第一章地基处理技术教材

第五章地基处理技术

本章内容第一节概述第二节振冲法第三节高压喷射注浆法第四节深层搅拌法第五节挤密桩施工法第六节静压灌浆法知识目标1、了解地基处理的概念、目的和分类；2、了解振冲碎石桩的概念、特点、适用范围、加固机理；熟悉振冲碎石桩主要机具设备、作业条件、施工要点；掌握振冲碎石桩的施工工艺施工质量检验；3、了解高压喷射注浆法概念、特点、适用范围、分类、加固机理；掌握高压喷射注浆质量检验；知识目标4、了解深层搅拌法概念、特点、适用范围、分类；5、掌握深层搅拌法施工工艺和深层搅拌法施工质量检验；6、了解挤密桩施工法概念、特点、适用范围、分类、加固机理；掌握挤密桩施工工艺挤密桩质量检验；知识目标7、了解石灰桩及石灰粉煤灰桩概念、特点、适用范围、分类、加固机理；掌握石灰桩及石灰粉煤灰桩的施工工艺及质量检验；8、了解水泥粉煤灰碎石桩（CFG）概念、特点、适用范围、分类、加固机理；掌握水泥粉煤灰碎石桩施工工艺；9、了解静压灌浆法概念、目的、适用范围；熟悉灌浆标准、注浆施工的机械设备及灌浆施工质量检验。

能力目标1、能完成高压喷射注浆施工2、能完成静压灌浆施工3、高压喷射注浆设计4、挤密桩施工设计计算5、水泥粉煤灰碎石桩设计计算6、静压灌浆设计计算第一节概述一、什么是地基处理？为提高地基承载力，改变其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法称之。二、什么是天然地基？指不需要通过人工处理而直接在地基上修建基础的地基。三、什么是人工地基？当天然地基不能承受基础传递的全部荷载时，需经人工处理后作为地基的土体称之。五、地基处理的目的和意义

1、提高地基的抗剪强度，增加其稳定性;2、降低地基土的压缩性，减少地基的沉降变形;3、改善地基土的渗透特性，减少地基渗漏;4、改善地基土的动力特性，提高地基的抗振性能。六、地基处理方法分类1、换土垫层法将软弱土挖至一定深度，回填强度较高、压缩性较小的材料，如砂、石等，并分层夯实。能提高地基承载力、减少沉降。此法适用于软弱土地基。2、挤淤置换法通过抛石或夯击回填碎石置换淤泥达到加固地基的目的，也可采用爆破挤淤置换。此法适用于淤泥或淤泥质粘土地基。3、强夯法采用夯锤从高处自由落下，地基土体在冲击力作用下密实，可提高地基承载力，减少沉降。此法适用于碎石土、砂土、粉土、杂填土和素填土等地基。4、石灰桩法在钻孔中填入生石灰，通过石灰的吸水膨胀、放热作用来改善桩与土的物理力学性质，可提高地基承载力，减少沉降。此法适于杂填土、软粘土地基。5、加载预压法在地基上加载，使地基中的水在荷载作用下排水固结，可提高地基承载力，减小沉降。此法适用于软粘土、杂填土、泥炭土地基等。6、降低地下水位法通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如加载预压，使地基土产生排水固结，达到加固目的。此法适用于砂性土或透水性较好的土层。7、深层搅拌法利用深层搅拌机将水泥粉与地基土原位搅拌形成复合地基，以提高地基承载力，减小沉降。此法适用于淤泥和粉土等软土地基。8、高压喷射注浆法利用高压喷射注浆冲切土体，用浆液置换部分土体，形成水泥土增强体。可以提高地基承载力，减少沉降。此法适用于淤泥、砂土、人工填土等地基。9、渗入性灌浆法在灌浆压力作用下，将浆液灌入地基中以填充原有孔隙，改善土体的物理力学性质。此法适于中砂、粗砂、砾石地基。10、振冲密实法通过振冲器的振动，一是使砂层发生液化，砂粒重新排列，孔隙减小；二是使砂层挤密。达到提高地基承载力、减小沉降的目的。此法适用于疏松砂性土地基。11、加筋土垫层法在地基中铺设加筋材料（如土工织物、金属板条等）形成加筋土垫层，可以提高地基稳定性。此法适用于各种软弱地基。12、土钉墙法采用钻孔插筋、注浆，在土层中设置土钉，也可直接将杆件插入土层中，通过土钉和土形成加筋土挡墙以维持和提高土坡稳定性。适用于提高土坡稳定性。第二节振冲法一、什么是振冲法？也称碎石桩法，是利用振冲器在土层中振动和水流喷射的联合作用成孔，然后填入碎石料并提拔振冲器逐段振实形成刚度较大的碎石桩的地基处理方法。四、振冲法的主要优点

1、施工机具和施工工艺简单，易于操作；

2、可在软粘土中设置强透水性的排水碎石桩，软粘土中的水可通过碎石桩以较短的时间完成排水固结，使地基强度提高。1、振冲器目前常用的有30kW、75kW两类振冲器。六、施工工艺桩机定位振冲完毕开始振冲制桩完成分层填料振冲桩施工振冲桩施工振冲桩施工

(海上)七、施工要点

1、现场试验在正式施工前应通过现场试验确定其处理效果。2、填料总量和密实度每根桩的填料总量和密实度必须符合设计要求。

1、造孔遇阻

造孔过程中若遇坚硬土层，可加大水压解决。

2、填料遇阻

故障原因处理方法石料粒径过大换用粒径小的石料填料过快、过多慢慢上下活动振冲器直到消除石料抱导管。

3、串桩串桩是指已经成桩的碎石进入正在施工桩孔中。常见原因有土质松软、桩距过小或成桩直径过大。可采用跳打、加大桩距或减小桩径的方法解决。九、施工质量检验第三节高压喷射注浆法一、概念

利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层中，用注浆泵使浆液从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。使土粒从土体上剥落下来与浆液搅拌混合。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体，从而提高地基承载力。1、适用范围较广

它既可用于工程新建之前，也可用于工程修建之中，特别是用于工程落成之后，显示出不损坏建筑物的上部结构和不影响运营使用的长处。

2、施工简便

只需在土层中钻一个孔径为50～300毫米的小孔，便可在土中喷射成直径为0.4～4.0米的固结体，因而能贴近已有建筑物基础建设新建筑物。

3、固结体形状可以控制

为满足工程的需要，在旋喷过程中，可调整旋喷速度、提升速度、增减喷射压力、更换喷嘴孔径改变流量。使固结体成为设计所需要的形状。4、喷射方向可控制

一般情况下，采用在地面进行垂直喷射注浆，而在隧道、矿山井巷工程、地铁等建设中，亦可采用倾斜和水平喷射注浆。

5、有较好的耐久性

在软弱地基加固中，能得到稳定的加固效果，并有较好的耐久性能。可用于永久性工程。6、浆液流失较少

喷浆时，除一小部分浆液沿着管壁冒出地面外，大部分浆液均聚集在喷射流的破坏范围内。7、材料价格低廉

除了在要求速凝超早强时使用化学材料以外，一般的地基工程使用价格低廉的普通硅酸盐水泥。三、适用范围五、类型单管法利用钻机把注浆管置入土层预定深度后，用高压泥浆泵以20Mpa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体。二重管法使用双通道注浆管。当钻进到预定深度后，同时喷射压力20Mpa的浆液和0.7Mpa的空气。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大。三重管法使用三通道注浆管。当钻进到预定深度后，同时喷射压力为20Mpa的清水、0.7Mpa的空气和2～5MPa的浆液。在三种介质的共同作用下，破坏土体的能量更大。旋喷

喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状定喷喷嘴一面喷射一面提升，喷射方向固定不变，固结体形如板状或壁状摆喷喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体形如较厚墙状六、加固机理

喷嘴以很高的压力喷射出能量大、速度快的浆液，当它作用在土体上时，对土体产生巨大的冲击和搅动作用，使注入的浆液和土拌和凝固为新的固结体。七、设计

1、桩径的确定

旋喷桩的直径应通过现场试验确定。当无现场试验资料时，亦可参照相似土质条件下其他旋喷工程的经验。2、承载力的确定

地基承载力应通过现场载荷试验确定。也可根据与其土质相似工程的经验确定。八、施工工艺1、钻机就位与钻孔

钻孔的目的是为了将注浆管置入预定深度。如能用振动或直接把注浆管置入土层预定深度，则钻孔和置入注浆管的两道工序合并为一道工序。2、置入注浆管

将喷射注浆管插入至钻孔内设计标高，即可喷射注浆。

3、旋转、提升

在喷射注浆参数达到规定值后，随即分别按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求，提升注浆管，由下而上喷射注浆。4、拔管及冲洗

完成一根旋喷桩施工后，应迅速拔出喷射注浆管，进行冲洗。1、检验内容固结体的整体性和均匀性；固结体的有效直径；固结体的垂直度；固结体的强度；固结体的溶蚀性和耐久性能。开挖检查钻孔取芯载荷试验

3、检验数量

检验点的数量为施工注浆孔数的2％～5％，并不应少于3点。

4、检验时间

质量检验应在高压喷射注浆结束28天后进行。第四节深层搅拌法一、概念

利用水泥或石灰等材料作为固化剂，通过搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂搅拌，使软土硬结成具有整体性和一定强度的加固体，从而提高地基强度。1、利用了原土由于将固化剂和原地基软土搅拌混合，因而最大限度地利用了原土。土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。2、不会产生附加沉降与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材并降低了造价。3、节省钢材根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状，壁状和块状等加固形式。4、加固形式灵活五、水泥浆搅拌法

中心管喷浆

水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一中心管输出，此法用于纯水泥浆和水泥砂浆。叶片喷浆水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，但因喷浆孔小易被浆液堵塞，它只能使用纯水泥浆。序号机械名称用途1深层搅拌机水泥土搅拌2履带式起重机起吊3导向架导向4灰浆搅拌机制浆5灰浆泵注浆搅拌机械该机采用三管并列，两侧管各带二叶片式搅拌头，中央管除支承两侧管外还兼作输浆管用。一次加固面积0.7～0.8米2，加固深度10～15米。1、SJB-1型深层搅拌机SJB－1型搅拌机1－输浆管；2－外壳；3－出水口；4－进水口；5－电动机；6－导向滑块；7－减速器；8－搅拌轴；9－中心管；10－横向系板；11－球形阀；12－搅拌头2、GZB－600型搅拌机该机为单搅拌轴，叶片喷浆方式的搅拌机。它主要由电动机、搅拌轴、输浆管、搅拌头和配套机械等组成。GZB－600型搅拌机配套机械1－流量计；2－控制柜；3－低压变压器；4－泵送装置，5－电缆；6－输浆管；7－搅拌轴；8－搅拌机；9－打桩机；10－电缆GZB-600型搅拌机1－电缆接头；2－进浆口；3－电动机；4－搅拌轴；5－搅拌头施工现场3、施工工艺

起重机或塔架悬吊搅拌机到达指定桩位对中。定位启动搅拌机电机，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。预搅下沉搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。提升喷浆搅拌重复上、下搅拌为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。重复上述1－6步骤，再进行下一根桩的施工。移位序号机械名称用途1GPP－5型钻机钻进2YP－1型粉体发送器定时定量发送粉体材料3搅拌钻头破碎岩土4空气压缩机提供压缩空气六、粉体喷射搅拌桩1、搅拌机械

粉体发送器的工作原理1－节流阀；2－流量计；3－气水分离器；4－安全阀；5－管道压力表；6－灰罐压力表；7－发送器转鼓；8－灰罐空气压缩机2、施工工艺根据设计，首先确定加固体的位置。定位启动搅拌钻机，搅拌钻头正转预搅下沉，为了不致堵塞喷射口，此时并不喷射加固材料，而是喷射压缩空气，预搅下沉时喷射压缩空气，可使钻进顺利。预搅下沉预搅下沉到设计深度时停止下沉，并应在原位转动1～2分钟。预搅下沉结束在确认加固料已喷至孔底时，搅拌钻头反向边旋转、边提升，同时，通过粉体发送器不断地将加固粉体料喷入被搅动的土体中，使土体和粉体料进行充分拌合。提升喷粉搅拌当钻头提升至距离地面0.3～0.5米时，发送器应停止向孔内喷射粉体，搅拌桩形成。提升结束、搅拌桩形成为保证粉体搅拌均匀，需再次将搅拌头下沉到设计深度，提升搅拌时，其速度控制在0.5～0.8m／min左右。重复搅拌钻头提升至地面后，钻机移位对孔。钻机移位1、施工期质量检验

桩位：偏差小于50毫米；

桩底标高：超深100～200毫米；

桩顶标高：超过设计标高500毫米；桩身垂直度：小于1%标准贯入试验

搅拌桩应在成桩七天内用标准贯入试验取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据标准贯入试验锤击数，用对比法判断桩身强度。检验桩的数量应不少于已完成桩数的2%。用钻探的方法从桩身取芯样，制成试块并测定桩身强度。钻孔取样对场地复杂或施工有问题的桩应进行单桩荷载试验，检验其承载力。单桩荷载试验对相邻桩搭接要求严格的工程，应在桩养护到一定龄期时选取数根桩进行开挖，检查桩顶部分外观质量。基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量。开挖检验第五节挤密桩施工法挤密桩是把带有管塞、活门或锥头的钢管压入或打入地下挤密土层形成孔，再往孔内投放灰土、砂石等填料成的桩。

一、土桩及灰土桩施工技术

1、概念

利用沉管、冲击等方法将钢管打入土中挤密成孔，然后在孔中分层填素土或灰土，夯实而成土桩、灰土桩。可消除地基土的湿陷性，提高承载力。消除地基土的湿陷性无需进行土方开挖

与换土垫层相比，不需开挖回填，可节省土方开挖和回填土方工程量。可就地取材，应用廉价材料，降低工程造价。就地取材施工机具简单，施工方便，施工效率高。机具简单土或灰土桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。挤密作用灰土桩是用石灰和土按一定体积比例拌合，并在桩孔内夯实加密后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性。灰土性质作用根据施工设备、成孔方法等情况而定，一般选用300～600毫米。桩径根据桩处理地基的深度确定，一般为5～15米。桩长桩距和排距桩间距桩排距桩孔一般按等边三角形布置。桩距为(2.5～3.0)d。处理地基的宽度应大于基础的宽度。处理宽度地基的承载力标准值，应通过原位测试或结合当地经验确定。地基承载力6、施工要求

孔位偏差桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％。桩孔垂直度偏差不应大于1.5％。垂直度偏差向孔内填料前，孔底必须夯实，然后用素土或灰土分层回填夯实。填料方法偏心轮夹杆式夯实机先通过试验夯填，求得“检定锤击数”，施工检验时以实际锤击数不小于检定锤击数为合格。触探检验法对重要的大型工程应进行现场载荷试验，直接观测承载力。载荷试验法二、石灰桩施工技术

1、概念在地基中钻孔，然后将生石灰注入孔内夯实挤密成桩。若在生石灰块中掺入适量粉煤灰，则制成石灰粉煤灰桩。4、加固机理

石灰桩除了成孔时挤密桩周围土外，还有生石灰吸收土层中的孔隙水变成熟石灰时产生体积膨胀，挤密桩周土，减少其孔隙比，加速地基土的固结，提高地基承载力，使地基得到加固。6、施工工艺

7、施工方法

（1）施工顺序

一般是先外排后内排，先周边后中间；单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔1～2孔的施工顺序进行，不得由一边向一边平行推进，以免桩挤向一边。成孔后填料、夯实、封顶，自上而下成孔，自下而上填夯成桩。管内成桩因生石灰吸水膨胀，对各个方向都将产生很大的膨胀力，为减少向上膨胀力的损失，约束石灰桩的上举力，当夯填至距桩顶O.5～1.O米时，用素混凝土或粘土封顶。为什么要封顶？管外成桩先将石灰料铺放在待加固的地面，再用打桩机将钢管打下，成一段孔，拔出管填一段料后再成一段孔。当桩孔达到设计深度后拔出钢管，此时钢管外已形成较硬的石灰桩壁，然后在管内填料夯实，形成管内的桩身。挖桩检验可测定桩径、桩的外形、桩身材料分布情况及桩身密实度等。挖桩检验用轻便触探测定桩身和桩周土的承载力。轻便触探通过载荷试验，可计算复合地基的承载力和压缩模量。载荷试验三、CFG桩施工技术

1、什么是CFG桩？

在碎石桩的基础上，加入粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩称之。在荷载作用下，桩的压缩性明显小于其周围软土。因此，基础传递给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，即出现了应力集中现象。复合地基中的CFG桩起到了桩体作用。桩体作用由于CFG桩采用振动沉管法施工，机械的振动和挤压作用使桩间土得以挤密。经加固处理后，地基土的物理力学指标都有所提高，这也说明加固后的桩间土已挤密。挤密作用沉管投料拔管6、施工工艺沉管

桩机就位后启动马达，开始沉管，将桩管沉入地基土中达到设计深度。投料待沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料面与钢管投料口平齐。拔管投料后，开动马达，原地留振10秒左右，然后边振动边拔管。拔管速度一般控制在1.2～1.5m/min左右。桩管拔出地面，确定成桩符合设计要求后用粒状材料或湿粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。7、施工注意事项施工顺序

采用隔排隔桩跳打，施打新桩时与已打桩间距隔时间不应少于七天。施工完毕待桩体达到一定强度，一般为七天左右，方可进行桩头处理。桩顶一米左右长度的桩体是松散的，密实度较小，此部分应当挖除。桩头处理

第六节静压灌浆法

一、概念

利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个强度大、防水性能高的“结石体”。1、灌浆加固对地铁、隧洞大塌方灌浆加固。2、防止渗漏增加地基土的不透水性。防止坝基漏水和隧道开挖时涌水。3、提高桩的承载力对钻孔灌注桩的侧面和底部进行灌浆，以提高桩与土间的表面摩擦阻力和桩端土体的力学强度。4、地基加固用灌浆法纠偏和回升建筑，对古建筑的地基加固。1、渗透灌浆

渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力相对较小。2、劈裂灌浆在压力作用下，浆液引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。3、压密灌浆通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，使土体压密，在注浆管端部附近形成浆泡，当浆泡的直径较小时，灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动。压密灌浆常用于中砂地基的加固。4、电动化学灌浆将带孔的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极，将溶液由阳极压入土中，并通以直流电。在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区域中土的含水量降低，并形成渗浆通路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中硬化。1、防渗标准对重要的防渗工程，要求将地基土的渗透系数降低至lO～4cm／s以下。根据灌浆的目的，强度标准将随各工程的具体要求而不同。如为了增加摩擦桩的承载力，应沿桩的周边灌浆，以提高桩侧界面间的粘聚力；对端承桩则在桩底灌浆以提高桩端土的抗压强度和变形模量。2、强度标准

灌浆效果可根据耗浆量的降低率进行控制。由于灌浆是按逐渐加密原则进行的，孔段耗浆量应随加密次序的增加而逐渐减少。若起始孔距布置正确，则第二次序孔的耗浆量将比第一次序孔大为减少，这是灌浆取得成功的标志。3、施工控制标准将所有的材料放进同一箱子中，预先做好混合准备，再进行注浆，适用于凝胶时间较长的情况。1、一种溶液一个系统2、两种溶液一个系统将A溶液和B溶液预先分别装在各自准备的不同箱子中。分别用泵输送，在注浆管的头部使两种溶液汇合。这种在注浆管中混合进行灌注的方法，适用于凝胶时间较短的情况。3、两种溶液两个系统将A溶液和B溶液分别放在不同的箱子中，用不同的泵输送，在注浆管顶端流出的瞬间。两种溶液就汇合而注浆。这种方法适用于凝胶时间是瞬间的情况。钻杆注浆法是将钻孔钻到所规定的深度后，把注浆材料通过钻杆注入地层中的一种方法。特点：容易操作，施工费用较低。其缺点是浆液沿钻杆与钻孔的