地基与基础工程施工技术

一、灰土桩地基

灰土挤密桩是利用锤击将钢管打入土中侧向挤密成孔，将管拔出后，在桩孔中分层回填2∶ 8或3∶ 7灰土夯实而成，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。

(一)特点及适用范围

灰土挤密桩与其他地基处理方法比较，有以下特点: 灰土挤密桩成桩时为横向挤密，可同样达到所要求加密处理后的最大干密度指标，可消除地基土的湿陷性，提高承载力，降低压缩性; 与换土垫层相比，不需大量开挖回填，可节省土方开挖和回填土方工程量，工期可缩短50%以上; 处理深度较大，可达12～15m; 可就地取材，应用廉价材料，降低工程造价2/3; 机具简单，施工方便，工效高; 适于加固地下水位以上、天然含水量12%～25%、厚度5～15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基。当地基土含水量大于23%及其饱和度大于0.65时，打管成孔质量不好，且易对邻近已回填的桩体造成破坏，拔管后容易缩颈，遇此情况不宜采用灰土挤密桩。

灰土强度较高，桩身强度大于周围地基土，可以分担较大部分荷载，使桩间土承受的应力减小，而到深度2～4m以下则与土桩地基相似。一般情况下，如为了消除地基湿陷性或提高地基的承载力或水稳性，降低压缩性，可选用灰土桩。

(二)桩的构造和布置

1. 桩孔直径

根据工程量、挤密效果、施工设备、成孔方法及经济等情况而定，一般选用300～600mm。

2. 桩长

根据土质情况、桩处理地基的深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般为5～15m。

3. 桩距和排距

桩孔一般按等边三角形布置，其间距和排距由设计确定。

4. 处理宽度

处理地基的宽度一般大于基础的宽度，由设计确定。

5. 地基的承载力和压缩模量

灰土挤密桩处理地基的承载力标准值，应由设计通过原位测试或结合当地经验确定。

灰土挤密桩地基的压缩模量应通过试验或结合本地经验确定。

(三)机具设备及材料要求

1. 成孔设备

一般采用0.6t或1.2t柴油打桩机或自制锤击式打桩机，也可采用冲击钻机或洛阳铲成孔。

2. 夯实机具

常用夯实机具有偏心轮夹杆式夯实机和卷扬机提升式夯实机两种，后者在工程中应用较多。夯锤用铸钢制成，重量一般选用100～300kg，其竖向投影面积的静压力不小于20kPa。夯锤最大部分的直径应较桩孔直径小100～150mm，以便填料顺利通过夯锤四周。夯锤形状下端应为抛物线形锥体或尖锥形锥体，上段成弧形。

3. 桩孔内的填料

桩孔内的填料应根据工程要求或处理地基的目的确定。土料、石灰质量要求和工艺要求、含水量控制等同灰土垫层的要求。夯实质量应用压实系数λc控制，λc应不小于0.97。

(四)施工工艺方法要点

(1)施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。

(2)桩施工一般采取先将基坑挖好，预留20～30cm土层，然后在坑内施工灰土桩。桩的成孔方法可根据现场机具条件选用沉管(振动、锤击)法、爆扩法、冲击法或洛阳铲成孔法等。沉管法是用打桩机将与桩孔同直径的钢管打入土中，使土向孔的周围挤密，然后缓慢拔管成孔。桩管(图4-17)顶设桩帽，下端作成锥形约成60°角，桩尖可以上下活动，以利空气流动，可减少拔管时的阻力，避免坍孔。成孔后，应及时拔出桩管，不应在土中搁置时间过长。成孔施工时，地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12%时，宜加水增湿至最优含水量。该方法简单易行，孔壁光滑平整，挤密效果好，应用最广，但处理深度受桩架限制，一般不超过8m。爆扩法是用钢钎打入土中，形成直径为25～40mm的孔或用洛阳铲打成直径为60～80mm的孔，然后在孔中装入条形炸药卷和2～3个雷管，爆扩成直径20～45cm。该方法工艺简单，但孔径不易控制。冲击法是使用冲击钻钻孔，将0.6～3.2t重锥形锤头提升0.5～2.0m高后落下，反复冲击成孔，用泥浆护壁，直径可达50～60cm，深度可达15m以上，适于处理湿陷性较大的土层。

图4-17 桩管构造

1—φ275mm无缝钢管; 2—φ300mm×10mm无缝钢管; 3—活动桩尖;

4—10mm厚封头板(设φ300mm排气孔); 5—φ45mm管焊于桩管内，穿M40螺栓; 6—重块

(3)桩施工顺序应先外排后里排，同排内应间隔1～2孔进行; 对大型工程可采取分段施工，以免因振动挤压造成相邻孔缩孔或坍孔。成孔后，应清底夯实、夯平，夯实次数不少于8击，并立即夯填灰土。

(4)桩孔应分层回填夯实，每次回填厚度为250～400mm，人工夯实用重25kg，带长柄的混凝土锤，机械夯实用偏心轮夹杆或夯实机或卷扬机提升式夯实机(图4-18)，或链条传动摩擦轮提升连续式夯实机，一般落锤高度不小于2m，每层夯实不少于10锤。施打时，逐层以量斗定量向孔内下料，逐层夯实。当采用连续夯实机时，则将灰土用铁锹不间断地下料，每下两锹夯两击，均匀地向桩孔下料、夯实。桩顶应高出设计标高15cm，挖土时，将高出部分铲除。

(5)当孔底出现饱和软弱土层时，可加大成孔间距，以防由于振动而造成已打好的桩孔内挤塞; 当孔底有地下水流入时，可采用井点降水后再回填填料或向桩孔内填入一定数量的干砖渣和石灰，经夯实后再分层填入填料。

灰土桩施工如图4-19和图4-20所示。

(五)质量控制

(1)施工前，应对土及灰土的质量、桩孔放样位置等进行检查。

(2)施工中，应对桩孔直径、桩孔深度、夯击次数、填料的含水量等进行检查。

(3)施工结束后，应对成桩的质量及地基承载力进行检验。

(4)灰土挤密桩地基质量检验标准见表4-10。

图4-18 灰土桩夯实机构造(桩直径350mm)

—机架; 2—铸钢夯锤，重45kg; 3—1t卷扬机; 4—桩孔

图4-19 灰土桩施工现场

图4-20 施工完的灰土桩

表4-10 灰土挤密桩地垂质量检验标准

续表

注: 桩径允许偏差负值是指个别断面。

二、砂石桩地基

砂桩和砂石桩统称砂石桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或砂卵石(或砾石、碎石)挤压入土孔中，形成大直径的砂或砂卵石(碎石)所构成的密实桩体，它是处理软弱地基的一种常用的方法。这种方法经济、简单且有效。对于松砂地基，可通过挤压、振动等作用，使地基达到密实，从而增加地基承载力，降低孔隙比，减少建筑物沉降，提高砂基抵抗震动液化的能力; 对于软黏土地基，可起到置换和排水砂井的作用，加速土的固结，形成置换桩与固结后软黏土的复合地基，显著地提高地基抗剪强度; 而且，这种桩施工机具常规，操作工艺简单，可节省水泥、钢材，就地使用廉价地方材料，速度快，工程成本低，故应用较为广泛，适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基，对建在饱和黏性土地基上主要不以变形控制的工程，也可采用砂石桩做置换处理。

(一)一般构造要求与布置

1. 桩的直径

桩的直径根据土质类别、成孔机具设备条件和工程情况等而定，一般为30cm，最大为50～80cm，对饱和黏性土地基，宜选用较大的直径。

2. 桩的长度

当地基中的松散土层厚度不大时，桩长可穿透整个松散土层; 当厚度较大时，桩长则应根据建筑物地基的允许变形值和不小于最危险滑动面的深度来确定; 对于液化砂层，桩长应穿透可液化层。

3. 桩的布置和桩距

桩的平面布置宜采用等边三角形或正方形。桩距应通过现场试验确定，但不宜大于砂石桩直径的4倍。

4. 处理宽度

挤密地基的宽度应超出基础的宽度，每边放宽不应少于1～3排; 砂石桩用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并且不应小于5m。当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2，并且不应小于3m。

5. 垫层

在砂石桩顶面应铺设30～50cm厚的砂或砂砾石(碎石)垫层，满布于基底并予以压实，以起扩散应力和排水作用。

6. 地基的承载力和变形模量

砂石桩处理的复合地基承载力和变形模量可按现场复合地基载荷试验确定，也可用单桩和桩间土的载荷试验按振冲地基的方法计算确定。

7. 机具设备及材料要求

(1)振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机，其型号及技术性能参见前述内容。配套机具有桩管、吊斗、1t机动翻斗车等。

(2)桩填料用天然级配的中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等，含泥量不大于5%，并且不宜含有大于50mm的颗粒。

(二)施工工艺方法要点

(1)打砂石桩地基表面会产生松动或隆起，砂石桩施工标高要比基础底面高1～2m，以便在开挖基坑时消除表层松土; 如基坑底仍不够密实，可辅以人工夯实或机械碾压。

(2)砂石桩的施工顺序，应从外围或两侧向中间进行，如砂石桩间距较大，也可逐排进行，以挤密为主的砂石桩同一排应间隔进行。

图4-21 振动打桩机打砂石桩

1—桩机导架; 2—减震器; 3—振动锤; 4—桩管; 5—活瓣桩尖;

6—装砂石下料斗; 7—机座; 8—活门开启限位装里; 9—锁轴

(3)砂石桩成桩工艺有振动成桩法和锤击成桩法两种。振动法是采用振动沉桩机将带活瓣桩尖的砂石桩同直径的钢管沉下，往桩管内灌砂石后，边振动边缓慢拔出桩管; 或在振动拔管的过程中，每拔0.5m高停拔，振动20～30s; 或将桩管压下然后再拔，以便将落入桩孔内的砂石压实，并可使桩径扩大。振动力以30～70k N为宜，不应太大，以防过分扰动土体。拔管速度应控制在1.0～1.5m/min范围内，打直径500～700mm砂石桩通常采用大吨位KM2－1200A型振动打桩机(图4-21)施工，因振动是垂直方向的，所以桩径扩大有限。振动法机械化、自动化水平和生产效率较高(150～200m/d)，适用于松散砂土和软黏土。锤击法是将带有活瓣桩靴或混凝土桩尖的桩管，用锤击沉桩机打入土中，往桩管内灌砂后缓慢拔出，或在拔出过程中低锤击管，或将桩管压下再拔，砂石从桩管内排入桩孔成桩并使密实。由于桩管对土的冲击力作用，使桩周围土得到挤密，并使桩径向外扩展。但拔管不能过快，以免形成中断、缩颈而造成事故。对特别软弱的土层，可采取二次打入桩管灌砂石工艺，形成扩大砂石桩。如缺乏锤击沉管机，可采用蒸汽锤、落锤或柴油打桩机沉桩管，另配一台起重机拔管。锤击法适用于软弱黏性土。

(4)施工前，应进行成桩挤密试验，桩数宜为7～9根。振动法应根据沉管和挤密情况，确定填砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机工作电流等，作为控制质量的标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。

(5)灌砂石时含水量应加控制，对饱和土层，砂石可采用饱和状态; 对非饱和土层或杂填土，或能形成直立的桩孔壁的土层，含水量可采用7%～9%。

(6)砂石桩应控制填砂石量。砂石桩孔内的填砂石量可按下式计算:

式中: S——填砂石量(以重量计);

AP——砂石桩的截面积;

l——桩长;

ds——砂石料的相对密度;

e——地基挤密后要求达到的孔隙比;

w——砂石料的含水量(%)。

砂桩的灌砂量通常按桩孔的体积和砂在中密状态时的干密度计算(一般取2倍桩管入土体积)。砂石桩实际灌砂石量(不包括水重)，不得少于设计值的95%。如发现砂石量不够或砂石桩中断等情况，可在原位进行复打灌砂石。振冲砂石桩施工流程如图4-22所示。(www.xing528.com)

图4-22 振冲砂石桩施工流程

(三)质量控制

(1)施工前，检查砂、砂石料的含泥量及有机质含量、样桩的位置等。

(2)施工中，检查每根砂桩、砂石桩的桩位、灌砂、砂石量、标高、垂直度等。

(3)施工结束后检查被加固地基的强度(挤密效果)和承载力。桩身及桩与桩之间土的挤密质量，可用标准贯入、静力触探或动力触探等方法检测，以不小于设计要求的数值为合格。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。

(4)施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和黏性土，应待超孔隙水压基本消散后进行，间隔时间宜为1～2周; 对其他土，可在施工后2～3天进行。

(5)砂桩、砂石桩地基的质量检验标准见表4-11。

表4-11 砂桩、砂石桩地基的质量检验标准

三、水泥粉煤灰碎石桩地基

水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile，简称CFG桩)，是近年发展起来的处理软弱地基的一种新方法。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和后制成具有一定强度的桩体。其骨料仍为碎石，用掺入石屑来改善颗粒级配; 掺入粉煤灰来改善混合料的和易性，并利用其活性减少水泥用量; 掺入少量水泥使具一定黏结强度。它不同于碎石桩，碎石桩是由松散的碎石组成，在荷载作用下将会产生鼓胀变形，当桩周土为强度较低的软黏土时，桩体易产生鼓胀破坏; 并且碎石桩仅在上部约3倍桩径长度的范围内传递荷载，超过此长度，增加桩长，承载力提高不显著，故此碎石桩加固黏性土地基，承载力提高幅度不大(约20%～60%)。而CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力，共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。

(一)特点及适用范围

CFG桩的特点是: 改变桩长、桩径、桩距等设计参数，可使承载力在较大范围内调整; 有较高的承载力，承载力提高幅度在250%～300%，对软土地基承载力提高更大;沉降量小，变形稳定快，如将CFG桩落在较硬的土层上，可较严格地控制地基沉降量(在10mm以内); 工艺性好，由于大量采用粉煤灰，桩体材料具有良好的流动性与和易性，灌筑方便，易于控制施工质量; 可节约大量水泥、钢材，利用工业废料，消耗大量粉煤灰，降低工程费用，与预制钢筋混凝土桩加固相比，可节省投资30%～40%。

CFG桩适于多层和高层建筑地基，如砂土、粉土、松散填土、粉质黏土、黏土、淤泥质黏土等的处理。

(二)构造要求

1. 桩径

桩径根据振动沉桩机的管径大小而定，一般为350～400mm。

2. 桩距

根据土质、布桩形式、场地情况，桩距可按表4-12选用。

表4-12 桩距选用表

注: d为桩径，以成桩后桩的实际桩径为准。

3. 桩长

桩长根据需挤密加固深度而定，一般为6～12m。

(三)机具设备

CFG桩成孔、灌筑一般采用振动式沉管打桩机架，配DZJ90型变矩式振动锤，主要技术参数为: 电动机功率90k W; 激振力0～747k N; 质量6700kg。也可根据现场土质情况和设计要求的桩长、桩径，选用其他类型的振动锤。还可采用履带式起重机、走管式或轨道式打桩机，配有挺杆、桩管。桩音外径分φ325mm和φ377mm两种。此外，配备混凝土搅拌机及电动气焊设备及手推车、吊斗等机具。

(四)材料要求及配合比

1. 碎石

粒径20～50mm，松散密度1.39t/m3，杂质含量小于5%。

2. 石屑

粒径2.5～10mm，松散密度1.47t/m3，杂质含量小于5%。

3. 粉煤灰

用Ⅲ级粉煤灰。

4. 水泥

用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，且应新鲜无结块。

5. 混合料配合比

根据拟加固场地的土质情况及加固后要求达到的承载力而定。水泥、粉煤灰、碎石混合料的配合比相当于抗压强度为C1.2～C7的低强度等级混凝土，密度大于2.0t/m3。掺加最佳石屑率(石屑量与碎石和石屑总重量之比)约为25%的情况下，当w/c(水与水泥用量之比)为1.01～1.47，F/c(粉煤灰与水泥重量之比)为1.02～1.65，混凝土抗压强度约为8.8～1.42MPa。

(五)施工工艺方法要点

(1)CFG桩施工工艺如图4-23所示。

图4-23 水泥粉煤灰碎石桩工艺流程

1—桩管; 2—水泥、粉煤灰、碎石桩

(2)桩施工程序为: 桩机就位→沉管至设计深度→停振下料→振动捣实后拔管→留振10s→振动拔管、复打。应考虑隔排隔桩跳打，新打桩与已打桩间隔时间不应少于7天。

(3)桩机就位须平整、稳固，沉管与地面保持垂直，垂直度偏差不大于1.5%。如带预制混凝土桩尖，则需埋入地面以下300mm。

(4)在沉管过程中，用料斗在空中向桩管内投料，待沉管至设计标高后，要尽快投料，直至混合料与钢管上部投料口齐平。如上料量不够，可在拔管过程中继续投料，以保证成桩标高、密实度要求。混合料应按设计配合比配制，投入搅拌机加水拌和，搅拌时间不少于2min，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为30～50mm; 成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。

(5)当混合料加至钢管投料口齐平后，沉管在原地留振10s左右，即可边振动边拔管，拔管速度控制在1.2～1.5m/min，每提升1.5～2.0m，留振20s。桩管拔出地面确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或黏土封顶。

(6)桩体经7天达到一定强度后，始可进行基槽开挖; 如桩顶离地面在1.5m以内，宜用人工开挖; 如大于1.5m，下部700mm也宜用人工开挖，以避免损坏桩头部分。为使桩与桩间土更好地共同工作，在基础下宜铺一层150～300mm厚的碎石或灰土垫层。

CFG桩施工如图4-24和图4-25所示。

图4-24CFG桩施工现场

图4-25CFG桩破桩头施工现场

(六)质量控制

(1)施工前，应对水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料进行检验。

(2)施工中，应检查桩身混合料的配合比、坍落度、提拔杆速度(或提套管速度)、成孔深度、混合料灌入量等。

(3)施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体强度及完整性、复合地基承载力以及褥垫层的质量进行检查。

(4)水泥粉煤灰碎石桩复合地基的质量检验标准见表4-13。

表4-13 水泥粉煤灰碎石桩复合地基质量检验标准

续表

注: 1. 夯填度是指夯实后的褥垫层厚度与虚体厚度的比值;

2. 桩径允许偏差负值是指个别断面。

四、夯实水泥土复合地基

夯实水泥土复合地基是用洛阳铲或螺旋钻机成孔，在孔中分层填入水泥、土混合料经夯实成桩，与桩间土共同组成复合地基。

(一)特点及适用范围

夯实水泥土复合地基，具有提高地基承载力(50%～100%)，降低压缩性; 材料易于解决; 施工机具设备、工艺简单，施工方便，工效高，地基处理费用低等优点; 适于加固地下水位以上，天然含水量12%～23%、厚度10m以内的新填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱土地基。

(二)桩的构造与布置

桩孔直径根据设计要求、成孔方法及技术经济效果等情况而定，一般选用300～500mm; 桩长根据土质情况、处理地基的深度和成孔工具设备等因素确定，一般为3～10m，桩端进入持力层应不小于1～2倍桩径。桩多采用条基(单排或双排)或满堂布置;桩体间距0.75～1.0m，排距0.65～1.0m; 在桩顶铺设150～200mm厚3∶ 7的灰土褥垫层。

(三)机具设备及材料要求

成孔机具采用洛阳铲或螺旋钻机，夯实机具用偏心轮夹杆式夯实机。采用桩径330mm时，夯锤重量不小于60kg，锤径不大于270mm，落距不小于700mm。

水泥用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，要求新鲜无结块; 土料应用不含垃圾杂物，有机质含量不大于8%的基坑挖出的黏性土，破碎并过20mm孔筛。水泥土拌和料配合比为1∶ 7(体积比)。

(四)施工工艺方法要点

(1)施工前，应在现场进行成孔，夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后桩体干密度要求。

(2)夯实水泥土桩的工艺流程为: 场地平整→测量放线→基坑开挖→布置桩位→第一批桩梅花形成孔→水泥、土料拌和→填料并夯实→剩余桩成孔→水泥、土料拌和→填料并夯实→养护→检测→铺设灰土褥垫层。

(3)按设计顺序定位放线，严格布置桩孔，并记录布桩的根数，以防止遗漏。

(4)采用人工洛阳铲或螺旋钻机成孔时，按梅花形布置进行并及时成桩，以避免大面积成孔后，再成桩。由于夯机自重和夯锤的冲击，地表水灌入孔内而造成塌孔。

(5)回填拌和料配合比应用量斗计量准确，拌和均匀; 含水量控制应以手握成团，落地散开为宜。

(6)向孔内填料前，先夯实孔底，采用二夯一填的连续成桩工艺。每根桩要求一气呵成，不得中断，防止出现松填或漏填现象。桩身密实度要求成桩1h后，击数不小于30击，用轻便触探检查检定击数。

(7)其他施工工艺要点及注意事项同灰土桩地基有关部分。

(五)质量控制

(1)水泥及夯实用土料的质量应符合设计要求。

(2)施工中，应检查孔位、孔深、水泥和土的配比、混合料含水量等。

(3)施工结束后，应对桩体质量及复合地基承载力做试验，褥垫层应检查其夯填度。

(4)夯实水泥土桩的质量标准应符合表4-14的要求。

表4-14 夯实水泥土桩复合地基质量检验标准