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地基基礎(chǔ)和地下空間工程技術(shù)（上）
發(fā)布時間：2014-08-05
1. 地基基礎(chǔ)和地下空間工程技術(shù) 1.1 樁基新技術(shù)
1.1.1 灌注樁后注漿技術(shù)
(1) 主要技術(shù)內(nèi)容
在鋼筋籠上預(yù)埋注漿管和注漿閥，在成樁后一定時間內(nèi)實(shí)施樁側(cè)和樁底后注漿，一是加固樁底沉渣和樁側(cè)泥皮；二是對樁底和樁側(cè)一定范圍的土體通過滲入(粗粒土)、劈裂(細(xì)粒土)和壓密(非飽和松散土)注漿起到加固作用，從而增強(qiáng)樁側(cè)阻力和樁端阻力，提高單樁承載力，減小沉降。在優(yōu)化工藝參數(shù)的條件下，可使單樁承載力提高40％～120％，粗粒土增幅高于細(xì)粒土，軟土增幅最小，樁側(cè)樁底復(fù)式注漿高于樁底注漿；樁基沉降減小30％左右。
(2)技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)地層性質(zhì)、樁長、承載力增幅和樁的使用功能(抗壓、抗拔)等因素，灌注樁后注漿可采用樁底注漿、樁側(cè)注漿、樁側(cè)樁底復(fù)式注漿。主要技術(shù)指標(biāo)為：
漿液水灰比：地下水位以下0.45～0.7，地下水位以上O.7～O.9
最大注漿壓力：軟土層2 MPa，軟土層4～8 MPa，風(fēng)化巖10～16MPa。
注漿水泥量：Gc＝αpd(樁端)+ αsnd(樁側(cè))
αp＝1.5～1.8，αs＝0.5～0.7
n一樁側(cè)注漿斷面數(shù) d一樁徑(m)
實(shí)際工程中，以上參數(shù)根據(jù)土的類別、土的飽和度、樁的尺寸、承載力增幅等因素適當(dāng)調(diào)整，并通過現(xiàn)場試注漿最終確定。
(3)適用范圍
適用于泥漿護(hù)壁鉆、挖孔灌注樁及干作業(yè)鉆、挖孔灌注樁。
(4)已應(yīng)用的典型工程
該技術(shù)已在北京、天津、上海、福州、汕頭、武漢、宜春、濟(jì)南、廊坊、西寧、西安、德州、哈爾濱等地200余項(xiàng)高層、超高層建筑樁基工程中應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，據(jù)對80項(xiàng)工程的初步統(tǒng)計，節(jié)約工程投資1.5億元以上。對于單樁混凝土體積8-20m3的樁，每根可節(jié)約造價0.2～O.8萬元，具有極好的應(yīng)用前景。
該技術(shù)由中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所研發(fā)，獲2項(xiàng)發(fā)明專利，2000年建設(shè)部認(rèn)定其為國家工法。
1.1.2 長螺旋水下灌注成樁技術(shù)
(1) 主要技術(shù)內(nèi)容
長螺旋水下成樁技術(shù)是采用長螺旋鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計標(biāo)高，利用混凝土泵將混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提鉆直至成樁，然后利用專門振動裝置將鋼筋籠一次插入樁體，形成鋼筋混凝土灌注樁。后插鋼筋籠應(yīng)與壓灌混凝土宜連續(xù)進(jìn)行。與普通水下灌注樁施工工藝相比，長螺旋水下成樁施工，由于不需要泥漿護(hù)壁，無泥皮，無沉渣，無泥漿污染，施工速度快，造價低。
(2) 技術(shù)指標(biāo)
基樁承載力：設(shè)計要求；
樁 徑：設(shè)計要求；
樁 長：設(shè)計要求；
樁 垂 直 度：≤1％；
混 凝土強(qiáng) 度：滿足設(shè)計要求，不小于C20；
混凝土塌落度：宜為200～220mm；
提 鉆 速 度：宜為1.2～1.5m/min；
鋼 筋 籠：設(shè)計要求，應(yīng)具有一定剛度。
(3)適用范圍
適用于灌注樁水下施工。
(4)已應(yīng)用典型工程
該技術(shù)為一項(xiàng)灌注樁施工新技術(shù)，已在北京、天津、唐山等地10多項(xiàng)工程中應(yīng)用，受到建設(shè)單位、設(shè)計單位和施工單位的歡迎，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有極好的應(yīng)用前景。
該技術(shù)由中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所研發(fā)并獲發(fā)明專利。
1.2 地基處理技術(shù)
1.2.1 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復(fù)合地基成套技術(shù)
(1)主要技術(shù)內(nèi)容
水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁(簡稱CFG樁)，通過在基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置一定厚度的褥墊層保證樁、土共同承擔(dān)荷載，使樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。樁端持力層應(yīng)選擇承載力相對較高的土層。水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基具有承載力提高幅度大，地基變形小等特點(diǎn)，并具有較大的使用范圍。
(2)技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)工程實(shí)際情況，水泥粉煤灰碎石樁常用的施工工藝包括長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁、振動沉管灌注成樁和長螺旋鉆孔灌注成樁。主要技術(shù)指標(biāo)為：
地基承載力：設(shè)計要求；
樁 徑：宜取350～600mm；
樁 長：設(shè)計要求，樁端持力層應(yīng)選擇承載力相對較高的土層；
樁身強(qiáng)度：混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，通常≥C15；
樁間距：宜3～5倍樁徑；
樁垂直度：≤1.5％；
褥墊層：宜用中砂、粗砂、碎石或級配砂石等，不宜選用卵石，最大粒徑不宜大于30mm。厚度150～300mm，夯填度≤0.9。
實(shí)際工程中，以上參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)類型、地基承載力和變形要求等條件或現(xiàn)場試驗(yàn)確定。
(3)適用范圍
適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。對淤泥質(zhì)土應(yīng)按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。就基礎(chǔ)形式而言，既可用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)，又可用于箱形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)。
(4)應(yīng)用情況
該技術(shù)已在北京、天津、廊坊、石家莊、唐山、成都、南寧、深圳、德州、長春、哈爾濱、新疆等地多層、高層建筑、工業(yè)廠房地基處理工程中廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有極好的應(yīng)用前景。
1.2.2 夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基成套技術(shù)
(1)主要技術(shù)內(nèi)容
夯實(shí)水泥土樁是用人工或機(jī)械成孔，選用相對單一的土質(zhì)材料，與水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，分層向孔內(nèi)回填并強(qiáng)力夯實(shí)，制成均勻的水泥土樁。通過在基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置一定厚度的褥墊層，使樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成復(fù)合地基。由于夯實(shí)中形成的高密度及水泥土本身的強(qiáng)度，與攪拌水泥土樁相比，夯實(shí)水泥土樁樁體有較高強(qiáng)度。夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基具有樁身強(qiáng)度均勻、施工速度快、不受場地的影響、造價低、無污染等特點(diǎn)。
(2)技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)工程實(shí)際情況，夯實(shí)水泥土樁成孔可采用機(jī)械成孔(擠土、不擠土) 或人工成孔，混合料夯填可采用人工夯填和機(jī)械夯填。技術(shù)指標(biāo)為：
地基承載力：設(shè)計要求；
樁 徑：宜為300～600mm；
樁 長：設(shè)計要求，人工成孔，深度不宜超過6m；
樁 距：宜為2～4倍樁徑；
樁 垂直 度：≤1.5％；
樁體干密度：設(shè)計要求；
混合料配比：設(shè)計要求；
混合料含水率：人工夯實(shí)土料最優(yōu)含水率Wop+(1～2)；
機(jī)械夯實(shí)土料最優(yōu)含水率Wop-(1～2)；
混合料壓實(shí)系數(shù)：≥O.93；
褥墊層：宜用中砂、粗砂、碎石等，最大粒徑不宜大于20mm。
厚度1OO～300mm，夯填度≤0.9。
實(shí)際工程中，以上參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)類型、地基承載力和變形要求等條件或現(xiàn)場試驗(yàn)確定。
(3)適用范圍
適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。處理深度不宜超過10m。
(4)應(yīng)用典型工程
夯實(shí)水泥土樁技術(shù)自開發(fā)應(yīng)用以來，就受到建設(shè)單位、設(shè)計單位的歡迎，目前已在華北地區(qū)廣泛應(yīng)用，已處理工程數(shù)千項(xiàng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
1.2.3 真空預(yù)壓法加固軟基技術(shù)
(1)主要技術(shù)內(nèi)容
真空預(yù)壓法是在需要加固的軟粘土地基內(nèi)設(shè)置砂井或塑料排水板，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，其上覆蓋不透氣的密封膜使與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜內(nèi)空氣排出，因而在膜內(nèi)外產(chǎn)生一個氣壓差，這部分氣壓差即變成作用于地基上的荷載。地基隨著等向應(yīng)力的增加而固結(jié)。抽真空前，土中的有效應(yīng)力等于土的自重應(yīng)力，抽真空后，土體完成固結(jié)時，真空壓力完全轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力。
(2)技術(shù)指標(biāo)
該加固方法的技術(shù)指標(biāo)有：密封膜內(nèi)的真空度、加固土層要求達(dá)到的平均固結(jié)度、加固區(qū)的沉降值。當(dāng)采用合理的施工工藝和設(shè)備，膜內(nèi)真空度一般可維持相當(dāng)于80kPa的真空壓力；加固區(qū)要求達(dá)到的平均固結(jié)度，一般可采用80％的固結(jié)度，如工期許可，也可采用更大一些的固結(jié)度作為設(shè)計要求達(dá)到的固結(jié)度；先計算加固前建筑物荷載作用下天然地基的沉降量，然后計算真空預(yù)壓期間完成的沉降量，兩者之差即為預(yù)壓后建筑物使用荷載作用下可能發(fā)生的沉降。
(3) 適用范圍
該地基加固方法適用于軟粘土的地基加固，在我國廣泛存在著海相、湖相 及河相沉積的軟弱粘土層。這種土的特點(diǎn)是含水量大、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差。在建筑物荷載作用下會產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和沉降差。對于該種地基，尤其是大面積處理時，如在該地基上建造碼頭、機(jī)場等，真空預(yù)壓法是處理軟粘土地基的有效方法之一。
(4) 已應(yīng)用的典型工程
黃驊港碼頭、深圳福田開發(fā)區(qū)、天津塘沽開發(fā)區(qū)、深圳寶安大道等。
1.2.4 強(qiáng)夯法處理大塊石高填方地基
(1) 主要技術(shù)內(nèi)容
強(qiáng)夯法處理大塊石高填方地基方法主要是指強(qiáng)夯置換法，與其他地基處理 方法相比具有費(fèi)用低、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，分整式置換和樁式置換二種方法。整式置換法是用強(qiáng)夯的沖擊能將軟弱土擠開置換成塊石層，其機(jī)理與換填墊層法作用相似。樁式置換法是采用巨大的夯擊能量將塊石夯穿被加固土層并使塊石沉底形成樁體，并與周圍土體形成復(fù)合地基。由于樁體的加筋作用，地基中應(yīng)力向樁體集中，使其分擔(dān)了大部分基底傳來的荷載；同時樁體的存在也使得土體中由于強(qiáng)夯引起的超靜水孔隙水壓力迅速消散，加快土體固結(jié)，提高土體抗剪強(qiáng)度，從而復(fù)合地基承載力相應(yīng)提高。
(2) 技術(shù)指標(biāo)
①夯擊能量：單擊夯擊能量按Menard公式進(jìn)行估算，錘底單位面積靜壓力不得小于100kN/m2。整式置換法單位夯擊能不宜小于1500kN?m/m2；樁式置換法單位夯擊能不宜小于300kN?m/m2。
②夯擊次數(shù)：通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，整式置換法宜控制在最后一擊夯沉量不大于50mm；樁式置換法宜控制在最后一擊夯沉量不大于200mm。
③夯點(diǎn)間距：夯點(diǎn)位置可按三角形、正方形布置。
整式置換法的夯點(diǎn)間距S=D+(O.3～0.4)H；
樁式置換法的夯點(diǎn)間距S=2～3D；D為錘徑，H為加固深度。
④夯沉量：每陣夯沉量不宜大于0.8倍錘高，累計夯沉量宜為1.5～2.OH。
⑤加固寬度：每邊應(yīng)超出基礎(chǔ)外邊緣(0.5～1.O)H，且不小于3m。
(3) 適用范圍
強(qiáng)夯置換法適用于坐落在回填土、碎石土、濕陷性黃土、粘土、粉土、淤泥質(zhì)土、淤泥等多種土層的工業(yè)與民用建筑，加固深度不宜超過7m。
(4) 已應(yīng)用的典型工程
已應(yīng)用的代表性工程有深圳國際機(jī)場停機(jī)坪、深圳西部通道工程等。
1.2.5 爆破擠淤法技術(shù)
(1) 主要技術(shù)內(nèi)容
通過爆炸沖擊作用降低淤泥結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度，同時利用拋石體本身的自重使爆前處于平衡狀態(tài)的拋石體向強(qiáng)度降低處的淤泥內(nèi)滑移，達(dá)到泥、石置換的目的。首先沿堤軸線陸上拋填達(dá)到爆炸處理的設(shè)計高程與寬度(見圖1)，形成爆前拋石堤縱斷面線(1)，然后在拋石堤前端“泥一石”交界面(2)前方一定位置、一定深度處的淤泥層內(nèi)埋置單排群藥包(3)，引爆群藥包，在淤泥內(nèi)形成爆炸空腔，拋石體隨即坍塌充填空腔形成“石舌”，同時拋石體前方和下方一定范圍內(nèi)的淤泥被爆炸弱化，強(qiáng)度降低，拋石體下沉滑移擠淤。
隨后進(jìn)行拋石，當(dāng)淤泥內(nèi)剪應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時，拋石體沿定向滑移線(6)朝前方定向滑移，達(dá)到新的平衡后滑移停止。繼續(xù)加高拋填，從而又出現(xiàn)新的定向滑移下沉，如此反復(fù)出現(xiàn)多次，直到拋石堤穩(wěn)定為止，此時單循環(huán)結(jié)束。另外，當(dāng)新的循環(huán)開始時，其爆炸作用對已形成的拋石體仍有密實(shí)和擠淤作用。
圖略
說明：(1)一爆前拋石堤縱斷面線；{2)一拋石堤前方“泥一石”交界面；
(3)一單排群藥包；(4)一爆后拋石堤斷面線；－藥包；
(5)一爆后重新拋石形成的斷面線；(6)一拋石堤定向滑移方向；
圖1 爆破擠淤法示意圖
(2) 技術(shù)指標(biāo)
①爆破參數(shù)設(shè)計
1) 藥量計算
I 線藥量q(kg/m)
qL=qo?LH?Hmw
Hmw＝Hm+γw/γm?Hw
式中：LH一單循環(huán)進(jìn)尺量，一般為4～7m；
Hmw一計入覆蓋水深的折算淤泥深度，m；
Hm一淤泥深度，m；
Hw一覆蓋水深，即淤泥面以上的水深，m；
qO一爆破擠淤法單耗，即爆除單位體積淤泥所需的藥量(kg/m3)，一般為O.6～1.0。
γw一水重度(kN/m3)；
γm一水重度(kN/m3)；
II單次爆炸藥量Q
Q=(O.8～1.2)B?q
式中：B-堤頭處寬度，m。
2)藥包埋深Hb
Hb=(O.2～O.45)Hmw
3)藥包間距a
一般取為2.0～3.0m。
4)群藥包布藥寬度Lb
Lb：(O.8～1.2)B，m
堤頭、堤側(cè)爆炸處理參數(shù)的計算基本一致，一次起爆的總藥量應(yīng)根據(jù)爆破安全要求進(jìn)行適當(dāng)控制。
②爆破施工
1)爆破施工流程
施工的主要設(shè)備為水上布藥船或陸上裝藥機(jī)。爆破擠淤施工的主要流程如下：
I 用汽車與推土機(jī)拋填石料達(dá)到爆炸處理的堤頂高程和擬拋填斷面寬度。
II 在堤頭拋填體前方“泥～石”交界面一定距離處，利用裝藥機(jī)械按設(shè)計位置將群藥包埋于淤泥中。
III 引爆炸藥，堤頭拋石體向前方滑移跨落，形成“爆炸石舌”。
IV 馬上進(jìn)行下循環(huán)拋填，此時由于淤泥被強(qiáng)烈擾動后，強(qiáng)度大大降低，可出現(xiàn)多次“拋填一定向滑移下沉”循環(huán)。當(dāng)拋填達(dá)到設(shè)計斷面時，進(jìn)行下循環(huán)裝藥放炮。以后的過程就是“拋填-裝藥-引爆”的重復(fù)循環(huán)，一次循環(huán)進(jìn)尺為5～7m，依淤泥性質(zhì)和現(xiàn)場試驗(yàn)而定。
V 在拋石堤進(jìn)尺達(dá)到50m以上時，進(jìn)行兩側(cè)埋藥爆炸處理。經(jīng)兩側(cè)爆炸處理后，堤寬達(dá)到設(shè)計寬度，兩側(cè)拋石堤落底寬度增加，達(dá)到設(shè)計斷面，并基本落底于下臥持力層上，日趨穩(wěn)定。
2)質(zhì)量檢查
在施工期和竣工期均應(yīng)進(jìn)行檢查。可選用以下檢查方法：
I 體積平衡法一般在施工期采用，適用于具備拋填計算條件，拋填石料流失量較小的工程。根據(jù)實(shí)測方量及斷面測量資料推算置換范圍及深度。
II鉆孔探測法適用于一般性工程。在拋石堤橫斷面上布置鉆孔，斷面間距宜取100-5OOm，不少于3個斷面；每斷面布置鉆孔卜3個，全斷面布置3個鉆孔的斷面數(shù)不少于總斷面的一半。鉆孔應(yīng)揭示拋填體厚度、混合層厚度，并深入下臥層不少于2m。
III物探法適用于一般性工程，應(yīng)與鉆孔探測法配合使用。
③爆破安全
1) 爆破震動
《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)6.2.2條規(guī)定了爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)。在重要建(構(gòu))筑物附近進(jìn)行爆破時，必須進(jìn)行爆破震動監(jiān)測。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)規(guī)定，爆破震動速度可按照下式進(jìn)行預(yù)測。
V＝K（3√Q/R）α
式中：V-爆破震動速度，cm/s；
K、α-與爆破地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)；
R-爆源距測點(diǎn)間距離，m。
通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，回歸出符合當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件的震動速度公式進(jìn)行預(yù)測。缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)時，可按表1進(jìn)行K、α值的選取。
表1 K、α值
爆區(qū)地質(zhì) K α
天然巖石地基 400 1.35
拋填強(qiáng)夯地基 500 1.43
拋填石料地基 450 1.65
2)水中沖擊波安全距離
爆破時水中沖擊波安全距離可參照《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)6.3.6之規(guī)定進(jìn)行。
(3) 適用范圍
目前國內(nèi)采用爆破擠淤法置換淤泥軟基的厚度一般在4～20m，對于淤泥厚度小于4m時，可與拋石擠淤、強(qiáng)夯擠淤比較，大于20m時，須進(jìn)行論證。
(4)已有的典型工程
該技術(shù)在海軍16642工程防波堤、連云港西大堤、浙江嵊泗中心漁港防波堤、大連港東區(qū)圍堤、珠海電廠陸域圍堤、浙江玉環(huán)坎門漁港防波堤、深圳濱海大道、廣東汕頭華能電廠以及深港西部通道等上百項(xiàng)工程中被成功采用。該技術(shù)具有工期短、造價少及工后沉降量小等特點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益極其顯著，具有極好的應(yīng)用前景。
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