地基处理与基础工程施工-2.1地基处理（建筑施工技术）

2.1地基处理建筑施工技术2.1地基处理地基是指建筑物荷载作用下基底下方产生的变形不可忽略的那部分地层.而基础则是指将建筑物荷载传递给地基的下部结构.作为支承建筑物荷载的地基,必须能防止强度破坏和失稳.在满足上述条件下,尽量采用相对埋深不大,只需普通施工程序就可完成的基础类型,即天然地基上的浅基础.若地基不能满足要求,则应进行地基加固处理,在处理后的地基上建造的基础,称为人工地基上的浅基础.当上述地基基础形式均不能满足要求时,则应考虑借助特殊的施工手段实现的、相对埋深较大的基础形式,即深基础(常用桩基),以求把荷载更稳固地传递到深部的坚实土层中.地基处理就是按照上部结构对地基的要求,对地基进行必要的加固或改良,提高地基土的承载力,保证地基稳定,减少房屋的沉降.2.1.1特殊土地基工程性质及处理原则１.饱和淤泥土工程上将淤泥和淤泥质土称为软土.软土以黏粒为主,在静水或非常缓慢的流水环境中沉积而成.我国大部分地区在地下６~１５m都存在着性质差的淤泥层,淤泥质土的特性是引发事故、难以处理的地基土.２.杂填土地基杂填土由堆积物组成.堆积物一般为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾、弃土等杂物的填土.解决杂填土地基的不均匀性,可用强夯法、振冲碎石桩、振动成孔灌注桩、复合地基等方法处理,不宜用静力预压、砂垫层等方法处理.３.湿陷性黄土湿陷性黄土是一种特殊的黏性土,浸水便会产生湿陷,使地基出现大面积或局部下沉,造成房屋损坏.并广泛分布于我国河南、河北、山东、山西、陕西北部等区域.破坏土的大孔结构,改善土的工程性质,消除或减少地基的湿陷变形,防止水浸入地基,提高建筑结构刚度等,可用灰土垫层法、夯实法、挤密法、桩基础法、预浸水法等处理.４.膨胀土膨胀土主要是一种由亲水性矿物黏粒组成,具有较大胀缩性的高塑性黏土,主要黏粒矿物为具有很强吸附能力的蒙脱石,它的强度较高,压缩性很差,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形的特点,性质极不稳定.膨胀土主要分布于我国湖北、广西、云南、安徽、河南等地.膨胀土虽属于坚硬不透水的裂隙土,但它吸附能力极强.膨胀土含水量的增加依靠水分子的转移和毛细管的作用,其含水量的减少依靠蒸发.房屋的不均匀变形有土质本身不均匀的因素,更重要的是水分转移及蒸发的不均匀性.在地基处理时可采用换土、砂石垫层、土性改良等方法.当膨胀土较厚时,可以采用桩基处理,将桩尖支撑在稳定土层上.2.1.2地基土处理方法地基处理就是按照上部结构对地基的要求,对地基进行必要的加固或改良,经人工处理,改善地基土的强度及压缩性,消除或避免造成上部结构破坏和开裂的影响因素.常见地基处理的方法有以下几种.１.灰土垫层灰土垫层是采用石灰和黏性土拌和均匀后,分层夯实而成.石灰与土的配合比一般采用体积比,比例为２∶８或３∶７,其承载能力可达到３００kPa,适用于地下水水位较低、基槽经常处于较干状态下的一般黏性土地基的加固.灰土地基施工方法简便,取材容易,费用较低.其施工要点如下:(１)灰土料的施工含水量应控制在最优含水量±２％的范围内,最优含水量可以通过击实试验确定,也可按当地经验取用.(２)灰土分段施工时,不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝,上、下两层的接缝距离不得小于５００mm,接缝处应夯压密实,并做成直槎.当灰土地基高度不同时,应做成阶梯形,每阶宽度不小于５００mm.对作辅助防渗层的灰土,应将地下水水位以下结构包围,并处理好接缝,同时注意接缝质量;每层虚土从留缝处往前延伸５００mm,夯实时应夯过接缝３００mm以上;接缝时,用铁锹在留缝处垂直切齐,再铺下段夯实.(３)灰土应于当日铺填夯压,入坑(槽)灰土不得隔日夯打.夯实后的灰土３０d内不得受水浸泡,并及时进行基础施工与基坑回填,或在灰土表面作临时性覆盖,避免日晒雨淋.雨期施工时,应采取适当的防雨、排水措施,以保证灰土在基坑(槽)内无积水的状态下进行夯实.刚夯打完的灰土,如突然遇雨,应将松软灰土除去,并补填夯实;稍受湿的灰土可在晾干后补夯.(４)冬期施工必须在基层不冻的状态下进行,对土料应覆盖保温,不得使用冻土及夹有冻块的土料;已熟化的石灰应在次日用完,以充分利用石灰熟化时的热量.当日拌和灰土应当日铺填夯完,表面应用塑料布及草袋覆盖保温,以防灰土垫层早期受冻而降低强度.(５)施工时,应注意妥善保护定位桩、轴线桩,防止碰撞发生位移,并应经常复测.(６)对基础、基础墙或地下防水层、保护层以及从基础墙伸出的各种管线,均应妥善保护,防止回填灰土时碰撞或损坏.(７)夜间施工时应合理安排施工顺序,要配备足够的照明设施,防止铺填超厚或配合比错误.(８)灰土地基夯实后,应及时进行基础的施工和地坪面层的施工;否则,应临时遮盖,防止日晒雨淋.(９)每一层铺筑完毕,应进行质量检验并认真填写分层检测记录.当某一填层不符合质量要求时,应立即采取补救措施,进行整改.２.砂垫层与砂石垫层当地基土较松软,常将基础下面一定厚度软弱土层挖除,用砂或砂石垫层来代替,以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软土层排水固结作用.一般用于具有一定透水性的黏土地基加固,但不宜用于湿陷性黄土地基和不透水的黏性土地基的加固,以免引起地基大幅下沉,降低其承载力.图2-1-1所示为砂(石)垫层示意图.图2-1-1其施工要点如下:(１)施工前应验槽,先将浮土消除,基槽(坑)的边坡必须稳定,槽底和两侧如有孔洞、沟、井和墓穴等,应在未做垫层前加以处理.(２)人工级配的砂石材料,应按级配拌制均匀,再铺填振实.(３)砂垫层或砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上,如深度不同时,施工应按照先深后浅的顺序进行.土层面应形成台阶或斜坡搭接,搭接处应注意振捣密实.(４)分段施工时,接槎处应做成斜坡,每层错开０.５~１.０m,并应充分振捣.３.碎砖三合土垫层碎砖三合土是用石灰、砂、碎砖(石)和水搅拌均匀后,分层铺设夯实而成.配合比应按设计规定,一般用１∶２∶４或１∶３∶６(消石灰∶砂或黏性土∶碎砖,体积比).碎砖粒径为２０~６０mm,不得含有杂质;砂或黏性土中不得含有草根、贝壳等有机物;石灰用未粉化的生石灰块,使用时临时用水熟化.施工时,按体积配合比材料,拌和均匀,铺摊入槽.４.强夯法强夯法是一种地基加固措施,即用几十吨(８~４０t)的重锤从高处(６~３０m)落下,反复多次夯击地面,对地基进行强力夯实.这种强大的夯击力(≥５００kJ)在地基中产生应力和振动,从地面夯击点发出的纵波和横波可以传至土层深处,迫使土体中的孔隙压缩,土体局部液化,夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,水和气迅速排出,土体产生固结,从而使地基土浅层和深层得到不同程度的加固,提高地基承载力,降低其压缩性.强夯法适用于处理碎石土、砂土和低饱和度的黏性土、粉土以及湿陷性黄土等地基的深层加固.地基经强夯加固后,承载能力可提高２~５倍,压缩性可降低２００％~１０００％,其影响深度在１０m以上,且强夯法具有施工简单、速度快、节省材料、效果好等特点,因而被广泛使用,但强夯所产生的振动和噪声很大,对周围建筑物和其他设施有影响,在城市中心和居民区不宜采用,必要时应采取挖防震沟等防震措施.其施工要点如下:(１)施工前应做好强夯地基地质勘察,对不均匀土层适当增加钻孔和原位测试工作,掌握土质情况,作为制订强夯方案和对比夯前、夯后加固效果之用.查明强夯影响范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高,采取必要的防护措施,避免因强夯施工而造成破坏.(２)施工前应检查夯锤质量、尺寸,落锤控制手段及落距,夯击遍数,夯点布置,夯击范围,进而应现场试夯,用以确定施工参数.(３)夯击时,落锤应保持平稳,夯位应准确,夯击坑内积水应及时排除.坑底含水量过大时,可铺砂石后再进行夯击.(４)强夯应分段进行,顺序从边缘夯向中央,对厂房柱基也可一排一排夯;起重机直线行驶,从一边驶向另一边,每夯完一遍,进行场地平整.放线定位后,再进行下一遍夯击.强夯的施工顺序是先深后浅,即先加固深层土,再加固中层土,最后加固浅层土.夯坑底面以上的填土(经推土机推平夯坑)比较疏松,加上强夯产生的强大振动,也会使周围已夯实的表层土产生一定的振松,如前所述,一定要在最后一遍点夯完之后,再以低能量满夯一遍.但在夯后进行工程质量检验时,有时会发现厚度１m左右的表层土的密实程度要比下层土差,说明满夯没有达到预期的效果,这是因为目前大部分工程的低能满夯采用和强夯施工同一夯锤低落距夯击,由于夯锤较重,而表层土因无上覆压力、侧向约束小,所以夯击时土体侧向变形大.对于粗颗粒的碎石、砂砾石等松散料来说,侧向变形就更大,更不易夯实、夯密.由于表层土是基础的主要持力层,如处理不好,将会增加建筑物的沉降和不均匀沉降.因此,必须高度重视表层土的夯实问题.有条件的,满夯时宜采用小夯锤夯击,并适当增加满夯的夯击次数,以提高表层土的夯实效果.(５)对于高饱和度的粉土、黏性土和新饱和填土,进行强夯时,很难将最后两击的平均夯沉量控制在规定的范围内,可采取以下措施:１)适当将夯击能量降低.２)将夯沉量差适当加大.对于粗颗粒的碎石、砂砾石等松散料来说,侧向变形就更大,更不易夯实、夯密.由于表层土是基础的主要持力层,如处理不好,将会增加建筑物的沉降和不均匀沉降.因此,必须高度重视表层土的夯实问题.有条件的,满夯时宜采用小夯锤夯击,并适当增加满夯的夯击次数,以提高表层土的夯实效果.(５)对于高饱和度的粉土、黏性土和新饱和填土,进行强夯时,很难将最后两击的平均夯沉量控制在规定的范围内,可采取以下措施:１)适当将夯击能量降低.２)将夯沉量差适当加大.(７)冬期施工应清除地表冰冻层再强夯,夯击次数相应增加.如有硬壳层,要适当增加夯击次数或提高夯击质量.(８)做好施工过程中的监测和记录工作,包括检查夯锤重和落距,对夯点放线进行复核,检查夯坑位置,按要求检查每个夯点的夯击次数、每夯的夯沉量等,对各项施工参数、施工过程实施情况做好详细记录,作为质量控制的依据.５.灰土挤密桩灰土挤密桩是以震动或冲击的方法成孔,然后在孔中填以２∶８或３∶７灰土并夯实而成.适用于处理松软砂类土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等,将土挤密或消除湿陷性,效果显著.处理后地基承载力可以提高一倍以上,同时具有节省大量土方,降低造价７０％~８０％,施工简便等优点.其施工要点如下:(１)施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验,以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求.(２)灰土的土料和石灰质量要求及配制工艺要求同灰土垫层.填料的含水量超出或低于最佳值３％时,宜进行晾干或洒水润湿.(３)桩施工一般采取先将基坑挖好,预留２０~３０cm土层,然后在基坑内施工灰土桩,基础施工前再将已扰动的土层挖去.(４)桩的施工顺序应先外排后里排,同排内应间隔一两个孔,以免因振动挤压造成相邻孔产生缩孔或坍孔.成孔达到要求深度后,应立即夯填灰土,填孔前应先清底夯实、夯平.夯击次数不少于８次.(５)桩孔内灰土应分层回填夯实,每层厚度为３５０~４００mm,夯实可用人工或简易机械进行,桩顶应高出设计标高约１５０mm,挖土时将高出部分铲除.(６)如孔底出现饱和软弱土层时,可加大成孔间距,以防由于振动而造成已成桩孔内挤塞;当孔底有地下水流入,可采用井点抽水后再回填灰土或可向桩孔内填入一定数量的干砖渣和石灰,经夯实后再分层填入灰土.６.堆载预压法堆载预压法是在含饱和水的软土或杂填土地基中打入一群排水砂桩(井),桩顶铺设砂垫层,先在砂垫层上分期加荷预压,使土中孔隙水不断通过砂井上升至砂垫层排出地表,从而在建筑物施工之前,地基土大部分先期排水固结,减少了建筑物沉降,提高了地基的稳定性.这种方法具有固结速度快、施工工艺简单、效果好等特点,应用广泛.适用于处理深厚软土和冲填土地基,多用于处理机场跑道、水工结构、道路、路堤、码头、岸坡等工程地基,对于泥炭等有机质沉积地基则不适用.图2-1-2所示为堆载预压示意图.其施工要点如下:(１)砂井施工机具、方法等同于打砂桩.当采用袋装砂井时,砂袋应选用透水性好、韧性强的麻布、聚丙烯编织布制作.当桩管沉到预定深度后插入袋子,把袋子的上口固定到装砂用的漏斗上,通过振动将砂子填入袋中并密实;待装满砂后,卸下砂袋扎紧袋口,拧紧套管上盖并提出套管,此时袋口应高出孔口５００mm,以便埋入地基中.图2-1-2(２)砂井预压加荷物一般采用土、砂、石或水.加荷方式有两种:一是在建筑物正式施工前,在建筑物范围内堆载,待沉降基本完成后把堆载卸走,再进行上部结构施工;二是利用建筑物自身的重量,更加直接、简便、经济,每平方米所加荷载量宜接近设计荷载.也可用设计标准荷载的１２０％为预压荷载,以加速排水固结.(３)地基预压前,应设置垂直沉降观测点、水平位移观测桩测、斜仪及孔隙水压计.(４)预压加载应分期、分级进行.加荷时应严格控制加荷速度,控制方法是每天测定边桩的水平位移与垂直升降和孔隙水压力等.地面沉降速率不宜超过１０mm/d.边桩水平位移宜控制在３~５mm/d;边桩垂直上升不宜超过２mm/d.若超过上述规定数值,应停止加荷或减荷,待稳定后再加载.(５)加荷预压时间由设计规定,一般为６个月,但不宜少于３个月.同时,待地基平均沉降速率减小到不大于２mm/d,方可开始分期、分级卸荷,但应继续观测地基沉降和回弹情况.７.振冲地基振冲地基是利用振冲器在土中形成振冲孔,并在振动冲水过程中填以砂、碎石等材料,借振冲器的水平及垂直振动,振密填料,形成的砂石桩体与原地基构成复合地基,提高地基的承载力和改善土体的排水降压通道,并对可能发生液化的砂土产生预振效应,防止液化.振冲桩加固地基不仅可节省钢材、水泥和木材,且施工简单,加固期短,还可因地制宜,就地取材,用碎石、卵石和砂、矿渣等填料,费用低廉,经济节省,是一种快速、经济、有效的地基加固方法.振冲桩适用于加固松散的砂土地基;对黏性土和人工填土地基,经试验证明加固有效时方可使用;对于粗砂土地基,可利用振冲器的振动和水冲过程使砂土结构重新排列挤密,而不必另加砂石填料(也称振冲挤密法).施工要点:(１)施工前应先进行振冲试验,以确定其成孔施工合适的水压、水量、成孔速度及填料方法,达到土体密实度时的密实电流值和留振时间等.(２)振冲施工工艺如图2-1-3所示.先按图定位,然后振冲器对准孔点以１~２m/min的速度沉入土中.每沉入０.５~１.０m,宜在该段高度悬留振冲５~１０s,进行扩孔,待孔内泥浆溢出时再继续沉入,使之形成０.８~１.２m的孔洞.图2-1-3当下沉达到设计深度时,留振并减小射水压力(一般保持０.１N/mm２),以便排除泥浆进行清孔.也可将振冲器以１~２m/min的均速沉至设计深度以上３００~５００mm,然后以３~５m/min的均速提出孔口,再用同法沉至孔底,如此反复一两次达到扩孔的目的(３)成孔后应立即往孔内加料,把振冲器沉入孔内的填料中进行振密,至密实电流值达到规定值为止.如此提出振冲器,加料,沉入振冲器振密,反复进行直至桩顶,每次加料的高度为０.５~０.８m.在砂性土中制桩时,也可采用边振边加料的方法.(４)在振密过程中宜小水量喷水补给,以降低孔内泥浆密度,有利于填料下沉,便于振捣密实.(５)振冲造孔方法可按图2-1-4选用.图2-1-4振冲造孔方法的选择８.深层搅拌法深层搅