地基处理与基础工程施工的技术要求与方法

'3.1.4.2.地基处理与基础工程施工的技术要求与方法第二章  地基处理与基础工程施工的技术要求与方法1常用的地基处理方法      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，提高地基土的承载力，保证地基稳定，减少房屋的沉降或不均匀沉降，消除湿陷性黄土的湿陷性，提高抗液化能力等。常用的人工地基处理方法有换土垫层法、重锤表层夯实、强夯、振冲、砂桩挤密、深层搅拌、堆载预压、化学加固等方法。  (1)换土垫层法  当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱地基。换土垫层法是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后回填强度较高、压缩性较低、并且没有侵蚀性的材料，如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等，再分层夯实后作为地基的持力层。换土垫层按其回填的材料可分为灰土垫层、砂垫层、碎(砂)石垫层等。    1)灰土垫层：    灰土垫层是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，用按一定体积比配合的石灰和粘性土拌合均匀后，在最优含水率情况下分层回填夯实或压实而成。适用于地下水位较低，基槽经常处于较干燥状态下的一般粘性土地基的加固。    2)砂垫层和砂石垫层：    砂垫层和砂石垫层是将基础下面一定厚度软弱土层挖除，然后用强度较高的砂或碎石等回填，并经分层夯实至密实，作为地基的持力层，以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层排水固结、防止冻胀和消除膨胀土的胀缩等作用。    (2)夯实地基法（锤击加固土层的厚度与单击夯击能有关，重锤夯实法由于锤轻、落点底，只能加固基土表面，而强夯法根据锤重和落点距，可以加固5～10m深的基土）    1)重锤夯实法：    重锤夯实是用起重机械将夯锤提升到一定高度后，利用自由下落时的冲击能重复夯打击实基土表面，使其形成一层比较密实的硬壳层，从而使地基得到加固。适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基的加固处理。    2)强夯法：    强夯法是用起重机械将重锤(一般8～30t)吊起从高处(一般6～30m)自由落下， 对地基反复进行强力夯实的地基处理方法。适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粘性土、粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固。    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，在城市中心不宜采用，必要时应采取挖防震沟(沟深要超过建筑物基础深)等防震、隔振措施。    (3)挤密桩施工法    1)灰土挤密桩：    灰土挤密桩是利用锤击将钢管打人土中，侧向挤密土体形成桩孔，将管拔出后，在桩孔中分层回填2：8或3：7灰土并夯实而成，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。  适用于处理地下水位以上、天然含水量12％～25％、厚度5～15m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等。    2)砂石桩：  砂桩和砂石桩统称砂石桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或砂卵石(或砾石、碎石)挤压人土孔中，形成大直径的由砂或砂卵(碎)石所构成的密实桩体，适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基，起到挤密周围土层、增加地基承载力的作用。    3)水泥粉煤灰碎石桩：    水泥粉煤灰碎石桩（简称CFG桩），是近年发展起来的处理软弱地基的一种新方法。它是在碎石桩的基础上掺人适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合后制成的具有一定强度的桩体。    (4)深层密实法    1)振冲法：    振冲法，又称振动水冲法，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成孔，然后分批填以砂石骨料，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，以提高地基的承载力，减少地基的沉降和沉降差的一种快速、经济有效的加固方法。振冲桩适用于加固松散的砂土地基。    2)深层搅拌法：    深层搅拌法是利用水泥浆做固化剂，采用深层搅拌机在地基深部就地将软土和固化剂充分拌合，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，使之凝结成具有整体性、水稳性好和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成复合地基。    深层搅拌法适于加固较深、较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和承载力不大于0.12 MPa的饱和粘土和软粘土、沼泽地带的泥炭土等地基。    (5)预压法——砂井堆载预压法    砂井堆载预压是在含饱和水的软土或杂填土地基中用钢管打孔，灌砂设置一群排水砂桩(井)作为竖向排水通道，并在桩顶铺设砂垫层作为水平排水通道，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。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。2  混凝土扩展基础和条形基础的施工工艺和要求    (1)在混凝土浇灌前应先进行基底清理和验槽，轴线、基坑尺寸和土质应符合设计规定。    (2)在基坑验槽后应立即浇筑垫层混凝土，宜用表面振捣器进行振捣，要求表面平整。当垫层达到一定强度后，方可支模、铺设钢筋网片。    (3)在基础混凝土浇灌前，应清理模板，进行模板预检和钢筋的隐蔽工程验收。对于锥形基础，应注意锥体斜面坡度的正确，斜面部分的模板应随混凝土浇捣分段支设并顶压紧，以防模板上浮变形，边角处的混凝土必须注意捣实。严禁斜面部分不支模，用铁锹拍实。    (4)基础混凝土宜分层连续浇筑完成。    (5)基础上有插筋时，要将插筋加以固定以保证其位置的正确。    (6)基础混凝土浇灌完，应用草帘等覆盖并浇水加以养护。3  筏板基础（整片的基础）的施工要点和要求    (1)施工前，如地下水位较高，可采用人工降低地下水位至基坑底不少于500mm．以保证在无水情况下进行基坑开挖和基础施工。    (2)施工时，可采用先在垫层上绑扎底板、梁的钢筋和柱子锚固插筋，浇筑底板混凝土，待达到25％设计强度后，再在底板上支梁模板，继续浇筑完梁部分混凝土；也可采用底板和梁模板一次同时支好，混凝土一次连续浇筑完成，梁侧模板采用支架支承并固定牢固。    (3)混凝土浇筑时一般不留施工缝，必须留设时，应按施工缝要求处理，并应设置止水带。    (4)混凝土浇筑完毕，表面应覆盖和洒水养护不少于7d。    (5)当混凝土强度达到设计强度的30％时，应进行基坑回填。4  箱形基础的施工要点和要求   (1)基坑开挖，如地下水位较高，应采取措施降低地下水位至基坑底以下500mm处。当采用机械开挖时，在基坑底面标高以上保留200～400mm厚的土层，采用人工清槽。基坑验槽后，应立即进行基础施工。    (2)施工时，基础底板、内外墙和顶板的支模、钢筋绑扎和混凝土浇筑，可采取分块进行，其施工缝的留设位置和处理应符合钢筋混凝土工程施工及验收规范有关要求，外墙接缝应设止水带。    (3)基础的底板、内外墙和顶板宜连续浇筑完毕。如设置后浇带（按设计要求或按施工组织设计要求不能一次浇注混凝土的位置可设置后浇带），应在顶板浇筑后至少2周以上再施工，使用比设计强度提高一级的细石混凝土。    (4)基础施工完毕，应立即进行回填土。5钢筋混凝土预制桩基础施工工艺和技术要求锤击沉桩法也称打入桩，见图五（a），是利用桩锤下落产生的冲击能克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度或达到持力层。    1)施工程序：确定桩位和沉桩顺序→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)打桩时，应用导板夹具或桩箍将桩嵌固在桩架内。将桩锤和桩帽压在桩顶，经水平和垂直度校正后，开始沉桩。    3)开始沉桩时应短距轻击，当入土一定深度并待桩稳定后，再按要求的落距沉桩。    4)正式打桩时宜用“重锤低击”，“低提重打”，可取得良好效果。锤的重量与桩的重量有一定要求，一般为1：1。    5)桩身入土深度的控制，对于承受轴向荷载的摩擦桩（由于它承受的是桩体的摩擦力），以标高为主，贯入度作为参考；端承桩（它承受的是桩端力）则以贯入度为主，以标高作为参考。    6)施工时，应注意做好施工记录。    7)打桩时还应注意观察：打桩入土的速度；打桩架的垂直度；桩锤回弹情况；贯入度变化情况等。    8)预制桩的接桩工艺主要有硫磺胶泥浆锚法接桩、焊接法接桩和法兰螺栓接桩法等三种。前一种适用于软弱土层，后两种适用于各类土层。  （3）静力压桩法  见图五（b）。      1)静力压桩的施工一般采取分段压入，逐段接长的方法。施工程序为：测量定位→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→终止压桩 →切割桩头。    2)压桩时，用起重机将预制桩吊运或用汽车运至桩机附近，再利用桩机自身设置的起重机将其吊入夹持器中，夹持油缸将桩从侧面夹紧，即可开动压桩油缸。先将桩压入土中lm左右后停止，矫正桩在互相垂直的两个方向的垂直度后，压桩油缸继续伸程动作，把桩压入土层中。伸长完后，夹持油缸回程松夹，压桩油缸回程。重复上述动作，可实现连续压桩操作，直至把桩压入预定深度土层中。    3)压同一根(节)桩时应连续进行。    4)在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。    5)当压力表数值达到预先规定值，便可停止压桩。6  混凝土灌注桩的种类和施工工艺    混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。    (1)钻孔灌注桩    钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土的含水层中施工，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种施工方法。    1)泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程：测定桩位→埋设护筒→制备泥浆→成孔→清孔→下钢筋笼→水下浇筑混凝土。见图五（d）。    2)干作业成孔灌注桩施工工艺流程：测定桩位→钻孔→清孔→下钢筋笼→浇筑混凝土。见图五（e）。  （2）沉管灌注桩    沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边浇筑混凝土(或先在管内放入钢筋笼)边锤击或振动边拔管而成的桩。前者称为锤击沉管灌注桩，后者称为振动沉管灌注桩。    1)沉管灌注桩成桩过程为：桩机就位→锤击(振动)沉管→上料→边锤击(振动)边拔管，并继续浇筑混凝土→下钢筋笼，继续浇筑混凝土及拔管→成桩。    2)夯压成型沉管灌注桩    夯压成型沉管灌注桩简称夯压桩，是在普通锤击沉管灌注桩的基础上加以改进发展起来的一种新型桩。它是利用打桩锤将内外钢管沉入土层中，由内夯管夯扩端部混凝土，使桩端形成扩大头，再灌注桩身混凝土，用内夯管和桩锤顶压在管内混凝土面形成桩身混凝土。    (3)人工挖孔灌注桩见图五（f）    人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。为了确保人工挖孔桩施工过程中的安全，施工时必须考虑预防孔壁坍塌和流砂现象发生，制定合理的护壁措施。护壁方法可以采用现浇混凝土护壁、喷射混凝土护壁、砖砌体护壁、沉井护壁、钢套管护壁、型钢或木板桩工具式护壁等多种。以应用较广的现浇混凝土分段护壁为例说明人工挖孔桩的施工工艺流程。        人工挖孔灌注桩的施工程序是：场地整平→放线、定桩位→挖第一节桩孔土方→支模浇筑第一节混凝土护壁→在护壁二次投测标高及桩位十字轴线→安装活动井盖、垂直运输架、起重卷扬机或电动葫芦、活底吊土桶、排水、通风、照明设施等→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁，校核桩孔垂直度和直径→拆上节模板，支第二节模板，浇筑第二节混凝土护壁→重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计 深度→进行扩底(当需扩底时)，清理虚土、排除积水，检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土。7  地下连续墙的工艺原理和施工工艺    地下连续墙是在地面上采用一种挖槽机械，沿着需要深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖一条狭长的深槽，清槽后在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法浇筑水下混凝土，筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为防水、防渗、承重和挡土结构。    (1)地下连续墙的施工工艺过程如下图所示：    (2)修筑导墙：    导墙作用：挡土作用；作为测量的基准；作为重物的支撑；维持稳定液面的作用。    现浇钢筋混凝土导墙施工顺序为：平整场地→测量定位→挖槽及处理弃土→绑扎钢筋→支模板→浇筑混凝土→拆模并设置横撑→导墙外侧回填土(如无外侧模板，可不进行此项工作)。    (3)槽段划分：挖槽机最小挖掘长度为一挖掘段单元，一般采用两个挖掘段单元或三个挖掘段单元组成一个槽段，长度为4～8m。    (4)槽段开挖：使用钻机挖槽，有“分层平挖法”和“分层直挖法”两种方法。    使用抓斗挖槽，有“分条抓”、“分块抓”或“两钻一抓”等方法。    (5)泥浆护壁：    泥浆作用：护壁；携渣；冷却和润滑作用。    泥浆制备：泥浆搅拌时间常用的为4～7min。搅拌后宜贮存3h以上再使用。    泥浆循环：分正循环与反循环。    (6)清槽：一般采用吸力泵法、压缩空气法和潜水泥浆泵法排渣。    (7)钢筋笼的加工和吊放：最好按单元槽段做成一个整体。钢筋笼之间在槽段上口采用帮条焊焊接。钢筋保护层应符合规范规定。钢筋笼端部与接头管或混凝土接头面间应留有15—20cm空隙。    钢筋笼的起吊、运输和吊放应制定周密的施工方案，不允许在此过程中产生不能恢复的变形。      (8)混凝土的浇筑：垂直导管法浇筑水下混凝土。导管间距一般在3m以下，最大不得超过4m。    (9)槽段接头施工；地下连续墙的接头分两类，即施工接头和结构接头。施工接头是浇筑地下连续墙时在墙的纵向连接两相邻单元墙段的接头；结构接头是地下连续墙在水平向与其他构件相连接的接头。常用的施工接头为接头管(也称锁口管)接头。    挖好一个单元槽段后在槽段端部吊人接头管，然后吊放钢筋笼浇筑混凝土，待混凝土浇筑后强度达到0.05～0.20MPa，开始拔出接头管。一般在混凝土浇筑后2～4h开始拔管，在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出。    (10)然后按以上程序进行下一槽段施工，直至施工完全部地下连续墙。'