人工地基

人工加固处理后的地基

在修筑建筑基础时，常会遇到浅层地基土为软弱土和不良土，其地基承载力不足或沉降量大于容许沉降量，而从结构型式和技术经济比较来看，以修建浅基础为宜，此时，应采取人工加固处理措施，提高地基土的承载力和密实度，减小沉降量，这种加固后的地基称为人工地基。

工程特性

荷载引起的地基应力随深度增大而减小，直至趋近于零，故地基上部一定深度内的土层为其主要受力层。一般情况下，地基的变形和稳定性主要取决于该深度内土的性质。持力层主要由软弱土组成的地基称为软弱地基。软弱土一般指土质疏松、压缩性高、抗剪强度低的软土（如软黏土）、松散砂土和未经处理的填土。软土是含水量和饱和度高、孔隙比大、透水性低且灵敏度高的黏性土和粉土。包括淤泥、淤泥质土、有机质沉积物（泥炭土和沼泽土）和其他高压缩性的黏性土和粉土。

人工填土包括素填土、冲填土和杂填土。素填土成分比较单一，多是山丘高地挖方后在低洼处原土回填而形成的，回填未做加密处理时，常较疏松且不均匀，在水浸润下易产生湿陷。冲填土（吹填土）是在整治和疏通江河时，用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹填）形成的沉积土。冲填土的物质成分比较复杂，如以粉土、黏性土为主，则属于欠固结的软弱土，若由中砂粒以上的粗颗粒所组成的，则不属于软弱土。杂填土是覆盖在城市地表的人工杂物，包含瓦片砖块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。

处理方法

由于土层强度低，压缩性高，透水性差，土质不均，如作为地基，往往不能满足建筑物对强度和变形的要求，需进行加固处理。地基处理的目的是：提高地基土的抗剪强度，降低软弱土的压缩性，减少地基的沉降量，防止不均匀沉降。在高烈度地震区进行地基处理，还可以改善土的渗透性能和动力特性，防止地震液化的发生。

在长期的工程实践中，人们针对所遇到的各种软弱和不良地基以及由于地基问题处理不当引起的各种事故或现象，研究和推广采用了多种多样的地基处理方法，这些方法不仅适用于软弱地基，其中有的方法也适用于某些特殊土。地基处理的方法有换土垫层、挤密或振冲、碾压与夯实、预压、胶结加固和加筋等六类。选用地基处理方法时，应从当地地基条件、目的、要求、工程费用、施工进度、材料来源、可能达到的效果以及环境影响等方面综合考虑，并通过试验和比较来确定。必要时还应在建筑物设计与施工中采取相应的措施。

换土垫层法

换土垫层法又称开挖置换法，是将基础底面以下一定深度的软弱土全部或部分挖除，然后回填强度较高、压缩性较低、没有侵蚀性的砂、碎石或卵石、素土、灰土、石屑、矿渣等材料，经过分层夯实至要求的密实度，作为地基持力层。换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。换土垫层法回填所用的材料虽有多种，但其作用和计算原理基本相同，是一种较简易的浅层地基处理方法，并已得到广泛的应用，处理地基时，宜优先考虑此法。换土可用于单独的基坑、基槽，也可用以满堂式置换。

换土垫层法所用的回填材料都是松散的，压密是保证垫层质量的施工关键。压密方法有加水夯实法、水撼法和振动压密法（机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法）等。换土垫层的作用主要有以下几个方面：提高地基的承载力；减少地基的沉降量；加速地基的排水固结。此外，砂、碎石或卵石垫层可以防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用。必须指出的是，砂垫层不宜用于处理湿陷性黄土地基，因为砂垫层的良好透水性反而容易引起黄土产生湿陷。

砂桩

砂桩与生石灰桩是挤密加固地基的一种方法。挤密加固法，就是在软弱地基中先用振动、冲击或打入套管等方法在地基中成孔（孔径一般为30~60cm），然后向孔中填入砂、土、石灰等材料，分层捣实成桩，然后将钢管拔出。在钢管打入土中时，孔位部分的土体挤入周围土中，使土层挤密。

砂桩的作用：

1、桩管打入地基时，对土有横向挤密作用和振动冲击作用，使土颗粒相互靠紧挤密，孔隙比减小。处理后，土的压缩性减小，抗剪强度提高，从而提高了地基容许承载力。

2、软弱土被挤密后与桩体共同作用，组成复合地基，共同承受和传递建筑物的荷载。

3、由于基底应力向砂桩集中，减少了沉降量。

4、黏性土地基设置砂桩后，同砂井一样，也具有排水固结作用。

通过振动和冲击的挤密作用，增加砂类土的相对密度，砂桩能有效地防止地基的振动液化。

砂桩的适用条件：

砂桩的应用范围较为广泛。从土类来说，可用于处理松散砂土、杂填土和黏粒含量不高的软弱黏性土。但对于饱和软黏土，因其抗剪强度低、灵敏度高、渗透性又差，往往难以形成密实的砂桩，而土的天然结构却可能在砂桩施工中受到破坏，使其抗剪强度降低。从加固的目的来看，可提高上述一般松软地基土的强度，减少地基变形量，还可以防止地震时饱和松散砂土的液化，减少列车振动对地基土的影响，加速地基土的固结。所以此法可用于各类建筑物的地基加固。

砂井和塑料板排水固结法

为了加速软土地基的排水固结，工程实践中常采用在拟定处理的地基中按一定间距和排列方式设置若干个竖向砂井（袋装砂井或塑料排水板）作为排水体，并在地面铺设砂垫层或砂沟，连通各个砂井构成排水系统。然后进行预压，使孔隙水经由排水系统排出。这种处理地基的方法称为砂井预压排水固结法，或砂井预压法。在土中设置砂井以后，土层中增加了许多透水性良好的排水通道，排水距离大大缩短，根据太沙基的固结理论，土层固结所需的时间与排水距离的平方成正比，因此地基固结的时间也大大缩短。

搅拌桩法与灌浆胶结法

此类方法是在软土地基土中注入水泥、石灰等，用喷射、搅拌等方法使之与土体充分混合固化；或把一些能固化的化学浆液（水泥浆、水玻璃、氯化钙溶液等）注入地基土孔隙，以改善地基土的物理力学性质，达到加固目的，因此又统称为化学加固法。所用化学加固材料可分为粉体类（水泥、石灰粉末）和浆液类（水泥浆液及其他化学浆液）。加固的类型有搅拌桩法（粉体喷射搅拌桩、水泥浆搅拌桩、高压旋喷桩，统称深层搅拌桩）及胶结法（硅化法、水泥灌注法）两类。

夯实法

夯实法对砂土地基及含水量在一定范围内的软弱黏性土可提高其密实度和强度，减少沉降。此法也适用于加固杂填土和黄土等。夯实方法除常用的机械碾压、振动压实和分层锤击法外，还有重锤夯实法和强夯法（也称动力固结法）。

土工织物法

土工织物（即土工聚合物）是土工用合成纤维材料的总称，它包括各种土工纤维、土工膜、土工格栅和土工垫等。土工织物是以煤、石油、天然气等作为原料，经过化学加工而成为高分子合成物（聚合物），再经过机械加工制成纤维或条带、网格、薄膜等的产品。它具有质地柔软、重量轻、整体连续性好（在长度上可制成数百米到上千米）、施工方便、抗拉强度较高、耐腐蚀和抗微生物侵蚀良好等性能。缺点是抗紫外线能力低，如暴露在外受到紫外线（日光）直接照射则容易老化。土工聚合物由于它一系列优良的特性，使其在铁路、水利、城建、公路、林业、国防等领域得到了迅速的发展和广泛的应用。

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