地基处理：地基承担荷载的目的

1 绪 论

1.1 地基处理的目的

1.1.1 地基、基础和地基处理

任何建(构)筑物的荷载最终将传递给地基,并由地基承担。

地基(foundation,subgrade)是指承托建(构)筑物基础的有限面积内的土层。由于上部结构建筑构件的强度很高,而相应的地基土强度则很低,压缩性比较大,因此,必须设置一定结构形式和尺寸的基础,将上部结构的荷载有效地传递给地基土,以满足对地基土承载力、变形及稳定性的要求。

基础(foundation,footing)处于上部结构和地基土之间,具有承上启下的作用。一方面,基础在上部结构的荷载及地基反力的共同作用下,承受由此而产生的轴力、剪力和弯矩等内力;另一方面,基础底面的反力又反过来作为地基上的荷载,使地基土产生应力和变形。

作为基础设计,除了要保证基础结构本身具有足够的强度和刚度外,同时还要选择合理的基础尺寸和布置方案,使地基土的强度和变形满足规范要求。因此,基础方案的论证常常是地基评价的自然引申和必然结果,地基和基础的设计往往是不能截然分开的,所以,基础设计又常常被称为地基基础设计。如在英语名词中,“地基”和“基础”两个词均使用“foundation”,由此可见两者具不可截然分开的依存关系。

凡是基础直接建造在未经过加固处理的天然土层上时,这种地基被称为天然地基。如果天然地基很软弱,不能够满足地基强度和变形等要求,则预先要经过人工处理,形成人工地基以后再建造基础,这种地基加固被称为地基处理(foundation soil treatment)。

地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋以及冷热处理等方法对地基土进行加固,以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性、湿陷性和胀缩性等。

我国地域辽阔、幅员广大,自然地理环境不同,土质各异,地基条件的区域性较强,因此,解决各类工程在设计及施工中出现的各种复杂的岩土工程问题,将是地基基础这门学科面临的课题。

随着当前我国经济建设的迅猛发展,不仅事先要选择在地质条件良好的场地从事工程建设,而且有时也不得不在地质条件不好的地方修建建(构)筑物,因此,必须要对天然的软弱地基进行处理。

1.1.2 地基可能出现的问题

概括地说,建(构)筑物的地基问题包含以下4个方面。

1.强度及稳定性问题

当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重以及外荷载时,地基就会产生局部或者整体剪切破坏,这会影响到建(构)筑物的正常使用,甚至会引起建(构)筑物的开裂或破坏。

2.变形问题

当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时,就会影响建(构)筑物的正常使用,特别是当地基的变形超过建筑物所能允许的不均匀沉降时,上部结构可能开裂甚至遭到破坏。一般而言,地基的沉降量较大,其不均匀沉降也较大。湿陷性黄土遇水而发生剧烈的变形和膨胀土的胀缩等也可以包括在这类问题中。

3.渗漏问题

渗漏(seepage)是指由于地基中地下水的流动而引起的有关问题,例如当地基的渗漏量或水力比降超过允许值时,会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致的建(构)筑物失事。

4.液化问题

地震、机器设备以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土,特别是饱和松散粉细砂(包括部分粉土)产生液化(liquefaction)、失稳和震陷等危害。

在土木工程建筑中,当天然地基存在上述4种问题之一或者其中几个问题时,必须采用相应的地基加固处理措施,以保证建筑物的安全与正常使用。

根据调查统计,世界各国的土木、水利、交通等各类工程中,地基问题常常是引起各类工程事故的主要原因。

地基问题的处理恰当与否,直接关系到整个工程建设质量的可靠性、投资的合理性以及施工进度。因此,地基处理的重要性已经越来越被更多的人所认识和了解。

1.1.3 地基处理的目的

地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋以及冷热处理等方法对地基土进行加固,用以改良地基土的不良工程特性,主要表现在以下几个方面。

1.提高地基土的抗剪强度

地基土的剪切破坏表现在建(构)筑物的地基承载力不够,偏心荷载及侧向土压力的作用使建(构)筑物失稳,填土或建(构)筑物荷载使邻近的地基土产生隆起,土方开挖时边坡失稳,基坑开挖时坑底隆起,等等。地基的剪切破坏反映了地基土的抗剪强度不足。因此,为了防止地基土发生剪切破坏,就需要采取一定的加固措施以提高地基土的抗剪强度。

2.降低地基土的压缩性

地基土的压缩性表现在建(构)筑物的沉降和差异沉降较大,如填土或建(构)筑物荷载使地基土产生固结沉降,作用于建(构)筑物基础的负摩阻力引起建(构)筑物的沉降,大范围地基土的沉降和不均匀沉降,基坑开挖引起邻近地面沉降,降水使地基土产生固结沉降等。地基土的压缩性可以用其压缩模量的大小来表示。因此,需要采取措施以提高地基土的压缩模量,从而减少地基土的沉降或不均匀沉降。

3.改善地基土的透水特性

地基土的透水性表现在堤坝等基础产生的地基渗漏,在基坑开挖工程中,因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。这些地下水在土中运动所出现的问题,必须采取相应的措施,降低地基土的透水性,减小地基土中的水压力。

4.改善地基土的动力特性

地基土的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂(包括部分粉土)可能产生液化,由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基土产生振动下沉。为此,需要采取措施,防止地基土液化并改善其动力特性,以提高地基土的抗震性能。

5.改善特殊土的不良地基特性

主要是消除或减弱湿陷性黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩特性,等等。

天然地基是否需要进行处理,取决于地基土的性质和建(构)筑物对地基土的要求。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。

在土木工程建设中遇到的软弱土和特殊土,主要包括:软黏土、人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞、山区地基以及垃圾填埋地基等。

1.2 软弱地基和特殊土地基的特性

软弱地基(soft foundation)是指主要由淤泥、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(special ground)大部分具有地区性特点,具体包括软土、湿陷性黄土、人工填土、膨胀土、有机土和泥炭土、红黏土、冻土、岩溶土和垃圾填埋土等。

以下分别介绍工程中经常遇到的、需要处理的地基土。

1.软黏土

软黏土是软弱黏性土的简称,常称为软土(soft soil)。

软黏土主要是在第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相和湖沼相等的黏性土沉积物或者河流冲积物,也有新近形成的淤积物。软黏土是在静水或者缓慢的流水环境中沉积,并经过生物化学作用形成的,天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.0的黏性土。当天然含水量大于液限且天然孔隙比大于1.0但小于1.5时,称淤泥质土。当软土的天然孔隙比大于1.5时,称为淤泥(muck)。

软土的特性是天然含水量高,天然孔隙比大,抗剪强度低,压缩系数大,渗透系数小,压缩模量低及触变性显著等。在外荷载作用下的地基土承载力低,沉降变形大,不均匀变形也大,透水性差。另外,由于黏土具有流变性,除了固结应力引起的固结变形外,在剪应力作用下,软土处于长期的变形之中,其变形稳定的历时较长,即流变性较强。因此,在比较深厚的软土层上,建(构)筑物基础的沉降经常持续数年乃至数十年之久。

软土广泛分布在我国的东南沿海、内陆平原和山区,如深圳、上海、杭州、温州、福州、广州、宁波、连云港、天津和厦门等沿海经济发达地区,以及武汉、南京、昆明、九江、南通、马鞍山等内陆地区。

2.人工填土

人工填土按照其物质组成和填土的方式分为三类:素填土、杂填土和冲填土。

(1)素填土。素填土(fill)是由碎石、砂或粉土、黏性土的一种或几种材料组成的填土,填土中不含杂质或杂质含量很少。道路工程中经常使用的分层填筑分层压实的素填土称为压实填土。其性质取决于填土性质、压实程度和填筑时间等。

(2)杂填土。杂填土(miscellaneous fill)是由于人类活动而形成的任意堆积物,由大量建筑垃圾、工业废料和生活垃圾组成。杂填土的成因很不规律,组成物质成分复杂,分布杂乱极不均匀,且结构松散。它的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差,一般还具有浸水湿陷性。对有机质含量较多的生活垃圾,以及对基础有侵蚀性的工业废料、对地下水和土壤有污染的杂填土,未经处理不宜作为基础的持力层。

(3)冲填土。冲填土(hydraulic fill)是由水力冲填泥砂形成的。在整治和疏通江河航道时,用泥浆泵将挖泥船挖出的夹有大量水分的泥砂,通过输泥管吹填到江河两岸而形成的冲(吹)填土。

冲填土的性质与冲填泥砂的来源以及冲填时的水力条件密切相关。冲填土的成分比较复杂,以黏性土为例,由于土中含有大量的水分而难以排出,土体在沉积初期处于流动状态,因而冲填土属于强度较低、压缩性较高的欠固结土。另外,主要以砂或其他粗粒土所组成的冲填土,其性质基本上类似于粉细砂而不属于软弱土范围。可见,冲填土的工程性质主要取决于其颗粒组成、均匀性和沉积过程中的排水固结条件等。

3.湿陷性土

湿陷性土包括湿陷性黄土,粉砂土和干旱、半干旱地区具有崩解性的碎石土等。根据野外浸水载荷试验,可以确定土是否属于湿陷性土。在工程建设中遇到较多的是湿陷性黄土。

天然黄土在上覆土的自重应力作用下,或在上覆土自重应力和附加应力的共同作用下,遇水浸湿后黄土的结构迅速破坏而发生显著的附加沉降,称为湿陷性黄土(collapsible loess)。

由于黄土的浸水湿陷而引起建(构)筑物的不均匀沉降是造成黄土地区工程事故的主要原因。因此在工程设计时,首先要判断黄土是否具有湿陷性,再考虑如何进行地基处理。

黄土在我国特别发育,地层多、厚度大。湿陷性黄土广泛分布在我国的甘肃、陕西、山西大部分地区,以及河北、河南、山东、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、宁夏、青海和新疆等部分地区。

4.膨胀土

膨胀土(expansive soil)是指土的黏性成分主要是由亲水性黏土矿物组成的黏性土,在环境温度和湿度变化时会产生强烈的胀缩。它是一种吸水膨胀、失水收缩、具有较大的胀缩变形性能且反复变形的高塑性黏土。

我国的膨胀土分布范围广,在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、内蒙古、贵州和广东等省均有分布。

利用膨胀土作为建(构)筑物的地基时,必须进行地基处理,否则会危害建(构)筑物的安全。

5.有机土和泥炭土

有机土是指有机含量大于5%的土。有机含量大于60%的土称为泥炭土。

如果土中的有机含量高,则土的强度往往降低,压缩性增大。特别是泥炭土,其含水量很高,压缩性很大,而且土层不均匀,需要进行地基处理。

6.红黏土

在亚热带温湿气候条件下,石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石经风化作用所形成的褐红色高塑性黏性土,称为红黏土(red clay)。

红黏土通常是比较好的地基土,但由于其下卧岩层层面的起伏变化,以及基岩的溶沟、溶槽等部位常常存在软弱土层,致使地基土层厚度及强度分布不均匀,易引起地基的不均匀变形。

7.冻土

冻土(permafrost)是当气温低于0℃时,土中液态水冻结成冰并胶结土粒而形成的一种特殊土。按冻结持续的时间,又可将冻土分为季节性冻土和多年冻土。季节性冻土(seasonally frozen gound)是指冬季冻结、夏季融化的土层。冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土或冻土。

冻土的强度和变形有许多特性,如冻土中同时存在冰、未结冰的水和土,在长期荷载作用下,冻土具有强烈的流变性。

季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布,因其呈周期性的冻结和融化,对地基的稳定性影响较大。例如,冻土区地基土因冻胀而隆起,可能导致基础被抬起、开裂及变形,而融化又使地基土沉降,再加上建筑物下面各处地基土冻融程度的不均匀,往往造成建筑物的严重破坏。

8.岩溶、土洞、山区地基

岩溶(喀斯特Karst)是石灰岩、白云岩、泥灰岩等可溶性岩层受水的化学作用和机械作用而形成的。岩溶的基本特性是:地基主要受力层范围内因水的化学和机械作用而形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。土洞是岩溶地区上覆土层被地下水冲蚀或潜蚀所形成的洞穴。

岩溶和土洞对建(构)筑物的影响很大,可能造成地面变形、地基塌陷,发生渗水和涌水现象。因此,在喀斯特地区修建建(构)筑物时,要特别重视岩溶和土洞的影响。

我国岩溶地基广泛分布在贵州和广西两省,其他省份也有,如江苏、湖北等。岩溶地区溶洞的大小不同,且沿水平方向延伸,有的出现经常性水流,有的已干涸或被泥砂填实。

山区地基的地质条件比较复杂,基岩表面起伏大,有可能存在大块孤石,经常引起建(构)筑物基础的不均匀沉降。另外,滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害也是山区常见的现象,对建(构)筑物形成直接的或者潜在的威胁。因此,在山区修建建(构)筑物时,要重视地基的稳定性,避免过大的不均匀沉降,必要时需进行地基处理。

9.垃圾填埋地基(www.xing528.com)

垃圾填埋地基是由于垃圾填埋而形成的特殊地基,其性质非常复杂,主要取决于填埋垃圾的种类和性质。随着我国固体垃圾处理技术的发展,垃圾填埋地基有望减少。

该类地基处理的目的是:防止填埋垃圾对周围环境的影响,特别是对地下水、土壤的污染。垃圾填埋地基的合理利用是目前经常遇到的问题。

另外,工程中还会遇到盐渍土地基等,均需要进行相应的加固和处理。

应该注意的是,对软弱地基进行岩土工程勘察时,应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土应了解其排水固结条件,对杂填土应查明堆载历史,明确在自重作用下的稳定性和湿陷性等基本因素。

1.3 地基处理方法的分类

根据史书记载,早在2000多年以前,我国劳动人民就已经采用了在软土中夯入碎石等压密土层的夯实方法;灰土和三合土的垫层法也是我国传统的建筑技术之一。由此可见在我国地基处理技术的历史之悠久。许多现代的地基处理方法都可以在古代找到它的雏形。

地基处理方法的分类有很多种,可以从地基处理的原理、地基处理的目的、地基处理的性质、地基处理的时效和动机等不同角度进行分类。其中最本质的是根据地基处理的原理进行的分类,见表1-1。

表1-1　常用地基处理方法的原理、作用及适用范围

续表1-1

注:二灰为石灰与粉煤灰的拌合料。

应该指出的是,对地基处理方法进行严格的分类是十分困难的。不少地基处理方法同时具有几种不同的作用。例如,碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋等多重作用;石灰桩具有又挤密土体又吸水的作用,吸水后又进一步挤密土体等。此外,还有一些地基处理方法的加固机理和计算方法目前尚不十分明确,有待进一步探讨。另外,由于地基处理方法不断地发展,其功能不断地扩大,也使其分类变得更加困难。

托换技术(或称基础托换)(underpinning)是指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或改建等问题,解决在原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问题的技术总称。托换技术是一种建筑技术难度较大、费用较高、工期较长和责任性较强的特殊施工方法。它需要应用各种地基处理方法,因而将其列入本书的最后一章。

1.4 地基处理设计前的工作内容和方案选择

1.4.1 地基处理设计前的工作内容

对于建造在软弱地基上的工程而言,在选择地基处理方案、进行工程设计之前,必须首先进行相关的调查研究,完成下列工作。

(1)收集详细的岩土工程勘察资料、上部结构及基础设计资料。

包括:建筑物场地所处的地形及地质成因、地基成层情况,软弱土层厚度、不均匀性和分布范围,持力层位置的状况,地下水情况以及地基土的物理力学性质等。

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、地基稳定安全系数和变形允许值等。

各种软弱地基的性状各不相同,现场地质条件随着场地的不同也是多变的,即使是同一种土质条件,也可能有多种地基处理方案。

如果根据软弱土层厚度确定地基处理方案,当软弱土层较薄时,可采用简单的浅层加固方法,如换土垫层法;当软弱土层较厚时,则可以按被加固土的特性和地下水的高低而采用排水固结法、挤密桩法、振冲法或强夯法。

如遇砂性土地基,若主要考虑解决砂土的液化问题,一般可采用强夯法、振冲法、挤密桩法或灌浆法。

如遇淤泥质土地基,由于其透水性差,一般应采用竖向排水井和堆载预压法、真空预压法、土工聚合物等;而对采用各种深层密实法处理淤泥质土地基时要慎重对待。

(2)根据工程的要求和采用天然地基存在的主要问题,确定地基处理的目的、处理范围和处理后要求达到的各项经济技术指标等。

(3)结合工程情况,了解当地地基处理的经验和施工条件,对于有特殊要求的工程,还应该了解其他地区相似场地上同类工程的地基处理经验和使用情况等。

1)用地条件。如果施工时占地较多,则对工程施工较为方便,但有时却会影响经济造价。

2)工期。从施工角度来讲,工期不宜太紧,这样可以有条件地选择缓慢施加荷载的堆载预法等方法,且施工期间的地基稳定性会增大。但有时工程要求缩短工期,早日完工投入使用,这样就限制了对某些地基处理方法的采用。

3)工程用料。尽可能就地取材,如当地产砂,就应该考虑采用砂垫层或挤密砂桩等方法的可能性;如有石料供应,就应考虑碎石垫层和碎石桩等方法。

4)其他条件。如当地某些地基处理的施工机械的有无、施工的难易程度、施工管理质量控制、管理水平和工程造价等因素也是采用何种地基处理方法的关键因素。

(4)调查邻近建筑、地下工程和有关管线等情况。

(5)了解建筑物场地的环境情况。

在地基处理施工中应该考虑场地环境的影响。如采用强夯法和砂桩挤密法等施工时,振动和噪音会对邻近建筑物和居民产生影响和干扰;采用堆载预压法时,将会有大量的土方运进输出,既要有堆放场地,又不能妨碍交通;采用真空预压法或降水预压法时,往往会使邻近建筑物的地基产生附加沉降;采用石灰桩或灌浆法时,有时会污染周围环境。当然,施工时对场地的环境影响也不是绝对的,应慎重对待,妥善处理。

1.4.2 地基处理方案的选择

根据大量的工程实践,得到各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果,见表1-2。

地基处理方法的选择和确定要根据下面的步骤进行:

(1)搜集建筑物场地详细的岩土工程地质、水文地质及地基基础的设计资料;

(2)根据建筑物结构类型、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、环境情况和对相邻建筑物的影响等因素,初步选出几种可供选择的地基处理方法,包括选择两种或多种地基处理措施组成的综合处理方案。

在选择地基处理方法时,应该同时考虑上部结构、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。

表1-2　各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果

注:表中“*”为适用。

(3)在因地制宜的前提下,对初步选定的各种地基处理方案,分别从加固原理、适用范围、预期处理效果、耗用材料、施工机械、工期要求和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、经济合理等原则选择最佳的地基处理方法。

值得一提的是,每一种地基处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点,没有哪一种地基处理方法是万能的,必要时可以选择两种或多种地基处理方法组成的联合方法。

(4)对已选定的地基处理方法,宜按照建筑物地基基础设计的等级和场地复杂程度,在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工,并进行必要的测试,以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求时,应查明原因,修改设计参数或调整地基处理方法。

1.4.3 地基处理工程的特点

地基处理是土木工程的一个分支。与其他土木工程不同,地基处理工程有自身的3个特点。

(1)大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥出来。

(2)每一项地基处理工程都有它的特殊性。

(3)地基处理是隐蔽工程,很难直接检验其加固效果。

地基处理方案的设计顺序可参考图1-1。

图1-1　地基处理方案设计顺序

1.5 地基处理工程的施工管理

地基处理的施工技术,可以体现处理设计者的意图。应该引起注意的是,有时设计人员虽然采用了较好的地基处理方法,但由于施工管理不善,如施工时对黏性土结构的扰动,或者由于机械行走的路线不太合理,使地基加固出现不均匀等情况,因此也就丧失了采用良好地基处理方法的优越性。

在地基处理施工中,对处理方法的各个环节的质量标准要求应该严格掌握,如换土垫层法,填土压实时要达到最大干重度和最优含水量的要求,堆载预压的填土速率和边桩位移的控制,碎石桩的填料量、密实电流和留振时间的控制,等等。

地基处理的施工要尽量提早安排,因为地基加固后强度的提高往往需要一定时间,也就是说,大部分地基处理方法的加固效果并不是在施工结束后马上就能全部发挥出来,还需要在施工完成后经过一段时间才能逐步达到加固地基的效果。随着时间的延长,加固后的地基强度还会逐渐增长,变形模量也会提高。因此,可以通过调整地基处理的施工速度,来确保地基的稳定性和安全度。

一般在地基处理施工前、施工中和施工后,都要对被加固的软弱地基进行现场测试和勘探工作(如静力触探、旁压试验等原位测试和其他工作),以便及时了解地基土的加固效果,修正原来的加固设计,调整施工进度;有时为了获得某些施工参数,必须于施工前在现场进行地基处理的原位测试试验;有时,在地基加固前,为了保证邻近建筑物的安全,还要对邻近建筑物或地下设施进行沉降和裂缝等监测。

1.6 地基处理技术的发展概况

地基处理是古老而又年轻的研究领域。灰土垫层基础和短桩处理技术在我国的应用历史悠久,可追溯到2000多年以前。随着地基处理工程实践的发展,人们在改造土的工程性质的同时,不断丰富了对土的特性的认识,从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新,因而使其成为岩土工程领域中一个具有非常强的生命力的分支。

多年来,国外在地基处理技术方面的发展十分迅速,老方法得到改进,新方法不断涌现。在20世纪60年代中期,从如何提高土的抗拉强度这一思路中发展了土的“加筋法”;从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发,采用了土工聚合物、砂井预压和塑料排水板等材料和工艺对地基土进行排水固结处理;从对深层地基土如何进行密实处理这一角度考虑,采用加大击实功的措施,发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外,现代工业的发展对地基工程提供了强有力的生产手段,能制造出重达几十吨的专用地基加固施工机械(采用强夯法时的起重机械);因潜水电机的出现,使振动水冲法的振冲器施工机械也随之产生;真空泵的问世,使真空预压法可以实现;又由于产生了大于200个大气压①的空气压缩机,从而产生了“高压喷射注浆法”。

随着我国土木工程建设持续、高速的发展,地基处理技术在我国得到了飞速发展。老方法得到改进,新方法不断涌现。高压喷射注浆法、振冲法、强夯法、深层搅拌法等许多地基处理技术从国外引进后,在我国的工程实践中得到了较大的发展。20多年来,在工程实践中还发展了许多新的地基处理技术,如真空-堆载联合预压法、CFG(水泥粉煤灰碎石桩)刚性桩复合地基法、夯实水泥土桩法、EPS超轻质填料法等,尤其是近年来的发展给人以耳目一新的感觉。

新材料的应用,不仅使一些原有的地基处理方法效能得到提高,而且产生了一些新的地基处理方法。土工合成加筋材料的发展促进了加筋土方法的发展。轻质土工合成材料(EPS)作为填土材料形成EPS超轻质料填土法。灌浆材料,如超细水泥、粉煤灰水泥浆材、硅粉水泥浆材等水泥系浆材和化学浆材的发展有效地扩大了灌浆法的应用范围,满足了工程需要。近年来,地基处理技术还与工业废料的利用结合起来,如粉煤灰垫层、钢渣桩复合地基、水泥粉煤灰桩复合地基(CFG桩)等的应用取得了较好的社会效益和经济效益,同时也改善了生态环境。

地基处理的工程实践促进了地基处理计算理论的发展。复合地基理论随着地基处理技术的发展而得到发展,逐步形成了复合地基承载力和沉降计算理论。除复合地基理论外,对强夯加固地基的机理和强夯加固深度、砂井法非理想井计算理论以及真空预压法计算理论方面都有不少新的研究成果。地基处理理论的发展又反过来推动地基处理技术新的进步。

近年来发展了许多新的地基处理方法。例如,强夯置换碎石桩(墩)法较之强夯法可提高地基承载力,减小沉降,而且应用范围扩大到软黏土。由水泥、粉煤灰、碎石形成的CFG桩,与桩间土、褥垫层形成的刚性桩复合地基,可大幅度提高地基承载力,复合地基的沉降也很小。

地基处理技术的发展还表现在多种地基处理方法综合应用水平的提高。如真空预压法和堆载预压法的综合应用,石灰桩和深层搅拌水泥土桩多元复合地基的应用,CFG桩和深层搅拌水泥土桩多元复合地基的应用、CFG桩和石灰桩多元复合地基的应用等。实践证明,多种地基处理方法的综合应用可取得较好的技术效果、经济效益和社会效益。

目前地基处理已成为土力学与岩土工程领域的一个主要分支学科,国际土力学与岩土工程协会下设有专门的地基处理学术委员会。中国土力学与岩土工程学会1984年成立了地基处理学术委员会,并于1986年、1989年、1992年、1995年、1997年、2000年、2002年分别召开了7届全国地基处理学术讨论会,1988年编著出版了《地基处理手册》,2000年修订出版了《地基处理手册》(第二版)。1990年《地基处理》杂志创刊,提供了推广和交流地基处理新技术的园地。我国建设部已发布了《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—91),2002年又修订出版了《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)。交通部1997年发布了《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017—96),对公路工程中软土地基处理设计与施工起到了重要指导作用。此外,对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土也出版了相应的规范规程。

地基处理领域是土木工程中最难的领域之一,非常具有挑战性。复杂的地基以及现代土木工程对地基日益严格的要求,给广大的土木工程师,特别是岩土工程师提出了一个又一个新课题,这将极大地促进地基处理技术的发展。

总之,地基处理已成为土木工程建设中的热点之一,已得到勘察、设计、施工、监理、教学、科研和管理部门的高度重视。地基处理技术的进步已产生了巨大的经济效益和社会效益,我国的地基处理技术总体上已处于国际先进水平。

当前,国外的地基处理方法名目繁多。限于篇幅,本书仅对国内外常用的地基处理方法加以介绍,并着重阐明各种地基处理方法的加固机理、适用范围、设计计算、施工方法和质量检验。

思 考 题

1.何谓软弱地基?软弱地基有哪些主要特征?

2.选用地基处理方法时,应考虑哪些因素?

3.简述软弱地基处理方法的分类。

4.地基处理的目的是什么?

5.地基处理设计前的工作内容是什么?