第一章 地基基础工程第一节 地基处理公司施工任务主要在兰州，同时分布于甘肃河西、天水、平凉、庆阳、陇南、甘南、临夏等地区，还在伊拉克、科特迪瓦、哈斯克斯坦等国建成了一大批工程。由于各地区地质、自然条件不同，地基处理、基础类型、施工工艺都不相同，如兰州地区浅基础主要为I、II 、III 级非自重湿陷性、土质组成情况、分布范围、湿陷性、地下水等。在此基础上，在设计时要考虑上部结构和地基共同作用，对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件进行综合分析，采取合理的建筑措施、结构措施和地基处理办法。一、 垫层处理1.持力层土质好的场地:基础下一班在土表打底夯，达到设计要求密实度后，其上设计300500 毫米厚 3：7 灰土，虚铺 220 毫米，分成夯实。为了防止土层中有孔洞、墓穴，基槽（坑）挖成后，首先要钎探，探钎用一吋钢管或洛阳铲，布点间距 0.61 米，梅花状布置，探孔深度按设计要求。验收合格后，孔道灌沙捣实。2.土垫层：用于软弱地基、浅地基处理。兰州地区土垫层一般用黄土，厚度 1 米。基坑开挖后钎探，探孔深度的按设计要求。钎探完成后，分层填土（蛙式打夯机，虚铺厚度220 毫米，压路机虚铺厚度 250 毫米） 。土要过筛，压实土壤含水率控制在 16%18%。压实质量控制：土做击实试验，求出最佳含水率情况下的最大密度，然后用压实系数（0.9-0.95）控制，亦即按最大干密度乘以设计要求的压实系数所得干密度，用卡瓦列夫测试仪，分层测定控制。3灰土垫层：换填层采用 2:8 或 3:7 灰土，分层夯实，质量较土垫层好，随着时间的延长，其强度明显增加，能有效预防地面水侵害。土过筛，生石灰经熟化后成粉状使用，石灰过筛，灰土按体积比喷水，拌匀后，分层夯压实。灰土密实的质量控制，还是按素土垫层的方式进行。4重锤夯实：曾用于古城坪实验室工程（1964 年） 。处理 II、III 级湿陷性黄土基地。通过时间确定，锤重 1.5-2.5 吨，落距 34.5 米，含水率 15%18%，锤痕相继夯打，最后一锤的夯沉量按 1020 毫米控制。消除湿陷的有效深度为 11.25 米，与换填土层相比，降低工程费用 21%。 2003 年甘肃省图书馆文塑阁四库全书藏书楼工程地基，为湿陷性黄土。为消除湿陷性，采用强夯法处理地基，消除湿陷性的深度为 1-1.5 倍的锤底直径（2.28 米） ，地基承载力提高一倍，比换填 2 米的土垫层降低直接费用 10%，缩短工期三分之二。强夯振动影响的安全距离 2025 米。5.用灰土桩加固基础：甘肃省人民医院门诊大楼是砖混结构条形基础，由于水管渗漏和雨水侵入，北边部分墙基础下沉，建筑物裂缝。用灰土桩加固后，使变形稳定，取得明显效果。用洛阳铲人工钻孔，孔径 100 毫米、孔深 3 米、间距 400 毫米，依基础两边梅花型布孔，一边三排分段施工。孔内灌填生石灰为稍经熟化后打碎的生石灰颗粒，最大粒径5 毫米，分层捣实，使土壤含水率降至 18%一下。6.硅化法处理地基深陷事故：兰州市城关区会馆巷粮食局住宅楼是井桩基础。井桩落于持力层卵石层，由于此处地基不均匀，有些地段有坑，开挖所见卵石为人工后来填入的。楼房竣工使用后没发生不均匀沉降，使建筑物变形开裂。后来委托八冶科研所，按硅化法布孔加压气体冲空隙，达到规定要求后，再加压注浆，取得满意效果。二、黄土开挖中加强对土层变化的检查：黄土地基开挖时，查看基坑开挖剖面，看土层的变化规律是否正常，如有挖过墓穴时，回填土痕迹显出，就着重探查清局部，进行妥善处理。戈壁砂石土层，也应检查其变化。如武威南门外亚麻厂，厂房地基时戈壁土，采用独立基础。基础开挖中，在 11 个基坑中检查出土层变化，挖出 11 口棺木，对墓坑的处理，用 C10 混凝土浇灌，避免了事故。三、开挖至地下水位以下的红砂岩时的处理如果设计标高以上需挖时，必然砂岩受到扰动，此时应慎重处理。常规做法是采用明沟、盲沟将地下水排入基坑四角的集水坑，抽出基坑外，对红砂岩层边清理边用细石混凝土封闭。如烟草公司大厦基坑开挖后，部分红砂岩层扰动。为此，会同设计院研研究后制定出处理方案：把扰动部分的砂岩挖除后，用天然级配的砂卵石分层振动填实，然后做地基承载力试验，通过试验合格、设计院认可后，方进行下道工序施工。第二节 基础类型一、条形基础刚性基础（无筋基础）可分为抢下条形基础和住下条形基础。基础断面形式有矩形、阶梯形、锥形等，规范对基础宽高比例有一定要求。无筋刚性基础的材料有实心砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰石、三合土（1:3:6，即石灰：砂：石子或碎砖）等。一般浅基础及民用房屋大量采用，是较传统的基础形式。兰州地区，抢下条形基础，多采用实心砖、3:7灰土、毛石混凝土。柱下条形基础，一般用于框架结构，按照连续梁设计或按弹性地基梁计算。二、独立基础有刚性基础，主要指柱下钢筋混凝土扩展独立基础。现浇钢筋混凝土基础，柱插筋至地基钢筋网上，并作指教弯钩。预制钢筋混凝土柱的环形基础杯口深度、杯底、杯壁厚度及坡度，均按照规范要求。如兰州电力修造厂金工、金结车间等单层装配式结构的独立基础，采用钢筋混凝土杯型基础。现浇独立柱基础多用于多层厂房或多层及高层现浇框架结构，也用于一些大型设备的独立基础。三、桩基1.钢筋混凝土预制柱。主要用于地基的处理，用做端承柱或摩擦桩。1974 年起，七局科研所在配合设计、施工完成柱基荷载试验的同时，开展了柱基及桩基测试技术的研究工作，取得了重要成果：（1）明确了在自重湿陷性黄土地基上，正确进行单桩垂直、水平静载试验和确定桩基容许承载力的一些主要问题；（2）为桩基的设计和施工，提供了计算湿陷性黄土地基负摩擦力的数据及方法；（3）四种桩基的适用范围和技术经济比较、桩的合理配筋及长桩接头形式、合理选择锤重和桩垫，以及质量控制和配套的测试仪器设备。对简洁可靠的测量单柱承载力和打桩应力，对桩基壮丽的判断，对桩锤性能的评定，以及对桩基的开发都起了重要作用。打入钢筋混凝土桩基施工工程：1987 年兰州铁路配件厂工程基础打入桩系端承桩；2007-2009 年今夏公司在中石化兰州分公司 12 街区 A 区 04#高层住宅楼和 B 区 31#高层住宅，在箱基-4 米下软弱地基土层施工中，满堂打入钢筋混凝土摩擦桩，梅花形布桩，桩距1 米，桩长 16 米左右，单桩承载力按最后十锤贯入度值控制。2.人工成孔灌注桩。主要用于黄土场地，是端承柱。一般用于低层和多层建筑的基础。使用量大、面广。桩基的持力层为卵石层或红砂岩层。一般采用直径 800-1200 毫米，及椭圆形的，深度为数米至十多米，甚至达 42 米（在徐家庄、龚家湾厚图层超过 40 米） 。用于中科院兰州近物所家属楼、省煤炭局为办公楼、省歌剧团家属楼等。成孔时有多种情况：无地下水且是均匀黄土层，施工最为顺利；如遇地下水，大面积有水时，先降水再开挖；如局部有水时，用潜水泵在井中直接降水；如遇流沙层时，用砖砌沉井护壁。如省歌剧团住宅楼井深 23 米，井下有沼气，用鼓风机通过管道向井下送风，以确保安全施工。3.机械冲齿成孔泥浆护壁灌注桩。用于科特迪瓦阿比比让国家剧场工程。该剧场在泻湖岸边，地基土质是细沙层，采用摩擦桩，桩长 25 米、 22 米两种。成孔后，立即下钢筋笼，钢筋笼分节搭接，绑扎。用串桶，自上而下浇注混凝土。4.振动沉管灌注桩基。1977 年为解决地基有流砂夹层的施工难题，兰州铁路设计院三纵队民主西路综合办公楼工程，首次应用振动沉管灌注柱技术，胡乃梁、吴国梁等自行设计桩架，组装振动锤，经测试，成功试用，解决了施工难题。后来用此设备在十几栋近十万平方米的住宅楼工程中推广应用。与条形基础和钢筋混凝土筏基相比，分别降低造价 59%和73%。采用复打工艺后，对保证桩基质量和配筋问题得到更好解决。此法的优点是可以穿透较深的流砂夹层。5.爆扩桩基。1969 年，公司学习引进爆扩桩基施工技术。用于兰州长风机器厂机修车间，宿舍楼等工程，取得减少土方里 80%-90%、节约劳动力 40%-60%、降低造价 4%20%的成效。由于爆扩桩桩底大小、虚土不易控制和处理，爆扩时的安全问题比较突出，后来影响了这种桩基的继续使用。四、箱式基础多用于高层建筑，一方面减轻结构的重量，另一方面扩大基础承载面积，增加地基的承载力。其形式为整体式钢筋混凝土地板，向上为钢筋混凝土内外墙，上面做一层至数层地下室，与整体式底板相连，形成箱式基础。落于卵石层、红砂岩或桩基上。用于高层建筑的有 1984 年开始相继施工的大教梁高层甲、乙、丙三栋住宅楼，1987 年底施工的兰州工业品贸易中心大厦、2002 年施工的甘肃民基大厦主楼三期工程、2006 年施工的甘肃省气象局职工住宅综合楼以及 2010 年施工的中广宜景湾 尚城1#、2#、4#住宅楼等。五、筏型基础分为梁板式和平板式两种类型。根据工程地质、上部结构体系、桩距、荷载大小以及施工条件等因素确定选型。筏型基础混凝土强度等级不低于 C30，有地下水时，应采用防水混凝土。如省粮食厅综合楼基础、亚欧商厦基础为筏型基础。平板式筏型基础的板厚要满足受冲切承载力的要求，底板厚度部宜小于 200 毫米，板下宜作 C10 混凝土垫层，每边伸出基础不小于 100 毫米。如兰州市鸭嘴滩游泳池、兰大中字实验室等平板式筏型基础。第三节 基础施工降水一、集团坑降水施工工程局部有地下水时，专设集水坑降水；井桩基础如局部遇有地下水时，用潜水泵在井位降水。潜水泵上裹两层塑料窗纱。潜水泵接触电保护器。土层有流砂时，设砖沉井护壁，以确保安全施工。 二、小型沉井大面积降低地下水位1970 年代以来，兰州地区基础多采用人工成孔钢筋混凝土灌注桩，需大面积降低地下水的工程大量增加，加上深基础的增多，大面积降水问题尤为突出。兰州市区兼主场地多属黄河二级阶地，土层由上而下依次基本为杂填土、黄土状轻亚粘土、淤泥质轻亚粘土、粉砂层、卵石层、风化红砂岩。卵石层和红砂岩时较理想的持力层，故基础多落其上。实践证明，兰州市区一般的基础工程施工降水曹勇小型沉井法可达到简便、经济、工期短的目的。公司用小型沉井法降低地下水施工的工程，建筑面积达 50 多万平方米，工程类型有多层建筑。高层建筑、厂房。构筑物等；基础类型有人工成孔灌注基础、筏基、箱基等。成井费用为管井井点法的 15%左右。三、小型沉井大面积降低地下水位适用于渗透系数大、地下水丰富的土层。管井井点的布置，沿基坑外围每隔一定距离设置一个管井，井由机械凿孔而成。井的间距、深度等，依据现场测定的渗透系数，按涌水量计算公式算出最大涌水量后，一一确定。1979 年，公司在中科院兰州近物所 7611-6 号工程上首次采用管井井点法降水。在 7004 平方米范围内降水 2.8 米，对距新建工程仅 6.5米、基地标高高处 1.8 米的原有工程，未因降水发生附加沉陷，比原地下连续墙方案节省投资 130 万元。公司用此法完成多项建筑工程的降水施工，最大降水深度 7.84 米，并取得城关区渗透系数 30-50 米/天的数据及施工经验。四、用小型沉井在流沙层降低地下水位西非科特迪瓦剧院项目为 4 层钢筋混凝土框架结构，其独立基础的施工工艺是在机械冲凿成孔泥浆护壁钢筋混凝土灌注柱上设承台、柱子、地梁。勘探资料和现场实地探察表明，大部分承台底标高均在地下水位线以上，只有局部标高降水的五个承台处于地下水位一下（这几个基础集中在一个区间） ，影响承台正常施工。地质情况如下：渗透系数 20 米/天。标高低的标高为-6.020-6.900 米，将水位降低至-7.200 米， （即降低 1 米）方可满足干燥状态下施工的要求。根据实际情况，原拟采用深井井点法降水，即在五个承台之间布置一个井点。经了解，打一个孔深 2.5 米的降水井，费用约合人民币 22000 元。为了施工主动、便捷，同时节省费用，根据国内施工经验，决定选用钢筋混凝土护壁的小型沉井降水。此技术方案顺利得以实施，取得了满意的效果。费用为机井的 10%左右。实践证明：在有些环境情况下，土壤渗