地基处理与基础工程

本章重点：地基加固的原理钢筋混凝土预制桩、沉管灌注桩的施工打桩的质量控制灌注桩产生质量事故的原因及预防、处理方法地基处理与基础工程1什么时候需要加固地基?当土层的承载能力较差，如淤泥、冲填土及其它软弱土层或虽然土层较好，但上部荷载甚大时，为使地基具有足够的坚固性和稳定性，可以对土层进行加固。1地基加固处理2地基加固的原理1)地基加固原理：“将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”。2)拟订加固方案在拟订地基加固处理方案时，应充分考虑地基与上部结构共同工作的原则，从地基处理、建筑、结构设计和施工方面均应采取相应的措施进行综合治理，决不能单纯的进行加固处理，否则，不仅会增加工程费用，反而难以达到理想的效果。3地基加固的方法七字方法：挖、填、换、夯、压、挤、拌一、“挖”就是挖去软土层，把基础埋置在承载力大的基岩上或坚硬的土层中。这种方法当软土层不厚时，利用坚硬的土层作为天然地基，甚为经济。二、“填”当软土层很厚时，而又需大面积对地基进行加固处理时，则可在软土层上直接回填一层一定厚度的好土，以提高地基的承载力减小软土层的承压力。三、“换”换就是将挖与填相结合，它是将基础下面一定范围内的软弱土层挖去，而代之以人工填筑的垫层作为持力层。这种方法适用于软土层较厚，而仅对局部地基进行加固处理。垫层材料有砂石，碎石，三合土（石灰：砂：碎砖（石）＝1：2：4），三七灰土，矿渣，素土等。素土：指碎石土、砂土、粉土、粘性土等“换”的两种常用方法（一）灰土垫层地基灰土垫层具有一定的强度、水稳定性和抗渗性，施工工艺简单，取材容易，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。适用加固深1-4m厚的软弱土、沉陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。砂垫层地基（二）砂垫层地基砂垫层地基是用夯（压）实的砂或砂石垫层替换基础下部一定厚度的软土层，以起到提高基础下地基承载力，减少沉降，加速软土层的排水固结作用。适用处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基；不宜用于加固湿陷黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。四、“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，以提高土壤的密实度和承载力。“夯”的两种常用方法（一）重锤夯实地基重锤夯实是利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯击基土表面，使地基表面形成一层比较密实的硬壳层，从而使地基得到加固。适用范围：地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土的加固处理。缺点：振动锤表面夯实的加固深度一般为1.2～0m。重锤夯实地基1.机具设备1.1夯锤夯锤形状宜采用截头圆锥体，可用C20钢筋混凝土制成。其底部可采用20mm厚钢板，以使重心降低。锤重为1.5-3.0t，落距一般采用5-4.5m。重锤夯实地基1.2起重机有摩擦式卷扬机的履式起重机打桩机悬臂式桅杆起重机龙门式起重机重锤夯实地基1.3施工要点1）最优含水量＝塑限含水量±2％现场简易测定：以手捏紧后，松手土不散，易变形而不挤出，抛在地上即呈碎裂为合适2）夯打顺序：大面积基坑或条形基槽内：一夯挨一夯独立柱基础基坑内：先周边后中间或先外后里的跳打法先周边后中间先外后里独立柱基础基坑内夯打顺序（二）强夯地基强夯法是用起重机械将8-40t的夯锤吊起，从6-30m的高处自由下落，对土体进行强力夯实的地基加固方法。强夯法与重锤夯实法的区别：强夯法属于高能量夯击，是用巨大的冲击能，使土中出现冲击波和很大的应力，迫使土颗粒重新排列，排除孔隙中的气和水，从而提高地基强度，降低其压缩性。强夯地基适用范围：碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及杂填土地基的深层加固。优点：地基经强夯加固后，承载能力可以提高2-5倍，压缩性可降低200-1000%。是一种效果好、速度快、节省材料、施工简便的地基加固方法。缺点：是施工时噪音和振动很大，离建筑物小于10m时，应挖防震沟，沟深要超过建筑物基础深。强夯地基1.机具设备1.1夯锤：夯锤重：8-40t材料：首选铸钢或铸铁，次选钢板外壳内浇筑钢筋混凝土。夯锤底面：圆形（常用）或方形锤的底面积大小：取决于表面土质，对砂土一般为2-4m2，粘性土为3-4m2，淤泥质土为4-6m2。夯锤中宜设置若干个上下贯通的气孔，以减少夯击时空气阻力。强夯地基1.2起重机：一般采用自行式起重机。起重能力取大于1.5倍锤重，并需设安全装置，防止夯击时臂杆后仰。1.3脱钩装置：五、“压”利用压路机、羊足碾、轮胎碾等机械压地基土壤，使地基压实排水固结。也可采用预压固结法，即先在地基范围的地面上，堆置重物预压一段时间，使地基压密，以提高承载力，减少沉降量。注意要形成良好的排水系统。主要方法：砂井堆载预压法、袋袋砂井堆载预压法、塑料排水带堆载预压法和真空预压法。六、“挤”就是先用带桩靴的工具式桩管打入土中，挤压土壤形成桩孔，然后拔出桩管，再在桩孔中灌人砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实，或者随着填充料的灌入逐渐拔出桩管。适用于松软饱和地基，其原理就是挤密土壤，排水固结，以提高地基的承载力，所以也叫挤密桩。七、“拌”利用高压射流切削土壤，旋喷浆液（水泥浆、水玻璃、丙凝等），搅拌浆土，使浆液和土壤混合，凝结成坚硬的柱体或土壁。方法：旋喷法和深层搅拌法深层搅拌水泥粉喷桩施工近年来新兴起了深层搅拌水泥粉喷桩（简称粉喷桩），可作为软土地基改良加固方法和重力式支护结构。施工时，以钻头在桩位搅拌后将水泥干粉用压缩空气输入到软土中，强行拌合，使其充分吸收地下水并与地基土发生理化反应，形成具有水稳定性、整体性和一定强度的柱状体，同时桩间土得到改善，从而满足建筑基础的设计要求。其桩径一般为500、600、700mm，桩长可达18m。第二节桩基施工1.土木工程中什么情况下需采用桩基础？深部土层软弱，或建（构）筑物的上部荷载较大，而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等，则需采用深基础。桩基础是一种常用的深基础形式。墩基础，沉井基础，沉箱基础和地下连续墙。桩基础组成：由桩和桩顶承台组成桩基础按受力性质分端承桩摩擦桩按材料分钢筋砼桩预应力钢筋砼桩复合地基桩按制作方法分预制桩现浇桩人工成孔灌注桩机械成孔灌注桩摩擦桩端承摩擦桩摩擦端承桩端承桩木桩钢桩钻孔灌注桩冲孔灌注桩挖孔灌注桩沉管灌注桩爆扩桩3.桩的类型1钢筋混凝土预制桩特点：能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快,对周围环境影响较大。分类：实心桩：方桩尺寸200×200mm－500×500mm长度：27m以内管桩：空心圆桩直径：400－500mm施工程序：预制、运输、堆放、沉桩。1.桩的预制制作方法:并列法、间隔法、重叠法、翻模法等对于重叠法重叠层数不宜超过四层,层与层之间应涂刷隔离剂，上层桩或临桩的灌筑,应在下层桩或临桩混凝土达到设计强度30%以后方可进行.注意事项：钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架的主筋的连接宜采用对焊,接头应错开，桩尖用钢制.钢骨架的偏差应符合有关规定，混凝土宜采用机械搅拌,机械振捣,由桩顶向桩尖连续浇筑捣实,一次完成,严禁中断钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑桩的起吊当桩的砼达到设计强度的70%方可起吊，桩吊点位置的确定（原则：弯矩最小）3.桩的运输当桩的砼达到设计强度100%方可运输打桩前，桩从制作处运到现场前以备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨道小平台车运输。4.桩的堆放桩堆放时，地面必须平整、坚实，垫木间距应根据吊点确定，各层垫木应位于同一垂直线上，最下层垫木应适当加宽，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。预制桩沉桩施工预制桩沉桩施工方法：1、锤击法2、静力压桩3、振动法4、水冲法锤击沉桩也称打入桩，是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中，锤击沉桩是混凝土预制桩最常用的沉桩方法。优点：该法施工速度快，机械化程度高，适应范围广，现场文明程度高。缺点：施工时有噪音污染和振动，对于城市中心和夜间施工有所限制（一）锤击法打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。（1）桩锤桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时，力求采用“重锤轻击”。1、锤击法施工机械设备（2）桩架桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向，并保证桩捶能沿着所要求方向冲击的打桩设备。常用的桩架：多功能桩架；履带式桩架。1、锤击法施工机械设备①多功能桩架：沿轨道行驶，可作360°回转优点：可适应各种预制桩，也可用于灌注桩施工缺点：是机构较庞大，现场组装和拆迁比较麻烦②履带式桩架：以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。优点：性能比多能桩架灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。1、锤击法施工机械设备多功能桩架履带式桩架（3）动力装置动力装置的配置取决于所选的桩锤，包括起动桩锤用的动力设施。当选用蒸汽锤时，则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。1、锤击法施工机械设备打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地；定位放线；设置供电、供水系统；安装打桩机等。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地点，水准点设置不少于2个。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。2、打桩前的准备工作1、确定打桩顺序的原因土体挤密，偏移变位浮桩2、什么时候尤需确定打桩顺序当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要3、打桩顺序由一侧向单一方向进行，自中间向两个方向对称进行，自中间向四周进行3、打桩顺序的确定由一侧向单一方向进行自中间向四周进行自中间向两个方向对称进行3、打桩顺序的确定打桩质量包括两个方面的内容:一是能否满足贯入度或标高的设计要求；二是打入后的偏差是否在施工及验收规范允许范围以内。摩擦桩的入土深度控制：以标高为主，最后贯入度作为参考端承桩的入土深度控制：以最后贯入度为主，标高作为参考4、打桩的质量控制打入预制桩－第一节桩体打入预制桩－电焊接桩打入预制桩－末节桩体1）打桩时，引起桩区及附近地区的土体隆起和水平位移，邻桩相互挤压导致桩位偏移。2）如在已有建筑群中施工，打桩还会引起临近已有地下管线、地面交通道路和建筑物的损坏和不安全。5、打桩的公害措施：挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。5、打桩的公害（二）静力压桩静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN。静力压桩机（三）振动法沉桩振动法是利用振动锤沉桩，将桩与振动锤连接在一起，振动锤产生的振动力通过桩身带动土体振动，使土体的内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。该方法在砂土中施工效率较高。振动锤1—振动器；2—弹簧3—竖轴；4—横梁；5—起重环；6—吸振；（四）水冲法沉桩（射水沉桩）射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时使用，具体选择应视土质情况而定。必须注意，不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段1~1.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。2钢筋混凝土灌注桩何谓灌注桩就地成孔安放钢筋笼灌注混凝土根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩泥浆护壁成孔的灌注桩套管成孔的灌注桩爆扩成孔的灌注桩等灌注桩能适应各种地层的变化，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出灌注桩的特点1）干作业成孔灌注桩2）泥浆护壁成孔灌注桩3）套管成孔灌注桩4）爆扩成孔灌注桩5）挖孔