建筑施工技术第2版：地基处理及加固方法

地基虽然不是建筑物的一部分，但是支承着建筑物的上部荷载，所以与建筑物的安危息息相关。同时，建筑物对地基也有很高的要求，简单概括包含以下3个方面：可靠的整体稳定性；足够的地基承载力；在建筑物的荷载作用下，其沉降值、水平位移及不均匀沉降需要满足一定值的要求。

地基可分为天然地基和人工地基两大类。具有足够的承载力，不需要人工改善或加固便可直接承受建筑物荷载的地基，即为天然地基。若天然地基缺乏足够的稳定性，不能满足承受上部建筑荷载和变形的要求，就必须对其进行人工处理，以提高其承载力和稳定性，加固后的地基，即为人工地基。

地基加固的原理是：将土质由松变实，将土的含水量由高变低。即可达到地基加固的目的。常用的人工地基处理方法有换土法、压实法和打桩法三大类。

2.3.1　换土法

换土法是将基础下部一定范围内承载力低的软土层挖去，然后回填强度较大、压缩性低的砂、碎石或灰土等，并分层夯至密实，作为基础垫层的方法。换填按其回填的材料可分为砂地基、碎（砂）石地基、灰土地基等。

1）砂地基和砂石地基

砂地基和砂石地基是将基础下一定范围内的土挖去，然后采用颗粒级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、碎（卵）石、石屑或其他工业废粒料回填，并经分层夯实，作为基础持力层。该地基工艺简单、工期短、造价低，适用于处理透水性强的软弱黏性土地基，但不宜用于湿陷性黄土地基和不透水的黏性土地基。

（1）材料要求

砂和砂石地基所用材料，宜采用颗粒级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、碎（卵）石、石屑或其他工业废粒料。在缺少中、粗砂和砾砂的地区可采用细砂，但宜同时掺入一定数量的碎（卵）石，其掺入量应符合地基材料含石量不大于50%。所用砂石料，不得含有草根、垃圾等有机杂物，含泥量不应超过5%。用作排水地基时，含泥量不应超过3%，碎石或卵石最大粒径不宜大于50mm。

（2）施工要点

①铺筑地基时应验槽，先将基底表面浮土、淤泥等杂物清除干净，边坡必须稳定，防止塌方。基坑（槽）两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴等，应在未做换土地基前加以处理。

②砂和砂石地基底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，施工应按先深后浅的程序进行。土面应挖成踏步或斜坡搭接，搭接处应夯压密实。分层铺筑时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5～1.0m，并注意充分捣实。

③人工级配的砂、石材料，应按级配拌和均匀后再进行铺填捣实。

④换土地基应分层铺筑、分层夯（压）实，每层的铺筑厚度不宜过大，施工时应对下层的压实度检验合格后方可进行上层施工。

⑤在地下水位高于基坑（槽）底面施工时，应采取排水或降低水位的措施，使基坑（槽）保持无积水状态。如用水撼法或插入振动法施工时，应控制注水和排水。

⑥冬季施工时，不得采用夹有冰块的砂石作地基，并应采取措施防止砂石内水分冻结。

（3）质量检查

砂和砂石地基密实度现场检测方法主要通过现场测定其干密度来鉴定，常用的方法有环刀取样法和贯入测定法。

2）灰土地基

灰土地基是将基础底面一定范围内的软弱土层挖去，用按一定体积配合比的石灰和黏性土拌和均匀，在最优含水量情况下分层回填夯实或压实而成。石灰和土的体积比一般取3∶7或2∶8，灰土地基的强度一般随着石灰含量的增多而增大，但石灰含量超过一定比例时其强度增加很小。该地基施工工艺简单，取材容易，费用低，适用于处理1～4m厚的软弱土层。

（1）材料要求

灰土的土料宜采用就地挖出的黏土及塑性指数大于4的粉土，但不得含有有机杂质或使用耕植土。使用前土粒应过筛，其粒径不得大于15mm。灰土的石灰应经过消解的熟石灰，粒径不得大于5mm，并不得夹有未熟化的生石灰块，也不得含有过多的水分。

（2）施工要点

①施工前应先验槽，清除松土，如发现局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。

②施工时，应将灰土拌和均匀，颜色一致，并适当控制其含水量。现场检验方法是用手将灰土紧握成团，两指轻捏能捏碎为宜，如土料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿。灰土拌好后及时铺好夯实，不得隔日夯打。

③铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度应按所用夯实机具参照表2－2选用。每层灰土的夯打遍数，应根据设计要求的干密度在现场试验确定。　　

表2－2　灰土最大虚铺厚度

④灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝。上下两层灰土的衔接距离不得小于500mm，接缝处的灰土应注意夯实。

⑤在地下水位以下的基坑（槽）内施工时，应采取排水措施。夯实后的灰土在3天内不得被水浸泡。灰土地基打完后应及时进行基础施工和回填土，否则要做临时遮盖，防止日晒雨淋。刚打完毕或尚未夯实的土，如遭受雨淋浸泡，则应将积水及松软灰土除去并补填夯实，受浸湿的灰土应在晾干后再夯打密实。

⑥冬季施工时，不得采用冻土或夹有冻土的土料，并应采取有效的防冻措施。

（3）质量检查

灰土地基的质量检查，宜采用环刀法取样，测定其干密度。质量标准可按压实系数λc鉴定，一般为0.93～0.95。实系数λc为土施工时实际达到的干密度ρd与室内采用击实试验得到的最大干密度ρdmax之比。

2.3.2　压实法

压实法是通过用重锤夯实或压路机碾压，挤出软弱土层中土颗粒间的空气，使土中空隙压缩，提高土的密实度，从而达到增加地基土承载力的方法。这种方法经济实用，适用于土层承载力与设计要求相差不大的情况。压实法根据压实的机械或设备不同，通常可分为夯实法、重锤夯实法、机械碾压法。下面介绍重锤夯实地基的施工。

重锤夯实是用起重机械将特制的夯锤提升到一定高度后，利用自由下落时的冲击能来夯实基土表面，使其形成一层较为均匀的硬壳层，从而使地基得到加固。适用于处理地下水位0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基。但当夯击振动对邻近的建筑物、设备以及施工中的砌筑工程或浇筑混凝土等产生有害影响时，或地下水位高于有效夯实深度以及在有效深度内存在软黏土层时，不宜采用。

1）机具设备

机具设备主要有起重机、夯锤、吊钩。夯锤形状为圆锥体，可用C20钢筋混凝土制作，其底部可用20mm厚钢板。夯锤重量一般为1.5～3t，锤底直径一般为1.0～1.5m。起重机可采用履带式起重机、打桩机等，也可采用自制的桅杆式起重机或龙门式起重机。

2）施工要点

（1）施工前应在现场进行试夯，选定夯锤重量、底面直径和落距，以便确定最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量。最后下沉量系指最后两击平均毎击土面的夯沉量，对黏性土和湿陷性黄土取10～20mm，对砂土取5～10mm。通过试夯可确定夯实遍数，一般试夯约6～10遍，施工时可适当增加1～2遍。

（2）采用重锤夯实分层填土地基时，每层的虚铺厚度以相当于锤底直径为宜，夯击遍数由试夯确定，试夯层数不宜少于2层。

（3）基坑（槽）的夯实范围应大于基础底面，每边应比设计宽度加宽0.3m以上，以便于底面边角的夯打密实。基坑（槽）边坡应适当放缓。夯实前坑（槽）底面应高出设计标高，预留土层的厚度可为试夯时的总下沉量再加50～100mm。

（4）夯实时地基的含水量应控制在最优含水量范围以内。如土的表层含水量过大，可采用铺撒吸水材料（如干土、碎砖、生石灰等）或换土等措施；如土的含水量过低，应适当洒水，加水后待全部渗入土中，一昼夜后方可夯打。(www.xing528.com)

（5）在大面积基坑或条形基槽内夯击时，应按一夯挨一夯的顺序进行（图2－20（a））。在一次循环中同一夯位应连夯2遍，下一循环的夯位应与前一循环错开1／2锤底直径，落锤应平稳，夯位应准确。在独立柱基基坑内夯击时，可采用先周边后中间（图2－20（b））或先外后里的跳打法（图2－20（c））。

图2－20　夯打顺序

（6）夯实完后，应将基坑（槽）表面修整至设计标高。冬季施工时，必须保证地基在不冻的状态下进行夯击，否则应将冻土层挖去或将土层融化。若基坑挖好后不能立即夯实，应采取防冻措施。

3）质量检查

重锤夯实后应检查施工记录，除应符合试夯最后下沉量的规定外，还应检查基坑（槽）表面的总下沉量，以不小于试夯总下沉量的90%为合格。也可采用在地基上选点夯击检查最后的下沉量。夯击检查点数：独立基础每个不少于1处，基槽每20m不少于1处，整片地基每50m2不少于1处。检查后如质量不合格，应进行补夯，直至合格为止。

2.3.3　打桩法

打桩法是在软弱土层中置以桩身，把土壤挤密或把桩打入地下坚硬的土层中来提高土层承载力的方法。通常有振冲地基、灰土桩地基、砂桩地基等。下面介绍振冲地基的施工。

振冲地基，又称振冲桩复合地基，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，通过喷嘴喷射高压水流成孔，然后分批填以砂石骨料形成一根根桩体，桩体与原地基构成复合地基以提高地基的承载力，减少地基的沉降和沉降差的一种快速、经济有效的加固方法。适用于加固松散砂土地基（对黏性土和人工填土地基，经试验证明加固有效时方可使用），该法具有技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握、施工简便、节省三材、加固速度快、地基承载力高等特点。

1）机具设备

设备主要有振冲器、起重机械、水泵及供水管、加料设备、控制设备等。振冲器为立式潜水电机直接带动一组偏心块，产生一定频率和振幅的水平向振力的专用机械。加料可采用起重机吊自制吊斗或用翻斗车。

2）施工要点

（1）施工前应先在施工现场进行振冲试验，以确定成孔合适的水压、水量、成孔速度、填料方法、达到土体密实时的密实电流值、填料量和留振时间。

（2）振冲前，应按设计图纸定出冲孔中心位置并编号。

（3）启动水泵和振冲器，水压可用400～600kPa，水量可用200～400L／min，使振冲器以1～2m／min的速度徐徐沉入土中。每沉入0.5～1.0m，宜留振5～10s进行扩孔，待孔内泥浆溢出时再继续沉入。当下沉达到设计深度时，振冲器应在孔底适当停留并减小射水压力，以便排除泥浆进行清孔。成孔也可采用将振冲器以1～2m／min的速度连续沉至设计深度以上0.3～0.5m时将振冲器往上提到孔口，再同法沉至孔底。如此往复1～2次，使孔内泥浆变稀，排泥清孔1～2min后，将振冲器提出孔口。

（4）填料和振密方法，一般采取成孔后，将振冲器提出孔口，从孔口往下填料，然后再下降振冲器至填料进行振密（图2－21），待密实电流达到规定数值后振冲器提出孔口。如此自下而上反复进行直至孔口，成桩操作即告完成。

（5）振冲桩施工时桩顶部约1m范围内的桩体密度难以保证，一般应予以挖除，另做地基，或用振动碾压使之压实。

（6）冬季施工应将表层冻土破碎后成孔。每班施工完毕后应将供水管和振冲器内积水排净，以免冻结而影响施工。

图2－21　振冲法制桩施工工艺

3）振冲地基质量检验方法

施工前应检查振冲器的性能，电流表、电压表的准确度及填料的性能；施工中应检查密实电流、供水压力、供水量、填料量、孔底留振时间、振冲点位置、振冲器施工参数等（施工参数由振冲试验或设计确定）；施工结束后，待桩完成半个月（砂土）或1个月（黏性土）后方可进行荷载试验，应在有代表性的地段用标准贯入、静力触探及土工试验等方法来检验桩的承载能力，以不小于设计要求的数值为合格。

2.3.4　地基其他加固方法

除以上三种主要方法外，人工地基还有许多其他的处理方法。如化学加固法，是在黏性土中用高压旋喷法向四周土体喷射水泥浆、硅酸钠等化学浆液，形成旋喷桩。电硅化法，是借助于电渗作用，使注入软土中的硅酸钠（水玻璃）和氯化钙溶液进入土的空隙中，形成硅酸，将土粒胶结化。此外，还有排水法、加筋法、热学加固法等人工处理地基的方法，施工时应根据实际的地质情况进行选用。

1）水泥土搅拌桩地基

水泥土搅拌桩地基系利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液和粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有一定强度的优质地基。本方法具有无振动、无噪声、无污染、无侧向挤压，对邻近建筑物影响很小，且施工期短、造价低廉、效益显著等特点。适用于加固较深的较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于120kPa的黏性土地基，对软土效果更为显著。多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基，在深基开挖时用于防止坑壁及边坡塌滑、坑底隆起等，以及做地下防渗墙等工程上。

2）预压地基

预压地基是在建筑物施工前，在地基表面分级堆土或其他荷载，使地基压密、沉降、固结，从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。待达到预定标准后再卸载，建造建筑物。本方法具有使用材料、机具方法简单直接，施工操作方便，但堆载预压需要一定时间，对深厚的饱和软土，排水固结所需的时间很长，同时需要大量堆载材料等特点。适用于各类软弱地基，包括天然沉降土层或人工冲填土层，较广泛地用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头、桥台等沉降要求低的地基。实践证明，利用堆载预压法能取得一定的效果，但能否满足工程要求的实际效果，则取决于地基土层的固结特性、土层厚度、预压荷载的大小和预压时间的长短等因素，由此在使用上受到一定的限制。

3）注浆地基

注浆地基是指利用化学溶剂或胶结剂，通过压力灌注或搅拌混合等措施而将土粒胶结起来的地基处理办法。本方法具有设备工艺简单、加固效果好、可提高地基强度、消除土湿陷性、降低压缩性等特点。适用于局部加固新建或已建的建（构）筑物基础、稳定边坡及防渗帷幕等，也适用于湿陷性黄土地基，对黏性土、素填土、地下水位以下的黄土地基经试验有效时也可应用，但长期受酸性污水侵蚀的地基不宜采用。化学加固能否达到预期效果，主要取决于能否根据具体的土质条件，选择适当的化学浆液（溶液和胶结剂）和采用有效的施工工艺。

复习思考题

1.什么是基础？基础如何分类？简述浅埋式钢筋混凝土基础的种类，并绘制简图。

2.试述桩基础的组成、作用与分类。

3.试述钢筋混凝土预制桩常见的施工方法和施工原理。

4.试述静力压桩的施工工艺以及压桩注意事项。

5.试述锤击沉桩的施工工艺。如何确定打桩顺序？

6.试述混凝土灌注桩的定义、特点和常见的施工方法。

7.试述泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺、护筒和泥浆的作用、常见的质量问题。

8.振动沉管灌注桩施工中，复打法和反插法的定义是什么，其作用是什么，沉管灌注桩施工常见的质量问题有哪些？

9.桩基础何时进行检查与验收，成桩质量检测的方法有哪些，应验收哪些资料？

10.建筑物对地基的要求有哪些？地基加固的原理是什么？常见的地基处理方法有哪些？

11.试述换土地基的适用范围、施工要点与质量检查。