5.2　地基处理

任何建筑物的荷载最终将传递到地基上，由于上部结构材料强度很高，而地基土强度很低，压缩性较大，因此通过设置一定结构型式和尺寸的基础才能解决这个矛盾。基础具有承上启下的作用，它一方面处于上部结构的荷载及地基反力的共同作用下，承受由此产生的内力；基础底面的反力反过来又作为地基土的荷载，使地基产生应力和变形。基础设计时，除了需保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外，同时还需选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基的强度和沉降保持在规范允许的范围内。

地基处理的目的就是采取适当的措施改善地基条件，常用的地基处理方法有：换土垫层法、强夯法或强夯置换法、振冲法、水泥土搅拌法、预压法、挤密（实）法、桩基等。

5.2.1　换土垫层法

换土垫层法是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土或不良土挖去，以质地坚硬、强度较高、性能稳定、压缩性较小、具有抗侵蚀性的砂砾、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，形成良好的人工地基。垫层能有效扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用等。

换土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。

5.2.2　强夯法和强夯置换法

强夯法又称为动力固结法或动力压实法，施工时反复将质量一般为10～40t（最大可达到200t）的夯锤提高到一定高度（一般为10～40m），使其自由下落，对地基土进行强力冲击，通过巨大冲击和振动能量，提高地基承载力并降低其压缩性，改善地基性能。

强夯置换法是在强夯形成的夯坑内边填碎石、边强夯的强夯置换法，在地基中形成碎石墩体，由碎石墩、墩间土以及碎石垫层形成复合地基，用夯锤夯击，以提高地基承载力、减少沉降。回填块石、碎石等粗颗粒材料，然后重复此规程连续施工，形成一个墩体，称为强夯置换墩。

强夯法适用于处理碎石土、砾土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基；强夯置换法当对变形控制不严时，可用于处理高饱和度的粉土、流塑—软塑的黏性土等地基，具有加固效果显著、工期短、费用低等优点，目前已用于堆场、公路、机场、房屋建筑、油罐等工程，一般效果良好。

5.2.3　振冲法

振冲法又称振动水冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时启动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，使其在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器，如此反复直至地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，提高地基承载力，减少沉降，是一种快速、经济、有效的加固方法。

振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。

5.2.4　水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是通过搅拌机械将水泥（或石灰）等材料与地基的软土搅拌成桩柱体，这种桩柱体成为水泥黏土桩、石灰黏土桩或某胶结物黏土桩，它具有一定的强度和水稳性，搅拌桩柱体与四周软土组成复合地基，可以提高地基承载力、提高地基强度、增大地基变形模量。经搅拌法加固的软弱地基能提高地基承载力，减少地基沉降，阻止水体流动，增强地基的稳定性，还能阻止地下水的渗透。水泥土搅拌法分为深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。

深层搅拌法系利用水泥（石灰）等材料作为固化剂，通过深层搅拌机在地基深部就地将软土和固化剂（浆体或粉体）强制拌和，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，使之凝结成具有整体性、水稳性和较高强度的水泥加固体，与天然地基形成复合地基。

水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

5.2.5　预压法

预压法是指为提高软弱地基的承载力和减少构造物建成后的沉降量，预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载，使地基土压密后再将荷载卸除的压实方法。通过在预压荷载作用下使软黏土地基土体中孔隙水排出，土体发生固结，土中孔隙体积减小，土体强度提高，达到减少地基施工后沉降和提高地基承载力的目的。

预压法适用于淤泥质黏土、淤泥与人工冲填土等软弱地基。

预压的主要方法有：堆载预压法、超载预压法、真空预压法、真空与堆载联合预压法、降低地下水位法和电渗法等多种方法。预压所需时间的长短取决于地基土层的渗透特性、厚度和预压荷载的大小等因素。这些因素可以根据地基固结理论进行计算预计。施工时应监测地面沉降和土中孔隙水压力的消散情况，对预压加以控制。

为了加速厚层软土的固结，缩短预压时间，应设法改善厚层软土的排水条件。最常用的排水的方法是在地基中按一定间距做孔，孔内填砂以形成砂井，然后在地面加铺砂垫层加以沟通。近年来，土工织物日益发展，已开始采用纤维编织的袋装砂井和在排水纸板上发展起来的塑料板排水。

5.2.6　挤密（实）法

挤实法是将某些填料如砂、碎石或生石灰等用冲击、振动或两者兼而有之的方法压入土中，形成一个个的柱体，将原土层挤实，从而增加地基强度的一种方法。主要处理方法有表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密密实法、爆破挤密法、挤密砂桩法、灰土桩等多种方法。

振密挤密法一般适用于非饱和土地基或土体渗透性较好的地基。

5.2.7　桩基

桩基础是一种常用基础形式。按桩的受力原理不同可分为摩擦桩和端承桩；按制作方式不同可分为预制桩和灌注桩两类；按桩的横断面分有圆桩、方桩和多边形桩；按桩的材料分，有木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢板桩和砂石桩等。当上部建筑物的荷载比较大、地基软弱，采用天然地基沉降量过大，或建筑物较为重要不容许有过大的沉降时，可采用桩基础。

5.2.7.1　钢筋混凝土预制桩

1.预制桩的制作、起吊

钢筋混凝土预制桩施工主要包括预制、起吊、运输、堆放、沉桩等过程。一般应根据工艺条件、土质情况、荷载特点等予以综合考虑。当桩的混凝土强度达到设计强度的100%后，方可起吊和运输。起吊时，吊点位置由设计决定。桩堆放时，地面必须平整、坚实、垫木的间距应根据吊点位置确定，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层，不同规格的桩应分别堆放。

2.预制桩的施工方法

预制桩的施工方法有振动法、水冲沉桩法、锤击沉桩法、静力压桩法及钻孔锤击法等，以锤击沉桩法和静力压桩法应用最为普遍。

（1）振动法就是借助固定于桩头上的大功率甩动振动器的振动锤或液压振动锤所产生的振动力，以减小桩与土之间的摩擦阻力，使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。振动法不但能将桩沉入土中，还能将桩通过振动拨出。

振动法主要适用于砂石、黄土、软土和亚黏土层中，在含水砂层中的效果更为显著。

（2）水冲沉桩法是利用高压水流冲刷桩尖下面的土壤，以减小桩侧面与土之间的摩擦力和桩尖下土的阻力，使桩身在自重或锤击作用下很快沉入土中。

此法适用于砂土、砾石或其他坚硬的土层，特别是打设较重的钢筋混凝土桩更为有效。

（3）锤击沉桩法就是利用各种桩锤（包括落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤和振动锤等）的反复跳动冲击力和桩体的自重，克服桩身的侧壁摩阻力和桩端土层的阻力，将桩体沉到设计标高的一种施工方法。该方法具有振动大、噪声高、扰民严重、在N＞30的砂层中沉桩困难等缺点；它也具有施工简单、施工质量易控制、工期短、在相同土层地质条件下单桩承载力最高、造价低等优点。

沉桩的质量控制应注意以下问题：调整桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使插入地面时桩身的垂直度偏差不得大于0.5%；桩的混凝土强度达到设计要求的70%后方可起吊，达到100%后方可搬运和施打；打桩宜采用“重锤低击，低锤重打，轻锤高击”。

（4）静力压桩是利用静压力将预制桩逐节压入土中的一种沉桩新工艺，已在我国沿海软土地基上较为广泛采用。压桩架用型钢制成，一般高为16～20m；静压力为80～150t。桩应分节预制，每节长约6～10m。当第一节压入土中，其上端距地面2m左右时，即将第二节桩接上，然后继续压入。

静力压桩无振动、噪声，可节约材料、降低造价、减少高空作业。但此法只适用于土质均匀的软土地基，且不能压斜桩。

3.打桩机械设备的选择

打桩用的机械设备主要包括桩锤、桩架和动力装置三部分。在选择打桩设备时，一是根据地基土壤的性质、桩的种类、尺寸和承载力、工期要求；二是根据桩锤的性能和所要求的动力装置等两方面的因素综合进行考虑。施工中常用的桩锤有落锤、柴油锤、蒸汽锤和液压锤四种。

4.打桩顺序

打桩顺序一般分为：逐排打、自中央向边缘打、自边缘向中央打和分段打四种，见图5.1。逐排打设容易导致土壤向一个方向挤压而不均匀，使其后面的桩打入深度逐渐减少，最终引起建筑物的不均匀沉降。打桩时宜先深后浅、宜先大后小、先长后短。因此，实际工程中，多采用自中央向两边缘打设、分段打设两种方法。

5.2.7.2　灌注桩施工

灌注桩按施工方法不同可分为钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩和爆扩灌注桩等多种。

1.钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是先用钻孔机械进行钻孔，然后在桩孔内放入钢筋笼再灌注混凝土而成的桩。钻孔设备主要采用螺旋钻机和潜水钻机两种钻孔灌注桩。

钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方法和全套管施工两种。冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工，施工工艺流程：平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。

施工中应注意以下几点：

（1）桩机就位应平整，钻杆轴线与钻孔中心线应对准，钻杆应垂直。

（2）钻孔过程中应注入泥浆护壁，在杂土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设护筒。护筒用3～5mm钢板制作，内径比钻头直径大100mm，埋入黏土中深度不小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。

（3）钻孔达到要求深度后必须清孔，可以采用射水法和换浆法清孔。清孔后应尽快吊放钢筋笼浇筑混凝土。控制混凝土坍落度，一般黏土中宜用5～7cm；砂类土中用7～9cm。黄土中用6～9cm。混凝土应分层浇筑捣实，每层高度一般为0.5～0.6cm。

（4）在水下灌注混凝土常用导管法施工。

2.冲孔灌注桩

对碎石土、砂土、黏性土及风化岩石层，适宜采用冲孔灌注桩。

冲孔设备主要是冲击式钻机，冲击钻头的形式有十字形、工字形、人字形等，一般宜用十字形。冲孔灌注桩的成孔质量要求与钻孔灌注桩相同。

3.沉管灌注桩

沉管灌注桩是目前常用的一种灌注桩，它适用于可塑、软塑、流塑的黏性土，稍密及松散砂土。

施工方法是利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有钢筋混凝土桩靴或带有活瓣式桩尖的钢管沉入土中，然后在规定标高处吊放钢筋骨架并灌注混凝土，最后拨出钢管，便形成所需要的灌注桩。

4.人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是指在桩位上采用人工挖桩孔，在护圈护壁的前提下挖土并灌注混凝土而成桩。

人工挖孔桩的优点是设备简单、施工现场较干净；噪音低、振动少、对周围建筑影响小；可按施工进度要求决定同时开挖桩孔的数量；土层情况明确，可直接观察到地质变化情况，桩底沉渣能清除干净，施工质量可靠。事先应根据地质水文资料，拟定合理的衬圈护壁和施工排水、降水方案。

5.爆扩灌注桩

爆扩灌注桩又称爆扩桩，是用钻孔或爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形成扩大头。此时，孔内混凝土落入孔底空腔内，再放置钢筋骨架，浇筑桩身混凝土而制成灌注桩。

爆扩桩在黏土层中使用效果较好，但在软土及砂土中不易成型。具有成孔简单、节省劳力和成本低等特点，但检查不便，施工时要求质量较高。