,地基处理质量管理与控制 （之一）,1 地基处理的概念,土木工程建设中，基础直接建造在未经加固的天然土层上时， 这种地基称之为天然地基。当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。 天然地基是否需要进行地基处理取决于地基土的性质和建（构）筑物对地基的要求两个方面。,在土木工程建设中经常遇到的软弱土和不良土主要包括：软粘土、人工填土、部分砂土和粉土、湿陷性土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。 地基指承受建（构）筑物荷载的地层。建（构）筑物的地基所面临的问题有以下五方面： （1）承载力及稳定性问题； （2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题； （3）渗透问题； （4）液化问题； （5）特殊土不良地基问题。,加拿大 Transcona 谷仓，南北长 59.44m ，东西宽 23.47 m ,高 31.00m 。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚 61cm ，埋深 3.66m 。谷仓 1911 年动工， 1913 年秋完成。谷仓自重 20000 t ，相当于装满谷物后总重的 42.5% 。 1913 年 9 月装谷物，至 31822m 3 时，发现谷仓 1 小时内沉降达 30.5cm ，并向西倾斜， 24 小时后倾倒，西侧下陷 7.32m ，东侧抬高 1.52m ，倾斜 27 度 。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用 388 个 50t 千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降 4m 。,1）加拿大特朗斯康谷仓,2 地基处理工程事故案例,事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，而采用了邻近建筑地基 352kPa 的承载力，事后 1952 年的勘察试验与计算表明，基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，该地基的实际承载力为 193.8 276.6kPa ，远小于谷仓地基破坏时 329.4kPa 的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。,2）美国北达科他州的Fargo 装运谷仓（ 10 个筒仓） 1955 年 因地基破坏而倒塌。,3）墨西哥城某建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地基土层为深厚的湖相沉积层，天然含水量高达 650 ，液限500 ， 塑性指数 350 ，孔隙比 15 ，具有极高的压缩性。,4）砂土液化造成建筑物严重倾斜或倾倒,5）砂土液化造成桥梁地基及结构破坏,3 地基处理对象,1）换土垫层法 2）振密、挤密法 （1）表层压实法 （2）重锤夯实法； （3）强夯法 （4）振冲挤密法 （5）土桩与灰土桩法 （6）砂桩 （7）爆破法,4 地基处理方法分类,3）排水固结法 （1）堆载预压法 （2）砂井法 （3）真空预压法 （4）降低地下水位法 （5）电渗排水法 4）置换法 （1）振冲置换法（碎石桩法） （2）石灰桩法 （3）强夯置换法 （4）水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩法）,5）加筋法 （1）土工聚合物 （2）加筋土 （3）土层锚杆 （4）土钉 （5）树根桩法 6）胶结法 （1）灌浆法； （2）高压喷射注浆法 （3）水泥土搅拌法 7 ）冷热处理法 （1）冻结法 （2）烧结法,采取人工的方法改善地基土的工程性质(提高地基承载力、减少沉降、加速渗透固结、防止液化)，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求 。 地基处理方法： 换土垫层法 Replacement method ： 挖去软土，换填砂、卵石、 灰土等，分层夯实。,换填,1）换土垫层法,基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土。 按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。 换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。,常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为23m。 适用于处理浅层非饱和软弱土层、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土、素填土和杂填土。 垫层只解决承载力问题而无助于减少沉降。,换填垫层法注意点: a.浅层(深层施工困难); b.换填厚度为0.5至3.0m(太薄无用,太厚施工困难,费用高); c.分层回填压实(保证质量); d.验算变形； e.大面积及深厚垫层宜考虑换填材料重度大于天然土时对变形的影响（本身影响以及对临近建筑物的影响）。 现行地基处理规范关于换填垫层法的强制性条文 4.4. 2垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。,2）挤密压实法 强夯、挤土或半挤土成桩（土桩、灰土桩、碎石桩、沉管灌注桩、打入或静压桩）。,强 夯,打入预制管桩,桩帽,3）排水固结法 堆载预压法、 真空预压法、 降水预压法、 电渗排水法。 其排水通道常有：砂井、 袋装砂井、 塑料排水板等。,排 水 系 统,加压系统,排水固结,插塑板,4）化学加固法 搅拌桩法（如水泥或石灰土搅拌桩）； 灌/注浆胶结法（水泥、水玻璃、水泥和水玻璃等）。 5）其他 加筋土 、土钉等。,水泥土搅拌桩,加筋土,筋带,地基处理方法选用原则,选用地基处理方法应力求做到技术先进、 经济合理、安全适用、确保质量。 地基处理方法很多，没有一种方法是万能的。对每一具体工程均应进行具体细致分析，从地基条件、处理要求（处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。,地基处理工程的特点： （1）大部分地基处理方法的加固效果不是在施工结束后就能全部发挥； （2） 每一项地基处理工程都有它的特殊性； （3） 地基处理是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果。,地基处理工程的施工管理 在地基处理施工过程中，只让现场人员了解如何施工是不够的，还必须使他们很好地了解所采用的地基处理方法的原理、技术标准和质量要求，经常进行施工质量和处理效果的检验，使施工符合规范要求，以保证施工质量。 对地基处理的效果检验,应在地基处理施工结束后一定时间再进行检验。效果检验的方法有：载荷试验、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。,一般建筑物由上部结构 和下部结构即 基础或墩台基础两部分组成。 基础指与地基接触的建筑物下部结构。 地基 由于建筑物的修建，使一定范围内土层的应力状态发生变化，这一范围内的地层称为地基。,上部结构、基础、地基的概念,5 基础工程,基础按埋深分为浅基础和深基础,浅基础 Shallow foundation (埋深一般小于4-5m,底面积较大) 刚性独立基础 ：刚性基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料虽有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。,(a)桥梁墩台的大块实体基础,(b)砖基础 (c)素混凝土基础,桥 墩,桥 台,深基础 Deep Foundation,桩基础 Pile Foundation 桩Pile：竖直埋在地下比较细长的一种基础构件。 桩基础由桩和桩顶的承台组成，是一种常用的深基础形式。 由多根桩组成的称为群桩基础。,群桩基础 Pile group foundation,芙蓉路立交桥桩基础施工,高层建筑桩基础施工,桩基的分类： 按 材料分：木桩、混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩等 按成桩方法分：预制桩、灌注桩（钻孔、冲孔、挖孔等灌注桩） 按桩轴方向分：竖直桩、斜桩 按土对桩支承特点分：有摩擦桩和端承桩（又称柱桩）、 摩擦端承桩、端承摩擦桩,钢管桩,预制桩,人工挖孔灌注桩,冲孔灌注桩,钻孔灌注桩,桩箱基础：箱基+桩基 桩筏基础：筏基+桩基 沉井基础 墩基础 地下连续墙,(a) 桩筏基础； (b) 桩箱基础,沉井基础施工,地下连续墙施工,沉井基础,钻孔桩护壁+现浇砼内支撑,挖孔桩护壁+钢管内支撑,桩锚支护,锚杆施工：钻孔,喷射混凝土,宝成铁路某段滑坡后全貌,2008年11月，施工中的杭州地铁湘湖站北2基坑发生大面积坍塌事故，造成21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。,2005年7月，广州市海珠广场工程发生基坑坍塌重大安全事故，造成3人死亡、8人受伤及大量财产损失。六个责任单位被告上法庭，要求其承担连带赔偿责任4000多万元。,基础工程教训与事故分析,青海基坑支护失稳垮塌事故，8死。,2009年6月27日，上海市闵行区发生一幢13层楼房向南整体倾倒事故，见照片。 倒塌住宅楼上部完整，问题出在地基。 该楼所在地上覆软 土，下有饱和细砂层， 基础为预制桩。 倒塌该楼北面堆土 高约10米、南面开挖 基坑深约4.6米。,上海闵行区楼房整体倾倒事故与原因分析,原因分析： 该楼所在地上覆软土，下有饱和细砂层，基础为预制桩。 该楼北面堆土高约10米、南面开挖基坑深约4.6米。,北侧堆土过高，大楼南侧开挖地下车库基坑开挖深度4.6米，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。,6 沉管灌注桩施工技术与质量控制,6.1工程概况 梧州市河东防洪堤一期工程位于梧州市河东区,全长约3.7 km,由西江段和桂江段组成。堤防主要建筑物按2级设计,次要建筑物按3级设计。 该工程地质特点是岩性在水平方向上的变化较为紊乱,在垂直方向上的变化则显示上细下粗的沉积规律,堤基沿线岩土共可分10层,自上而下依次为:人工填土、砂壤土、淤泥质粘土、壤土(包括粘土夹砂)、含泥砂层、砂卵砾石(含中粗砂层)、残积粘土、全风化带砂岩、强风化带砂岩、弱风化带砂岩。,工程采用桩基础形式,包括沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩,其中西江段长约2.2 km范围内全部采用沉管灌注桩,共5700多根,类型为端承摩擦桩,以砂砾石或砂岩为持力层,设计桩径480和500,各桩的横向间距为2.7 m,纵向间距2.5 m,桩长10 20m,单桩承受水平力60 110 kN,单桩竖向承载力1100 kN。使用的施工设备为滚管式锤击沉管打桩机,桩锤重3.5 t,电动卷扬机落锤,桩尖采用C30混凝土预制构件。,6.2沉管灌注桩施工的质量控制 1）沉管灌注桩施工前的准备工作 (1)认真进行图纸会审,仔细领会设计意图,掌握图纸中各堤段基桩的平面位置、直径、桩长及桩身混凝土强度等级,明确钢筋笼的制作方式,同时还要熟悉施工现场的地质资料,然后制订详细的施工方案。,(2)施工前应做场地查勘工作,如有架空电线、地下电线、给排水管道等设施,妨碍施工或对安全操作有影响的,应先作清除、移位或妥善处理后方能开工。施工前还要做好场地的平整工作,对不利于施工机械运行的松散场地,必须采取有效的措施进行处理。本工程中大部分的施工场地处于旧的河岸市场,有200 mm厚的混凝土地面,能满足打桩机的摆放与行走要求,局部地面为土质或砂质的,采取增加枕木垫块的方法满足打桩机的施工稳定要求。雨季施工时,要采取有效的排水措施。,（3)进行测量放样,确定每根桩的桩位,然后埋入桩尖。本工程是群桩,桩尖允许偏差为20mm,埋完桩尖后还要再次进行复核,确保桩位满足设计要求。 (4)对采用的钢筋、水泥、砂石等原材料进行见证取样和送检。对进场的钢材,首先检查其出厂合格证及生产许可证,并按规定见证抽取试件作力学性能检验,确保其质量符合有关标准。水泥进场必须提供出厂合格证和出厂检验报告,并按规定见证取样,对水泥强度、安定性等进行复验。由于沉管桩的桩径较小,钢筋笼的钢筋间距较密,故使用的碎石粒径要严格控制为5- 40 mm,以便施工中混凝土能够从钢筋间距中扩散出以填满钢筋笼与桩管间的空隙,避免出现缩颈。,2）沉管灌注桩施工过