地基處理技術(shù)

1、 地基處理技術(shù)1第1章 緒論1.1 地基處理的目的和意義 地基處理的目的是利用換填、夯實、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學等方法對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性。強度及穩(wěn)定性問題；壓縮及不均勻沉降問題；滲漏問題；液化問題：特殊土的特殊問題。 2意義1)提高地基的抗剪切強度 2)降低地基的壓縮性 3)改善地基的透水特性 4)改善地基的動力特性 5)改善特殊土的不良地基特性312 歷史回顧地基處理是古老而又年輕的領(lǐng)域，許多現(xiàn)代的地基處理技術(shù)都可在古代找到它的雛形。地基處理技術(shù)在我國有著悠久的歷史，人民群眾在長期的生產(chǎn)實踐中積累了豐富的經(jīng)驗。據(jù)史料記載，早在三千年前，我國已開始采用竹子、木頭以

2、及麥秸等來加固地基。向軟土中夯入碎石等材料以擠密軟土也早在兩千多年前就有記載。此外，利用夯實的灰土和三合土等作為建(構(gòu))筑物墊層，在我國古建筑中就更為廣泛。如經(jīng)歷了無數(shù)次地震已屹立了一千多年的西安小雁塔，就是采用了分層夯實的3m多厚的黃土墊層；陜西扶風塔的墊層，也是采用了分層夯實的拌和了石灰的黃土；在更為著名的萬里長城的建設(shè)中，石灰也常常被用來加固軟弱地基。4第一個階段：砂石墊層法、砂樁擠密法、石灰樁、化學灌漿法、重錘夯實法、堆載預壓法、擠密土樁和灰土樁、預浸水法以及井點降水等地基處理技術(shù)先后被引進或開發(fā)使用。但是，受當時對地基處理加固機理的研究和認識水平及地基處理實踐經(jīng)驗的限制，在地基處理中

3、主要是參照前蘇聯(lián)的規(guī)范和實踐經(jīng)驗，仍有一定的盲目性。與工業(yè)及民用建筑發(fā)展水平和機械化施工水平相適應(yīng)，這個時期最為廣泛使用的是墊層等淺層處理法。第二個階段，也是我國地基處理技術(shù)發(fā)展的最主要階段。從20世紀70年代末開始，由于改革開放，伴隨著沿海地區(qū)大批工業(yè)項目的上馬興建，尤其是上海寶山鋼鐵公司等大型現(xiàn)代化企業(yè)的建設(shè)和沿海城市高層建筑的發(fā)展，大批國外先進的地基處理技術(shù)被引進，從而大大促進了我國地基處理技術(shù)的應(yīng)用和研究。 5 13 地基處理方法分類及應(yīng)用范圍按時間可分臨時處理和永久處理；按處理深度可分為淺層處理和深層處理；按土性對象可分為砂性土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理 1換土墊層法

4、 (1)墊層法 其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。 常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。 該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。 6(2)強夯擠淤法 采用邊強夯、邊填碎石、邊擠淤的方法，在地基中形成碎石墩體，可提高地基承載力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質(zhì)土地基，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗才能確定其適應(yīng)性。2振密、擠密法振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小，強度提高，

5、達到地基處理的目的。(1)表層壓實法 采用人工或機械夯實、機械碾壓或振動對填土、濕陷性黃土、松散無粘性土等軟弱或原來比較疏松的表層土進行壓實。也可采用分層回填壓實加固。適用于含水量接近于最佳含水量的淺層疏松粘性土、松散砂性土、濕陷性黃土及雜填土等。7(2)重錘夯實法 利用重錘自由下落時的沖擊能來夯擊淺層土，使其表面形成一層較為均勻的硬殼層。適用于無粘性土、雜填土、非飽和粘性土及濕陷性黃土。(3)強夯法 利用強大的夯擊能，迫使深層土液化和動力固結(jié)，使土體密實，用以提高地基土的強度并降低其壓縮性，消除土的濕陷性、脹縮性和液化性。適用于碎石土、砂土、素填土、雜填土、低飽和度的粉土與粘性土及濕陷性黃土

6、。 (4)振沖擠密法 振沖擠密法一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，顆粒重新排列，孔隙比減少；另一方面依靠振沖器的水平振動方，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂層擠壓密實。適用于砂性土和小于O005mm的粘粒含量低于10的粘性土。 8 (5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)樁法 是利用打入鋼套管在地基中成孔，通過擠壓作用，使地基土得到加密，然后在孔中分層填素土后夯實而成土樁. 適用于處理地下水位以上濕陷性黃土、新近堆積黃土、素填土和雜填土。(6)砂樁 在松散砂土或人工填土中設(shè)置砂樁，能對周圍土體或產(chǎn)生擠密作用， 或同時產(chǎn)生振密作用?？梢燥@著提高地基強度，改善地基的整體穩(wěn)定性，并減少地基沉

7、降量。 適用于處理松砂地基和雜填土地基。(7)夯實水泥土樁 利用沉管、沖擊、人工洛陽鏟、螺旋鉆等方法成孔，回填水泥和土的拌和料，分層夯實形成堅硬的水泥土柱體，并擠密樁間土，通過褥墊層與原地基土形成復合地基。 適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土和淤泥質(zhì)土等地基。93排水固結(jié)法 其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。 (1)堆載預壓法 (2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等) (3)真空預壓法 (4)降低地下水位法

8、 10 4置換法其原理是以砂、碎石等材料置換軟土，與未加固部分形成復合地基，達到提高地基強度的目的。 (1)振沖置換法(或稱碎石樁法) 碎石樁法是利用一種單向或雙向振動的振沖頭，邊噴高壓水流邊下沉成孔，然后邊填入碎石邊振實，形成碎石樁。樁體和原來的粘性土構(gòu)成復合地基，以提高地基承載力和減小沉降。 適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。 (2)石灰樁法 在軟弱地基中用機械成孔，填入作為固化劑的生石灰并壓實形成樁體，利用生石灰的吸水、膨脹、放熱作用以及土與石灰的物理化學作用，改善樁體周圍土體的物理力學性質(zhì)，同時樁與土形成復合地基，達到地基加固的目的。適用于軟弱粘性土地基。11(

9、3)強夯置換法 對厚度小于6m的軟弱土層，邊夯邊填碎石，形成深度36m、直徑為2m左右的碎石柱體，與周圍土體形成復合地基。適用于軟粘土。(4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) 是在碎石樁基礎(chǔ)上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振動沉管打樁機或其他成樁機具制成的一種具有一定粘結(jié)強度的樁。適用于填土、飽和及非飽和粘性土、砂土、粉土等地基(5)柱錘沖擴法 柱錘沖擴法是利用直徑為200600mm、長度為26m、質(zhì)量為16t的柱狀錘沖擴成孔，填入碎磚三合土等材料，夯實成樁，樁和樁間土通過褥墊層形成復合地基。適用于處理雜填土、粉土、粘性土、粘性素填土、黃土等地基。 12 5加筋法 通過在土層中埋設(shè)強

10、度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等提高地基承載力、減小沉降、或維持建筑物穩(wěn)定。(1)土工聚合物 利用土工聚合物的高強度、韌性等力學性能，擴散土中應(yīng)力，增大土體的抗拉強度適用于砂土、粘性土和軟土 (2)加筋土 把抗拉能力很強的拉筋埋置在土層中，通過土顆粒和拉筋之間的摩擦作用形成一個整體，用以提高土體的穩(wěn)定性。適用于人工填土的路堤和擋墻結(jié)構(gòu)。(3)土層錨桿 土層錨桿是依賴于土層與錨固體之間的粘結(jié)強度來提供承載力的。 ，適用于一切需要將拉應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定土體中去的工程。13 (4)土釘 土釘技術(shù)是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體，與土共同作用，用以彌補土體自身強度的不足。不僅提高了土體整體剛度

11、，又彌補了土體的抗拉和抗剪強度低的弱點，顯著提高了整體穩(wěn)定性。 適用于開挖支擴和天然邊坡的加固。(5)樹根樁法 在地基中沿不同方向，設(shè)置直徑為75250mm的細樁，可以是豎直樁，也可以是斜樁，形成如樹根狀的群樁，以支撐結(jié)構(gòu)物，或用以擋土，穩(wěn)定邊坡。 適用于軟弱粘性土和雜填土地基。 146膠結(jié)法 軟弱地基中部分土體內(nèi)摻入水泥；水泥砂漿以及石灰等物，形成加固體，與未加固部分形成復合地基，以提高地基承載力和減小沉降。(1)注漿法 其原理是用壓力泵把水泥或其他化學漿液注入土體，以達到提高地基承載力、減小沉降、防滲、堵漏等目的適用于處理巖基、砂土、粉土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粘土和一般人工填土，也可加固

12、暗浜和使用在托換工程中。 (2)高壓噴射注漿法 適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土等地基。 (3)水泥土攪拌法 利用水泥、石灰或其他材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(水泥或石灰的漿液或粉體)強制攪拌，形成堅硬的拌和柱體，與原地層共同形成復合地基。 適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大于140kPa的粘性土地基。157冷熱處理法 (1)凍結(jié)法 通過人工冷卻，使地基溫度低到孔隙水的冰點以下，使之冷卻，從而具有理想的截水性能和較高的承載力。適用于飽和的砂土或軟粘土地層中的臨時措施。 (2)燒結(jié)法 通過滲入壓縮的熱

13、空氣和燃燒物，并依靠熱傳導，而將細顆粒土加熱到100C以上，從而增加土的強度，減小變形。 適用于非飽和粘性土、粉土和濕陷性黃土 16第2章 換 填 當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層的部分或全部挖去，然后分層換填強度較大的砂(碎石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰)或其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性等材料，并壓(夯、振)實至要求的密實度為止，這種地基處理的方法稱為換填法。機械碾壓、重錘夯實、平板振動可作為壓(夯、振)實墊層的不同機具對待，這些施工方法不但可處理分層回填土，又可加固地基表層土。 1724 墊層施工241 按密實方法分類1

14、機械碾壓法 機械碾壓法是采用各種壓實機械(表2-6)來壓實地基土。此法常用于基坑底面積寬大開挖土方量較大的工程。工程實踐中，對墊層碾壓質(zhì)量的檢驗，要求獲得填土最大干密度。其關(guān)鍵在于施工時控制每層的鋪設(shè)厚度和最優(yōu)含水量，其最大干密度和最優(yōu)含水量宜采用擊實試驗確定。 182重錘夯實法 重錘夯實法是用起重機將夯錘提升到某一高度，然后自由落錘，不斷重復夯擊以加固地基。重錘夯實法一般適用于地下水位距地表08m以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。 重錘夯實宜一夯挨一夯的順序進行。在獨立柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的夯擊順序夯擊。同一基坑的底面標高不同時，應(yīng)按先深后淺的順序逐層夯實。累計夯擊1

15、020次，最后兩擊平均夯沉量，對砂土不應(yīng)超過510mm，對細粒土不應(yīng)超過1020mm。 重錘夯實的現(xiàn)場試驗應(yīng)確定最少夯擊遍數(shù)、最后平均夯沉量和有效夯實深度等。一般重錘夯實的有效夯實深度可達lm左右。 193平板振動法平板振動法是使用振動壓實機來處理無粘性土或粘粒含量少、透水性較好的松散雜填土地基的一種方法。振動壓實的效果與填土成分、振動時間等因素有關(guān)，一般振動時間越長，效果越好，但振動時間超過某一值后，振動引起的下沉基本穩(wěn)定，再繼續(xù)振動就不能起到進一步壓實的作用。振實范圍應(yīng)從基礎(chǔ)邊緣放出06m左右，先振基槽兩邊，后振中間，其振動的標準是以振動機原地振實不再繼續(xù)下沉為合格，并輔以輕便觸探試驗檢驗

16、其均勻性及影響深度。 20第3章 強 夯 31 概述 強夯是法國Menard技術(shù)公司于1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，它通過一般830t的重錘(最重可達200t)和820m的落距(最高可達40m)，對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為5008000kN-m。在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動應(yīng)力，可提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。 21當前，應(yīng)用強夯法處理的工程范圍極為廣泛，有工業(yè)與民用建筑、倉庫、油罐、儲倉、公路和鐵路路基、飛機場跑道及碼頭等。總之，強夯法在某種程度上比機械的、化學的

17、和其它力學的加固方法更為廣泛和有效。工程實踐表明，強夯法具有施工簡單、加固效果好、使用經(jīng)濟等優(yōu)點，因而被世界各國工程界所重視。對各類土強夯處理都取得了十分良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。 2234 施工方法 341 施工機械西歐國家所用的起重設(shè)備大多為大噸位的履帶式起重機，穩(wěn)定性好，行走方便，起吊40t夯錘，落距可達40m，國外所用履帶吊都是大噸位的昂機，通常在lOOt以上。我國絕大多數(shù)強夯工程只具備小噸位起重機的施工條件，所以只能使用滑輪組起吊夯錘，利用自動脫鉤的裝置使錘形成自由落體。23342 施工步驟 1)清理并平整施工場地； 2)鋪設(shè)墊層，在地表形成硬層，用以支承起重設(shè)備，確保機械通行和施工。 3

18、)標出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程； 4)起重機就位，使夯錘對準夯點位置； 5)測量夯前錘頂標高；246)將夯錘起吊到預定高度，待夯錘脫鉤自由下落后放下吊鉤，測量錘頂高程；7)重復步驟6)，按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成一個夯點的夯擊；8)重復步驟4)7)，完成第一遍全部夯點的夯擊；9)用推土機將夯坑填平，并測量場地高程；10)在規(guī)定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場地表層土夯實，并測量夯后場地高程。25第4章 碎(砂)石樁 碎石樁和砂樁總稱為碎(砂)石樁，又稱粗顆粒土樁，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中

19、，形成大直徑的碎(砂)石所構(gòu)成的密實樁體。碎石樁最早出現(xiàn)在1835年，直至1937年由德國人發(fā)明了振動水沖法(簡稱振沖法)用來擠密砂土地基，直接形成擠密的砂土地基。20世紀50年代末，振沖法開始用來加固粘性土地基，并形成碎石樁。隨著時間的推移，各種不同的施工工藝相應(yīng)產(chǎn)生，如沉管法、振動氣沖法、袋裝碎石樁法、強夯置換法等 262砂樁目前國內(nèi)外砂樁常用的成樁方法有振動成樁法和沖擊成樁法。振動成樁法是使用振動打樁機將樁管沉入土層中，并振動擠密砂料。沖擊成樁法是使用蒸汽或柴油打樁機將樁管打入土層中，并用內(nèi)管夯擊密實砂填料：，實際上這也就是碎石樁的沉管法。因此，砂樁的沉樁方法，對于砂性土相當于擠密法，對

20、粘性土則相當于排土成樁法。 27421 振沖法振沖法是碎石樁的主要施工方法之一，它是以起重機吊起振沖器(圖4-7)，起動潛水電動機后，帶動偏心塊，使振沖器產(chǎn)生高頻振動，同時開動水泵，使高壓水通過噴嘴噴射高壓水流，在邊振邊沖的聯(lián)合作用下，將振沖器沉到土中的設(shè)計深度。經(jīng)過清孔后，就可從地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振動作用下被振擠密實，達到所要求的密實度后提升振沖器，如此重復填料和振密，直至地面，從而在地基中形成一根大直徑的和很密實的樁體。圖4-8為振沖法施工程序示意圖。 281施工前準備工作(1)三通一平 即指水通、電通、料通和平整場地(2)施工場地布置 (3)樁的定位 2施工組織設(shè)計為明

21、確施工順序、施工方法，計算出在允許的施工期內(nèi)需配備的機具設(shè)備、需耗用的水、電、料，而進行施工組織設(shè)計。排出施工進度計劃表和繪出施工平面布置圖。(1)施工順序 施工順序如圖49示。一般可采用“由里向外”或“一邊向另一邊”的順序進行。 29(2)施工方法 填料方式一般有三種：第一種是把振沖器提出孔口，往孔內(nèi)倒入約1m堆高的填料，然后再放下振沖器進行振密。第二種方法是振沖器不提出孔口，只是往上提升約1m左右，然后往下倒料，再放下振沖器進行振密。第三種是邊把振沖器緩慢向上提升，邊在孔口連續(xù)加料。1)“振沖擠密法”施工操作要求：振沖擠密法一般在中粗地基中使用時可不另外加料，而利用振沖器的振動力，使原地基

22、的松散砂振擠密實。 2)“振沖置換法”施工操作要求：在粘性土層中制樁，孔中的泥漿水太稠時，碎石料在孔內(nèi)下降的速度將減慢，且影響施工速度。 30加料時宜“少吃多餐”，每次往孔內(nèi)倒入的填料數(shù)量，約為堆積在孔內(nèi)lm高，然后用振沖器振密，再繼續(xù)加料。施工要求填料量大于造孔體積，孔底部分要比樁體其他部分多些，因為剛開始往孔內(nèi)加料時，一部分料沿途沾在孔壁上，到達孔底的料就只能是一部分，孔底以下的土受高壓水破壞擾動而造成填料的增多。密實電流應(yīng)超過原空振電流3545A。 在強度很低的軟土地基中施工，則要用“先護壁、后制樁”的方法。即在開孔時，不要一下子到達加固深度，可先到達第一層軟弱層，然后加些料進行初步擠振，讓這些填料擠入孔壁，把此段的孔壁加強以防塌孔。然后使振沖器下降至下一段軟土中，用同樣方法加料護壁。如此重復進行，直到設(shè)計深度?？妆谧o好后，就可按常規(guī)步驟制樁了。31(3)施工質(zhì)量控制 施工時檢驗質(zhì)量關(guān)鍵是填料量、密實電流