地基处理

这是一个关于地基处理的思维导，地基处理主要是针对软弱地基、可液化的饱和砂土和粉土地基、以及湿陷性黄土、膨胀土地基等进行处理。软弱地基主要是指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或者是其它高压缩性土层组成的地基。

地基处理

• 类型
  • • 强夯法
      • 概述 强夯法是利用起吊设备将10~25t的重锤提升至10~25m高处使其自由下落，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层。
      • 适宜的地层：适用于处理碎石土、砂土、低饱和度粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。
      • 加固机理
        • 动力夯实
          • 非饱和土的夯实过程，即土中的气象（空气）被挤出的过程。气夯式变形主要是由于土颗粒的相对位移引起的，在冲击能的作用下，地面会立即产生沉降，一般夯基变以后，其夯坑的深度可达 0.6~1.0m ，夯坑的底部会形成一层超压密的硬盒层，这层超压密层的承载力会比夯前增强2~3倍。
        • 动力固结
          • 在加固饱和细粒土时，巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增大了排水通道，使孔隙水顺利逸出。待超孔隙水压力消散以后，土体固结。
        • 动力置换
          • 在冲击能量的作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和的软土层当中，置换出饱和软土，形成密实的砂柱、碎石柱或者桩柱。
      • 设计参数
        • 有效加固深度、最佳夯击能、夯击次数与遍数、两次夯击遍数间歇等
      • 施工设备（机械设备）
        • 夯锤
          • 夯锤所用的材料大多采用钢板为外壳，内部焊接骨架以后灌注混凝土而成。夯锤的底面一般为圆形。圆形定位方便，重合性好，采用较多。为了减小夯锤底面的真空吸附力，锤中留有孔道，作为上下面的通气孔。通气孔的孔径一般为25~750px，锤底面积宜按土的性质来确定。对于砂性土来说，锤底面积一般为3~4m2，黏性土锤底面积不宜小于6m2。
        • 起重机
          • 强夯采用的起重设备一般采用带自动脱钩装置的履带式起重机或采用三脚架、龙门架作为起重机。目前国内常用的起重机起重能力为15~50t，一般采用滑轮组起吊夯锤。
        • 脱钩装置
          • 将吊钩挂在夯锤提梁上，将拉绳的一端固定在起重机上，当夯锤提升到预定高度时，拉绳将锁卡焊合件拉转一个角度，夯锤滑出吊钩，自由下落，夯击地基
      • 施工工艺
        • 垫层铺设
          • 强夯之前要求拟加固的场地必须具有一层稍硬的垫层，垫层厚度一般为0.5~2m，铺设垫层时不能含有黏土。
        • 强夯施工（步骤）
          • 首先进行清理并平整施工场地，标出第一遍夯点位置并测量场地高程。
          • 起重机就位夯锤对准夯点位置，在夯前测量锤顶高程。
          • 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩、测量锤顶高程
          • 重复上一步骤，按照设计规定的夯击次数及控制标准完成一个夯点的夯击。
          • 接下来机器设备移至下一个夯点，完成下一个夯点的施工。
    • 振冲法
      • 概念
        • 振冲法又称振动水冲法。首先由起重机起吊振冲锤，起动振冲锤后振冲锤会产生高频振动，同时开动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在振动和高压水流的联合作用下，振冲器沉入土中的预定深度，用循环水带出孔中稠泥浆，此后向孔中逐段添加碎石或者其他粗粒料。在振动作用下碎石被振挤密实，达到所要求的密实度以后提升振冲锤。再于第二段重复上述操作直至地面，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体。
      • 适用范围
        • 振冲法适合于处理饱和松散的砂土、粉土、杂填土、黏性土和软土地基
      • 发展历史
        • 振冲法是1937年由德国人发明。上个世纪60 年代初，国外开始使用振冲锤处理黏性土地基。1977年，我国首次开始应用，目前全国范围已广泛推广使用。
      • 加固机理
        • 振冲挤密和振冲置换。在砂性土当中，振冲起挤密作用在黏性土中，振冲主要起置换作用。
      • 设计内容
        • 加固范围
          • 加固面积大于基底面积。
        • 布桩方式
          • 对于大面积满堂处理，可以采用等边三角形布置。 独立基础或者条形基础，可以采用正方形、矩形或等腰三角形进行布置。
        • 桩长
          • 桩长一般不宜小于4m，桩体的填料为碎石、卵石、矿渣等硬质材料，粒径不宜大于80mm。
        • 桩径
          • 桩径常为0.8~1.2m。
      • 施工设备
        • 振冲器
          • 振冲器的结构组成：振冲锤是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2~0.45m，长2~5m，重约20~50kN。筒内一般是由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成。 振冲器有两个功能：一是产生水平振动力作用于周围土体，其次是从端部和侧部进行射水。 振动力是加固地基的主要因素，射水起着协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔以后清孔、护壁作用。
        • 起吊设备
          • 一般采用履带式起重机或轮胎式起重机。起吊能力一般为10~15t，水泵出水口压力400~600kpa，水量为20~30m3/h 。
        • 水泵、填料机械等
      • 施工方法
        • 振动置换法施工
          • 可以分为定位、成孔、清孔、填料、振密。振冲器由吊车或卷扬机吊装就位，打开下喷水口，启动振冲器，在振动力和水冲作用下在土层当中形成孔洞，直至达到设计标高。造孔以后边提升振冲器边冲水至孔口，再放到孔底，重复2~3次扩大孔径并使孔内泥浆变稀，向桩孔逐段添加填料，每次填料的厚度不大于1250px。每段填料在振冲器振动作用下振挤密实，此时电流随填料的密实而逐渐增大。电流必须超过规定的密实电流，若达不到规定值，应向孔内继续填料、振密。当电流达到规定的密实电流值和留振时间后，将振冲器提升30~1250px。重复第4步，自下而上制作桩体直至孔口，关闭振冲器和水泵。
        • 施工顺序
          • “先中间后周边”的顺序由近至远的进行。 在软土地基中，为了减少对地基土的扰动，采用间隔跳打的方式。 当邻近有建筑物时，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，逐步向外推进。 除砂土地基以外，振冲桩完成以后应该间隔一定时间方可进行质量检验。 粉质黏土地基间隔时间为3~4周；粉土地基间隔时间为2~3周。
    • 高压喷射注浆法
      • 概念
        • 高压喷射注浆法是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进土层预定深度以后，以20~40MPa压力将浆液（水）从喷嘴当中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。同时钻杆以一定速度逐渐向上提升，将浆液与土颗粒强制搅拌混合，浆液凝固以后，在土中形成一个固结体。
      • 优点
        • 适用范围广
        • 施工简便
        • 可以控制固结体形状
        • 可垂直、倾斜和水平喷射
        • 耐久性较好
        • 料源广阔
        • 设备简单
      • 适用地层
        • 淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基
      • 喷旋工艺
        • 单管法
          • 单管旋喷注浆法利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置于土层预定深度以后，用高压泥浆泵等装置以20MPa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去，冲击破坏土体。使浆液与土体崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间的凝固，便在土中形成一定形状的固结体
        • 双管法
          • 双管法使用双通道的注浆管。当注浆管钻进到土层的预定深度以后，在注浆管底部侧面的同轴双重喷嘴同时喷射出高压浆液和空气。高压浆液从内喷嘴中高速喷出，压力有20MPa左右；高压空气从外喷嘴中喷出，压力有0.7MPa左右。高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大。喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成较大的固结体，固结体的范围明显增加
        • 三重管法
          • 三重管法旋喷可以同时输送水、气、浆三种介质。三重喷射管高压水和空气同时横向喷射，并切割土体，借助空气的上升力，把被破碎的土由地表排出。被切割、搅拌的地基中，喷嘴一边旋转一边提升，最后便在土中凝固为较大的固结体
      • 喷浆方式
        • 旋转喷射
          • 喷射法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状，称为旋喷桩。旋喷桩主要用于加固地基或者用于基坑的止水帷幕。
        • 定向喷射
          • 定喷法施工时喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，这时形成的固结体形状如板状或者壁状。
        • 摆动喷射
          • 摆喷法施工时喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，所以形成的固结体形状如较厚墙状。
      • 施工机具
        • 钻机 常用履带式旋喷钻机和滑撬式旋喷钻机
        • 注浆管 单重管喷具、双重管喷具和三重管喷具
        • 其他设备 泥浆泵、高压注浆泵、灰浆搅拌泵等
      • 施工工艺参数
        • 旋喷桩属于隐蔽工程。只有选择合适的工艺参数，才能保证施工的质量。施工时应该根据工程的实际地质情况来进行选用。喷射浆液一般以水泥为主，日常水灰比为1:1的水泥浆，浆液的制备时间宜在旋喷前1h之内进行。
      • 施工工序
        • 钻孔、下喷射管、喷射注浆、拔管、回灌、浆液冲洗
    • 深层搅拌法
      • 概念
        • 用于加固饱和黏性土地基的一种方法，利用水泥或者石灰作为固化剂，通过特制的搅拌机械在地基深处将软土和固化剂强制搅拌。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整体性、水稳性和一定强度的加固地基
      • 分类
        • 水泥浆喷射搅拌法 （湿法）
          • 设备
            • 深层搅拌机
              • 中心管喷浆方式
                • 包括电机、减速器、搅拌轴、搅拌头、中心管、输浆管、单向球阀等部件
              • 叶片喷浆方式
                • 水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，与土体进行混合由电机、搅拌轴、输浆管、搅拌头等部件组成
            • 配套机械
          • 施工工艺
            • 起重机起吊搅拌机到达指定桩位，对中； 启动深层搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常以后，使钻杆沿导向架边下沉边搅拌。下沉速度可以通过档位调控，工作电流不应大于额定值。待搅拌机下沉一定深度时，搅拌水泥浆液，待压浆前将浆液放入集料斗中，提升喷浆搅拌，搅拌机下沉到设计深度以后，开启灰浆泵，将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时按照提升速度提升搅拌机，使浆液和土体充分拌和，重复搅拌下沉。搅拌钻头提升至设计加固深度的顶面标高时，关闭灰浆泵，重复搅拌下沉至设计深度。下沉速度按设计要求进行，下沉到达设计深度后，喷浆重复搅拌提升，一直提升至地面，清洗管路和搅拌头上的软土。 施工完一根桩后，移动桩机至下一根桩位，重复以上步骤进行下一根桩的施工
        • 粉体喷射搅拌法
          • • 施工机具和设备
              • 钻机、粉体发送器、空压机、搅拌钻头等 是一种步履式移位的钻机
            • 工作原理
              • 由空压机输送压缩空气，打开节流阀，经过气水分离器到达发送回转股，形成真空，灰缸中的粉体与高压空气混合形成气粉混合物，从而可以定时定量发送粉体材料
            • 喷射施工工艺
              • 根据设计，首先确定加固体的位置，使搅拌轴保持垂直。启动搅拌钻机，搅拌钻头正转预搅下沉，为了不至于堵塞喷射口，先喷射压缩空气，随着预搅下沉，准备加固体的土体在原位受到搅动。 预搅下沉到设计深度时停止下沉，并在原位转动1~2min。在确认加固料已喷至孔底时，搅拌钻头反向边旋转、边提升。同时通过粉体发送器，不断地将加固粉体料，喷入被搅动的土体中，使土体和粉体料进行充分拌合，当提升到设计停灰标高后，应慢速原地搅拌1~2min。 当钻头提升至距离地面0.3~0.5m时，发送器应停止向孔内喷射粉体，搅拌桩形成。为了保证粉体搅拌均匀，需要再次将搅拌头下沉到设计深度，提升搅拌时，其速度控制在0.5~0.8m/min左右。钻头提升至地面以后，钻机移位对孔，按上述步骤进行下一根桩的施工。
      • 特点
        • 深层搅拌法将固化剂与原地基软土搅拌混合，最大限度地利用了原土
        • 施工时无振动、无噪音、无污染。可在市区和密集建筑群中进行施工
        • 与钢筋混凝土桩基相比，节省大量的钢材，降低了造价
        • 加固形式多样化，加固体可以采用柱状、壁状、格栅状和块状等形状
        • 可以作为防渗帷幕、基坑工程围护挡墙、竖向承载的复合地基
      • 适宜地层
        • 深层搅拌法适用于淤泥、淤泥质土、粉土、地基承载力不大于120kpa的黏性土地基。目前加固深度不大于20m，桩径不小于500mm
    • 水泥粉煤灰基碎石法
      • 碎石桩组成
        • 它是由碎石、粉煤灰、石灰、水泥加水按一定配合比搅拌均匀，用成桩机械制合成的具有一定强度的桩体
      • 特点
        • 具有较高的承载力
        • 可以节约大量的水泥、钢材
        • 沉降量小，变形稳定快
      • 适用范围
        • CFG桩主要适合于处理黏性土、粉土、砂土、松散填土、淤泥质黏土地基
      • 施工工艺
        • 长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩
        • 长螺旋钻孔灌注成桩
          • 施工准备
          • 场地的处理
          • 测量放线
          • 钻机就位
          • 钻机成孔
          • 混合料灌注、拔管
          • 清理桩间土
          • 切除桩头
          • 桩机检测
            • CFG桩施工完毕，一般28天以后进行检测
          • 桩帽施工
          • 桩间土回填
            • 回填桩间土分两次填筑，每层使用小型蛙式打夯机夯实，夯实后厚度不小于250px，不高于500px，压实质量满足质量要求
          • 褥垫层施工
• 处理对象
  • 地基处理主要是针对软弱地基、可液化的饱和砂土和粉土地基、以及湿陷性黄土、膨胀土地基等进行处理。软弱地基主要是指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或者是其它高压缩性土层组成的地基。
• 地基处理方案 的选择
  • 没有一种处理方法可以解决所有的问题。我们要根据具体工程情况，确定合适的地基处理方法。 首先，根据建（构）筑物对地基的各种要求和天然地基条件确定地基是否需要处理。若天然地基能够满足建（构）筑物对地基的要求，应尽量采用天然地基。若天然地基不能满足建（构）筑物对地基的求，则需要确定地基处理的方法、地层范围及其地基处理的要求。 其次，在具体确定地基处理方案之前，应根据天然地层的条件、地基处理方法的原理、过去应用的经验和机具设备、材料条件进行地基处理方案的可行性研究，提出多种技术上可行的方案。 然后，对提出的多种方案再进行技术、经济、进度等方面的比较分析，并重视考虑环境保护要求，确定采用一种或几种地基处理方法。 最后，根据施工设计，再进行地基处理施工，施工过程当中要进行监测、检测，如需要还要进行反分析，根据情况可对设计进行修改和补充。
• 目的
  • 采取适当的措施以改善地基土的强度，降低地基土的压缩性，改善地基的透水特性，消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性等特性。
• 原理
  • 地基处理原理是将土质由松变实，将土的含水量由高变低，即可达到加固地基土的目的。
• 概念
  • 对于不能满足强度、变形和稳定性等要求的地基土，必须经过人工改良或加固以后才能使用，这种改良与加固称之为地基处理。