第五章地基处理工程施工,按照地层的性质可以分为两大类: (1)岩基(硬基)-开挖、灌浆固结灌浆、帷幕 灌浆、接触灌浆 (2)软基(土基和砂砾石地基)- 砂砾石地基：开挖、防渗墙、桩基、帷幕灌 浆、设水平铺盖、设排水通道 软土地基：开挖、桩基础、置换法、排水 法、挤实法、固结法,建筑物对地基的要求 具有足够的强度； 具有足够的整体性和均一性； 具有足够的抗渗性； 具有足够的耐久性。,按照地层的性质可以分为两大类: (1)岩基(硬基)- 开挖、灌浆固结灌浆、帷幕灌浆、接触灌浆,软弱土地基的特征,含水量较高，孔隙比较大。,压缩性较高。,抗剪强度很低。,渗透性较差。,具有显著的结构性。,具有明显的流变性,(2)软基(土基和砂砾石地基)- 砂砾石地基：开挖、防渗墙、桩基、帷幕灌浆、设水平铺盖、设排水通道 软土地基：开挖、桩基础、置换法、排水法、挤实法、固结法,基础开挖,岩基开挖 按照设计要求，将风化、破碎、有缺陷的岩层挖掉，使坝体建在完整坚实的岩体上(一次开挖量几百万m3在至上千万m3),开挖的范围和深度 范围：建筑物的“平面”轮廓作为岩基底部开挖的最小轮廓线(施工排水、立摸支撑、机械运行、道路布置等，放宽几米几十米) 深度：要求、岩石风化程度(强风化、弱风化、微风化和新鲜岩石)来定。,开挖程序 总的原则： 自上而下，先岸坡后河槽(避免干扰，防止落石伤人) 岸坡分层开挖，布设排水系统 河槽先锋槽，分层开挖逐步下降,定义:将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的空隙中，经过硬化胶结以后，形成结石，以达到改善基岩物理力学性能的目的(基岩的强度、改善基整体性和抗渗性)。,岩基灌浆,分类 按作用： 固结灌浆:改善基岩的力学性能，提高地基整体性，均匀性和承载能力。 帷幕灌浆:坝基靠上游部分，灌浇一道阻水帷幕，控制库水通过基岩渗漏，减少地基渗流 量，降低坝底扬压力。 接触灌浆:加强坝体与地基和岸坡的结合能力，提高坝体的抗滑稳定性，同时也能增进固结强度和防渗性能。,按材料： 水泥灌浆:胶结好，强度高，制浆方便；颗粒较粗，浆液稳定性差，易沉淀 黏土灌浆：胶结慢，强度低，造价低 化学灌浆：材料采用高分子有机化合物，可灌入极其细微(0.10mm)的裂隙,按工作机理： 压力灌浆 高压喷射灌浆: 单管法-水泥泥浆 二管法-高压水和压缩空气 三管法-高压水、压缩空气、水泥泥浆,按工作机理： 压力灌浆 高压喷射灌浆: 旋喷-提高地基承载能力 定喷-板墙防渗体 摆喷-板墙防渗体 劈裂灌浆,水泥灌浆材料要求 品种：普通硅酸盐水泥或硅酸盐大坝水泥。 标号： 回填灌浆：不应低于325号； 帷幕和固结灌浆：不应低于425号 细度 搅拌时间,灌浆施工 钻孔 冲洗 压水试验 灌浆 质量检查 孔口封闭灌浆法,钻孔,钻孔机械 冲击钻 、 回转式、 冲抓式、潜水钻机 质量要求 孔深、孔位、孔向满足设计要求（图示） 孔径上下均一，孔壁平顺 产生岩粉，细屑少,冲洗,任务将残存在孔底和粘滞在孔壁的岩粉铁末冲出孔外；岩层裂隙和孔洞中充填物冲洗干净 。(对于断层、破碎带、宽大裂隙、细微裂隙更应注意) 钻孔冲洗钻孔结束后，将钻具下至孔底，从钻杆通入压力水冲洗回水变清 岩层裂隙冲洗将松软、风化的充填物冲出孔外或推移到灌浆区范围之外 单孔冲洗 群孔冲洗,群 孔 冲 洗 示 意 图,压水试验,压水试验在于确定岩层的渗透性能，为岩层灌浆的设计、施工提供资料和依据。不同设计阶段 ，具体做法不一样，但试验方法基本相同。 试验孔数一般不宜少于总孔数的5（孔位可由施工单位任意选定） 试验基本方法：在一定压力下，将水通过钻孔压入岩层裂隙中去，根据压入的水量和时间， 计算出代表岩层渗透特性的技术参数。,国内：用单位吸水量(岩层渗透性能) 单位压力(1m水柱高)，单位孔深(1m深) ，单位时间(1分钟) 式中：Q单位时间内，压入试验孔段的水量，L/min； H试验段的计算水头，m； L试验孔段的长度，m； w单位吸水量，L/(min.m.m)。,灌浆,次序 方法 压力 稠度 结束条件和封孔,次序,原则：遵循先稀后密、分序加密原则,方法,1）按浆液灌注和流动特点 纯压式 循环式 2）按钻孔灌浆顺序 帷幕灌浆段长度宜采用56m，特殊情况下可适当缩减或加长但不得大于10m； 固结灌浆孔相互串浆时可采用群孔并联灌注,孔数不宜多于3个，并应控制压力防止混凝土面或岩石面抬动。,纯压式 一次将浆液压入钻孔，扩散到岩层裂隙。用于吸浆量大，有大裂隙存在，孔深不超过1215m。浅孔固结灌浆可采用纯压式 循环式 浆液进入钻孔，一部分被压入岩层裂隙中，另一部分由回浆管路返回拌浆筒。此时，浆液一直保持流动状态。帷幕灌浆应优先采用循环式，射浆管距孔底不得大于50cm。,纯压式和循环式灌浆示意图,全孔一次灌浆：一次成孔，全孔灌浆。灌浆孔的基岩段长小于6m 分段灌浆 自上而下：自上而下钻一段，灌一段；灌浆塞应塞在已灌段段底以上0.5m处，以防漏灌；孔口无涌水的孔段灌浆结束后可不待凝 自下而上：一次成孔，自下而上分段灌浆；灌浆段的长度因故超过10m，对该段宜采取补救措施 混合法：上部自上而下，下部自下而上分段灌浆。,自上而下分段灌浆,自下而上分段灌浆,压力（压力确定和控制）,1)确定原则：在不破坏基岩的条件下，尽量提高灌浆压力。（高压灌浆可以使浆液更好地压入细小缝隙内，提高灌注材料的密实度。灌浆压力过大，会使裂隙扩大张开，引起岩层或坝体的上抬。） 固结灌浆压力一般控制在0.30.5MPa,压力估算 方法1 P=P0+mD+Kggh P灌浆压力，Pa； P0基岩表面的允许压力，Pa； D灌浆段以上岩层厚度，m； m灌浆段以上岩层每增加一米所能增加的灌浆压力，Pa/m； K系数，可选13； h灌浆孔以上压重的厚度，m； g压重的容重，kg/m3；,方法2:利用压水试验确定临界压力,压力的控制,一次升压法：一次将压力升至预定的压力值，灌注由稀到浓的浆液。 适用于透水性不大，裂隙不甚发育，岩层较坚硬完整的地方。 分级升压法：将预定的压力值分为几级，从最低的压力开始，逐级上升，直至预定的压力值。一般为三级：0.4p0.7p1p。 适用于岩层破碎，透水性大，或有渗透途径与外界连通的孔段。（注入率大）,一 次 升 压 法,分 级 升 压 法,稠度,控制原则：先稀后浓，逐级适时变换。 比级：9（7）个比级8:1、5:1、3:1、2:1、1.5:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1。 限量法控制：用浆液灌入总量控制，一般其限量为400（300）L。,结束条件和封孔,结束条件：压力到达预定灌浆压力，单位吸浆量到达最终单位吸浆量，再持续灌浆一段规定的时间。 封孔：灌浆结束，将灌浆孔冲洗干净，用水泥砂浆及时封堵。,质量检查,严格按照规定的灌浆工艺进行操作；认真做好施工记录。压水实验、钻孔检查、地球物理勘探技术等。 帷幕灌浆质量检查应以检查孔压水试验成果为主，结合对竣工资料和测试成果的分析，综合评定。,孔口封闭灌浆法,适用条件：最大灌浆压力大于3MPa的帷幕灌浆工程 要求： 钻孔孔径宜为60mm左右 孔口管必须镶铸牢实，埋入岩石深度随使用的最大灌浆压力而定。最大灌浆压力为5MPa时，埋入深度不宜小于2m 孔口封闭器：在灌浆过程中，灌浆管可在孔口封闭器中心部位灵活地转动和升降，且不漏浆 灌浆必须采用循环式自上而下分段灌浆方法。各灌浆段灌浆时必须下入灌浆管，管口距段底不得大于50cm,砂砾石地基的可灌性 可灌比 砂砾石颗粒级配曲线上含量大于15%的颗粒的直径 灌浆材料颗粒级配曲线上含量大于85%的颗粒的直径,砂砾地基灌浆,钻灌方法,打管灌浆：带灌浆花管的厚壁无缝钢管，直接打入受灌地层中，并利用其进行灌浆。,钻灌方法,套管灌浆：一边钻孔，一边跟着下护壁套管，到孔底后逐渐提升灌浆管和套管，分段灌浆。,钻灌方法,循环钻灌：自上而下，钻一段灌一段，钻孔与灌浆循环进行的施工方法。,钻灌方法,预埋花管灌浆：先钻孔，下护壁套管，到达孔底后清洗钻孔及孔底；在套管内设灌浆花管，在花管与套管之间灌筑填料，边下填料，边起拔套管，连续灌注；待填料凝固10d后，分段灌浆。,灌浆效果检查 逐段作渗透试验，求出各层的渗透系数K，验算是否满足设计要求 Kd抽水试验的渗透系数 K0压水试验的渗透系数,常用地基处理方法主要是对软土地基进行加固处理，或是 采用对地基进行补强的措施。在港口工程中采用的措施按其作 用的原理可分为：铺垫法、排土置换法、排水预压法、密实法、 固化法。,1、换土垫层法,(1)垫层法,(2)强夯挤淤法,(3)爆破挤淤法,软土地基处理方法分类及应用范围,1、换填垫层法 当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称为换填法。,垫层的作用 （1）提高持力层的承载力 （2）减小沉陷量 （3）加速软弱土层的排水固结 （4）防止冻胀 （5）消除膨胀土的胀缩作用,垫层材料的选用 （1）砂石 砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重30的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。,（2）粉质粘土 土料中有机质含量不得超过5，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖材料。当含有碎石时，粒径不宜大于50mm。 （3）灰土 灰土的体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒直径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。,（4）粉煤灰 可用于道路、堆场和小型建筑物、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求。 （5）矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑物、构筑物地基。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。,土工合成材料是合成纤维制品的总称，它是岩土工程领域中的一种新兴的建筑材料，亦称土工聚合物。6070年代，有纺土工织物开始在我国应用于河道、涵闸及防护路基翻浆等工程，80年代初，无纺织物开始在铁路工程上试用，80年代中期，土工合成材料才在我国的水利、铁路、公路、军工、建筑、电力等领域逐渐推广。,土工合成材料铺垫,土工合成材料分类,土工合成材料的作用,排水作用 反滤作用 隔离作用 加固和补强作用,土工合成材料用于排水过滤的典型实例,土工合成材料加固路堤,青岛港8号码头强夯挤淤工程,北海堤爆破挤淤,2排水固结法,排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。,(1)堆载预压法,(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等),(3)真空预压法,(4)降低地下水位法,(5)电渗排水法,一、砂井堆载预压法,软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如下图所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。,砂井堆载预压,袋装砂井,多孔单一结构型塑料排水板,复合结构塑料排水板,塑料排水板,