软基础换填

垫层材料的选择(1)砂和砂石垫层材料 用砂和砂石料作为垫层材料时，应选用颗粒级配良好、质地坚硬的中、粗砂为佳，可掺 入一定数量的碎(卵)石，但要分布均匀，颗粒的不均匀系数(Cu)最好不小于10。砂垫层的用 料虽然不是很严格，但含泥量一般不超过 5，也不得含有植物残体、垃圾等有机杂质。如 用作排水固结地基的砂、石材料，含泥量不应大于 3，并且不应夹有过大的石块或碎石 (v50mm)，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀沉降。(2) 素土垫层材料 素土可采用施工过程中挖出的黏性土，土料中有机质含量不得超过5，也不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。素土垫层材料不应采用地表耕植土、 淤泥及淤泥质土、杂填土等。(3) 灰土垫层材料 灰土垫层是将路基底面下一定范围内的软弱土层挖去，用按一定体积配合比的灰土在最佳含水量条件下分层回填夯实或压实，适用于处理厚1-4m的软弱土层。 石灰在施工现场用作灰土的熟石灰应过筛，其粒径不得大于5mm。熟石灰中不得夹有未熟 化的生石灰，也不得含有过多的水分。石灰的性质取决于其活性物质(氧化钙、氧化镁)的含量，石灰中氧化钙、氧化镁含量越 高，其活性越大，胶结力越强。一般常用的熟石灰粉末质量应符合III级以上的标准，活性氧 化钙、氧化镁含量不得低于50%；如拌制强度较高的灰土，应选用1、11级石灰。当括性 氧化物含量不高时，应增加石灰的用量。石灰储藏时间不宜超过三个月，长期存放将会使其 活性降低。 土料 灰土中的土料不仅作为填料，而且参与化学反应，尤其是土中的黏粒具有一定的活性和胶结性，含量越多，则灰土的强度也越高。工程施工时常采用施工中挖出的不含有机质的黏 性土或塑性指数大于 4 的粉土拌制灰土，不得使用表面耕植土、冻土、膨胀土以及有机质含 量超过 8%的土料。土料应过筛，其粒径不得大于 15mm。 石灰用量对灰土强度的影响 灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随用灰量的增加而提高；但石灰用量超过一定限值后，灰土强度就增加很小，并有逐渐降低的趋势。如体积配合比为 1：9 的灰土，强度很 低，只能改善土的压实性能；而体积配合比为2：8和3：7的灰土，一般为最佳含灰率，但 与石灰的等级有直接关系，通常应以氧化物含量 8%左右为最佳。采用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和、分层夯实的垫层，称为二灰垫层。它和灰土垫 层相似，但强度比灰土垫层高。其最佳含水量比灰土大，干密度比灰土小。压实系数为 0. 94-0. 97,干密度为940-970kg/m3，施工最佳含水量为50%左右，石灰掺入量以15%-20% 为宜。(4) 碎石和矿渣垫层材料碎石垫层用的碎石粒径，一般为5-40mm的自然级配碎石，含泥量不大于5%。矿渣垫层应根据工程的具体条件选用矿渣垫层材料。大面积填铺时，多采用不经筛分的 不分级高炉混合矿渣，最大粒径不大于 200mm 或不大于碾压分层虚铺层厚的 2/3；小面积 垫层采用20-60mm分级矿渣，采用的矿渣应符合下列技术条件：质地坚硬，稳定性合格， 无侵蚀性；松散密度不小于l.lt/m3，压碎指标不大于13%，含硫量不大于1.5%，铁矿含 量不大于1%；泥土与有机杂质含量不大于5%。在碎石和钢渣垫层的底部，为防止基坑表层软弱土发生局部破坏而产生过量沉降，一般应设置一层 15-30mm 厚的砂垫层，砂料应采用中、粗砂，然后再铺筑碎石或钢渣垫层。二、抛石挤淤法抛石挤淤法是借助换填材料的自重或利用其他外力，如压载、振动、爆炸、强夯等， 使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填处理。采用这种施工方法，不用抽水、挖淤， 施工简单，一般用于厚度小于3.0m，其软层位于水下，表层无硬壳，软土液性指数大，呈 流动状态的泥沼及软土。一般来说，抛石挤淤比较经济，但技术上缺少把握，当淤泥较厚时 须慎重使用。抛石挤淤应采用不易风化的石料，片石大小随软土稠度而定，对于容易流动的泥炭或淤泥，片石宜稍小些，但不宜小于30cm，且小于30cm的粒料含量不得超过20%。三、爆破挤淤法适用于换填深度超过3m,需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用 先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破，如图 6-5。2.2.4 挤压法设计一、碾压法土是三相体，通过碾压机械，夯击或碾压填土、疏松土层，使其孔隙体积减少、密实程 度提高，这种作用称为压实。压实能降低土的压缩性、提高其抗剪强度、减弱土的透水性， 使经过处理的表层弱土成为能承担较大荷载的地基持力层。大量工程实践和试验研究表明，影响土的压实效果的主要因素是：土的含水量，土层 厚度、压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用压实度来衡量。二、强夯法强夯法是20世纪60年代末、70年代初首先在法国发展起来的，国外称之为动力固结 法，以区别于静力固结法。它一般是通过10-40t的重锤采用10-20m的落距（最高可达40m） 夯击地基，对地基土雄加强大的冲击能，在地基土中形成冲击波和动应力，使地基土压密和 振密，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄 土的湿陷性的目的。强夯法主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与黏性土、湿陷性 黄土、杂填土和素填土等地基。对于饱和黏性土地基，近年来发展了强夯置换法，这是利用夯击能将碎石、矿渣等材料 强力挤入地基，在地基中形成碎石墩，并与墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和 减小沉降。强夯法以其适应性广、效果好、造价低、工期短等特点，成为我国地基处理的一 项重要技术。1施工机械在国外，西欧国家所用的起重设备大多为大吨位（loot）的履带式起重机，稳定性好，行 走方便。最近日本采用轮胎式起重机进行强夯作业，亦取得了满意的结果。国外除使用现成 的履带吊外，还制造了常用的三足架和轮胎式强夯机，用于起吊40t夯锤，落距可达40m。我国绝大多数强夯工程只具备小吨位起重机的施工条件，所以只能使用滑轮组起吊夯 锤，利用自动脱钩装置，使锤形成自由落体，见图 6-6。拉动脱钩装置的钢丝绳，其一端固 定在吊机上，以钢丝绳的长短控制夯锤的落距，夯锤挂在脱钩器的钩上，当吊钩提升到要求 高度时，张紧的钢丝绳将脱钩器的伸臂拉转一个角度，致使夯锤突然下落，如图 6-7所示。 有时为防止起重臂在较大的仰角下突然释重而有可能发生后倾，可在履带起重机的臂杆端部 设置辅助门架，或采取其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。自动脱钩装置应具有足够的强 度，且施工时要求灵活。三、砂桩、碎石桩（振冲桩）砂桩和碎石桩又称粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后， 再将碎石或砂挤压入桩孔中，形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体。1砂桩砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地 基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。目前国内外砂桩常用的成桩方法有振动沉管法和锤击成桩法。振动沉管法是使用振动打 桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂填料。锤击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管引 入土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。1）材料选择砂桩的填料宜用级配较好的中粗砂，也可用砾砂。对于饱和软黏土，因为原地基较软弱， 侧限不大，为了利于成桩应选用级配好、强度高的砂砾混合料；填料中最大颗粒尺寸由桩管 直径和桩尖的构造决定，以能顺利出料为宜，但最大不应超过 50cm。关于材料的含水量：在饱和土中施工时，砂的含水量宜采用饱和状态；在非饱和且能形 成直立桩孔孔壁的土层中用捣实法施工时，含水量采用 7一 9。2）施工机械砂桩机械通常包括桩机架、桩管及桩尖、提升装置、挤密装置（振动锤或冲击锤）、上料 设备及检测装置等。高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置，同时还配有自动 记录桩管贯入深度、提升量、压入量、管内砂石位置及变化以及电机电流变化等的检测装置。2碎石桩碎石桩适用于挤密松散的砂土、粉土、素填土和杂填土地基。在复合地基的各类桩体中， 碎石桩与砂桩同属散体材料桩，加固机理相似。随被加固土质不同机理有所差别：对砂土、 粉土和碎石土具有置换和挤密作用；对黏性土和填土，以置换作用为主，兼有不同程度的挤 密和促进排水固结的作用。碎石桩在工程中主要应用于软弱地基加固、堤坝边坡加固、消除 可液化砂土的液化性、消除湿陷性黄土的湿陷性等方面。碎石桩按其制桩工艺分为振冲(湿法)碎石桩和干法碎石桩两大类。利用振动水冲法施工 的碎石桩称为湿法碎石桩；干振碎石桩和锤击碎石桩统称为干法碎石桩。1)材料选择 碎石或卵石可选用自然级配，含泥量不宜超过 10，材料的最大粒径不宜大于 80mm， 对碎石常用的粒径为20-50mm，粒径太大不仅容易卡孔，而且能使振冲大外壳强烈磨损。作为桩体材料，碎石比卵石好，碎石之间咬合力比卵石大，形成的碎石桩强度高；而卵 石作料下料容易。3)施工机具(1) 振冲碎石桩施工 振冲法施工的主要机具有振冲器、起吊机械、水泵、泥浆泵、填料机械、电控系统等。(2) 干振碎石桩施工 干振碎石桩适用于加固松散的非饱和黏性土(含水量小于 25)、素填土、杂填土和二级以上非自重湿陷性黄土，加固深度6m左右；不适宜加固砂土和孔隙比小于0.85的饱和黏性 土。干振碎石桩是对振冲碎石桩的一种改进，它可克服施工过程中及其后一段时间内桩间土 含水量增加，导致强度降低及施工过程中大量排泥浆、污染环境的缺点。施工机具：干振碎石桩的主要设备是干法振动成孔器，如图 6-11 所示。四、CFG桩CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Gravel Pile)的简称，由碎石、石屑、粉 煤灰掺加适量水泥加水拌和，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定黏结强 度的桩。桩体主体材料碎石、石屑为中等粒径骨料，可改善级配；粉煤灰作为细骨料，可以 和低强度水泥作用。通过调整水泥掺量和配合比，桩体强度可在C5-C20之间变化，一般为 C5-C10。CFG 桩由于桩身具有一定的黏结性，故可在全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力 和端承力，桩土应力比一般为 10-40，复合地基承载力的提高幅度较大，有沉降小、稳定快 的特点。CFG 桩可用于加固填土、饱和及非饱和黏性土、松散的砂土、粉土等；对塑性指数高 的饱和软黏土使用应慎重。五、石灰桩利用打桩机成孔过程中，沉管对土体的挤密作用和新鲜的生石灰成桩时对桩周土体的脱 水挤密作用使周围土休固结;同时由于一系列的物理化学反应、桩身与桩同土硬壳层组成 变形模量较大的桩体，以置换部分软土，同原地基土形成复合地基，从而提高了地基的承载 力，适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土。2.3步骤 3: 软土路基病害整治设计2.3.1 授课要点教学目标知识目标掌握排水法、换填法、挤密桩法的施工要点。技能目标1能根据工程条件和相关规范编制用排水法处治软土路基病害整治的 施工组织设计、阶段性施工成果总结或竣工验收报告；2能根据工程条件和相关规范编制用换填法处治软土路基病害整治的 施工组织设计、阶段性施工成果总结或竣工验收报告；3能根据工程条件和相关规范编制用挤密桩法处治软土路基病害整治 的施工组织设计、阶段性施工成果总结或竣工验收报告。其它能力目标具备独立工作能力；协作工作能力；表达能力；吃苦耐劳，不怕脏累 等职业精神和素质；组织协调与沟通能力。教学重点与难点编制用排水法、换填法、挤密桩法处治软土路基病害的施工组织设计、 阶段性施工成果总结或竣工验收报告；教学方法手段1引导教学、项目教学；2运用以往实训的照片、录像进行教学；3网络课程辅助教学。现场完成作业:每个小组完成一种软土路基病害整治方法的施工组织设计、阶段性施 工成果总结或竣工验收报告，制作汇报材料参考资料见网络课程中课程资源和校本教材第六章第八节软土路基病害防治案 例课后小结：排水法、换填法或挤密桩法处治软土路基病害施工组织设计与施工要占；八、9教师指导内容学生实训内容任务七：排水法、换填法、挤密桩法处治软土路基病害施工组织设计、阶段性施工成果总 结或竣工验收报告（星期五上午工地现场实训135分钟）1教师布置设计任务、引导冋学进行设计。2教师提供包含设计要求和设计样本等的引导 文。1各组同学自己选定设计任务，完成组内分 工。2学生现场收集材料3学生根据现场收集的材料和引导文，合作 完成设计并制作汇报材料。任务八：成果评比（星期五 下午在工地现场或实训室，实训75分钟，汇报评比40分钟， 教师总结20分钟）1教师就设计中的关键问题进行提问；2教师做课程小结(排水法、换填法、挤密桩 法处治软土路基病害整治施工组织设计与整治 工程施工要点)3本次实训涉及的哪些课程还没有学到？自己 如何进行探究性学习；4引导同学互相指导与学习1学生主持汇报评比工作，各小组汇报成果 并回答问题；2学生回顾已学过的内容，做课后小结；3学生回顾学习过程中存在的问题；4组间互相指点和学习；12.3.2 排水固结法施工要点排水固结法处理软基是在路基施工前，对天然路基或已设置竖向排水体的路基上加载预 压，使土体固结沉降基本完成或大部分完成，从而提高地基土强度，减少地基工后沉降的一 种地基加固方法。排水固结法由排水系统和加压系统两部分共同组成，见图 6-13 所示。排水固结系统由竖向排水体和水平排水体构成，主要作用是改变地基的排水边界条件， 缩短排水距离和增加孔隙水排出的途径。当软土层靠近地表且较薄、或土的渗透性好且施工 周期较长时，可在地面铺设一定厚度的砂垫层，不设竖向排水通道。土中的孔隙水在外荷载 作用下排至砂垫层，从而产生固结。若软土层较厚时，为加快排水固结，应在地基中设置砂 井等竖向排水体，与水平砂垫层一起构成排水系统。加压系统是指对地基施加的荷载布置。排水系统与加压系统总是联合使用的。如果只设置排水系统，不施加固结压力，土中的 孔隙水没有压差，不会发生渗透固结，强度不会提高。如果只施加固结压力，不设置排水体 孔隙水就很难排出来，地基土的固结沉降就需要较长的时间。因此，要保证排水固结法的加 固效果，从施工角度考虑，主要做好以下三个环节：铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加 固结压力。排水固结法一般适用于饱和软黏土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥 炭土地基。一、水平排水垫层施工水平排水砂垫层的施工与换填土法中的砂垫层施工方法相同，目前有四种施工方法：(1) 当地基表层有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能承载通常的运输机械时，一般 采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。(2) 当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法，即从一端向另一端摊铺。(3) 当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的 持力条件，使其能承载施工人员或轻型运输工具。处理措施一般采用：地基表面铺荆笆；表 层铺设塑料编织网或尼龙编织网，编织网上再铺砂垫层；表面铺设土工聚合物，土工聚合物 上再铺排水垫层。(4) 尽管对超软地基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，一般对不能承载轻型 机械的情况下，通常要用人工或轻便机械顺序推进铺设。不论采用何种施工方法，都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影 响垫层的排水效果。二、竖向排水体施工1普通砂井的施工普通砂井的施工应当满足以下要求：保持砂井连续和密实，并且不出现缩颈现象；尽量 减小对周围土的扰动；砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。（1）施工方法 普通砂井施工一般先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。施工时应尽量选用对周围 土扰动小且施工效率高的方法。普通砂井施工成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法 4 种。 套管法 将带有活瓣管尖或套有混凝土管靴的套管沉到预定深度，然后在管内灌砂，拔出套管形 成砂井。根据施工工艺的不同，又分为静压沉管法、锤击沉管法、锤击静压联合沉管法和振 动沉管法，其中振动沉管法是目前最为常用的方法。 射水法 射水法是指利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削，使土体破 坏，并形成一定直径和深度的砂井孔，清孔后再向孔内灌砂而成砂井。采用该法施工时，有 两个环节需特别注意。一是控制好冲孔时水压力大小和冲水时间，这和土层性质有关，当分 层土的性质不同而用相同水压时，会出现成孔直径不同的现象；二是孔内灌砂质量，如孔内 泥浆未清洗干净，砂中含泥量增加，会使砂井渗透系数降低，这对土层的排水固结是不利的， 并且如果泥浆排放疏导不好，也会对水平排水垫层带来不利影响。射水成孔工艺，对土质较好且均匀的黏性土地基是较适用的，但对土质很软的淤泥，因 成孔和灌砂过程中容易缩孔，很难保证砂井的直径和连续性；对夹有粉砂薄层的软土地基， 若压力控制不严，易在冲水成孔时出现串孔，对地基扰动较大。射水法成井的设备比较简单，对土的扰动较小，但在泥浆排放、坍孔、缩颈、串孔、灌 砂等方面都还存在一定的问题，如图 6-14 所示。 螺旋钻成孔法该法以动力螺旋钻钻孔，属于干钻法施工，提钻后孔内灌砂成形。此法适用于陆地工程， 砂井长度在 10m 以内，土质较好，且不会出现缩颈和坍孔现象的软弱地基。该工艺所用设 备简单而机动，成孔比较规整，但灌砂质量较难掌握，对很软弱的地基也不太适用。 爆破法此法是先用直径 73mm 的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔，在孔中放置由引 爆线和炸药组成的条形药包，爆破后将孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。这种方法施工简 易，不需要复杂的机具，适用于深度 6-7m 的浅砂井。2袋装砂井的施工 施工准备。此工序包括平整场地，机具、砂料和砂袋、成孔用的套管、桩尖等备料工 作的完成，并对桩孔定位放样复核，以确保无误。 沉入套管。将带有可开闭底盖的套管或带有预制桩尖的套管（内径略大于砂袋直径）按 井孔定位沉入到要求的深度。 沉放砂袋。扎好砂袋（袋长比井深长约2m）下口后，在其下端放入20cm左右高的砂子 作为压重，将袋子放入套管中沉入到要求的深度。如不能沉到要求深度，会有一部分拖留在 地面上，此时需作排泥处理，直至砂袋沉到预定深度。 就地填砂入袋成井。将袋口固定在装砂用的砂口上，通过振动将砂填满袋中，然后卸 下砂袋，拧紧套管上盖，接着把压缩空气边送进套管，边提升套管至地面。 用预制砂袋沉放。预先在袋内装满砂料，扎好上口，成为预制砂袋。将砂袋运往现场， 弯成圆形，成圆堆放。成孔后将砂袋立即放入孔内。3塑料排水带的施工塑料排水板施工前要对软基处进行预先处理，与袋装砂井处理方法一样，具体工艺如下：平整场地、挖排水沟-铺下层砂垫层-稳压-放样-机具就位-塑料排水板穿靴-插入 套管-拔出套管-割断排水板-检查并记录板位等情况-机具移位-铺设上层砂垫层。其中的关键工序控制如下： 场地准备。塑料排水板施工前，要对场地进行清表、整平和初步碾压，做好土拱坡， 铺设好砂垫层（砂垫层的质量要求同袋装砂井法），为了保持工作面的整洁，根据地形要挖好 排水沟，以利排水。 放样。放样时要根据设计情况准确定位，并在每个孔位都插好标记，所用的标记通常 有石灰、油布、细条塑料板芯等，做到明显且不易被损坏为宜。 机具就位。施工机具定位要准确。 穿靴。将塑料排水板端部穿过预制靴头固定架，对折带子长约10cm，固定联结。一 般预制靴头可采用铁质或混凝土靴头。将靴头套在空心套管端部，固定塑料排水板，并使其 在下沉过程中能阻止泥砂进入套管。三、预压荷载施工施工工艺流程见图6-16 所示，其施工顺序如下： 设置排水通道：在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排水板。 铺设膜下管道：将真空滤管埋入软基表面的砂垫层中。 铺设封闭薄膜：在加固区四周开挖深达0.8-0.9m的沟槽，铺上塑料薄膜，薄膜四周 放入沟槽，将挖出的黏性土填回沟槽，封闭薄膜。 连接膜上管道及抽真空装置:膜上管道的一端与串膜装置相连，另一端连接真空装置。 主管与薄膜连接处必须处理好，保证密封，以保持气密性。 打开真空泵正式抽气，施加真空荷载，测读真空度和沉降值，进行加载预压。沉降 记录达到设计值，即可停止抽气，加载预压结束。第五节 深层密实法处理技术深层密实法是指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法，对松软地基土进行振密和挤密， 它可使地基土在较大深度范围内得以密实。爆破法是将炸药放在地面深处，引爆后在地基土内产生了高速压力波，在爆炸源附近的 区域内，冲击波使土的疏松结构液化，形成密实的结构，以达到地基土加固的目的。如在水 下土面以上较小高度处设置炸药起爆，则对水下土层亦能起到加固作用。爆破法独特的优点 是：除了一般钻进或水冲机械外，不需要重大设备；在小范围内处理比较经济；处理 深度可达20m,相对密实度可达70%-80%。爆破法由于国内使用不多，此处不再讲述。强夯法是一种将几十吨的重锤，从几十米的高处自由落下，对土进行强力夯击，使其达 到密实的方法。它是一种地基处理的新方法。挤密法是以振动、冲击或沉管等方法成孔，然后向孔中填入砂石、碎石或其他材料，再 加以振实而成为直径较大桩体的方法。按填入材料的不同，可分为砂桩、碎石桩等。挤密桩 属于柔性桩，它主要靠桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用，使土粒彼此移动，小颗粒 填入大颗粒的空隙，颗粒间彼此紧靠，孔隙减小，此时土的骨架作用随之增强，从而使土的 压缩性减小和抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力和较大的变形模量，且桩体 断面较大，约占松软土加固面积的 20%-30%，故在黏性土地基加固时，桩体与桩周土组成 复合地基，可共同承担上部荷载。水泥粉煤灰碎石桩简称 CFG 桩，是在碎石桩的基础上掺入适量的石屑、粉煤灰和少量 的水泥加水拌和后制成的一种具有一定胶结强度的桩体。由于碎石桩是由松散的碎石组成， 在荷载作用下将会产生鼓胀变形，当桩周土为强度较低的软黏土时，桩体易产生鼓胀破坏。碎石桩加固软土地基仅可提高地基承载力约一倍左右；而 CFG 桩是一种低强度混凝土桩， 因而它可较大幅度地提高地基承载力。深层振密法是以振动杆(振动翼)作为振动器加固土的一种方法。该方法是以静压、振动 等方法先将带振动翼的钢杆下到所需深度的土层中，然后产生垂直或水平振动并慢慢拔出， 使土得到加密。该方法在砂土中应用效果较好，在国外有一定的应用，我国应用较少。2.3.3 换填法施工要点一、开挖换填1垫层施工方法(1) 当地基表层具有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能上一般采用机械时，一般采 用分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。(2) 当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。(3) 当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的 持力条件，使其能上施工人员和轻型运输工具。工程上常采用如下措施： 地基表面铺荆笆。搭接处用铅丝绑扎，以承受垫层等荷载引起的拉力，搭接长度取决 于地基土的性质，一般搭接长20cm。当采用两层荆笆时，应将搭接处错开，错开距离以搭 缝之间间距的一半为宜，荆笆搭接 表面铺设塑料编织网或尼龙纺织网，纺织网上再作砂垫层，如图6-2所示。 表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再铺排水垫层，如图6-3所示。 以上软地基的常用施工方法，可单一使用，也可方织网混合使用，还可根据当地材料来源，选择具有一定抗拉强度、断面小的材料。但应注意：a.饱水后材料要有足够的抗拉强 度；b.当被加固地基处在边坡位置或将来有水平力作用时，由于材料腐烂而形成软弱夹层， 给加固后地基的稳定性带来潜在影响。 尽管对超软地基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，一般轻型机械上不去， 在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设，常用的有两种方式：用人力手推车 运砂铺设和用轻型小翻斗车铺垫。也可以将砂料运送到施工沿线两侧，用轻型推土机或皮带 输送机运至路基，辅以人工找平。应该注意的是，无论采用何种施工方法，在排水垫层的施工过程中都应避免对软土表层 的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。2. 施工中的注意事项(1) 换土法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度。压实的方法常用的有机 械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。这些方法要求垫层材料分层铺设，然后逐层振密或压 实。 机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械，利用机械自重压实地基 土。施工时先将一定深度内的软弱土挖去，开挖的深度和宽度应根据设计的具体要求确定。 先在基坑底部碾压，再将砂石或素(灰、二灰)土等在基坑内分层铺筑，然后逐层压实。机械 碾压法施工时，应根据压实机械的压实能量控制碾压土的最佳含水量，选择适当的碾压分层 厚度和碾压的遍数。 重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，自由落锤，以重锤自由下落的冲击能来夯实浅层地基和垫层填土。重锤夯实分层填土时，每层的虚铺厚度以相当于锤底直径为宜， 夯实完后，应将路基表面修整至设计高程。重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后2 遍平均夯沉量和有效夯实深度等。夯 实遍数一般为 8-12 遍，一般重锤夯实的有效夯实深度可达 1m 左右，并可消除 1.0-1.5m 厚 土层的湿陷性。 振动压实法是用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散土的地基处理 和垫层压实的方法。实践证明，振动压实法适宜于处理砂、砂石、碎石、炉渣等渗透性较好 的无黏性土为主的松散填土，也适宜处理黏粒含量少、透水性较好的松散杂填土。(2) 以黏性土为主的软弱土，宜采用平碾或羊足碾；对杂填土可用平碾；对砂土、砂石 料、碎石土和杂填土宜采用振动碾或振动压实机；对于狭窄场地、边角及接触带可用蛙式夯 实机。压实效果、分层铺填厚度、压实遍数、最优含水量等应根据具体施工方法及施工机具 通过现场试验确定。一般情况下，用平板振动器时，最优含水量为 15-20；用平碾及蛙 式夯时最优含水量为 8-12；用插入式振动器时，宜对饱和的碎石、卵石或矿渣充分洒 水湿透后进行夯压。(3) 垫层施工前必须对下卧地基进行检验，如发现局部软弱土层，应予挖除，用素土或 灰土填平夯实。对垫层底部有古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应先 予清理后，再用砂石逐层回填夯实，并经检验合格后，方可铺填上一层砂石料后再行施工。(4) 严禁扰动垫层下卧的软土，为防止践踏、受冻、浸泡或暴晒过久，坑底可保留 200mm 厚土层暂不挖去，待铺砂石料前再挖至设计高程，如有浮土必须清除，当坑底为饱和软土时， 须在土面接触处铺一层细砂起反滤作用，其厚度不计入砂垫层设计厚度内。(5) 砂石垫层的底面宜铺设在同一高程上，如深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜坡 搭接，各分层搭接位置应错开 0.5-1.0m 距离，搭接处注意捣实，施工应按先深后浅的顺序 进行。垫层竣工后，应及时施工上层路面。(6) 垫层施工应注意控制分层铺填厚度，每层压实遍数宜通过试验确定。分层松铺厚度， 可按采用的压实机具现场试验来确定，一般情况下松铺30cm,分层压实厚度为20cm。为保 证分层压实质量应控制机械碾压速度，一般平碾为2km/h；羊足碾为3km/h；振动碾为2km/h； 振动压实机为 0.5km/h 。(7) 人工级配的砂石应拌和均匀。用细砂作填料时，应注意地下水的影响，且不宜使用 平振法、插振法和水振法。灰土、二灰土材料应拌和均匀，注意配合比，控制含水量，如土 料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿。(8) 当施工中地下水位高于挖土底面时，宜采用排水或降水措施，注意边坡稳定，以防 止坍土混入砂石垫层中。(9) 压实后的灰土、二灰土应采取排水措施， 3d 内不得受水浸泡。二、抛石挤淤法抛石时应自路堤中部开始，逐次向两旁展开，使淤泥向两旁挤出。在片石露出水面后， 应用较小石块填塞垫平，用重型机械碾压紧密，然后在其上铺设反滤层再进行填土，如图 6-4。2.3.4 挤压法施工一、强夯法施工方法正式施工前应进行强夯试验，埋设有关测试仪器，获取强夯参数，并提出施工工艺。(1)试夯正式开始强夯施工前，应根据初步确定的参数，在现场选择有代表性的地方试夯，与夯 前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。若不符合设计要求， 应及时进行调整。在进行试夯时也可以采用不同的设计参数方案进行优选。（2）强夯施工 平整场地；预估强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定地面高程，然后用推土 机平整。 铺设垫层；若地表层为细黏土，且地下水位较高或地面有水的情况，可先将地表水排 出，在表层铺设 0.5-2m 左右厚的砂、砂砾或碎石等松散性材料或降低地下水位。这样做的 目的是在地表形成硬层，有利于机械设备进场施工，另外，还可加大地下水和表层的距离， 防止夯击效率降低。施工前，应认真查明强夯范围内地下构筑物和各种地下管线的位置，尽 量避开在其上进行施工，必要时应采取相应的措施。 夯点放线定位及测量高程；在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置，宜用石灰或 打小木桩的方法标出夯点，并测量场地高程。 施工工艺；强夯机就位，使夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程。将夯锤起吊至预 定高度，待夯锤脱钩，自由落下后，测量锤顶高程，并做好现场记录；若发现因坑底倾斜而 造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。按设计规定夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯 击。重复以上步骤，直至完成第一遍全部夯点的夯击。夯击一遍后，应用推土机将场地推平， 同时测量整平后的场地高程。按规定的间歇时间，重复以上步骤完成全部夯击遍数，最后用 低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。强夯法的顺序应该是先深后浅，即先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土。三、砂桩、碎石桩（振冲桩）1砂桩施工1）施工顺序 施工时应注意打桩先后位置次序：为使砂桩进展顺利，挤密砂桩宜从路之一侧向另一侧施打，或由中心向两边施打。就道路纵向而言，宜从道路一端向另一端施打，避免由两端向 中间施打，以减少挤密砂桩施工的困难。2）施工方法挤密砂桩施工根据砂井成孔的机械和方式 （1）振动沉管法般可分为振动沉管法和锤击成桩法两种。振动沉管法按其成桩工艺可以分为以下三种： 一次拔管法施工工艺 首先，用振动沉桩机将安有活瓣式或脱离式管靴的导管，在规定的桩孔位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土层中，并达到设计高程（略深一个桩靴的深度）；然后用装砂漏斗或采 用空压机将砂灌入导管；灌满之后，封闭管口，通入压缩空气或者加入水，缓慢提起导管直 到地面，在拔管的同时边振动边输入压缩空气 （或水）使活动瓣门开启（或脱离式桩靴离开导 管），桩管中的砂通过压缩空气的力量或水的作用落入孔中，形成砂桩。 逐次拔管法施工工艺 首先，将带有桩靴的导管在规定的位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土到设计高程；之后，用料斗向导管内灌装砂子；灌满之后，在振动以及向导管输送压缩空气的条件下，边 振动边将导管拔起一定高度，停止拔管继续振动若干秒，使落入孔中的砂密实；之后再拔起 一定高度又继续振动，如此反复进行，直到导管拔出地面。 重复压拔管法施 首先，将桩管在设计位置垂直就位；其次，将桩管沉 Ai 层中达到设计高程，如果桩管下沉速度很慢，可以利用桩管下端喷嘴射水口加快下沉速度；然后，用装砂料斗向导管内灌 砂；灌满之后，在振动的条件下，将导管拔起到规定高度，同时向桩管内送入压缩空气使砂 容易排出落入桩孔，桩管拔起后核定砂的排出情况；最后，用振动机将管按规定深度往已灌 砂的孔中压下，使桩径扩大并振实；如此反复进行，直到导管拔出地面。对于桩管每次拔起 和压下的高度，应根据砂桩直径要求通过试验确定。这一成桩法，是使桩体分段成型。其优点是可以压实桩体的砂和扩大桩径，对软土施加 了挤密作用。（2）锤击成桩法锤击成桩法按其施工工艺，分为单管法和双管法。 单管法a. 施工机械：单管法施工机械主要有蒸汽打桩机或柴油打桩机，下端带有活瓣钢制桩靴或预制钢筋混凝土锥形桩尖（留在土中）的桩管及装碎石料斗等。b. 施工工艺：单管法施工工艺见图6-8所示，施工步骤分别是：第 1 步：桩靴闭合，桩管垂直就位。第 2 步：将桩管沉入土层中，其深度宜大于设计高程 10-20cm。第 3 步：用料斗向桩管灌砂及水，当灌砂量较大时，可分成两次灌入。第一次灌入 2/3， 待桩管从土层中提升一半长度后，再灌剩余的 1/3。如灌水不便，亦可改用压缩空气，将通 气管接于导管上，密封管口，使砂在压缩空气的作用下，落入孔中形成砂桩。第 4 步：待砂全部落入孔中后，按规定的提升桩管速度从土层中提升出桩管。 双管法a. 施工机械：双管法施工机械主要有蒸汽打桩机或柴油打桩机、底端开口的外管（套管） 和底端封口的内管（芯管）、履带式起重机及装碎石料斗等。b. 施工工艺：双管法施工工艺见图6-9所示，施工步骤分别是：第 1 步：桩管垂直就位；第 2 步：用冲击锤将锤击内管和外管下沉到土层中的设计深度； 第3步：提升内管，向外管中灌入砂或砂砾，提管的速度，一般为 1.5-3.0m/min； 第 4 步：放下内管，提高外管，其高度小于所灌砂的高度；第 5 步：用内管冲击所灌之砂，使其挤密； 第6步：检查其贯入度达到规定要求之后，再提起内管（即芯管），向外管内灌砂； 第 7 步：重复进行以上第 4 步-第 6 步工序直到桩管拔出地面。2.碎石桩1）施工顺序碎石桩的施工顺序一般采用“先中间后周边”或“由一边推向一边”的顺序进行。在软黏土 地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动，宜用间隔跳打的方式。在既有建筑物邻近施工 时，必须向远离建筑物的方向施工，或者用功率较小的振动器施工。2）施工方法碎石桩根据其施工工艺一般可分为振冲碎石桩和干振碎石桩。（1）振冲碎石桩施工工艺振冲碎石桩施工过程见图 6-10 所示。其施工步骤如下：a. 就位。施工机具就位，振冲器对准桩位，开动水泵，待振冲器下端水口出水后，起 动振冲器，检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常，如图6-10a）所示。b. 成孔。启动起吊机械，使振冲器以1-2m/min的速度下沉。成孔过程中应使振冲器保 持铅直状态，并观察振冲器电流的变化，其电流的最大值不得超过电机的额定电流值：当下 沉过程中电流值超过额定电流值时，必须减速或者停止下沉，或者向上提起振冲器，待电流 下降后继续下沉。在成孔过程中要记录电流值、成孔速度和返水情况。当孔口不返水时，应 加大水量。当振冲器达到设计处理深度以下 0.3-0.5m 时，开始往上起，直到孔口，如图 6-10b） 所示。c .清孔。成孔后孔内泥浆比重较高，甚至有泥块，填料在孔内的下降速度将减慢，甚 至造成淤塞，不利于制桩，因此成孔后要留一定时间（一般l-2min）进行清孔，如图6-10c）所 示。清孔时将振冲器在孔底适当留振，将泥浆冲出孔口，再将振冲器提起，上下往返1-2次， 使孔道通畅。d. 填料。清孔后，将振冲器提出孔口，即可开始自下而上逐段填料。填料一般有三种 方式：一种是把振冲器提出孔口往孔内加料，然后再放入振冲器振密，每次往孔内倒入约 0.15-0.5m 石料，分段填料分段振密，直到制桩结束；另一种是振冲器不提出孔口，只是往 上提一些，使振冲器离开原来振密过的地方，然后往下倒料，再放下振冲器进行振密；第三 种方式是连续加料：即振冲器只管振密，而填料是不断往孔内添加，只要在其深度上达到规 定的振密标准后就往上提振冲器，再继续进行振密，如图6-13d）所示。e. 振密加固。利用振冲器将填入桩孔的石料不断挤入侧壁土层，同时使桩身填料密实。 振密加固时应该记录时间、投料数量和振冲器潜水电机所反映的电流值。无论哪种填料方式 都应保证振密自孔底开始，以每段30-50cm长度逐段自下而上直至孔口，如图6-13e）所示。f. 成桩。振密加固到孔口时桩体形成，先关闭振冲器，再关闭水泵，如图6-13f）所示。 加固区的碎石桩全部施工完毕后，再进行表面清理。（2）干振碎石桩施工工艺干振碎石桩施工工艺如图 6-12 所示，其施工步骤如下：首先用振动成孔器成孔，将桩孔中的土挤入周围土体，提起振孔器，向孔内倒入约 lm 厚的碎石，再用振孔器进行捣实，要求达到密实电流并留振10-15S,然后提起振孔器。如此 分段填料振实，直到形成碎石桩。3. 砂桩（碎石桩）质量检验方法（1）检测项目：包括桩体深度、连续性及密实度。（2）质量要求： 砂桩（碎石桩）必须采用一定级配的中、粗、砾砂，其净含泥量10） 1m深度以内应钎探密实。 砂桩（碎石桩）处理的黏性土地基，其复合地基的承载力应满足设计要求。（3）检测方法、频次 抽样检验砂子含泥量和级配，同一产地、品种、规格且连续进场的砂料，每2000m3 为一批，当不足 2000m3 时也按一批计。 在砂桩（碎石桩）施工结束后，达到规定静置时间，进行标准贯入、静力触探或动力触 探试验，当探头达到桩顶1m以下后，开始计数，按砂桩数量的2%抽样检验，且不少于2 根。同时对原状土、桩周土进行对比，重型动力触探需对桩体8-10m以上部位进行检测。 进行复合地基载荷试验，沿线路纵向每100m抽样检验3处，不足100m也检验3处（4）检验龄期（饱和黏土中桩）： 静力触探：宜在成桩桩体2周后、桩周土大于4周后进行； 重型动力触探：宜在成桩2周后进行； 复合地基载荷试验：宜在成桩2周后进行。四、CFG桩1 .施工顺序CFG 桩的打桩顺序有连打法、间隔跳打法。具体采用何种打法最好由现场试验来确定。连打法易造成邻桩被挤碎或缩颈，在黏性土中易造成地面隆起；跳打法不易发生上述现 象，但土层较硬时，在已打桩中间补打新桩，可能造成已打桩被震裂或震断。在软土中，桩距较大可采用隔桩跳打，但施工新桩与已打桩时间间隔不少于7d；在饱 和的松散粉土中，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打；全长布桩时，应遵循由“由一边向另一 边”的原则。2施工工艺(1)沉管 桩机就位，桩管保持垂直，垂直度偏差不大于1%； 若采用预制钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下300mm左右； 开始沉管，为避免对邻桩的影响，沉管时间应尽量短； 记录激振电流变化情况，一般可1m记录一次。(2)投料 沉管过程中可进行空中投料。沉管至设计高程后须尽快投料，直到管内混合料与钢管投 料口对齐。若投料量不够，应在拨管过程中空中投料，以保证成桩桩顶高程满足设计要求。(3) 拔管 拔管前，应原位留振约10s后再振动拔管。 控制拔管速度，一般1.2-1.5m/min较合适。拔管过快易造成局部缩颈或断桩；拔管太 慢，振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析。对淤泥质土，拔管速度可适当放 慢，拔管过程中也不宜反插留振。 桩管拔出地面后，应用粒状材料或用黏土封顶。(4) 开槽及桩头处理CFG桩施工完成后7d即可开槽，若基坑深度不大于1.5m，可采用人工开挖；当基坑深 度大于 1.5m 时，可考虑人工和机械联合开挖，并通过试开挖确定预留人工开挖深度，一般 人工开挖预留厚度不宜小于700mm,以避免对桩间土及桩产生不良影响。