課題3.1　地基處理

3.1.1　灰土地基施工

3.1.1.1　概述

灰土地基是將基礎底面下要求范圍內的軟弱土層挖去,用一定比例的石灰和土,在最優含水量情況下充分攪拌,分層回填夯實或壓實而成。

灰土地基具有一定的強度、水穩定性和抗滲性,施工工藝簡單,取材容易,費用較低,是一種應用廣泛、經濟、實用的地基加固方法。適用于加固深1～4m厚的軟弱土、濕陷性黃土、雜填土等,還可用作結構的輔助防滲層。

3.1.1.2　材料要求

灰土地基是采用石灰與土料的拌和料經壓實而成。灰土地基對材料的主要要求有:

1.土料

采用就地挖掘的黏性土及塑性指數大于14的粉土。土內不能含有松軟雜質和耕植土。土料應過篩,其顆粒不大于15mm。嚴禁采用凍土、膨脹土、鹽漬土等活動性較強的土料。

2.石灰

應用三級以上新鮮的塊灰,氧化鈣、氧化鎂含量越高越好。使用前1～2d消解并過篩,其顆粒不得大于5mm,且不應夾有未熟化的生石灰塊粒及其他雜質,也不能含有過多水分。

灰土的配合比采用體積比,除設計有特殊要求外,一般為2︰8或3︰7。基礎地基灰應嚴格控制配合比。拌和時必須均勻一致,至少翻拌兩次,拌和好的灰土顏色應一致。

灰土施工時,應適當控制含水量。現場檢驗方法是:用手將灰土緊握成團,兩指輕捏即碎為宜。如土料水分過大或不足,應晾干或灑水潤濕。

3.1.1.3　施工準備

1.機具設備

機具設備包括:壓路機、木夯、蛙式或柴油打夯機、手推車、篩子(孔徑有6～10mm和16～20mm兩種)、標準斗、靠尺、耙子、平頭鐵鍬、膠皮管、小線和木折尺等。

2.作業條件

(1)基坑(槽)在鋪灰土前必須先行釬探驗槽,并按要求處理完地基,辦理隱檢手續。

(2)當地下水位高于基坑(槽)底時,施工前應采取排水或降低地下水位的措施,使地下水位經常保持在施工面以下0.5m左右。

(3)基礎施工前,應做好水平高程的標志。如在基坑(槽)或管溝的邊坡上每隔3m釘上表示灰土上平面的木橛,在室內和散水的邊墻上彈上水平線或在地坪上釘好控制標高的標準木樁。

(4)房心灰土和管溝灰土,應在完成上下水管道的安裝或管溝墻間加固等措施之后進行施工,并且將管溝、槽內、地坪上的積水或雜物、垃圾等清除干凈。

(5)基礎外側打灰土,必須對基礎、地下室墻和地下防水層、保護層進行檢查,發現損壞時應及時修補處理,辦完隱檢手續。現澆的混凝土基礎墻、地梁等均應達到規定的強度,不得碰壞損傷混凝土。

3.1.1.4　工藝流程

灰土地基施工工藝流程如圖3.1所示。

3.1.1.5　施工要點

(1)對基槽(坑)應先驗槽,消除松土,并打兩遍底夯,要求平整干凈。如有積水、淤泥應晾干。局部有軟弱土層或孔洞,應及時挖除后用灰土分層回填夯實。

(2)土應分層攤鋪并夯實。根據灰土每層最大虛鋪厚度,可選擇不同夯實機具見表3.1。每層灰土的夯壓遍數,應根據設計要求的灰土干密度在現場試驗確定,一般不少于3遍。人工打夯應一夯壓半夯,夯夯相接,行行相接,縱橫交叉。

(3)灰土回填每層夯(壓)實后,應根據規范規定進行質量檢驗,達到設計要求時,才能進行上一層灰土的鋪攤。

(4)當日鋪填夯壓,入槽(坑)灰土不得隔日夯打。夯實后的灰土3d內不能被水浸泡,并及時進行基礎施工與基坑回填,或在灰土表面做臨時性覆蓋,避免日曬雨淋。

(5)灰土分段施工時,不得在墻角、柱基及承重窗間墻下接縫,上下兩層的接縫距離不得小于500mm,接縫處應夯壓密實,并做成直槎。

(6)對基礎、基礎墻或地下防水層、保護層以及從基礎墻伸出的各種管線,均應妥善保護,防止回填灰土時碰撞或損壞。

(7)灰土最上一層完成后,應拉線或用靠尺檢查標高和平整度,超高處用鐵鍬鏟平,低洼處應及時補打灰土。

(8)施工時應注意妥善保護定位樁、軸線樁,防止碰撞位移,并應經常復測。

3.1.2　砂和砂石地基施工

砂和砂石地基系采用砂或砂礫石(碎石)混合物,經分層夯實,作為地基的持力層,提高基礎下部地基強度,并通過地基的壓力擴散作用,降低地基的壓應力,減少變形量,如圖3.2所示。砂地基還可起到排水作用,地基土中孔隙水可通過地基快速地排出,能加速下部土層的沉降和固結。

砂和石宜用顆粒級配良好,質地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、卵石或碎石、石屑,也可用細砂,但宜同時摻入一定數量的卵石或碎石。人工級配的砂石地基,應將砂石拌和均勻。砂礫中石子含量應在50%內,石子最大粒徑不宜大于50mm。砂、石子中均不得含有草根、垃圾等雜物,含泥量不應超過5%;用作排水地基時,含泥量不得超過3%。

1.施工準備

機具設備可選擇木夯、蛙式或柴油打夯機、推土機、壓路機、手推車、標準斗、平頭鐵鍬、噴水用膠皮管、2m靠尺、小線或細鉛絲、鋼尺或木折尺等。

2.作業條件

(1)砂石地基鋪筑前,應驗槽,包括軸線尺寸、水平標高、地質情況,如有無孔洞、溝、井、墓穴等;應在未做地基前處理完畢并辦理隱檢手續。

(2)設置控制鋪筑厚度的標志,如水平標準木樁或標高樁,或在固定的建筑物墻上、槽和溝的邊坡上彈上水平標高線或釘上水平標高木橛。

(3)在地下水位高于基坑(槽)底面的工程中施工時,應采取排水或降低地下水位的措施,使基坑(槽)保持無水狀態。

(4)鋪設地基前,應將基底表面浮土、淤泥、雜物清除干凈,兩側應設一定坡度,防止振搗時塌方。

3.工藝流程

砂和砂石地基工藝流程如圖3.3所示。

4.施工要點

(1)地基鋪設時,嚴禁擾動地基下臥層及側壁的軟弱土層,防止被踐踏、受凍或受浸泡,降低其強度。如地基下有厚度較小的淤泥或淤泥質土層,在碾壓荷載下拋石能擠入該層底面時,可采取擠淤處理。先在軟弱土面上堆填塊石、片石等,然后將其壓入以置換和擠出軟弱土,再做地基。

(2)砂和砂石地基底面宜鋪設在同一標高上,如深度不同時,基土面應挖成踏步和斜坡形,踏步寬度不小于500mm,高度同每層鋪設厚度,斜坡坡度應大于1︰1.5,搭槎處應注意壓(夯)實。施工應按先深后淺的順序進行。

(3)應分層鋪筑砂石,鋪筑砂石的每層厚度,一般為150～200mm,不宜小于100mm或大于300mm。分層厚度可用樣樁控制。視不同條件,可選用夯實或壓實的方法。大面積的砂石地基,鋪筑厚度可達350mm,宜采用6～10t的壓路機碾壓。

(4)砂和砂石地基的壓實,可采用平振法、插振法、水撼法、夯實法、碾壓法。

(5)砂地基每層夯實后的密實度應達到中密標準,即孔隙比不應大于0.65,干密度不小于1.60g/cm3。測定方法采用容積不小于200cm3的環刀取樣。如系砂石地基,則在砂石地基中設純砂檢驗點,在同樣條件下用環刀取樣鑒定。現場簡易測定方法是將直徑20mm、長1250mm的平頭鋼筋,提升至距離砂面700mm處自由下落,插入深度不大于根據該砂的控制干密度測定的深度為合格。

(6)分段施工時,接槎處應做成斜坡,每層接槎處的水平距離應錯開0.5～1.0m,并應充分壓(夯)實。

(7)鋪筑的砂石應級配均勻。如發現砂窩或石子成堆現象,應將該處砂子或石子挖出,分別填入級配好的砂石。同時,鋪筑級配砂石,在夯實碾壓前,應根據其干濕程度和氣候條件,適當地灑水以保持砂石的最佳含水量,一般為8%～12%。

(8)夯實或碾壓的遍數,由現場試驗確定。用木夯或蛙式打夯機時,應保持落距為400～500mm,要求一夯壓半夯,行行相接,全面夯實,一般不少于3遍。采用壓路機往復碾壓,一般碾壓不少于4遍,其輪距搭接不小于500mm。邊緣和轉角處應用人工或蛙式打夯機補夯密實。

(9)當采用水撼法或插振法施工時,以振搗棒振幅半徑的1.75倍為間距(一般為400～500mm)插入振搗,依次振實,以不再冒氣泡為準,直至完成。同時應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為地基,經壓實而成的地基。粉煤灰可用于道路、堆場和小型建筑、構筑物等的地基換填。

基坑(槽)內換填前,應先進行釬探并按要求處理完基層,辦理驗槽隱檢手續。當地下水位高于基坑(槽)底時,應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之內不得受水浸泡。基礎外側換填前,必須對基礎、地下室墻和地下防水層、保護層進行檢查,發現損壞時應及時修補,并辦理隱檢手續;現澆的混凝土基礎墻、地梁等均應達到規定的強度,施工中不得損壞混凝土。

粉煤灰地基工藝流程如圖3.4所示。

施工要點如下。

(1)鋪設前應先驗槽,清除地基表面的垃圾雜物。

(2)粉煤灰地基應分層鋪設與碾壓,鋪設厚度用機械夯為200～300mm,夯完后厚度為150～200mm;用壓路機為300～400mm,壓實后為250mm左右。對小面積基坑(槽)地基,可用人工分層攤鋪,用平板振動器或蛙式打夯機進行振(夯)實,每次振(夯)板應重疊1/2～1/3板,往復壓實,由兩側或四側向中間進行,夯實不少于3遍。大面積地基應采用推土機攤鋪,先用推土機預壓兩遍,然后用8t壓路機碾壓,施工時壓輪重疊1/2～1/3輪寬,往復碾壓,一般碾壓4～6遍。

(3)粉煤灰鋪設含水量應控制在最優含水量27%～35%內。

(4)每層鋪完經檢測合格后,應及時鋪筑上層,以防干燥、松散、起塵、污染環境,并應嚴禁車輛在其上行駛。

(5)全部粉煤灰地基鋪設完經驗收合格后,應及時澆筑混凝土地基,以防日曬、雨淋破壞。

(6)夯實或碾壓時,如出現“橡皮土”現象,應暫停壓實,可采取將地基開槽、翻松、晾曬或換灰等辦法處理。

(7)在軟弱地基上填筑粉煤灰地基時,應先鋪設200mm的中、粗砂或高爐干渣,以免下臥軟土層表面受到擾動,同時有利于下臥的軟土層的排水固結,并切斷毛細水的上升。

(8)冬季施工,最低氣溫不得低于0℃,以免粉煤灰含水凍脹。

3.1.4　其他地基施工

3.1.4.1　重錘夯實地基

將1.5～3t重錘提升到一定高度后,自由下落,夯擊基土表面,一般為8～12遍,使淺層地基受到壓密加固,加固深度一般為1.2m。適用于處理離地下水位0.8m以上稍濕的黏性土、砂土、雜填土和分層填土。

(1)施工要點。現場進行試夯,選定夯錘重量、底面直徑和落距,確定最后下沉量及相應的最少夯擊遍數和總下沉量。基槽(坑)的夯實范圍應大于基礎底面,每邊應比設計寬度加寬0.3m以上,一夯壓半夯,夯實完后,應將基槽(坑)表面修整至設計標高。

(2)質量檢查。檢查施工記錄,除應符合試夯最后下沉量的規定外,并應檢查基槽(坑)表面的總下沉量,以不小于試夯總下沉量的90%為合格。

3.1.4.2　強夯地基

強夯法屬高能量夯擊,將8～40t的夯錘從6～30m的高處自由下落,利用其產生的巨大沖擊能使土中出現沖擊波和很大的應力,迫使土顆粒重新排列,排除孔隙中的氣和水,從而提高地基強度,其影響深度一般為10m以上。

(1)施工要點。施工前應試夯,確定正式施工的各項參數如錘重、落距、夯擊點布置、夯擊遍數、加固范圍。每夯擊一遍完成后,應測量場地平均下沉量,然后用土將夯坑填平,方可進行下一遍夯擊。

(2)質量檢查。強夯法施工結束后應間隔一定時間方能對地基質量進行檢驗。對于碎石土和砂土地基,其間隔時間應大于7d,低飽和度的粉土和黏性土地基應大于15d。一般可采用標準貫入、靜力觸探、動力觸探或土工實驗等方法。

3.1.4.3　灰土擠密樁法

灰土擠密樁法是在基礎底面形成若干個樁孔,然后將灰土填入并分層夯實,以提高地基的承載力或水穩性。灰土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,處理深度宜為5～15m。

1.材料要求

土料宜用黏性土及塑性指數大于4的粉土,粒徑不大于15mm。石灰宜用新鮮的生石灰,其顆粒粒徑不得大于5mm。

2.構造要求

(1)灰土擠密樁處理地基的寬度應大于基礎的寬度。

(2)樁孔直徑宜為300～600mm,并可根據所選用的成孔設備或成孔方法確定,樁孔宜按等邊三角形布置。

(3)灰土的體積配合比宜為2︰8或3︰7,壓實系數λc不應小于0.97。

3.施工要點

(1)灰土擠密樁的施工,應按設計要求和現場條件選用沉管(振動、錘擊)、沖擊或爆擴等方法進行成孔,使土向孔的周圍擠密。

(2)成孔施工時地基土宜接近最優含水量,當含水量低于12%時,宜加水增濕至最優含水量。樁孔中心點的偏差不應超過樁距設計值的5%,樁孔垂直度偏差不應大于1.5%。

(3)向孔內填料前,孔底必須夯實,然后用素土或灰土在最優水量狀態下分層回填夯實,每層回填厚度為250～400mm,其壓實系數及填料質量應符合有關規范要求。

(4)基礎地面以上應預留200～300mm厚的土層,待施工結束后,將表層擠松的土挖除或分層夯壓密實。

3.1.4.4　振沖法

振沖法又稱振動水沖法,是以起重機吊起振沖器,啟動潛水電動機帶動偏心塊,使振動器產生高頻振動,同時啟動水泵,通過噴嘴噴射高壓水流,在邊振邊沖的共同作用下,將振動器沉到土中的預定深度。經清孔后,從地面向孔內逐段填入碎石,使其在振動作用下被擠密實,達到要求的密實度后即可提升振動器。如此反復直至地面,在地基中形成一個大直徑的密實樁體與原地基構成復合地基,提高地基承載力,減少沉降,是一種快速、經濟有效的加固方法。

振沖法根據加固機理和效果可分為振沖置換法和振沖密實法兩類。

1.振沖置換法

振沖置換法是利用振沖器或沉樁機,在軟弱黏性土地基中成孔,再在孔內分批填入碎石或卵石等材料制成樁體。樁體和原來的黏性土構成復合地基,從而提高地基承載力,減小壓縮性。碎石樁的承載力和壓縮量在很大程度上取決于周圍軟土對碎石樁的約束作用。如周圍的土過于軟弱,對碎石樁的約束作用就差。

振沖置換法適用于不排水抗剪強度不小于20kPa的黏性土、粉土、飽和黃土和人工填土地基。對不排水剪切強度小于20kPa的地基,應慎重對待。

2.振沖密實法

振沖密實法的原理是依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發生液化,砂粒重新排列,孔隙減少,使砂層擠壓加密。振沖密實法適用于黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。

振沖法施工過程應注意控制密實電流值、留振時間和填料量,并做好記錄。

質量檢查:振沖地基的質量檢驗應抽取振沖總樁數的3%～5%在樁體中心進行動力觸探試驗。樁間土可用靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗或土工試驗進行檢驗。應選取樁體質量較差的3個點進行復合地基載荷試驗。

3.1.4.5　深層攪拌法

利用水泥、石灰等材料作為固化劑,通過深層攪拌機械在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液)強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應,使軟土硬結。

施工過程分以下步驟:定位→預攪下沉→制備水泥漿→噴漿、攪拌和提升→重復上、下攪拌→清洗。

質量檢查:深層攪拌施工完畢后,應在15d以后進行質量檢驗。抽取總攪拌樁數的1%且不少于3根進行復合地基載荷試驗。

3.1.4.6　地基壓漿

將含有膠結材料的漿液或化學溶液,通過壓漿泵、灌漿管均勻地注入巖土體中,以填充、滲透和擠密等方式,驅走巖石裂隙中或土顆粒間的水分和氣體,并填充其位置,硬化后將土體膠結成一個整體。

壓漿分為水泥壓漿和硅化壓漿。水泥壓漿,所用的漿液是以水泥作為膠結材料;硅化壓漿,采用硅酸鈉(水玻璃)溶液或以這種化學溶液為主,同時灌入氯化鈣等附加劑。

1.施工要點

(1)加固地基前,應通過試驗確定壓漿段長度、壓漿孔距、壓漿壓力等有關技術參數。

(2)壓漿應連續一次壓入不得中斷。

(3)灌漿完后,拔出灌漿管,留孔用1︰2水泥砂漿或砂礫石填塞密實。

(4)壓漿次序一般把射管一次沉入整個深度后自下而上分段連續進行,直至孔口為止。

2.施工過程

(1)按規定位置用鉆機或手鉆鉆孔到要求的深度。

(2)用壓力水沖洗孔內污物和石料碎屑。

(3)在孔內插入射管,并密封四周。

(4)壓漿,先從稀漿開始,逐漸加濃。

3.1.5　地基局部處理

在基坑開挖施工中,有空洞、墓穴、枯井、暗溝等存在時,就應該進行局部處理。處理的方法和原則:將局部軟弱土層或硬物盡可能挖除,回填與天然土壓縮性相近的材料,分層夯實;處理后的地基應保證建筑物各部位沉降量趨于一致,以減少地基的不均勻下沉。

1.軟松土坑(填土、墓穴、淤泥)的處理

在基槽范圍內,當軟松土坑的范圍較小時,將坑中的軟松土、虛土全部挖除,使坑底及四周均見天然土,然后用與坑邊天然土層相近的材料分層夯實回填至坑底標高處。

常用的回填材料有砂、砂礫石、天然土、3︰7或2︰8的灰土。采用天然土分層夯實回填時,每層厚度200mm。

對于較深的土坑處理后,還可考慮加強上部結構的強度,以抵抗可能發生的不均勻沉降而引起的內力。

在基槽范圍內,當古墓、坑穴等松軟土的范圍較大時,可將該部分基礎挖深,并做成1︰2的踏步。踏步多少根據坑深而定,但每步高不大于0.5m,長不小于1.0m。

如遇到地下水位較高或坑內積水無法夯實時,亦可用砂石或混凝土回填。寒冷地區冬季施工時,換土不得使用凍土,因為凍土不易夯實,且解凍后強度會明顯降低,造成不均勻沉降。

2.土井、磚井的處理

若井內填土已較密實,可將井的磚圈拆除至槽底以下1m(或更多些),在此拆除范圍內用2︰8或3︰7灰土分層夯實至槽底。井內填土不密實時,可用大塊石將下面的軟土擠緊,再選用上述辦法回填處理。若井內不能夯填密實時,則可在井的磚圈上加鋼筋混凝土蓋封口,上部再作回填處理。

如井的直徑大于1.5m時,應考慮加強上部結構的強度,如在墻內配筋或做地基梁跨越磚井等。

當磚井位于房屋轉角處,而基礎壓在井上部分不多,并且在井上部分所損失的承壓面積,可由其余基槽承擔而不引起過多的沉降時,可采用從基礎中設置挑梁的辦法解決。

3.局部范圍內(硬物)的處理

當樁基或部分基槽下有基巖、舊墻基、老灰土、壓實路面等硬土或堅硬物時,首先在地坑、地槽范圍內盡可能地挖除,以免基礎局部落在硬物上造成不均勻沉降使上部建筑物開裂。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;若長度大于5m,則將槽底做1︰2踏步,灰土地基與兩端緊密連接,然后落深基礎。

4.“橡皮土”的處理

當地基為黏性土,且含水量較大并趨于飽和時,夯拍后會使地基土變成踩上去有種顫動感覺的“橡皮土”。因此,要避免直接夯拍,這時,可采用晾槽或摻石灰粉的辦法降低土的含水量。

如已出現“橡皮土”,可鋪填一層碎磚或碎石將土擠緊,或將顫動部分的土挖除,填以砂土或級配砂石。

5.流砂的處理

當發生流砂現象時,可采取搶挖法或打鋼板樁法處理。

(1)搶挖法。搶挖法是對于僅有輕微流砂現象的基坑可組織分段搶挖,即使挖土速度超過冒砂速度,挖到標高后,立即拋入大石塊填壓,以平衡動水壓力。

(2)打鋼板樁法。打鋼板樁法是將鋼板樁打入地底以下一定深度,不僅可以支護坑壁,而且使地下水從坑外滲入坑內的滲流路程增長,從而降低水力坡度,減小了動水壓力。