单元7 地基处理

第七章

地基处理

【主要内容】地基处理方法及使用条件；换填垫层法；预压固结法；强夯法和强夯置换法；振冲法，砂石桩法；水泥粉煤灰碎石桩；夯实水泥土桩；搅拌桩法；高压喷射灌浆法；石灰桩法；灰土挤密桩法和土挤密桩法；柱锤冲扩桩法。

【知识目标】了解地基处理方法及使用条件；掌握换填垫层法施工工艺及质量检验方法；掌握预压固结法的施工工艺；掌握强夯法和强夯置换法施工方法及质量检验方法；掌握振冲法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩、夯实水泥土桩、搅拌桩法、高压喷射灌浆法、灰土挤密桩法和土挤密桩法等复合地基的施工工艺及质量检验方法；了解石灰桩法、柱锤冲扩桩法施工工艺。

【技能目标】掌握换填垫层法施工工艺及质量检验方法；掌握预压固结法的施工工艺；掌握强夯法和强夯置换法施工方法及质量检验方法；掌握振冲法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩、夯实水泥土桩、搅拌桩法、高压喷射灌浆法、灰土挤密桩法和土挤密桩法等复合地基的施工工艺及质量检验方法。

7.1地基处理方法

工程建设中，有时不可避免地遇到地质条件不好的地基或软弱地基，这样的地基不能满足设计建筑物对地基强度与稳定性和变形的要求时，常采用各种地基加固、补强等技术措施，改善地基土的工程性状，以满足工程要求，这些工程措施统称为地基处理，处理后的地基称为人工地基。地基处理的目的就是要采取适当的措施，如换填、夯实、预压、振冲、挤密和胶结等方法，对地基土进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、透水性、振动性和特殊土地基的特性。

地基处理通常采用两种途径，即固结途径（固结方法）和加固途径（加固方法）。固结是指用一定的工程措施，如预压与排水，间接地和较为缓慢地改变土的内部结构，如土中超为紧密的结构。加固则是应用物理的或化学的工程手段，直接地、较为剧烈地改造土的内部结构使之逐渐成为紧密的或胶结的土体结构。

地基处理方法的分类有很多种：按时间可分为临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土性对象可分为砂性土处理和黏性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；按处理途径可分为固结处理和加固处理；按处理的作用机理可分为物理处理和化学处理。地基处理的主要方法包括：换填垫层法、强夯法、预压固结法、振冲法、灰土挤密桩法、砂石桩法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、水泥土搅拌桩法、柱锤冲扩桩法、高压喷射灌浆法、石灰桩法、灌浆法等（表7-1）。

表7-1常见地基处理方法

7.2换填垫层法与褥垫法

换填垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

7.2.1换填垫层法的作用

1.提高浅层地基承载力

因地基中的剪切破坏从基础底面开始，随应力的增大而向纵深发展。故以抗剪强度较高的砂或其它建筑材料置换基础下较弱的土层，可避免地基的破坏。

2.减少沉降量

一般浅层地基的沉降量占总沉降量比例较大。加以密实砂或其它填筑材料代替上层软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。

3.加速软弱土层的排水固结

砂垫层和砾石垫层等垫层材料透水性强，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基发生塑性破坏。

4.防止冻胀

因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。

5.消除膨胀土的胀缩作用7.2.2换垫材料

1.砂石

宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。

2.粉质黏土

土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质黏土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。

3.灰土

体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质黏土，不宜使用块状黏土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。

4.粉煤灰

可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定其性能及适用条件。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采取适当防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。

5.矿渣

垫层使用的矿渣是指高炉矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5%。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。

6.其他工业废渣

在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。

7.土工合成材料

由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和地基土条件，按照现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》GB50290的要求，通过设计并进行现场试验后确定。

7.2.3换填垫层法设计要点

垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度，要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，有足够的宽度防止砂垫层向两侧挤出。主要起排水作用的砂（石）垫层，一般厚度要求30cm，并需在基底下形成一个排水面，以保证地基土排水路径的畅通，促进软弱土层的固结，从而提高地基强度。

1.垫层厚度

垫层厚度应根据砂垫层下面软弱下卧层土的承载力和建筑物对地基变形要求来确定。如仅以软弱下卧层承载力为控制指标，则应满足下式要求：

（7-1）

式中：pz—相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值；pcz—垫层底面处的自重压力值；faz—垫层底面处经深度修正后的承载力特征值。

垫层底面处的附加压力按下式计算：

矩形基础：（7-2）

条形基础：（7-3）

式中：l、b—分别为基础底面的长度和宽度；pk—相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；—基础底面处的自重压力值；—基础底面下垫层的厚度；—垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时，按表7-2采用。换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。

2.垫层宽度

垫层宽度应满足基础底面压力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经验确定。

（7-4）

式中：b—垫层底面宽度。

垫层底面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡确定。应防止垫层向两侧挤压而破坏侧面土质。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，造成基础沉降增大。

【例7-1】某建筑物承重墙下为条形基础，基础宽度1.5m，埋深1m，相应于荷载效应标准组合时上部结构传至条形基础顶面的荷载Fk=247.5kN/m；地面下存在5.0m厚的淤泥层，γ=18kN/m3，γsat=19kN/m3，淤泥层地基的承载力特征值fak=80kpa，地下水位距地面深1m。试设计砂垫层。

7.2.4垫层施工

1.垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质黏土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾；中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用振动碾；粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。

2.垫层的施工方法、分层铺填厚度，每层压实遍数等宜通过试验确定。除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200~300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。3.粉质黏土和灰土垫层土料的施工含水率宜控制在最优含水率±2%的范围内，粉煤灰垫层的施工含水率宜控制在±4%的范围内。最优含水率可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。

4.当垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应根据建筑对不均匀沉降的要求予以处理，并经检验合格后，方可铺填垫层。

5.基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏、受冻或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150~300mm厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。

6.换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水撼法施工砂垫层外，不得在浸水条件下施工，必要时应采用降低地下水位的措施。7.垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。粉质黏土及灰土垫层分段施工时，不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝。上下两层的缝距不得小于500mm。接缝处应夯压密实，灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压。灰土夯压密实后3d内不得受水浸泡。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，每层验收后应及时铺填上层或封层，防止干燥后松散起尘污染，同时应禁止车辆碾压通行。垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填。

8.铺设土工合成材料时，下铺地基土层顶面应平整，防止土工合成材料被刺穿、顶破。铺设时应把土工合成材料张拉平直、绷紧，严禁有折皱。端头应固定或回折锚固，切忌曝晒或裸露。连结宜用搭接法、缝接法或胶结法，并均应保证主要受力方向的连结强度不低于所采用材料的抗拉强度。7.2.5质量检验

1.对粉质黏土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验司用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验俭验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验。并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。

当采用贯入法测定检查砂垫层的密实度时，应先讲砂层表面的砂刮去3cm左右，以不大于通过试验所确定的允许贯入度为合格。钢筋贯入测定法，用直径20mm，长1250mm的平头钢筋，距离砂垫层面700mm自由下落，记录贯入度；钢叉贯入测定法，用水撼法使用的钢叉，距离砂层面500mm自由下落，记录插入深度。

2.垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。

3.采用环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。检验点数量，对大基坑每50~100m2不应少于1个检验点；对基槽每10~20m不应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。

4.竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3点；对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。

岩土混合地基是山区的一种常见地基，特别是石芽密布并露出地基以及大块孤石地基，一般都要进行处理，否则极易引起建筑物的不均匀沉降，造成工程事故，而褥垫法就是处理这种地基的一种简易、可靠、经济的方法。7.2.6褥垫法

1.原理

褥垫法的作用在于合理调整地基的压缩性，当建筑物的基槽中地基岩土软硬差别很大时，可在压缩性低的部位上铺设一定厚度的可压缩的材料（即褥垫）与压缩性较高的部位的地基变形相适应，以减少沉降差，从而调整岩土交界部位地基的相对变形，避免该处由于应力过于集中而使建筑物墙体出现裂缝。

2.褥垫构造

对于大块孤石或石芽出露的地基，如其周围土层承载力特征值大于150kPa时，当房里为单层排架结构或1~3层砌体承重结构时，宜将大块孤石或石芽顶部削低，铺填0.3~0.5m厚的褥垫，其结构见图7-1所示。对于多层砌体承重结构，则应根据土质情况，建筑物对地基变形的要求，适当调整建筑物平面位置或采用桩基、梁、拱跨越等，在地基压缩性差异大的部位宜结合建筑平面形状、荷载条件设置沉降缝等措施进行处理。。

图7-1褥垫构造

1-基础；2-沥青层；3-褥垫；4-基岩

3.褥垫施工

（1）首先把基底出露的岩石凿击一定的厚度并呈斜面状，使基槽略大于基础宽度，并在基础与岩石之间涂上沥青。

（2）铺填可压缩性褥垫材料，并分层压（夯）实，采用黏性土时，应防止水泥浆渗入胶结；利用炉渣（颗粒级配相当于角砾）、粗、中砂作褥垫时，不仅调整幅度大，而且不受水的影响，性能较稳定，其效果最佳。

（3）褥垫层厚度由所调整的沉降量而定，一般30~50cm，或由沉降计算确定。

（4）褥垫的夯填度可用夯填密度（夯实后厚度与虚铺厚度之比）来控制施工质量，应根据设计要求和现场试验来确定，当无资料时，可参考下列数值控制施工质量：

中砂与粗砂：0.87±0.05；土夹石（其中砾石含量为20%~30%）：0.70±0.05；煤灰渣0.65±0.05。4.褥垫法注意问题

由于褥垫厚度较薄，施工时表面外露，下面是岩层，易于进水，且难于下渗，它既不同于天然地基，也不同于大面积填土地基，褥垫遇到雨水容易聚集而泡软，变位流塑性大，蒸发时补给水分不足容易失水固结，这些特殊情况如果不注意，处理效果就会很差。在用作褥垫的材料中，炉渣（颗粒级配相当于角砾时）调整沉降的幅度较大，而且受水的影响性质比较稳定，所以效果最好，利用黏性土做褥垫，调整沉降虽然灵活性大，但应采用防止水分渗入的措施，以免影响褥垫的质量，如采用软散材料做褥垫，浇灌混凝土基础时应防止水泥浆渗入胶结，以免褥垫失去作用。

7.3预压固结法

预压固结法是在建筑物建造前，对建筑物场地进行预压，使土体中的水通过竖井或塑料排水带排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。预压法分为堆载预压法和真空预压法两类。堆载预压法包括砂井堆载预压法、袋装砂井预压法、塑料排水板预压法。堆载预压就是在建筑物建造前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成，提高地基土强度的方法。对于在持续荷载下体积发生很大的压缩和强度会增长的土，而又有足够的时间进行压缩时，这种方法特别适用。为了加速压缩过程，可采用比建筑物重量大的所谓超载进行预压。真空预压法是在需要加固的软黏土地基内设置竖井或塑料排水带，然后在地面铺设砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的密封膜使之与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水管道，用真空泵抽气使膜内保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，孔隙水逐渐被排出从而达到预压效果。施工时必须采用措施防止漏气，才能保证必要的真空度。预压法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。

7.3.1堆载预压固结法的组成

预压法由加压系统和排水系统两部分共同组合而成。

1.排水系统

主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。该系统是由水平排水垫层和竖向排水体构成的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中的水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置竖井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。

2.加压系统

是起固结作用的荷载。它使地基土的固结压力增加而产生固结。排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也就不能顺利进行。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。

在地基中设置的竖向排水体，一般为竖井和塑料排水带。竖井是先在地基中成孔，然后灌以砂使之密实而形成，具有用砂料省、连续性好、不致因地基变形而折断、施工简便等优点，但竖井阻力对袋装竖井的效果较为显著。塑料排水带由塑料芯带和滤膜外套组成，工厂制作，运输方便，在没有砂料的地区尤为合适。

对重要工程，应预先在现场选择试验区进行预压试验，在预压过程中应进行竖向变形、侧向位移、孔隙水压力等项目的观测以及原位十字板剪切试验。根据试验区获得的资料分析地基的处理效果，与原设计预估值比较，对设计作必要的修正，并指导全场的设计和施工。对主要以沉降控制的建筑，如冷藏库、机场跑道等，当地基经预压达到80%以上时，方可卸载；对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑，在地基土经预压增长的强度满足设计要求后，方可卸载。

7.3.2堆载预压法设计要点

1.排水竖井体尺寸

（1）确定竖井或塑料排水带直径

竖井直径主要取决于土的固结性和施工期限的要求。竖井分普通竖井、袋装竖井和塑料排水带，普通竖井直径可取300~500mm，袋装竖井直径可取70~120mm，塑料排水带的当量换算直径可按下式计算：

（7-5）

式中：dp—塑料排水带当量换算直径，m；b—塑料排水带宽度，m；δ—塑料排水带厚度，m。

（2）排水竖井或塑料排水带间距

竖井或塑料排水带的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。通常竖井的间距可按井径比（n，de为竖井的有效排水圆柱体直径，为竖井直径）确定。普通竖井的间距可按=6~8选用；袋装竖井或塑料排水带的间距可按n=15~22选用。

（3）竖井的排列方式

竖井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。竖井的有效排水直径和竖井间距的关系可按下列规定取用：等边三角形布置de=1.05s；正方形布置de=1.13s。

（4）竖井深度

竖井的深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形要求确定。对以地基抗滑稳定性控制的工程，竖井深度至少应超过最危险滑动面以下2m。对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，竖井宜贯穿压缩层。对深度大的压缩土层，竖井深度应根据在限定的预压时间内消除的变形量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采用超载预压等方法来满足工程要求。若软土层厚度不大或软土层含较多薄粉砂夹层，预计固结速率能满足工期要求时，可不设置竖向排水体。

2.确定加载的数量、范围、速率

（1）加载数量

预压荷载的大小，应根据设计要求确定，通常可与建筑物基底压力大小相同。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理地基，超载数量应根据预定时间内要求消除的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下受压土层各点的有效竖向压力等于或大于建筑荷载所引起的相应点的附加压力。

（2）加荷范围

加载的范围不应小于建筑物基础外缘所包围的范围，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。

（3）加荷速率

加荷速率应与地基土增长的强度相适应，待地基在前一级荷载作用下达到一定的固结度后，再施加下一级荷载，特别是在加荷后期，更需严格控制加荷速率。加荷速率应通过对地基抗滑稳定计算来确定，以保证工程安全。但更为直接而可靠的方法是通过各种现场观测来控制，边桩位移速率应控制在3~5mm/d，地基竖向变形速率不宜超过10mm/d。

3.地基的固结度

在一级或多级等速加载条件下，时间对应总荷载的地基平均固结度可按下式计算：

（7-6）

式中：Ut—时间地基的平均固结度；qi—第级荷载的加载速率；∑△p—各级荷载的累加值；Ti-1、Ti—分别为第i级荷载的起始和终止时间（从零点起算），当计算第i级荷载过程中某时间t的固结度时，Ti改为t；α、β—参数，按表7-3采用。

7.3.3加载预压固结法的施工工艺

1.水平排水垫层施工

水平排水砂垫层施工目前有四种方法：

（1）当地基表层有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能上一般运输机械时，一般采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。

（2）当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序摊铺法。

（3）当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能上施工人员和轻型运输工具。

（4）尽管对超软层地基表面采取了加强措施，持力层条件仍然很差，一般轻型机械上不去，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设。

2.竖向排水体施工

竖井施工一般先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成竖井。竖井灌砂量，应按井孔的体积和砂在中密时的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算值的95%。灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实，砂袋放入孔内至少应高出孔口200mm，以便埋入砂垫层中。

竖井成孔施工方法有振动沉管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法四种。

3.袋装竖井施工

袋装竖井是在普通竖井的基础上于上世纪60年代末期发展起来的一项新技术。根据太沙基的一维固结理论，黏性土固结所需的时间与排水距离的平方成正比。因此，要缩短黏性土的固结时间，设法缩短排水距离是最有效的办法。因而把袋装竖井埋设在软土地基中人为造成土固结的排水通道，使孔隙水压力得以较快的消散，从而达到缩短软土地基的固结时间，加速沉降，提高地基土强度的目的。

4.塑料排水带施工

塑料排水带的滤膜应有良好的透水性，塑料排水带应具有足够的湿润抗拉强度和抗弯曲能力。

插带机械：用于插设塑料排水带的机械，种类很多。有专门机械，也有用挖掘机、起重机、打桩机及袋装竖井打设机械改装的。有轨道式、轮胎式、链条式、履带式和步履式等多种型式。

塑料排水带管靴与桩尖：一般打设塑料带的导管靴有圆形和矩形两种。由于导管靴断面不同，所用桩尖各异，并且一般都与导管分离。桩尖主要作用是在打设塑料带过程中防止淤泥进入导管内，并且对塑料带起锚定作用，防止提管时将塑料带拔出。

塑料排水带打设顺序包括：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。

7.3.4真空预压法

真空预压法是利用大气压力作为预压荷载的一种排水固结法，其作用原理如图7-2所示。

图7-2真空预压法原理示意图

（a）预压布置图；（b）预压原理

1-隔断幕；2-铺砂；3-真空泵；4-垂直排水体

7.3.5质量检验

1.施工过程质量检验和监测

（1）塑料排水带必须在现场随机抽样送往试验室进行性能指标的测试，其性能指标包括纵向通水量、复合体抗拉强度、滤膜抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。

（2）对不同来源的砂井和砂垫层砂料，必须取样进行颗粒分析和渗透性试验。

（3）对于以抗滑稳定控制的重要工程，应在预压区内选择代表性地点预留孔位，在加载不同阶段进行原位十字板剪切试验和取土进行室内土工试验。

（4）对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。

（5）真空预压工程除应进行地基变形、孔隙水压力的监测外，尚应进行膜下真空度和地下水位的量测。

2.预压法竣工验收检验

（1）排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。

（2）应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3点。

强夯法是将很重的锤（一般为8~30t，最重达200t），从高处自由落下（一般为6~30m，最高达40m），给地基以强大冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大应力，迫使土体中孔隙压缩，排除孔隙中的气和水，使土粒重新排列，迅速固结，从而提高地基土的强度并降低其压缩性的地基加固方法。由于方法简单、快速和经济，在实践中己被证实为一种较好的地基处理方法而得到广泛应用。

项目7.4强夯法和强夯置换法

7.4.1强夯法原理及适用范围

强夯法适用于处理碎石、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。对高饱和度的粉土与黏性土等地基，当采用在夯坑内回填块石、碎石或其它粗颗粒材料，称为强夯置换法。强夯和强夯置换施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区，进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。

7.4.2强夯法设计要点

采用强夯法加固松软地基一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求，正确地选定强夯参数，才能达到经济而有效的目的。强夯设计参数包括：锤重和落距、最佳夯击能、夯点布置、夯击次数与遍数、两次夯击遍数的间歇时间和加固范围等。

1.夯锤重与落距

夯锤重与落距是影响夯击能和加固深度的重要因素。锤重和落距越大，加固效果越好。我国夯锤一般为10~25t，最大夯锤为40t。夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锤的落距。我国通常采用的落距为8~20m。对相同的夯击能量，常选用大落距的施工方案，这是因为增大落距可获得较大的接地速度，能将大部分能量有效地传到地下深处，增加深层夯实效果，减少消耗在地表土层塑性变形的能量。2.夯击点的布置与间距

一般按正方格布置夯击点，间距约为5~9m。第一遍的距离不宜太小，约控制为夯锤直径的3~4倍。第二、三遍逐渐减少，甚至可相互搭接，最后用低能量满夯一次。3.夯击遍数

强夯时，在布置的夯击点上进行连续夯实，第一击下沉较大，约为200~500mm甚至更大，连续夯击多次之后，夯锤的下沉逐渐减小，待最后两击平均下沉不大于50mm时，停止夯击。如此完成全部夯击点称为第一遍。间歇一段时间后，待夯击引起的孔隙水压力消散后，继续夯击第二、三……遍。每一遍在夯击点上的夯击数约5~10击，夯击遍数与土的种类有关，一般约为2~6遍，粗粒土的遍数可少些，细粒土则多些。

4.两遍间的间歇时间

原则上决定于孔隙水压力消散的时间，对于砂土，孔隙水压力消散很快，可连续夯击；对于黏性土，一般间歇约15~30天。5.加固范围

当现场四周为外部没有夯击过和内部夯击过的边缘时，为了避免在夯击后的土中出现不均匀的边界现象，从而引起建筑物的差异沉降，必须规定对夯击面积增加一个附加值。放大宽度可自建筑物基础外侧边线增加处理深度的1/2~2/3距离，并不宜小于3m。根据初步确定的强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束一至数周后，对试夯场地进行测试，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。

7.4.3强夯置换法设计要点

1.强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。

2.强夯置换法的单击夯击能应根据现场试验确定。

3.墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30%。

4.夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：

（1）墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长。

（2）累计夯沉量为设计墩长的1.5~2.0倍。

（3）最后两击的平均夯沉量应满足强夯法的要求。

5.墩位布置宜采用等边三角形或正方形。对独立基础或条形基础可根据基础形状与宽度相应布置。

6.墩间距应根据荷载大小和原土的承载力选定，当满堂布置时可取夯锤直径的2~3倍。对独立基础或条形基础可取夯锤直径的1.5~2.0倍。墩的计算直径可取夯锤直径的1.1~1.2倍。

7.当墩间净距较大时，应适当提高上部结构和基础的刚度。

8.墩顶应铺设一层厚度不小于500mm的压实垫层，垫层材料可与墩体相同，粒径不宜大于100mm。

9.强夯置换设计时，应预估地面抬高值，并在试夯时校正。

10.检测项目除进行现场载荷试验检测承载力和变形模量外，尚应采用超重型或重型动力触探等方法，检查置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化。

11.确定软黏性土中强夯置换墩地基承载力特征值时，可只考虑墩体，不考虑墩间土的作用，其承载力应通过现场单墩载荷试验确定，对饱和粉土地基可按复合地基考虑，其承载力可通过现场单墩复合地基载荷试验确定。

7.4.4强夯法的施工工艺

1.试夯

强夯施工前，在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区进行试夯，或试验性施工。试夯区数量应根据建筑场地复杂程度、建设规模及建筑类型确定。通过测试，与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，以便最后确定工程采用的各项强夯参数。若不符合设计要求，则应改变设计参数。在进行试夯时也可采用不同设计参数的方案，进行比较，择优选用。2.平整场地

预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定夯前地面高程，然后用推土机平整。强夯施工前应认真查明强夯场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取措施，以免因强夯施工而造成损坏。

3.铺垫层或降低地下水位

对地下水位较高的饱和黏性土与易液化流动的饱和砂土，有时需在表层铺0.5~2.0m左右厚的松散性材料或人工降低地下水位，这样做的目的是在地表形成硬层，可以用以支承起重设备，确保机械通行和施工，又可加大地下水和地表面的距离，防止夯击时夯坑积水、土体发生流动或夯击效率降低。铺设的垫层不能含有黏土。对场地地下水位深度超过2m的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层。

4.强夯施工

强夯施工可按下列步骤进行：

（1）在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程。

（2）起重机就位，使夯锤对准夯点位置。

（3）测量夯前锤顶高程。

（4）将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。

（5）重复上述步骤（4），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。

（6）换夯点，重复上述步骤（2）至（5），直到完成第一遍全部夯点的夯击。

（7）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。

（8）在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯．将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。

强夯置换施工可按下列步骤进行：

（1）清理并平整场地，当表层土松软时，铺设1.0~2.0m的砂石施工垫层。

（2）标出夯点位置，并测量场地标高。

（3）起重机就位，夯锤置于夯点位置。

（4）测量夯前锤顶标高。

（5）夯击并逐击记录夯坑深度。当夯坑过深而发生起锤困难时停夯，向坑内填料直至与坑顶平，记录填料数量，如此重复直至满足规定的夯击次数及控制标准完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出影响施工时，可随时清理并在夯点周围铺垫碎石，继续施工。

（6）按由内而外，隔行跳打原则完成全部夯点的施工。

（7）推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地标高。

（8）铺设垫层，并分层碾压密实。

5.施工监测

强夯施工除了严格遵照施工步骤进行外，还应有专人负责施工过程中的监测工作。

（1）开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。因为若夯锤使用过久往往因底面磨损而使重量减轻。落距未达设计要求的情况，在施工中也常发生。这些将影响单击夯击能。

（2）强夯施工中夯点放线错误情况常有发生。因此，在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核．夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正。

（3）施工过程中应按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量。

（4）由于强夯施工的特殊性，施工中所采用的各项参数和施工步骤是否符合设计要求，在施工结束后往往很难进行检查，所以要求在施工过程中对各项参数和施工情况进行详细记录。

6.强夯振动的影响

强夯施工过程中，在夯锤落地的瞬间，一部分动能转换为冲击波，从夯点以波的形式向外传播，并引起地表震动。当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备会产生有害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。

7.4.5质量检验

1.检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。强夯置换施工中可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩着底情况。

2.强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7~14d；粉土和黏性土地基可取14~28d。强夯置换地基间隔时间可取28d。

3.强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩载荷试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩着底情况及承载力与密度随深度的变化，对饱和粉土地基允许采用单墩复合地基载荷试验代替单墩载荷试验。

4.竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%，且不应少于3点。

项目7.5振冲法

7.5.1振冲法原理及适用范围

振冲法也称振动水冲法，就是利用振动器水冲成孔，填以砂石骨料，借振冲器的水平及垂直振动，振密填料，形成碎石桩体与原地基构成复合地基以提高地基承载力的方法。它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在振动和高压水流的联合作用下，振冲器沉到土中的预定深度，然后经过清孔工序，用循环水带出孔中稠泥浆后，从地面向孔中逐段添加填料，每段填料均在振动作用下被挤密实，达到所要求的密实度。

振冲法分为振冲密实法、振冲置换法两种类型。在砂性土中，振冲起密实作用，一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少。另一方面通过振冲器的水平振动力，在加回填料情况下通过填料使砂层挤压加密，故称为振冲密实法；在黏性土中，在软弱黏性土地基中成孔，孔内分批填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体，桩体和原来的黏性土构成所谓复合地基，振冲主要起置换作用，故称为振冲置换法。

7.5.2振冲法设计要点

1.一般原则

由于复合地基承载力计算方法、最终沉降量计算方法等还不够成熟，因而振冲置换加固设计还处在半理论半经验状态。因此，对重要工程和复杂的土质情况，必须在现场进行制桩试验，然后根据试验资料修改设计，制订施工要求。

2.处理范围

振冲桩处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，当用于多层建筑和高层建筑时，宜在基础外缘扩大1~2排桩。当要求消除地基液化时，在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2。

3.桩位布置和间距

桩位布置，对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对单独基础或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。

振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考虑。30kW振冲器布桩间距可采用1.3~2.0m；55kW振冲器布桩间距可采用1.4~2.5m；75kW振冲器布桩间距可采用1.5~3.0m。荷载大或对黏性土宜采用较小的间距，荷载小或对砂土宜采用较大的间距。

4.桩长

当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定。当相对硬层埋深较大时，按建筑物地基变形允许值确定。在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定，桩长不宜小于4m。

5.桩体材料

桩体材料可用含泥量不大于5%的碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质材料，不宜使用风化易碎的石料。常用的填料粒径为：30kW振冲器20~80mm；55kW振冲器30~100mm；75kW振冲器40~150mm。桩的直径可按每根桩所用的填料量计算，常为0.8~1.2m。

6.承载力特征值

7.变形计算

地基在处理后的变形计算应按国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。复合土层的压缩模量可按下式计算：

（7-12）Esp—复合土层的压缩模量；Esp—桩间土的压缩模量，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基压缩模量；n—桩土应力比，在无实测资料时，对黏性土可取2~4，对粉土和砂土可取1.5~3，原土强度低取大值，原土强度高取小值。式中：

7.5.3振冲置换法施工

1.施工准备工作

（1）三通一平

施工现场的三通一平指的是水通、电通、料通和平整场地，这是施工能否顺利进行的重要保证。

（2）施工场地布置

对场地中的供水管、电路、运输道路、排泥水沟、料场、沉淀池、清水池、照明设施等都要事先妥善布置。对有多台施工车同时作业的大型加固工程，应划出各台施工车的包干作业区。配电房、机修房、工人休息房等亦应一一作出安排。显然，这些布置随具体工程而定，不可能有一个统一的平面布置方案。

2.施工机具

主要机具有振冲器、吊机或施工专用平车和水泵。振冲器是利用一个偏心体的旋转产生一定频率和振幅的水平向振力进行振冲挤密或振冲置换施工的一种专用机械。我国用于振冲置换施工的振冲器主要有ZCQ-l3、ZCQ-30和ZCQ-55三种，其中最常用的为ZCQ-30。ZCQ-30的潜水电机功率为30kW，转速l450r/min，额定电流约60A，振幅4.2mm，最大水平向振力60kN，外壳直径351mm，长2150mm，总重9.4kN。在既有建筑物邻近施工时，宜用功率较小的振冲器。

3.填料

制作桩体的填料宜就地取材，凡碎石、卵石、砂砾、矿渣、碎砖等都可使用，但风化石块不宜采用。各类填料的含泥量均不得大于10％。对填料的颗粒级配没有特别要求。填料的最大粒径一般不大于5cm。粒径太大不仅容易卡孔，而且能使振冲器外壳强烈磨损。

4.振冲置换桩的制作

（1）填料方式

在地基内成孔后，接着要往孔内加填料。过去有三种加料方式。第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1m堆高的填料，然后下降振冲器使填料振实。每次加料都这样做。第二种是振冲器不提出孔口，只是向上提升约lm左右，然后向孔口倒料，再下降振冲器使填料振实。第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。就黏性土地基来说，多数采用第一种加料方式，因为后两种方式，桩体质量不易保证。对较软的土层，宜采用“先护壁，后制桩”的办法施工。即成孔时，不要一下达到设计深度，而是先达到软层上部一二米范围内，将振冲器提出孔口加一批填料，下降振冲器使这批填料挤入孔壁，把这段孔壁加强以防塌孔。然后使振冲器下降至下一段软土中，用同样方法加料护壁。如此重复进行，直达设计深度。孔壁护好，就可按常规步骤制桩了。

（2）桩的施工顺序

桩的施工顺序一般采用“由里向外”或“一边推向另一边”的方式，因为这种方式有利于挤走部分软土。如果“由外向里”制桩，中心区的桩很难做好。对抗剪强度很低的软粘土地基，为减少制桩时对原土的扰动，宜用间隔跳打的方式施工。

（3）制桩操作步骤

①将振冲器对准桩位，开水开电。检查水压、电压和振冲器空载电流值是否正常。

②启动施工车或吊机的卷扬机，使振冲器以l~2m/min的速度在土层中徐徐下沉。注意振冲器在下沉过程中的电流值不得超过电机的额定值。万一超过．必须减速下沉，或者暂停下沉，或者向上提升一段距离，借助高压水冲松土层后再继续下沉。在开孔过程中，要记录振冲器经各深度的电流值和时间。电流值的变化定性地反映出土的强度变化。

③当振冲器达到设计加固深度上30~50cm时，升始将振冲器往上提，直至孔口。提升速率可增至5~6m/min。

④重复步骤②、③一至两次。如果孔口有泥块堵住，应把它挖去。最后，将振冲器停留在设计加固深度以上30~50cm处，借循环水使孔内泥浆变稀，这一步骤叫清孔。清孔时间一、二分钟，然后将振冲器提出孔口，准备加填料。

⑤往孔内倒0.15~0.5m3填料。将振冲器沉至填料中进行振实。这时，振冲器不仅使填料振密，并且使填料挤入孔壁的土中，从而使桩径扩大。由于填料的不断挤入，孔壁土的约束力逐渐增大，一旦约束力与振冲器产生的振力相等，桩径不再扩大，这时振冲器电机的电流值迅速增大。当电流达到规定值对，认为该深度的桩体已经振密。如果电流达不到规定值，则需提起振冲器继续往孔内倒一批填料，然后再下降振冲器继续进行振密。如此重复操作，直至该深度的电流达到规定值为止。每倒一批填料进行振密，都必须记录深度、填料量、振密时间和电流量。电流的规定值称为密实电流。密实电流由现场制桩试验确定。或根据经验选定。将振冲器提出孔口，准备做上一深度的桩体。

⑥重复上一步骤，自下而上地制作桩体，直至孔口。这样一根桩就做成了。

⑦关振冲器，关水，移位。

（4）记录

每天施工完毕要及时填写“制桩统计图”。填写内容有：桩号、制桩深度、填料量、时间和完成日期。

（5）表层处理

桩预部约lm范围内，由于该处地基土的上覆压力小，施工时桩体的密实程度很难达到要求，为此必须另行处理。处理的办法是或者将该段桩体挖去，或者用振动碾压实。如果采用挖除的办法，对施工前的地面高程和桩顶高程要事先计划好。一般，经过表层处理后的复合地基上面要铺一层厚30～50cm的碎石垫层。垫层本身也要压实。垫层上面再做基础。7.5.4质量检验

1.检查振冲施工各项施工记录，如有遗漏或不符合规定要求的桩或振冲点，应补做或采取有效的补救措施。

2.振冲施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间后方可进行质量检验。对粉质黏土地基间隔时间可取21~28d，对粉土地基可取14~21d。

3.振冲桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，检验数量为桩数的0.5%，且不少于3根。对碎石桩体检验可用重型动力触探进行随机检验。对桩间土的检验可在处理深度内用标准贯入、静力触探等进行检验。

项目7.6砂石桩法

7.6.1砂石桩法原理

砂石桩法指用振动或冲击荷载的方法在软弱地基中成孔后，再将砂石挤压土中，形成大直径的密实砂石桩加固地基的方法。适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基。对在饱和黏性土地基上主要不以变形控制的工程也可采用砂石桩置换。

对饱和黏性土地基，由于黏性土多为蜂窝结构，渗透系数小，黏性土一旦受力扰动后，扰动土比具有相同密度与含水率的原状土的力学性质会降低，因而砂石桩在饱和黏性土成桩过程中很难起到挤密加固作用，甚至会使桩周土体强度出现暂时降低。所以砂石桩对饱和黏性土加固的效果正是利用了砂石桩本身的强度及其排水效果，即其加固作用主要是砂石桩的置换和地基土的排水固结作用。砂石桩与桩间黏性土形成了复合地基，提高了地基的承载力和地基的整体稳定性。由于密实的砂石桩在地基中构成排水路径起着排水竖井的作用，因而加速了固结速率。

7.6.2砂石桩法设计要点

1.桩径

砂石桩的直径，应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，可采用300~800mm。对饱和黏性土地基宜选用较大的直径。

2.桩孔布置及间距

（1）砂石桩布置

砂石桩孔位在平面上宜按等边三角形或正方形布置。

（2）砂石桩间距

砂石桩的间距应通过现场试验确定，对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的4.5倍；对黏性土地基不宜大于砂石桩直径的3倍。初步设计时，砂石桩的间距也可按下列公式估算：3.砂石桩桩长

砂石桩桩长可根据工程要求和工程地质条件通过计算确定：

（1）当松软土层厚度不大时，砂石桩桩长宜穿过松软土层。

（2）当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，砂石桩桩长应不小于最危险滑动面以下2m的深度。对按变形控制的工程，砂石桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求。

（3）对可液化的地基，砂石桩桩长应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的有关规定采用。

（4）桩长不宜小于4m。

4.加固范围

砂石桩处理范围应大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大1~3排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m。

5.砂石桩复合地基承载力

砂石桩复合地基的承载力特征值，应按现场复合地基载荷试验确定，初步设计时，可按式（7-9）或式（7-11）估算。对于采用砂桩处理的砂土地基，可根据挤密后砂土的密实状态，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定确定。

7.6.3砂石桩施工

施工顺序

1.以挤密为主的砂石桩施工时，为保证地基土的挤密效果，应间隔（跳打）进行，宜由外侧向中间推进。

2.对黏性土地基，砂石桩主要起置换作用，为保证设计的置换率，宜从中间向外围或隔排施工。

3.在既有建（构）筑物邻近施工时，为减少对邻近既有建（构）筑物的振动影响，应背离建（构）筑物方向进行。

施工方法

1.振动沉管成桩法

（1）施工机具

悬挂式履带桩架（步履式桩架或轨道式桩架）、振动桩锤（单电机驱动、双电机驱动、液压马达驱动）、料斗、钢质桩管下端带活瓣钢质桩靴或预制钢筋混凝土锥型桩尖组成振动打桩机。

（2）施工工艺

①桩机就位，把桩管及桩尖对准桩位并调好垂直度。

②启动振动锤，振动沉管到预计深度。

③向桩管内投入规定数量的砂石料（装砂石料也可在桩管下到便于投料的位置或边沉管边投料）。

④振动拔管，每拔起一定高度停拔继振。

⑤振动沉管（对砂石桩填料量要求高的地基进行该项工序）。

⑥重复④、⑤两工序。

⑦桩管提至工作面，砂石桩完成。

（3）控制要点

①桩身连续性：为了保证桩身的完整连续，根据试验确定拔管速度，一般拔管速度控制在3.5cm/s。

②桩径偏差：当填砂石量未达到设计要求时，桩径偏小，宜采用停拔留振和反插等工艺施工控制。

③桩身密实度：电机的工作电流能直观地反映桩身的密实程度，当密实程度达不到要求时，增加挤压次数和停拔留振时间。

④为了保证桩端不出现夹泥断桩现象，先在管内投入砂石料复打桩端。

2.锤击沉管成桩法

锤击法施工有单管法和双管法两种，但单管法难以发挥挤密作用，故一般宜采用双管法。双管法又分芯管密实法和内击沉管法。

（1）芯管密实法

①施工机具

悬挂式履带桩架（步履式桩架或轨道式桩架）、蒸汽打桩锤（柴油打桩锤或静压打桩锤）、底端开口的外管（套管）、底端闭口的内管（芯管）、料斗等组成锤击打桩机。②施工工艺

（a）将外管安放在预定的桩位上，将用作塞的砂石投入外管底部。

（b）以内管做锤冲击砂石塞，靠摩擦力将外管打入预定深度。

（c）固定外管将砂石塞压入土中。

（d）提内管并向外管内投入砂石料。

（e）边提外管边用锤击内管将管内砂石冲出挤压土层。

（f）重复（d）、（e）步骤。

（g）待外管拔出工作面，砂石桩完成。

③控制要点

有效的控制好锤击内管贯入度，可保证砂石桩体的连续性、密实性和桩周土的挤密均匀性。该工艺优点是砂石桩压入量可随意调节，施工灵活，不易发生缩径和塌孔现象，成桩质量较好。

（2）内击沉管法

①施工机具

施工机具主要有两个卷扬机的简易打桩机、底端开口的桩管（套管）、可放入管内的吊锤（重1.0~2.0t）。

②施工工艺

（a）将桩管安放在预定的桩位上，将用作塞的砂石投入桩管底部。

（b）吊锤冲击砂石塞，靠摩擦力将桩管打入预定深度。

（c）将桩管拔高离开孔底，用吊锤将砂石塞击出管外压入土中。

（d）向管内投入适量砂石料。

（e）边提桩管边用吊锤冲击管内砂石料，冲挤砂石压入土中。

（f）重复（d）、（e）步骤。

（g）待桩管拔出工作面，砂石桩完成。

③控制要点

有效的控制好锤击贯入度，可保证砂石桩体的连续性、密实性和桩周土的挤密均匀性。该工艺优点是设备简单，耗能低，挤土效应明显，桩体密实度高。缺点是功效较低，夯锤的钢丝绳易断。

7.6.4质量检验

1.应在施工期间及施工结束后，检查砂石桩的施工记录。对沉管法，尚应检查套管往复挤压振动次数与时间、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等项施工记录。

2.施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和黏性土地基应待孔隙水压力消散后进行，间隔时间不宜少于28d；对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。

3.砂石桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔总数的2%。

4.砂石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。

5.复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0.5%，且每个单体建筑不应少于3点。

项目7.7水泥粉煤灰碎石桩

7.7.1水泥粉煤灰碎石桩原理

1.CFG桩优点

CFG桩就是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它的桩身材料足由水泥、粉煤灰与碎石三者构成的。水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。通过调整水泥掺量及配比，可使桩体强度等级在C5~C20之间变化。

这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点：

（1）施工工艺与普通振动沉管灌注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。

（2）所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”，这也是比水泥搅拌桩优越之处。

（3）受力特性与水泥搅拌桩类似。2.CFG桩的作用

CFG桩的加固软弱地基主要桩体作用、挤密作用、褥垫层作用。

（1）桩体作用

CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。据南京造纸厂复合地基载荷试验结果，在无褥垫层情况下，CFG桩单桩复合地基的桩体应力比n=24.3~29.4；四桩复合地基桩土应力比n=31.4~35.2；而碎石桩复合地基的桩土应力比n=2.2~2.4，可见CFG桩复合地基的桩土应力比明显大于碎石桩复合地基的桩土应力比，亦即其桩体作用显著。

（2）挤密与置换作用

当CFG桩用于挤密效果好的土时，由于CFG桩采用振动沉管法施工，其振动和挤压作用使桩间土得到挤密，复合地基承载力的提高既有挤密又有置换；当CFG桩用于不可挤密的土时，其承载力的提高只是置换作用。

（3）褥垫层作用

由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，能保证桩、土共同承担荷载、减少基础底面的应力集中，褥垫厚度还可以调整桩土荷载分担比。

7.7.2水泥粉煤灰碎石桩设计要点

1.桩径

水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径宜取350~600mm。

2.桩距

桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定，宜取3~5倍桩径。

3.褥垫层

桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取150~300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于30mm。

4.水泥粉煤灰桩复合地基承载力

水泥粉煤灰桩复合地基的承载力特征值，应按现场复合地基载荷试验确定，初步设计时可按下式估算：5.处理后的变形量

地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值可按下式确定：

7.7.3水泥粉煤灰碎石桩的施工

CFG桩桩径较大时一般用钻孔灌注桩的成桩设备，桩径较小时(350～400mm)都用振动沉管打桩机或螺旋机，有时则用振动沉管机和螺旋钻机联合使用。由于它是一项新兴发展起来的地基处理技术，设计计算理论和工程施工经验尚不够成熟，施工前一般须进行试桩确定有关技术参数后，再精心组织正常施工。

1.施工设备

目前主要的施工机械设备有液压步履式打桩机、履带式打桩机、振动沉管打桩机、潜术工程钻机及正（反）循环钻机等。

2.施工方法

目前常用的施工方法有：

（1）长螺旋成孔、管内泵压混合料灌注成桩法

长螺旋成孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于黏性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。该工艺属非挤土成桩工艺。具有穿透能力强，无振动、低噪声、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。施工时不受地下水的影响。

施工工艺：

①根据设计桩长、地质条件确定机架高度、动力大小，现场进行设备安装。

②桩机就位，钻头对准桩位并调好垂直度，其偏差不大于1%。

③启动钻机钻孔至设计标高后停钻。

④停钻后发出信号通知后台泵送混凝土，用高压将水泥粉煤灰碎石混合料（细石混凝土，坍落度宜为160~200mm）通过高压管路及螺旋钻杆的内管压入孔内，借灌料压

力之助使钻杆提升，混凝土由下而上填满钻孔成桩。提钻速度与桩径、土层和泵送量相配，严禁停泵待料。施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。

⑤移机进行下一根桩施工。

（2）长螺旋钻孔灌注成桩法

长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土。该工艺属非挤土成桩工艺。具有穿透能力强，无振动、低噪声、无泥浆污染等特点；要求施工桩长范围内无松散砂土，无地下水。以保证成孔时不塌孔，顺利灌注振捣混合料。

施工工艺：

①根据设计桩长，地质条件确定机架高度、动力大小，现场进行设备安装。

②桩机就位，钻头对准桩位并调好垂直度，其偏差不大于1%。

③启动钻机钻孔至设计标高后停钻。

④清理孔内虚土。

⑤浇注水泥粉煤灰碎石混合料（坍落度宜为60~80mm)，插入振捣棒振实。当桩长超过3m时，应用串筒，串筒末端离孔底高度不宜大于2m。

⑥移机进行下一根桩施工。（3）振动沉管灌注桩法

振动沉管灌注成桩，适用于黏性土、粉土、素填土及厚度不大的稍密、中密、饱和的砂土层。该工艺属挤土成桩工艺。施工时不受地下水的影响，无泥浆污染。对桩间土有振（挤）密作用，可消除饱和粉土的液化。振动沉管灌注桩工艺难以穿透厚的硬土层、砂层和卵石层等。在饱和黏性土中成桩，会造成地面隆起，挤断已打的桩，且振动噪声污染严重，在城市居民区施工受到限制。

施工工艺：

①根据设计桩长、地质条件确定机架高度、动力大小，现场进行设备安装。

②桩机就位．把桩管及桩尖对准桩位并调好垂直度，其偏差不大于1%。

③启动振动锤，振动沉管到预计深度。

④向桩管内投入规定数量的水泥粉煤灰碎石混合料，混合料拌和时间不应少于1min，坍落度宜为30~50mm。

⑤投料完毕后，留振5~10s，匀速振动拔管，拔管速度应控制在1.2~1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度应适当放慢，施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。

⑥沉管拔出地面，确定成桩符合设计要求后，移机进行下一根桩施工。

3.施工中应注意的几个问题

①冬期施工时混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。

②清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

③褥垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水率较小时，也可采用动力压实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。

④对高密度的土采用振动沉管工艺时，易造成土的结构强度破坏、密度减小，使承载力降低。该地基土宜采用长螺旋成孔工艺。

⑤施工时应根据地层的情况，控制提升速度，防止提升速度过快可能导致的缩径断桩，提升速度过慢（振动沉管工艺）混合料易产生离析，造成桩身强度不均匀。

⑥在施工周边20m范围内有相邻建（构）筑物时，应设防震沟，防止震裂相邻建（构）筑物。

7.7.4质量检验

1.施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。

2.水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。

3.水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.5%～1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。

4.应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。

项目7.8夯实水泥土桩

7.8.1夯实水泥土桩

夯实水泥土桩是用人工或机械成孔，选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在孔外充分拌和均匀制成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩。桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。夯实水泥土桩作为中等粘结强度桩，不仅适用于地下水位以上淤泥质土、素填土、粉土、粉质黏土等地基加固，对地下水位以下情况，在进行降水处理后，采取夯实水泥土桩进行地基加固，也是行之有效的一种方法。夯实水泥土桩通过两方面作用使地基强度提高，一是成桩夯实过程中挤密桩间土，使桩周土强度有一定程度提高；二是水泥土本身夯实成桩，且水泥与土混合后可产生离子交换等一系列物理化学反应，使桩体本身有较高强度，具水硬性。处理后的复合地基强度和抗变形能力有明显提高。

7.8.2夯实水泥土桩设计要点

（1）夯实水泥土桩复合地基的处理深度，应根据土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。当采用洛阳铲成孔工艺时，深度不宜超过6m。夯实水泥土桩可只在基础范围内布置。桩孔直径宜为300~600mm，桩距宜为2~4倍桩径。桩顶面应铺设100~300mm厚褥垫层，垫层材料可采用中砂、粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于20mm。

7.8.3夯实水泥土桩施工

1.成孔

（1）成孔的方法应根据地基土的物理力学性质、桩孔深度、直径、施工机械和施工经验等因素确定，分为机械成孔和人工成孔。

（2）成孔工艺有挤密成孔和非挤密成孔。挤密成孔可选用沉管、冲击等方法；非挤密式孔可选用洛阳铲、螺旋钻等方法。

（3）成孔施工应符合下列要求：

①桩孔中心偏差不应超过桩径设计值1/4，对条形基础不应超过桩径设计值的1/6。

②桩孔垂直度偏差不应大于1.5%。

③桩孔直径不得小于设计桩径。

④桩孔深度不应小于设计深度。

2.桩孔夯填

（1）在夯填前先对孔底进行夯实，以消除孔底因各种施工工艺可能使孔底存在部分扰之土和虚土，有利于发挥桩端阻力，提高复合地基承载力。

（2）填料夯填一般可采用人工夯填或夯机夯填，应按规定均匀填入，随填随夯直至桩顶没计标高。

3.桩孔夯填材料要求

（1）土料宜采用粘质粉土、粉质黏土或砂质粉土；不得含有冻土或膨胀土以及生活垃圾，有机质含量不得超过5%。

（2）混合料含水率应满足土料的最优含水率，其允许偏差不得大于2%，当采用机械夯实时，宜采用土料最佳含水率-（1%~2%)，人工夯实宜采用土料最佳含水率+（1%~2%)，均应由现场试验确定。

（3）土料使用时应过10~20mm筛。

4.夯锤尺寸、形状及重量要求

（1）夯锤直径应小于桩孔直径90~120rnm。

（2）夯锤的重量不应小于500N，落距应大于600mm。

（3）夯锤的形状，上段宜呈弧形，锤底宜为抛物线形锥体。5.其他要求

（1）夯填桩孔时，宜选用机械夯实，分层夯填时，夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定，混合料的压实系数不应小于0.93。

（2）为保证桩顶桩体强度，旅工时夯填高度应大于桩顶设计标高2