建筑业10项新技术2010版之地基基础和地下空间工程技术

建筑业10项新技术地基基础与地下空间工程技术简介1.1灌注桩后注浆技术1.2长螺旋钻孔压灌桩技术1.3水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术1.4真空预压法加固软土地基技术1.5土工合成材料应用技术1.6复合土钉墙支护技术1.7型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术1.8工具式组合内支撑技术1.9逆作法施工技术1.10爆破挤淤法技术1.11高边坡防护技术1.12非开挖埋管施工技术1.13大断面矩形地下通道掘进施工技术1.14盾构施工法1.15智能化气压沉箱施工技术1.16双聚能预裂与光面爆破综合技术1.1灌注桩后注浆技术1.2长螺旋钻孔压灌桩技术1.3水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术1.4真空预压法加固软基技术1.5土工合成材料应用技术1.6复合土钉墙支护技术1.7型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术1.8工具式组合内支撑技术1.9逆作法施工技术1.10爆破挤淤法技术1.11高边坡防护技术1.12非开挖埋管技术1.13大断面矩形地下通道掘进施工技术1.14盾构施工技术1.15智能化气压沉箱施工技术1.16双聚能预裂与光面爆破综合技术1.1灌注桩后注浆技术1.2长螺旋钻孔压灌桩技术1.3水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术1.4真空预压法加固软基技术1.5土工合成材料应用技术1.6复合土钉墙支护技术1.7型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术1.8组合内支撑技术1.9逆作法施工技术1.10爆破挤淤法技术1.11高边坡防护技术1.12非开挖埋管技术(暗挖法)1.13夯实水泥土桩复合地基成套技术1.14盾构施工技术1.15冻结排桩法进行特大型深基坑施工技术1.16预应力锚杆施工技术1.17强夯法处理大块石高填方地基05版10版(1)灌注桩后注浆技术的概念灌注桩后注浆（postgroutingforcast-in-situpile,简写PPG）是指在灌注桩成桩后一定时间，通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。灌注桩后注浆是一种提高桩基承载力的辅助措施，而不是成桩方法。后注浆的效果取决于土层性质、注浆的工艺流程、参数和控制标准等因素。1.1灌注桩后注浆技术(2)灌注桩后注浆技术的基本原理灌注桩后注浆提高承载力的机理：一是通过桩底和桩侧后注浆加固桩底沉渣（虚土）和桩身泥皮，二是对桩底和桩侧一定范围的土体通过渗入（粗颗粒土）、劈裂（细粒土）和压密（非饱和松散土）注浆起到加固作用，从而增大桩侧阻力和桩端阻力，提高单桩承载力，减少沉降。在优化工艺参数的条件下，可使单桩承载力提高40%～120%，粗粒土增幅高于细粒土，桩侧、桩底复式注浆高于桩底注浆；桩基沉降减小30%左右。可利用预埋于桩身的后注浆钢导管进行桩身完整性超声检测，注浆用导管可取代等承载力桩身纵向钢筋。(3)灌注桩后注浆工法要点1.桩底后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置，对于d≤l000mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于d≤600mm的桩，可设置1根；对于1000mmd≤2000mm的桩，宜对称设置3～4根；2.管阀应能承受1MPa以上静水压力；管阀外部保护层应能抵抗砂、石等硬质物的刮撞而不至使管阀受损；管阀应具备逆止功能。3.浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土宜为0.5~0.7，对于非饱和土宜为0.7～0.9(松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；地下水处于流动状态时，应掺入速凝剂；4.桩底注浆终止工作压力应根据土层性质、注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和粘性土、粉土，宜为5～10Mpa；对于饱和土层宜为1.5～6Mpa，软土取低值，密实粘性土取高值；桩侧注浆终止压力宜为桩底注浆终止压力的1／2；5.注浆流量不宜超过75L／min：6.单桩注浆量的设计主要应考虑桩的直径、长度、桩底桩侧土层性质、单桩承载力增幅、是否复式注浆等因素确定。(4)承载力估算Lj—后注浆非竖向增强段第j层土厚度；Lgi—后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m与各桩侧注浆断面以上12m之和，重叠部分应扣除；对于干作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m；qsik、qsjk、qpk—分别为后注浆竖向增强段第i土层极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层极限侧阻力标准值、极限端阻力标准值；βsi、βp—分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数。βsi=1.2～2.0；βp=1.2～3.0，细颗粒土取低值，粗颗粒土取高值。uksjkjsisikgippkpQuqluqlqA灌注桩经后注浆处理后的单桩极限承载力，应通过静载试验确定，在没有地方经验的情况下，可按下式预估单桩竖向极限承载力标准值。(1)施工工艺1.螺旋钻机就位；2.启动马达钻孔至预定标；3.砼泵将搅拌好的砼通过钻杆内管压至钻头底端，边压砼边拔管直至成素砼桩；4.将制作好的钢筋笼与钢筋笼导入管连接并吊起，移至已成素砼桩的桩孔内；5.起吊振动锤至笼顶，通过振动锤下的夹具夹住钢筋笼导入管；6.启动振动锤通过导入管将钢筋笼送入桩身砼内至设计标高；7.边振动边拔管将钢筋笼导入管拔出，并使桩身砼振捣密实。1.2长螺旋钻孔压灌桩技术其施工流程如图所示。与该施工工艺配套的主要施工设备包括长螺旋钻机、砼输送泵、钢筋笼导入管、夹具、振动锤。长螺旋钻机、砼输送泵）采用目前市场上常规型号的机械设备，其动力性能和砼输送泵功率的选择根据桩径及桩长确定。a)长螺旋钻机成孔至设计标高b)边拔钻边泵入砼成素砼桩c)钢筋笼就位d)钢筋笼送至设计标高e)拔出钢筋导入管成桩钻杆钻机动力头振动锤夹具钢筋笼导入管钢筋笼弯管(连接砼泵)(2)关键技术1.长螺旋钻孔泵送砼成桩技术2.振动锤及夹具3.钢筋笼导入管4.导入管与钢筋笼的连接方式长螺旋水下成桩工艺与设备施工便捷、无泥浆或水泥浆污染、噪音小、效率高、成本低，是一种很好的灌注桩施工方法。该工法施工的单桩承载力高于普通的泥浆护壁钻孔灌注桩，成桩质量稳定。与泥浆护壁钻孔灌注桩相比，该工法的施工效率是其施工效率的4~5倍，施工费用是其施工费用的72%，节约费用约28%；与长螺旋钻孔无砂砼桩相比，该工法的施工效率是其施工效率的1.2~1.5倍，施工费用是其施工费用的51%，节约费用约49%。钢筋笼导入管与钢筋笼巧妙连接，将激振力传至钢筋笼底部，通过下拉力有效地将钢筋笼下至设计标高。钢筋笼导入管的振动，使桩身砼密实，桩身砼质量更有保证。(3)技术指标1混凝土中粗掺加粉煤灰或外加剂，每方混凝土的粉煤灰掺量宜为70～90kg。2骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30mm。3混凝土塌落度宜为180～220mm。4提钻速度：宜为1.2～1.5m/min。5长螺旋钻孔压灌桩的充盈系数宜为1.0～1.2。6桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3～0.5m。7钢筋笼插入速度宜控制在1.2～1.5m/min。设计施工可依据现行《建筑桩基技术规范》JGJ94进行。(4)适用范围适用于地下水位较高，易塌孔，且长螺旋钻孔机可以钻进的地层。(1)CFG桩的技术要点水泥粉煤灰碎石桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌合形成的高粘结强度桩（以下简称CFG桩），通过在建筑物基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保证桩、土共同承担荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土和自重固结完成的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。采用CFG桩复合地基对建筑物进行地基处理设计时，除满足复合地基承载力和变形条件外，还要考虑以下诸多因素进行综合分析，确定设计参数：1）地基处理目的2）建筑物结构布置及荷载传递3）场地土质变化4）施工设备和施工工艺5）场地周围环境1.3水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术(2)设计流程CFG桩复合地基设计主要确定5个参数，分别为1）桩长l2）桩径d3）桩间距4）桩体强度5）褥垫层厚度及材料。设计程序如图所示。(3)承载力计算CFG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，初步设计时按下式估算：skpaspkfmARmf1(4)沉降计算地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，akspkff复合地基的变形计算经验系数应根据地区沉降观测资料统计确定，无经验资料时可采用表中数值。(1)基本原理真空预压作用下土体的固结过程，是在总应力基本保持不变的情况下，孔隙水压力降低，有效应力增长的过程。真空预压法如图1.1a)所示。首先，在需要加固的地基上铺设水平排水垫层（如砂垫层等）和打设垂直排水通道（袋装砂井或塑料排水板等）。在砂垫层上铺设塑料密封膜并使其四周埋设于不透气层顶面以下至少50cm，使之与大气压隔离。然后采用抽真空装置（射流泵）降低被加固地基内孔隙水压力，使其地基内有效应力增加。如图1.1b)所示，孔隙水压力从图中原孔隙水压力线变为抽真空后降低的孔隙水压力线，其孔隙压力的降低量全部转化为有效应力的增加值。1.4真空预压法加固软基技术b)a)原有的有效压力；增加的有效压力＇1σ＇0为绝对压力零点；0＇为相对压力零点σ00uu大气压力Pa＇00压力（kPa）（m）深度原总压力线原孔隙水压力线真空预压后孔隙水压力线1密封膜；2砂垫层；3垂直排水通道；4真空泵4123图1.1真空预压原理图(2)适用场地与主要特点第四纪后期形成的海相、泻湖相、溺谷相和湖泊相的黏性土沉积物或河流冲积物，有的属于新近淤积物，大部分是饱和的，称为软黏土。特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差，不易作为天然地基使用。真空预压法适用于加固上述饱和软黏土地基，特别适于新吹填土、超软土地基，尤其是进行大面积的地基处理工程。真空预压法加固软基技术主要特点有：a．真空预压法加固的土体的密实度比同等条件下堆载预压加固法高。加固效果比同等条件下堆载预压加固法要好，特别适用于超软地基加固。b．无须控制加荷速率，无须分级，加固速度快，工期短。c．施工机具和设备简单，便于操作，施工方便，作业效率高，适于大规模地基加固，易于推广应用。d．不需要大量堆载材料、无噪音、无振动、不污染环境。e．在堆载材料来源紧张、价格高的地区，真空预压的费用低于堆载预压，但是真空预压需要充足、连续的电力供应；加固时间不宜过长，否则，加固费用可能高于同等的堆载预压。(3)技术指标与技术措施真空预压法设计的主要内容有勘察、设计参数选取、排水系统设计、抽气系统设计、验证满足设计荷载所需强度、固结时间、工后沉降等。1.勘察:土层分布,地下水,软土特征指标;2.参数选取:预压荷载的确定(80~90kPa),固结度确定(可取80％，85％，90％和95％),加固范围及分区(单块加固面积为1万m2～3万m2);3.排水系统设计:由地表水平向排水层和竖向排水体组成;4.抽气系统设计:由砂垫层中铺设的滤管、密封膜、射流泵组成;5.计算:固结度,沉降,稳定分析HHH12软土层排水板1其中整个压缩土层的平均固结包含a．排水板范围土层平均固结度b．排水板下土层平均固结度排水板未打穿软土层计算图(4)施工1.场地整平，对原地面进行方格网测量，准确确定场地标高；2.铺设砂垫层：水平排水体一般采用透水性好的中粗砂；3.打设塑料排水板；4.抽真空：真空设备在安装前应进行试运转，空抽时必须达到98kPa以上的真空吸力。密封膜埋入压膜沟后，基本确认密封膜无孔洞时，且真空度达到50kPa后，可在密封膜上覆水。加固区膜下真空度在7d～10d内应达到80kPa以上，否则应查找原因及时处理。经过几天的试抽气，在真空度满足设计要求后，应及时上报请监理检验后开始抽真空计时。在正式抽气期间，真空泵的开启数量不得少于总数的80％；5.停泵卸载根据地