地基处理基础常识

地基处理常识董宝志2015年2月一、地基与基础的概念

1、基础：建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大，它承受建筑物的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。建筑物的基础，一般按其构造形式分类：条形基础、独立基础、井格基础、筏式基础、箱形基础和桩基础等。这里不再详述。2、地基：承受由基础传来荷载的土层，不是建筑物的组成部分。其中：持力层：具有一定的地耐力，直接承受建筑荷载，并需进行力学计算的土层。下卧层：持力层以下的土层。（下卧层最好是坚硬的土层）

基础示例图地基的分类天然地基：凡天然土层具有足够的承载力，不需经人工加固或改良便可作为建筑物地基。如基岩。戈壁。人工地基：当建筑物上部的荷载较大或地基的承载力较弱，须预先对土壤进行人工加固或改良后才能作为建筑物地基。我们讨论的都是人工地基。如强夯后的地基，桩基等。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。二、土力学常识

土的生成

1、什么是土土的定义：地球表面30～80KM厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、侵蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。（风化作用——是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。侵蚀作用——包括岩石和矿物经由媒介如水、冰、风及重力等引起其移动与瓦解。搬运作用——是指地表和近地表的岩屑和溶解质等风化物被外营力搬往他处的过程，是自然界塑造地球表面的重要作用之一。风化作用伴有化学变化且不移动，侵蚀作用和搬运作用都是物理变化，且都会移动。两者区别在于，侵蚀作用会使物体瓦解，而搬运作用，只是移动而已。）

2、风化作用的概念、分类由于外动力作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程叫风化作用。不同的风化作用，形成不同性质的土，风化作用有下列三种：1）物理风化岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化作用，只改变颗粒形状及大小，不改变矿物成分，称为物理风化。由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等。呈松散状态，总称无粘性土。2）化学风化岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生了化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生了一种新的成分——次生矿物，土的颗粒变的很细，具粘结力，如粘土、粉质粘土，总称为粘性土。3）生物风化由动、植物和人类活动对岩体的破坏，称生物风化，例如开山、打隧道等活动形成的土，其矿物成分没有变化。土的三相组成土由固体矿物、液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。土的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同，例如：固体+气体（液体=0）为干土，干粘土坚硬，干砂松散。固体+液体+气体为湿土，湿的粘土多为可塑状态。固体+液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化，饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的，组成土的三相，即固体、水和气体本身开始研究。土的固体颗粒土的三相组成中，土的固体颗粒是决定土的工程性质的主要成分。1、土粒的矿物成分1原生矿物—由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同。2次生矿物—岩屑经化学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物，颗粒细。3腐植质—土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。2、土颗粒的大小与形状土的大颗粒漂石，粒径d＞200mm，土的细颗粒粘粒，d＜0.005mm，二者粒径相差几万倍。颗粒大小不同的土，其工程性质也各异。为了便于研究，把土的粒径按性质相近原则，划分为六个粒组。土的粒径级配自然界里的天然土往往由几种粒组混合而成，颗粒有粗有细，这种天然土如何表示，怎样定名？通常，用土中各粒组的相对含量，占总重的百分数来表示，称为土的粒径级配。这是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土分类定名的标准。粒径分析方法，工程中常用两种方法，配合使用。1筛分法用一套标准筛，将粗粒土进行筛分。适用于粒径d＞0.075mm的土。2比重计法根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重计进行测定分析，适用于粒径d＜0.075mm的细粒土。如何判断土的级配是否良好不均匀系数：Cu=d60/d10曲率系数：Cc=d302/（d60×d10）

不均匀系数Cu反映粒径曲线坡度的陡缓，表明土粒大小的不均匀程度，是反映土粒组成不均匀程度的参数。工程上常把Cu≤5的土称为匀粒土；反之Cu>5的土则称为非匀粒土。曲率系数Cc反映粒径分布曲线的整体形状及细粒含量。研究指出：Cc<1.0的土往往级配不连续，细粒含量大于30％;Cc>3的土也是不连续，细粒含量小于30％；故Cc＝1~3时土粒大小级配的连续性较好。所以，在工程中，对粗粒土级配是否良好的判定规定如下：

(1)良好级配的材料。一般来说，多数累积曲线呈凹面朝上的形式，坡度较缓，粒径级配连续，粒径曲线分布范围表现为平滑。同时满足Cu>5及Cc＝1～3的条件。

(2)不良级配的材料。这类材料颗粒较均匀，曲线陡，分布范围狭窄。不能同时满足Cu>5及Cc＝1～3的条件。土的物理性质质指标工业与民用建建筑地基基础础设计中，一一个关键问题题是确定地基基土的承载力力f（KPa）。f值不同，采用用地基基础方方案不同。f值如何确定？？常用方法是是根据土的物物理性质来定定。土有三项基本本物理性指标标：此三项基本物物理性指标，，由实验室直直接测定其数数值。1、土的天然容容重，即天然然重度（KN/m3）2、土粒比重ds（不作介绍））3、土的含水量量（%）及液限、塑塑限土层的最优含含水量最好在在塑限上下值值附近粘性土液态与与塑态之间的的分界含水量量称为液限。。（锥式液限限仪下沉10mm时的含水量））粘性土塑态态与半固态的的分界含水量量称为塑限。。（锥式液限限仪下沉2mm时的含水量））三、地基土的的工程分类三七灰土与三三合土三七灰土：石灰和土的体体积比为3∶7。一般情况下下，以粘性土配制的灰土强度比砂性土配制的强度高高1～2倍。房渣土作为灰土的土料也是可可用的，石灰灰和土必须过过筛。土的粒粒径不得大于于15毫米；灰粒不不得大于5毫米。须拌合合均匀,并控制最佳含水量作为灰土的含水标准。。灰土下入基基槽前，应先先将基槽底部部夯打一遍，，然后将拌好好的灰土按指指定的地点倒倒入槽内，但但不得将灰土土顺槽帮流入入槽内。用人人工夯筑灰土土时,第一层铺虚土25厘米,第二层为22厘米，以后后各层为21厘米，夯实后均为15厘米。采用用蛙式夯须须铺虚土20～25厘米。夯实是保证灰土基础质量的关键键。施工工工具过去沿沿用木夯与与铁硪。夯夯打时要求求夯窝、硪硪花各自相相互搭接。。夯的遍数数以使灰土土的干容重达到规范所所规定的数数值为准。。夯打完毕毕后及时加加以覆盖，，防止日晒晒雨淋。28天龄期的灰灰土抗压强强度约可达达到500～700kPa，200～300年龄期的灰灰土抗压强强度可高达达8～10兆帕。不论是用亚亚粘土或粘粘土制作的的三七灰土土,在室内养护护7天后浸水48小时的形变变模量为10～15兆帕，养护护28天浸水48小时的形变变模量为32～40兆帕。打好好的三七灰灰土的性能能之好可能能出乎你的的意料之外外，如果用用水长期浸浸泡，最多多也只能能泡透1-2公分，可以以说防水功功能超强。。砼里的钢钢筋有可能能生锈，但但如果你在在三七灰土土里放一个个钉子，可可能几十年年都不会生生锈，可以以说气密性性极好。打打好的三七七灰土上面面如果你想想钉上一根根钉子都很很难，可以以说紧密性性、强度很很高。我国国有许多古古老的建筑筑物千年几几屹立不倒倒，其下部部的灰土基基础可以说说是功不可可没，可以以说三七灰灰土的抗变变形能力极极强。为什么灰土土具有这么么好的性能能，建筑学学界历来也也是众说纷纷纭，至今今仍无定论论简单地说，，三七灰土土是一个缓缓慢的化学学变化过程程随着时时间的积累累会逐渐向向岩石转变变。三合土：三合土地材材料为：泥泥土、熟石灰、沙。其实实际配比视视泥土的含含沙量而定定。即泥土土地含沙量量多，则沙沙的量减少少。熟石灰灰一般占30％性能极佳，，过去有一一碗三合土土换一碗猪猪肉的说法法，三合土土曾用来做做炮台，据据载在与洋洋舰炮战中中经历了考考验，不塌塌不毁，还还有一项功功能是不会会溅起碎石石伤人。用用三合土土做的土楼楼据载在军军阀进攻时时，经受了了加农炮的的直射，未未受损伤，，在60年代，曾有有人试图拆拆掉一座土土楼，结果果刀枪棍棒棒齐上阵，，硬没搞开开，最后用用了几十公公斤炸药药炸，也没没崩下一块块。四主要地地基处理手手段列表五、常用地地基处理手手段简介强夯法：反反复将夯锤锤提到一定定高处使其其自由落下下，给地基基以冲击和和振动能量量，将地基基土夯实的的地基处理理方法。强夯置换法法将重锤提提到高处使使其自由下下落形成夯夯坑，并不不断夯击坑坑内回填的的砂石、钢钢渣等硬粒粒料，使其其形成密实实的墩体的的地基处理理方法1、强夯法与与强夯置换换法2、复合载体夯夯扩桩复合载体夯夯扩桩的工工艺（大头头桩）复合载体夯夯扩桩作为为一门新的的专利技术术，它选择择下部层位位稳定、土土性较好的的土层作为为被加固土土层，以桩桩端土体为为研究对象象，利用重重锤冲击成成孔、沉管管，当沉管管到设计标标高时，对对桩端连续续进行填料料、夯实操操作，并用用三击贯入入度作为控控制指标（（三击贯入入度为锤重重35kN，上提6.0m，自由落体体时贯入的的深度），，再填以干干硬性混凝凝土或水硬硬性材料进进行夯实，，使桩端以以下深度为为3～5m、直径为2～3m约10m3的土体得到到最有效的的加固挤密密，自上而而下形成了了由干硬性性混凝土（（水硬性材材料）、填填充料、挤挤密土体和和影响土体体组成的复复合载体，，然后再放放置钢筋笼笼、灌注混混凝土形成成复合载体体夯扩桩，，如图1。施工工艺：：1)在桩位处挖挖直径等于于桩身直径径、深度约约为500mm的桩位圆柱柱孔，移机机就位；2）提起夯锤锤后快速下下放，使夯夯锤出护筒筒，入土一一定深度；；3）用副卷扬扬机钢丝绳绳对护筒加加压，使护护筒底面与与锤底齐平平；4）重复2）、3）的步骤，，将护筒沿沿垂直沉入入到设计深深度；5）提起夯锤锤，通过护护筒投料孔孔向孔底分分次投入填填充料，并并进行大能能量夯击；；6）填充料被被夯实后，，在不再填填料的情况况下连续夯夯击三次并并测出三击击贯入度，，若三击贯贯入度不满满足设计要要求，重复复5）和6）的步骤，，直至三击击贯入度满满足设计要要求为止；；7）通过护筒筒投料孔再再向孔底分分次投入设设计需要的的干硬性混混凝土，并并进行夯击击；8）放入钢筋筋笼；9）灌注桩身身混凝土。。3、柱锤冲扩扩桩柱锤冲扩桩桩法：指反复将柱柱状重锤提提到高处使使其自由落落下冲击成成孔，然后后分层夯实实填料形成成扩大桩体体，与桩间间土组成复复合地基的的地基处理理方法。该法施工简简便易行，，振动及噪噪音小。适用于处理杂填土、粉土、、粘性土、素填填土和黄土等地基。对地下水位以下下饱和松软土层层应通过现场试试验确定其适用用性。对大型的的、重要的或场场地复杂的工程程，在正式施工工前应在有代表表性的场地上进进行试验。当质量1-8t的柱锤，提升5-10m高自由下落冲击击成孔及夯实成成桩过程中，其其冲击能可达50-80kN·m，较大的夯击能能量产生的冲击波和动应力力在土中传播，，使颗粒破碎或或使颗粒产生瞬瞬间的相对运动动，导致柱锤底底土体被竖向挤挤密的同时桩周周围土体被侧向向挤密。与此同时，夯实实成桩过程中强强大的夯击振动动迫使部分碎砖砖挤入桩周围土土中，使桩间土土孔隙比减少，，土体性质得到到改善。目前成孔工艺已已经多样化，锤锤重也有所提高高，加固深度可可达40米，复合承载力力可达600kPa.3、混凝土预制桩桩预制桩，是在工工厂或施工现场场制成的各种材材料、各种形式式的桩（如木桩桩、混凝土方桩桩、预应力混凝土管管桩、钢桩等），用用沉桩设备将桩桩打入、压入或或振入土中。中国建筑施工领域采采用较多的预制制桩主要是混凝凝土预制桩和钢钢桩两大类。钢筋混凝土预制制桩基础施工技技术（一）锤击法1.施工程序：确定定桩位和沉桩顺顺序→打桩机就位→吊桩喂桩→校正→锤击沉桩→接桩→再锤击沉桩→送桩→收锤→切割桩头。2.确定桩位和沉桩桩顺序3.桩机就位：4.吊桩喂桩和校正正5.打桩：“重锤低低击，低锤重打打”6.接桩：当桩需接接长时，接头个个数不宜超过3个，尽量避免桩桩尖落在厚黏性性土层中接桩。。7.桩的人土深度的的控制，对于承承受轴向荷载的的摩擦桩，以标标高为主，贯人人度作为参考；；端承桩则以贯贯入度为主，以以标高作为参考考。8.施工时，应注意意做好施工记录录；同时，还应应注意观察打桩桩人土的速度、、打桩架的垂直直度、桩锤回弹弹情况、贯入度度变化情况等；；发现异常，应应立即通知有关关单位和人员及及时处理。（二）静力压桩桩法

静力力压桩是通过静静力压桩机的压压桩机构，将预预制钢筋混凝土土桩分节压入地地基土层中成桩桩。一般都采取取分段压人、逐逐段接长的方法法。

施工工程序：测量定定位→压桩机就位→吊桩、插桩→桩身对中调直→静压沉桩→接桩→再静压沉桩→送桩→终止压桩→检查验收→转移桩机。同同一根（节节）桩时应连续续进行，当压力力表读数达到预预先规定值，便便可停止压桩。。

压桩用用压力表必须标标定合格方能使使用，压桩时桩桩的入土深度和和压力表数值是是判断桩的质质量和承载载力的依据，也也是指导压桩施施工的一项重要要参数，必须认认真记录。4、钢筋混凝土灌灌注桩钢筋混凝土灌注注桩是一种直接接在现场桩位上上就地成孔，然然后在孔内浇筑筑混凝土或安放放钢筋笼再浇筑筑混凝土而成的的桩。钢筋混凝土灌注注桩基础施工技技术（一）.钻孔灌注桩钻孔灌注桩是指指利用钻孔机械械钻出桩孔，并并在孔中浇筑混混凝土（或先在在孔中吊放钢筋筋笼）而成的桩桩。根据工程的的不同性质、地地下水位情况及及工程土质性质质，钻孔灌注桩桩有冲击钻成孔孔灌注桩、回转转钻成孔灌注桩桩、潜水电钻成成孔灌注桩及钻钻孔压浆灌注桩桩等。除钻孔压压浆灌注桩外，，其他三种均为为泥浆护壁钻孔孔灌注桩。1.施工工艺流程：：

泥浆护护壁钻孔灌注桩桩施工工艺流程程是：场地平整整→桩位放线→开挖浆池、浆沟沟→护筒埋设→钻机就位、孔位位校正→成孔、泥浆循环环、清除废浆、、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导导管→浇筑水下混凝土土→成桩。2.泥浆护壁钻孔灌灌注桩施工，在在冲孔时应随时时测定和控制泥泥浆密度，如遇遇较好土层可采采取自成泥浆护护壁。3.灌注桩的质量检检验应较其他桩桩种严格，因此此，现场施工对对监测手段要事事先落实。4.灌注桩的沉渣厚厚度应在钢筋笼笼放入后，混凝凝土浇注前测定定，成孔结束后后，放钢筋笼、、混凝土导管都都会造成土体跌跌落，增加沉渣渣厚度。因此，，沉渣厚度应是是二次清孔后的的结果。沉渣厚厚度的检查目前前均用重锤，但但因人为因素影影响很大，应专专人负责，用专专一的重锤，有有些地方用较先先进的沉渣仪，，这种仪器应预预先做标定。2.沉管灌注桩是指指利用锤击打桩桩法或振动打桩桩法，将带有活活瓣式桩尖或预预制钢筋混凝土土桩靴的钢套管管沉入土中，然然后边浇筑混凝凝土（或先在管管内放入钢筋笼笼）边锤击或振振动边拔管而成成的桩。前者称称为锤击沉管灌灌注桩及套管夯夯扩灌注桩，后后者称为振动沉沉管灌注桩。1.沉管灌注桩成桩桩过程为：桩机机就位→锤击（（振动动）沉沉管→上料→边锤击击（振振动））边拔拔管，，并继继续浇浇筑混混凝土土→下钢筋筋笼，，继续续浇筑筑混凝凝土及及拔管管→成桩。。2.锤击沉沉管灌灌注桩桩劳动动强度度大，，要特特别注注意安安全。。该种种施工工方法法适于于黏性性土、、淤泥泥、淤淤泥质质土、、稍密密的砂砂石及及杂填填土层层中使使用，，但不不能在在密实实的中中粗砂砂、砂砂砾石石、漂漂石层层中使使用。。3.套管夯夯扩灌灌注桩桩套套管夯夯扩灌灌注桩桩简称称夯压压桩，，是在在普通通锤击击沉管管灌注注桩的的基础础上加加以改改进发发展起起来的的一种种新型型桩。。4.振动沉沉管灌灌注桩桩适用用于在在一般般黏性性土、、淤泥泥、淤淤泥质质土、、粉土土、湿湿陷性性黄土土、稍稍密及及松散散的砂砂土及及填土土中使使用，，在坚坚硬砂砂土、、碎石石土及及有硬硬夹层层的土土层中中，由由于容容易损损坏桩桩尖，，不宜宜采用用。根根据承承载力力的不不同要要求，，拔管管方法法可分分别采采用单单打法法、复复打法法、反反插法法。3.人工挖挖孔灌灌注桩桩人工挖挖孔灌灌注桩桩是指指桩孔孔采用用人工工挖掘掘方法法进行行成孔孔，然然后安安放钢钢筋笼笼，浇浇筑混混凝土土而成成的桩桩。为为了了确保保人工工挖孔孔桩施施工过过程中中的安安全，，施工工时必必须考考虑预预防孔孔壁坍坍塌和和流砂砂现象象发生生，制制定合合理的的护壁壁措施施。人人工工挖孔孔灌注注桩的的施工工程序序是：：场地地整平平→放线、、定桩桩位→挖第一一节桩桩孔土土方→支模浇浇筑第第一节节混凝凝土护护壁→在护壁壁上二二次投投测标标高及及桩位位十字字轴线线→安装活活动井井盖、、垂直直运输输架、、起重重卷扬扬机或或电动动葫芦芦、活活底吊吊土桶桶、排排水、、通风风、照照明设设施等等→第二节节桩身身挖土土→清理桩桩孔四四壁、、校核核桩孔孔垂直直度和和直径径→拆上节节模板板，支支第二二节模模板，，浇筑筑第二二节混混凝土土护壁壁→重复第第二节节挖土土、支支模、、浇筑筑混凝凝土护护壁工工序，，循环环作业业直至至设计计深度度→进行扩扩底（（当需需扩底底时））→清理虚虚土、、排除除积水水，检检查尺尺寸和和持力力层→吊放钢钢筋笼笼就位位→浇筑桩桩身混混凝土土。5、CFG桩复合合地基基现在很很多CFG桩就是是素混混凝土土桩，，加粉粉煤灰灰的主主要作作用有有三点点：1.提高混混凝土土的和和易性性，使使砂、、石子子均匀匀分布布，同同时便便于混混凝土土泵送送施工工。目目前，，商品品混凝凝土通通常也也使用用粉煤煤灰。。2.粉煤灰灰是工工业废废料，，价格格低廉廉，使使用粉粉煤灰灰不但但可以以废物物利用用还可可以降降低工程造造价。CFG桩粉煤煤灰掺掺量一一般是是水泥泥量的的10～12％。3.粉煤灰灰可降低低混凝凝土的的水化化热，，减少少混凝凝土的的收缩缩裂缝缝，提提高CFG桩桩身身质量量。作作为为复合合地基基桩（（增加加体）），C10～C15确实就就够用用了。。CFG即：水水泥粉粉煤灰灰碎石石桩（（Cement-Flash-GravelPile)。在碎石桩桩基础上上加进进一些些石屑屑、粉粉煤灰灰和水水泥，，加水水拌和和制成成的强强度较较高的的粘结结材料料桩。CFG桩的成成桩方方