施工技术要点-4基础工程

1、第四章 基 础 工 程 基础的分类：岩基（岩石等硬性基础）软基（非岩石软性基础包括 土基和砂砾石地基）基础处理的目的： (1)提高基础的承载能力，改善其变形特性； (2)改善基础的剪切特性，防止剪切破坏，减少剪切变形； (3)改善基础的压缩性能，减少不均匀沉降； (4)减少基础的透水性，降低扬压力和地下水位，提高地基的稳定性； (5)改善基础的动力特性，防止液化； (6)防止地下洞室围岩坍塌和边坡危岩、陡壁滑落。第一节 基 础 开 挖 开挖处理：将不合设计要求的覆盖层、风化破碎有缺陷的岩层挖掉。地基基础的基本要求： 足够的强度，能够承受上部结构传递的应力。足够的整体性和均一性，能够防止基础的滑

2、动和不均匀沉陷。足够的抗渗性，以防严重的渗漏和渗透破坏。足够的耐久性，以防在地下水长期作用下发生侵蚀破坏。 第二节 岩 基 灌 浆 岩基灌浆是提高基岩强度，加强基岩整体性和抗渗性的有效措施。 岩基灌浆是将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的孔隙中，经过硬化胶结以后，形成结石，以达到改善基岩物理力学性能的目的。 岩基灌浆的分类灌注材料:水泥灌浆、水泥粘土灌浆、化学灌浆 灌浆目的目的是加强坝体混凝土和地基之间的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增进地基的固结强度和防渗性能。 目的是改善基岩的力学性能，提高地基的整体性、均匀性和承载能力。目的是防止基岩深

3、层裂隙产生的渗漏，用高压把浆液灌注到基岩深处的裂隙中，这些浆液在岩石深处连成一体，形成一道完整的挡水帷幕固结灌浆帷幕灌浆接触灌浆1钻孔 钻孔的质量要求：确保孔深、孔向、孔位符合设计要求，力求孔径上下均一，孔壁平顺，钻进过程中产生的岩粉细屑较少。 孔径均一，孔壁平顺，则灌浆栓塞能够卡紧卡牢，灌浆时不致产生返浆。 钻孔方向和深度是保证帷幕灌浆质量的关键。灌浆施工顺序灌浆钻孔钻孔冲洗压水实验质量检查孔深控制：根据钻杆钻进的长度孔斜控制：根据钻孔深度来确定 如果钻孔方向偏斜，钻孔深度达不到要求，则通过各钻孔所灌注的浆液，不能联成一体，将形成漏水通路，见图: 孔顶灌浆范围(b)剖面图 (a)平面图孔底灌

4、浆范围帷幕轴线漏水通道钻孔深度(m)2030405060允许偏差(m)0.250.500.801.151.50孔深与允许偏距的关系图4-1 孔向孔径不合要求时所形成的帷幕2钻孔冲洗 冲洗分类：钻孔冲洗 岩层裂隙冲洗 钻孔冲洗：在钻孔结束以后，将钻杆下到孔底，从钻杆通入压力水进行冲洗。 岩层裂隙冲洗：将裂隙中松软、风化的充填物洗出孔外或推移到灌浆区范围之外，以便浆液进入到腾出的空间，使浆液结石与基岩胶结成整体。 3压水试验 目的：确定地层的渗透特性，为岩基处理的设计和施工提供基本技术资料。 压水试验是在一定的压力之下，通过钻孔将水压入到孔壁四周的缝隙中，根据压入的水量和压水的时间，计算出代表岩层

5、渗透特性的技术参数。 单位吸水量：在单位时间内，通过单位长度试验孔段，在单位水头压力作用下所压入的水量。 式中 Q单位时间内试验孔段的注水总量，Lmin H压水试验的计算水头，m； L压水试验试验孔段的长度，m； 单位吸水量，L(minmm)。 4灌浆 (1)钻孔灌浆的次序 地基灌浆一般按照先固结、后帷幕的顺序。 原因：深层帷幕的灌浆压力远高于浅层固结灌浆的压力，按照上述顺序，可以保证在浅层地基已经得到加固的情况下，进行深层高压灌浆，防止发生地表抬动。 固结灌浆宜在混凝土覆盖的情况下进行，这样，可以抑制地表抬动和地面冒浆。覆盖的混凝土一般应达到50%设计强度后，才能进行施灌。 帷幕灌浆应分序逐

6、渐加密，这样，一方面可以提高浆液结石的密实性，另一方面，通过后灌序孔单位吸水量和单位吸浆量的分析，可以推断先灌序孔的灌浆效果。 单排帷幕孔的钻灌次序是先钻灌第序孔，然后依次钻灌第、第序孔，如有必要再钻灌第序孔。 双排和多排帷幕孔，在同一排内或排与排之间均应按逐渐加密的次序进行钻灌作业。 双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，再灌上游排厂，最后灌中间排。图4-3 固结灌浆孔的布孔方式和钻灌次序(a)(d)(e)梅花型布孔 (b)(c)棋盘形布孔 -第序孔 -第序孔 -第序孔(2)灌浆方法：纯压式和循环式 纯压式图4-4 纯压式灌浆 施工工艺：一次把浆液压入钻孔中，扩散到

7、岩层缝隙里。浆液单向流动。 特点：设备简单，操作方便,但浆液流速较慢,容易沉淀,堵塞岩层缝隙和管路。 多用于吸浆量大，有大裂隙存在，孔深不超过1215m的情况。1-水 2-拌浆筒 3-灌浆泵 4-压力表 5-灌浆管 6-灌浆塞 7-回浆管循环式图4-5 循环式灌浆 1-水 2-拌浆筒 3-灌浆泵 4-压力表 5-灌浆管 6-灌浆塞 7-回浆管 施工工艺：浆液进入钻孔，部分被压入岩层缝隙中，剩余沿回浆管路返回拌浆筒中。 特点：浆液保持流动状态，防止水泥沉淀；可判断岩层吸收水泥的情况。 由于循环式灌浆对灌浆质量较有保证，目前工程中都采用此方法。按照钻孔灌浆的顺序: 将灌浆孔一次钻到全深，沿全部孔深

8、进行灌浆。这种方法施工简便，用于孔深不超过8m，地质条件比较良好，基岩比较完整的情况。全孔一次灌浆:分 段 灌 浆全孔一次灌浆分段灌浆:自上而下自下而上混 合 法自上而下分段灌浆 施工顺序：钻一段，灌一段，待凝后再钻灌下一段，钻孔和灌浆交替进行。 优点:灌浆质量高；不易产生岩层抬动和地面冒浆等现象；压水试验的成果较准确。 缺点：钻灌一段后，要待凝一定时间，才能钻灌下一段，钻孔与灌浆交替进行，设备搬移频繁，影响施工进度。 能保证灌浆质量，大都采用此方法。 第一段钻孔第一段灌浆第二段钻孔第二段灌浆第三段钻孔第三段灌浆图4-6 自上而下分段灌浆自下而上分段灌浆钻孔第三段灌浆第二段灌浆第一段灌浆 施工

9、工艺：一次将孔钻到全深，然后自下而上逐段灌浆。 优缺点和自上而下分段灌浆刚好相反。 一般多用在岩层比较完整或基岩上部已有足够压重不致引起地面抬动的情况。 图4-7 自下而上分段灌浆 混合法 在实际工程中，通常是接近地表的岩层比较破碎，愈往下岩层愈完整。 因此，在进行深孔灌浆时，可以兼取以上两法的优点，上部孔段采用自上而下法先灌，下部孔段则用自下而上法钻灌，这就是所谓混合法。 灌浆孔段的划分 灌浆孔段的长度应该根据岩层裂隙分布的情况来确定，使每一孔段的裂隙分布大体比较均匀；有利于施工操作和提高灌浆质量。5化学灌浆 化学灌浆是将有机高分子材料配制成的浆液灌入地基或建筑物的裂缝中，经胶凝固化以后，达

10、到防渗、堵漏、补强、加固的目的。 1)化学浆液可以灌入水泥浆液灌不进去的细微裂隙中。2)化学浆液的聚合时间可较准确地控制。 3)化学浆液的聚合体，渗透系数小，防渗效果较好。 4)化学浆液聚合体强度和粘结强度一般都比较高。5)化灌材料聚合体的稳定性和耐久性较好。6)化灌材料有毒性，在配制施工过程中要十分注意。 化学灌浆的特点：图4-9 丙烯酸盐类化灌浆液第三节 岩 基 锚 固 岩基锚固是用预应力锚束对基岩施加主动预压应力的一种锚固技术，常和建筑物的加固结合起来，以期加固或改善其受力条件。 1)高边坡开挖时锚固边坡。2)坝基、岸坡抗滑稳定加固。3)大型洞室支护加固。4)大坝加高加固。5)锚固建筑物

11、，改善受力条件，提高抗震性能。6)混凝土建筑物的裂缝或缺陷修补锚固等。 主要应用：1预锚孔，130mm，3m，f5以下15m图4-10 湖南省双牌溢流坝基础预锚加固（高程：m）2)坝基、岸坡抗滑稳定加固(图4-14)3)大型洞室支护加固 (图4-15)1施工洞；2地下厂房；3高边墙锚固支护图4-11 印度奇布罗水电站地下厂房高边墙锚固支护4)大坝加高加固(图4-16) 1加高部位；2锚固后推力线；3锚固前推力线； 4锚束；5石灰砂岩；6石灰岩；7黄砂岩；8锚固段图4-12 阿尔加利亚奇尔法坝加高锚固锚固的结构：由锚孔、锚束组成。锚束又由锚头、锚束自由段和锚固段构成。图4-13 锚固结构简图锚头

12、自由段锚固段砂浆锚杆或锚索套管支架台座图4-14 锚固工程的施工工艺第四节 砂砾地基灌浆 1. 砂砾石地基的可灌性 砂砾石地基的可灌性是指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性。可灌比M： M = D15 / d85式中： D15砂砾石地层颗粒级配曲线上含量为15%的粒径； d85 灌浆材料颗粒级配曲线上含量为85%的粒径。可灌比愈大，接受颗粒浆材的可灌性愈好。 2. 灌浆材料 岩基灌浆多用水泥浆，而砂砾石地基灌浆，以采用水泥粘土浆为好。 配制水泥粘土浆所使用的粘土，要求遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨胀，具有一定的稳定性和粘结力。 3. 钻灌方法 砂砾石地层的钻孔灌浆方法有： 打管灌浆；

13、套管灌浆； 循环钻灌； 预埋花管灌浆 1)打管灌浆:将带有灌浆花管的厚壁无缝钢管,直接打入受灌地层中，并利用它进行灌浆。 该方法设备简单，操作方便，适用于砂砾石层较浅、结构松散、颗粒不大、容易打管和起拔的场合。所灌成的帷幕，防渗性能较差，多用于临时性工程(如围堰)。 图4-15 打管灌浆施工程序打管冲洗自流灌浆压力灌浆(2)套管灌浆 该灌浆法由于有套管护壁，不会产生坍孔埋钻等事故。但在灌浆过程中，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至产生地表冒浆。如果灌浆时间较长，则会胶结套管，造成起拔困难。 图4-16 套管灌浆施工程序 钻孔,下套管下灌浆管起拔套管，第一段灌浆起拔套管，第二段灌浆起拔套管，第三

14、段灌浆(3)循环钻灌 1灌浆管（钻杆）；5混凝土封口； 7射浆花管；10回浆管；12进浆管 循环钻灌是一种自上而下，钻一段灌一段，钻孔与灌浆循环进行的施工方法。图4-17 循环钻灌第五节 软基处理 软基：一般认为，含水量大于液限、孔隙比大于1.0的粘性土以及标准贯入击数小于4的砂性土地基统称为软基。 特点：土颗粒细、渗透性差、压缩性大、强度低，物理力学指标往往不能满足建筑物对地基的要求。 主要问题：地基的强度低，承载力低，引起建筑物下陷量大，建筑物极易失稳。 需要解决地基承载力和强度不够的问题，通常从建筑物结构及地基两个方面来解决。 一、软土地基的工程问题及解决途径 二 、在建筑物结构方面采取

15、的措施 1. 采用轻质材料； 2. 采用轻型结构； 3. 采用镇压层(又称反压层)； 4. 采用深基础结构。 三、在地基方面采取的措施 主要是对软土地基进行加固处理，或是采用对地基进行补强的措施。 采用的措施按其作用的原理可分为：铺垫法、排土置换法、排水预压法、密实法、固化法。(一)铺垫法 在软基的表面铺设垫层，使上部荷载均匀的传布到地基上去，起应力扩散的作用，有的垫层还起防止块石陷入淤泥的隔离作用，起加筋、反滤排水和防冲的作用。 土工织物材料性能应根据要求发挥的作用进行选择。材料的主要性能包括单位面积重量、单丝形态、经纬丝编织密度、抗拉强度、延伸率、透水性等。 图4-19 水下铺设土工织物施

16、工示意图(二)排土置换法 1重力挤淤置换(重力排土置换) 传统上对于厚度较小(如小于4m)的淤泥质软土层，通常用挖除法将其搬走换以好土或砂垫层。如挖除施工不便时，也可直接在淤泥面层抛堆以土砂、碎石、块石之类重物，利用重物的重力作用将淤泥排开，由这些重物填补排开淤泥的空间，形成良好的地基。如遇淤泥层较厚时，不适宜用重力排土置换法。 2爆炸挤淤置换(爆炸填石排淤置换) 先在软土层面上堆石料，在堆石前的淤泥中埋设炸药包，爆炸排淤形成一定的空间，堆存石料的临时稳定状态被破坏而坍蹋，填补了淤泥排走的大部分空间，形成最终的淤泥面下面伸有“石舌”的断面形状，每爆炸一次，向前推进一个石舌的长度，见图。 a)堆

17、石及布设药包b)形成爆炸断面图4-20 爆炸排土置换施工过程示意图(三)排水预压固结法 在地基表面铺一层排水层，上面加压载，在附加的压载作用下，地基土孔隙中的水压力升高，土中水顺着孔隙经排水层排走，在附加压力作用下土颗粒挤紧密，空隙减小，实现软土地基的固结。 图4-21 排水预压固结法原理 1提高排水预压固结法效果的措施 打设竖向排水通道，减小排水距离，缩短地基固结的时间。 竖向排水通道的种类有砂井、袋装砂井、塑料排水板等。 图4-22 塑料排水板示意图图4-232. 排水预压法的施工 竖向排水通道施工包括选择排水通道材料和竖向排水通道的打设两项工作。 施工过程铺排水砂垫层竖向排水通道施工加载

18、预压卸载(1)选择竖向排水通道材料 对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进入通道，也能顺畅地沿通道排出地基表面。(2)插设竖向排水通道 对打设机械的要求是重量轻，便于移动，打设时对土壤的扰动少。 图4-24 常用打设机械 打设袋装砂井时，导管的断面用圆形，打设塑料排水板时最好用菱形或用带加劲的矩形，如图： 导管的驱动方式有静压式、震动式。静压式对土壤的扰动小；震动式能克服较大阻力，穿透较硬土层。 “回带”：在打设塑料排水板上拔导管时，已插到设计深度塑料排水板常常被带上来。图4-25 导管断面形式(3)加载预压 加载预压的过程即地基排水固结的过程，也就是地基强度增长的过程

19、。 预压的方法有堆载预压和抽真空预压二种。 堆载预压须根据地基强度的增长分级进行，要控制加载速度。真空预压，不需要分级，可一次加足预压荷载。 要保证足够的预压时间，以待排水固结地基强度的增长符合设计要求，达到预期的效果。 3排水预压法施工中应注意的主要问题 (1)排水砂垫层应选用含泥量小的中粗砂，垫层的厚度应满足设计要求，陆上不小于0.5m，水下不小于10m。 (2)严格控制塑料排水板的质量。 (3)打设塑料排水板时必须使用套管，套管的驱动方式可以用震动也可以用静压，但在边坡上插板时，只能采用静压；插板时要保证平面位置准确、排水通道的插设深度及控制排水板的回带量。 (4)当采用堆载预压时要分级

20、加载控制加载速度；当采用真空预压加载时，保持抽真空设备、管路以及预压区的密封。 (5)加强施工监测，对于大中型或地基条件复杂的工程最好设典型实验区先期施工，为大面积施工和修改设计提供必要的参数。 (四)密实法 原理：用外加能量将砂碎石等骨料贯入软土地基，以改变其整体密实度，提高地基的承载力和抗剪强度，或形成一个个密实的桩柱，与桩柱间土组成复合地基共同承担荷载，达到提高地基强度和承载力的目的。 密实法加固软基的方法有震冲碎石桩和强夯法。 1震冲碎石桩震冲器就位水冲 造孔底段填料底段震密上一段填料上一段震密顶部松散桩体的处理施工过程 适用于加固地基有一定强度的粘性土和砂性土，适用于房屋、涵闸之类建

21、筑物以及承载力要求较高的堆场或场地。 震冲碎石桩施工中注意的主要问题是: 防止塌孔，保证填料数量，保证填料的密实度，顶部松散桩体的处理，注意泥水的环境处理。 图4-262.强夯法 （动力压密法） 适于加固砂性土地基，特别适于处理建筑垃圾等杂填土地基。强夯法在设计施工时需要确定以下技术参数：式中：a为经验修正系数，由试夯确定。 (1)有效加固深度: 是反映地基加固处理效果的重要参数，土质、夯锤重量Q、落锤高度H有关 (2)单位夯击能量：单位面积上所施加的总夯击能，其大小与地基土的性质有关，也要通过试夯确定。 (3)夯点的夯击次数与夯击遍数：与土的性质和锤的性状有关，受夯坑周围土隆起量和夯沉量控制。 (4)二遍夯击之间的时间间隔：一遍夯击之后，要有一定时间任土壤中的超孔隙水压力消散，间隔时间的长短取决于地基土的渗透性。 (5)夯点的布置和间距：根据建筑物类型采用三角形或正方形布置，夯击处理的范围应大于建筑物基础外缘的宽度，夯击点的间距前几遍大一些，后几遍可小一些。 (6)锤重和锤形：由锤底面静压力和土的性质来确定。 (7)起重机及专用设备选择：工程中所需的起重设备、排水设备及检测仪器和设备等。 强夯法施工中应注意的问题: 在开工之前