施工技術(shù)要點-4基礎(chǔ)工程

1、第四章 基 礎(chǔ) 工 程 基礎(chǔ)的分類：巖基（巖石等硬性基礎(chǔ)）軟基（非巖石軟性基礎(chǔ)包括 土基和砂礫石地基）基礎(chǔ)處理的目的： (1)提高基礎(chǔ)的承載能力，改善其變形特性； (2)改善基礎(chǔ)的剪切特性，防止剪切破壞，減少剪切變形； (3)改善基礎(chǔ)的壓縮性能，減少不均勻沉降； (4)減少基礎(chǔ)的透水性，降低揚壓力和地下水位，提高地基的穩(wěn)定性； (5)改善基礎(chǔ)的動力特性，防止液化； (6)防止地下洞室圍巖坍塌和邊坡危巖、陡壁滑落。第一節(jié) 基 礎(chǔ) 開 挖 開挖處理：將不合設(shè)計要求的覆蓋層、風化破碎有缺陷的巖層挖掉。地基基礎(chǔ)的基本要求： 足夠的強度，能夠承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力。足夠的整體性和均一性，能夠防止基礎(chǔ)的滑

2、動和不均勻沉陷。足夠的抗?jié)B性，以防嚴重的滲漏和滲透破壞。足夠的耐久性，以防在地下水長期作用下發(fā)生侵蝕破壞。 第二節(jié) 巖 基 灌 漿 巖基灌漿是提高基巖強度，加強基巖整體性和抗?jié)B性的有效措施。 巖基灌漿是將某種具有流動性和膠凝性的漿液，按一定的配比要求，通過鉆孔用灌漿設(shè)備壓入巖層的孔隙中，經(jīng)過硬化膠結(jié)以后，形成結(jié)石，以達到改善基巖物理力學性能的目的。 巖基灌漿的分類灌注材料:水泥灌漿、水泥粘土灌漿、化學灌漿 灌漿目的目的是加強壩體混凝土和地基之間的結(jié)合能力，提高壩體的抗滑穩(wěn)定性，同時也能增進地基的固結(jié)強度和防滲性能。 目的是改善基巖的力學性能，提高地基的整體性、均勻性和承載能力。目的是防止基巖深

3、層裂隙產(chǎn)生的滲漏，用高壓把漿液灌注到基巖深處的裂隙中，這些漿液在巖石深處連成一體，形成一道完整的擋水帷幕固結(jié)灌漿帷幕灌漿接觸灌漿1鉆孔 鉆孔的質(zhì)量要求：確?？咨?、孔向、孔位符合設(shè)計要求，力求孔徑上下均一，孔壁平順，鉆進過程中產(chǎn)生的巖粉細屑較少。 孔徑均一，孔壁平順，則灌漿栓塞能夠卡緊卡牢，灌漿時不致產(chǎn)生返漿。 鉆孔方向和深度是保證帷幕灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵。灌漿施工順序灌漿鉆孔鉆孔沖洗壓水實驗質(zhì)量檢查孔深控制：根據(jù)鉆桿鉆進的長度孔斜控制：根據(jù)鉆孔深度來確定 如果鉆孔方向偏斜，鉆孔深度達不到要求，則通過各鉆孔所灌注的漿液，不能聯(lián)成一體，將形成漏水通路，見圖: 孔頂灌漿范圍(b)剖面圖 (a)平面圖孔底灌

4、漿范圍帷幕軸線漏水通道鉆孔深度(m)2030405060允許偏差(m)0.250.500.801.151.50孔深與允許偏距的關(guān)系圖4-1 孔向孔徑不合要求時所形成的帷幕2鉆孔沖洗 沖洗分類：鉆孔沖洗 巖層裂隙沖洗 鉆孔沖洗：在鉆孔結(jié)束以后，將鉆桿下到孔底，從鉆桿通入壓力水進行沖洗。 巖層裂隙沖洗：將裂隙中松軟、風化的充填物洗出孔外或推移到灌漿區(qū)范圍之外，以便漿液進入到騰出的空間，使?jié){液結(jié)石與基巖膠結(jié)成整體。 3壓水試驗 目的：確定地層的滲透特性，為巖基處理的設(shè)計和施工提供基本技術(shù)資料。 壓水試驗是在一定的壓力之下，通過鉆孔將水壓入到孔壁四周的縫隙中，根據(jù)壓入的水量和壓水的時間，計算出代表巖層

5、滲透特性的技術(shù)參數(shù)。 單位吸水量：在單位時間內(nèi)，通過單位長度試驗孔段，在單位水頭壓力作用下所壓入的水量。 式中 Q單位時間內(nèi)試驗孔段的注水總量，Lmin H壓水試驗的計算水頭，m； L壓水試驗試驗孔段的長度，m； 單位吸水量，L(minmm)。 4灌漿 (1)鉆孔灌漿的次序 地基灌漿一般按照先固結(jié)、后帷幕的順序。 原因：深層帷幕的灌漿壓力遠高于淺層固結(jié)灌漿的壓力，按照上述順序，可以保證在淺層地基已經(jīng)得到加固的情況下，進行深層高壓灌漿，防止發(fā)生地表抬動。 固結(jié)灌漿宜在混凝土覆蓋的情況下進行，這樣，可以抑制地表抬動和地面冒漿。覆蓋的混凝土一般應(yīng)達到50%設(shè)計強度后，才能進行施灌。 帷幕灌漿應(yīng)分序逐

6、漸加密，這樣，一方面可以提高漿液結(jié)石的密實性，另一方面，通過后灌序孔單位吸水量和單位吸漿量的分析，可以推斷先灌序孔的灌漿效果。 單排帷幕孔的鉆灌次序是先鉆灌第序孔，然后依次鉆灌第、第序孔，如有必要再鉆灌第序孔。 雙排和多排帷幕孔，在同一排內(nèi)或排與排之間均應(yīng)按逐漸加密的次序進行鉆灌作業(yè)。 雙排孔帷幕通常是先灌下游排，后灌上游排；多排孔帷幕是先灌下游排，再灌上游排廠，最后灌中間排。圖4-3 固結(jié)灌漿孔的布孔方式和鉆灌次序(a)(d)(e)梅花型布孔 (b)(c)棋盤形布孔 -第序孔 -第序孔 -第序孔(2)灌漿方法：純壓式和循環(huán)式 純壓式圖4-4 純壓式灌漿 施工工藝：一次把漿液壓入鉆孔中，擴散到

7、巖層縫隙里。漿液單向流動。 特點：設(shè)備簡單，操作方便,但漿液流速較慢,容易沉淀,堵塞巖層縫隙和管路。 多用于吸漿量大，有大裂隙存在，孔深不超過1215m的情況。1-水 2-拌漿筒 3-灌漿泵 4-壓力表 5-灌漿管 6-灌漿塞 7-回漿管循環(huán)式圖4-5 循環(huán)式灌漿 1-水 2-拌漿筒 3-灌漿泵 4-壓力表 5-灌漿管 6-灌漿塞 7-回漿管 施工工藝：漿液進入鉆孔，部分被壓入巖層縫隙中，剩余沿回漿管路返回拌漿筒中。 特點：漿液保持流動狀態(tài)，防止水泥沉淀；可判斷巖層吸收水泥的情況。 由于循環(huán)式灌漿對灌漿質(zhì)量較有保證，目前工程中都采用此方法。按照鉆孔灌漿的順序: 將灌漿孔一次鉆到全深，沿全部孔深

8、進行灌漿。這種方法施工簡便，用于孔深不超過8m，地質(zhì)條件比較良好，基巖比較完整的情況。全孔一次灌漿:分 段 灌 漿全孔一次灌漿分段灌漿:自上而下自下而上混 合 法自上而下分段灌漿 施工順序：鉆一段，灌一段，待凝后再鉆灌下一段，鉆孔和灌漿交替進行。 優(yōu)點:灌漿質(zhì)量高；不易產(chǎn)生巖層抬動和地面冒漿等現(xiàn)象；壓水試驗的成果較準確。 缺點：鉆灌一段后，要待凝一定時間，才能鉆灌下一段，鉆孔與灌漿交替進行，設(shè)備搬移頻繁，影響施工進度。 能保證灌漿質(zhì)量，大都采用此方法。 第一段鉆孔第一段灌漿第二段鉆孔第二段灌漿第三段鉆孔第三段灌漿圖4-6 自上而下分段灌漿自下而上分段灌漿鉆孔第三段灌漿第二段灌漿第一段灌漿 施工

9、工藝：一次將孔鉆到全深，然后自下而上逐段灌漿。 優(yōu)缺點和自上而下分段灌漿剛好相反。 一般多用在巖層比較完整或基巖上部已有足夠壓重不致引起地面抬動的情況。 圖4-7 自下而上分段灌漿 混合法 在實際工程中，通常是接近地表的巖層比較破碎，愈往下巖層愈完整。 因此，在進行深孔灌漿時，可以兼取以上兩法的優(yōu)點，上部孔段采用自上而下法先灌，下部孔段則用自下而上法鉆灌，這就是所謂混合法。 灌漿孔段的劃分 灌漿孔段的長度應(yīng)該根據(jù)巖層裂隙分布的情況來確定，使每一孔段的裂隙分布大體比較均勻；有利于施工操作和提高灌漿質(zhì)量。5化學灌漿 化學灌漿是將有機高分子材料配制成的漿液灌入地基或建筑物的裂縫中，經(jīng)膠凝固化以后，達

10、到防滲、堵漏、補強、加固的目的。 1)化學漿液可以灌入水泥漿液灌不進去的細微裂隙中。2)化學漿液的聚合時間可較準確地控制。 3)化學漿液的聚合體，滲透系數(shù)小，防滲效果較好。 4)化學漿液聚合體強度和粘結(jié)強度一般都比較高。5)化灌材料聚合體的穩(wěn)定性和耐久性較好。6)化灌材料有毒性，在配制施工過程中要十分注意。 化學灌漿的特點：圖4-9 丙烯酸鹽類化灌漿液第三節(jié) 巖 基 錨 固 巖基錨固是用預應(yīng)力錨束對基巖施加主動預壓應(yīng)力的一種錨固技術(shù)，常和建筑物的加固結(jié)合起來，以期加固或改善其受力條件。 1)高邊坡開挖時錨固邊坡。2)壩基、岸坡抗滑穩(wěn)定加固。3)大型洞室支護加固。4)大壩加高加固。5)錨固建筑物

11、，改善受力條件，提高抗震性能。6)混凝土建筑物的裂縫或缺陷修補錨固等。 主要應(yīng)用：1預錨孔，130mm，3m，f5以下15m圖4-10 湖南省雙牌溢流壩基礎(chǔ)預錨加固（高程：m）2)壩基、岸坡抗滑穩(wěn)定加固(圖4-14)3)大型洞室支護加固 (圖4-15)1施工洞；2地下廠房；3高邊墻錨固支護圖4-11 印度奇布羅水電站地下廠房高邊墻錨固支護4)大壩加高加固(圖4-16) 1加高部位；2錨固后推力線；3錨固前推力線； 4錨束；5石灰砂巖；6石灰?guī)r；7黃砂巖；8錨固段圖4-12 阿爾加利亞奇爾法壩加高錨固錨固的結(jié)構(gòu)：由錨孔、錨束組成。錨束又由錨頭、錨束自由段和錨固段構(gòu)成。圖4-13 錨固結(jié)構(gòu)簡圖錨頭

12、自由段錨固段砂漿錨桿或錨索套管支架臺座圖4-14 錨固工程的施工工藝第四節(jié) 砂礫地基灌漿 1. 砂礫石地基的可灌性 砂礫石地基的可灌性是指砂礫石地層能否接受灌漿材料灌入的一種特性?？晒啾萂： M = D15 / d85式中： D15砂礫石地層顆粒級配曲線上含量為15%的粒徑； d85 灌漿材料顆粒級配曲線上含量為85%的粒徑?？晒啾扔?，接受顆粒漿材的可灌性愈好。 2. 灌漿材料 巖基灌漿多用水泥漿，而砂礫石地基灌漿，以采用水泥粘土漿為好。 配制水泥粘土漿所使用的粘土，要求遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨脹，具有一定的穩(wěn)定性和粘結(jié)力。 3. 鉆灌方法 砂礫石地層的鉆孔灌漿方法有： 打管灌漿；

13、套管灌漿； 循環(huán)鉆灌； 預埋花管灌漿 1)打管灌漿:將帶有灌漿花管的厚壁無縫鋼管,直接打入受灌地層中，并利用它進行灌漿。 該方法設(shè)備簡單，操作方便，適用于砂礫石層較淺、結(jié)構(gòu)松散、顆粒不大、容易打管和起拔的場合。所灌成的帷幕，防滲性能較差，多用于臨時性工程(如圍堰)。 圖4-15 打管灌漿施工程序打管沖洗自流灌漿壓力灌漿(2)套管灌漿 該灌漿法由于有套管護壁，不會產(chǎn)生坍孔埋鉆等事故。但在灌漿過程中，漿液容易沿著套管外壁向上流動，甚至產(chǎn)生地表冒漿。如果灌漿時間較長，則會膠結(jié)套管，造成起拔困難。 圖4-16 套管灌漿施工程序 鉆孔,下套管下灌漿管起拔套管，第一段灌漿起拔套管，第二段灌漿起拔套管，第三

14、段灌漿(3)循環(huán)鉆灌 1灌漿管（鉆桿）；5混凝土封口； 7射漿花管；10回漿管；12進漿管 循環(huán)鉆灌是一種自上而下，鉆一段灌一段，鉆孔與灌漿循環(huán)進行的施工方法。圖4-17 循環(huán)鉆灌第五節(jié) 軟基處理 軟基：一般認為，含水量大于液限、孔隙比大于1.0的粘性土以及標準貫入擊數(shù)小于4的砂性土地基統(tǒng)稱為軟基。 特點：土顆粒細、滲透性差、壓縮性大、強度低，物理力學指標往往不能滿足建筑物對地基的要求。 主要問題：地基的強度低，承載力低，引起建筑物下陷量大，建筑物極易失穩(wěn)。 需要解決地基承載力和強度不夠的問題，通常從建筑物結(jié)構(gòu)及地基兩個方面來解決。 一、軟土地基的工程問題及解決途徑 二 、在建筑物結(jié)構(gòu)方面采取

15、的措施 1. 采用輕質(zhì)材料； 2. 采用輕型結(jié)構(gòu)； 3. 采用鎮(zhèn)壓層(又稱反壓層)； 4. 采用深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 三、在地基方面采取的措施 主要是對軟土地基進行加固處理，或是采用對地基進行補強的措施。 采用的措施按其作用的原理可分為：鋪墊法、排土置換法、排水預壓法、密實法、固化法。(一)鋪墊法 在軟基的表面鋪設(shè)墊層，使上部荷載均勻的傳布到地基上去，起應(yīng)力擴散的作用，有的墊層還起防止塊石陷入淤泥的隔離作用，起加筋、反濾排水和防沖的作用。 土工織物材料性能應(yīng)根據(jù)要求發(fā)揮的作用進行選擇。材料的主要性能包括單位面積重量、單絲形態(tài)、經(jīng)緯絲編織密度、抗拉強度、延伸率、透水性等。 圖4-19 水下鋪設(shè)土工織物施

16、工示意圖(二)排土置換法 1重力擠淤置換(重力排土置換) 傳統(tǒng)上對于厚度較小(如小于4m)的淤泥質(zhì)軟土層，通常用挖除法將其搬走換以好土或砂墊層。如挖除施工不便時，也可直接在淤泥面層拋堆以土砂、碎石、塊石之類重物，利用重物的重力作用將淤泥排開，由這些重物填補排開淤泥的空間，形成良好的地基。如遇淤泥層較厚時，不適宜用重力排土置換法。 2爆炸擠淤置換(爆炸填石排淤置換) 先在軟土層面上堆石料，在堆石前的淤泥中埋設(shè)炸藥包，爆炸排淤形成一定的空間，堆存石料的臨時穩(wěn)定狀態(tài)被破壞而坍蹋，填補了淤泥排走的大部分空間，形成最終的淤泥面下面伸有“石舌”的斷面形狀，每爆炸一次，向前推進一個石舌的長度，見圖。 a)堆

17、石及布設(shè)藥包b)形成爆炸斷面圖4-20 爆炸排土置換施工過程示意圖(三)排水預壓固結(jié)法 在地基表面鋪一層排水層，上面加壓載，在附加的壓載作用下，地基土孔隙中的水壓力升高，土中水順著孔隙經(jīng)排水層排走，在附加壓力作用下土顆粒擠緊密，空隙減小，實現(xiàn)軟土地基的固結(jié)。 圖4-21 排水預壓固結(jié)法原理 1提高排水預壓固結(jié)法效果的措施 打設(shè)豎向排水通道，減小排水距離，縮短地基固結(jié)的時間。 豎向排水通道的種類有砂井、袋裝砂井、塑料排水板等。 圖4-22 塑料排水板示意圖圖4-232. 排水預壓法的施工 豎向排水通道施工包括選擇排水通道材料和豎向排水通道的打設(shè)兩項工作。 施工過程鋪排水砂墊層豎向排水通道施工加載

18、預壓卸載(1)選擇豎向排水通道材料 對排水通道的要求是通水性能好，通水阻力小，土中的水能很容易的進入通道，也能順暢地沿通道排出地基表面。(2)插設(shè)豎向排水通道 對打設(shè)機械的要求是重量輕，便于移動，打設(shè)時對土壤的擾動少。 圖4-24 常用打設(shè)機械 打設(shè)袋裝砂井時，導管的斷面用圓形，打設(shè)塑料排水板時最好用菱形或用帶加勁的矩形，如圖： 導管的驅(qū)動方式有靜壓式、震動式。靜壓式對土壤的擾動小；震動式能克服較大阻力，穿透較硬土層。 “回帶”：在打設(shè)塑料排水板上拔導管時，已插到設(shè)計深度塑料排水板常常被帶上來。圖4-25 導管斷面形式(3)加載預壓 加載預壓的過程即地基排水固結(jié)的過程，也就是地基強度增長的過程

19、。 預壓的方法有堆載預壓和抽真空預壓二種。 堆載預壓須根據(jù)地基強度的增長分級進行，要控制加載速度。真空預壓，不需要分級，可一次加足預壓荷載。 要保證足夠的預壓時間，以待排水固結(jié)地基強度的增長符合設(shè)計要求，達到預期的效果。 3排水預壓法施工中應(yīng)注意的主要問題 (1)排水砂墊層應(yīng)選用含泥量小的中粗砂，墊層的厚度應(yīng)滿足設(shè)計要求，陸上不小于0.5m，水下不小于10m。 (2)嚴格控制塑料排水板的質(zhì)量。 (3)打設(shè)塑料排水板時必須使用套管，套管的驅(qū)動方式可以用震動也可以用靜壓，但在邊坡上插板時，只能采用靜壓；插板時要保證平面位置準確、排水通道的插設(shè)深度及控制排水板的回帶量。 (4)當采用堆載預壓時要分級

20、加載控制加載速度；當采用真空預壓加載時，保持抽真空設(shè)備、管路以及預壓區(qū)的密封。 (5)加強施工監(jiān)測，對于大中型或地基條件復雜的工程最好設(shè)典型實驗區(qū)先期施工，為大面積施工和修改設(shè)計提供必要的參數(shù)。 (四)密實法 原理：用外加能量將砂碎石等骨料貫入軟土地基，以改變其整體密實度，提高地基的承載力和抗剪強度，或形成一個個密實的樁柱，與樁柱間土組成復合地基共同承擔荷載，達到提高地基強度和承載力的目的。 密實法加固軟基的方法有震沖碎石樁和強夯法。 1震沖碎石樁震沖器就位水沖 造孔底段填料底段震密上一段填料上一段震密頂部松散樁體的處理施工過程 適用于加固地基有一定強度的粘性土和砂性土，適用于房屋、涵閘之類建

21、筑物以及承載力要求較高的堆場或場地。 震沖碎石樁施工中注意的主要問題是: 防止塌孔，保證填料數(shù)量，保證填料的密實度，頂部松散樁體的處理，注意泥水的環(huán)境處理。 圖4-262.強夯法 （動力壓密法） 適于加固砂性土地基，特別適于處理建筑垃圾等雜填土地基。強夯法在設(shè)計施工時需要確定以下技術(shù)參數(shù)：式中：a為經(jīng)驗修正系數(shù)，由試夯確定。 (1)有效加固深度: 是反映地基加固處理效果的重要參數(shù)，土質(zhì)、夯錘重量Q、落錘高度H有關(guān) (2)單位夯擊能量：單位面積上所施加的總夯擊能，其大小與地基土的性質(zhì)有關(guān)，也要通過試夯確定。 (3)夯點的夯擊次數(shù)與夯擊遍數(shù)：與土的性質(zhì)和錘的性狀有關(guān)，受夯坑周圍土隆起量和夯沉量控制。 (4)二遍夯擊之間的時間間隔：一遍夯擊之后，要有一定時間任土壤中的超孔隙水壓力消散，間隔時間的長短取決于地基土的滲透性。 (5)夯點的布置和間距：根據(jù)建筑物類型采用三角形或正方形布置，夯擊處理的范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)外緣的寬度，夯擊點的間距前幾遍大一些，后幾遍可小一些。 (6)錘重和錘形：由錘底面靜壓力和土的性質(zhì)來確定。 (7)起重機及專用設(shè)備選擇：工程中所需的起重設(shè)備、排水設(shè)備及檢測儀器和設(shè)備等。 強夯法施工中應(yīng)注意的問題: 在開工之前