任务2.3 地基处理
2.3.1 换填法
换填法是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用砂石、素土、灰土、工业废渣等材料分层回填夯实，作为地基的持力层，以提高基础下部的地基强度，并通过垫层的压力扩散作用降低地基的压应力，减少变形量。同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速排出，从而加速下部土层的沉降和固结。
换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。
1.换填法处理地基施工工艺流程
换填法处理地基施工工艺流程如图2.27所示。
图2.27 换填法处理地基施工工艺流程
换填法处理地基示意如图2.28所示。
图2.28 换填法处理地基示意
2.施工要点
（1）垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。素填土宜采用平碾或羊足碾，砂石等宜用振动碾和振动压实机。当有效夯实深度内土的饱和度小于并接近0.6时，可采用重锤夯实。
（2）垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。除接触下卧软土层的垫层底层应根据施工机械设备及下卧层土质条件的要求留有足够的厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取为200～300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。
（3）素土和灰土垫层土料的施工含水率宜控制在最优含水率ωop±2%的范围内，最优含水率可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。
（4）当垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应根据建筑对不均匀沉降的要求予以处理，并经检验合格后，方可铺填垫层。
（5）严禁扰动垫层下卧层的淤泥或淤泥质土层，防止其被践踏、受冻或受浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150～300mm厚的砂垫层，以防止淤泥或淤泥质土层表面的局部破坏。如淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤处理。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。
（6）垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。素土及灰土垫层分段施工时，不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝；上下两层的缝距不得小于500mm；接缝处应夯压密实；灰土应拌和均匀并应当日铺填夯压；灰土夯实后3d内不得受水浸泡；垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。
（7）重锤夯实的夯锤宜采用圆台形，锤重宜大于2t，锤底面单位静压力宜为15～20kPa，夯锤落距宜大于4m。重锤夯实宜一夯挨一夯按顺序进行，在独立柱基基坑内，宜按先外后里的顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。夯击宜分2～3遍进行，累计夯击10～15次。最后两击平均夯沉量，对砂土不应超过5～10mm，对细颗粒土不应超过10～20mm。
（8）当夯击或碾压振动对邻近既有或正在施工中的建筑产生危害时，必须采取有效预防措施。
3.质量检验
（1）对粉质黏土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量，可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层，可用重型动力触探检验，并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。
（2）垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。
（3）采用环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2/3处。检验点数量，对大基坑每50～100m2不应少于一个检验点，基槽每10～20m不应少于一个点，每个独立柱基不应少于一个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。
（4）竣工验收采用荷载试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3个点；对于大型工程，则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。
2.3.2 强夯法
强夯法是用起重机械（起重机或起重机配三脚架、龙门架）将大吨位（一般为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，从而形成良好的排水通道，令孔隙水和气体逸出，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、降低其压缩性的一种有效的地基加固方法，也是我国目前最为常用和最经济的深层地基处理方法之一。图2.29所示为强夯机和夯锤。
强夯法适用于对碎石土、砂土、低饱和度粉土、黏性土、湿陷性黄土、高填土、杂填土，以及“围海造地”地基、工业废渣、垃圾地基等的处理，也可用于防止粉土及粉砂的液化，消除或降低大孔土的湿陷性等级；对于高饱和度淤泥、软黏土、泥炭、沼泽土，如使用一定的技术措施也可采用，还可用于水下夯实。强夯法不得用于不允许对工程周围建筑物和设备有一定振动影响的地基加固，必须使用时，应采取防振、隔振措施。
图2.29 强夯机和夯锤
1.强夯法处理地基施工工艺流程
强夯法处理地基施工工艺流程如图2.30所示。
图2.30 强夯法处理地基施工工艺流程
2.施工要点
（1）夯锤质量可取10～40t，其底面形式宜采用圆形或多边形，锤底面积宜按土的性质确定，锤底静接地压力值可取25～40kPa，对于细颗粒土，锤底静接地压力宜取较小值。锤的底面宜对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250～300mm。强夯置换锤底静接地压力值可取100～200kPa。
（2）施工机械宜采用带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。采用履带式起重机时，可在臂杆端部设置辅助地锚，或采取其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。
（3）当场地表土软弱或地下水位较高，夯坑底积水影响施工时，宜采用人工降低地下水位或铺填一定厚度的松散性材料，使地下水位低于坑底面以下2m。坑内或场地积水应及时排除。
（4）施工前应查明场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等，并采取必要的措施，以免因施工而造成损坏。
（5）当强夯施工所产生的振动对邻近建筑物或设备可能产生有害的影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振或防振措施。
3.质量检验
（1）检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。强夯置换施工中，可采用超重型或重型圆锥动力触探检查置换墩的着底情况。
（2）强夯处理后的地基竣工验收承载力检验，应在施工结束后间隔一定时间方能进行，对于碎石土和砂土地基，其间隔时间可取7～14d，粉土和黏性土地基可取14～28d。强夯置换地基间隔时间可取28d。
（3）强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。强夯置换后的地基竣工验收时，承载力检验除应采用单墩荷载试验检验外，尚应采用动力触探等有效手段查明置换墩的着底情况及承载力与密度随深度的变化；对饱和粉土地基，允许采用单墩复合地基荷载试验代替单墩荷载试验。
（4）竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的荷载试验检验点不应少于3个点；对于复杂场地或重要建筑地基，应增加检验点数。强夯置换地基荷载试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的1%，且不应少于3个点。
2.3.3 水泥土搅拌法
水泥土搅拌法分为深层搅拌法（以下简称湿法）和粉体喷搅法（以下简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水率小于30%（黄土含水率小于25%）、大于70%或地下水的pH小于4时，不宜采用干法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。
水泥土搅拌法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、基坑工程围护挡墙、被动区加固和防渗帷幕、大体积水泥稳定土等。加固体形状可分为柱状、壁状、格栅状或块状等。
1.水泥土搅拌法处理地基施工工艺流程
水泥土搅拌法处理地基施工工艺流程如图2.31所示。
图2.31 水泥土搅拌法处理地基施工工艺流程
2.施工要点
（1）水泥土搅拌法施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物。遇有明沟、池塘及洼地时应抽水和清淤，回填黏性土料并予以压实，不得回填杂填土或生活垃圾。
（2）水泥土搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不得少于2根。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。
（3）搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度应相互匹配，以确保加固深度范围内土体的任何一点均能经过20次以上的搅拌。
（4）竖向承载搅拌桩施工时，停浆（灰）面应高于桩顶设计标高300～500mm。在开挖基坑时，应将搅拌桩顶端施工质量较差的桩段人工挖除。
（5）施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不得大于50mm，成桩直径和桩长不得小于设计值。
3.质量检查
（1）成桩7d后，采用浅部开挖桩头[深度宜超过停浆（灰）面下0.5m]，目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5%。
（2）成桩后3d内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。
（3）对相邻桩搭接要求严格的工程，应在成桩15d后，选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。
（4）基槽开挖后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合设计要求，应采取有效补强措施。
2.3.4 高压喷射注浆法
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、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，可用于既有建筑和新建建筑地基加固，也可用于深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。
高压喷射注浆法分旋喷、定喷和摆喷三种类别。根据工程需要和土质条件，可分别采用单管法、双管法和三管法。加固形状可分为柱状、壁状、条状和块状。
1.高压喷射注浆法处理地基施工工艺流程
高压喷射注浆法处理地基施工工艺流程如图2.32及图2.33所示。
图2.32 高压喷射注浆法处理地基施工工艺流程
图2.33 高压喷射注浆法处理地基施工工艺流程示意
2.施工要点
（1）施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。
（2）高压喷射注浆的施工参数应根据土质条件、加固要求通过试验或根据工程经验确定，并在施工中严格加以控制。单管法及双管法的高压水泥浆和三管法的高压水的压力应大于20MPa。
（3）高压喷射注浆的主要材料为水泥，对于无特殊要求的工程，宜采用强度等级为32.5级及以上的普通硅酸盐水泥。根据需要可加入适量的外加剂及掺合料，用量应根据试验确定。
（4）水泥浆液的水灰比应按工程要求确定，可取0.8～1.5，常用1.0。
（5）高压喷射注浆的施工工序为机具就位、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗等。
（6）喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。
（7）当喷射注浆管贯入土中，喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后，随即分别按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求提升喷射管，由下而上喷射注浆。喷射管分段提升的搭接长度不得小于100mm。
（8）对需要局部扩大加固范围或提高强度的部位，可采用复喷措施。
（9）在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。
（10）高压喷射注浆完毕，应迅速拔出喷射管。为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必要时可在原孔位采用冒浆回灌或第二次注浆等措施。
（11）当处理既有建筑地基时，应采用速凝浆液或跳孔喷射和冒浆回灌等措施，以防喷射过程中地基产生附加变形及地基与基础间出现脱空现象。同时，应对建筑物进行变形监测。
（12）施工中应做好泥浆处理，及时将泥浆运出或在现场短期堆放后作为土方运出。
（13）施工中应严格按照施工参数和材料用量施工，并如实做好各项记录。
3.质量检验
（1）高压喷射注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯（常规取芯或软取芯）、标准贯入试验、荷载试验、围井注水试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。
（2）检验点应布置在下列部位：①有代表性的桩位；②施工中出现异常情况的部位；③地基情况复杂，可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。
（3）检验点的数量为施工孔数的1%，并不应少于3点。
（4）质量检验宜在高压喷射注浆结束28d后进行。
（5）竖向承载旋喷桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基荷载试验和单桩荷载试验。
（6）荷载试验必须在桩身强度满足试验条件之后，并宜在成桩28d后进行。检验数量为桩总数的0.5%～1%，且每项单体工程不应少于3点。
2.3.5 预压法
1.砂井堆载预压法
砂井堆载预压法是在软弱地基中用钢管打孔，灌砂设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道；在砂垫层上部压载以增加土中附加应力，使土体中孔隙水较快地通过砂井和砂垫层排出，从而加速土体固结，使地基得到加固。图2.34所示为砂井堆载预压法示意。
图2.34 砂井堆载预压法示意
1）砂井堆载预压法处理地基施工工艺流程
砂井堆载预压法处理地基施工工艺流程如图2.35所示。
图2.35 砂井堆载预压法处理地基施工工艺流程
2）施工要点
（1）砂井的灌砂量，应按井孔的体积和砂在中密度状态时的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算值的95%。灌入砂袋中的砂宜用干砂，并应灌制密实。
（2）在加载过程中应进行竖向变形、边桩水平位移及孔隙水压力等项目的监测，且根据监测资料控制加载速率。
3）质量检查
（1）对不同来源的砂井和砂垫层砂料，必须取样进行颗粒分析和渗透性试验。
（2）对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。
（3）排水竖井处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。
（4）应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验，必要时应进行现场荷载试验。
2.真空预压法
真空预压法是以大气压力作为预压荷载，它是先在需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层或砂砾层，再在其上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密封好与大气隔绝，在砂垫层内埋设渗水管道，然后与真空泵连通进行抽气，使透水材料保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，将土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。对于渗透系数小的软黏土，为加速孔隙水的排出，也可在加固部位设置砂井、袋装砂井或塑料板等竖向排水系统。
真空预压法适于饱和均质黏性土及含薄层砂夹层的黏性土，特别适于新淤填土、超软土地基的加固，但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对施工场地狭窄的工程进行地基处理。
1）真空预压法处理地基施工工艺流程
真空预压法处理地基施工工艺流程及示意分别如图2.36和图2.37所示。
图2.36 真空预压法处理地基施工工艺流程
图2.37 真空预压法处理地基施工工艺流程示意
2）真空预压法的特点
（1）不需要大量堆载，可省去加载和卸载工序，节省大量原材料、能源和运输能力，缩短预压时间。
（2）真空预压法所产生的负压使地基土的孔隙水加速排出，可缩短固结时间；同时由于孔隙水排出，渗流速度增大，地下水位降低，由渗流力和降低水位引起的附加应力也随之增大。由此提高了加固效果，且负压可通过管路送到任何场地，适应性强。
（3）孔隙渗流水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体，土体在加固过程中的侧向变形很小，真空预压可一次加足，地基不会发生剪切破坏而引起地基失稳，可有效缩短总的排水固结时间。
（4）适用于超软黏性土以及边坡、码头、岸边等地基稳定性要求较高的工程地基加固，土越软，加固效果越明显。
（5）所用设备和施工工艺比较简单，无须大量的大型设备，便于大面积使用。
（6）无噪声、无振动、无污染，可做好文明施工。
（7）技术经济效果显著，根据国内在天津新港区的大面积实践，当真空度达到600mmHg时，经60d抽气，不少井区土的固结度都达到80%以上，地面沉降达57cm，同时能耗降低1/3，工期缩短2/3，比一般堆载预压造价降低1/3。
3）施工要点
（1）真空预压法竖向排水系统设置同砂井（或袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法。应先平整场地，设置排水通道，在软土地基表面铺设砂垫层或在土层中再加设砂井（或埋设袋装砂井、塑料排水带），再设置抽真空装置及膜内外管道。
（2）砂垫层中真空压力分布管的埋设，一般宜采用条形或鱼刺形排列，如图2.38所示。其铺设距离要适当，使真空度分布均匀，管上部应覆盖100～200mm厚的砂层。
（3）砂垫层上的密封薄膜，一般采用2～3层聚氯乙烯薄膜，应按先后顺序同时铺设，并在加固区四周离基坑线外缘2m处开挖深0.8～0.9m的沟槽，将薄膜的周边放入沟槽内，用黏土或粉质黏土回填压实，要求气密性好、密封不漏气；或采用板桩覆水封闭，而以膜上全面覆水较好，这样既密封好又可减缓薄膜的老化。图2.39所示为薄膜周边密封方法。
图2.38 真空压力分布管排列示意
图2.39 薄膜周边密封方法
（4）当面积较大时，宜分区预压，区与区的间隔距离以2～6m为佳。
（5）做好真空度、地面沉降量、深层沉降、水平位移、孔隙水压力和地下水位的现场测试工作，掌握变化情况，作为检验和评价预压效果的依据。应随时分析，如发现异常，应及时采取措施，以免影响最终加固效果。
（6）真空预压结束后，应清除砂槽和腐殖土层，避免在地基内形成水平渗水暗道。
3.质量控制
（1）施工前应检查施工监测措施、沉降、孔隙水压力等原始数据，以及排水设施、砂井（包括袋装砂井）或塑料排水带等的位置、真空分布管的距离等。
（2）施工中应检查密封膜的密封性能、真空表读数等，泵及膜内真空度应达到96kPa和73kPa以上的技术要求。
（3）施工结束后应检查地基土的十字板剪切强度、标贯或静力触探值及要求达到的其他物理力学性能，重要建筑物地基应进行承载力检验。