7-1-4 深層密實地基

7-1-4 深層密實地基7-1-4-1 振沖地基振沖法，又稱振動水沖法，是以起重機吊起振沖器，啟動潛水電機帶動偏心塊，使振動器產(chǎn)生高頻振動，同步啟動水泵，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(jīng)清孔后，從地面向孔內逐段填入碎石，或不加填料，使在振動作用下被擠密實，達到規(guī)定的密實度后即可提高振動器，如此反復填料和振密，直至地面，在地基中形成一種大直徑的密實樁體與原地基構成復合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降和不均勻沉降，是一種迅速、經(jīng)濟有效的加固措施。振沖法按加固機理和效果的不同，又分為振沖置換法和振沖密實法兩類。前者是在地基土中借振沖器成孔，振密填料置換，制造一群以碎石、砂礫等散粒材料構成的樁體，與原地基土一起構成復合地基，使地基承載力提高，沉降減少，它又名振沖置換碎石樁法；后者重要是運用振動和壓力水使砂層液化，砂顆?；ハ鄶D密，重新排列，孔隙減少，從而提高砂層的承載力和抗液化能力，它又名振沖擠密砂樁法，這種樁根據(jù)砂土質的不同，又有加填料和不加填料兩種。1特點及合用范疇振沖法加固地基特點是：技術可靠，機具設備簡樸，操作技術易于掌握，施工簡便，可節(jié)省三材，因地制宜，就地取材，采用碎石、卵石、砂或礦渣等作填料；加固速度快，節(jié)省投資；并且，碎石樁具有良好的透水性，可加速地基固結，使地基承載力可提高1.21.35倍；此外，振沖過程中的預震效應，可使砂土地基增長抗液化能力。振沖置換法適于解決不排水、抗剪強度不不小于20kPa的粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基，如果樁周土的強度過低，則難以形成樁體。振沖密實法合用于解決砂土和粉土等地基，不加填料的振沖密實法僅合用于解決粘土粒含量不不小于10%的粗砂、中砂地基。振沖法不適于地下水位較高、土質松散易塌方和具有大塊石等障礙物的土層中使用。國內應用振沖法加固地基的深度一般為14m，最大達18m，置換率一般在10%30%，每米樁的填料量為0.30.7m3，直徑為0.71.2m。2構造規(guī)定（1）振沖置換法1）解決范疇 應不小于基底面積；對于一般地基，在基本外緣宜擴大12排樁；對可液化地基，在基本外緣應擴大24排樁。2）樁位布置 對大面積滿堂解決，宜用等邊三角形布置；對獨立或條形基本，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。3）樁的間距 應根據(jù)荷載大小和原土的抗剪強度擬定，一般取1.52.5m，對荷載大或原土強度低、或樁末端達相對硬層的短樁宜取小值，反之宜取大的間距。4）樁長的擬定 當相對硬層的埋藏深度不大時，應按相對硬層埋藏深度擬定；當相對硬層的埋藏深度較大時，應按建筑物地基的變形容許值擬定。樁長不適宜短于4m。在可液化的地基中，樁長應按規(guī)定的抗震解決深度擬定。樁頂應鋪設一層200500mm厚的碎石墊層。5）樁的直徑 可按每根樁所用的填料計算，一般為0.81.2m。（2）振沖密實法1）解決范疇 應不小于建筑物基本范疇，在建筑物基本外緣每邊放寬不得不不小于5m；2）振沖深度 當可液化土層不厚時，應穿透整個可液化層；當可液化土層較厚時，應按規(guī)定的抗震解決深度擬定；3）每一振點所需的填料量 隨處基土規(guī)定達到的密實限度和振點間距而定，應通過現(xiàn)場實驗擬定。3機具設備及材料規(guī)定振沖機具設備涉及：振沖器、起重機和水泵。振沖器類似混凝土插入式振動器，其工作原理是，運用電機旋轉一組偏心塊產(chǎn)生一定頻率和振幅的水平振動，壓力水通過空心豎軸從振沖器下端噴口噴出。振沖器的構造如圖7-17所示，常用型號及技術性能見表7-15。圖7-17 振沖器構造1-吊具；2-水管；3-電纜；4-電機；5-聯(lián)軸器；6-軸；7-軸承；8-偏心塊；9-殼體；10-翅片；11-頭部；12-水管振沖器的技術參數(shù) 表7-15型號ZCQ-13ZCQ-30ZCQ-55BL-75電動功率（kW）13305575轉速（r/min）1450145014501450額定電流（A）25.560100150不平衡重量（kg）29.066.0104.0型號振動力（kN）3590200160振幅（mm）4.24.25.07.0振沖器外徑（mm）274351450426長度（mm）215025003000總重量（t）0.780.941.62.05操縱振沖器的起吊設備可采用810t履帶式起重機、輪胎式起重機、汽車吊或軌道式自行塔架等。水泵規(guī)定水壓力為400600kPa，流量2030m3/h，每臺振沖器備用一臺水泵。控制設備涉及：控制電流操作臺、150A電流表、500V電壓表以及供水管道、加料設備（吊斗或翻斗車）等。填料可用堅硬不受侵蝕影響的碎石、卵石、角礫、圓礫、礦渣以及礫砂、粗砂、中砂等；粗骨料粒徑以2050mm較合適，最大粒徑不適宜不小于80mm，含泥量不適宜不小于5%，不得具有雜質、土塊和已風化的石子。4施工工藝要點（1）施工前應先進行振沖實驗，以擬定成孔合適的水壓、水量、成孔速度及填料措施；達到土體密實時的密實電流、填料量和留振時間（稱為施工工藝的三要素）。一般控制原則是：密實電流不不不小于50A；填料量為每米樁長不不不小于0.6m3，且每次攪拌量控制在0.200.35m3；留振時間3060s。（2）振沖法施工工藝如圖7-18，振沖造孔順序措施可按表7-16選用。圖7-18 振沖碎石樁施工工藝（a）定位；（b）振沖下沉；（c）振沖至設計標高并下料；（d）邊振邊下料，邊上提；（e）成樁振沖成孔措施的選擇 表7-16造孔措施環(huán)節(jié)優(yōu)缺陷排孔法由一端開始，依次逐漸造孔到另一端結束易于施工，且不易漏掉孔位。但當孔位較密時，后打的樁易發(fā)生傾斜和位移跳打法同一排孔采用隔一孔造一孔先后造孔影響小，易保證樁的垂直度。但要避免漏掉孔位，并應注意樁位精確圍幕法先造外圍23圈（排）孔，然后造內圈（排）。采用隔圈（排）造一圈（排）或依次向中心區(qū)造孔能減少振沖能量的擴散，振密效果好，可節(jié)省樁數(shù)10%15%，大面積施工常采用此法。但施工時應注意避免漏掉孔位和保證其位置精確（3）振沖置換法施工順序為：定位成孔清孔填料振實。啟動水泵和振沖器，水壓可用400600kPa（對于較硬土層應取上限，對于軟土取下限），水量可用200400L/min，使振沖器徐徐沉入土中，直至達到設計解決深度以上0.30.5m。如土層中夾有硬層時，應合適進行擴孔，即在硬層中將振沖器往復上下多次，使孔徑擴大，以便于填料。因在粘性土層中成孔，泥漿水太稠，使填料下降速度緩慢，因此在成孔后，應停留1min清孔，以便回水將稠泥漿帶出地面，以減少孔內泥漿密度。填料宜“少吃多餐”，每次往孔內倒入填料數(shù)量，約為堆積在孔內0.8m高，然后用振沖器振密后再繼續(xù)加料。在強度很低的軟土地基施工中，則要用“先護壁，后制樁”的施工措施。即在振沖開孔達到第一層軟弱層時，加些填料進行初步擠振，將填料擠到此層軟弱層周邊以加固孔壁，接著再同樣措施解決如下第二、第三層軟弱層，直到加固深度。（4）振沖擠密法施工工藝如圖7-19，施工順序為：定位成孔邊振邊上提振密。水壓、水量控制同振沖置換法，下沉速率控制在12m/min，待達到規(guī)定解決深度后，將水壓和水量降至孔口有一定量回水，但無大量細顆粒帶出的限度，將填料堆于孔口擴筒周邊，采用自下而上地分段振動加密，每段長0.51.0m，填料在振沖器振動下依托自重沿護筒周壁下沉至孔底，在電流升高到規(guī)定控制值后，將振沖器上提0.30.5m；反復上一環(huán)節(jié)直至完畢全孔解決。圖7-19 振沖擠密法施工工藝（5）填料和振料措施，一般采用成孔后，將振沖器提出少量，從孔口往下填料，填料從孔壁間隙下落，邊填邊振，直至該段振實，然后將振沖器提高0.5m，再從孔口往下填料，逐段施工。（6）振沖擠密法施工操作，核心是控制水量大小和留振時間。水量的大小是保證地基中砂土充足飽和，受到振動可以產(chǎn)生液化；足夠的留振時間（3060s）是使地基中的砂土完全液化，在停振后土顆粒便重新排列，使孔隙比減小，密實度提高。振密限度一般以電流超過原空振時電流2530A時，表達該深度處的樁體已經(jīng)擠密。對粉細砂應加填料，其功用是填充在振沖器上提后留下的孔洞；此外，填料作為傳力介質，在振沖器的水平振動下，通過持續(xù)加填料將砂層進一步擠壓加密。對中、粗砂，當振沖器上提后孔壁極易坍落能自行填滿下面的孔洞，因而可以不加填料就地振密。如干砂厚度大，地下水位低，則應采用措施大量補水，以使砂處在或接近飽和狀態(tài)時，方可施工。（7）加固區(qū)的振沖樁施工完畢，在振沖最上1m左右時，由于土覆壓力小，樁的密實度難以保證，故宜予挖除，另作墊層，或另用振動碾壓機進行碾壓密實解決。5質量控制（1）施工前應檢查振沖器的性能；電流表、電壓表的精確度；填料的性能。（2）施工中應檢查密實電流、供水壓力、供水量、填料量、孔底留振時間、振沖點位置、振沖器施工參數(shù)等（施工參數(shù)由振沖實驗或設計擬定）。（3）施工結束后應在有代表性的地段作地基強度（原則貫入、靜力觸探）或地基承載力（單樁靜載荷或復合地基靜載）檢查。（4）振沖施工結束后，除砂土地基外，應間隔一定期間方可進行質量檢查。對粘性土地基，間隔時間為34周；對粉土地基為23周。（5）振沖地基質量原則如表7-17所示。振沖地基質量檢查原則 表7-17項序檢查項目容許偏差或容許值檢查措施單位數(shù)值主控項目1填料粒徑設計規(guī)定抽樣檢查2密實電流（粘性土）密實電流（砂性土或粉土）（以上為功率30kW振沖器）密實電流（其她類型振沖器）AAA0505540501.52.0電流表讀數(shù)電流表讀數(shù)，A0為空振電流3標貫、靜力觸探設計規(guī)定按規(guī)定的措施4載荷實驗（單樁、復合地基）設計規(guī)定按規(guī)定的措施一般項目1填料含泥量%5抽樣檢查2振沖器噴水中心與孔徑中心偏差mm50用鋼尺量3成孔中心與設計孔位中心偏差mm100用鋼尺量4樁體直徑mm50尺量5孔深mm±200量鉆桿或重錘測7-1-4-2 水泥土攪拌樁地基水泥土攪拌樁地基系運用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機在地基深部，就地將軟土和固化劑（漿體或粉體）強制拌合，運用固化劑和軟土發(fā)生一系列物理、化學反映，使凝結成具有整體性、水穩(wěn)性好和較高強度的水泥加固體，與天然地基形成復合地基。其加固原理是：水泥加固土由于水泥用量很少，水泥水化反映完全是在土的環(huán)繞下產(chǎn)生的，凝結速度比在混凝土緩慢。水泥與軟粘土拌合后，水泥礦物和土中的水分發(fā)生強烈的水解和水化反映，同步從溶液中分解出氫氧化鈣生成硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）、硫酸鈣（CaSO4）等水化物，有的自身繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則因有活性的土進行離子互換和團粒反映、硬凝反映和碳酸化作用等，使土顆粒固結、結團，顆粒間形成結實的聯(lián)結，并具有一定強度。1特點及合用范疇深層攪拌法的特點是：在地基加固過程中無振動、無噪音，對環(huán)境無污染；對土無側向擠壓，對鄰近建筑物影響很小；可按建筑物規(guī)定作成柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形狀；可有效地提高地基強度（當水泥摻量為8%和10%時，加固體強度分別為0.24和0.65MPa，而天然軟土地基強度僅0.006MPa）；同步施工期較短，造價低廉，效益明顯。本法適于加固較深較厚的淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力不不小于120kPa的粘性土地基，對超軟土效果更為明顯。多用于墻下條形基本、大面積堆料廠房地基；在深基開挖時用于避免坑壁及邊坡塌滑、坑底隆起等，以及作地下防滲墻等工程上。2樁平面布置水泥土攪拌樁平面布置可根據(jù)上部建筑對變形的規(guī)定，采用柱狀、壁狀、格柵狀、塊狀等解決形式?？芍辉诨痉懂爟炔紭?。柱狀解決可采用正方形或等邊三角形布樁形式。3機具設備及材料規(guī)定水泥土攪拌樁的重要施工設備為深層攪拌機，有中心管噴漿方式的SJB-1型攪拌機和葉片噴漿方式的GZB-600型攪拌機兩類。SJB-1型深層攪拌機是雙攪拌軸中心管輸漿的水泥攪拌專有機械，制成的樁外形呈“8”字形（縱向最大處1.3m，橫向最大處為0.8m），其外形和構造如圖7-20a所示。它由動力部分：2×30kW潛水電機各自連接一臺2級2K-H行星齒輪減速器；攪拌部分：涉及攪拌軸（每節(jié)長2.4m、直徑127mm）和攪拌頭（帶硬質合金齒的兩葉片式；直徑0.70.8m）；輸漿部分：由中心管（直徑40mm，每節(jié)長度2.45m）和穿在中心管內部的輸漿管（直徑68mm）以及單向球閥（球徑120mm）等構成。中心管通過橫向系板與攪拌軸連成整體。其技術性能見表7-18。其配套設備見圖7-21，重要有灰漿攪拌機（共兩臺各200L，輪流供料）、集料斗（容積0.4m3）、HB6-3型灰漿泵、電氣控制框等。圖7-20 深層攪拌機外形和構造（a）SJB-1型深層攪拌機；（b）GZB-600型深層攪拌機1-輸漿管；2-外殼；3-出水口；4-進水口；5-電動機；6-導向滑塊；7-減速器；8-攪拌軸；9-中心管；10-橫向系板；11-球形閥；12-攪拌頭；13-電纜接頭；14-進漿口SJB-1深層攪拌機技術性能規(guī)定 表7-18項次項目規(guī)格性能數(shù)量1深層攪拌機攪拌軸數(shù)量攪拌軸長度攪拌時外徑電動機功率127×10mm每節(jié)長2.5m700800mm2×30kW2根2節(jié)1臺2起吊設備及導向系統(tǒng)履帶式起重機提高速度導向架CH500型，起重高度14m起重量10t0.31.0m/min88.5mm鋼管制1臺1座3固化劑制配系統(tǒng)灰漿泵灰漿攪拌機集料斗磅秤提高速度測定儀HB6-3型，輸漿量3m3/h工作壓力1.5MPaHL-1型200L400L計量量測范疇02m/min1臺2臺1個1臺1臺4技術指標一次加固面積最大加固深度加固效率總重量（不含起重機）0.70.9m210m4050m/臺班6.5t圖7-21 深層攪拌機配套機械及布置1-深層攪拌機；2-履帶式起重機；3-工作平臺；4-導向架；5-進水管；6-回水管；7-電纜；8-磅秤；9-攪拌頭；10-輸漿壓力膠管；11-冷卻泵；12-貯水池；13-電氣控制柜；14-灰漿泵；15-集料斗；16-灰漿攪拌機GZB-600型深層攪拌機是運用進口鉆機改裝的單攪拌軸、葉片噴漿方式的攪拌機，其外形和構造如圖7-20b所示。它涉及：動力部分：兩臺30kW電機，各自連接一臺2K-H行星齒輪減速器；攪拌軸與輸漿管；單軸葉片噴漿方式是使水泥漿由中空軸經(jīng)攪拌頭葉片，沿著旋轉方向輸入土中，攪拌軸外徑129mm，軸內輸漿管外徑76mm；攪拌頭：在攪拌頭上分別設立攪拌葉片和噴漿葉片，兩層葉片相距0.5m，成樁直徑600mm，噴漿葉片上開有3個尺寸相似的噴漿口。其技術性能見表7-19。其配套設備見圖7-22，重要有PMZ-15型灰漿計量配料裝置。由灰漿攪拌機兩臺（容積各為500L）、集料斗（容積0.18m3）、灰漿泵構成；電磁流量計等。GZB-600型深層攪拌機技術性能 表7-19攪拌機攪拌軸數(shù)量（根）攪拌葉片外徑（mm）攪拌軸轉數(shù)（r/min）電機功率（kW）×臺數(shù)16005030×2固化劑制備系統(tǒng)灰漿拌制機臺數(shù)×容量（L）泵輸送量（L/min）工作壓力（kPa）集料斗容量（L）2×5002811400180起吊設備提高力（kN）提高速度（m/min）提高高度（m）接地壓力（kPa）1500.61.01460技術指標一次加固面積（m2）最大加固深度（m）加固效率（m/臺·班）總重（t）（不涉及起吊設備）0.283101560圖7-22 GZB-600型攪拌機配套機械1-流量計；2-控制柜；3-低壓變壓器；4-PM2-15泵送裝置；5-電纜；6-輸漿膠管；7-攪拌軸；8-攪拌機；9-打樁機；10-電纜深層攪拌樁加固軟土的固化劑可選用水泥、摻入量一般為加固土重的7%15%，每加固1m3土體摻入水泥約110160kg。SJB-1型深層攪拌機還可用水泥砂漿作固化劑，其配合比為：1：12（水泥：砂），為增強流動性，可摻入水泥重量0.20%0.25%的木質素磺酸鈣減水劑，另加1%的硫酸鈉和2%的石膏以增進速凝、早強。水灰比為0.430.50，水泥砂漿稠度為1114cm。4施工工藝措施要點（1）深層攪拌樁的施工工藝流程如圖7-23。圖7-23 深層攪拌樁施工工藝流程（a）定位下沉；（b）進一步到設計深度；（c）噴漿攪拌提高；（d）原位反復攪拌下沉；（e）反復攪拌提高；（f）攪拌完畢形成加固體（2）深層攪拌樁的施工程序為：深層攪拌機定位預攪下沉制配水泥漿（或砂漿）噴漿攪拌、提高反復攪拌下沉反復攪拌提高直至孔口關閉攪拌機、清洗移至下一根樁、反復以上工序。（3）場地應先整平，清除樁位處地上、地下一切障礙物（涉及大塊石、樹根和生活垃圾等），場地低洼處用粘性土料回填夯實，不得用雜填土回填。（4）施工前應標定攪拌機械的灰漿泵輸送量、灰漿輸送管達到攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提高速度等施工工藝參數(shù)，并根據(jù)設計規(guī)定通過實驗擬定攪拌樁的配合比。（5）施工時，先將深層攪拌機用鋼絲繩吊掛在起重機上，用輸漿膠管將貯料罐砂漿泵與深層攪拌機接通，開動電動機，攪拌機葉片相向而轉，借設備自重，以0.380.75m/min的速度沉至規(guī)定加固深度；再以0.30.5m/min的均勻速度提起攪拌機，與此同步開動砂漿泵將砂漿從深層攪拌中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面（近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土），即完畢一次攪拌過程。用同法再一次反復攪拌下沉和反復攪拌噴漿上升，即完畢一根柱狀加固體，外形呈“8”字形，一根接一根搭接，相搭接寬度宜不小于100mm，以增強其整體性，即成壁狀加固體，幾種壁狀加固體連成一片，即成塊狀。（6）施工中固化劑應嚴格按預定的配合比拌制，并應有防離析措施。起吊應保證起吊設備的平整度和導向架的垂直度。成樁要控制攪拌機的提高速度和次數(shù)，使持續(xù)均勻，以控制注漿量，保證攪拌均勻，同步泵送必須持續(xù)。（7）攪拌機預攪下沉時，不適宜沖水；當遇到較硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，但應考慮沖水成樁對樁身強度的影響。（8）每天加固完畢，應用水清洗貯料罐、砂漿泵、深層攪拌機及相應管道，以備再用。5質量控制（1）施工前應檢查水泥及外摻劑的質量，樁位、攪拌機工作性能、多種計量設備（重要是水泥流量計及其她計量裝置）完好限度。（2）施工中應檢查機頭提高速度，水泥漿或水泥注入量，攪拌樁的長度及標高。（3）施工結束后應檢查樁體強度、樁體直徑及地基承載力。（4）進行強度檢查時，對承重水泥土攪拌樁應取90d后的試件；對支護水泥土攪拌樁應取28d后的試件，試件可鉆孔取芯，或其她規(guī)定措施取樣。（5）對不合格的樁應根據(jù)其位置和數(shù)量等具體狀況，分別采用補樁或加強鄰樁等措施。（6）深層攪拌樁地基質量檢查原則如表7-20所示。深層攪拌樁復合地基質量檢查原則 表7-20項序檢查項目容許偏差或容許值檢查措施單位數(shù)值主控項目1水泥及外摻劑質量設計規(guī)定查產(chǎn)品合格證書或抽樣送檢2水泥用量參數(shù)指標查看流量計3樁體強度設計規(guī)定鉆孔取芯，或其她規(guī)定措施4地基承載力設計規(guī)定按規(guī)定的措施一般項目1機頭提高速度m/min0.5量機頭上升距離及時間2樁底標高mm±200測機頭深度3樁頂標高mm+100-50水準儀（最上部500mm不計入）4樁位偏差 mm50用鋼尺量 5樁徑0.04D用鋼尺量（D：樁徑）6垂直度%1.5經(jīng)緯儀7搭接mm200用鋼尺量