建筑施工手册系列之地基处理与桩基工程 7-1-1 换填地基

'7地基处理与桩基工程7-1地基处理7-1-1换填地基7-1-1-1灰土地基灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量情况下，充分拌合，分层回填夯实或压实而成。灰土地基具有一定的强度、水稳性和抗渗性，施工工艺简单，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。适于加固深1~4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。1．材料要求（1）土料采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4的粉土，土内有机质含量不得超过5%。土料应过筛，其颗粒不应大于15mm。（2）石灰应用III级以上新鲜的块灰，含氧化钙、氧化镁愈高愈好，使用前1~2d消解并过筛，其颗粒不得大于5mm，且不应夹有未熟化的生石灰块粒及其他杂质，也不得含有过多的水分。2．施工工艺方法要点（1）对基槽（坑）应先验槽，消除松土，并打两遍底夯，要求平整干净。如有积水、淤泥应晾干；局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。（2） 灰土配合比应符合设计规定，一般用3：7或2：8（石灰：土，体积比）。多用人工翻拌，不少于3遍，使达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手握成团，两指轻捏即散为宜，一般最优含水量为14%~18%；如含水分过多或过少时，应稍晾干或洒水湿润，如有球闭应打碎，要求随拌随用。（3）铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度可参见表7-1，夯实机具可根据工程大小和现场机具条件用人力或机械夯打或碾压，遍数按设计要求的干密度由试夯（或碾压）确定，一般不少于4遍。灰土最大虚铺厚度表7-1夯实机具种类重量（t）虚铺厚度（mm）备注石夯、木夯0.04~0.08200~250人力送夯，落距400~500mm，一夯压半夯，夯实后约80~100mm厚轻型夯实机械0.12~0.4200~250蛙式夯机、柴油打夯机，夯实后约100~150mm厚压路机6~10200~300双轮（4）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，并作成直槎。当灰土地基高度不同时，应做成阶梯形，每阶宽不少于500mm；对作辅助防渗层的灰土，应将地下水位以下结构包围，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。（5）灰土应当日铺填夯压，入槽（坑）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。雨季施工时，应采取适当防雨、排水措施，以保证灰土在基槽（坑）内无积水的状态下进行。刚打完的灰土，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。（6）冬期施工，必须在基层不冻的状态下进行，土料应覆盖保温，冻土及夹有冻块的土料不得使用；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，当日拌合灰土应当日铺填夯完，表面应用塑料面及草袋覆盖保温，以防灰土垫层早期受冻降低强度。3．质量控制（1）施工前应检查原材料，如灰土的土料、石灰以及配合比、灰土拌匀程度。（2）施工过程中应检查分层铺设厚度，分段施工时上下两层的搭接长度，夯实时加水量、夯压遍数等。 （3）每层施工结束后检查灰土地基的压实系数。压实系数λc为土在施工时实际达到的干密度ρd与室内采用击实试验得到的最大干密度ρdmax之比，即：λc＝ρd/ρdmax（7-1）灰土应逐层用贯入仪检验，以达到控制（设计要求）压实系数所对应的贯入度为合格，或用环刀取样检测灰土的干密度，除以试验的最大干密度求得。施工结束后，应检验灰土地基的承载力。（4）灰土地基的质量验收标准如表7-2所示。灰土地基质量检验标准表7-2项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1地基承载力设计要求载荷试验或按规定方法2配合比设计要求按拌合时的体积比3压实系数设计要求现场实测一般项目1石灰粒径mm≤5筛分法2土料有机质含量%≤5试验室焙烧法3土颗粒粒径mm≤15筛分法4含水量（与要求的最优含水量比较）%±2烘干法5分层厚度偏差（与设计要求比较）mm±50水准仪7-1-1-2砂和砂石地基砂和砂石地基（垫层）采用砂或砂砾石（碎石）混合物，经分层夯（压）实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。砂和砂石地基具有应用范围广泛；不用水泥、石材；由于砂颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响；能在施工期间完成沉陷；用机械或人工都可使地基密实，施工工艺简单，可缩短工期，降低造价等特点。适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，包括淤泥、淤泥质土；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。1．材料要求（1）砂 宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，当用细砂、粉砂时，应掺加粒径20~50mm的卵石（或碎石），但要分布均匀。砂中有机质含量不超过5%，含泥量应小于5%，兼作排水垫层时，含泥量不得超过3%。（2）砂石用自然级配的砂砾石（或卵石、碎石）混合物，粒级应在50mm以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。2．构造要求垫层的构造既要求有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度，以防止垫层向两侧挤出。（1）垫层的厚度垫层的厚度z应根据垫层底部软弱土层的承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值（图7-1），并应符合下式要求：pz＋pcz≤faz（7-2）图7-1垫层内应力的分布1-基础；2-砂垫层；3-回填土式中pz——垫层底面处的附加压力值（kPa），可根据基础不同形式分别按以下简化式计算：条形基础（7-3）矩形基础（7-4）b——条形基础或矩形基础底面的宽度（m）；l——矩形基础底面的长度（m）； p——基层底面压力（kPa）；pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）；z——基础底面下垫层的厚度（m）；θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；pcz——垫层底面处土的自重压力值（kPa）；faz——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。压力扩散角θ（°）表7-3换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石，碎石粘性土和粉土（8＜Ip＜14）灰土0.2520630≥0.503023注：1．当z/b＜0.25时，除灰土仍取θ＝30°外，其余材料均取θ＝0°；2．当0.25＜z/b＜0.5时，θ值可内插求得。按公式（7-2）确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，再按式（7-2）校核，如不能满足要求时，再增加垫层厚度，直至满足要求为止。垫层的厚度一般为0.5~2.5m，不宜大于3.0m，否则费工费料，施工比较困难，也不够经济，小于0.5m则作用不明显。（2）垫层的宽度垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算：b"≥b＋2ztgθ（7-5）式中b"——垫层底面宽度；θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。其他符号意义同上。垫层顶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经验的要求放坡。大面积整片垫层的底面宽度，常按自然倾斜角控制（图7-2）适当加宽。 图7-2砂或砂石垫层（a）柱基础垫层；（b）设备基础垫层1-柱基础；2-砂或砂石垫层；3-回填土；4-设备基础α-砂或砂石垫层自然倾斜角（休止角）；b-基础宽度垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表7-4选用，并验算下卧层的承载力。各种垫层的承载力表7-4施工方法换填材料压实系数λc承载力fK（kPa）碾压或振密碎石、卵石0.94~0.97200~300砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）200~250土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）150~200中砂、粗砂、砾砂150~200粘性土和粉土（8＜Ip＜14）130~180灰土0.93~0.95200~250重锤夯实土或灰土0.93~0.95150~200注：1．压实系数小的垫层，承载力取低值，反之取高值；2．重锤夯实土的承载力取低值，灰土取高值；3．压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρmax的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0~2.2t/m3。3．施工工艺方法要点（1）铺设垫层前应验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。（2）垫层底面标高不同时，土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。分层铺设时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5~1.0m,并注意充分捣实。 （3）人工级配的砂砾石，应先将砂、卵石拌合均匀后，再铺夯压实。（4）垫层铺设时，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受冻或受浸泡，降低其强度。如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采取挤淤处理。先在软弱土面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换和挤出软弱土，再做垫层。（5）垫层应分层铺设，分层历或压实，基坑内预先安好5m×5m网格标桩，控制每层砂垫层的铺设厚度。每层铺设厚度、砂石最优含水量控制及施工机具、方法的选用参见表7-5。振夯压要做到交叉重益1/3，防止漏振、漏压。夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定。用细砂作垫层材料时，不宜使用振捣法或水撼法，以免产生液化现象。砂垫层和砂石垫层铺设厚度及施工最优含水量表7-5捣实方法每层铺设厚度（mm）施工时最优含水量（%）施工要点备注平振法200~25015~201．用平板式振捣器往复振捣，往复次数以简易测定密实度合格为准2．振捣器移动时，每行应搭接三分之一，以防振动面积不搭接不宜使用干细砂或含泥量较大的砂铺筑砂垫层插振法振捣器插入深度饱和1．用插入式振捣器2．插入间距可根据机械振捣大小决定3．不用插至下卧粘性土层4．插入振捣完毕，所留的孔洞应用砂填实5．应有控制地注水和排水不宜使用干细砂或含泥量较大砂铺筑砂垫层水撼法250饱和1．注水高度略超过铺设面层2．用钢叉摇撼捣实，插入点间距100mm左右3．有控制地注水和排水4．钢叉分四齿，齿的间距30mm，长300mm，木柄长900mm湿陷性黄土、膨胀土、细砂地基上不得使用夯实法150~2008~121．用木夯或机械夯2．木夯重40kg，落距400~500mm3．一夯压半夯，全面夯实适用于砂石垫层碾压法150~3508~126~10t压路机往复碾压；碾压次数以达到要求密实度为准，一般不少于4遍，用振动压实机械，振动3~5min适用于大面积的砂石垫层，不宜用于地下水位以下的砂垫层 （6）当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时，应加强基坑内及外侧四周的排水工作，防止砂垫层泡水引起砂的流失，保持基坑边坡稳定；或采取降低地下水位措施，使地下水位降低到基坑底500mm以下。（7）当采用水撼法或插振法施工时，以振捣棒振幅半径的1.75倍为间距（一般为400~500mm）插入振捣，依次振实，以不再冒气泡为准，直至完成；同时应采取措施做到有控制地注水和排水。垫层接头应重复振捣，插入式振动棒振完所留孔洞应用砂填实；在振动首层的垫层时，不得将振动棒插入原土层或基槽边部，以避免使软土混入砂垫层而降低砂垫层的强度。（8）垫层铺设完毕，应即进行下道工序施工，严禁小车及人在砂层上面行走，必要时应在垫层上铺板行走。4．质量控制（1）施工前应检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度。（2）施工过程中必须检查分层厚度，分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。（3）施工结束后，应检查砂及砂石地基的承载力。（4）砂及砂石地基的质量验收标准如表7-6所示砂及砂石地基质量检验标准表7-6项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1地基承载力设计要求载荷试验或按规定方法2配合比设计要求检查拌合时的体积比或重量比3压实系数设计要求现场实测一般项目1砂石料有机质含量%≤5焙烧法2砂石料含泥量%≤5水洗法3石料粒径mm100筛分法4含水量（与最优含水量比较）%±2烘干法5分层厚度（与设计要求比较）mm±50水准仪7-1-1-3粉煤灰地基 粉煤灰是火力发电厂的工业废料，有良好的物理力学性能，用它作为处理软弱土层的换填材料，已在许多地区得到应用。它具有承载能力和变形模量较大，可利用废料，施工方便、快速，质量易于控制，技术可行，经济效果显著等优点。可用于作各种软弱土层换填地基的处理，以及作大面积地坪的垫层等。1．粉煤灰垫层的特性根据化学分析，粉煤灰中含有大量SiO2、A12O3、Fe2O3（表7-7），有类似火山灰的特性，有一定活性，在压实功能作用下能产生一定的自硬强度。粉煤灰的化学成分（%）表7-7项目编号SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2OSO3Na2O烧失量151.127.67.82.91.01.20.40.47.1251.430.97.42.80.70.70.40.34.9352.330.98.02.71.10.70.20.33.5注：1．编号1为国内百多个电厂粉煤灰化学成分的平均值；2．编号2为上海地区粉煤灰化学成分平均值；3．编号3为宝钢电厂粉煤灰化学成分。粉煤灰垫层具有遇水后强度降低的特性，其经验数值是：对压实系数λc＝0.90~0.95的浸水垫层，其容许承载力可采用120~200kPa，可满足软弱下卧层的强度与地基变形要求；当λc＞0.90时，可抗地震液化。2．粉煤灰质量要求用一般电厂III级以上粉煤灰，含SiO2、A12O3、Fe2O3总量尽量选用高的，颗粒粒径宜0.001~2.0mm，烧失量宜低于12%，含SO3宜小于0.4%，以免对地下金属管道等产生一定的腐蚀性。粉煤灰中严禁混入植物、生活垃圾及其他有机杂质。粉煤灰进场，其含水量应控制在±2%范围内。3．施工工艺方法要点（1）铺设前，应清除地基土垃圾，排除表面积水，平整场地，并用8t压路机预压两遍，使密实。（2）垫层应分层铺设与碾压，铺设厚度用机械夯为200~300mm，夯完后厚度为150~200mm；用压路机为300~400mm，压实后为250mm左右。对小面积墓坑、槽垫层，可用人工分层摊铺，用平板振动器或蛙式打夯机进行振（夯）实，每次振（夯）板应重叠1/2~1/3板，往复压实，由两侧或四侧向中间进行，夯实不少于3遍。大面积垫层应采用推土机摊铺，先用推土机预压二遍，然后用8t压路机碾压，施工时压轮重叠1/2~1/3轮宽，往复碾压，一般碾压4~6遍。（3） 粉煤灰铺设含水量应控制在最优含水量范围内；如含水量过大时，需摊铺晾干后再碾压。粉煤灰铺设后，应于当天压完；如压实时含水量过小，呈现松散状态，则应洒水湿润再压实，洒水的水质不得含有油质，pH值应为6~9。（4）夯实或碾压时，如出现“橡皮土”现象，应暂停止压实，可采取将垫层开槽、翻松、晾晒或换灰等办法处理。（5）每层铺完经检测合格后，应及时铺筑上层，以防干燥、松散、起尘、污染环境，并应严禁车辆在其上行驶；全部粉煤灰垫层铺设完经验收合格后，应及时进行浇筑混凝土垫层，以防日晒、雨淋破坏。（6）冬期施工，最低气温不得低于0℃，以免粉煤灰含水冻胀。4．质量控制（1）施工前应检查粉煤灰材料，并对基槽清底状况、地质条件予以检验。（2）施工过程中应检查铺筑厚度、碾压遍数、施工含水量控制、搭接区碾压程度、压实系数等。（3）施工结束后，应对地基的压实系数进行检查，并做载荷试验。载荷试验（平板载荷试验或十字板剪切试验）数量，每单位工程不少于3点，3000m2以上工程，每300m2至少一点。（4）粉煤灰地基质量检验标准如表7-8所示。粉煤灰地基质量检验标准表7-8项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1压实系数设计要求现场实测2地基承载力设计要求按规定方法一般项目1粉煤灰粒径mm0.001~2.0过筛2氧化铝及二氧化硅含量%≥70试验室化学分析3烧失量%≤12试验室烧结法4每层铺筑厚度mm±50水准仪5含水量（与最优含水量比较）%±2取样后试验室确定'