地基处理施工技术

1第二章地基处理技术主要内容1.概述2.挤密桩施工法3.注浆施工法4.深层搅拌第一节概述一、概念地基：承托建(构)筑物基础的有限面积内的岩土层。天然地基：凡是基础直接建造在未经改造的天然土层上的地基。人工地基：凡是天然地基不能满足地基强度要求，要事先经过人工处理后再建造基础。地基处理：对地基进行人工改造加固。二、地基处理方法分类（按作用机理）1.置换用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部松软土或不良土，形成双层地基或复合地基，提高地基承载力，减小沉降。如换土垫层法、强夯置换法、石灰桩法、挤淤置换法和褥垫层法、EPS（发泡聚苯乙烯）超轻质料填土法等。2.排水固结指地基土体在一定荷载作用下排水固结，使土体孔隙比减小、抗剪强度提高，提高地基承载力和减少工程后期沉降。竖向排水系统可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带等，也可利用天然地基土体本身排水，而不采用人工设置竖向排水通道。水平排水系统可采用砂垫层或碎石盲沟等。加载预压系统可采用超载预压法、真空预压法、降水预压法和电渗排水预压法等。23.凝结指向地基中灌入(或拌入)水泥或石灰或其他具有凝硬反应的化学固化材料，在地基中形成复合土体，以达到对地基处理的目的。如：深层搅拌法(包括浆体喷射搅拌法和粉体喷射搅拌法)、静压注浆法(包括渗流注浆法、劈裂注浆法、挤密注浆法和电化学注浆法)和高压喷射注浆法(包括高压旋喷注浆法、高压定喷注浆法和高压摆喷注浆法)。4．挤密指采用振动、冲击或爆破方式使地基土体进一步密实，以达到提高地基承载力和减少沉降的目的。如：表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密砂桩法、挤密碎石桩法(包括振冲挤密碎石桩、振动沉管挤密碎石桩、冲锤成孔挤密碎石桩和干振成孔碎石桩等)、孔内夯扩挤密桩法、爆破挤密法、土桩及灰土桩法和夯实水泥土桩法等。5．加筋是在地基中设置强度高、模量大的筋材，以达到提高地基承载力和减少沉降的目的。强度高、模量大的筋材可以是钢筋混凝土和低强度混凝土，也可以是土工合成材料等。如：锚固法、加筋土法、土钉墙法、树根桩法、低强度桩复合地基法(包括CFG桩复合地基、低强度混凝土桩复合地基、二灰混凝土桩复合地基等)和刚性桩复合地基法。6．冷热处理指通过对地基土冻结或加热而改变土体物理力学性质，以达到对地基处理的目的。如：冻结法(冻结土体，改善地基土截水性能和提高土体抗剪强度，而形成挡土结构或止水帷幕)。烧结法(钻孔加热或焙烧，减少土体含水量，减小压缩性，提高土体强度，以达到对地基处理的目的)。三、地基处理方法选择原则1.地基处理方法与工程条件和要求相适应；32.安全可靠、施工方便、经济合理；3.节能减排，保护环境。四、地基处理方案设计过程第二节挤密桩施工法挤密桩施工是向地基中掺入一定的填充材料，使原孔隙比较大的松散砂土、人工填土层在填充材料的挤压作用下孔隙比减小和地基强度增加，而掺入的填充材料在地基中能起到较好的骨架作用。一、土桩及灰桩施工技术(1)适用地层：地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等。(2)方法：利用沉管、冲击、爆破等方法将钢管打入土中侧向挤密成孔，并在孔中填料夯实成桩。(3)填料：素土、石灰、石灰与粉煤灰混合物（二灰）。土桩灰桩二灰桩灰土桩1.加固机理(1)挤密作用单桩挤密时，单个桩孔的“有效挤密区”半径一般为(1.0~1.5)d。注意：土的天然密度和含水量对挤密效果有显著影响。(2)物化作用生石灰吸水变成熟石灰时产生体积膨胀。石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚。粉煤灰中活性SiO2和Al2O3玻璃体，产生硅铝酸钙和水硬性胶凝物质，填充胶结于粉煤灰空隙间。(3)桩体作用灰土变形模量40~200MPa，相当于夯实素土2~10倍。2.设计计算土桩挤密法：消除地基土的湿陷性；灰土桩二灰桩(1)桩孔直径300~600mm(2)桩长根据土质、桩处理地基的深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般为5~15m。挤密法：提高地基土的承载力或增强其水稳定性降低压缩性。4(3)桩距和排距按等边三角形布置，其间距(L)和排距(H)可按下列公式计算一般土桩不少于2排，灰土桩与二灰桩不少于3排。(4)处理宽度处理地基的宽度应大于基础的宽度。局部处理时，对非自重湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，每边超出基础的宽度不应小于0.25b(b为基础宽度)，并不应小于0.5m；对自重湿陷性黄土，不应小于0.75b，并不应小于1m。整片处理适用于Ⅲ级、Ⅵ级自重湿陷性黄土场地，每边超出建筑物外墙基础边缘的宽度不应小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。(5)地基的承载力和压缩模量土和灰土(或二灰)挤密桩地基的承载力标准值，应通过原位测试或结合当地经验数据资料确定。当无经验数据资料时，对土挤密桩地基，不应大于处理前的1.4倍，并不应大于180kPa；对灰土挤密桩地基，不应大于处理前的2倍，并不应大于250kPa。土和灰土(或二灰)挤密桩地基的压缩模量应通过试验或结合本地经验数据资料确定。(6)适用性土和灰土(或二灰)挤密桩适合于加固地下水位以上，天然含水量为12~25％和厚度为5~15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的松软地基。当地基土的含水量23%及其饱和度65%时，由于成孔质量不好，拔管后容易缩径，以及打管时容易对邻近已回填的桩体造成破坏，不宜采用土或灰土桩挤密法。3.施工顺序一般是先外排后内排，先周边后中间。单排桩应先两端后中间，并“跳打”，不得由一边向另一边平行推进，以免桩挤向一边。对原建筑物地基加固：应由外及里施工；临近建筑物：先施工部分“隔断桩”，将其与施工区隔开。很软的粘性土地基：应先间隔较大距离打桩，过30天后再在中间按设计间距补桩。4.施工工艺(1)管内成桩法施工程序管内成桩法施工流程图5(2)管内成桩成孔方法沉管法成孔。其孔壁光滑规整，挤密效果及施工技术易控制和掌握。沉管法成孔的最大深度受到沉管机桩架高度的限制，一般不超过8m。•冲击法成孔。使用定型或简易冲击机，将锤头提升一定高度后自由落下，反复冲击使土层成孔。成孔深度不受机架高度的限制，可达20m以上，孔径为500~600mm。•特别适用于处理自重湿陷性厚度较大的土层。•爆扩法成孔。(3)桩孔回填夯实回填夯实施工前，应进行回填试验，以确定每次合理的填料数量和夯击数。根据回填夯实质量标准确定检测方法和应达到的指标。(4)桩孔封顶因生石灰吸水膨胀，对各个方向都将产生很大的膨胀力，为减少向上膨胀力的损失，约束石灰桩的上举力，到夯填至距桩顶0.5~1.0m时，用3:7灰土或C7.5素混凝土捣实封顶，其顶部标高值为基础的底部标高值。(5)管外成桩施工方法(6)施工要求①成孔施工时，地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12％时，宜加水增湿至最优含水量。②桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5%。③桩孔垂直度偏差不应大于1.5%。④对沉管法，其直径和深度应与设计值相同；对冲击法或爆扩法，桩孔直径与设计值的误差不得超过±70mm，桩孔深度不应小于设计深度的0.5m。6⑤向孔内填料前，孔底必须先夯实，然后用素土或灰土在最优含水量状态下分层回填夯实。回填土料一般采用过筛(筛孔不大于20mm的粉质粘土)，并不得含有有机质；粉煤灰采用含水量为30~50%湿粉煤灰；石灰用块灰消解(闷透)3~4天后并过筛，其粗粒粒径不大于5mm。灰土或二灰应拌和均匀至颜色一致后及时回填夯实。⑥成孔和回填夯实的施工顺序宜间隔进行，对大型工程可采取分段施工。基础底面以上应预留0.7~1.0m厚的土层，待施工结束后，将表层挤松的土挖除或分层夯压密实。5.质量检验抽样检验的数量不应少于桩孔总数的2％，不合格处应采取加桩或其他补救措施。夯填质量的检验方法有下列几种：(1)控制灌灰量。按每米计量，控制充盈系数符合要求。(2)挖桩检验和在桩身取样试验。测定桩径、桩的外形、桩身材料分布情况和桩身密实度等。(3)轻便触探检验法。先试夯填，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。轻便触探检验法和环刀取样检验法，对灰土桩应在桩孔夯填后48h内进行，对二灰桩应在36h内进行。(4)环刀取样检验法。(5)载荷试验法。对重要或大型工程，还需进行现场载荷试验和浸水载荷试验，直接观测承载力和湿陷情况。二、干冲碎石桩法1.碎石桩加固原理(1)挤密效应(2)置换作用(3)垫层和加筋作用厚软土层中，碎石桩未穿透该软土层时，碎石桩复合地基对未加固的下卧层起到垫层作用。碎石桩穿过厚度不大的软土层时，这种加固作用即为加筋作用。(4)排水作用2.干冲碎石桩施工设备机具(1)设备干冲碎石桩施工的主要设备是钻架和能同时提动冲锤与成孔管的两台卷扬机(以及相应的动力机)。(2)成孔管成孔管用壁厚为10~14mm的钢管制成，在管口的两侧对称地固定两个滑轮或焊接提环。管下部一侧开设投石口若干，最后一个投石口距管底1.5m左右。7(3)冲锤冲锤是用圆钢或充铅厚壁钢管制成，其上端焊有吊环，底端为钝锥形。冲锤直径应小于成孔管内径80~140mm。3.施工工艺(1)布桩和施工顺序(2)制桩①下成孔管：(a)定桩位、立成孔管。(b)提冲锤、投碎石。投石高度0.5~1.5m。(c)冲击碎石，把成孔管带到预定深度(离设计桩深0.5~1m处)。②成桩：(a)将成孔管上提1m左右，使管底脱离碎石柱(b)试打，使碎石脱离成孔管底。(c)打桩底时一般需投0.3~0.5m3碎石。每次投石约为0.04m3，冲击2~3次，边投石边提动，即提管-投石-冲击，如此循环。(d)打制桩身仍然是采用提管-投石-冲击循环，但此时不同的是每次都要把成孔管均匀上提0.3~0.5m，在保持桩径大体一致的情况下，逐渐增高桩身，直到打满为止。4.工程质量指标(1)碎石：选用质地坚硬、含泥量小于10％的粒径为30~60mm的碎石，在碎石中可加入占碎石体积7~15％的粗砂，以充填碎石孔隙。(2)桩位中心偏差：小于相邻桩点最小距离的5%。(3)桩体密度：每米桩段要冲击到一个“不进锤”，才能继续投石制桩，桩顶为2~3个“不进锤”时，方可结束。(4)单桩打完后，直观地面隆起高度不超过0.1m。5.适应范围及特点适用于孔隙比较大的松散砂土层和人工填土层的挤密加固，也可用于粘粒含量不高的粘性土层。其特点是成桩桩径比较粗大(例如：325mm成孔管，可使单桩直径达600mm)，复合地基的承载能力是桩间土的1.2~2.1倍，是天然土的2.9~6.0倍。8三、振动水冲法简称振冲法。振冲置换法利用振动和水冲成孔，制造一群以石块、砂砾等散粒材料组成的桩体。适用于处理不排水的抗剪强度不小于200kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。振冲挤密法利用振动和水冲使地基振动密实，在振动密实过程中形成的空洞，用砂砾、粗粒土回填后，再振动密实。适用于处理砂土和粉土等地基。1.振冲法加固地基的机理(1)松散砂性土松散砂性土在振冲器的振动力和冲水作用下，振冲器周围的砂土液化，液化后的砂土颗粒在重力以及填料的挤压力作用下重新排列，使孔隙减小。另一方面振冲器的水平振动力和侧向挤压力通过填料层使砂土的结构逐渐破坏，土粒向低势能位置转移，土体由松变密。(2)粘性土振冲碎石桩的作用是置换。2.施工工艺(1)．振冲施工设备(2)填料及加料方式①填料选择。对中粗砂，可不加填料就地振密；对粉细砂，须加填料后才能获得较好振密效果。填料可用粗砂、砾石、碎石、矿渣等材料，粒径为0.5~5cm。②加料方式。有三种：第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒约1m堆高的填料，然后下降振冲器振实，每次加料都如此做；第二种是振冲器向上提升约1m左右，然后向孔口倒料，再下降振冲器将填料振实；第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。9(3)施工顺序“由里向外”、“由一边向另一边’’、间隔跳打。(4)施工方法①振冲置换法施工(a)将振冲器对准桩位，开水通电。(b)振冲器以1~2m/min的速度在土层中徐徐下沉，记录振冲器经各深度的电流值和时间。(c)当振冲器到达设计深度上30~50cm时，开始将振冲器往上提，直至孔口。(d)重复(b)(c