课题3.1 地基处理
3.1.1 灰土地基施工
3.1.1.1 概述
灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去,用一定比例的石灰和土,在最优含水量情况下充分搅拌,分层回填夯实或压实而成。
灰土地基具有一定的强度、水稳定性和抗渗性,施工工艺简单,取材容易,费用较低,是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。适用于加固深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。
3.1.1.2 材料要求
灰土地基是采用石灰与土料的拌和料经压实而成。灰土地基对材料的主要要求有:
1.土料
采用就地挖掘的黏性土及塑性指数大于14的粉土。土内不能含有松软杂质和耕植土。土料应过筛,其颗粒不大于15mm。严禁采用冻土、膨胀土、盐渍土等活动性较强的土料。
2.石灰
应用三级以上新鲜的块灰,氧化钙、氧化镁含量越高越好。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,也不能含有过多水分。
灰土的配合比采用体积比,除设计有特殊要求外,一般为2︰8或3︰7。基础地基灰应严格控制配合比。拌和时必须均匀一致,至少翻拌两次,拌和好的灰土颜色应一致。
灰土施工时,应适当控制含水量。现场检验方法是:用手将灰土紧握成团,两指轻捏即碎为宜。如土料水分过大或不足,应晾干或洒水润湿。
3.1.1.3 施工准备
1.机具设备
机具设备包括:压路机、木夯、蛙式或柴油打夯机、手推车、筛子(孔径有6～10mm和16～20mm两种)、标准斗、靠尺、耙子、平头铁锹、胶皮管、小线和木折尺等。
2.作业条件
(1)基坑(槽)在铺灰土前必须先行钎探验槽,并按要求处理完地基,办理隐检手续。
(2)当地下水位高于基坑(槽)底时,施工前应采取排水或降低地下水位的措施,使地下水位经常保持在施工面以下0.5m左右。
(3)基础施工前,应做好水平高程的标志。如在基坑(槽)或管沟的边坡上每隔3m钉上表示灰土上平面的木橛,在室内和散水的边墙上弹上水平线或在地坪上钉好控制标高的标准木桩。
(4)房心灰土和管沟灰土,应在完成上下水管道的安装或管沟墙间加固等措施之后进行施工,并且将管沟、槽内、地坪上的积水或杂物、垃圾等清除干净。
(5)基础外侧打灰土,必须对基础、地下室墙和地下防水层、保护层进行检查,发现损坏时应及时修补处理,办完隐检手续。现浇的混凝土基础墙、地梁等均应达到规定的强度,不得碰坏损伤混凝土。
3.1.1.4 工艺流程
灰土地基施工工艺流程如图3.1所示。
图3.1 工艺流程图
3.1.1.5 施工要点
(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)土应分层摊铺并夯实。根据灰土每层最大虚铺厚度,可选择不同夯实机具见表3.1。每层灰土的夯压遍数,应根据设计要求的灰土干密度在现场试验确定,一般不少于3遍。人工打夯应一夯压半夯,夯夯相接,行行相接,纵横交叉。
表3.1 灰土最大虚铺厚度
(3)灰土回填每层夯(压)实后,应根据规范规定进行质量检验,达到设计要求时,才能进行上一层灰土的铺摊。
(4)当日铺填夯压,入槽(坑)灰土不得隔日夯打。夯实后的灰土3d内不能被水浸泡,并及时进行基础施工与基坑回填,或在灰土表面做临时性覆盖,避免日晒雨淋。
(5)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,并做成直槎。
(6)对基础、基础墙或地下防水层、保护层以及从基础墙伸出的各种管线,均应妥善保护,防止回填灰土时碰撞或损坏。
(7)灰土最上一层完成后,应拉线或用靠尺检查标高和平整度,超高处用铁锹铲平,低洼处应及时补打灰土。
(8)施工时应注意妥善保护定位桩、轴线桩,防止碰撞位移,并应经常复测。
3.1.2 砂和砂石地基施工
砂和砂石地基系采用砂或砂砾石(碎石)混合物,经分层夯实,作为地基的持力层,提高基础下部地基强度,并通过地基的压力扩散作用,降低地基的压应力,减少变形量,如图3.2所示。砂地基还可起到排水作用,地基土中孔隙水可通过地基快速地排出,能加速下部土层的沉降和固结。
图3.2 施工做法
砂和石宜用颗粒级配良好,质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石、石屑,也可用细砂,但宜同时掺入一定数量的卵石或碎石。人工级配的砂石地基,应将砂石拌和均匀。砂砾中石子含量应在50%内,石子最大粒径不宜大于50mm。砂、石子中均不得含有草根、垃圾等杂物,含泥量不应超过5%;用作排水地基时,含泥量不得超过3%。
1.施工准备
机具设备可选择木夯、蛙式或柴油打夯机、推土机、压路机、手推车、标准斗、平头铁锹、喷水用胶皮管、2m靠尺、小线或细铅丝、钢尺或木折尺等。
2.作业条件
(1)砂石地基铺筑前,应验槽,包括轴线尺寸、水平标高、地质情况,如有无孔洞、沟、井、墓穴等;应在未做地基前处理完毕并办理隐检手续。
(2)设置控制铺筑厚度的标志,如水平标准木桩或标高桩,或在固定的建筑物墙上、槽和沟的边坡上弹上水平标高线或钉上水平标高木橛。
(3)在地下水位高于基坑(槽)底面的工程中施工时,应采取排水或降低地下水位的措施,使基坑(槽)保持无水状态。
(4)铺设地基前,应将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净,两侧应设一定坡度,防止振捣时塌方。
3.工艺流程
砂和砂石地基工艺流程如图3.3所示。
图3.3 砂子地基工艺流程图
4.施工要点
(1)地基铺设时,严禁扰动地基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。如地基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,再做地基。
(2)砂和砂石地基底面宜铺设在同一标高上,如深度不同时,基土面应挖成踏步和斜坡形,踏步宽度不小于500mm,高度同每层铺设厚度,斜坡坡度应大于1︰1.5,搭槎处应注意压(夯)实。施工应按先深后浅的顺序进行。
(3)应分层铺筑砂石,铺筑砂石的每层厚度,一般为150～200mm,不宜小于100mm或大于300mm。分层厚度可用样桩控制。视不同条件,可选用夯实或压实的方法。大面积的砂石地基,铺筑厚度可达350mm,宜采用6～10t的压路机碾压。
(4)砂和砂石地基的压实,可采用平振法、插振法、水撼法、夯实法、碾压法。
(5)砂地基每层夯实后的密实度应达到中密标准,即孔隙比不应大于0.65,干密度不小于1.60g/cm3。测定方法采用容积不小于200cm3的环刀取样。如系砂石地基,则在砂石地基中设纯砂检验点,在同样条件下用环刀取样鉴定。现场简易测定方法是将直径20mm、长1250mm的平头钢筋,提升至距离砂面700mm处自由下落,插入深度不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格。
(6)分段施工时,接槎处应做成斜坡,每层接槎处的水平距离应错开0.5～1.0m,并应充分压(夯)实。
(7)铺筑的砂石应级配均匀。如发现砂窝或石子成堆现象,应将该处砂子或石子挖出,分别填入级配好的砂石。同时,铺筑级配砂石,在夯实碾压前,应根据其干湿程度和气候条件,适当地洒水以保持砂石的最佳含水量,一般为8%～12%。
(8)夯实或碾压的遍数,由现场试验确定。用木夯或蛙式打夯机时,应保持落距为400～500mm,要求一夯压半夯,行行相接,全面夯实,一般不少于3遍。采用压路机往复碾压,一般碾压不少于4遍,其轮距搭接不小于500mm。边缘和转角处应用人工或蛙式打夯机补夯密实。
(9)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。
3.1.3 粉煤灰地基施工
粉煤灰地基是以粉煤灰为地基,经压实而成的地基。粉煤灰可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的地基换填。
基坑(槽)内换填前,应先进行钎探并按要求处理完基层,办理验槽隐检手续。当地下水位高于基坑(槽)底时,应采取排水或降水措施,使地下水位保持在基底以下500mm左右,并在3d之内不得受水浸泡。基础外侧换填前,必须对基础、地下室墙和地下防水层、保护层进行检查,发现损坏时应及时修补,并办理隐检手续;现浇的混凝土基础墙、地梁等均应达到规定的强度,施工中不得损坏混凝土。
粉煤灰地基工艺流程如图3.4所示。
施工要点如下。
(1)铺设前应先验槽,清除地基表面的垃圾杂物。
(2)粉煤灰地基应分层铺设与碾压,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。对小面积基坑(槽)地基,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。大面积地基应采用推土机摊铺,先用推土机预压两遍,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。
图3.4 工艺流程图
(3)粉煤灰铺设含水量应控制在最优含水量27%～35%内。
(4)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。
(5)全部粉煤灰地基铺设完经验收合格后,应及时浇筑混凝土地基,以防日晒、雨淋破坏。
(6)夯实或碾压时,如出现“橡皮土”现象,应暂停压实,可采取将地基开槽、翻松、晾晒或换灰等办法处理。
(7)在软弱地基上填筑粉煤灰地基时,应先铺设200mm的中、粗砂或高炉干渣,以免下卧软土层表面受到扰动,同时有利于下卧的软土层的排水固结,并切断毛细水的上升。
(8)冬季施工,最低气温不得低于0℃,以免粉煤灰含水冻胀。
3.1.4 其他地基施工
3.1.4.1 重锤夯实地基
将1.5～3t重锤提升到一定高度后,自由下落,夯击基土表面,一般为8～12遍,使浅层地基受到压密加固,加固深度一般为1.2m。适用于处理离地下水位0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、杂填土和分层填土。
(1)施工要点。现场进行试夯,选定夯锤重量、底面直径和落距,确定最后下沉量及相应的最少夯击遍数和总下沉量。基槽(坑)的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,一夯压半夯,夯实完后,应将基槽(坑)表面修整至设计标高。
(2)质量检查。检查施工记录,除应符合试夯最后下沉量的规定外,并应检查基槽(坑)表面的总下沉量,以不小于试夯总下沉量的90%为合格。
3.1.4.2 强夯地基
强夯法属高能量夯击,将8～40t的夯锤从6～30m的高处自由下落,利用其产生的巨大冲击能使土中出现冲击波和很大的应力,迫使土颗粒重新排列,排除孔隙中的气和水,从而提高地基强度,其影响深度一般为10m以上。
(1)施工要点。施工前应试夯,确定正式施工的各项参数如锤重、落距、夯击点布置、夯击遍数、加固范围。每夯击一遍完成后,应测量场地平均下沉量,然后用土将夯坑填平,方可进行下一遍夯击。
(2)质量检查。强夯法施工结束后应间隔一定时间方能对地基质量进行检验。对于碎石土和砂土地基,其间隔时间应大于7d,低饱和度的粉土和黏性土地基应大于15d。一般可采用标准贯入、静力触探、动力触探或土工实验等方法。
3.1.4.3 灰土挤密桩法
灰土挤密桩法是在基础底面形成若干个桩孔,然后将灰土填入并分层夯实,以提高地基的承载力或水稳性。灰土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,处理深度宜为5～15m。
1.材料要求
土料宜用黏性土及塑性指数大于4的粉土,粒径不大于15mm。石灰宜用新鲜的生石灰,其颗粒粒径不得大于5mm。
2.构造要求
(1)灰土挤密桩处理地基的宽度应大于基础的宽度。
(2)桩孔直径宜为300～600mm,并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定,桩孔宜按等边三角形布置。
(3)灰土的体积配合比宜为2︰8或3︰7,压实系数λc不应小于0.97。
3.施工要点
(1)灰土挤密桩的施工,应按设计要求和现场条件选用沉管(振动、锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔,使土向孔的周围挤密。
(2)成孔施工时地基土宜接近最优含水量,当含水量低于12%时,宜加水增湿至最优含水量。桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5%,桩孔垂直度偏差不应大于1.5%。
(3)向孔内填料前,孔底必须夯实,然后用素土或灰土在最优水量状态下分层回填夯实,每层回填厚度为250～400mm,其压实系数及填料质量应符合有关规范要求。
(4)基础地面以上应预留200～300mm厚的土层,待施工结束后,将表层挤松的土挖除或分层夯压密实。
3.1.4.4 振冲法
振冲法又称振动水冲法,是以起重机吊起振冲器,启动潜水电动机带动偏心块,使振动器产生高频振动,同时启动水泵,通过喷嘴喷射高压水流,在边振边冲的共同作用下,将振动器沉到土中的预定深度。经清孔后,从地面向孔内逐段填入碎石,使其在振动作用下被挤密实,达到要求的密实度后即可提升振动器。如此反复直至地面,在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基,提高地基承载力,减少沉降,是一种快速、经济有效的加固方法。
振冲法根据加固机理和效果可分为振冲置换法和振冲密实法两类。
1.振冲置换法
振冲置换法是利用振冲器或沉桩机,在软弱黏性土地基中成孔,再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成桩体。桩体和原来的黏性土构成复合地基,从而提高地基承载力,减小压缩性。碎石桩的承载力和压缩量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用。如周围的土过于软弱,对碎石桩的约束作用就差。
振冲置换法适用于不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。对不排水剪切强度小于20kPa的地基,应慎重对待。
2.振冲密实法
振冲密实法的原理是依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,砂粒重新排列,孔隙减少,使砂层挤压加密。振冲密实法适用于黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。
振冲法施工过程应注意控制密实电流值、留振时间和填料量,并做好记录。
质量检查:振冲地基的质量检验应抽取振冲总桩数的3%～5%在桩体中心进行动力触探试验。桩间土可用静力触探、动力触探、标准贯入试验或土工试验进行检验。应选取桩体质量较差的3个点进行复合地基载荷试验。
3.1.4.5 深层搅拌法
利用水泥、石灰等材料作为固化剂,通过深层搅拌机械在地基深处就地将软土和固化剂(浆液)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。
施工过程分以下步骤:定位→预搅下沉→制备水泥浆→喷浆、搅拌和提升→重复上、下搅拌→清洗。
质量检查:深层搅拌施工完毕后,应在15d以后进行质量检验。抽取总搅拌桩数的1%且不少于3根进行复合地基载荷试验。
3.1.4.6 地基压浆
将含有胶结材料的浆液或化学溶液,通过压浆泵、灌浆管均匀地注入岩土体中,以填充、渗透和挤密等方式,驱走岩石裂隙中或土颗粒间的水分和气体,并填充其位置,硬化后将土体胶结成一个整体。
压浆分为水泥压浆和硅化压浆。水泥压浆,所用的浆液是以水泥作为胶结材料;硅化压浆,采用硅酸钠(水玻璃)溶液或以这种化学溶液为主,同时灌入氯化钙等附加剂。
1.施工要点
(1)加固地基前,应通过试验确定压浆段长度、压浆孔距、压浆压力等有关技术参数。
(2)压浆应连续一次压入不得中断。
(3)灌浆完后,拔出灌浆管,留孔用1︰2水泥砂浆或砂砾石填塞密实。
(4)压浆次序一般把射管一次沉入整个深度后自下而上分段连续进行,直至孔口为止。
2.施工过程
(1)按规定位置用钻机或手钻钻孔到要求的深度。
(2)用压力水冲洗孔内污物和石料碎屑。
(3)在孔内插入射管,并密封四周。
(4)压浆,先从稀浆开始,逐渐加浓。
3.1.5 地基局部处理
在基坑开挖施工中,有空洞、墓穴、枯井、暗沟等存在时,就应该进行局部处理。处理的方法和原则:将局部软弱土层或硬物尽可能挖除,回填与天然土压缩性相近的材料,分层夯实;处理后的地基应保证建筑物各部位沉降量趋于一致,以减少地基的不均匀下沉。
1.软松土坑(填土、墓穴、淤泥)的处理
在基槽范围内,当软松土坑的范围较小时,将坑中的软松土、虚土全部挖除,使坑底及四周均见天然土,然后用与坑边天然土层相近的材料分层夯实回填至坑底标高处。
常用的回填材料有砂、砂砾石、天然土、3︰7或2︰8的灰土。采用天然土分层夯实回填时,每层厚度200mm。
对于较深的土坑处理后,还可考虑加强上部结构的强度,以抵抗可能发生的不均匀沉降而引起的内力。
在基槽范围内,当古墓、坑穴等松软土的范围较大时,可将该部分基础挖深,并做成1︰2的踏步。踏步多少根据坑深而定,但每步高不大于0.5m,长不小于1.0m。
如遇到地下水位较高或坑内积水无法夯实时,亦可用砂石或混凝土回填。寒冷地区冬季施工时,换土不得使用冻土,因为冻土不易夯实,且解冻后强度会明显降低,造成不均匀沉降。
2.土井、砖井的处理
若井内填土已较密实,可将井的砖圈拆除至槽底以下1m(或更多些),在此拆除范围内用2︰8或3︰7灰土分层夯实至槽底。井内填土不密实时,可用大块石将下面的软土挤紧,再选用上述办法回填处理。若井内不能夯填密实时,则可在井的砖圈上加钢筋混凝土盖封口,上部再作回填处理。
如井的直径大于1.5m时,应考虑加强上部结构的强度,如在墙内配筋或做地基梁跨越砖井等。
当砖井位于房屋转角处,而基础压在井上部分不多,并且在井上部分所损失的承压面积,可由其余基槽承担而不引起过多的沉降时,可采用从基础中设置挑梁的办法解决。
3.局部范围内(硬物)的处理
当桩基或部分基槽下有基岩、旧墙基、老灰土、压实路面等硬土或坚硬物时,首先在地坑、地槽范围内尽可能地挖除,以免基础局部落在硬物上造成不均匀沉降使上部建筑物开裂。硬土、硬物挖除后,若深度小于1.5m,可用砂、砂卵石或灰土回填;若长度大于5m,则将槽底做1︰2踏步,灰土地基与两端紧密连接,然后落深基础。
4.“橡皮土”的处理
当地基为黏性土,且含水量较大并趋于饱和时,夯拍后会使地基土变成踩上去有种颤动感觉的“橡皮土”。因此,要避免直接夯拍,这时,可采用晾槽或掺石灰粉的办法降低土的含水量。
如已出现“橡皮土”,可铺填一层碎砖或碎石将土挤紧,或将颤动部分的土挖除,填以砂土或级配砂石。
5.流砂的处理
当发生流砂现象时,可采取抢挖法或打钢板桩法处理。
(1)抢挖法。抢挖法是对于仅有轻微流砂现象的基坑可组织分段抢挖,即使挖土速度超过冒砂速度,挖到标高后,立即抛入大石块填压,以平衡动水压力。
(2)打钢板桩法。打钢板桩法是将钢板桩打入地底以下一定深度,不仅可以支护坑壁,而且使地下水从坑外渗入坑内的渗流路程增长,从而降低水力坡度,减小了动水压力。