换土垫层法、强夯法地基处理施工技术

换土垫层法、强夯法地基处理施工技术几个月前，距离14层公寓约30米的中华城项目工地开始施工，该幢楼便出现裂缝和沉降，现在该工地挖的基坑深10多米，并从中排出了大量的地下水对周边地基下沉和建筑可能产生的影响进行安全监测处理原则及需要考虑的因素选用地基处理方法要力求做到安全适用、确保质量、经济合理、技术先进。在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如：建（构）筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值，地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。方案设计步骤（1）搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。（2）根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建（构）筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。（3）对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比，根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则，从而因地制宜地选择最佳的处理方法。技术路线图目前地基处理已成为土力学与岩土工程领域的一个主要分支学科，国际土力学与岩土工程协会下有专门的地基处理学术委员会。中国土力学与岩土工程学会1984年成立了地基处理学术委员会，并于1986、1989、1992、1995、1997、2000年分别召开了六届全国地基处理学术讨论会。第十一届全国地基处理学术讨论会(CGIS2010)将于2010年11月19日~23日在“热带海滨度假胜地”海口举办。1988年编著出版了《地基处理手册》，2000年修订出版了《地基处理手册》（第二版），1990年又开始出版了《地基处理》杂志，提供了推广和交流地基处理新技术的园地。我国建设部已发布了《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91），2002年又修订出版了《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）。交通部1997年发布了《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96），对公路工程中软土地基处理设计、施工起到了重要指导作用。历史地基处理监测与检验方法由于地基处理问题的复杂性，一般还难以对每种方法进行严密的理论分析，还不能在设计时作精确的计算与设计，往往只能通过施工过程中的监测和施工后的质量检验来保证工程质量。因此，地基处理现场监测和质量检验测试是地基处理工程的重要环节。效果检验的方法有：载荷试验、钻孔取样、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。现场监测与质量检验的目的(1)为工程设计提供依据；(2)作为大面积施工的控制和指导；(3)为地基处理工程验收提供依据；(4)为理论研究提供实验依据。现场监测与质量检验的内容与方法

(1)地基与桩体强度：包括单桩和复合地基静载荷试验、标准贯入试验、静力触探与动力触探试验、桩身高应变检测、钻芯法等；(2)地基变形：包括地基沉降与水平位移测试；(3)应力监测：包括土压力和孔隙水压力测试；(4)桩身完整性：采用桩身低应变检测和声波透射法测试；(5)动力特性：采用波速测试、地基刚度测试等。监测仪器的的布置固定式和活活动式测斜仪分层沉降仪仪现场监测与与质量检验验应注意的的问题为了检验地地基处理的的效果，通通常在同一一地点分别别在处理前后进进行测试，，以进行对比比，并注意意以下问题题：(1)前后两次测测试应尽量量使用同一仪器、、同一标准准进行；(2)由于各种测测试方法都都有一定的的适用范围围，因此必必须根据测测试目的和和现场条件件，选择最最有效的方法法；(3)无论何种方方法，都有有一定的局局限性，故故应尽可能能采用多种方法，，进行综合评评价；(4)测试位置应应尽量选择择有代表性的的部位，测试数量量按有关规规定要求进进行。现场测试一一般具有直直观、代表表性强、工工效高、避避免取样运运输过程中中的扰动等等优点，但但也有不能能测定土的的基本参数数和不易控控制应力状状态等不足足之处，故故有时仍需需辅以一定定的室内试试验。土压力计孔隙水压力力计其它载荷试验静力触探试试验圆锥动力触触探试验均质人工地地基换填垫层法法强夯法排水固结法法1、换土垫层层法换土垫层法法的基本原原理是挖除浅层软软弱土或不不良土，分层碾压或或夯实土，，按回填的的材料可分分为砂（或砂石石）垫层、、碎石垫层层、粉煤灰灰垫层、干干渣垫层、、土（灰土、二二灰）垫层层等。换土垫层法法可提高持力层的承承载力，减少沉降量；消除或部分消消除土的的湿陷性性和胀缩缩性；防止土的冻胀胀作用及及改善土的抗液液化性。。常用机机械碾压压、平板板振动和和重锤夯夯实进行行施工。。适用性该法常用用于基坑面积积宽大和和开挖土土方较大大的回填土土方工程程，一般般适用于于处理浅浅层软弱弱土层（（淤泥质质土、松松散素填填土、杂杂填土、、浜填土土、以及及已完成成自重固固结的冲冲填土等等）与低低洼区域域的填筑筑。一般般处理深深度为2～3m。适用于于处理浅浅层非饱饱和软弱弱土层、、湿陷性性黄土、、膨胀土土、季节节性冻土土、素填填土和杂杂填土。。垫层作用用（1）提高持持力层的的承载力力（2）减少沉沉降量（3）加速软软弱土层层的排水水固结（（砂垫垫层和砂砂石垫层层）（4）防止冻冻胀（孔孔隙大，，不易产产生毛细细现象））（5）消除膨膨胀土的的胀缩作作用通常基坑开挖后，，利用分分层回填填压实，，也可处处理较深深的软弱弱土层，，但经常常由于地地下水位位高而需需要采取取降水措措施；坑壁放坡坡占地面积积大或需需要基坑坑支护，，以及施施工土方方量大、、弃土多多等因素素，从而而使处理理费用增增高、工工期拖长长，因此此换填法法的处理理深度通通常宜控制在在3m以内，也也不宜小小于0.5m，因为垫层层太薄，，则换土土垫层的的作用也也不显著著。深度土的压实实原理垫层设计计1、垫层的的厚度的的确定2、垫层宽宽度的确确定3、垫层承承载力的的确定4、沉降计计算软基换填填路段（（2米片石垫垫层+砂砾换填填+土工格栅栅）图为武汉汉客运专专线基础础设施维维修基地地在咸宁宁站区进进行道岔岔人工换换填及机机械大修修清筛的的场景2、振密、、挤密法法振密、挤挤密法的的原理是是采用一一定的手手段，通通过振动动、挤压压使地基基土体孔孔隙比减减小，强强度提高高，达到到地基处处理的目目的。（1）表层压压实法采用人工工或机械械夯实、、机械碾碾压或振振动对填填土、湿湿陷性黄黄土、松松散无粘粘性土等等软弱或或原来比比较疏松松表层土土进行压压实。也也可采用用分层回回填压实实加固。。适用于含含水量接接近于最最佳含水水量的浅浅层疏松松粘性土土；松散散砂性土土；湿陷陷性黄土土及杂填填土等。。（2）重锤夯夯实法利用重锤锤自由下下落时的的冲击能能来夯击击浅层土土，使其其表面形形成一层层较为均均匀的硬硬壳层。。适用于无无粘性土土、杂填填土、非非饱和粘粘性土及及湿陷性性黄土。。（3）强夯法法利用强大大的夯击击能，迫迫使深层层土液化化和动力力固结，，使土体体密实，，用以提提高地基基土的强强度并降降低其压压缩性，，消除土土的湿陷陷性、胀胀缩性和和液化性性。适用于碎碎石土、、砂土、、素填土土、杂填填土、低低饱和度度的粉土土与粘性性土及湿湿陷性黄黄土。（4）振冲挤挤密法振冲挤密密法一方方面依靠靠振冲器器的强力力振动使使饱和砂砂层发生生液化，，颗粒重重新排列列，孔隙隙比减小小；另一一方面依依靠振冲冲器的水水平振动动力，形形成垂直直孔洞，，在其中中加入回回填料，，使砂层层挤压密密实。适用于砂砂性土和和小于0.005mm的粘粒含含量低于于10％的粘性性土。（5）土桩与与灰土桩桩法是利用打打入钢套套管（或或振动沉沉管、炸炸药爆破破）在地地基中成成孔，通通过挤压压作用，，使地基基土变得得密实，，然后在在孔中分分层填入入素土（（或灰土土）后夯夯实而成成土桩（（或灰土土桩）。。适用于处处理地下下水位以以上的湿湿陷性黄黄土、新新近堆积积黄土、、素填土土和杂填填土。（6）砂桩在松散砂砂土或人人工填土土中设置置砂桩，，能对周周围土体体产生挤挤密作用用或同时时产生振振密作用用。可以以显著提提高地基基强度，，改善地地基的整整体稳定定性，并并减小地地基沉降降量。适用于处处理松砂砂地基和和杂填土土地基。。（7）爆破法法利用爆破破产生振振动使土土体产生生液化和和变形，，从而获获得较大大的密实实度，用用以提高高地基承承载力和和减小沉沉降量。。适用于饱饱和净砂砂、非饱饱和但经经灌水饱饱和的砂砂、粉土土和湿陷陷性黄土土。3、强夯法法强夯法是是20世纪60年代末、、70年代初首首先在法法国发展展起来的的，国外外称之为为动力固固结法，，以区别别于静力力固结法法。它一般是是通过10～40t的重锤采采用10～40m的落距，，对地基基土施加加强大的的冲击能能，在地地基土中中形成冲冲击波和和动应力力，使地地基土压压实和振振密，以以加固地地基土，，达到提提高强度度、降低低压缩性性、改善善砂土的的抗液化化条件、、消除湿湿陷性黄黄土地湿湿陷性的的目的。。安庆石化化800万吨/年炼化一一体化项项目施工工现场检检测强夯夯作业的的深度中央人民民广播电电台维语语编辑部部在乌鲁鲁木齐开开工起源强夯法1969年首次应应用于法法国的Riviera夯实滨海海填土。。该场地地是新近近填筑的的，地表表下为9m厚的碎石石填土，，其下是是12m厚疏松的的砂质粉粉土，场场地土要要求建造造20栋8层的住宅宅楼。如使用桩桩基，60％～70％的负摩摩擦力后用堆载载预压，，堆土5m，在约100kPa压力下，，历时3个月，沉沉降平均均仅20cm，承载力力仅提高高30％，加固固效果不不显著。。后由法国国工程师师L.Menard提出用锤重80kN，落距10m，每击冲击能能800kN··m，总能量1200kJ/m2夯击一遍，地地面沉降了50cm。夯后检测表明明土工指标得得到改善，旁旁压仪的资料料证明土的强强度提高了2～3倍。建造的8层住宅楼竣工工后，其平均均沉降仅为13cm，而差异沉降降可忽略不计计。1971年后该方法在在法国、英国国、德国、瑞瑞典等国家得得到了推广，，各届国际土土力学及基础础工程学会会会议及世界各各地区域性土土力学会议上上，都有大量量论文发表。。我国于1978年11月至1979年初首次由交交通部一航局局科研所及其其协作单位，，在天津新港港三号公路进进行了强夯试试验研究。在初次掌握了了这种方法的的基础上，于于1979年8月又在秦皇岛岛码头堆煤场场细砂地基进进行了试验并并正式使用，，其效果显著著。2009年5月11日上午9时，斯里兰卡卡项目开始了了堆场试夯施施工，此举标标志斯里兰卡卡汉班托塔项项目堆场工程程地基强夯施施工分项正式式开始。本工程强夯施施工工期为6个月，后方堆堆场地基处理理面积为421678.81m2，共分为6个区:A、B、C1、C2、C3、C4。本工程包括括除A区以外的5个区的地基强强夯处理，强强夯施工的总总面积为375025m2，B区强夯施工能能量为4000KN.M，面积为107397m2。C区区强夯施工工能量为3000KN.M，面积为267628m2。强夯法经过30余年的发展，，它已广泛应应用于工业与与民用建筑、、仓库、油罐罐、公路、铁铁路、飞机场场跑道及码头头的地基处理理中，它主要要适用于加固固砂土和碎石土土、低饱和度度粉土与粘性性土、湿陷性性黄土、杂填填土和素填土土等地基。对于饱和粘性土地基，近年来来发展了强夯置换法，这是利用夯夯击能将碎石、矿渣等材料强力挤入地基，在地基基中形成碎石石墩，并与墩墩间土形成碎碎石墩复合地地基，提高地地基承载力和和减小沉降。。强夯置换法法适用于高饱和度的粉粉土与软塑～～流塑的粘性性土等地基上对变变形要求不严严的工程。加固机理宏观机理从加固区区土所受冲击力、应力力波的传播、土的的强度对土加密的影响作出解解释。微观机理，则对冲冲击力作用下下，土微观结构的变化，如土土颗粒的重新新排列、连接接作出解释。。饱和土和非饱和土，饱和土存存在孔隙水排排出土才能压压实固结这一一问题。粘性土和无粘性土，它们的渗渗透性不同，，粘性土存在在固化内聚力力，砂土则不不然。另外对对一些特殊土土，如湿陷性性黄土、填土土、淤泥等。。Leon认为，强夯加加固作用应与与土层在被处处理过程中的的三种不同机机理有关。其一是加密作用，，以空气和气气体的排出为为特征；其二是排水作用，，以孔隙水的的排出为特征征；其三是预加变形作作用，以各种种颗粒成分在在结构上的重重新排列以及及颗粒结构和和形态的改变变为特征。由于加固地基基土地复杂性性，他认为不不可能建立对对各类地基具具有普遍意义义的理论。目前普遍一致致的看法认为为，经强夯后后，土强度提提高过程可分分为四个阶段段：①夯击能量转转化，同时伴伴随强制压缩缩或振密（包包括气体的排排出、孔隙水水压力上升））；②土体液化或或土体结构破破坏（表现为为土体强度降降低或抗剪强强度尚失）；；③排水固结压压密（表现为为渗透性能改改变土体裂隙隙发展、土体体强度提高））；④触变恢复并并伴随固结压压密（包括部部分自由水又又变成薄膜水水，土的强度度继续提高））。其中第①阶段段是瞬时发生生的，第④阶阶段是强夯终终止后很长时时间才能达到到的（可长达达几个月以上上），中间两两个阶段则介介于上述两者者之间。饱和土的加固固机理摩擦液气不定比弹簧裂隙排水强夯机理研究究中还有一个个必须研究的的内容就是夯击能量的传递，即即确定夯击能能量中真正用用于加固地基基的那部分能能量和该部分分能量如何加加固地基。7%26%67%土强度增长和和孔隙水压力力变化动力固结理论论与静力固结结理论（1）荷载与沉降的关系具有滞滞后效应；（2）由于土中气气泡的存在，，孔隙水具有有压缩性；（3）土颗粒骨架架的压缩模量在夯击过程中中不断改变，，渗透系数亦亦随时间而变变化。非饱和土的加加固机理采用强夯加固固多孔隙、粗粗颗粒、非饱饱和土是基于于动力密实的机理，即冲冲击型动力荷荷载使土体的的孔隙体积减少少，土体变得得密实，从而而提高地基土土地强度。非饱和土地夯夯实过程就是是土中气相（（空气）被挤挤出的过程，，其夯实变形形主要是由于于土颗粒的相对对位移引起的。饱和粘性土的的强夯加固微微观机理非饱和土的强强夯加固微观观机理黄土湿陷是架架空孔隙的存存在和胶结程程度差等在内内的各种内因因和外因共同同作用的结果果。微结构强夯置换法机机理强夯置换是利利用强夯能量量将碎石、矿渣渣等物理力学性性能较好的粗粗粒强制挤入地基，主要通过置换换作用来达到到加固地基的的目的，它主主要用于处理理饱和粘性土土。强夯置换可分为整式置置换和桩式置置换。用得较较多的是桩式式置换，其作用机理类类似于砂石桩桩。在置换过程中中，土体结构构破坏，地基基土体中产生生超孔隙水压压力，随着时时间发展土体体强度恢复，，同时由于碎碎石墩具有较较好的透水性性，利用超孔孔隙水压力消消散产生固结结。这样，通通过置换挤密密及排水固结结作用，碎石石墩和墩间土土形成碎石墩墩复合地基，，提高地基承承载力和减小小沉降。整式置换是置换率要求求较大时，以以密集的群点点进行置换，，使被置换土土体整体向两两侧或四周排排出，置换体体连成统一整整体，构成置置换层，其作用机理类类似于换土垫垫层。整式置换后的的双层状地基基，其变形和和强度性状取取决于置换材材料的性质又又取决于置换换层的厚度和和下卧层的性性质。设计有效加固深度度《建筑地基处理理技术规范》JGJ79－2002建议了其取值值范围单击夯击能夯锤的平面一一般有圆形和和方形，又分分气孔式和封封闭式。锤底底面积宜按土土的性质确定定，对砂性土土一般为3～4m2，对粘性土不不宜小于6m2。锤底静接地地压力可取25～40kPa。锤重一般10～40t，落距8～25m。对相同的夯夯击能量，常常选用大落距距方案，这样样能获得较大大的接地速度度，将能量的的大部分有效效地传到地下下深处，增加加深层夯实效效果，减小消消耗在地表土土层塑性变形形的能量。最佳夯击能从理论上讲，，在最佳夯击击能作用下，，地基土中出出现的孔隙水压力达达到土的自重重压力，这样的夯击击能称为最佳佳夯击能。在粘性土中，由于孔隙隙水压消散慢慢，当夯击能能逐渐增大时时，孔隙水压压力相应地叠叠加，因此可可根据孔隙水水压力的叠加加来确定最佳佳夯击能。在砂性土中，孔隙水压压力增长及消消散过程仅为为几分钟，因因此孔隙水压压力不能随夯夯击能增加而而叠加，可根根据最大孔隙水压压力增量与夯夯击次数关系来确定最最佳夯击能。。夯击遍数夯击遍数应根根据地基土的的性质确定。。一般来说，，由粗颗粒土土组成的渗透透性强的地基基，夯击遍数数可少些。反之，由细颗颗粒土组成的的渗透性弱的的地基，夯击击遍数要求多多些。根据工程实践践经验，一般般可采用点夯夯2～3遍，对于渗透透性较差的细细颗粒土，必必要时夯击遍遍数可适当增增加。最后再再以低能量满满夯2遍。间歇时时间两遍夯夯击之之间的的间隔隔时间间取决决于土土中超超静孔孔隙水水压力力的消消散时时间。。但土中中超静静孔隙隙水压压力的的消散散速率率与土的类类别、、夯点点间距距等有关。。有条条件时时最好好能在在试夯夯前埋埋设孔孔隙水水压力力传感感器，，通过过试夯夯确定定超静静孔隙隙水压压力的的消散散时间间，从从而决决定两两遍夯夯击之之间的的间隔隔时间间。当缺少少实测测资料料时，，可根根据地地基土土的渗渗透性性确定定，对对于渗渗透性性较差差的粘粘性土土地基基，间间隔时时间不不应少少于3～4周；对对于渗渗透性性好的的地基基，超超孔隙隙水压压力消消散很很快，，夯完完一遍遍，第第二遍遍可连连续夯夯击。。夯击点点布置置处理范范围由于基基础的的应力力扩散散作用用，强强夯处处理范范围应应大于于建（（构））筑物物基础础范围围，具具体放放大范范围可可根据据建筑筑结构构类型型和重重要性性等因因素考考虑确确定。。对于一一般建建筑物物，每每边超超出基基础外外缘的的宽度度宜为为基底底下设设计处处理深深度的的1/2至2/3，并不不宜小小于3m。承载力力确定定强夯地地基承承载力力特征征值应应通过过现场场载荷荷试验验确定定,初步设设计时时也可可根据据夯后后原位位测和和土工工试验验指标标按现现行国国家标标准《建筑地地基基基础设设计规规范》GB50007有关规规定确确定。。现场测测试设设计地面沉沉降观观测孔隙水水压力力观测测强夯振振动影影响范范围观观测（（夯击击和间间歇））深层沉沉降和和侧向向位移移测试试强夯置置换法法处理深深度：：深度度不宜宜超过过7m。墩体材材料：：墩墩体材材料可可采用用级配配良好好的块块石、、碎石石、矿矿渣、、建筑筑垃圾圾等坚坚硬粗粗颗粒粒材料料，粒粒径大大于300mm的颗粒粒含量量不宜宜超过过全重重的30％。夯击次次数：：夯夯点的的夯击击次数数应通通过现现场试试夯确确定，，且应应同时时满足足下列列条件件：（1）墩底底穿透透软弱弱土层层，且且达到到设计计墩长长；（2）累计计夯沉沉量为为设计计墩长长的1.5～2.0倍；处理范范围：：处理理范围围应大大于基基础范范围。。强夯法法工程程实例例工程地地质情情况如如下：：自上上而下下第1层为黄黄褐色色粉质质粘土土和粉粉土，，夹有有粉砂砂透镜镜体，，层厚厚一般般为1.5～3.0m，最厚厚4.0m，最薄薄1.0m。第2层由灰灰褐色色粉、、细砂砂、中中砂组组成，，夹有有粉土土透镜镜体，，层厚厚一般般为4.4～7.4m，最厚厚为8