工程案例
業務范圍
地基基礎和地下空間工程技術（上）
發布時間：2014-08-05
1. 地基基礎和地下空間工程技術 1.1 樁基新技術
1.1.1 灌注樁后注漿技術
(1) 主要技術內容
在鋼筋籠上預埋注漿管和注漿閥，在成樁后一定時間內實施樁側和樁底后注漿，一是加固樁底沉渣和樁側泥皮；二是對樁底和樁側一定范圍的土體通過滲入(粗粒土)、劈裂(細粒土)和壓密(非飽和松散土)注漿起到加固作用，從而增強樁側阻力和樁端阻力，提高單樁承載力，減小沉降。在優化工藝參數的條件下，可使單樁承載力提高40％～120％，粗粒土增幅高于細粒土，軟土增幅最小，樁側樁底復式注漿高于樁底注漿；樁基沉降減小30％左右。
(2)技術指標
根據地層性質、樁長、承載力增幅和樁的使用功能(抗壓、抗拔)等因素，灌注樁后注漿可采用樁底注漿、樁側注漿、樁側樁底復式注漿。主要技術指標為：
漿液水灰比：地下水位以下0.45～0.7，地下水位以上O.7～O.9
最大注漿壓力：軟土層2 MPa，軟土層4～8 MPa，風化巖10～16MPa。
注漿水泥量：Gc＝αpd(樁端)+ αsnd(樁側)
αp＝1.5～1.8，αs＝0.5～0.7
n一樁側注漿斷面數 d一樁徑(m)
實際工程中，以上參數根據土的類別、土的飽和度、樁的尺寸、承載力增幅等因素適當調整，并通過現場試注漿最終確定。
(3)適用范圍
適用于泥漿護壁鉆、挖孔灌注樁及干作業鉆、挖孔灌注樁。
(4)已應用的典型工程
該技術已在北京、天津、上海、福州、汕頭、武漢、宜春、濟南、廊坊、西寧、西安、德州、哈爾濱等地200余項高層、超高層建筑樁基工程中應用，經濟效益顯著，據對80項工程的初步統計，節約工程投資1.5億元以上。對于單樁混凝土體積8-20m3的樁，每根可節約造價0.2～O.8萬元，具有極好的應用前景。
該技術由中國建筑科學研究院地基基礎研究所研發，獲2項發明專利，2000年建設部認定其為國家工法。
1.1.2 長螺旋水下灌注成樁技術
(1) 主要技術內容
長螺旋水下成樁技術是采用長螺旋鉆機鉆孔至設計標高，利用混凝土泵將混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提鉆直至成樁，然后利用專門振動裝置將鋼筋籠一次插入樁體，形成鋼筋混凝土灌注樁。后插鋼筋籠應與壓灌混凝土宜連續進行。與普通水下灌注樁施工工藝相比，長螺旋水下成樁施工，由于不需要泥漿護壁，無泥皮，無沉渣，無泥漿污染，施工速度快，造價低。
(2) 技術指標
基樁承載力：設計要求；
樁 徑：設計要求；
樁 長：設計要求；
樁 垂 直 度：≤1％；
混 凝土強 度：滿足設計要求，不小于C20；
混凝土塌落度：宜為200～220mm；
提 鉆 速 度：宜為1.2～1.5m/min；
鋼 筋 籠：設計要求，應具有一定剛度。
(3)適用范圍
適用于灌注樁水下施工。
(4)已應用典型工程
該技術為一項灌注樁施工新技術，已在北京、天津、唐山等地10多項工程中應用，受到建設單位、設計單位和施工單位的歡迎，經濟效益顯著，具有極好的應用前景。
該技術由中國建筑科學研究院地基基礎研究所研發并獲發明專利。
1.2 地基處理技術
1.2.1 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)復合地基成套技術
(1)主要技術內容
水泥粉煤灰碎石樁復合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結強度樁(簡稱CFG樁)，通過在基礎和樁頂之間設置一定厚度的褥墊層保證樁、土共同承擔荷載，使樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基。樁端持力層應選擇承載力相對較高的土層。水泥粉煤灰碎石樁復合地基具有承載力提高幅度大，地基變形小等特點，并具有較大的使用范圍。
(2)技術指標
根據工程實際情況，水泥粉煤灰碎石樁常用的施工工藝包括長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料成樁、振動沉管灌注成樁和長螺旋鉆孔灌注成樁。主要技術指標為：
地基承載力：設計要求；
樁 徑：宜取350～600mm；
樁 長：設計要求，樁端持力層應選擇承載力相對較高的土層；
樁身強度：混凝土強度滿足設計要求，通常≥C15；
樁間距：宜3～5倍樁徑；
樁垂直度：≤1.5％；
褥墊層：宜用中砂、粗砂、碎石或級配砂石等，不宜選用卵石，最大粒徑不宜大于30mm。厚度150～300mm，夯填度≤0.9。
實際工程中，以上參數根據地質條件、基礎類型、結構類型、地基承載力和變形要求等條件或現場試驗確定。
(3)適用范圍
適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基。對淤泥質土應按當地經驗或通過現場試驗確定其適用性。就基礎形式而言，既可用于條形基礎、獨立基礎，又可用于箱形基礎、筏形基礎。
(4)應用情況
該技術已在北京、天津、廊坊、石家莊、唐山、成都、南寧、深圳、德州、長春、哈爾濱、新疆等地多層、高層建筑、工業廠房地基處理工程中廣泛應用，經濟效益顯著，具有極好的應用前景。
1.2.2 夯實水泥土樁復合地基成套技術
(1)主要技術內容
夯實水泥土樁是用人工或機械成孔，選用相對單一的土質材料，與水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，分層向孔內回填并強力夯實，制成均勻的水泥土樁。通過在基礎和樁頂之間設置一定厚度的褥墊層，使樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基。由于夯實中形成的高密度及水泥土本身的強度，與攪拌水泥土樁相比，夯實水泥土樁樁體有較高強度。夯實水泥土樁復合地基具有樁身強度均勻、施工速度快、不受場地的影響、造價低、無污染等特點。
(2)技術指標
根據工程實際情況，夯實水泥土樁成孔可采用機械成孔(擠土、不擠土) 或人工成孔，混合料夯填可采用人工夯填和機械夯填。技術指標為：
地基承載力：設計要求；
樁 徑：宜為300～600mm；
樁 長：設計要求，人工成孔，深度不宜超過6m；
樁 距：宜為2～4倍樁徑；
樁 垂直 度：≤1.5％；
樁體干密度：設計要求；
混合料配比：設計要求；
混合料含水率：人工夯實土料最優含水率Wop+(1～2)；
機械夯實土料最優含水率Wop-(1～2)；
混合料壓實系數：≥O.93；
褥墊層：宜用中砂、粗砂、碎石等，最大粒徑不宜大于20mm。
厚度1OO～300mm，夯填度≤0.9。
實際工程中，以上參數根據地質條件、基礎類型、結構類型、地基承載力和變形要求等條件或現場試驗確定。
(3)適用范圍
適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。處理深度不宜超過10m。
(4)應用典型工程
夯實水泥土樁技術自開發應用以來，就受到建設單位、設計單位的歡迎，目前已在華北地區廣泛應用，已處理工程數千項，取得了顯著的經濟效益和社會效益。
1.2.3 真空預壓法加固軟基技術
(1)主要技術內容
真空預壓法是在需要加固的軟粘土地基內設置砂井或塑料排水板，然后在地面鋪設砂墊層，其上覆蓋不透氣的密封膜使與大氣隔絕，通過埋設于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進行抽氣，將膜內空氣排出，因而在膜內外產生一個氣壓差，這部分氣壓差即變成作用于地基上的荷載。地基隨著等向應力的增加而固結。抽真空前，土中的有效應力等于土的自重應力，抽真空后，土體完成固結時，真空壓力完全轉化為有效應力。
(2)技術指標
該加固方法的技術指標有：密封膜內的真空度、加固土層要求達到的平均固結度、加固區的沉降值。當采用合理的施工工藝和設備，膜內真空度一般可維持相當于80kPa的真空壓力；加固區要求達到的平均固結度，一般可采用80％的固結度，如工期許可，也可采用更大一些的固結度作為設計要求達到的固結度；先計算加固前建筑物荷載作用下天然地基的沉降量，然后計算真空預壓期間完成的沉降量，兩者之差即為預壓后建筑物使用荷載作用下可能發生的沉降。
(3) 適用范圍
該地基加固方法適用于軟粘土的地基加固，在我國廣泛存在著海相、湖相 及河相沉積的軟弱粘土層。這種土的特點是含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差。在建筑物荷載作用下會產生相當大的沉降和沉降差。對于該種地基，尤其是大面積處理時，如在該地基上建造碼頭、機場等，真空預壓法是處理軟粘土地基的有效方法之一。
(4) 已應用的典型工程
黃驊港碼頭、深圳福田開發區、天津塘沽開發區、深圳寶安大道等。
1.2.4 強夯法處理大塊石高填方地基
(1) 主要技術內容
強夯法處理大塊石高填方地基方法主要是指強夯置換法，與其他地基處理 方法相比具有費用低、施工簡單等優點，分整式置換和樁式置換二種方法。整式置換法是用強夯的沖擊能將軟弱土擠開置換成塊石層，其機理與換填墊層法作用相似。樁式置換法是采用巨大的夯擊能量將塊石夯穿被加固土層并使塊石沉底形成樁體，并與周圍土體形成復合地基。由于樁體的加筋作用，地基中應力向樁體集中，使其分擔了大部分基底傳來的荷載；同時樁體的存在也使得土體中由于強夯引起的超靜水孔隙水壓力迅速消散，加快土體固結，提高土體抗剪強度，從而復合地基承載力相應提高。
(2) 技術指標
①夯擊能量：單擊夯擊能量按Menard公式進行估算，錘底單位面積靜壓力不得小于100kN/m2。整式置換法單位夯擊能不宜小于1500kN?m/m2；樁式置換法單位夯擊能不宜小于300kN?m/m2。
②夯擊次數：通過現場試驗確定，整式置換法宜控制在最后一擊夯沉量不大于50mm；樁式置換法宜控制在最后一擊夯沉量不大于200mm。
③夯點間距：夯點位置可按三角形、正方形布置。
整式置換法的夯點間距S=D+(O.3～0.4)H；
樁式置換法的夯點間距S=2～3D；D為錘徑，H為加固深度。
④夯沉量：每陣夯沉量不宜大于0.8倍錘高，累計夯沉量宜為1.5～2.OH。
⑤加固寬度：每邊應超出基礎外邊緣(0.5～1.O)H，且不小于3m。
(3) 適用范圍
強夯置換法適用于坐落在回填土、碎石土、濕陷性黃土、粘土、粉土、淤泥質土、淤泥等多種土層的工業與民用建筑，加固深度不宜超過7m。
(4) 已應用的典型工程
已應用的代表性工程有深圳國際機場停機坪、深圳西部通道工程等。
1.2.5 爆破擠淤法技術
(1) 主要技術內容
通過爆炸沖擊作用降低淤泥結構性強度，同時利用拋石體本身的自重使爆前處于平衡狀態的拋石體向強度降低處的淤泥內滑移，達到泥、石置換的目的。首先沿堤軸線陸上拋填達到爆炸處理的設計高程與寬度(見圖1)，形成爆前拋石堤縱斷面線(1)，然后在拋石堤前端“泥一石”交界面(2)前方一定位置、一定深度處的淤泥層內埋置單排群藥包(3)，引爆群藥包，在淤泥內形成爆炸空腔，拋石體隨即坍塌充填空腔形成“石舌”，同時拋石體前方和下方一定范圍內的淤泥被爆炸弱化，強度降低，拋石體下沉滑移擠淤。
隨后進行拋石，當淤泥內剪應力超過其抗剪強度時，拋石體沿定向滑移線(6)朝前方定向滑移，達到新的平衡后滑移停止。繼續加高拋填，從而又出現新的定向滑移下沉，如此反復出現多次，直到拋石堤穩定為止，此時單循環結束。另外，當新的循環開始時，其爆炸作用對已形成的拋石體仍有密實和擠淤作用。
圖略
說明：(1)一爆前拋石堤縱斷面線；{2)一拋石堤前方“泥一石”交界面；
(3)一單排群藥包；(4)一爆后拋石堤斷面線；－藥包；
(5)一爆后重新拋石形成的斷面線；(6)一拋石堤定向滑移方向；
圖1 爆破擠淤法示意圖
(2) 技術指標
①爆破參數設計
1) 藥量計算
I 線藥量q(kg/m)
qL=qo?LH?Hmw
Hmw＝Hm+γw/γm?Hw
式中：LH一單循環進尺量，一般為4～7m；
Hmw一計入覆蓋水深的折算淤泥深度，m；
Hm一淤泥深度，m；
Hw一覆蓋水深，即淤泥面以上的水深，m；
qO一爆破擠淤法單耗，即爆除單位體積淤泥所需的藥量(kg/m3)，一般為O.6～1.0。
γw一水重度(kN/m3)；
γm一水重度(kN/m3)；
II單次爆炸藥量Q
Q=(O.8～1.2)B?q
式中：B-堤頭處寬度，m。
2)藥包埋深Hb
Hb=(O.2～O.45)Hmw
3)藥包間距a
一般取為2.0～3.0m。
4)群藥包布藥寬度Lb
Lb：(O.8～1.2)B，m
堤頭、堤側爆炸處理參數的計算基本一致，一次起爆的總藥量應根據爆破安全要求進行適當控制。
②爆破施工
1)爆破施工流程
施工的主要設備為水上布藥船或陸上裝藥機。爆破擠淤施工的主要流程如下：
I 用汽車與推土機拋填石料達到爆炸處理的堤頂高程和擬拋填斷面寬度。
II 在堤頭拋填體前方“泥～石”交界面一定距離處，利用裝藥機械按設計位置將群藥包埋于淤泥中。
III 引爆炸藥，堤頭拋石體向前方滑移跨落，形成“爆炸石舌”。
IV 馬上進行下循環拋填，此時由于淤泥被強烈擾動后，強度大大降低，可出現多次“拋填一定向滑移下沉”循環。當拋填達到設計斷面時，進行下循環裝藥放炮。以后的過程就是“拋填-裝藥-引爆”的重復循環，一次循環進尺為5～7m，依淤泥性質和現場試驗而定。
V 在拋石堤進尺達到50m以上時，進行兩側埋藥爆炸處理。經兩側爆炸處理后，堤寬達到設計寬度，兩側拋石堤落底寬度增加，達到設計斷面，并基本落底于下臥持力層上，日趨穩定。
2)質量檢查
在施工期和竣工期均應進行檢查。可選用以下檢查方法：
I 體積平衡法一般在施工期采用，適用于具備拋填計算條件，拋填石料流失量較小的工程。根據實測方量及斷面測量資料推算置換范圍及深度。
II鉆孔探測法適用于一般性工程。在拋石堤橫斷面上布置鉆孔，斷面間距宜取100-5OOm，不少于3個斷面；每斷面布置鉆孔卜3個，全斷面布置3個鉆孔的斷面數不少于總斷面的一半。鉆孔應揭示拋填體厚度、混合層厚度，并深入下臥層不少于2m。
III物探法適用于一般性工程，應與鉆孔探測法配合使用。
③爆破安全
1) 爆破震動
《爆破安全規程》(GB6722-2003)6.2.2條規定了爆破震動安全允許標準。在重要建(構)筑物附近進行爆破時，必須進行爆破震動監測。根據《爆破安全規程》(GB6722-2003)規定，爆破震動速度可按照下式進行預測。
V＝K（3√Q/R）α
式中：V-爆破震動速度，cm/s；
K、α-與爆破地形、地質條件有關的系數和衰減指數；
R-爆源距測點間距離，m。
通過對測試數據進行分析，回歸出符合當地地形地質條件的震動速度公式進行預測。缺乏實測數據時，可按表1進行K、α值的選取。
表1 K、α值
爆區地質 K α
天然巖石地基 400 1.35
拋填強夯地基 500 1.43
拋填石料地基 450 1.65
2)水中沖擊波安全距離
爆破時水中沖擊波安全距離可參照《爆破安全規程》(GB6722-2003)6.3.6之規定進行。
(3) 適用范圍
目前國內采用爆破擠淤法置換淤泥軟基的厚度一般在4～20m，對于淤泥厚度小于4m時，可與拋石擠淤、強夯擠淤比較，大于20m時，須進行論證。
(4)已有的典型工程
該技術在海軍16642工程防波堤、連云港西大堤、浙江嵊泗中心漁港防波堤、大連港東區圍堤、珠海電廠陸域圍堤、浙江玉環坎門漁港防波堤、深圳濱海大道、廣東汕頭華能電廠以及深港西部通道等上百項工程中被成功采用。該技術具有工期短、造價少及工后沉降量小等特點，技術經濟效益極其顯著，具有極好的應用前景。
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