ——径向固结系数(或称水平向固结系数), 　　　 ——每一个砂井有效影响范围的直径； 　　　 ——砂井直径。

2)逐渐加荷条件下地基固结度的计算 以上计算固结度的理论公式都是假设荷载是一次瞬间加足的。实际工程中，荷载总是分级逐渐施加的。因此，根据上述理论方法求得固结时间关系或沉降时间关系都必须加以修正。修正的方法有改进的太沙基法和改进的高木俊介法。 a、改进的太沙基法 对于分级加荷的情况，太沙基的修正方法是假定： (a)每一级荷载增量 所引起的固结过程是单独进行的，与上一级荷载增量所引起的固结度完全无关； (b)总固结度等于各级荷载增量作用下固结度的叠加； (c)每一级荷载增量 在等速加荷经过时间 的固结度与在 /2时的瞬时加荷的固结度相同，也即计算固结的时间为 /2。 (d)在加荷停止以后，在恒载作用期间的固结度，即时间 大于 （此处 为 的加载期）时的固结度和在 时瞬时加荷 后经过时间 的固结度相同； (e)所算得的固结度仅是对本级荷载而言，对总荷载还要按荷载的比例进行修正。 对多级等速加荷，修正通式为： (4.2.2-1) 式中 ——多级等速加荷， 时刻修正后的平均固结度； ——瞬时加荷条件的平均固结度； 、 ——分别为每级等速加荷的起点和终点时间（从时间0点起算）。当计算某一级加荷期间 的固结度时，则 改为 ； ——第 级荷载增量，如计算加荷过程中某一时刻 的固结度时，则用该时刻相对应的荷载增量。 b、改进的高木俊介法 该法是根据巴伦理论，考虑变速加荷使砂井地基在辐射向和垂直向排水条件下推导出砂井地基平均固结度的，其特点是不需要求得瞬时加荷条件下地基固结度，而是可直接求得修正后的平均固结度。修正后的平均固结度为： (4.2.2-2) 式中 —— 时多级荷载等速加荷修正后的平均固结度（%）； ——各级荷载的累计值； ——第 级荷载的平均加速度率（kPa/d）； 、 ——分别为各级等速加荷的起点和终点时间（从零点起算），当计算某一级等速 加荷过程中时间 的固结度时，则 改为 ； 、 ——见表4.2.2-1。 c、影响砂井固结度的几个因素 (a)关于初始孔隙水压力。 (b)关于涂抹作用。 (c)关于砂料的阻力。

d、地基土抗剪强度增长的预估

在预压荷载作用下，随着排水固结的进程，地基土的抗剪强度就随着时间而增长；另一方面，剪应力随着荷载的增加而加大，而且剪应力在某种条件（剪切蠕动）下，还能导致强度的衰减。因此，地基中某一点在某一时刻的抗剪强度 可表示为： (4.2.2-3) 式中 ——地基中某点在加荷之前的天然地基抗剪强度。用十字板或无侧限抗压强 度试验、三轴不排水剪切试验测定； ——由于固结而增长的抗剪强度增量； ——由于剪切蠕动而引起的抗剪强度衰减量。 考虑到由于剪切蠕动所引起强度衰减部分 目前尚难提出合适的计算方法，故该式为： (4.2.2-4) 式中 是考虑剪切蠕变及其它因素对强度影响的一个综合性的折减系数。 值与地基土在附加剪应力作用下可能产生的强度衰减作用有关，根据国内有些地区实测反算的结果， 值为0.8～0.85。如判断地基土没有强度衰减可能时，则 =1.0。 (4.2.2-5)

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(2)堆载预压法设计 堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用；排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确定。 1)加压系统设计 　　堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。 　　堆载一般用填土、砂石等散粒材料；油罐通常利用灌体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。 　　由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足已加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降，具体计算步骤如下： a、 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载 。对长条梯形填土，可根据Fellennius公式估算： (4.2.2-6) 式中　 ——安全系数，建议采用1.1～1.5;　　　 ——天然地基土的不排水抗剪强度(kPa)，由无侧限、三轴不排水试验或原位十字 板剪切试验测定； b、 计算第一级荷载下地基强度增长值。在 荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高以后的地基强度为 ， (4.2.2-7) 式中 为 作用下地基因固结而增长的强度。它与土层的固结度有关，一般可先假定一固结度，通常可假定为70%，然后求出强度增量 。 为考虑剪切蠕动的强度折减系数。 c、 计算 作用下达到所确定固结度与所需要的时间。 d、 根据第二步所得到的地基强度 计算第二级所施加的荷载 。 　　 　 　　　　　　　　　　　 　(4.2.2-8) e、 按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。 f、 计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。 2)排水系统设计 a、竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若需要设置竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井。 b、竖向排水体深度设计 　　竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和施工条件以及地基稳定性等因素确定。 　　(a)当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层； 　　(b)当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果； 　　(c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般为0.1～0.2)； 　　(d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体长度应大于最危险滑动面的深度。 　　(e)按沉降控制的工程，排水体长度可从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。 　　竖向排水体长度一般为10～25m。 c、竖向排水体平面布置设计 　　普通砂井直径一般为200mm～500mm，井径比为6～8。 　　袋装砂井直径一般为70mm～100mm，井径比为15～30。 　　塑料排水带常用当量直径表示，塑塑料排水带宽度为 ，厚度为 ，则换算直径可按下式计算: 　　　 　　 　　　　　　 　　　　(4.2.2-9) 式中 为换算系数，一般 =0.75～1.0。塑料排水带尺寸一般为100mm×4mm，井径比为15～30。 　　竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施工期限的要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行，由于软土的渗透性比砂性土为小，所以排水体的理论直径可很小。但直径过小，施工困难，直径过大对增加固结速率并不显著。从原则上讲，为达到同样的固结度，缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好，即井距和井间距关系是“细而密”比“粗而稀”为佳。 　　竖向排水体在平面上可布置成正三角形(梅花形)或正方形，以正三角形排列较为紧凑和有效。 　　正方形排列的每个砂井，其影响范围为一个正方形，正三角形排列的每个砂井，其影响范围则为一个正六边形。在实际进行固结计算时，由于多边形作为边界条件求解很困难，为简化起见，巴伦建议每个砂井的影响范围由多边信改为由面积与多边形面积相等的圆来求解。 　　正方形排列时： 　　　　 　　 　　正三角形排列时： 　　　 　　 式中　 ——每一个砂井有效影响范围的直径; 　　　 ——砂井间距。 　　竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大大约2～4m。 d、砂料设计 　　制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过3%。 　　e、地表排水砂垫层设计 　为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%。 　　砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。陆上施工时，砂垫层厚度一般取0.5m左右；水下施工时，一般为1m左右。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽，并伸出砂井区外边线2倍砂井直径。在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。

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(3)现场监测设计 堆载预压法现场监测项目一般包括地面沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测，如有条件可径向地基中深层沉降和水平位移观测。根据工程经验，提出如下控制要求：对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm，对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔压不得超过预压荷载的50～60%，并且应根据上述观察资料综合分析、判断地基的稳定性。预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。

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4.2.3 强夯法和强夯置换法 强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，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、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。 强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。 　　当前，应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程，同时应在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果。 工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。 1、加固机理 强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压 目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。

(1)动力密实

　　采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。 (2)动力固结 　　用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。动力固结理论可概述为： 　　1)饱和土的压缩性　Menard教授认为，由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都含有以微气泡形式出现的气体，其含气量大约在1%～4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩， 孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。 　　2)局部产生液化　在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。孔隙水压力与液化压力之比称为液化度，而液化压力即为覆盖压力。当液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。此时， 吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。 　　3)渗透性变化　在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。在有规则网格布置夯点的现场，通过积聚的夯击能量，在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。 　　当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。 　　4)触变恢复　在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，使土的强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。 　　鉴于以上强夯法加固的机理，Menard对强夯中出现的现象，又提出了一个新的弹簧活塞模型，对动力固结的机理作了解释。 　静力固结理论与动力固结理论的模型间区别主要表现为以下四个主要特性，见表4.2.3-1。

表4.2.3-1 静力固结和动力固结理论对比

静力固结理论(图4.2.3-1a)	动力固结理论(图4.2.3-1b)
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	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

(3)动力置换 　　动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或桩)。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石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。

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2、强夯法的设计 (1)有效加固深度 有效加固深度既是选择地基处理方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数。一般可按下列公式估算有效加固深度，或按表4.2.3-2预估： 　　 　　　　　 　(4.2.3-1) 式中 ——有效加固深度(m)； ——夯锤重(t)；　 ——落距(m)； ——系数，须根据所处理地基土的性质而定，对软土可取0.5，对黄土可取0.34～ 0.5。

表4.2.3-2 强夯的有效加固深度(m)

单击夯击能/kN·m	碎石土、砂土 等粗颗粒土	粉土、粘性土、湿陷性黄土 等细颗粒土
1000	5.0～6.0	4.0～5.0
2000	6.0～7.0	5.0～6.0
3000	7.0～8.0	6.0～7.0
4000	8.0～9.0	7.0～8.0
5000	9.0～9.5	8.0～8.5
6000	9.5～10.0	8.5～9.0
8000	10.0～10.5	9.0～9.5

注：强夯的有效加固深度应从最初起夯面算起。

(2)夯锤和落距 　　单击夯击能为夯锤重 与落距 的乘积。一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大, 夯击击数少, 夯击遍数也相应减少, 加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。在一般情况下，对粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2，对细颗粒土可取1500～4000kN·m/m2。 　　但对饱和粘性土所需的能量不能一次施加，否则土体会产生侧向挤出，强度反而有所降低，且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍间可间歇一段时间，这样可逐步增加土的强度，改善土的压缩性。 在设计中，根据需要加固的深度初步确定采用的单击夯击能，然后再根据机具条件因地制宜地确定锤重和落距。 　　一般国内夯锤可取10～25t。夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。夯锤的平面一般为圆形，夯锤中设置若干个上下贯通的气孔，孔径可取250～300mm，它可减小起吊夯锤时的吸力(在上海金山石油化工厂的试验工程中测出，夯锤的吸力达三倍锤重)；又可减少夯锤着地前的瞬时气垫的上托力。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40kPa，对砂性土和碎石填土，一般锤底面积为2～4m2；对一般第四纪粘性土建议用3～4m2；对于淤泥质土建议采用4～6m2；对于黄土建议采用4.5～5.5m2。同时应控制夯锤的高宽比，以防止产生偏锤现象，如黄土，高宽比可采用1:2.5～1:2.8。 　　夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锤的落距。国内通常采用的落距是8～25m。对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案，这是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。 (3)夯击点布置及间距 　 1)夯击点布置　夯击点布置一般为三角形或正方形。强夯处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。 　　2)夯击点间距　夯击点间距(夯距)的确定，一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。 (4)夯击击数与遍数 　　1)夯击击数　每遍每夯点的夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件： 　　a. 最后两击的夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm； 　　b.夯坑周围地面不应发生过大隆起； 　　c.不因夯坑过深而发生起锤困难。 　　 总之，各夯击点的夯击数，应使土体竖向压缩最大，而侧向位移最小为原则，一般为4～10击。 　　2)夯击遍数　夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。 　　(5)垫层铺设 　　强夯前要求拟加固的场地必需具有一层稍硬的表层，使其能支承起重设备；并便于对所施工的“夯击能”得到扩散；同时也可加大地下水位与地表面的距离，因此有时必需铺设垫层。对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.5～2.0m。铺设的垫层不能含有粘土。 (6)间歇时间 　　各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2～4min，故对渗透性较大的砂性土， 两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。目前国内有的工程对粘性土地基的现场埋设了袋装砂井(或塑料排水带)，以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。 (7)现场测试 　　1.地面及深层变形 地面变形研究的目的是： 　　1) 了解地表隆起的影响范围及垫层的密实度变化； 　　2) 研究夯击能与夯沉量的关系，用以确定单点最佳夯击能量； 　　3) 确定场地平均沉降和搭夯的沉降量，用以研究强夯的加固效果。 　　变形研究的手段是：地面沉降观测、深层沉降观测和水平位移观测。 　　地面变形的测试是对夯击后土体变形的研究。每当夯击一次应及时测量夯击坑及其周围的沉降量、隆起量和挤出量。 　　2.孔隙水压力　一般可在试验现场沿夯击点等距离的不同深度以及等深度的不同距离埋设双管封闭式孔隙水压力仪或钢弦式孔隙水压力仪，在夯击作用下，进行对孔隙水压力沿深度和水平距离的增长和消散的分布规律研究。从而确定两个夯击点间的夯距、夯击的影响范围、间歇时间以及饱和夯击能等参数。 　　3.侧向挤压力 　将带有钢弦式土压力盒的钢板桩埋入土中后，在强夯加固前，各土压力盒沿深度分布的土压力的规律，应与静止土压力相近似。在夯击作用下，可测试每夯击一次的压力增量沿深度的分布规律。 4.振动加速度　通过测试地面振动加速度可以了解强夯振动的影响范围。通常将地表的最大振动加速度为0.98m/s2处(即认为是相当于七度地震设计烈度)作为设计时振动影响安全距离。但由于强夯振动的周期比地震短得多，强夯产生振动作用的范围也远小于地震的作用范围，所以强夯施工时，对附近已有建筑物和施工的建筑物的影响肯定要比地震的影响为小。为了减少强夯振动的影响，常在夯区周围设置隔振沟。

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3、强夯置换法的设计 强夯置换法的设计内容与强夯法基本相同，也包括：起重设备和夯锤的确定、夯击范围和夯击点布置、夯击击数和夯击遍数、间歇时间和现场测试等。 强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30％。 强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。 夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件： 1墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长； 2累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0倍； 3最后两击的平均夯沉量应满足强夯法的规定。 墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的2～3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5～2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1～1.2倍。 墩顶应铺设一层厚度不小于500mm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm。 确定软粘性土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。 4、施工方法 　　西欧国家所用的起重设备大多为大吨位的履带式起重机，稳定性好，行走方便；最近日本采用轮胎式起重机进行强夯作业，亦取得了满意结果；国外除使用现成的履带吊外，还制造了常用的三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m，国外所用履带吊都是大吨位的吊机，通常在100t以上。由于100t吊机，其卷扬机能力只有20t左右，如果夯击工艺采用单缆锤击法，则100t的吊机最大只能起吊20t的夯锤。我国绝大多数强夯工程只具备小吨位起重机的施工条件，所以只能使用滑轮组起吊夯锤，利用自动脱钩的装置，使锤形成自由落体。拉动脱钩器的钢丝绳，其一端拴在桩架的盘上，以钢丝绳的长短控制夯锤的落距，夯锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩提升到要求的高度时，张紧的钢丝绳将脱钩器的伸臂拉转一个角度，致使夯锤突然下落。有时为防止起重臂在较大的仰角下突然释重而有可能发生后倾，可在履带起重机的臂杆端部设置辅助门架，或采取其它安全措施，防止落锤时机架倾覆。自动脱钩装置应具有足够的强度，且施工时要求灵活。 5、质量检验 　　强夯施工结束后应间隔一定时间方能对地基加固质量进行检验。对碎石土和砂土地基，其间隔时间可取1～2周；对粉土和粘性土地基可取2～4周。强夯置换地基间隔时间可取4周。 　　质量检验方法可采用：1) 室内试验；2) 十字板试验；3) 动力触探试验(包括标准贯入试验)；4) 静力触探试验；5) 旁压仪试验；6) 载荷试验；7) 波速试验。 　　强夯法检测点位置可分别布置在夯坑内、夯坑外和夯击区边缘。其数量应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定。对简单场地上的一般建筑物，每个建筑物地基的检验点不应少于3处；对复杂场地或重要建筑物地基应增加检验点数。检验深度应不小于设计处理的深度。强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1％，且不应少于3点。 强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。

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4.2.4水泥土搅拌法 1、概述 　　水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。 水泥土搅拌法分为深层搅拌法(以下简称湿法)和粉体喷搅法(以下简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30％(黄土含水量小于25％)、大于70％或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。湿法的加固深度不宜大于20m；干法不宜大于15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于500mm。 水泥加固土的室内试验表明，有些软土的加固效果较好，而有的不够理想。一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度(pH值)较低的粘性土的加固效果较差。 2、加固机理 　　水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。 　　1.水泥的水解和水化反应　普通硅酸盐水泥主要是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及三氧化硫等组成，由这些不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、硫酸钙等. 用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很快与软土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。 　　所生成的氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，这样周围的水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液中，形成胶体。 　　2.土颗粒与水泥水化物的作用　当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架; 有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。 　　(1)离子交换和团粒化作用　粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有阴离子Na+或钾离子K+，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中钙离子Ca++进行当量吸附交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使土体强度提高。 　　水泥水化生成的凝胶粒子的比表面积约比原水泥颗粒大1000倍，因而产生很大的表面能，有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的团粒结构，并封闭各土团的空隙，形成坚固的联结，从宏观上看也就使水泥土的强度大大提高。 　　(2)硬凝反应　随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，增大了水泥土的强度， 　　从扫描电子显微镜观察中可见，拌入水泥7天时，土颗粒周围充满了水泥凝胶体，并有少量水泥水化物结晶的萌芽。一个月后水泥土中生成大量纤维状结晶，并不断延伸充填到颗粒间的孔隙中，形成网状构造。到五个月时，纤维状结晶辐射问外伸展，产生分叉，并相互连结形成空间网状结构，水泥的形状和土颗粒的形状已不能分辨出来。 　　3.碳酸化作用　水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。 　　从水泥土的加固机理分析，由于搅拌机械的切削搅拌作用，实际上不可避免地会留下一些未被粉碎的大小土团。在拌入水泥后将出现水泥浆包裹土团的现象，而土团间的大孔隙基本上已被水泥颗粒填满。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥较多的微区，而在大小土团内部则没有水泥。只有经过较长的时间，土团内的土颗粒在水泥水解产物渗透作用下，才逐渐改变其性质。因此在水泥土中不可避免地会产生强度较大和水稳性较好的水泥石区和强度较低的土块区。两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥土结构。可见，搅拌越充分，土块被粉碎得越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也最高。

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3、水泥加固土工程性能 　　水泥掺入比 为 掺加的水泥重量 = ×100％ 被加固软土的湿重量 或 掺加的水泥重量 水泥掺量 = (kg/m3) 被加固土的体积 　　(1)水泥土的物理性质 　　1)含水量　水泥土在硬凝过程中，由于水泥水化等反应，使部分自由水以结晶水的形式固定下来，故水泥土的含水量略低于原土样的含水量，水泥土含水量比原土样含水量减少0.5%～7.0%，且随着水泥掺入比的增加而减小。 　　2)重度　由于拌入软土中的水泥浆的重度与软土的重度相近，所以水泥土的重度与天然软土的重度相差不大，水泥土的重度仅比天然软上重度增如0.5%～3.0%，所以采用水泥土搅拌法加固厚层软土地基时，其加固部分对于下部未加固部分不致产生过大的附加荷重，也不会产生较大的附加沉降。 　　3)相对密度　由于水泥的相对密度为3.1，比一般软土的相对密度2.65～2.75为大，故水泥土的相对密度比天然软土的相对密度稍大。水泥土相对密度比天然软土的相对密度增加0.7%～2.5%。 　　4)渗透系数　水泥土的渗透系数随水泥掺入比的增大和养护龄期的增长而减小，一般可达10-5～10-8cm/s数量级。对于上海地区的淤泥质粘土，垂直向渗透系数也能达到10-8cm/s数量级，但这层土常局部夹有薄层粉砂，水平向渗透系数往往高于垂直向渗透系数，一般为10-4cm/s数量级。因此，水泥加固淤泥质粘土能减小原天然土层的水平向渗透系数，而对垂直向渗透性的改善，效果不显著。水泥土减小了天然软土的水平向渗透性，这对深基坑施工是有利的，可利用它作为防渗帷幕。 　　(2)水泥土的力学性质 　　1)无侧限抗压强度及其影响因素　水泥土的无侧限抗压强度一般为300～4000kPa，即比天然软土大几十倍至数百倍。其变形特征随强度不同而介于脆性体与弹塑体之间。 　　影响水泥土的无侧限抗压强度的因素有：水泥掺入比、水泥标号、龄期、含水量、有机质含量、外掺剂、养护条件及土性等。下面根据试验结果来分析影响水泥土抗压强度的一些主要因素。 　　①水泥掺入比 对强度的影响 　　水泥土的强度随着水泥掺入比的增加而增大，当 <5%时，由于水泥与土的反应过弱，水泥土固化程度低，强度离散性也较大，故在水泥土搅拌法的实际施工中，选用的水泥掺入比必须大于7%。 　　根据试验结果分析，发现当其它条件相同时，某水泥掺入比 的强度 与水泥掺入比 =12%的强度 的比值 / 与水泥掺入比 的关系有较好的归一化性质。由回归分析得到: / 与 呈幂函数关系，其关系式如下: 　　　　　 　　　　　　　　　 (4.2.4-1) 　(相关系数 =0.999，剩余标准差 =0.022，子样数 =7) 　　上式适用的条件是: ＝(5～16)%。 　　在其它条件相同的前提下两个不同水泥掺入比的水泥土的无侧限抗压强度之比值随水泥掺入比之比的增大而增大。经回归分析得到两者呈幂函数关系，其经验方程式为: 　　　　　　 　　　　　　　　 (4.2.4-2) 　　( =0.997, =0.015, =14) 式中　 ——水泥掺入比为 的无侧限抗压强度; 　　　 ——水泥掺入比为 的无侧限抗压强度。 　　上式适用的条件是: ＝(5～20)%； / ＝0.33～3.00。 　　②龄期对强度的影响 　　水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析, 得到在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系，这些关系式如下: 　　　　　　 =(0.47～0.63) 　　　　　 =(0.62～0.80) 　　 　　　　　　 =(1.15～1.46) 　　　 　 =(1.43～1.80) 　　　　　　 =(2.37～3.73) 　 　　 =(1.73～2.82) 　 上式 、 、 、 、 分别为7d、14d、28d、60d和90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。 　　当龄期超过3个月后，水泥土的强度增长才减缓。同样，据电子显徽镜观察，水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成。因此水泥土选用3个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。一般情况下，龄期少于3d的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差，离散性较大。 　　回归分析还发现在其它条件相同时, 某个龄期( )的无侧限抗压强度 与28天龄期的无侧限抗压强度 的比值 与龄期 的关系具有较好的归一化性质, 且大致呈幂函数关系。其关系式如下: 　　　　　 　　　　　　　　　 (4.2.4-3) 　　( =0.997， =0.037， =5) 　　上式中龄期的适用范围是(7～90)天。 　　在其它条件相同的前提下，两个不同龄期的水泥土的无侧限抗压强度之比随龄期之比的增大而增大。经回归分析得到两者呈幂函数关系，其经验方程式为: 　　　　　 　　　　　　　　 　(4.2.4-4) 　　( =0.992， =0.021， =9) 式中　 ──龄期为 的无侧限抗压强度; 　　　 ──龄期为 的无侧限抗压强度。 　　上式适用的条件是： =(7～90)天； ＝0.08～0.67和 ＝1.50～12.85。 　　综合考虑水泥掺入比与龄期的影响，经回归分析，得到如下经验关系式: 　　　　　 　　　　　　　　　(4.2.4-5) 式中　 ──水泥掺入比为 龄期为 的无侧限抗压强度; 　　　 ──水泥掺入比为 龄期为 的无侧限抗压强度。 　　上式成立的条件是： ＝(5～20)%， / =0.33～3.00； =(7～90)天。当 ＝ 时, 应采用式(10-10)；当 ＝ 时, 应采用式(10-2)。 　　③水泥标号对强度的影响 　　水泥土的强度随水泥标号的提高而增加。水泥标号提高100号，水泥土的强度 约增大(50～90)%。如要求达到相同强度，水泥标号提高100号，可降低水泥掺入比(2～3)%。 　　④土样含水量对强度的影响 　　水泥土的无侧限抗压强度 随着土样含水量的降低而增大，当土的含水量从157%降低至47%时，无侧限抗压强度则从260kPa增加到2320kPa。一般情况下，土样含水量每降低10％，则强度可增加(10～50)%。 　　⑤土样中有机质含量对强度影响 　　有机质含量少的水泥土强度比有机质含量高的水泥土强度大得多。由于有机质使土体具有较大的水溶性和塑性，较大的膨胀性和低渗透性，并使土具有酸性，这些因素都阻碍水泥水化反应的进行。因此，有机质含量高的软土，单纯用水泥加固的效果较差。 　　⑥外掺剂对强度的影响 　　不同的外掺剂对水泥土强度有着不同的影响。如木质素磺酸钙对水泥土强度的增长影响不大，主要起减水作用。石膏、三乙醇胺对水泥土强度有增强作用，而其增强效果对不同土样和不同水泥掺入比又有所不同，所以选择合适的外掺剂可提高水泥土强度和节约水泥用量。 　　一般早强剂可选用三乙醇胺、氯化钙、碳酸钠或水玻璃等材料，其掺入量宜分别取水泥重量的0.05%、2%、0.5%和2%；减水剂可选用木质素磺酸钙，其掺入量宜取水泥重量的0.2%；石膏兼有缓凝和早强的双重作用，其掺入量宜取水泥重量的2%。 　　掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般都比不掺粉煤灰的有所增长。不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高10%，故在加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可稍微提高水泥土的强度。 　　⑦养护方法 　　养护方法对水泥土的强度影响主要表现在养护环境的湿度和温度。 　　国内外试验资料都说明，养护方法对短龄期水泥土强度的影响很大，随着时间的增长，不同养护方法下的水泥土无侧限抗压强度趋于一致，说明养护方法对水泥土后期强度的影响较小。 　　2)抗拉强度　水泥土的抗拉强度 随无侧限抗压强度 的增长而提高。当水泥土的抗压强度 ＝0.500～4.00MPa时，其抗拉强度 ＝0.05～0.70MPa，即 ＝(0.06～0.30) 。 　　抗压与抗拉这两类强度有密切关系，根据试验结果的回归分析，得到水泥土抗拉强度 与其无侧限抗压强度 有幂函数关系: 　　　　　 　　　　　　　　 　(4.2.4-6) 　　( =0.991， =0.006， =12) 　　上式成立的条件是： ＝0.5～3.5MPa。 　　3)抗剪强度　水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。当 ＝0.30～4.0MPa时，其粘聚力 =0.10～1.0MPa，一般约为 的(20～30)%，其内摩擦角变化在20°～30°之间。 　　水泥土在三轴剪切试验中受剪破坏时，试件有清楚而平整的剪切面，剪切面与最大主应力面夹角约60°。 　　根据作者试验结果的回归分析，得到水泥土的内聚力 与其无侧限抗压强度 大致呈幂函数关系，其关系式如下: 　　　　　 　　　　　　　　　 (4.2.4-7) 　　( =0.903， =0.051， =9) 　　上式成立的条件是： ＝0.3～1.3MPa。 　　4)变形模量　当垂直应力达50％无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变的比值，称之为水泥土的变形模量 。当 ＝0.1～3.5MPa时，其变形模量 ＝10～550MPa，即 ＝(80～150) 。 　　根据试验结果的线性回归分析，得到 与 大致呈正比关系，它们的关系式为: 　　　　　　　 =126 　　　　　　　 (4.2.4-8) 　　( =0.996， =5.529， =16) 　　5)压缩系数和压缩模量　水泥土的压缩系数约为(2.0～3.5)×10-5(kPa)-1，其相应的压缩模量 ＝(60～100)MPa。 　　(3)水泥土抗冻性能　水泥土试件在自然负温下进行抗冻试验表明，其外观无显著变化，仅少数试块表面出现裂缝，并有局部微膨胀或出现片状剥落及边角脱落，但深度及面积均不 大，可见自然冰冻不会造成水泥土深部的结构破坏。