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第2章 地基处理与桩基础
地基基本概念 （复习内容）
地基是指建筑物基础底部下方一定深度与范围内的土层。
持力层是建筑物基础底面直接接触的土层。
持力层以下的土层称为下卧层。
低于持力层强度的下卧层称为软弱下卧层。
一般把地层中由于承受建筑物全部荷载，而引起的应力和变形不能忽略的那部分土层，称为该建筑物的地基。
经处理达到设计要求的地基称为人工地基
反之则称为天然地基。
建筑物对地基的基本要求：
均应保证其有足够的强度和稳定性；
荷载作用下地基不发生剪切破坏或丧失稳定
不产生过大沉降或不均匀的沉降变形。
地基选择原则：先浅后深、先天然后人工。
地基处理的概念：
为提高地基承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。
地基处理及加固 （本节简略介绍）
地基处理方案的选择 （选择内容）
①初步选定几种地基处理方案。
②从技术经济分析和权衡比较，选择最佳的地基处理方法。必要时也可选择两种或多种地基处理措施组成综合处理方案。
③现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检查设计参数和处理效果。
地基处理的方法 （选择内容start）
（一）地基处理原理
简称：换、拌、挤、排，压，灌。
（1）换土
（2）拌入置换
（3）挤密（振密） （指水平方向挤压！）
（4）排水固结
（5）强夯和重锤夯实 （指垂直方向压实！）
（6）灌浆
（二）地基处理的方法
（1）换土垫层法 换
（2）强夯法 压
（3）强夯置换法 换与压
（4）振冲法 挤
（5）砂石桩法 挤
（6）水泥粉煤灰碎石桩法 挤
（7）夯实水泥土桩法 挤与压
（8）水泥土搅拌法 拌
（9）高压喷射注浆法 灌
（10）石灰桩法 挤与压
（选学内容 end）
一、换填法
原理：先将基础下一定范围内承载力低的软土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。
1.砂地基和砂石地基
具有施工工艺简单、工期短、造价低等优点。适用于处理透水性强的软弱黏性土地基，但不宜用于湿陷性黄土地基和不透水的黏性土地基，以免聚水而引起地基下沉和降低承载力。
（1）材料要求
所用砂石料不得含有机杂物，含泥量不应超过5%，兼作排水地基时，含泥量不宜超过3%，碎石或卵石最大粒径不宜大于50mm。
（2）构造要求
地基厚度一般不宜大于3m，也不宜小于0.5m。一般情况下地基的宽度应沿基础两边各放出200～300mm，如果侧面地基土的土质较差时，还要适当增加。
（3）施工要点
①验槽与清理。
②施工应按“先深后浅” 进行。分层铺筑；接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5～1.0m，并注意充分夯实。
③材料应按级配拌合均匀，再铺填捣实。
④分层铺筑，分层夯实，控制每层铺筑厚度。
⑤采取排水或降低地下水位的措施，使基坑（槽）保持无积水状态。如用水撼法或插入振动法施工时，应有控制地注水和排水。
⑥不得采用夹有冰块的砂石作地基。
（4）质量检查
① 环刀取样法
用容积不小于200cm3的环刀压入垫层的每层2/3深处取样测定其干密度。
② 贯入测定法
检验前先将垫层表面的砂刮去30mm左右，再用贯入仪、钢筋或钢叉等检验砂垫层的质量。
钢筋贯入法所用钢筋的直径为20㎜，长1.25m，垂直举离砂垫层表面700mm处自由下落，或用水撼法使用的钢叉举离砂层面500mm自由下落，测其贯入深度。
2.灰土地基
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黏性土拌合均匀，在最优含水量条件下分层回填夯实或压实而成。适用于处理1～4m厚的软弱土层。
（1）材料要求
土料宜采用黏性土及塑性指数大于4的粉土，但不得含有有机杂质或耕植土。其粒径不得大于15mm。
用作灰土的熟石灰应消解3～4天并过筛，粒径不得大于5mm。
（2）构造要求
地基宽度 = 基础砌体宽度 + 2.5倍灰土厚度。
（3）施工要点
①验槽，清理。
②灰土拌合均匀，并控制其含水量。
③铺灰应分段分层夯筑，控制每层虚铺厚度和每层灰土的夯打遍数。
④灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝。上下两层灰土的接缝距离不得小于500mm，接缝处的灰土应注意夯实。
⑤夯实后的灰土，在3天内不得受水浸泡。
⑥冬期施工不得采用冻土或夹有冻土的土料。
（4）质量检查
质量检查宜用环刀取样，测定其干密度。质量标准可按压实系数λc 鉴定。
二、强夯地基
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，给地基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度，并降低地基压缩性的加固方法。
该法具有效果好、速度快、节省材料、施工简便，但施工时噪声和振动大。
适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土及填土地基等的加固处理。
1.机具设备
（1）起重机械
履带式起重机。直接用钢丝绳悬吊夯锤时，起重能力大于夯锤3～4倍；采用自动脱钩装置，大于1.5倍锤重。
（2）夯锤
可用钢材制作，或用钢板为外壳，内部焊接钢筋骨架后，浇筑C30混凝土制成。
锤底面有圆形和方形。锤底面积取决于表层土质，对砂土一般3～4m2，黏性土或淤泥质土不宜小于6m2。夯锤宜设置若干上下贯通的气孔，以减少夯击时空气阻力。
（3）脱钩装置
脱钩装置应具有足够强度，且施工灵活。
2.施工要点
①强夯施工前，确定正式施工时的技术参数。
②确保机械通行，便于强夯产生的孔隙水压力消散。
③一般以各个夯击点的夯击数为施工控制值，也可采用试夯后确定的沉降量控制。夯击时，落锤应保持平稳，夯位准确。
④每夯击一遍后应测量平均下沉量，然后填平，方可进行下一遍夯击。最后一遍的下沉量必须符合要求。
⑤强夯施工最好在干旱季节进行。
⑥强夯施工时做好详细的现场记录。
⑦施工完毕后，静置一段时间待内部应力消散后，才能进行下一步施工。
3.质量检查
应检查施工记录及各项技术参数，并应在夯击过的场地选点作检验。
一般可采用标准贯入、静力触探或轻便触探等方法，符合试验确定的指标时，即为合格。
检查点数，每个建筑物的地基不少于3处，检测深度和位置按设计要求确定。
三、重锤夯实地基
与强夯相比施工方法类似，但夯锤重量和提升高度小于强夯，故加固效果不如强夯。仅能形成一层较为均匀的硬壳层。
具有施工简便；费用较低，但布点较密，夯击遍数多，施工期相对较长，同时夯击能量小，孔隙水难以消散，加固深度有限等特点。
适用于处理地下水位以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基。
1. 机具设备
（1）起重机械
其起重能力：当采用自动脱钩时，大于夯锤的1.5倍；当直接用钢丝绳悬吊夯锤时，大于夯锤的3倍。
（2）夯锤
形状宜采用截头圆锥体，用C20钢筋混凝土制作，其底部可填充废铁并设置钢底板以使重心降低。
锤重宜为1.5～3.0t，底直径1.0～1.5m，落距一般为2.5～4.5m。
2.施工要点
①施工前应在现场试夯，选定夯锤重量、底面直径和落距，以便确定最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量。最后下沉量：指最后二击平均每击土面的夯沉量。通过试夯可确定夯实遍数，一般试夯约6～10遍，施工时可适当增加1～2遍。
②采用重锤夯实分层填土地基时，每层的虚铺厚度以相当于锤底直径为宜，夯击遍数由试夯确定，试夯层数不宜少于两层。
③夯实范围应大于基础底面，每边应比设计宽度加宽0.3m以上，以便于底面边角夯打密实。
④夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围以内。如土的表层含水量过大，可采用铺撒吸水材料（如干土、碎砖、生石灰等）或换土等措施；如土含水量过低，应适当洒水，加水后待全部渗入土中，一昼夜后方可夯打。
⑤大面积基坑或条形基槽夯击时，应按一夯挨一夯顺序。独立柱基基坑内夯击时，可采用先周边后中间或先外后里的跳打法进行。基坑底面标高不同时，按先深后浅顺序逐层夯实。
⑥夯实后，应将基坑表面修整至设计标高。冬期施工时，必须保证地基在不冻的状态下进行夯击。若基坑挖好后不能立即夯实，应采取防冻措施。
打桩顺序
3.质量检查
应符合试夯最后下沉量的规定外，还应检查基坑）表面总下沉量，以不小于试夯总下沉量的90%为合格；也可采用选点夯击检查最后下沉量。夯击检查点数：独立基础每个不少于1处，基槽每20m不少于1处，整片地基每50m2不少于1处。检查后如质量不合格，应进行补夯，直至合格为止。
四、振冲地基
振冲地基又称振冲桩复合地基。具有技术可靠，机具设备简单，操作技术易于掌握，施工简便，省材，加固速度快，地基承载力高等特点。
振冲地基按加固机理和效果的不同，可分为振冲置换法和振冲密实法两类。前者适用于处理不排水、抗剪强度小于20KPa的粘性土、粉土、饱和黄土及人工填土等地基。后者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粘土粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。
1.机具设备
①振冲器宜采用带潜水电机的振冲器，其功率、振动力、振动频率等参数，可按加固孔径大小、达到的土体密实度选用。
②起重机械起重能力和提升高度均应符合要求，起重能力一般为80KN～150KN。
③水泵及供水管道的供水压力宜大于0.5MPa，供水量宜大于20m3/h。
④加料设备可采用翻斗车、手推车或皮带运输机等，其能力须符合施工要求。
⑤控制设备的控制电流操作台，附有150A以上容量的电流表、500V电压表。
2.施工要点
①施工前先在现场进行振冲试验，确定成孔的水压、水量、成孔速度、填料方法、达到土体密实时的密实电流值、进料量和留振时间。
②振冲前，按设计定出冲孔中心位置、编号。
③【方法1】：启动水泵和振冲器，使振冲器徐徐沉入土中。每沉入0.5～1.0m，宜留振5～10s进行扩孔，待孔内泥浆溢出时再继续沉入。当下沉达到设计深度时，振冲器在孔底适当停留并减小射水压力，以排除泥浆进行清孔。【方法2】：成孔也可采用将振冲器以1～2m／min的速度连续沉至设计深度以上0.3～0.5m时，将振冲器往上提到孔口，再同法沉至孔底。如此往复1～2次，使孔内泥浆变稀，排泥清孔1～2min后，将振冲器提出。
④填料和振密方法，一般采取成孔后，将振冲器提出孔口，从孔口往下填料，然后再下降振冲器至填料中进行振密（后图），待密实电流达到规定的数值，将振冲器提出孔口。如此自下而上反复进行直至孔口，成桩操作即告完成。
⑤振冲桩施工时桩顶部约1m范围内的桩体密实度难以保证，一般应予挖除，另做地基，或用振动碾压使之压实。
⑥冬期施工应将表层冻土破碎后成孔。每班施工完毕后应将供水管和振冲器水管内积水排净，以免冻结影响施工。
（a）定位；(b)振冲下沉；
(c)加填料；(d)振密；(e)成桩
振冲法制桩施工工艺
3.质量检查
①振冲成孔中心与设计定位中心偏差不得大于100mm，完成后桩位偏差不得大于0.2倍桩孔直径。
②振冲效果应在砂土地基完工半个月或粘性土地基完工1月后方可检验。检验方法可采用载荷试验、标准贯入、静力触探等方法来检验桩的承载力，以不小于设计要求的数值为合格。如在地震区进行抗液化加固地基，尚应进行现场孔隙水压力试验。
五、砂桩地基
采用类似沉管灌注桩的机械和方法，通过冲击和振动，把砂挤入土中而成的。
这种方法经济、简单且有效。对于砂土地基，可通过振动或冲击的挤密作用，使地基密实，从而增加地基承载力，降低孔隙比，减少建筑物沉降，提高砂基抵抗震动液化的能力。
对于粘性土地基，可起到置换和排水砂井的作用，加速土的固结，形成置换桩与固结后软粘土的复合地基，显著地提高地基抗剪强度。
适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基。对于饱和软粘土地基会破坏了土的天然结构，使抗剪强度降低，因而对这类工程要慎重对待。
砂桩地基施工原理
六、水泥土搅拌桩地基
利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有一定强度的优质地基。多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基，在深基开挖时用于防止坑壁及边坡塌滑、坑底隆起等，以及做地下防渗墙等工程上。
水泥土搅拌桩地基施工效果
七、预压地基
在建筑物施工前，在地基表面分级堆土或其他荷重，使地基土压密、沉降、固结，从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉陷量。待达到预定标准后再卸载，建造建筑物。适用于各类软弱地基，包括天然沉积土层或人工冲填土层，较广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头、桥台等沉降要求较低的地基。
真空预压地基施工现场
八、高压喷射注浆法（注浆地基）
利用化学溶液或胶结剂，通过压力灌注或搅拌混合等措施，而将土粒胶结起来的地基处理方法。适用于局部加固新建或已建的建(构)筑物基础、稳定边坡以及防渗帷幕等，也适用于湿陷性黄土地基，对于粘性土、素填土、地下水位以下的黄土地基，经试验有效时也可应用，但长期受酸性污水浸蚀的地基不宜采用。
按照注浆材料主要分为水泥注浆和硅化注浆。而硅化注浆的主要材料是硅酸盐（水玻璃）和其他高分子材料组成。
高压喷射注浆法施工原理
九、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）地基（选学内容）
简称CFG桩（Cement Fly-ash Gravel Pile）,是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合制成的一种桩体，作为地基中增强体。CFG桩加固软弱地基主要有桩体作用和挤密作用。
一般采用振动式沉管打桩机锤，施工顺序为：桩机就位→沉管至设计深度→停振下料→振动捣实后拔管→留振→振动、拔管、复打。
具体施工方法和要求详见后续内容。

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