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第二章地基处理与桩基工程教学目的：通过本章学习使学生掌握预制桩和灌注桩等二种主要的桩基础的施工工艺流程。教学要求：1.了解各种地基处理方法、原理及施工工艺；了解钢筋混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法。2.熟悉土预制桩、灌注桩质量检验标准。3.掌握锤击法施工的全过程和施工要点（打桩设备、打桩顺序、方法和质量控制）；泥浆护壁灌注桩和干作业成孔灌注桩的施工要点；套管成孔灌注桩施工工艺和质量控制方法。教学重点：钢筋混凝土预制打入桩的施工；灌注桩（钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩）施工工艺回填土施工方法及质量检验标准。教学难点：钢筋混凝土预制桩沉桩工艺及质量控制方法；灌注桩施工工艺、常见质量缺陷及预防处理。教学方式：讲授法参考资料：1.毛鹤琴．土木工程施工（第2版）．武汉：武汉工业大学出版社，20042.重庆大学、同济大学、哈尔滨工业大学．土木工程施工（上、下册）.北京：中国建筑工业出版社，20033.赵世强．土木工程施工实习手册．北京：中国建筑工业大学出版社，20034.姜卫杰．《土木工程施工》学习指导．武汉：武汉工业大学出版社，2000教学过程及内容：2.1地基加固处理2.1.1地基加固的原理：1.原因：工程结构的荷载较大，地基土质又较软弱的，不能作为地基。2.原理：将土质由松变实，将土的含水量由高变低。3.方法：机诫碾压法、重锤夯实法、挤密法、化学加固法、预压固结法、深层搅拌法。4.目的：提高地基的抗剪强度；降低地基的压缩性；改善地基的透水性；改善地基的动力特性；改善特殊土的不良特性。5.措施：改变建筑体形，简化建筑平面；调整荷载差异；合理设置沉降缝；采用轻型结构、柔性结构；加强房屋的整体刚度；对基础进行移轴处理，当偏心荷载较大时，可使基础轴线偏离柱的柱线整体刚度；施工中正确安排施工顺序和施工进度。2.1.2地基加固的方法⒈换填“挖”挖去软土，把基础埋置在承载力大的基岩或坚硬的土层中（软土层不厚时用）。“填”当软土层很厚，而又需大面积对地基进行加固处理时，可直接回填一层好土（一定厚度），提高地基的承载能力，减小软土层的承压力。“换”挖与填相结合，即换土垫层法，此法适用于软土层较厚，而仅对局部地基进行加固处理。例如：砂垫层做法①宽度的确定：Ｂ’=B+2H*tanθ②材料要求：连砂石：石50％，最大粒径＜50mm③施工方法：④质量检查：⒉深层密实：采用爆破、强夯、挤压、振动等方法，使地基土在较大深度范围内得到密实。（１）爆破法：是将炸药放在地面深处，爆炸产生的高强压力波使土的疏松结构液化，形成密实结构（国外用）。（２）强夯法：将几十吨的重锤，从几十米的高处自由落下，对土进行强力夯实。来源于重锤夯实，但不同于重量锺夯实，承载能力提高2－5倍压缩性，加固影响深度可达30m。强夯加固机理：动力密实、动力固结、动力置换。３、挤密法：是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔内填入砂、石、土（或灰土、工灰）、石灰或其它材料，再加以振实而直径较大的桩体的方法。⒊挤密桩属柔性桩（１）分类Ａ.碎（砂）石桩；①方法：用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石或砂压入孔中，形成较大直径的密实桩体。②加固原理：对松散砂土：挤密作用，排水减压作用，砂基预震效应；对粘性土：置换、排水固结、垫层。Ｂ、石灰桩：分类：灰灌入法（石灰桩法）、粉灰搅拌法、石灰浆压力喷注法。加固原理：桩间土：成孔挤密、膨胀挤密、脱水挤密、胶凝作用。桩身：复合地基、桩土应力比2.5－5.0Ｃ、水泥粉煤灰碎石桩（ＣＦＧ桩）①概念：在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤、灰和少量水泥，加水拌合制成的一种具有一定粘结强度的桩。②优点：工艺简单，水泥用量少，受力特性与水泥搅拌桩类似。③加固机理：机体的作用；挤密的作用；褥垫的作用（保证桩、土共同承担荷载；减少基底面的应力集中；褥垫厚度可以调整桩土荷载比）。4．排水固结法：在地基中设置沙井（或塑排水板）等竖向排水体，然后进行加载预压，或利用建（构）筑物自身重量分级加载，使土体中的空水排出，逐渐固结，地基沉降，强度提高。可分为准载预压、真空预压、准载真空联合预压、塑料排水板。5．化学固结法１）定义：化学固结法是用水泥、粘土浆或其它化学浆液，通过灌注压入，高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，改善地基土的物理、力学性能的地基处理方法。２）分类：灌浆法；水泥土搅拌法；高压喷射注浆。2.2桩基施工2.2.1桩基础的组成和作用桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成。桩基础的构造要求：⒈桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm，主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于钢筋直径(Ⅰ级钢)的30倍，钢筋直径(Ⅱ级钢的Ⅲ级钢)的35倍。⒉扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍，不应大于桩身直径的3倍。⒊桩底进入持力层的深度，根据地质条件，荷载及施工工艺确定，宜为桩身直径的1-3倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土,岩溶以及震陷液化等影响，嵌岩灌注桩周边嵌及完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5m.。⒋预制桩的混凝土强度等级不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力桩不应低于C40。桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上，或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。2.2.2桩基础的分类⒈桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种（如图）（1）端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，上部结构荷载主要由岩层阻力承受；施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。（2）摩擦桩完全设置在软弱土层中，将软弱土层挤密实，以提高土的密实度和承载能力，上部结构的荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受，施工时以控制桩尖设计标高为主，贯入度可作参考。⒉桩按施工方法分为预制桩和灌注桩（1）预制桩：预制成桩→沉桩（用沉桩设备打入或压入）；（2）灌注桩：直接成孔（钻孔、挖孔）→安放钢筋笼→浇筑混凝土2.2.3预制桩基础根据沉桩方法分为：锤击沉桩法—以桩锤的冲击力将桩打入软土;静力压桩法—80～120t压桩机，适软弱土层。一、预制桩的制作、运输和堆放（一）制作⒈类型：（1）方桩：（截面边长多为250~550mm），如在工厂制作，长度不宜超过12m；如在现场预制，长度不宜超过30m。桩的接头不宜超过两个。（2）管桩：直径多为400~600mm，壁厚80~100mm，每节长度8~10m，用法兰连接，桩的接头不宜超过4个，下节桩底端可设桩尖，亦可以是开口的。参考035G409《预应力混凝土管桩》。1）代号：采用先张法工艺制作的预应力高强混凝土管桩（代号PHC），预应力混凝土管桩（代号PC）)，预应力风混凝土薄壁管桩（代号PTC）。2）管桩按外径划分有以下规格：PHC桩：300㎜、400㎜、500㎜、550㎜、600㎜、800㎜、1000㎜PC桩：300㎜、400㎜、500㎜、550㎜、600㎜PTC桩：300㎜、350㎜、400㎜、450㎜、500㎜、550㎜、600㎜分类：按桩身混凝土有效预压应力值或抗弯性能分为A、AB、B、C四种类型。桩尖：十字型a，开口型b×××-××××（××）-L×各类型桩代号管桩型号管桩外径（璧厚，mm）桩长桩尖类型⒉要点：（1）所用材料应有合格证明和检验资料及砼配合比资料。砼强度等级、钢材等级应符合设计要求和有关标准。（2）予制场地必须平整、坚实；支模平整牢靠、尺寸准确。（3）钢筋骨架主筋连接宜用对焊或电弧焊，主筋接头配置应满足规范要求。并符合钢筋焊接及验收规范。（4）钢筋骨架允许偏差应符合验收规范的规定。（见下表）（5）桩的单节长度除考虑桩架高度、制作场地、运输装卸能力外，尚应符合规范接桩、接头数的限制。（6）浇注砼时，宜从桩顶开始，并应防止另一端的砂浆积聚过多。（7）对锤击予制桩，其粗骨料宜为5~40㎜。（8）重叠法制桩时，要防止相邻桩间及底模间的粘连，上层桩浇注砼需在下层桩和邻桩达到一定强度后进行，（大于设计强度的3%），叠层不超过4层。（9）桩的表面应平整、密实、制作误差应误合施工规范的要求。（10）采用工厂生产的成品桩时，进场后应进行外观及尺寸检查、检查质保证明资料。筋骨架质量应符合下表检验标准项序检查项目允许偏差(mm)检验方法主控项目1主筋距桩顶距离±5用钢尺量2多节桩锚固钢筋位置5用钢尺量3多节桩预埋铁件±3用钢尺量4主筋保护层厚度±5用钢尺量一般项1主筋间距±5用钢尺量2桩尖中心线10用钢尺量3箍筋间距±20用钢尺量目4桩顶钢筋网片±10用钢尺量5多节桩锚固钢筋长度±10用钢尺量㈡运输（1）混凝土强度：桩达到设计强度的70%方可起吊，达到100%才能运输。（2）合理吊点：原则：正负弯矩值相等则均小一点吊――距顶0.31L(L=5~10m)，距顶0.29L（L＝11～16m）；两点吊――距顶、距尖0.207L；（3）吊、运平稳，避免损坏。㈢堆放:高度不超过四层；地面坚实、平整，垫长枕木；支承点在吊点位置，垫木上下对齐。二、预制桩打桩工艺流程（一）施工准备⒈材料要求（1）预制钢筋混凝土桩：规格质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证。（2）焊条（接桩用）：型号、性能必须符合设计要求和有关标准的规定，一般宜用E4303牌号。（3）钢板（接桩用）：材质、规格符合设计要求，宜用低碳钢。主要机具有：打桩机、电焊机、桩帽、运桩小车、索具、钢丝绳、钢垫板或槽钢，以及木折尺等。⒉打桩设备打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。（1）桩锤落锤：构简、使便、锤高可调；效率低，桩损大。锤重0.5～1.5t，动力卷扬机、人。柴油锤：(导杆式、筒式)构简、使便、自供能源、适于中型桩；锤重0.12～6.0t；不适过软过硬土、噪音大、污染，40～80次/分。蒸汽锤：单动－升耗能、自重降，力大慢1.5～15t，25～30次/分；双动式－双向耗能，效率高，0.6～6t；100～200次/分；可打可拔。液压锤：无噪、无污、频率高，复杂、价高。油气二压施力长，贯入度大。（2）桩架作用：支撑锤桩；吊桩就位；打桩导向类型（常用）：多功能桩架：机动适应性好；大而装拆运麻烦。履带式桩架：移动方便，适用范围广。步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。⒊作业条件（1）桩基的轴线和标高均已测定完毕，并经过检查办了预检手续。桩基的轴线和高程的控制桩，应设置在不受打桩影响的地点，并应妥善加以保护。（2）处理完高空和地下的障碍物。如影响邻近建筑物或构筑物的使用或安全时，应会同有关单位采取有效措施，予以处理。（3）根据轴线放出桩位线，用木橛或钢筋头钉好桩位，并用白灰作标志，以便于施打。（4）场地应碾压平整，排水畅通，保证桩机的移动和稳定垂直。（5）打试验桩。施工前必须打试验桩，其数量不少于2根。确定贯入度并校验打桩设备、施工工艺以及技术措施是否适宜。（6）要选择和确定打桩机进出路线和打桩顺序，制定施工方案，作好技术交底。（二）工艺流程⒈如下框图：移至下一桩位中间检查验收打桩至设计持力层和贯入度送桩测量定位桩机就位第1节桩就位，对中调直接桩第n节桩起吊，对中调直打桩⒉测量定位根据设计图纸编制工程桩测量定位图，并保证轴线控制点不受打桩时振动和挤土的影响，保证控制点的准确性。根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样10～20根桩位，在桩位中心点地面上打入一支φ6长约30～40cm的钢筋，并用红油漆等标示。桩机移位后，应进行第二次核样，核样根据轴线控制网点所标示工程桩位坐标点（X、Y值），采用极坐标法进行核样，保证工程桩位偏差值小于10mm，并以工程桩位点中心，用白灰按桩径大小画一个圆圈，以方便插桩和对中。工程桩在施工前，应根据施工桩长在匹配的工程桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。打桩顺序：打桩顺序合理与否，影响打桩速度、打桩质量，及周围环境。当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要。打桩顺序影响挤土方向。打桩向哪个方