地基处理概述及沉管灌注桩施工技术与质量控制

岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment地基处理质量管理与控制（之一）岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment1地基处理的概念•土木工程建设中，基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。•天然地基是否需要进行地基处理取决于地基土的性质和建（构）筑物对地基的要求两个方面。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•在土木工程建设中经常遇到的软弱土和不良土主要包括：软粘土、人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。地基指承受建（构）筑物荷载的地层。建（构）筑物的地基所面临的问题有以下五方面：•（1）承载力及稳定性问题；•（2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题；•（3）渗透问题；•（4）液化问题；•（5）特殊土不良地基问题。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment加拿大Transcona谷仓，南北长59.44m，东西宽23.47m,高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的42.5%。1913年9月装谷物，至31822m3时，发现谷仓1小时内沉降达30.5cm，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27度。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。1）加拿大特朗斯康谷仓2地基处理工程事故案例岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，而采用了邻近建筑地基352kPa的承载力，事后1952年的勘察试验与计算表明，基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，该地基的实际承载力为193.8～276.6kPa，远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment2）美国北达科他州的Fargo装运谷仓（10个筒仓）1955年因地基破坏而倒塌。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment3）墨西哥城某建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地基土层为深厚的湖相沉积层，天然含水量高达650％，液限500％，塑性指数350，孔隙比15，具有极高的压缩性。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment4）砂土液化造成建筑物严重倾斜或倾倒岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment5）砂土液化造成桥梁地基及结构破坏岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment3地基处理对象岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•1）换土垫层法•2）振密、挤密法•（1）表层压实法•（2）重锤夯实法；•（3）强夯法•（4）振冲挤密法•（5）土桩与灰土桩法•（6）砂桩•（7）爆破法4地基处理方法分类岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•3）排水固结法•（1）堆载预压法•（2）砂井法•（3）真空预压法•（4）降低地下水位法•（5）电渗排水法•4）置换法•（1）振冲置换法（碎石桩法）•（2）石灰桩法•（3）强夯置换法•（4）水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•5）加筋法•（1）土工聚合物（2）加筋土•（3）土层锚杆（4）土钉•（5）树根桩法6）胶结法（1）灌浆法；（2）高压喷射注浆法（3）水泥土搅拌法7）冷热处理法（1）冻结法（2）烧结法岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment采取人工的方法改善地基土的工程性质(提高地基承载力、减少沉降、加速渗透固结、防止液化)，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。地基处理方法：●换土垫层法Replacementmethod：挖去软土，换填砂、卵石、灰土等，分层夯实。换填1）换土垫层法岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土。按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、素填土和杂填土。垫层只解决承载力问题而无助于减少沉降。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment换填垫层法注意点:a.浅层(深层施工困难);b.换填厚度为0.5至3.0m(太薄无用,太厚施工困难,费用高);c.分层回填压实(保证质量);d.验算变形；e.大面积及深厚垫层宜考虑换填材料重度大于天然土时对变形的影响（本身影响以及对临近建筑物的影响）。现行地基处理规范关于换填垫层法的强制性条文4.4.2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。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment2）挤密压实法强夯、挤土或半挤土成桩（土桩、灰土桩、碎石桩、沉管灌注桩、打入或静压桩）。强夯打入预制管桩桩帽岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment3）排水固结法堆载预压法、真空预压法、降水预压法、电渗排水法。其排水通道常有：砂井、袋装砂井、塑料排水板等。排水系统加压系统排水固结插塑板岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment4）化学加固法搅拌桩法（如水泥或石灰土搅拌桩）；灌/注浆胶结法（水泥、水玻璃、水泥和水玻璃等）。5）其他加筋土、土钉等。水泥土搅拌桩加筋土筋带岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment地基处理方法选用原则•选用地基处理方法应力求做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。•地基处理方法很多，没有一种方法是万能的。对每一具体工程均应进行具体细致分析，从地基条件、处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•地基处理工程的特点：•（1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥；•（2）每一项地基处理工程都有它的特殊性；•（3）地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•地基处理工程的施工管理•在地基处理施工过程中，只让现场人员了解如何施工是不够的，还必须使他们很好地了解所采用的地基处理方法的原理、技术标准和质量要求，经常进行施工质量和处理效果的检验，使施工符合规范要求，以保证施工质量。•对地基处理的效果检验,应在地基处理施工结束后一定时间再进行检验。效果检验的方法有：载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、取芯试验等。有时需要采用多种手段进行检验，以便综合评价地基处理效果。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment一般建筑物由上部结构和下部结构即基础或墩台基础两部分组成。基础指与地基接触的建筑物下部结构。地基由于建筑物的修建，使一定范围内土层的应力状态发生变化，这一范围内的地层称为地基。上部结构、基础、地基的概念5基础工程岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment基础按埋深分为浅基础和深基础浅基础Shallowfoundation(埋深一般小于4-5m,底面积较大)●刚性独立基础：刚性基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料虽有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。(a)桥梁墩台的大块实体基础(b)砖基础(c)素混凝土基础桥墩桥台岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment深基础DeepFoundation桩基础PileFoundation桩Pile：竖直埋在地下比较细长的一种基础构件。桩基础由桩和桩顶的承台组成，是一种常用的深基础形式。由多根桩组成的称为群桩基础。群桩基础Pilegroupfoundation岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment芙蓉路立交桥桩基础施工高层建筑桩基础施工岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment桩基的分类：按材料分：木桩、混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩等按成桩方法分：预制桩、灌注桩（钻孔、冲孔、挖孔等灌注桩）按桩轴方向分：竖直桩、斜桩按土对桩支承特点分：有摩擦桩和端承桩（又称柱桩）、摩擦端承桩、端承摩擦桩钢管桩预制桩岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment人工挖孔灌注桩冲孔灌注桩钻孔灌注桩岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment●桩箱基础：箱基+桩基●桩筏基础：筏基+桩基●沉井基础●墩基础●地下连续墙(a)桩筏基础；(b)桩箱基础岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment沉井基础施工地下连续墙施工沉井基础岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment钻孔桩护壁+现浇砼内支撑挖孔桩护壁+钢管内支撑桩锚支护岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment锚杆施工：钻孔喷射混凝土岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment宝成铁路某段滑坡后全貌2008年11月，施工中的杭州地铁湘湖站北2基坑发生大面积坍塌事故，造成21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。2005年7月，广州市海珠广场工程发生基坑坍塌重大安全事故，造成3人死亡、8人受伤及大量财产损失。六个责任单位被告上法庭，要求其承担连带赔偿责任4000多万元。基础工程教训与事故分析岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment青海基坑支护失稳垮塌事故，8死