土木工程施工地基处理与桩基工程.docx

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土木工程施工地基处理与桩基工程

《土木工程施工》

第二章地基处理与桩基工程

【学习要求】了解基坑验槽和地基加固的方法，掌握地基加固的原理和原则；了解钢筋砼预制桩构造，静力沉桩、锤击沉桩及振动沉桩的施工方法，掌握打桩顺序、打桩方法和打桩质量控制；了解各类成孔灌注桩的工艺原理和施工要点，掌握灌注桩的常见质量问题的原因及预防、处理方法。

【重点难点】教学重点：

预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法；灌注桩的施工工艺、质量控制方法。

教学难点：

桩基础的常见问题及处理方法。

【时间分配】3次课、6课时。

1基坑验槽

对地基的要求——承载力（承载力、抗剪强度）大、变形（地基允许变形值）小、土壤工程性质稳定。

验槽的要求——基坑（槽）开挖至设计标高后，应对基底进行保护，施工单位会同勘察、设计、监理和业主单位共同验槽合格后，方可进行垫层施工。

1.1观察验槽

观察验槽的重点是对整个坑（槽）底的土质进行全面观察，还包括检查基坑（槽）的位置、断面尺寸、标高和边坡是否满足要求。

土质观察的内容

⑴土质和颜色是否一样；

⑵土的坚硬程度是否均匀一致，有无局部过软或过硬；

⑶土的含水量是否异常，有无过干或过湿；

⑷在坑（槽）底行走或夯拍时有无振颤或空穴声音等现象。

通过观察，分析判断坑（槽）底是否挖到老土层（地基持力层），是否需继续下挖或进行处理。

验槽的重点应以柱基、墙角、承重墙下或其它受力较大的部位。

1.2钎探验槽

钎探——用锤将钢钎打入坑（槽）底以下土层内的一定深度，根据锤击次数和入土难易程度，判断土的软硬情况及有无土洞、枯井、墓穴和软弱下卧土层等。

钎探步骤：

⑴按坑（槽）平面图进行钎探布点、编号、绘制钎探点平面图；

⑵准备钎探仪，同一工程应锤重、钎径一致；

⑶按顺序号进行钎探施工；

⑷每贯入30cm为一步，记录一次锤击数（用力一致、锤距一致）；

⑸分析钎探记录，判断土层的构造和土的软硬。

⑹钎孔用砂填实。

2地基加固处理

2.1地基加固的原理

⑴原理：

“将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”，即可达到地基加固的目的。

⑵地基加固处理的综合措施：

拟定地基加固处理处理方案时，应考虑地基与上部结构共同工作的原则，从地基处理、建筑和结构设计、施工方案方面均采取相应措施，绝不能单纯对地基进行处理，否则，不仅会增加工程费用，反而难以达到理想的效果。

其具体措施有：

①改变建筑体形，简化建筑平面；

②调整荷载差异；

③合理设置沉降缝；

④采用轻型结构、柔性结构；

⑤加强房屋的整体刚度；

⑥偏心荷载较大时，对基础进行移轴处理；

⑦施工中正确安排施工顺序和施工进度。

2.2地基加固的方法

挖——挖去软土层，将基础置于承载力大的基岩或坚硬的土层中。

适于软土层不厚时，利用坚硬的土层作天然地基，最为经济。

填——软土层较厚，在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高地基的承载力，减小软土层的承压力。

换——软土层较时，将基础下面一定范围内的软土挖去，代之以人工填筑的垫层作持力层。

夯——利用打夯工具或机具夯击土壤，排出土壤中的水分，加速土壤的固结，提高土壤的密实度和承载力。

压——利用压实机械碾压地基土壤，使地基压实排水固结。

挤——用带桩靴的工具式桩管打入土中，挤压土壤形成桩孔，拔出桩管再在桩孔中灌入砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实。

其原理是挤密土壤、排水固结，提高地基的承载力，俗称“挤密桩”。

拌——用旋喷法或深层搅拌法加固地基。

此外，在公路路基施工中，常用到“加筋法”——土工织物（高分子化合物加工而成的无纺布、抗拉强度10～30KN/m）、加筋土（挡墙结构）。

3桩基施工

桩基础是一种常用的深基础形式，由桩和承台组成。

见教材P44页图2.7

⑴按受力情况分：

端承桩

摩擦桩

⑵按桩的施工方法分：

预制桩（木桩、钢筋砼方桩、预应力砼管桩、钢管桩、型钢桩）——工厂或施工现场制作。

预制桩——打入式（桩锤）、压入式（依靠桩架的自重和压重）、振入式（激振器）

灌注桩——桩位上就地成孔。

包括：

钻孔灌注桩——螺旋钻成孔、潜水钻成孔

挖孔灌注桩——人工成孔

冲孔灌注桩——冲击成孔

沉管灌注桩——锤击成孔、振动成孔

爆扩桩

灌注桩的优点：

节省钢材、降低造价、容易控制桩长。

其中钻孔灌注桩无噪音、无振动、不挤压土体，对邻近建筑物影响小；人工挖孔灌注桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小、施工工艺简单，无需大型机械设备、无振动和噪声，在重型结构和高层建筑深基础中广泛应用。

3.1预制钢筋混凝土打入桩施工

3.1.1钢筋砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放

钢筋砼预制桩有实心桩和管桩两种：

实心桩一般为方形断面，常用尺寸为200×200mm至500×500mm，一般在施工现场预制，单根桩的最大长度，取决于打桩架的高度，目前一般在27m以内，如需打30m以上的桩，则需考虑接桩，即整体分段预制、打桩过程中逐段接长；

管桩一般为外径为400～500mm的空心园柱形截面，在工厂采用离心法制成，大多采用先张法预应力工艺。

⑴桩的预制：

①现场制作砼预制桩一般采用间隔重叠法生产，桩与桩间用塑料薄膜或隔离剂隔开，邻桩与上层桩的砼须待邻桩与下层桩的砼达到设计强度的30%以后进行；重叠层数不超过四层、层与层间之间涂刷隔离剂；

②桩中钢筋应位置准确、主筋连接采用对焊，接头位置应相互错开，桩顶桩尖一定范围内不要留接头；

③桩尖对准纵轴线、桩顶平面和接桩端面应平整；

④砼强度等级不低于C30，砼应机拌机捣、由桩顶向桩尖连续浇筑捣实，严禁中断，养护不少于7天。

⑵起吊、运输和堆放

①桩的砼强度达到设计强度等级的70%方可起吊，吊点应设在设计规定之处，设计无规定时，应查找《建筑施工手册》的图表数据或按吊桩弯距最小（一点起吊）、正负弯矩相等或接近（两点或多点起吊）的原则自行计算确定吊点位置；

注意：

实心桩和空心桩的一点吊法、两点吊法、多点吊法的计算参数是不一致的。

②桩运输时的砼强度应达到设计强度的100%；打桩时桩宜随打随运，以避免二次搬运；

③桩的堆放场地地面必须平整坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应在同一垂直面上，层数不超过四层，不同规格的桩应分别堆放；

④运桩和堆放的桩尖方向应符合吊升的要求，以免临时再需将桩调头。

3.1.2打桩设备

①落锤——依靠落距（重力加速度）、速度慢、效率低、对桩损伤大；

②汽锤——利用蒸汽或压缩空气为动力进行锤击。

在单动和双动之分，落距短、速度快、效率高、适宜打各类桩，尤其是双动汽锤可打斜桩、水下打桩和拔桩；

③柴油锤——目前使用较多，有筒式、活塞式和导杆式三种，由于噪音、振动和空气污染等公害，在城市施工日益受到限制，不适用硬土和软土中打桩；

④液压锤——无噪音、冲击频率高，是理想的冲击式打桩设备，但造价较高。

使用锤击法沉桩施工，选择桩锤是关键。

首先应根据施工条件选择桩锤的类型，然后决定锤重，一般锤重大于桩重的1.5～2倍时效果较为理想（不适用小直径桩、短桩）。

施工中应“重锤轻击”（锤的重量大而落距小）这样桩极易打入土中，不会打坏桩头，也不会产生桩身回跃（回弹）；桩锤过重时，则会出现“轻锤高击”，极易损坏桩头，桩也难以打入土中。

多功能桩架——见教材P46页、图2.12步履式属于此类

履带式桩架——见教材P46页、图2.13

3.1.3打桩施工

⑴打桩前的准备工作：

清除地上或地下障碍物→平整场地→定位放线→通电、通水→安设打桩机；

注意：

①桩基轴线的定位点应设置在不受打桩影响处；②每个桩位打一个小木桩；③打桩地区附近设置不少于2个水准点，供施工过程中检查桩位的偏差和桩的入土深度。

⑵打桩顺序：

直接影响打桩速度和打桩质量，应综合桩距大小、桩机性能、工程特点和工期要求综合考虑

①由一侧向单一方向打（逐排打）——桩的就位和起吊均很方便，打桩效率高，但产生土壤向一个方向的挤压，桩距大于或等于4倍桩径时，土壤的挤压影响可以忽略不考虑，小于4倍桩径时可能产生桩身倾斜或浮桩，应考虑跳打或变换打桩顺序；

②自中间向两个方向打

③自中间向四周打——适宜大面积的桩群；

④分段打

注意：

对基础不一的桩，应遵循“先深后浅”的原则；对不同规格的桩，应遵循“先大后小、先长后短”的原则。

⑶打桩方法：

①桩插入土中时的垂直度偏差不超过0.5%，固定桩锤和桩帽，使桩、桩帽、桩锤在同一垂线上，确保桩能垂直下沉；

②开始沉桩应起锤轻压并轻击数锤，观察桩身、桩架、桩锤等垂直一致，始可转入正常施打；

③打桩过程中，如遇桩身倾斜、桩位位移、贯入度剧变、桩顶或桩身破碎或严重裂缝等异常情况，应暂停打桩，研究处置后再行施工；

④采用送桩法将桩送入土中时，桩与送桩杆应在同一轴线上，拔出送桩杆后，桩孔应及时回填；

⑤多节桩的接桩（焊接、法兰或硫磺胶泥锚接）应严格按规范执行。

⑷打桩的质量控制：

①桩的垂直偏差应控制在1%以内，平面位置的偏差，单排桩不大于100mm，多排桩为1/2～1个桩的直径或边长；

②承受轴向荷载的磨擦桩的入土深度控制，以标高为主，贯入度为参考；

③端承桩的入土深度以最后贯入度控制为主，标高作为参考；

④如遇桩顶位移或上升涌起、桩身倾斜、桩头击碎严重、桩身断裂、沉桩达不到设计标高等严重情况时，应暂停施工，采取相应措施处理后方可继续施打。

⑸减少对周围影响的措施：

噪音振动地下管线——办法不多

3.1.4静力压桩、振动沉桩、射水沉桩

⑴静力压桩——利用无振动、无噪音的静压力将桩压入土中；

⑵振动沉桩——振动桩锤产生的振动力通过桩身使土体振动而沉入土中（适宜砂土）；

⑶射水沉桩——利用高压水冲击桩尖附近土层，便于锤击，力冲水边打桩（适用于砂土和碎石土或特长的预制桩）。

3.2砼灌注桩施工

灌注桩直接在桩位上成孔,然后在孔内灌注砼而成.该工艺能适应地层的变化、无需接桩、施工时无振动、无挤压、噪音小，适用于建筑物密集区。

施工后需要一定的养护期，不能立即承受荷载。

3.2.1钻孔灌注桩

⑴干作业成孔灌注桩——螺旋钻机成孔、洛阳铲成孔

适用于成孔深度8～12米、成孔直径300～600mm、成孔深度无地下水的一般粘性、砂土及人工填土，不宜用于地下水位以下的上述各类土及淤泥质土。

成孔原理

扩底桩——换装扩孔刀片；

孔底虚土厚度——磨擦力为主的桩不大于300mm，端承力为主的桩不大于100mm；

钢筋笼一次绑好，放入孔内，砼应分层连续浇筑，分层厚度不大于1.5m。

⑵泥浆护壁成孔灌注桩——回转钻机（直径大）、潜水钻机、冲击钻机成孔

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔，不同土质和地下水位高低都适用。

使用最普遍的是回转钻机——正循环、反循环

①钢护筒——在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设钢护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。

其内径应比钻头大100mm，埋入土中不少于1m。

②泥浆——在粘土中钻进，可采用清水钻进、自造泥浆护壁；在砂土中钻进，则应注入制备泥浆钻进，注入泥浆密度控制在1：

1左右，排出泥浆密度宜为1.2～1.4。

钻进过程中，应保持护筒内泥浆水位高于地下水位。

③第一次清孔——钻孔达到设计标高后应进行清孔。

以原土造浆的钻孔可用“射水法”，，即钻杆只转不进（空转），待泥浆密度降至1.1左右；注入制备泥浆的钻孔则应采用“换浆法”清孔，至换出的泥浆密度小于1.15时方为合格。

④吊放钢筋笼及导管

⑤第二次清孔——在钢筋笼和导管安放后、水下砼浇灌前进行，在导管顶部安放泵及皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣。

第二次清孔标准是：

孔深达到设计要求，沉渣厚度在100mm以内。

⑥水下浇灌砼——在第三章中介绍

注意事项：

孔壁塌陷——补液并加大泥浆比重，严重时提钻、回填粘土、稳定后再钻；

钻孔偏斜——提钻后反复钻，不行回填粘土再重新钻进。

缺点——环境污