1、同济大学 叶观宝 教授,中国地基处理技术 Foundation Improvement Technologyin China,地基处理的含义,场地（Site）：指工程建设所占有并直接使用的有限面积的土地。场地范围内及其邻近的地质环境都回直接影响着场地的稳定性。 地基(Foundation, Subgrade):指承托建筑物基础的这一部分很小的场地。 基础（Foundation，Footing):指建筑物向地基传递荷载的下部结构。 地基处理（Ground Treatment，Ground Improvement）：指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，而地基需经过人工处理后再营建基础
2、。,建筑物,基 础,地 基,地基存在的问题,地基存在的问题,实例1加拿大特朗斯康谷仓,加拿大特朗斯康谷仓平面呈矩形，长59.44 m,宽23.47 m。高31.0m。容积36368 m3。谷仓为圆筒仓，每排13个圆筒仓，共5排65个圆筒仓组成。谷仓的基础为钢筋混凝土筏基，厚61cm，基础埋深3.66m。,谷仓于1911年开始施工，1913年秋完工。 1913年9月起往谷仓装谷物，仔细地装载，使谷物均匀分布、10月当谷仓装了31822m3谷物时，发现1小时内垂直沉降达30.5cm。结构物向西倾斜，并在24小时间谷仓倾倒。谷仓西端下沉7.32m, 东端上抬1.52m。1913年10月18日谷仓倾倒
3、后，上部钢筋混凝土筒仓艰如盘石，仅有极少的表面裂缝。,P,f,Pf 建筑物荷载过大，使地发生整体滑动，建筑物失稳 。,实例2. 香港宝城滑坡,1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。,滑动面,雨水,建筑,G,f,实例3. 比萨斜塔,比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼，塔八层，高53.3m 。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜
4、，与地面成5.5第七层在南面突出4.5m 。 比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093，即9.3,我国国家标准建筑地基基础设计规范GBJ 789中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度Hg为：50mHg100m时，其允许值为0.005，即0.5。比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国国家标准允许值的18倍。,S,地基产生的不均匀沉降造成的建筑物倾斜,实例4. 大地震中地基液化,地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤 。,实例5Teton坝,Teton坝位于美国Idaho州的Teton河上，是一座防洪、发电、旅游、灌溉等综合利用工程。大坝为土质肥心墙坝。
5、最大坝高126.5m(至心墙齿槽底)，坝顶长945m。建于1972-75年，1976年6月失事。损失：直接8000万美元，起诉5500 起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路。,渗透破坏,12：30洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,11：50左右，洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加,地基处理对象及其特征,地基处理的对象,软弱地基（Soft Foundation）,特殊土地基(Special Ground),软土（soft soil
6、）冲填土杂填土饱和松散粉细砂,淤泥 淤泥质土,湿陷性土,红粘土,膨胀土,冻土,岩渍土 污染土等,软弱地基,由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。 组成物质杂乱，分布不均匀，结构松散。因而强度低、压缩性高和均匀性差。,包括淤泥和淤泥质土。 在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成。 主要由细粒土组成，孔隙比大（大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（压缩系数0.5MPa-1）和强度低。 广泛分布在我国东南沿海及内地。例如天津、上海、杭州宁波、温州、厦门、广州等沿海地区，以及昆明、武汉等内地地区。,软土 （Soft Soil）,冲填土 （Hydraulic
7、 Fill）,整治和疏浚江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土。又称吹填土。 冲填土是否需要处理和采取何种方法处理，取决于冲填土的颗粒组成、土层厚度和排水条件。,杂填土 （Miscellaneous Fill）,饱和粉细砂 （Saturate loose Sand）,由于密实度小，容易在动力荷载下产生液化现象，并容易在东水压力作用下产生管涌和流沙现象。,特殊土地基,指土体在一定压力下受水浸湿时产生的湿陷变形量达到一定数值的土。 包括：湿陷性黄土、干旱和半干旱地区具有崩解性的碎石土和砂土。 黄土在我国特别发育，广泛分布在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南
8、、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆等地。,指粘粒成分主要由亲水性矿物所组成的粘性土。 具有吸水膨胀、失水收缩的特性。 主要分布在广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、广东等地。,指石灰岩、白云岩等碳酸类岩石在亚热带温湿气候条件下经风华作用所形成的褐红色的粘性土。 由于下卧岩面起伏及存在，一般容易引起不均匀沉降。 主要分布在云南、贵州、广西等地。,土的温度等于或低于摄氏零度，含有固态水。 当自然条件改变时，产生冻胀、融陷等不良地质现象。 季节冻土占中国领土面积一半以上，其南界西从云南章凤，向东经昆明、贵阳，绕四川盆地北缘，到长沙、安庆、杭州一带。多年冻土分布在东北大、小兴
9、安岭，西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地，总面积为全国领土面积的1/5强,湿陷性土 （Collapsible Loess）,膨胀土 (Expansive Soil),红粘土 (Red Clay),季节性冻土 (Frozen Soil),地基处理的目的,1、改善土的抗剪特性 2、改善压缩特性 3、改善透水特性 4、改善动力特性 5、改善特殊土的不良地基特性,1、改善土的抗剪特性,地基的破坏属于剪切破坏！因此可以通过提高地基土的抗剪强度来提高地基的强度和承载力。从而防止结构倒塌、边坡失稳。,2、改善压缩特性,减小建筑物的沉降和不均匀沉降；减小基坑开挖、隧道施工引起的地面沉降；减小降水产生的固
10、结沉降。,土的压缩机理土中的孔隙的减少。由于孔隙中含有水和气，压缩速度受排水和排气特性的影响。,3、改善透水特性,地下水位下基坑开挖的止水；砂土液化中的排水。,土的透水性能主要受孔隙 大小（渗透性）和排水距离的的影响。可以通过减小孔隙和填充孔隙的方法来减小土的渗透性。也可以在土中植入透水性好的介质（砂石桩和排水板）来增加其渗透特性。,4、改善动力特性,松散粉细砂的液化机理在动力荷载作用下，松散粉细砂有结构变密的趋势，从而导致孔压增长，产生液化现象。因此可以通过增加密度、减小动剪切应力和改良排水条件三方面来处理可液化地基。,5、改善特殊土的不良地基特性,改善黄土的湿陷性； 改善膨胀土的胀缩性；
11、改善冻土的冻胀和融沉特性。,地基处理的方法,置换,1、换土垫层法2、挤淤置换法3、褥垫法4、振冲置换法5、沉管碎石桩法6、强夯置换法7、砂桩置换法8、柱锤冲扩桩法9、石灰桩法10、EPS超轻质料填土法(发泡聚苯乙烯),地基处理的方法,振密、挤密,1、表层原位压实法2、强夯法3、冲击碾压4、振冲密实法5、挤密砂桩法6、爆破挤密法7、土桩、灰土桩法,300Tm 强夯,降水强夯-高真空击密工法（远眺）,降水强夯-高真空击密工法（近景）,施工之前,表层处理-高真空,浅层处理-高真空,深层处理1,深层处理2,在真空管之间进行强夯,高真空排水与强夯同时进行,5砂土地基双点共振振冲密实法,多边轮快速夯实法,
12、地基处理的方法,排水固结,1、加载预压法2、超载预压法3、砂井法(普通砂井、袋装砂井、塑 料排水带)4、真空预压法5、真空预压与堆载联合法6、降低地下水位法7、电渗排水法,插板机(振动锤+龙门架),塑料排水板,场区覆膜,高真空井点,强夯设备,浦东国际机场高真空击密法加固,地基处理的方法,灌入固化物,1、深层搅拌法(湿法与干法)2、高压喷射注浆法3、夯实水泥土桩法4、渗入性灌浆法5、劈裂灌浆法6、挤密灌浆法7、电动化学灌浆法,SMW工法组合构件支护结构,地基处理的方法,加筋,1、加筋土法2、锚固法(土锚、土钉、锚定板)3、土工合成材料4、树根桩法5、低强度混凝土桩复合桩基法6、钢筋混凝土桩复合桩
13、基法,(GSI),(GSI),土工格室（geocell）和土工网格（geoweb）,(GSI),杭州天子岭垃圾填埋场（捷高）,封场后可作为牧场、公园、高尔夫球场等，有效利用了土地（捷高）,GCL封顶层（捷高）,Steepen Slope to Wall,Slope: Face inclination 700 Solution driven by many factors,Slope vs. Wall,Roadway Applications,Illustrated Cross Section,Panel Wall System,Full-Height Panel Wall System,Mod
14、ular Block Wall System,I-25 - Founders Meadows Pkwy. Castle Rock, CO,地基处理的方法,冷热处理,1、冻结法2、烧结法,地基处理的方法,改造工程,1、建筑物增层改造（地上、室内和向地下的增层改造）； 2、建筑物改建、扩建（调整、改善房屋使用功能，扩大使用面积）；3、建筑物加固和托换工程； 4、建筑物移位工程（平移、转动、升降移位、综合移位）；,地基处理的方法,1、建筑物的裂损加固处理；2、氡气治理工程；3、建筑物纠倾扶正及防复倾加固工程；4、不均匀下沉引起建筑物的挠曲、扭曲变形的病害处理工程； 5、过量沉降建筑物的控制与处理工程
15、；6、火灾、水灾后建筑物的检验、鉴定与加固处理； 7、建筑材料质量低劣的危险房屋抢救与加固工程；8、地震、风灾损坏后建筑物抢救与加固工程；9、泥石流、滑坡损坏的建筑物抢救与加固工程；10、地面塌陷及地面裂缝损坏的建筑物抢救与加固工程；11、其他灾害损坏导致的建筑物的抢救工程,病害处理,事故实例 CFG桩软基处理高填方路堤滑坡,事故事例搅拌桩软基处理高填方路堤滑塌,地基处理的方法,既有建筑 地基基础加固方法,1、基础加固法2、基础托换法3、地基加固法4、组合加固法同时采用基础加 固、基础托换或地基加固等两种或两种以上方法的组合加固,地基处理的方法,基础加固法,1、基础补强注浆加固法2、扩大基础底
16、面积法3、加深基础法,地基处理的方法,基础托换法,1、锚杆静压桩法 2、树根桩法 3、坑式静压桩法 4、桩式托换法 5、后压浆桩法 6、抬墙梁法7、沉井托换加固法,地基处理的方法,地基加固法,1、注浆加固法2、高压喷射注浆法3、水泥土搅拌法4、加筋水泥土桩锚法5、双灰桩法6、化学灌浆法,地基处理的方法,纠偏方法,1、锚杆静压桩法2、基础加压纠偏法3、基础减压和加强上部结构刚度法4、套筒法5、浸水与加压矫正法6、排(掏)土纠倾法7、预浸水法8、灰土桩法,地基处理的方法,移位,地基处理方法的选择,考虑的因素,1、土的种类2、土的加固深度 3、上部结构的要求 4、能提供的材料 5、能提供的加固机械设
17、备 6、环境因素7、工期要求8、当地处理方法的习惯，施工队伍素质9、施工技术条件和经济指标比较,地基处理的原则,经济上合理,技术上可靠,施工上方便,节约能源,保护环境,地基处理的设计,地基条件,1、地形及地质成因2、地基的成层状况 3、软土层层厚及范围 4、持力层的位置及倾斜情况 5、透水层的位置及状况 6、地下水位和孔隙水压力的情况7、地基土的物理及力学性质,地基处理的设计,结构条件,1、形式：荷载面的刚度及现状、开挖型式2、规模：荷载的大小、发布情况、种类（动载或静载）、荷载面的面积及布置、开挖深度及宽度 3、重要性及目的 4、稳定安全系数 5、沉降及变形的容许值,地基处理的设计,环境影响
18、,1、振动、噪音强夯、砂桩、挤密2、土方运输堆载预压 3、附加下沉真空预压、降水预压、高压喷射注浆 4、污染石灰桩、灌浆 5、施工扰动竖向排水体等,地基处理的设计,施工条件,1、用地条件2、工期 3、工程用料 4、施工机械 5、施工难易程度6、施工管理质量控制7、施工管理水平8、工程造价,复合地基特性,复合地基,复合桩基,天然地基,桩基,复合地基,1、竖向加筋复合地基、水平加筋复 合地基2、散体土类桩、水泥土类桩、混凝土类桩3、柔性桩、半刚性桩、刚性桩4、刚性基础下复合地基、柔性基础下复合地基,地基处理发展现状,1、理论落后于实践2、设计人员的素质3、施工质量的控制4、施工机械的自动化程度与施
19、工工艺5、检测手段与方法6、经济杆杠的作用,地基处理发展动向,应用方面,从解决一般工程地基加固向解决各类超软、深厚、深挖等大型工程地基加固方向发展，如在深厚超软地基上高速公路、大型油罐和深基坑开挖等,地基处理发展动向,目的方面,从以提高地基承载力与稳定性为目的向以解决基础过大沉降和不均匀沉降为目的方向发展，如高速公路的工后沉降、基坑开挖的侧向变形和大型油罐的不均匀沉降等,地基处理发展动向,加固技术方面,各类施工方法不断以现代新技术新材料充实和改进施工工艺，向实用有效、随土质和加固要求而定、可控、可靠方向发展，砂石垫层加筋土垫层，砂井袋装砂井、塑料排水板，水泥土搅拌法的质量监控系统等,地基处理发
20、展动向,设计理论方面,在大量工程实践基础上，修订了地基处理的设计规范和设计手册 ：中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ79-91)(JGJ79-2002)；中华人民共和国行业标准既有建筑地基基础加固技术规范(JGJ123-2000)；中国工程建设标准化协会标准建筑物移位纠倾增层改造技术规范,地基处理发展动向,其它方面,大量现场监测技术的应用，使信息设计和施工成为今后重大工程设计和施工的发展方向；多种方法的联合处理，满足不同工程的要求，如土工织物垫层和排水板联合处理、真空预压与堆载预压联合处理、加筋垫层和水泥土搅拌法联合处理等,问题与研究,浅层处理法,1、土工织物现场应变测试问题；
21、2、土工织物应力应变关系特性研究问题；3、土工织物与垫层的复合整体的研究；4、垫层与下卧层的双层地基的研究。,问题与研究,排水固结法,1、竖向排水体对地基土的扰动影响问题；2、竖向排水体的加筋作用和稳定性问题；3、水平排水垫层的设置问题；4、工后沉降问题；5、沉降过程的反分析及后续沉降的预估问题；,问题与研究,砂石桩法,1、施工工艺；2、桩体质量的检测；3、对桩周土的扰动影响；4、复合地基的应力分布；5、复合地基的变形。,问题与研究,搅拌桩法,1、处理深度；2、加固材料及费用；3、桩身质量检测；4、设计计算；5、合理配方；6、施工可靠性及监控。,问题与研究,强夯法,1、设计理论与方法；2、冲击
22、动力特性的研究；3、有效加固深度标准；4、表面垫层的设置。,简单(单一方向纠倾),纠偏工程的发展趋势：,复杂(多方向纠倾),简单地基纠倾,复杂地基纠倾,浅基础纠倾,深基础纠倾,现代建筑纠倾,古建筑纠倾,建筑物纠倾,构筑物纠倾,多层建筑移位,移位工程的发展趋势：,高层建筑移位,中等体量建筑移位,大体量建筑移位,短距离移位,长距离移位,滚动、滑动移位,轮动移位,操作半自动化,操作全自动化,单一方向移位,多元化组合移位,现代建筑结构补强,结构补强的发展趋势：,古建筑结构补强,单一结构补强,增层改造、功能改造,小型基础托换,基础托换的发展趋势：,大型基础托换,浅基础托换,深基础托换,纠倾扶正工程,超高
23、层哈尔滨齐鲁大厦纠倾工程(29层，99.6m，倾斜62cm),山西化肥厂100m高烟囱纠倾工程， 倾斜155cm，,鞍钢炼焦厂70m高烟囱纠倾工程 （倾斜1m）,温州某7层住宅楼纠倾工程 （具有28.5m深桩基础， 采用调整桩头荷载法，倾斜64cm),纠倾扶正后情况,抚顺石油一厂办公楼 纠倾扶正前情况（倾斜77cm),温州某6层住宅楼相互倾斜纠倾前后,移位工程,辽河油田兴隆台采油厂原办公楼分体、转向平移工程,移位前示意图,移位后示意图,3D动画,上海音乐厅平移工程,切断混凝土托盘下的柱旧基础,开挖，找出旧柱基础,原规划以10组平移千斤顶推动音乐厅,挖开基础，底部施作混凝土托盘并加固,切断混凝土托盘下的柱旧基础,音乐厅整体平移,平移前上海音乐厅位置,平移后上海音乐厅位置,上海音乐厅新貌,E n d,谢谢各位!,
