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前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 前言第十八讲浅基础一、 内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、 重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型 浅基础根据形状和大小可分成独立基础、条形基础(包括十字交叉条形基础)、筏板基础、箱形基础及壳体基础等类型。根据基础所用材料的性能又可分为无筋扩展基础和扩展基础。(一)无筋扩展基础无筋扩展基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度较低，设计时要求基础的外伸宽度和基础高度的比值在一定限度内，以避免基础截面的拉应力和剪应力超过其材料强度设计值。无筋扩展基础可用于六层和六层以下(三合土基础不宜超过四层)的民用建筑和砌体承重的厂房。无筋扩展基础又可分为墙下无筋扩展条形基础和柱下无筋扩展独立基础。(二)扩展基础钢筋混凝土扩展基础主要有墙下条形基础、柱下单独基础、柱下条形基础、十字交叉条形基础、筏板基础和箱形基础等。这类基础具有良好的抗剪能力和抗弯能力，并具有耐久性和抗冻性好、构造形式多样、可满足不同的建筑和结构功能要求，能与上部结构结合成整体共同工作等优点。【例题1】某基础采用素混凝土材料，该基础形式为（）。A.条形基础B.筏板基础C.十字交叉基础D. 无筋扩展基础答案：D1．独立基础钢筋混凝土独立基础主要指柱下基础，通常有现浇台阶形基础、现浇锥形基础和预制柱的杯口形基础等。2．钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土条形基础可分为墙下钢筋混凝土条形基础、柱下钢筋混凝土条形基础和十字交叉钢筋混凝土条形基础等。3．筏板基础当地基承载力低，而上部结构的荷重又较大，以致十字交叉条形基础仍不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时，可采用钢筋混凝土满堂基础，这种满堂基础称为筏板基础。筏板基础类似一块倒置的楼盖，比十字交叉条形基础有更大的整体刚度，有利于调整地基的不均匀沉降，较能适应上部结构荷载分布的变化。筏板基础又可分为平板式和梁板式两种类型。4．箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内外隔墙形成的一个刚度极大的箱体形基础。箱形基础比筏板基础具有更大的抗弯刚度，可视为绝对刚性基础。为了加大箱形基础的底板刚度，也可采用“套箱式”的箱形基础。【例题2】在下列各种基础形式中，最有利于调整地基不均匀沉降的是（）。A.条形基础B.独立基础C.无筋扩展基础D.筏板基础答案：D【例题3】在下列各种基础形式中，能够视为绝对刚性基础的是（）。A.条形基础B.独立基础C.箱形基础D.筏板基础答案：C二、基础的埋置深度二、基础的埋置深度 基础的埋置深度(简称埋深)是指基础底面到天然地面的垂直距离。选择合适的基础埋置深度关系到地基的可靠性、施工的难易程度、工期的长短以及造价的高低等，因此，选择合适的基础埋深是地基基础设计工作中的重要环节。确定浅基础埋深的原则是，凡能浅埋的应尽量浅埋。但考虑到基础的稳定性、动植物的影响等因素，除岩石地基外，基础最小埋深不宜小于0.5m，并要求满足地基稳定性和变形条件。影响基础埋深的条件很多，应综合考虑以下因素后加以确定：1．建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的类型和构造条件；2．工程地质和水文地质条件，主要是选择合适的土层作为基础的持力层；3．相邻建筑物基础对埋深的影响；4．地基土冻胀和融陷的影响等。【例题4】对于建筑物的基础埋深，除岩石地基以外，其最小值不宜小于（）。A.标准冻深B.0.5m C.1.0m D.2m 答案：B【例题5】影响基础埋深的因素当中不包括（）。A.建筑物的用途B.工程地质和水文地质条件C.地基土冻胀和融陷的影响D.砼强度等级答案：D三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定 1．地基承载力确定地基承载力的确定方法主要有现场载荷试验方法、按规范承载力表确定的方法、理论公式计算方法及其他原位测试经验公式确定方法等。各种确定方法的选用应以建筑物的安全等级并结合具体的工程条件进行。(1)地基承载力的理论计算公式对轴心荷载作用或荷载作用偏心距e≤0.033b(b为基础的宽度)的基础,根据土的抗剪强度指标确定地基承载力的公式如下：fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck (17-3-1)式中fa—由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值(容许承载力值)；Mb、Md、Mc—承载力系数，根据基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值φk按《建筑地基基础设计规范GB50007—2002》表5.2.5确定；γ—持力层土的重度；γm—基底以上土层的加权平均重度；b—基础底面宽度(m)，当基础宽度大于6m时按6m考虑，对于砂土，小于3m时按3m计算；d—基础埋置的深度(m);一般自室外地面标高算起。在填方整平区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱型基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起，其他情况从室内地面标高算起。ck—基底下一倍短边基宽深度范围内土的粘聚力标准值。【例题6】对于采用土的抗剪强度指标确定地基承载力时的建筑物基础的特点为（）。A.采用扩展基础B. 采用无筋扩展基础C.承受偏心荷载D.轴心荷载作用或荷载作用偏心距e≤0.033b(b为基础的宽度)的基础答案：D【例题7】对于带有地下室采用条形基础的建筑物的基础埋深，其起算点为（）。A.自室外地面标高算起B.自室内地面标高算起C.自±0.00算起D.自填土地面标高算起答案：B采用式(17-3-1)理论公式确定地基承载力设计值时，必须进行地基的变形验算。公式中使用的抗剪强度指标ck和φk，对一级建筑物应采用不固结不排水三轴压缩试验的结果，其他情况推荐采用不固结快剪试验结果。当考虑实际工程中有可能使地基产生一定的固结度时，也可以采用固结快剪的指标。(2)按经验值(规范承载力表)确定地基承载力的方法公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024—85)中采用了按经验值确定地基承载力的方法，即根据土层性质直接由规范承载力表查得相应的地基容许承载力值。(3)按现场载荷试验确定地基承载力的方法载荷试验时是在现场试坑中设计基底标高处的天然土层上设置载荷板，然后在其上施加垂直荷载，测定载荷板上的压力与变形的关系，由《建筑地基基础设计规范》(GB0007-2002)附录C的方法确定该土层的地基承载力特征值fak。【例题8】对于二级建筑物，当采用土的抗剪强度指标确定地基承载力时，下列哪项工作是必须作的（）。A. 地基的变形验算B.地基的沉降观测C.地基土的承载力验算D.场地的稳定性验算答案：A2．地基承载力特征值的深宽修正由载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按下式进行深度和宽度的修正：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5) (17-3-2)式中fa——修正后的地基承载力特征值；fak——按现场载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值；ηb、ηd——基础宽度与深度的承载力修正系数，根据基底下土的类别查表17-3-1；b—基础底面宽度(短边)，当基础宽度小于3m时按3m计算，大于6m时按6m取值；【例题9】某建筑物条形基础的宽度为2m，在进行地基承载力特征值的深宽修正时，b的取值为（）。A.1m B.2m C.3 D.6m 答案：C3．基础底面尺寸的确定基础底面的尺寸可以按照持力层承载力的设计值确定。当地基压缩层范围内存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。(1)基底压力计算 基底压力按下式计算： b—矩形基础和条形基础底边的宽度；l—矩形基础底边的长度；σc—基础底面处土的自重压力标准值；z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离；θ—地基压力扩散线与垂直方向的夹角，可按表17-3-2采用。【例题12】某建筑物的箱形基础宽8.Om，长20m，持力层情况见表17-3-3，载荷试验确定的地基承载力特征值fak=160kPa，箱基埋深d=4m，试确定粘土持力层经深宽修正后的地基承载力特征值。已知地下水位在地面下2m处。【解】 因箱基宽度b=8.Om>6.Om，故按6m考虑；箱基埋深d=4m。持力层为粘土，因为Il=0.73<0.85,e=0.83<0.85,所以查表17-3-1可得ηb=0.3ηd=1.6。因基础埋在地下水位以下，故持力层的γ取有效重度： 【例题13】某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载、基础尺寸、埋深及地基条件如图17-3-1所示，试验算持力层和软弱下卧层的强度。 【解】(1)持力层承载力验算基底平均压力：所以，持力层地基承载力满足。(2)软弱下卧层承载力验算下卧层承载力设计值计算：因为下卧层系淤泥质土，且fak=78kPa>50kPa，所以ηb=0，ηd=1.1。下卧层顶面埋深d/=d+z=2.3+3.5=5.8m，土的平均重度γ0为： 四、地基的变形验算四、地基的变形验算建筑物的地基变形验算要求是其地基变形计算值不超过地基变形允许值，即Δ≤[Δ] (17-3-10)式中Δ为地基广义变形值，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等。[Δ]为建筑物所能承受的地基广义变形的容许值，可查建筑地基基础设计规范GB50007-2002》表5.3.4。 在计算地基变形时，应符合下列规定：(1)建筑物是否应进行地基的变形验算，需根据地基基础的设计等级以及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度来决定，具体可参见《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》中第3.0.2条的规定。(2)对于因建筑地基不均匀、荷载差异大及体形复杂等因素引起的地基变形，在砌体承重结构中应由局部倾斜控制；在框架结构和单层排架结构中应由相邻柱基的沉降差控制，在多层、高层建筑和高耸结构中应由倾斜值控制。(3)在必要时应分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值,以便预留建筑物有关部分之间的净空,考虑连接方法和施工顺序。一般建筑物在施工期间完成的沉降量,对于砂土可认为其最终沉降量已基本完成,对于低压缩性粘性土可认为已完成最终沉降量的50％～80％,对于中压缩粘性土可认为已完成20％～50％,对于高压缩粘性土可认为已完成5％～20％。 【例题14】按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的规定，对于砌体承重结构，其变形应由（ ）控制A.局部倾斜B.局部倾斜C.沉降量D.沉降差答案：B【例题15】针对不同的地基土，可分别预估建筑物在施工期间的地基变形值，如对于压缩系数为0.3的粉质粘土，其在施工期完成的沉降量约为最终沉降量的（ ）。A.100%B.50％～80％C.20％～50％D.5％～20％ 答案：C 五、减少不均匀沉降损害的措施五、减少不均匀沉降损害的措施 混合结构房屋对地基的不均匀沉降很敏感的，墙体极易产生呈45°左右的斜裂缝。如果中部沉降大，墙体发生正向弯曲，裂缝与主拉应力垂直，裂缝呈正八字形开展；反之，两端沉降大，墙体反向弯曲。则裂缝呈倒八字形。裂缝首先在墙体刚度削弱的窗角发生，而窗洞就是裂缝的组成部分。对于框架结构和单层排架结构主要由于相邻柱基的沉降差使构件受剪扭曲破坏，所以应由沉降差来控制，并要求沉降量不宜过大。对于高耸结构物，高层建筑，应控制基础的倾斜，其允许倾斜值主要取决于人类感觉的敏感程度，倾斜值达到明显可见的程度大致为1/250，结构破坏则大致在倾斜值达到1/150时开始。意大利的比萨斜塔和我国的苏州虎丘塔就因为过大的倾斜不得不进行地基加固。为了使基础倾斜后产生的附加弯矩控制在合适范围内，高耸结构和高层建筑的倾斜允许值应随着建筑物高度的增加而减小。通过分析得到倾斜值的允许值[θ]：[θ]=b/120H0(17—3-11)从而制得表2-12的有关数据。当然，高耸结构和高层建筑的沉降量也应在一定的范围内。目前带裙房的高层建筑的基础整体设计由于可以充分利用地下空间而被广泛应用。裙房荷载小,主楼荷载大,根据我国长期研究的结果整体基础应由相对弯曲来控制，允许相对弯曲[θr]应在0.05％～0.07％范围内。由于沉降计算方法误差较大，理论计算结果常和实际产生的沉降有出入。对于重要的、新型的、体型复杂的房屋和结构物。或使用上对不均匀沉降有严格控制的房屋和结构物，还应进行系统的沉降观测，一方面它能观测沉降发展的趋势并预估最终沉降量，以便及时研究加固及处理措施，同时也可以验证地基基础设计计算的正确性，以完善设计规范。沉降观测点的布置，应根据建筑物体型、结构、工程地质条件等综合考虑，一般设在建筑物四周的角点、转角处、中点；沉降缝和新老建筑物连结处的两侧，或地基条件有明显变化区段内，测点的间隔距离为8～12m。沉降观测应从施工时就开始，民用建筑每增高一层观测一次。工业建筑应在不同的荷载阶段分别进行观测，完工后逐渐拉开观测间隔时间直至沉降稳定为止，稳定标准为半年的沉降量不超过2mm 。当工程有特殊要求时，应根据要求进行观测。【例题16】沉降观测点的布置，应根据建筑物体型、结构、工程地质条件等综合考虑，下列不符合沉降点设置要求的是（）。A.一般设在建筑物四周的角点、转角处、中点B.设在沉降缝和新老建筑物连结处的两侧C.设在地基条件有明显变化区段内D.测点的间隔距离为10～15m答案：D【例题17】对于建筑物在施工期间设置的沉降观测点，其稳定标准为（）。A.半年的沉降量不超过2mm B.半年的沉降量不超过5mmC.1年的沉降量不超过2mm D.1年的沉降量不超过5mm 答案：A六、地基基础和上部结构共同作用的概念六、地基基础和上部结构共同作用的概念(一)基本概念建筑结构常规设计是将上部结构、基础与地基三者分离出来作为独立的结构体系进行力学分析。分析上部结构时用固定支座来代替基础，并假定支座没有任何变形，以求得结构的内力和变形以及支座反力；然后将支座反力作用于基础上，用材料力学的方法求得线形分布的地基反力，进而求得基础的内力和变形；再把地基反力作用于地基或桩基上来验算承载力和沉降。这种方法忽视了地基、基础和上部结构在接触部位的变形协调条件，其后果是底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值，而基础的实际内力则比计算值小很多。因此，合理的设计方法应将三者作为一个整体，考虑接触部位的变形协调来计算其内力和变形，这种方法称为上部结构和地基基础的共同作用分析。(二)地基基础和上部结构共同作用分析方法的主要考虑因素 1．上部结构刚度对共同作用的影响上部结构刚度是指上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的抵抗能力，包括水平刚度、竖向刚度和抗弯刚度的综合。结构刚度和施工条件有着密切的关系，共同作用分析时要考虑刚度的形成方式。结构刚度能大大改善基础的纵向弯曲程度，如考虑刚度“一次形成”，其纵向弯曲约为绝对柔性基础的十分之一；对于框架结构的柱荷载，考虑共同作用时边柱荷载随层数增加而增大，例如8跨框架增加到15层时，边柱荷载增加了40％，而内柱则普遍卸载；对于剪力墙结构，底层两端的板墙均出现应力集中的现象；随着建筑物层数的增加，箱基和上部结构作为一个整体的中性轴逐渐上移，箱形基础顶板钢筋应力从压应力逐渐向拉应力转化。2．地基土性质与计算模型的影响基础与地基土之间的相对刚度不同会影响接触面的反力与变形。基础刚度较大而地基土较软弱时，地基反力近似于线形分布；如地基土坚硬而基础刚度较小时，荷载与地基反力两者的分布有着明显的一致性，而基础内力很小；实测资料亦表明，软土地基采用弹塑性地基模型的计算结果比线弹性模型更接近于实测结果。随着地基抵抗变形能力的增强，考虑地基基础和上部结构共同作用的意义将相应降低，对于高压缩性地基土上的框架结构和剪力墙结构，常规设计的结果常使上部结构偏于不安全，而基础设计则偏于不经济。七、浅基础的结构设计七、浅基础的结构设计(一)无筋扩展基础 1．无筋扩展基础结构的设计原则 根据这类基础材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点，在进行无筋扩展基础设计时必须使基础主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计值。具体设计中主要通过对基础的外伸宽度与基础高度的比值进行验算来实现。2．无筋扩展基础的设计计算步骤 1)初步选定基础高度H2)根据地基承载力条件初步确定基础宽度b。3)按下列公式进一步验算基础的宽度： b≤b0十2Htanα (17-3-12)式中 H、b0、b2分别为基础的高度、顶面砌体宽度和外伸长度，如图17-3-2所示；tanα为基础台阶宽高比的允许值，。称为刚性角，tanα=[b2/H]可按建筑地基基础设计规范GB50007—2002表8.1.2选用。 如验算符合要求，则可采用原先选定的基础宽度和高度，否则应调整基础高度重新验算，直至满足要求为止。(二)墙下条形基础1．墙下条形基础结构的设计原则墙下钢筋混凝土条形基础的内力计算一般可按平面应变问题处理，在长度方向可取单位长度计算。截面设计验算的内容主要包括基础底面宽度b和基础的高度h及基础底板配筋等。基底宽度应根据地基承载力要求确定，基础高度由混凝土的抗剪切条件确定，基础底板的受力钢筋配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用，而在进行基础截面设计(基础高度的确定、基础底板配筋)中，应采用不计基础与上覆土重力作用时的地基净反力计算。【例题18】在进行基础设计时，截面设计验算的主要包括的内容中不含（）。A.底面宽度b B.基础的高度h C.基础底板配筋D.层高答案：D【例题19】地基净反力中不包括（）。A.基础自重B.上覆土重力作用C.上部结构作用于基础上的作用力D.A+B 答案：D2．基础截面的设计计算步骤1)计算地基净反力 4)构造要求墙下条形基础一般采用梯形截面，其边缘高度一般不宜小于200mm，坡度i≤1:3。基础混凝土的强度等级不宜低于C15。底板受力钢筋的最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm和小于100mm。当有垫层时，混凝土的保护层净厚度不宜小于35mm，无垫层时不宜小于70mm。底板纵向分布钢筋，直径6～8mm，间距250～300mm。【例题20】按照构造要求，当无垫层施工基础混凝土时，其钢筋的保护层厚度不宜小于（）。A.35mm B.45mm C.70mm D.90mm 答案：C (三)柱下独立基础1． 柱下独立基础的设计计算步骤根据地基承载能力确定柱下独立基础的底面尺寸后，可根据其截面内力计算结果进行截面的设计验算，主要内容包括基础截面的抗冲切验算和纵、横方向的抗弯验算，并由此确定基础的高度和底板纵、横方向的配筋量。1)基础截面的抗冲切验算与基础高度的确定基础高度由柱与基础交接处以及基础变阶处的抗冲切破坏要求确定。设计时可先假设一个基础高度h，然后按下列公式验算抗冲切能力 这里βhp为受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当h≥200mm时，βhp取0.9，中间值线性内插；ft为混凝土抗拉强度设计值(kPa)；h0为基础冲切破坏锥体的有效高度(m)；am为基础冲切破坏锥体最不利一侧的计算长度(m)；at为基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，在验算柱与基础交接处的抗冲切能力时，取柱宽a；在验算柱与基础变阶处的抗冲切能力时，取上阶宽；ab为基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，ab取柱宽a加两倍基础有效高度h0；计算基础变阶处的受冲切承载力时，ab取上阶宽加该处的两倍基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外，即a+2h0≥l时，ab=l02)基础内力计算和配筋 当台阶的宽高比不大于2.5及偏心距不大于b／6(b为基础宽度)时，柱下单独基础在纵向和横向两个方向的验算截面I-I和Ⅱ—Ⅱ的弯矩可按下式计算式中Pjmax、Pjmin、PjI分别为基底最大、最小和计算截面处的净反力设计值(kPa)；a1为验算截面至基础边沿的距离(m)；l、b分别为基础底面短边长度和长边长度(m)；lc、bc分别为柱截面的宽度和高度(m)，当计算变阶处抗冲切时lc、bc取相应台阶的宽度和长度。 柱下单独基础的底板应在两个方向配置受力钢筋，底板长边方向和短边方向的受力钢筋面积As和AsⅡ(m2)分别为 这里d为钢筋直径，h0、d均以mm计，其余符号同前。2．柱下独立基础的设计构造要求柱下钢筋混凝土独立基础，除应满足墙下钢筋混凝土条形基础的一般要求外，尚应满足如下一些主要构造要求：矩形独立基础底面的长边与短边的比值l／b，一般取1—1.5。阶梯形基础每阶高度一般为300-500mm。锥形基础的边缘高度，一般不宜小于200mm，也不宜大于500mm；锥形坡度角一般取250，最大不超过350。柱下钢筋混凝土单独基础的受力钢筋应双向配置。当基础宽度大于3m时，基础底板受力钢筋可缩短为0.9a交错布置，其中a=l-50mm(l为基础底面长边长度)。(四)柱下条形基础1．柱下条形基础的受力特点 柱下条形基础在其纵、横两个方向均产生弯曲变形，故在这两个方向的截面内均存在剪力和弯矩。柱下条形基础的横向剪力与弯矩通常可考虑由翼板的抗剪、抗弯能力承担，其内力计算与墙下条形基础相同。柱下条形基础纵向的剪力与弯矩一般则由基础梁承担，基础梁的纵向内力通常可采用简化法(直线分布法)或弹性地基梁法计算。2．基础梁的纵向内力计算方法当地基持力层土质均匀，上部结构刚度较好，各柱距相差不大(<20％)，柱荷载分布较均匀，且基础梁的高度大于1／6柱距时，地基反力可认为符合直线分布，基础梁的内力可按简化的直线分布法计算。当不满足上述条件时，宜按弹性地基梁法计算。1)直线分布法根据上部结构的刚度与变形情况，可分别采用静定分析法和倒梁法。i)静定分析法静定分析法是按基底反力的直线分布假设和整体静力平衡条件求出基底净反力，并将其与柱荷载一起作用于基础梁上，然后按一般静定梁的内力分析方法计算各截面的弯矩和剪力。静定分析法适用于上部为柔性结构，且基础本身刚度较大的条形基础。本方法未考虑基础与上部结构的相互作用，计算所得的不利截面上的弯矩绝对值一般较大。ⅱ)倒梁法倒梁法的基本思路是:以柱脚为条形基础的固定铰支座,将基础梁视作倒置的多跨连续梁,以地基净反力及柱脚处的弯矩当作基础梁上的荷载,用弯矩分配法或弯矩系数法来计算其内力。 法适用于上部结构刚度很大，各柱之间沉降差异很小的情况。这种计算模式只考虑出现于柱间的局部弯曲，忽略了基础的整体弯曲，计算出的柱位处弯矩与柱间最大弯矩较均衡，因而所得的不利截面上的弯矩绝对值一般较小。2)弹性地基梁法i)文克勒(Winkler)地基模型 文克勒地基模型假定地基是由许多独立的且互不影响的弹簧组成，即假定地基任一点所受的压力强度p只与该点的地基变形s成正比： p=ks (17-3-21)式中k—地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度，kN／m3；P—地基上任一点所受的压力强度，kPa； s—p作用点位置上的地基变形，m。文克勒地基模型忽略了地基中的剪应力，地基土越软弱，土的抗剪强度越低，该模型就越接近实际情况。对于抗剪强度较低的软粘土地基、薄压缩层地基及建筑物较长而刚度较差等情况，采用文克勒(Winkler)地基模型比较合适。基床系数k可根据不同地基分别采用现场试验、载荷板试验、室内三轴试验或室内固结试验等方法获得。ⅱ)弹性地基梁的解析解图17-3-3(a)为文克勒地基上的基础梁，沿梁长x方向取微分段梁dx进行分析。其上作用分布荷载q和地基反力p，微分梁单元左右截面上的内力如图17—3-3(b)所示。 对地基的相对刚度愈大。3，柱下条形基础的一般设计步骤：1)按地基承载力设计值计算所需的条形基础底面积A，进而确定底板宽度b。2)按墙下条形基础设计方法确定翼板厚度及横向钢筋的配筋。3)基础梁的纵向内力计算与配筋。根据柱下条形基础的计算条件，选用简化法或弹性地墓梁法计算其纵向内力，再根据纵向内力计算结果，按一般钢筋混凝土受弯构件进行基础量纵向截面验算与配筋计算，同时应满足设计构造要求。(五)筏板基础 筏板基础的设计一般包括基础梁设计与板的设计二部分，筏板上基础梁的设计计算方法与柱下条形基础相同，筏板的设计计算内容主要包括筏板基础地基计算、筏板内力分析、筏板截面强度验算与板厚、配筋量确定等。筏板基础地基承载力的验算公式与扩展基础相同。当地下水位较高时，验算公式中的地基压力项应减去基础底面处的浮力。筏板的内力计算可根据上部结构刚度及筏板基础刚度的大小分别采用刚性法或弹性地基基床系数法进行。1.刚性法当上部结构整体刚度较大，筏板基础下的地基土层分布均匀时，可不考虑整体弯曲而只计局部弯曲产生的内力。当持力层压缩模量Es≤4MPa或板厚H大于1／6墙间距离时，可认为基底反力成直线或平面分布，此时筏板基础的内力可按刚性法计算。采用刚性法计算时，在算出基底的地基净反力后，常用倒楼盖法和刚性板条法计算筏板的内力。2．弹性地基基床系数法当上部结构刚度与筏板基础刚度都较小时，应考虑地基基础共同作用的影响，而筏板内力可采用弹性地基基床系数法计算，即将筏板看成弹性地基上的薄板，采用数值方法计算其内力。目前较常用的数值方法是弹性地基板有限单元法。(六)箱形基础箱形基础是由底板、顶板、外侧墙及一定数量纵横较均匀布置的内隔墙构成的整体刚度很好的箱式结构，它一方面承受上部结构传来的荷载和不均匀地基反力引起的整体弯曲，同时其顶板和底板还分别受到顶板荷载与地基反力引起的局部弯曲。在分析箱形基础整体弯曲时，其自重按均布荷载处理；在进行底板弯曲计算时，应扣除底板自重。1.基底反力计算箱形基础的基底反力可根据《高层建筑箱形与筏形基础设计技术规范》 (JGJ6—99)提供的实用方法计算。2．基础的内力分析(1)框架结构中的箱形基础箱基的内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲作用。计算中基底反力可采用基底反力系数法确定。局部弯曲产生的弯矩应乘以0.8的折减系数后叠加到整体弯曲的弯矩中。(2)现浇剪力墙体系中的箱形基础 由于现浇剪力墙体系结构的刚度相当大，箱基的整体弯曲可不予考虑，箱基的顶板和底板内力仅按局部弯曲计算。考虑到整体弯曲可能产生的影响，钢筋配置量除符合计算要求外，纵、横方向支座钢筋尚应有0.15％和0.10％的配筋率连通配置，跨中钢筋按实际配筋率全部连通。前言第十九讲 深基础一、内容提要：本讲主要讲述深基础的类型、桩和桩基础的类别、单桩竖向承载力二、重点难点：单桩竖向承载力的计算一、深基础的类型一、深基础的类型 深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型。其中以历史悠久的桩基应用最为广泛。相对于浅基础，深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。1．桩基础桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础。通常对下列情况，可考虑用桩基础方案：1)软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降时；2)对于高重建筑物，如高层建筑、重型工业厂房和仓库、料仓等，地基承载力不能满足设计需要时；3)对桥梁、码头、烟囱、输电塔等结构物,宜采用桩基以承受较大的水平力和上拔力时；4)对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响时；5)在地震区，以桩基作为地震区结构抗震措施或穿越可液化地基时；6)水上基础，施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时。2．沉井基础沉井基础是一个用混凝土或钢筋混凝土等制成的井筒形结构物，它可以仅作为建筑物基础使用，也可以同时作为地下结构物使用。沉井基础施工的施工方法是先就地制作第一节井筒，然后在井筒内挖土，使沉井在自重作用下克服土的阻力而下沉。随着沉井的下沉，逐步加高井筒，沉到设计标高后，在其下端浇筑混凝土封底。沉井只作为建筑物基础使用时，常用低强度混凝土或砂石填充井筒，若沉井作为地下结构物使用，则不进行填充而在其上端接筑上部结构。沉井在下沉过程中，井筒就是施工期间的围护结构。在各个施工阶段和使用期间，沉井各部分可能受到土压力、水压力、浮力、摩阻力、底面反力以及沉井自重等的作用。沉井的构造和计算应充分满足各个阶段的要求。3．地下连续墙地下连续墙是利用专门的成槽机械在地下成槽，在槽中安放钢筋笼(网)后以导管法浇灌水下混凝土，形成一个单元墙段，再将顺序完成的墙段以特定的方式连接组成的一道完整的现浇地下连续墙体。地下连续墙具有挡土、防渗兼作主体承重结构等多种功能；能在沉井作业、板桩支护等法难以实施的环境中进行无噪音、无振动施工；能通过各种地层进入基岩，深度可达50m 以上而不必采取降低地下水的措施，因此可在密集建筑群中施工。尤其是用于二层以上地下室的建筑物，可配合“逆筑法”施工而更显出其独特的作用。【例题1】在下列各种基础形式中，不属于深基础类型的是（）。A.桩基础B.沉井基础C.地下连结续墙D.筏板基础答案：D二、桩与桩基础的类别二、桩与桩基础的类别 (一)桩的分类1．按施工工艺分类桩按施工工艺可分为预制桩和灌注桩两大类。1)预制桩预制桩系指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入、或振动沉入土中的一类桩。主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩(钢管桩和H形桩)等。预制桩的施工工艺包括制桩与沉桩两部分，沉桩工艺又随沉桩机械而变，主要有三种：锤击式、静压式和振动式。2)灌注桩灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成的桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的一类桩。依照成孔方法不同，灌注桩又分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。2．按桩的受力特点分类根据桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比可将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类型。1)摩擦型桩摩擦型桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧摩阻力承受。根据桩侧阻力分担荷载的大小，摩擦型桩又可分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。在深厚的软弱土层当中，无较硬的土层作为桩端持力层，或桩端持力层虽然较坚硬但桩的长径比l／d很大，传递到桩端的轴力很小，以至在极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力很小可忽略不计的桩，称其为摩擦桩。当桩的l／d不很大，桩端持力层为较坚硬的粘性土、粉土和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一定的桩端阻力。桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但大部分由桩侧阻力承受的桩，称其为端承摩擦桩。这类桩所占比例很大。2)端承型桩端承型桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受，桩侧阻力相对桩端阻力而言较小，或可忽略不计的桩。根据桩端阻力发挥的程度和分担荷载的比例，又可分为摩擦端承桩和端承桩两类。桩端进入中密以上的砂土、碎石类土或中、微化岩层，桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，而主要由桩端阻力承受，称其为摩擦端承桩。当桩的l／d较小(一般小于10)，桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂层，碎石类土层中、微风化岩层中，桩顶荷载绝大部分由桩端阻力承受，桩侧阻力很小可忽略不计时，称其为端承桩。【例题2】在地基中设置下列各种类型的桩中，不能按桩基础进行考虑的是（）。A.CFG桩B.钻孔灌注桩C. 预制桩D.沉管灌注桩答案:A【例题3】当桩的长径比较小且桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂层上，该类桩属于（）。A.摩擦桩B.端承摩擦桩C.端承桩D.摩擦端承桩答案:C(二)桩基础的类型桩基础按承台位置可以分为高桩承台基础和低桩承台基础(简称高桩承台和低桩承台)。低桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以下；高桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以上。【例题4】当桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以下时，该类桩基础属于（）。A.浅基础桩B.深基础桩C.低桩承台D.高桩承台答案:C三、单桩竖向承载力 三、单桩竖向承载力(一)单桩的荷载传递特性桩的荷载传递特性主要包括如下三个方面内容：1.荷载传递过程桩身轴力位移在桩顶最大，自上而下逐步减小，因此，桩侧摩阻力发挥程度也总是在桩顶附近最高，然后向下不断减小。由于发挥桩端阻力所需的极限位移，明显大于桩侧阻力发挥所需的极限位移，一般桩侧摩阻力总是先于端阻力发挥。2.桩侧、桩端阻力的荷载分担比桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比l／d有关。桩土相对刚度越大，长径比l／d越小，桩端传递的荷载就越大。3.单桩的破坏模式单桩的破坏模式同桩的荷载—沉降曲线和受力特点有关。如图17-4-1所示，对于摩擦型桩，ks值很小，2-3直线段近似于竖直线，Q-s曲线陡降，在点2处出现明显拐点，一般属于刺入破坏；对于端承型桩，桩端阻力占承载力的比例较大，ks值较大，在点2处不出现明显拐点，而端阻破坏又需要很大位移，整个Q-s曲线呈缓变型。对于端承桩和桩身有缺陷的桩，在土阻力尚未充分发挥情况下，出现因桩身材料强度破坏而破坏，Q-s 曲线也呈陡降型。【例题5】下列各项中不属于桩的荷载传递特性主要所包括的内容的是（）。A.荷载传递过程B.桩侧、桩端阻力的荷载分担比C.单桩的破坏模式D.单桩承载力答案:D【例题6】在下列各项中对于桩侧、桩端阻力的荷载分担比无影响的是（）。A.桩土相对刚度B.长径比的大小C.桩侧、桩端土的性质D.桩身内有无刚筋答案:D（二）单桩竖向承载力的确定1．单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载。确定单桩竖向极限承载力的方法主要有静载荷试验法、经验参数法和静力触探法等。1)静载荷试验法根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值Quk的方法是先按试桩极限承载力的确定方法确定各根试桩的极限承载力实测值Qui，而后对试桩条件基本相同的桩按有关统计方法确定其单桩竖向极限承载力标准值Quk。常用的方法是当各试桩极限承载力实测值的极差不超过平均值的30％时取各试桩实测值的平均值为单桩竖向极限承载力标准值，即这里n为参加统计的试桩数。2)静力触探法 根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩竖向极限承载力标准值时，一般通过如下经验公式分计算：式中 Qsk、Qpk——单桩总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值； u、Ap、li——桩身周长、桩端面积和桩侧第i层土的厚度；qsik——用静力触探比贯入阻力Ps值估算的桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；ap——桩端阻力修正系数；Psk——桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值(平均值)。这里αp、qsik、Psk的取值方法一般按地区经验确定，当无地区经验时，可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)5.2.6条确定。3)经验参数法通过经验参数法确定的单桩极限承载力标准值也由总桩侧摩阻力和总桩端阻力组成，即式中qski、qpk分别为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值和桩的极限端阻力标准值，一般按地区经验确定，当无地区经验时，可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)表5.2.8-1与表5.2.8-2取值。【例题7】常用的单桩竖向承载力的确定方法当中不包括（）。A.静载荷试验法B.静力触探法C. 经验参数法D. 桩身强度法答案:D【例题8】某建筑物采用钻孔灌注桩基础，设计桩数为200根，单桩承载力标准值为400KN，试回答：1、根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)规定，试桩数量合理的为（）根。A.1 B.2 C.3 D.4 答案:C2、作静载荷试验的桩数为4根，经试验其单桩极限承载力实测值分别为：360KN，410KN，400KN，480KN，则该载荷试验测得的单桩极限承载力标准值为（）KN。A.360 B.480 C.400 D.412 答案:D【例题9】当根据土的物理力学性质指标确定单桩承载力时，该方法属于（）。A.静载荷试验法B.静力触探法C. 经验参数法D. 桩身强度法答案:C2.单桩竖向承载力设计值单桩竖向承载力设计值尺应根据桩基的设计等级分别采用不同的方法。对三级建筑桩基可采用经验参数估算法；对二级建筑桩基可采用静力触探与经验参数估算法并参照相邻试桩资料综合确定；对一级建筑桩基应采用现场载荷试验并结合静力触探等原位测试方法综合确定。【例题10】对一级建筑桩基，当确定单桩承载力设计值时应采用的方法为（）。A.静载荷试验法B.静力触探法C. 经验参数法D.A+B+C答案:D1)静载荷试验方法 当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值Quk时，单桩竖向承载力设计值R由下式确定：式中 γs、γp——分别为桩侧阻抗力分项系数和桩端阻抗力分项系，可查表17-4-1。(三)群桩基础的承载力1．群桩效应群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂，桩群中任一根桩的工作性状都不同于孤立的单桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显地超过单桩，这种现象就是群桩效应。群桩效应可用群桩效率系数η，和沉降比ξ表示。群桩效率系数η是指群桩竖向极限承载力Pu与群桩中所有桩的单桩竖向极限承载力Qu总和之比，即η=Pu／nQu(n为群桩中的桩数)。沉降比ξ是指在每根桩承担相同荷载条件下，群桩沉降量sn与单桩沉降量s之比，即ξ=sn／s。群桩效率系数η越小、沉降比ξ越大，则表示群桩效应越强，也就意味着群桩承载力越低、沉降越大。 群桩效率系数η和沉降比ξ主要取决于桩距和桩数，其次与土质和土层构造、桩径、桩的类型及排列方式等因素有关。由端承桩组成的群桩，通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。因而通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间，承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即群桩效率η、沉降比ξ可近似取为1。由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。就一般情况而言，在常规桩距(3～4d)下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率明显下降，且η<1，同时沉降比迅速增大，ξ可以从2增大到10以上；砂土中的挤土桩群，有可能η>1;而沉降比则除了端承桩ξ=1外，均ξ>1。【例题12】下列各项中，能够用来表示群桩效应的是（ ）。A.长径比B.沉降比 C.桩间距与桩径比D.工作效率答案:B【例题13】在下列各项中，对群桩效应影响最大的是（ ）。A.桩距和桩数 B.桩径 C.土质与土层情况D.桩的类型【例题14】在下列各项叙述中，正确的是（ ）。 A.群桩效率系数η越小、沉降比ξ越大，则表示群桩效应越强B.群桩效率系数η越小、沉降比ξ越大，则表示群桩效应越弱C.群桩效率系数η越小、沉降比ξ越小，则表示群桩效应越弱D.群桩效率系数η越大、沉降比ξ越大，则表示群桩效应越强答案:A【例题15】对于由摩擦桩组成的群桩，下列各项中正确的是（ ）。A.η>1B.ξ>1C.ξ=1D.η<1答案:B2．群桩承载力对于桩数超过3根的非端承桩复合桩基，宜考虑群桩效应对桩基承载力的影响，此时群桩基础中的单桩承载力设计值R/，按下式计算：静力触探与经验参数估算法式中 Qck——复合基桩承台底面地基土总极限阻力标准值；ηs、ηp、ηsp——分别为桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻端阻综合群桩效 应系数，按《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)表5.2.3-1采用； ηc——承台底土阻力群桩效应系数：当nb的计算值小于1时取nb=1，其中Lc、Bc、n分别为矩形承台的长、宽及总桩数。当布桩不规则时，可取等效距径比如下： 上述计算群桩沉降的方法实际上是一种实体基础法，它不考虑桩基侧面应力扩散作用，将承台视作直接作用在桩端平面，即实体基础的长、宽视作等同于承台底长、宽，且作用在实体基础底面上的附加应力也取为承台底的附加应力。【例题16】对于桩群的沉降计算，在（ ）条件下采用等效作用分层总和法计算桩基内任意点的最终沉降量。A.桩中心距sa≥3dB.桩中心距sa≥6dC.桩中心距sa≤6dD.桩中心距sa≤3d答案:C【例题17】对于桩群的沉降计算，其产生沉降的范围为（ ）。A.承台以下至桩端范围 B.自桩端至以下沉降计算深度以内的范围 C.承台至以下沉降计算深度以内的范围 D. A和B各占一半答案:B【例题18】当桩群的沉降计算时，作用于桩端的附加应力值为（ ）。A.承台底的附加应力B.承台底的附加应力与承台底面至桩端的土的自重应力之和C.承台底面至桩端的土的自重应力 D.承台底的附加应力与承台底面至桩端的土的自重应力之差 答案:A (五)桩基设计1.设计基本资料1)工程地质勘察资料包括土层物理力学性质指标，地下水位，试桩资料或邻近类似桩基工程资料，液化土层资料等。2)建筑物情况包括建筑物平面布置图，结构类型、安全等级，变形要求和抗震设防烈度等。3)建筑环境条件与施工条件包括相邻建筑物情况，地下管线与构筑物分布，施工机械设备条件及周围环境对施工的要求等。2．桩的类型与成桩工艺选择桩型与成桩工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层的性质、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。选择时可参考《建筑桩基技术规范》(JGJ94—94)附录A。3．桩基持力层的选择 一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为桩基持力层。当地基中存在多层可供选择的桩基持力层时，应根据桩基承载力、桩位布置和桩基沉降的要求并结合有关经济指标综合评价确定。桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性、粉土不宜小于2d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。当持力层较厚且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。砂与碎石类土的临界深度为(3～10)d，随其密度提高而增大；粉土、粘土的指数的临界深度为(2～6)d，随土的孔隙比和液性指数的减小而增大。【例题19】桩端阻力的临界深度对于砂与碎石土而言为（ ）。A.1~3dB.2~6dC.6~10dD.3~10d答案:D4．桩截面的选择桩的截面主要根据上部荷载等情况选定，一般情况下可根据上部结构荷载大小、楼层数、现场施工条件及经济指标等初步确定桩径或桩的边长，然后验算其截面的桩压强度(按钢筋混凝土轴心受压构件验算)。5．桩数的初步确定与桩的平面布置桩数n可根据荷载情况按下面的公式初步确定：轴心荷载 n≥(N+G)/R (17-4-12a)偏心荷载 n≥(1.1～1.2)*[(N+G)/R] (17—4-12b) 这里 N——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值; G——桩基承台和承台上土的自重设计值；地下水位以下取有效重度计算。桩的平面布置应根据上部结构形式与受力要求，结合承台平面尺寸情况布置成矩形或梅花形等形式并满足有关最小中心距的要求。 前言第二十讲地基处理一、内容提要：本讲主要讲述各种地基处理方法及复合地基理论二、 重点难点：对于常用的几种地基处理方法的掌握，如换填法、砂石桩、CFG桩、排水固结法及复合地基理论一、概述一、概述(一)地基处理的目的 建筑物的地基所面临的问题有以下五方面：①强度及稳定性问题；②压缩及不均匀沉降问题；③渗漏问题；④液化问题；⑤特殊土的特殊问题。当建筑物的天然地基存在上述五类问题之一或其中几个时，即须采用地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。地基与建筑物的关系极为密切，而地基问题常常是造成工程事故的主要原因。凡是基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。若天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求，则事先要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。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。【例题1】下列哪种方法不属于地基处理的范畴( )。A.采用桩基础B.采用CFG桩C.采用夯实水泥土桩D.采用碎石桩答案:A【例题2】地基处理的目的是（）。A. 消除液化B.提高地基承载力C.排水加快固结D.对地基土进行加固用以改良地基土的工程特性答案:D1)提高地基的抗剪切强度地基的剪切破坏表现在：建筑物的地基承载力不够；由于偏心荷载及侧向土压力的作用使结构物失稳；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起；土方开挖时边坡失稳；基坑开挖时坑底隆起。地基的剪切破坏反映在地基土的抗剪强度不足，因此，为了防止剪切破坏，就需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。2)降低地基的压缩性地基的压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大；由于有填土或建筑物荷载，使地基产生固结沉降；作用于建筑物基础的负摩擦力引起建筑物的沉降；大范围地基的沉降和不均匀沉降；基坑开挖引起邻近地面沉降；由于降水地基产生固结沉降。地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小。因此，需要采取措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基的沉降或不均匀沉降。3)改善地基的透水特性地基的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。以上都是在地下水的运动中所出现的问题。为此，必须采取措施使地基土降低透水性或减少其水压力。4)改善地基的动力特性地基的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂，(包括部分粉土)将产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。为此，需要采取措施防止地基液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。5)改善特殊土的不良地基特性主要是消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007)中规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基”。特殊土地基大部分带有地区特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土和岩溶等。【例题3】下列不属于软弱地基的是（）。A.淤泥地基B.杂填土地基C.高压缩性粘土地基D.膨胀土地基答案:D【例题4】下列各项中不属于特殊土的是（）。A.湿陷性黄土B.膨胀土C. 盐渍土D.砂土答案:D(二)地基处理方法分类及应用范围 地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。这些方法是千百年以前以至迄今仍然有效的方法。值得注意的是，很多地基处理的方法具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。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；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性。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。(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。(1)表层压实法采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松表层土进行压实。也可采用分层回填压实加固。适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松粘性土；松散砂性土；湿陷性黄土及杂填土(2)重锤夯实法利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土。(3)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、消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。适用于碎石土、砂土、素填土、杂填土、低饱和度的粉土与粘性土及湿陷性黄土。(4)振冲挤密法振冲挤密法一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；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，使砂层挤压密实。适用于砂性土和小于0.005mm 的粘粒含量低于10％的粉土。(5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法是利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填人素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩(或灰土桩、二灰桩)。适用于处理地下水位以上湿陷性黄土、新近堆积黄土、素填土和杂填土。(6)砂桩在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体或产生挤密作用，或同时产生振密作用。可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉降量。适用于处理松砂地基和杂填土地基。(7)夯实水泥土桩利用沉管、冲击、人工洛阳铲、螺旋钻等方法成孔，回填水泥和土的拌和料，分层夯实形成坚硬的水泥土柱体，并挤密桩间土，通过褥垫层与原地基土形成复合地基。适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。(8)爆破法利用爆破产生振动使土体产生液化和变形，从而获得较大密实度用以提高地基承载力和减小沉降。适用于饱和净砂，非饱和但经灌水饱和的砂、粉土和湿陷性黄土。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)真空一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。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。适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基。(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左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基。适用于高饱和度的粉土与软塑一流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。(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他成桩机具制成的一种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。适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。(5)柱锤冲扩法柱锤冲扩法是利用直径为300—500mm、长度为2—6m 、质量为1—8t的柱状锤冲扩成孔，填入碎砖三合土等材料，夯实成桩，桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基。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)土工聚合物利用土工聚合物的高强度、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。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。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他化学浆液注入土体，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、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、黄土、砂土、素填土和碎石土等地基。对既有建筑物可进行托换加固。(3)水泥土搅拌法利用水泥、石灰或其他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，形成坚硬的拌和柱体，与原地层共同形成复合地基。适用于正常固结的淤泥、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。7．冷热处理法(1)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。适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时措施。(2)烧结法通过渗入压缩的热空气和燃烧物，并依靠热传导，而将细颗粒土加热到1000C以上，从而增加土的强度，减小变形。适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土。8．其他(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。主要适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。(三)地基处理的方案选择 地基处理的核心是处理方法的正确选择与实施。而对某一具体工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值；地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状况、软弱土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质；施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。只有综合分析上述因素，坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则拟定处理方案，才能获得最佳的处理效果。地基处理方案的确定可按下列步骤进行：(1)搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。(2)根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外，在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和地基的共同作用；也可选用加强结构措施(如设置圈梁和沉降缝等)和处理地基相结合的方案。(3)对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比，根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则，从而因地制宜地选择最佳的处理方法。值得注意的是，每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。没有一种处理方法是万能的。必要时也可选择两种或多种地基处理方法组成的综合方案。(4)对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和试验性施工，并进行必要的测试以验算设计参数和检验处理效果。如达不到设计要求时，应查找原因采取措施或修改设计。二、换填二、换填 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)或其他性能稳定、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：换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。垫层的作用主要有：(1)提高地基承载力；(2)减少沉降量；(3)加速软弱土层的排水固结；(4)防止冻胀；(5)消除膨胀土的胀缩作用；【例题5】在下列各项中不属于垫层的作用的是（）。A.提高地基承载力B.减少沉降量C.消除膨胀土的胀缩作用D.提高软弱下卧层的承载力答案:D【例题6】在下列各种垫层中，适合用于消除膨胀土的胀缩作用的是（）。A.灰土执层B.素土垫层C.素砼垫层D. 级配砂石垫层答案:D对砂垫层的设计，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z应根据需置换软弱土的深度或垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求： pz+pcz≤faz (17-5-1)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(17-5-1)进行验算，直至满足要求为止。【例题7】当确定采用垫层法对地基行处理时，其垫层的厚度应根据（）进行确定。A.软弱下卧层的底板埋深B.软弱下卧层的顶板埋深C.垫层材料的强度D.需置换软弱土的深度或垫层底部下卧土层的承载力答案:D2．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。b/≥b+2·ztgθ (17-5-4)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。【例题8】垫层底面宽度的确定为（）。A.每边宜比基础底面大0.3m B.每边宜比基础底面大0.5m C.b/≥b+2·ztgθD.b/≥0.6+b 答案:C3．垫层承载力的确定垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按经验取值，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s1与下卧土层的变形量s2之和。垫层施工方法有：1．机械碾压法；2．重锤夯实法；3．平板振动法。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。三、强夯三、强夯(一)加固机理强夯是通过一般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，一般能量为500—8000kN·m。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。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。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。(二)设计计算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。应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按表17-5-1预估。 2．夯锤和落距在设计中，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。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。一般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。【例题9】对于一般建筑物地基，当采用强夯法进行处理时，其处理范围为（）。A. 每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2—2/3 B. 每边超出基础外缘的宽度不宜小于3mC. 每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/3—2/3D. 每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2—2/3，并不小于3m答案:D4．夯击击数与遍数(1)夯击次数：应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：1)最后两击的平均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 ；2)夯坑周围地面不应发生过大的隆起；3)不因夯坑过深而发生提锤困难；(2)夯击遍数：应根据地基土的性质确定，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。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，可连续夯击。对粘性土，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。【例题10】在对软弱地基采用强夯法进行处理时，往往需要铺设碎石垫层，其垫层铺设的时间为（）。A.强夯处理前B.强夯处理后C.强夯处理过程中D. 不确定答案:A【例题11】对于粘性土地基采用强夯处理时，其第一遍夯和第二遍夯之间的间歇时间为（）。A.1周B.2周C.3~4周D. 7周答案:C(三)施工方法起重设备宜为大吨位的履带式起重机，稳定性好，行走方便。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。夯锤一般选用圆形气孔状钢质锤，锤底静接地压力可取25—40kPa。当地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺设一定厚度的松散材料。夯坑内或场地的积水应及时排除。当强夯施工所产生的振动对临近建筑物或设备产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。（四）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3—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；4)静力触探试验；5)旁压仪试验；6)载荷试验；7)波速试验。四、碎(砂)石桩四、碎(砂)石桩 碎石桩和砂桩总称为碎(砂)石桩，又称粗颗粒土桩，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。(1)碎石桩目前国内外碎石桩的施工方法多种多样，按其成桩过程和作用可分为四类。中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)中规定：“振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对不排水抗剪强度小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基应通过试验确定其适用性。(2)砂桩早期砂桩用于加固松散砂土和人工填土地基，如今在软粘土中，国内外都有使用成功的丰富经验。但国内也有失败的教训，对砂桩用来处理饱和软土地基持有不同观点的学者和工程技术人员，认为粘性土的渗透性较小，灵敏度又大，成桩过程中土内产生的超孔隙水压力不能迅速消散，故挤密效果较差，相反却又破坏了地基土的天然结构，使土的抗剪强度降低。如果不预压，砂桩施工后的地基仍会有较大的沉降，因而对沉降要求严格的建筑物而言，就难以满足沉降的要求。所以应按工程对象区别对待，最好能进行现场试验研究以后再确定。(一)加固原理1．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、减少变形和增加抗液化性。碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化的机理主要有下列三方面作用：1．挤密作用；2．排水减压作用；3．砂基预震效应。2．对粘性土加固原理对粘性土地基(特别是饱和软土)，碎(砂)石桩的作用不是使地基挤密，而是置换，在地基中形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。由于碎(砂)石桩的刚度比桩周粘性土的刚度为大，地基中应力按材料变形模量进行重新分配，因此，大部分荷载将由碎(砂)石桩承担。碎(砂)石桩是粘性土地基中一个良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，加速软土的排水固结，使沉降稳定加快。如果软弱土层较厚，则桩体可不贯穿整个软弱土层，此时加固的复合土层起垫层的作用，垫层将荷载扩散使应力分布趋于均匀。【例题12】碎石桩加固砂土地基抗液化的机理主要作用不包括（）。A.挤密作用B.排水作用C.砂基预震作用D.置换作用答案:D(二)设计计算1．一般设计原则(1)加固范围加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础形式而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘应扩大1～2排；对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m。(2)桩位布置对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础(如油罐基础)宜用放射形布置。(3)加固深度加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：1)当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；2)当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎石桩或砂桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值的要求；3)对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面以下2m的深度；4)在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；5)桩长不宜短于4m。(4)桩径碎(砂)石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.80～1.2m ；采用沉管法成桩时，碎(砂)石桩的直径一般为0.30—0.70m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。(5)材料桩体材料可以就地取材，一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5％。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振冲器的外径和功率有关，一般不大于8cm，对碎石，常用的粒径为2～5cm。(6)垫层碎(砂)石桩施工完毕后，基础底面应铺设30～50cm厚度的碎(砂)石垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。【例题13】采用碎石桩处理可液化地基时，基础以外的处理范围为（）。A. 基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/3，并不应小于3mB. 基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/3，并不应小于5mC. 基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于3mD. 基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m 答案:D2．用于砂性土的设计计算对于砂性土地基，主要是从挤密的观点出发考虑地基加固中的设计问题，首先根据工程对地基加固的要求(如提高地基承载力、减少变形或抗地震液化等)，确定要求达到的密实度和孔隙比，并考虑桩位布置形式和桩径大小，计算桩的间距。对于正三角形布置：正方形布桩时：3．用于粘性土的设计计算(1)承载力计算 1)单桩承载力作用于桩顶的荷载如果足够大，桩体发生破坏。可能出现的桩体破坏形式有三种：鼓出破坏、刺入破坏和剪切破坏。由于碎(砂)石桩桩体均由散体土颗粒组成，其桩体的承载力主要取决于桩间土的侧向约束能力，绝大多数的破坏形式为桩体的鼓出破坏。单桩极限承载力为：2)复合地基承载力 在粘性土和碎(砂)石桩所构成的复合地基上，当作用荷载为p时，设作用于桩的应力pp和作用于粘性土的应力为ps，假定在桩和土各自面积Ap和A—Ap范围内作用的应力不变时，则可求得：【例题14】采用碎石桩处理软弱的地基，承载后桩体发生破坏的形式大多为（）。A.刺入破坏B.剪切破坏C.鼓出破坏D.滑动破坏答案:C(2)沉降计算碎(砂)石桩的沉降计算主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降。而复合土层的压缩模量可按下式计算： Esp=[1+m(n-1)]Es(17-5-11)(3)稳定分析若碎(砂)石桩用于改善天然地基整体稳定性时。可利用复合地基的抗剪特性，再使用圆弧滑动法来进行计算。【例题15】某软弱地基厚5米，采用碎石桩处理，置换率为20%，桩土应力比为3，天然地基土的压缩模量为4.0Mpa，则处理后复合土层的压缩模量为（）Mpa。A.6.4 B.5.6 C.4.8 D.4.0 答案:B4．施工方法目前施工方法可有多种多样，主要有两种施工方法，即振冲法和沉管法。(1)振冲法振冲法具体可根据“振冲挤密”和“振冲置换”的不同要求，其施工操作要求亦有所不同：1)“振冲挤密法”施工操作要求：振冲挤密法一般在中粗地基中使用时可不另外加料，而利用振冲器的振动力，使原地基的松散砂振挤密实。在粉细砂、粘质粉土中制桩，最好是边振动边填料，以防振冲器提出地面孔内塌方。施工操作时，其关键是水量的大小和留振时间的长短。，2)“振冲置换法”施工操作要求：在粘性土层中制桩，孔中的泥浆水太稠时，碎石料在孔内下降的速度将减慢，且影响施工速度，所以要在成孔后，留有一定时间清孔，使回水把稠泥浆带出地面，降低泥浆的密度。3)施工质量控制施工时检验质量关键是填料量、密实电流和留振时间，这三者实际上是相互联系和保证的。只有在一定的填料量的情况下，才能把填料挤密振密。一般来说，在粉性较重的地基中制桩，密实电流容易达到规定值，这时要注意掌握好留振时间和填料量。反之，在软粘土地基中制桩，填料量和留振时间容易达到规定值，这时要注意掌握好密实电流。(2)沉管法沉管法过去主要用于制作砂桩，近年来已开始用于制作碎石桩，这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法两种。振动成桩法又可分为(1)一次拔管法；(2)逐步拔管法；(3)重复压拔管法。冲击成桩法又分为(1)单管法；(2)双管法。5．质量检验碎(砂)石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检验。对粘性土地基，间隔时间可取3—4周，对粉土地基可取2—3周。关于施工质量检验，常用的方法有单桩载荷试验和动力触探试验。关于加固效果检验，常用的方法有单桩复合地基和多桩复合地基大型载荷试验。 五、石灰桩五、石灰桩 石灰桩是指采用机械或人工在地基中成孔，然后灌入生石灰或按一定比例加入粉煤灰、炉渣、火山灰等掺合料及少量外加剂进行振密或夯实而形成的桩体，石灰桩与经改良的桩周土共同组成石灰桩复合地基以支承上部建筑物。按用料特征和施工工艺的不同可分为：1．块灰灌入法(亦称石灰桩法)；2．粉灰搅拌法(亦称石灰柱法)；3．石灰浆压力喷注法。石灰桩适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基。(一)加固机理1．成桩挤密作用2．膨胀挤密作用3．桩和桩间土的高温效应4．置换作用5．排水固结作用6．加固层的减载作用7．胶凝作用(二)设计计算1．材料石灰桩的材料以生石灰为主，生石灰选用现烧的(新鲜)并需过筛，粒径不应大于70mm ，含粉量不得超过总重量的15％，CaO含量不得低于70％，其中夹石不大于5％。生石灰中掺入适当粉煤灰或火山灰等含硅材料时，生石灰与掺合料的体积比可选用1:1或1:2。掺合料应保持适当的含水量，使用粉煤灰或炉渣时含水量宜控制在30％左右。2．桩径石灰桩的桩径一般为300～400mm，具体桩径取决于成孔机管径。3．桩距及布置桩距一般为2～3倍桩径。桩距太大则约束力太小。平面布置可为梅花形或正方形。石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70kPa时，宜在基础以外布置1～2排围护桩。4．桩长桩的长度取决于石灰桩的加固目的和上部结构的条件。1)若石灰桩加固只是为了形成一个压缩性较小的垫层，则桩长可较小，一般可取2～4m.2)若加固目的是为了减少沉降，则就需要较长的桩。如果为了解决深层滑动问题，也需要较长的桩，保证桩长穿过滑动面。5．承载力计算实践证明，石灰桩加固软弱地基可按一般复合地基的理论计算。设计时可考虑桩身四周的早期强度，后期强度作为安全储备。6．沉降计算经石灰桩加固后，地基由上层石灰桩复合地基和下卧天然地基组成。建筑物的沉降量可按类似碎(砂)石桩的计算方法进行计算。【例题16】石灰桩的位置布设，取决于（）。A.桩的长短B.桩的置换率大小C.桩端土层情况D. 基底土层情况答案:D(三)施工方法1． 施工顺序2． 灌料量控制3． 桩管直径的选择4． 成桩(1)成孔石灰桩成孔可选用沉管法、冲击法、螺旋钻进法、爆扩法和挖孔法等。(2)投料石灰桩的投料方法有：管外投料法、管内投料法和挖孔投料法。(3)封顶石灰桩宜留500mm以上的孔口高度，并用含水量适当的粘性土封口，封口材料必须夯实，封口标高应略高于原地面。石灰桩桩顶施工标高应高出设计桩顶标高100mm 以上。(四)质量检验1．桩身质量的保证与检验2．桩周土检验桩周土可用静探、十字板和钻孔取样方法进行检验。3．复合地基检验六、土(或灰土、双灰)桩六、土(或灰土、双灰)桩土(或灰土、双灰)桩挤密法是利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩(或灰土桩、双灰桩)。它们属于柔性桩，与桩间土共同组成复合地基。土(或灰土、双灰)桩适用于处理深度5～15m、地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。当地基土的含水量大于24％、饱和度大于0.65时，不宜采用。当以消除地基的湿陷性为主要目的时，宜选用土桩；当以提高地基的承载力或水稳性为主要目的时，宜选用灰土桩或双灰桩。【例题17】下列各种地基处理方法当中，适合用于处理湿陷性黄土地基的是（）。A.砂石桩B.土挤密桩C.级配砂石垫层D. 石灰桩法答案:B(一)加固机理1．土的侧向挤密作用土(或灰土、双灰)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1.5～2.0d(d为桩径直径)。2．灰土性质作用(二)设计计算1．桩孔布置原则和要求(1)桩孔间距应以保证桩间土挤密后达到要求的密实度和消除湿陷性为原则。对重要工程桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数不宜小于0.93。对一般工程不应小于0.90。(2)桩身压实系数应达到：桩身平均压实系数久，不应小于0.96。2．桩径设计时如桩径d过小，则桩数增加，并增大打桩和回填的工作量；如桩径d过大，则桩间土挤密不够，致使消除湿陷程度不够理想，且对成孔机械要求也高。当前我国桩径最小为250mm，最大为600mm，一般为300～450mm，常用400mm。3．桩距和排距土(或灰土、二灰)桩的挤密效果与桩距有关。而桩距的确定又与土的原始干密度和孔隙比有关。桩距的设计一般应通过试验或计算确定。而设计桩距的目的在于使桩间土挤密后达到一定平均密实度(指平均挤密系数和土的平均干密度的指标)不低于设计要求标准。桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离可为桩孔直径的2.0～2.5倍，也可按下式估算：处理填土地基时，鉴于其干密度值变动较大，一般不易按(17-5-12)式计算桩孔间距，为此，可根据挤密前地基土的承载力特征值fsk和挤密后处理地基要求达到的承载力特征值fspk，利用下式计算桩孔间距 灰与土的体积配合比宜为2:8或3:7。5．承载力和变形模量(1)用载荷试验方法确定(2)参照工程经验确定6．变形计算土或灰土挤密桩处理地基的变形计算应按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定执行。其中复合土层的压缩模量应通过试验或结合当地经验确定。(三)施工方法土(或灰土、二灰)桩的施工应按设计要求和现场条件选用沉管(振动或锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔，使土向孔的周围挤密。(四)质量检验抽样检验的数量不应小于桩孔总数的1％，不合格处应采取加桩或其他补救措施。夯实质量的检验方法有下列几种：1．轻便触探检验法先通过试验夯填，求得“检定锤击数”，施工检验时以实际锤击数不小于检定锤击数为合格。2.环刀取样检验法先用洛阳铲在桩孔中心挖孔或通过开剖桩身，从基底算起沿深度方向每隔1.0～1.5m用带长把的小环刀分层取出原状夯实土样，测定其干密度。3．载荷试验法对重要的大型工程应进行现场载荷试验和浸水载荷试验，直接测试承载力和湿陷情况。上述前两项检验法，其中对灰土桩应在桩孔夯实后48h内进行，二灰桩应在36h内进行，否则将由于灰土或二灰的胶凝强度的影响而无法进行检验。六、土(或灰土、双灰)桩六、土(或灰土、双灰)桩 土(或灰土、双灰)桩挤密法是利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩(或灰土桩、双灰桩)。它们属于柔性桩，与桩间土共同组成复合地基。土(或灰土、双灰)桩适用于处理深度5～15m、地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。当地基土的含水量大于24％、饱和度大于0.65时，不宜采用。当以消除地基的湿陷性为主要目的时，宜选用土桩；当以提高地基的承载力或水稳性为主要目的时，宜选用灰土桩或双灰桩。【例题17】下列各种地基处理方法当中，适合用于处理湿陷性黄土地基的是（）。A.砂石桩B.土挤密桩C.级配砂石垫层D. 石灰桩法答案:B(一)加固机理1．土的侧向挤密作用土(或灰土、双灰)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1.5～2.0d(d为桩径直径)。2．灰土性质作用(二)设计计算1．桩孔布置原则和要求(1)桩孔间距应以保证桩间土挤密后达到要求的密实度和消除湿陷性为原则。对重要工程桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数不宜小于0.93。对一般工程不应小于0.90。(2)桩身压实系数应达到：桩身平均压实系数久，不应小于0.96。2．桩径设计时如桩径d过小，则桩数增加，并增大打桩和回填的工作量；如桩径d过大，则桩间土挤密不够，致使消除湿陷程度不够理想，且对成孔机械要求也高。当前我国桩径最小为250mm，最大为600mm，一般为300～450mm，常用400mm。3．桩距和排距土(或灰土、二灰)桩的挤密效果与桩距有关。而桩距的确定又与土的原始干密度和孔隙比有关。桩距的设计一般应通过试验或计算确定。而设计桩距的目的在于使桩间土挤密后达到一定平均密实度(指平均挤密系数和土的平均干密度的指标)不低于设计要求标准。桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离可为桩孔直径的2.0～2.5倍，也可按下式估算：处理填土地基时，鉴于其干密度值变动较大，一般不易按(17-5-12)式计算桩孔间距，为此，可根据挤密前地基土的承载力特征值fsk和挤密后处理地基要求达到的承载力特征值fspk，利用下式计算桩孔间距 灰与土的体积配合比宜为2:8或3:7。5．承载力和变形模量(1)用载荷试验方法确定(2)参照工程经验确定6．变形计算土或灰土挤密桩处理地基的变形计算应按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定执行。其中复合土层的压缩模量应通过试验或结合当地经验确定。(三)施工方法土(或灰土、二灰)桩的施工应按设计要求和现场条件选用沉管(振动或锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔，使土向孔的周围挤密。(四)质量检验抽样检验的数量不应小于桩孔总数的1％，不合格处应采取加桩或其他补救措施。夯实质量的检验方法有下列几种：1．轻便触探检验法先通过试验夯填，求得“检定锤击数”，施工检验时以实际锤击数不小于检定锤击数为合格。2.环刀取样检验法先用洛阳铲在桩孔中心挖孔或通过开剖桩身，从基底算起沿深度方向每隔1.0～1.5m用带长把的小环刀分层取出原状夯实土样，测定其干密度。3．载荷试验法对重要的大型工程应进行现场载荷试验和浸水载荷试验，直接测试承载力和湿陷情况。上述前两项检验法，其中对灰土桩应在桩孔夯实后48h内进行，二灰桩应在36h内进行，否则将由于灰土或二灰的胶凝强度的影响而无法进行检验。八、排水固结八、排水固结 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。(一)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。 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U>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。【例题21】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，下列各项叙述正确的是（）。A. 固结所需的时间与排水距离的长短成正比B. 固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比C. 固结所需的时间与排水距离的长短三次方成正比D. 固结所需的时间与排水距离的长短四次方成正比日答案:B【例题22】某软土地基厚4m，其下为不透水的泥岩，采用堆载预压法处理，固结度达到90%时所需时间为16天，如果泥岩顶面处存在着0.2m厚的细砂，则达到90%固结度时所需时间为（）天。A.16 B.8 C.4 D.2 答案:C2．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。【例题23】排水固结法能够使软弱地基的承载力提高，基原理为（）。A. 能够形成复合地基，从而使复合地基承载力提高B. 在总压力不变的前提下，通过降低孔隙水压力，使有效应力增高，从而提高地基的抗剪强度，达到提高地基承载力的目的C. 通过设置竖向增强体（砂井）提高地基承载力D. 通过设置垫层增加上部强度，从而使下卧层强度满足要求答案:B3．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17-5-2。(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。1)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： ①每一级荷载增量pi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； ②总固结度等于各级荷载增量作用下固结度的叠加；③每一级荷载增量pi在等速加荷经过时间t的固结度与在t/2时的瞬时加荷的固结度相同，也即计算固结的时间为t/2。④在加荷停止以后，在恒载作用期间的固结度，即时间t大于Ti(此处Ti为pi的加载期)时的固结度和在Ti/2时瞬时加荷pi后经过时间(t-Ti/2)的固结度相同；⑤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。2)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：(3)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。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；油罐通常利用罐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：1)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p1。2)计算第一级荷载下地基强度增长值。3)计算p1作用下达到所确定固结度与所需要的时间。4)根据第二步所得到的地基强度cu1，计算第二级所施加的荷载p2 。5)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。6)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1)竖向排水体材料选择2)竖向排水体深度设计3)竖向排水体平面布置设计4)砂料设计5)地表排水砂垫层设计(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，如有条件可进行地基中深层沉降和水平位移观测。3．超载预压法设计当预压荷载超过工作荷载时称为超载预压。对沉降有严格限制的建筑应采用超载预压法处理地基。超载预压法排水系统设计方法、堆载预压计划设计方法、现场监测设计方法基本上与堆载预压法相同。不同的是如何确定超载预压荷载。对有机质粘土、泥炭土等，其次固结沉降是重要的，采用超载预压法对减少永久荷载下的次固结沉降有一定效果。计算原则是把pf作用下的总沉降看成为主固结沉降和次固结沉降之和。4．真空预压法设计真空预压的设计内容主要包括：密封膜内的真空度、加固土层要求达到的平均固结度、竖向排水体的尺寸、加固后的沉降和工艺设计等。(二)施工方法1．堆载预压施工方法从施工角度分析，要保证排水固结法的加固效果，主要做好以下三个环节：铺设水平排水垫层；设置竖向排水体和施加固结压力。(1)水平排水垫层的施工(2)竖向排水体施工(3)预压荷载的施工2．真空预压施工方法(1)真空预压1)加固区划分2)工艺设备3)密封系统4)抽气阶段施工要求与质量要求(2)真空联合堆载预压(3)降水预压(三)质量检验对以稳定性控制的重要工程，应在预压区内选择有代表性地点预留孔位，对堆载预压法在堆载不同阶段；对真空预压法在抽真空结束后，进行不同深度的十字板抗剪强度试验和取土进行室内试验，以验算地基的抗滑稳定性，并检验地基的处理效果。在预压期间应及时整理变形与时间、孔隙水压力与时间等关系曲线，推算地基的最终固结变形量、不同时间的固结度和相应的变形量，以分析处理效果，并为确定卸载时间提供依据。真空预压处理地基除应进行地基变形和孑L隙水压力观测外，尚应量测膜下真空度和砂井不同深度的真空度。真空度应满足设计要求。九、灌浆法~十四、土钉墙技术九、灌浆法 灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。(一)加固机理在地基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为以下四类：1．渗透灌浆渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构和体积(砂性土灌浆的结构原理)，所用灌浆压力相对较小。这类灌浆一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。代表性的渗透灌浆理论有：球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论。2．劈裂灌浆劈裂灌浆是指在压力作用下，．浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。3．挤密灌浆挤密灌浆是指通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体挤密，在注浆管端部附近形成“浆泡”。当浆泡的直径较小时，灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动。经研究证明，向外扩张的浆泡将在土体中引起复杂的径向和切向应力体系。紧靠浆泡处的土体将遭受严重破坏和剪切，并形成塑性变形区，在此区内土体的密度可能因扰动而减小；离浆泡较远的土则基本上发生弹性变形，因而土的密度有明显的增加。4．电动化学灌浆若地基土的渗透系数k<10-4cm／s ，只靠一般静压力难于使浆液注入土的孔隙，此时需用电渗的作用使浆液进入土中。电动化学灌浆是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极，将溶液由阳极压入土中，并通以直流电(两电极间电压梯度一般采用0.3—1.0V／cm)，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区域中土的含水量降低，并形成渗浆通路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中硬结。因而电动化学灌浆是在电渗排水和灌浆法的基础上发展起来的一种加固方法。但由于电渗排水作用，可能会引起邻近既有建筑物基础的附加下沉，这一情况应予慎重注意。(二)设计计算1．方案选择2．灌浆标准所谓灌浆标准，是指设计者要求地基灌浆后应达到的质量指标。所用灌浆标准的高低，关系到工程量、进度、造价和建筑物的安全。3．浆材及配方设计原则4．浆液扩散半径的确定浆液扩散半径r是一个重要的参数，它对灌浆工程量及造价具有重要的影响。5．孔位布置注浆孔的布置是根据浆液的注浆有效范围，且应相互重叠，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的。6．灌浆压力的确定灌浆压力是指不会使地表面产生变化和邻近建筑物受到影响前提下可能采用的最大压力。7．灌浆量和灌浆顺序(三)施工方法1．灌浆施工方法的分类(1)按注浆管设置方法分类1)钻孔法2)打入法3)喷注法(2)按灌注方法分类1)一种溶液一个系统方式2)两种溶液一个系统方式3)两种溶液两个系统方式(3)按注浆方法分类1)钻杆注浆法2)单过滤管注浆法3)双层管双栓塞注浆法4)双层管钻杆注浆法2．注浆施工的机械设备3．套壳料配方4．灌浆(四)质量检验灌浆效果的检验，通常在注浆结束后28d才可进行，检验方法如下：1)统计计算灌浆量；2)静力触探测试；3)现场抽水试验；4)现场静载荷试验；5)钻孔弹性波试验；6)标准贯人试验或轻便触探等动力触探试验；7)室内试验；8)射线密度计法；9)电阻率法。十、水泥土搅拌法 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。国外使用水泥土搅拌法加固的土质有新吹填的超软土、泥炭土和淤泥质土等饱和软土。加固场所从陆地软土到海底软土，加固深度达六十米。国内目前采用水泥土搅拌法加固的土质有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。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性的土时，应通过试验确定其适用性。加固局限于陆上，加固深度可达20m 。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。(一)加固机理1．水泥的水解和水化反应2．土颗粒与水泥水化物的作用(1)离子交换和团粒化作用；(2)硬凝反应。3．碳酸化作用(二)设计计算1．水泥土搅拌桩的设计(1)对地质勘察的要求：应特别重视：①土质分析；②水质分析。(2)加固型式的选择搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。(3)加固范围的确定可仅在上部结构基础范围内布桩。2．水泥土搅拌桩的计算(1)柱状加固地基1)单桩竖向承载力的设计计算单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试验确定，也可按下式(17-5-19)和(17—5—20)进行计算，取其中较小值。在单桩设计时，承受垂直荷载的搅拌桩一般应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。因此，搅拌桩的设计主要是确定桩长和选择水泥掺入比。2)复合地基的设计计算 加固后搅拌桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算：3)水泥土搅拌桩沉降验算 水泥土搅拌桩复合地基变形s的计算，包括搅拌桩群体的压缩变形s1和桩端下未加固土层的压缩变形s2之和。4)复合地基设计软土地区的建筑物，都是在满足强度要求的条件下以沉降进行控制的，应采用以下设计思路：①根据地层结构采用适当的方法进行沉降计算，由建筑物对变形的要求确定加固深度，即选择施工桩长；②根据土质条件、固化剂掺量、室内配比试验资料和现场工程经验选择桩身强度和水泥掺入量及有关施工参数；③根据桩身强度的大小及桩的断面尺寸，由(17—5-19)式计算单桩承载力；④根据单桩承载力及土质条件，由(17-5-20 )式计算有效桩长；⑤根据单桩承载力、有效桩长和上部结构要求达到的复合地基承载力，由(17-5-21)式计算桩土面积置换率；⑥根据桩土面积置换率和基础形式进行布桩，桩可只在基础平面范围内布置。(2)壁状加固地基基本施工方法是采用深层搅拌机，将相邻桩连续搭接施工，一般布置数排搅拌桩在平面上组成格栅形。原则上按重力式挡土墙设计。要进行抗滑、抗倾覆、抗渗、抗隆起和整体滑动计算。根据上海地区经验，墙宽B=(0.6～0.8)倍开挖深度，桩插入基坑底深度h=(0.8～1.2)倍开挖深度。(三)施工工艺1．水泥浆搅拌法2．粉体喷射搅拌法控制水泥土搅拌桩施工质量的主要指标为：水泥用量、提升速度、喷浆(粉)的均匀性和连续性和施工机械性能。(四)质量检验1．施工期质量检验2．工程竣工后的质量检验：1)标准贯人试验或轻便触探等动力试验；2)静力触探试验；3)取芯检验；4)截取桩段作抗压强度试验；5)静载荷试验；6)开挖检验；7)沉降观测。十一、高压喷射注浆 高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20～70MPa的高压射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。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种型式。当前，高压喷射注浆法的基本工艺类型有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法。高压喷射注浆法主要适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。(一)加固机理1．高压喷射流对土体的破坏作用2．水(浆)、气同轴喷射流对土的破坏作用3．水泥与土的固结机理(二)设计计算1．室内配方与现场喷射试验2．确定固结体尺寸3．承载力计算 4．地基变形计算 旋喷桩的沉降计算应为桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值之和。5．防渗堵水设计 防渗堵水工程设计时，最好按双排或三排布孔形成帷幕。孔距应为1.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5R0最经济。(三)施工方法，1．施工机具2．施工工艺3．施工注意事项(四)质量检验1．开挖检验2．钻孔取芯3．标准贯入试验4．载荷试验十二、加筋土挡墙 加筋土挡墙系由填土中布置一定量的带状筋体(或称拉筋)以及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合结构。这种结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力、及填料与拉筋间的摩擦力等相互作用的内力平衡，保证了这个复合结构的内部稳定性。同时，加筋土挡墙这一复合结构还要能抵抗拉筋尾部后面填土所产生的侧压力，即加筋土挡墙的外稳定性，从而使整个复合结构稳定。(一)加固机理1．加筋土基本原理通过拉筋与土颗粒间的摩擦作用，将引起侧向变形的拉力传递给拉筋，使土体的侧向变形受到约束。加筋后的土体就好像在单元土体的侧向加了一个约束力，亦即加筋土的作用相当于土体强度增加了粘聚力Δс 。2．加筋土挡墙破坏机理加筋土挡墙的稳定性取决于加筋土挡墙的内部和外部的稳定性。从加筋土挡墙内部结构分析可知，当拉筋的抗拉强度足以承受通过土与拉筋间的摩擦传递给拉筋的拉力；并且在锚固区内能足以抵抗拉筋被拔出的抗力时，加筋土体才能保持稳定。(二)设计计算1．加筋土挡墙的型式根据拉筋不同配置的方法，可分单面加筋土挡墙、双面分离式加筋土挡墙以及台阶式加筋土挡墙。2．加筋土挡墙的荷载结构计算时，应根据可能同时出现的作用荷载，再选择荷载组合。3．面板面板通常可选用十字形、槽形、六角形、L形和矩形等。4．拉筋拉筋应采用抗拉强度高、延伸率小、耐腐蚀和有柔韧性的材料，同时要求加工、接长、和面板的连接简单。5．填土加筋土挡墙内填土一般应具有易压实、能与拉筋产生足够的摩擦力、满足化学和电化学标准以及水稳性好等要求。6．加筋土挡墙构造设计7．加筋土结构计算加筋土挡墙设计一般从加筋土挡墙的内部稳定性和外部稳定性两方面考虑。(1)加筋土挡墙的内部稳定性计算加筋土挡墙的内部稳定性是指阻止由于拉筋被拉断或由于土间摩擦力不足(即在锚固区内拉筋的锚固长度不足，使土体发生滑动)，以致加筋土挡墙整体结构遭到破坏。因此，在设计时必须考虑拉筋的强度和锚固长度(也称拉筋的有效长度)。(2)加筋土挡墙的外部稳定性计算加筋土挡墙的外部稳定性是指包括考虑挡墙地基承载力、基底抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和整体抗滑稳定性等的验算。验算时可将拉筋末端的连线与墙面板间视为整体结构，其他与一般重力式挡土墙的计算方法相同。(三)施工技术1．基础施工2．面板安装3．拉筋铺设4．填土的铺筑和压实(四)质量检查加筋土施工中各工序完成后，应进行分项工程中间检查验收，并提供实测记录资料。经检查合格后方可进行下一工序施工。凡不合格者必须进行补救或返工，使其达到要求。工程竣工验收时，应提交全部竣工文件。十三、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。土工合成材料是将由煤、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，再加工而成。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。(一)土工合成材料产品类型土工合成材料根据加工制造不同，可分：1．有纺型土工织物；2．编织型土工织物；3．无纺型土工织物；4．土工膜；5．土工格栅；6．土工垫；7．土工网；8．土工塑料排水带；9．组合材料。(二)土工合成材料特性1．物理特性：(1)相对密度；(2)单位面积质量；(3)厚度。2．力学特性：(1)压缩性；(2)抗拉强度；(3)撕裂强度；(4)握持拉伸强度；(5)顶破强度；(6)刺破强度；(7)穿透强度；(8)摩擦系数。3．水理性特性：(1)孔隙率;(2)开孔面积率;(3)等效孔径;(4)垂直渗透系数;(5)水平渗透系数。4．耐久性和环境影响：(1)抗老化；(2)徐变性。(三)土工合成材料的主要功能1．排水作用2．隔离作用3．反滤作用4．加筋作用(四)设计计算1．作为反滤层时的设计一般在反滤层设计时，既要求有足够的透水性；又要求能有效的防止土颗粒被带走。2．作为加筋时的设计(1)地基加固(2)路堤加固土工合成材料用作增加填土稳定性时，其铺垫方式有两种：一种是铺设在路基底与填土间；另一种是在堤身内填土间铺设。分析计算时常采用瑞典法和荷兰法两种计算方法。(3)加筋土挡墙十四、土钉墙技术 土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和面板组成。土钉是将拉筋插入土体内部，常用钢筋做拉筋，尺寸小，全长度与土粘结，并在坡面上铺设混凝土，从而形成土体加固区带，其结构类似于重力式挡墙，用以弥补土体自身强度的不足，它不仅提高了土体整体刚度，又弥补了土体的抗拉强度和抗剪强度低的弱点，提高整个边坡的稳定性。适用于开挖支护和天然边坡加固，是一项实用的原位岩土加筋技术。土钉适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况。为了保证土钉的施工，土层在分段开挖时，应能保持自立稳定。为此，土钉适用于有一定粘性的杂填土、粘性土、粉性土、黄土类土及弱胶结的砂土边坡。此外，当采用喷射混凝土面层或坡面浅层注浆等稳定坡面措施能够保证每一边坡台阶的自立稳定时，也可采用土钉支挡体系作为稳定边坡的方法。对标准贯入击数低于10或相对密度低于0.3的砂土边坡，采用土钉法一般是不经济的；对不均匀系数小于2的级配不良的砂土，土钉法不可采用；对塑性指数Ip大于20的粘性土，必须仔细评价其徐变特性后，方可用土钉用作永久性支挡结构；土钉法不适用于软土边坡，这是由于软土只能提供很低的界面摩阻力，假如采用土钉稳定软土边坡，其长度与设置密度均需提得很高，且成孔时保护孔壁的稳定也较困难，技术经济综合效益均不理想；同样，土钉法不适用于侵蚀性土(如煤渣、矿渣、炉渣、酸性矿物废料)．中作永久性支挡结构；土钉法也不宜用于含水丰富的粉细砂层和砂卵石层，主要是成孔困难。(一)加固机理1．土钉对复合土体起着箍束骨架作用；2．土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力；3．土钉起着应力传递与扩散作用；4．与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板也是发挥土钉有效作用的重要组成部分。(二)设计计算1. 设计内容土钉墙的设计包括：①土钉墙的平面和剖面尺寸及分段施工高度；②土钉的布置方式和间距；③土钉的直径、长度、倾角和在空间的方向；④土钉钢筋的类型和构造；⑤注浆配比和注浆方式；⑥喷射混凝土面板和坡顶防护；⑦内部稳定性和整体稳定性分析；⑧现场量测和质量控制。2．土钉墙设计的一般原则3．土钉墙内部稳定性计算土钉墙结构内部稳定性分析，国内外有几种不同的设计计算方法，国外主要有：美国的Davis法、英国的Bridle法、德国的Stocker法、法国的Schlosser法、美国的运动学法和通用极限平衡法及有限元法等。国内有：冶建总院法、太原煤炭设计研究院法、北京工业大学法、清华大学法和总参科研三所法等。4．土钉墙的外部稳定性分析土钉加筋土体形成的结构可看作为一个整体。为此，其外部稳定性分析可按重力式挡土墙进行。(三)施工技术1．开挖和护面2.钢筋网喷射混凝土面层3．排水：(1)浅部排水；(2)深部排水；(3)坡面排水。4．土钉设置按施工方法，土钉可分为钻孔注浆型土钉、打入型土钉和射入型土钉三类。5.土钉防腐十五、复合地基理论十五、复合地基理论 (一)概念及分类1．概念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。复合地基与天然地基同属地基范畴。2．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。桩体如按成桩所采用的材料可分为：1)散体土类桩—如碎石桩、砂桩等；2)水泥土类桩—如水泥土搅拌桩、旋喷桩等；3)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。(二)复合地基的特性1．作用机理1)桩体作用2)垫层作用3)加速固结作用4)挤密作用5)加筋作用2．破坏模式水平向增强体复合地基通常的破坏模式是整体破坏。有以下三种破坏形式。1)加筋体以上土体剪切破坏2)加筋体在剪切过程中被拉出、或与土体产生过大相对滑动产生破坏3)加筋体在剪切过程中被拉断而产生剪切破坏竖向增强体复合地基的破坏形式首先可以分成下述两种情况：一种是桩间土首先破坏进而发生复合地基全面破坏，另一种是桩体首先破坏进而发生复合地基全面破坏。在实际工程中，一般不可能桩间土和桩体同时达到破坏，大多数情况下，都是桩体先破坏，继而引起复合地基全面破坏。竖向增强体复合地基中，桩体存在四种可能的破坏模式：1)刺入破坏；2)鼓胀破坏；3)整体剪切破坏；4)滑动破坏。3．桩土应力比桩土应力比n是竖向增强体复合地基的一个重要计算参数，它关系到复合地基承载力和变形的计算，它与荷载水平、桩土模量比、桩土面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层情况等因素有关。4．固结特性5． 动力特性【例题24】在下列各种地基处理方法中，不能形成复合地基的是（）。A. 换填垫层法B.水泥土桩法C. CFG桩法D.砂石桩法答案:A【例题25】在下列各种地基处理方法当中，用于消除地基土液化现象效果最明显的是（）。A.水泥土搅拌桩B.CFG桩C. 石灰桩D.振冲桩答案:D(三)复合地基承载力与变形计算1．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pdf可用下式表示：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。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。2．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。S=s1+s2s1的计算方法一般有以下三种：1)复合模量法；2)应力修正法；3)桩身压缩量法。s2 的计算方法一般有以下三种：1)应力扩散法；2)等效实体法；3)Mindlin—Geddes方法。(四)复合地基质量检验对地基处理的效果检验，应在地基处理施工结束后经一定时间的休止恢复后再进行检验，因为地基加固后有一个时效作用，复合地基的强度和模量的提高往往需要有一定的时间。效果检验的方法有：钻孔取样、静力触探试验、轻便触探试验、标准贯入试验、载荷试验、取芯试验等，有时需要采用多种手段进行检验，以便综合评价地基处理效果。
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