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单元2 地基处理与基础施工
2.1 地基处理
2.1.1基坑验槽
基坑挖至基底设计标高并清理后，施工单位必须会同勘察、设计、建设（或监理）等单位共同进行验槽。
1、验槽的主要内容
不同建筑物对地基的要求不同，基础形式不同，验槽的内容也不同，主要有以下几点：
（1）根据设计图纸检查基槽的开挖平面位置、尺寸、槽底深度；检查是否与设计图纸相符，开挖深度是否符合设计要求；
（2）仔细观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在，核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符；
（3）检查基槽之中是否有旧建筑物基础、古井、古墓、洞穴、地下掩埋物及地下人防工程等；
（4）检查基槽边坡外缘与附近建筑物的距离，基坑开挖对建筑物稳定是否有影响；
（5）检查核实分析钎探资料，对存在的异常点位进行复核检查。
2、验槽方法
验槽主要靠施工经验观察为主, 而对于基底以下的土层不可见部位, 要辅以钎探、夯音配合共同完成。
（1）观察法
1）观察槽壁、槽底的土质情况，验证基槽开挖深度，初步验证基槽底部土质是否与勘察报告相符，观察槽底土质结构是否被人为破坏。
2）基槽边坡是否稳定，是否有影响边坡稳定的因素存在，如地下渗水、坑边堆载或近距离扰动等（对难于鉴别的土质，应采用洛阳铲等手段挖至一定深度仔细鉴别）。
3）基槽内有无旧的房基、洞穴、古井、掩埋的管道和人防设施等。如存在上述问题，应沿其走向进行追踪，查明其在基槽内的范围、延伸方向、长度、深度及宽度。
4）在进行直接观察时，可用袖珍式贯入仪作为辅助手段。
（2）钎探法
钎探方法，将一定长度的钢钎打入槽底以下的土层内，根据每打入一定深度的锤击次数，间接的判断地基土质的情况。
1）工艺流程
绘制钎点平面布置图→放钎点线→核验点线→就位打钎→记录锤击数→拔钎→盖孔保护→验收→灌砂。
打钎分人工和机械两种方法。
2）人工（机械）钎探
　　
图2-2 基坑钎探示意图 1—重锤；2—滑轮；3—操纵绳；
图2-1 钢钎 　　　　 4—三角架；5—钢钎；6—基坑底
人工打钎时，钢钎用直径为22~25毫米的钢筋制成，钎长为1.8~2.0米，见图2-1。使用人力（机械）使大锤（穿心锤）自由下落规定的高度，撞击钎杆垂直打入土层中，并记录每打入土层30厘米的锤击数，见图2-2。为设计承载力、地勘结果、基土土层的均匀度等质量指标提供验收依据。一般每钎分五步打(每步为300mm)，钎顶留500mm，以便拔出。
（3）验槽注意事项
验槽时应重点观察柱基、墙角、承重墙下或其他受力较大部位；如有异常部位，要会同勘察、设计等有关单位进行处理。
（4）轻型动力触探
遇到下列情况之一时，应在基坑底普遍进行轻型动力触探（现场也可用轻型动力触探替代钎探）:
1）持力层明显不均匀；
2）浅部有软弱下卧层；
3）有浅埋的坑穴、古墓、古井等，直接观察难以发现时；
4）勘察报告或设计文件规定应进行轻型动力触探时。
轻型动力触探是利用一定的锤击能量(锤重10kg)，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数判别土层的类别，确定土的工程性质，对地基土做出综合评价。
2.1.2 地基局部处理
地基即指建筑物基础以下的土体，地基的主要作用是承托建筑物的基础；
基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。若天然地基不能满足地基强度和变形的要求，则必须事先要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。
地基加固处理的原理是：
将土质由松变实，将水的含水量由高变低。即可达到地基加固的目的。常见的处理方法可概括为“挖、填、换”三个字。
挖：挖去表面的软土层，将基础埋置在承载力较大的基岩或坚硬的土层上。
填：软土层很厚，而又需要大面积进行加固处理，则可在原有的软土层上直接回填一定厚度的好土或砂石、矿石等。
换：就是将挖与填相结合，即换土垫层法，施工时先将基础下一定范围内的软土挖去，而用人工填筑的垫层作为持力层，按其回填的材料不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。
1、橡皮土的处理
当黏性土含水量很大趋于饱和时，碾压（夯拍）后会使地基土变成踩上去有一种颤动感觉的“橡皮土”。
2、流砂的处理
现象：当基坑（槽）挖土至地下水水位以下时，而土质又是细砂或粉砂，采用集水井法降水，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水一起流动涌入基坑，这种现象称为流砂现象。
原因：当基坑底挖至地下水位以下时，坑底的土就受到动水压力的作用。如果动水压力等于或大于土的浸水重度时，土粒失去自重处于悬浮状态，能随着渗流的水一起流动，带入基坑边发生流砂现象。
危害：发生流砂现象时，土完全丧失承载能力，使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度。严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下降、倾斜、倒塌等。总之，流砂现象对土方施工和附近建筑物有很大危害。
降低地下水位，改变水流方向，消除动水压力，是防治流砂现象的重要途径。其具体措施有抛大石块法、打钢板桩法、井点降水法、抢挖法、水下挖土法、地下连续墙法等。
2.1.3地基加固
1、换填法
（1）砂和砂石地基（垫层）
（2）灰土垫层
（3）粉煤灰垫层
2、预压法
在建筑物建造前，对建筑场地进行预压，使土体中的水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
(1)堆载预压法
该法适用于各类软弱地基，包括天然沉积土层或人工冲填土层，如沼泽土、淤泥水力冲填土;较广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头等沉降要求比较高的地基。
(2)砂井堆载预压法
图2-6 砂井布置剖面图
该法适用于透水性低的饱和软弱黏性土加固；用于机场跑道、油罐、冷藏库、水池、水工结构、道路、路堤、堤坝、码头、岸坡等工程地基处理。对于泥炭等有机沉积地基则不适用。
(3)袋装砂井堆载预压法
特点：能保证砂井的连续性，不易混入泥砂，或使透水性减弱；打设砂井设备实现了轻型化，比较适应于在软弱地基上施工；采用小截面砂井，用砂量大为减少；施工速度快；工程造价降低，每1m2地基的袋装砂井费用仅为普通砂井的50%左右。
（a）打入成孔套管；（b）套管到达设计标高；（c）放入砂袋；
（d）拔套管；（e)袋装砂井施工完毕
图2-7 袋装砂井堆载预压法施工工艺过程
(4)塑料排水板堆载预压法　
图2-8 塑料排水板 图2-9 典型的塑料排水板堆载预压地基工程剖面图
1-塑料排水板；2-土工织物；3-堆载
将带状塑料排水板（图2-8）用插板机将其插入软弱土层中，组成垂直和水平排水系统，然后在地基表面堆载预压（或真空预压），土中孔隙水沿塑料板的沟槽上升逸出地面，从而加快软土地基的沉降过程，使地基得到压密加固（图2-9)。
塑料排水板堆载预压地基的特点是：
1）板单孔过水面积大，排水畅通；
2）质量轻，强度高，耐久性好；其排水沟槽截面不易因受土压力作用而压缩变形；
3）用机械埋设，效率高，运输省，管理简单；特别用于大面积超软弱地基土上进行机械化施工，可缩短地基加固周期；
4）加固效果与袋装砂井相同，承载力可提高70%～100%，经100d，固结度可达到80%；加固费用比袋装砂井节省10%左右。
该法适用范围同砂井堆载预压法和袋装砂井堆载预压法。
（5）真空预压法
该法是在软黏土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封，用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压，随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。为了加速固结，也可采用打砂井或插塑料排水板的方法，即在铺设砂垫层和土工薄膜之前打砂井或插排水板，达到缩短排水距离的目的（图2-10）。
图2-10 典型的真空预压法加固地基工程剖面图
1-砂井;2-砂垫层；3-薄膜;4-抽水气;5-黏土
该法不适于在加固范围内有足够的水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面和施工场地狭窄的工程进行地基处理。
3、强夯法
用起重机械（起重机或起重机配三脚架、龙门架）将大吨位（一般8～30t）夯锤起吊到6～30m高度后，自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土料重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性。
强 夯 压 实
施工要点:
施工前应进行试夯，试夯面积不小于10m×10m，对试夯前后的变化情况进行对比，以确定正式夯击施工时的技术参数。
场地应做好排水工作，地下水位高时应采取降低水位措施，冬季施工要采取防冻措施。
夯点的布置应根据基础底面形状确定，施工时按由内向外、隔行跳打原则进行，夯实范围应大于基础边缘3m。
4、挤密桩法
（1）灰土挤密桩
是利用锤击将钢管打入土中侧向挤密成孔，将钢管拔出后，在桩孔中分层回填2：8或3：7灰土夯实而成，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。
（2）砂石桩法
砂石桩是采用振冲或冲击的方法，在软弱地基成孔，填入砂石料并挤压入土中，形成大直径挤实砂石桩的地基处理方法。主要包括砂桩挤密法、水泥粉煤灰碎石桩法等。
水泥粉煤灰碎石桩，简称CFG桩。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合后制成具有一定强度的桩体。CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力共同作用，并可传递荷载到深层地基中去。
5、振冲法
振冲地基按加固机理和效果的不同，分为振冲置换法和振冲密实法两类。
（1）振冲置换法
在地基土中借振冲器成孔，振密填料置换，制造一群以碎石、砂砾等散粒材料组成的桩体，与原地基土一起构成复合地基，使地基承载力提高，沉降减少，它又称振冲置换碎石桩法。
（a） (b) (c) (d) (e)
（a）定位 (b)振冲下沉 (c) 振冲至设计标高并下料
(d)边振边下料、边上提 (e)成桩
图2-11 振冲置换施工工艺
（a）围幕法 (b) 排孔法 (c) 跳打法
图2-12 振冲置换法施工顺序
振冲置换法施工顺序一般有围幕法、排孔法、跳打法等，如图2-12所示。
（2）振冲密实法
振冲密实法是利用振动和压力水使砂层液化，砂颗粒相互挤密，重新排列，孔隙减少，从而提高地基承载力和抗液化能力，故又称振冲挤密砂桩法。
振冲密实法适用于处理砂土和粉土等地基，不加填料的振冲密实法仅适用于处理黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。
6、深层搅拌法
（a）定位下沉 （b）沉入到设计深度 （c）喷浆搅拌提升
（d）原位重复搅拌提升（e）重复搅拌提升至孔口
(f) 搅拌完毕，形成加固体
图2-13 深层搅拌法的施工工艺流程
深层搅拌法的施工工艺流程如图2-13所示，即：深层搅拌机定位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→原位重复搅拌提升→重复搅拌提升直至孔口→关闭搅拌机、清洗→移至下一根桩位。
7、高压喷射注浆法
高压喷射注浆法是利用钻机钻至设计深度，然后借助高压设备，通过带特殊喷嘴的注浆管，将高压浆液喷入土层。喷嘴在喷射浆液时，一面缓慢旋转，一面徐徐提升，借助高压浆液的喷射，不断切削土层并与切削下来的土充分搅拌混合，胶体硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度的圆柱体即旋转桩，从而使地基得到加固。

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