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第2章地基与桩基础工程【教学要求】了解地基加固的方法，掌握地基加固的原理和拟定加固方案的原则；了解预制桩的构造，掌握锤击沉桩、静力沉桩、振动沉桩和射水沉桩的施工方法；了解各类灌注桩的工艺原理和施工要点。了解桩基工程质量控制和检测验收的方法。【教学重点】预制桩的沉桩方法、沉桩顺序、贯入度控制和质量控制方法，灌注桩常见质量问题的原因及预防、处理方法。【教学难点】预制桩沉桩施工质量控制；灌注桩常见质量问题的预防及处理方法。第一节地基处理及加固一、地基加固处理当结构的荷载较大，地基土质又较软弱(强度不足或压缩性大)，不能作为天然地基时，可采取人工加固处理的方法改善地基性质，提高承载力、增加稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。1、地基加固的原理“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。工程实践中的各种加固方法均是从这一加固原理出发。1、地基加固原理地基碾压加固提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。2、地基处理的目的坚实稳定的建筑地基在可靠地基上建造的基础⑴软弱地基包括：淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。3、地基处理的对象⑵特殊土地基包括：软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。吹填土的施工现场淤泥质土湿陷性黄土膨胀土4、地基加固处理的综合措施拟定地基加固处理方案时，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。其具体措施有：⑴改变建筑体形，简化建筑平面；⑵调整荷载差异；⑶合理设置沉降缝；⑷采用轻型结构、柔性结构；⑸加强房屋的整体刚度；⑹偏心荷载较大时，对基础进行移轴处理；⑺施工中正确安排施工顺序和施工进度。地基加固处理的方法很多，归纳起来无非是：“挖”、“填”、“换”、“夯”、“压”、“挤”、“拌”七个字。二、地基加固的方法当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑地基的要求，而软弱土层的厚度不大时，挖去软土层将基础置于承载力大的基岩或坚硬的土层中，最为经济。挖去厚度不大的软土层当软土层较厚、承载力或变形又与建筑地基要求的差距不大时，可在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高地基持力层的承载力，减小软土层的承压力。在软土层上回填好土软土层较厚时，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。采用砂石、三合土、矿渣、素土等材料换土的地基分别称为砂石地基、三合土地基、粉煤灰地基。1、换填法砂石地基施工砂石垫层剖面图利用压实机械碾压地基土壤，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。2、预压法—排水固结法排水固结法水平排水体竖向排水体塑料排水带排水系统加压系统降低地下水法真空法堆载法砂垫层袋装砂井普通砂井电渗法⑴堆载预压法在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。加载预压堆载预压法包括加压系统和排水系统。按堆载材料分为自重预压、加载预压和加水预压。按加压程序可分为单级加荷和多级加荷。加水预压是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。抽气使地表砂垫层及排水竖井内形成负压，使土体内部与排水竖井之间形成压力差。压差作用下土体中的孔隙水不断由排水竖井排出，从而使土体固结。⑵真空预压法吹填施工软弱的吹填地基真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，又称为负压固结。按照竖向排水体的不同，真空预压法又可分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。袋装砂井施工袋装砂井施工机械袋装砂井埋设完毕袋装砂井袋装砂井埋设完毕袋装砂井与排水横管连接插板机在进行塑料排水带施工塑料排水带埋设完毕真空预压法—覆盖封闭膜真空预压法—排气进行时真空预压法的新发展低位真空预压法高真空击密法覆水真空预压法覆水真空预压法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。3、夯实法平板振动夯进行地基夯实冲击夯进行软土压实施工是一种较常采用的地基处理方法,它是用起重机械将大吨位夯锤(一般不小于8t)起吊到高处(一般不小于6m)后，自由落下，对土体进行强力夯实。强夯施工中强夯适用于粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的加固。但强夯产生的振动对已建成或在建的建筑物有影响时，不得采用。强夯法施工强夯可提高地基土的强度，降低土的压缩性，改善土的抗液化条件。吊起夯锤自动脱钩装置起重机配三角架起吊夯锤下落瞬间起重机配龙门架起吊夯坑夯锤一般重10～25t，大吨位锤通常采用钢板外壳内灌砼，也可用局部钢板浇筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40KPa。夯锤中宜设置若干上下贯通的气孔，可减小夯锤起吊时的吸力（夯锤吸力可达3倍锤重）。夯锤上气孔长圆柱夯锤短圆柱夯锤圆锥形夯锤圆柱形夯锤高宽比过大，容易偏锤，要慎用圆锥形夯锤底面积小，会形成很深的夯坑在夯坑内回填块、碎石，强行夯入并排开软土，形成砂石桩与软土的复合地基，称之为强夯置换（或动力置换、强夯挤淤）。强夯置换强夯置换施工碎石被夯入深坑中起出并清理夯锤振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。4、振冲法5、水泥土搅拌法深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械，在地基中将水泥和土体强制拌和，使软弱土硬结成整体，形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙，处理深度可达8～12m。施工过程：定位—沉入到底部—喷浆搅拌（上升）—重复搅拌（下沉）—重复搅拌（上升）—完毕水泥土搅拌法分为深层搅拌法和粉体喷搅法振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下，把套管打入规定的设计深度，夯管入土后，挤密了套管周围土体，然后投入砂石，再排砂石于土中，振动密实成桩，多次循环后就成为砂石桩。也可采用锤击沉管方法。桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化，也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。6、砂石桩法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”。包括碎(砂)石桩、石灰桩、灰土桩、CFG桩等。7、深层挤密法施工完的灰土桩灰土桩施工现场桩的分类桩基础由桩和承台组成：按承载性状分端承桩磨擦桩端承桩磨擦端承桩端承磨擦桩磨擦桩桩基础构造示意图第二节钢筋混凝土预制桩施工•按桩身的材料不同分为钢筋混凝土桩、钢桩、木桩、沙石桩和灰土桩。•按桩的性能和竖向受力情况分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平荷载桩和复合受力桩。•按成孔方式分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。钢筋砼预制桩有实心桩(RC桩)和预应力管桩(PC管桩)两种：●实心桩常为边长250～550mm的方形断面，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，长度不宜超过30m。打30m以上的桩需考虑接桩，即整体分段预制、打桩过程中逐段接长；●管桩一般为外径400～500mm的空心圆柱形截面，壁厚80～100mm,在工厂采用“离心法”制成，分节长度8～10m，法兰连接。管桩多采用先张法预应力工艺。预应力钢筋砼管桩一、钢筋砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放⑴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%以后方可进行；重叠层数不超过四层、层与层间之间涂刷隔离剂。（一）制作第一层预制方桩制作完毕预制方桩的间隔生产⑵桩中钢筋应位置准确，主筋连接宜采用对焊，主筋接头位置应相互错开，相邻两根主筋接头截面的距离应大于30d，并不小于500mm；桩顶、桩尖一定范围内不留接头。桩身钢筋绑扎桩尖钢筋构造桩端钢筋构造⑶桩尖对准纵轴线、桩顶平面和接桩端面应平整。⑷现场分段预制桩时，应整体支模、纵向主筋先通长铺设，再在分段处切断；分段长度应考虑桩架有效高度、场地条件、装卸和运输能力，并避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。⑸预制桩的砼强度等级不低于C30，预应力砼桩的砼强度等级不低于C40，纵向钢筋的保护层厚度不宜小于30mm；锤击预制桩的粗骨料粒径宜为5～40mm。⑹砼应边拌边捣、由桩顶向桩尖连续浇筑捣实，严禁中断，养护不少于7天。料斗布料入模砼振捣密实表面拍实压光桩的砼强度达到设计强度等级的70%方可起吊，如需提前起吊，应进行强度和抗裂度验算。（二）起吊、运输与堆放吊点应设在设计规定之处，设计无规定时，应按吊桩弯距最小的原则确定吊点位置。见右图：预制桩的装车运输⑴桩运输时的砼强度应达到设计强度的100%。⑵打桩时桩宜随打随运，以避免二次搬运。⑶桩的堆放场地须平整坚实，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。⑷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。预制桩的堆放（二）起吊、运输与堆放二、预制桩的沉桩施工预制桩的沉桩施工方法有锤击法、静力压桩法、振动法和水冲法。锤击法静力压桩法振动法打桩设备包括桩锤、桩架和动力设备1、桩锤（一）锤击法⑴落锤——构造简单、施工方便，锤重一般0.5～1.5t，用卷扬机拉升施打，可随意调整落锤高度。速度慢、效率低、对桩身损伤大。⑵汽锤——利用蒸汽或压缩空气为动力进行锤击。有单动和双动之分，单动式汽锤锤重3～15t，锤击频率40～60次/min，落距短、速度快、效率高、适宜打各类桩；双动式汽锤锤重0.6～3.5t，锤击频率100～135次/min，可打斜桩、水下打桩和拔桩。目前已较少使用。⑶柴油锤——构造简单、施工方便，有导杆式和筒式两种，锤重2～7.2t，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；⑷液压打桩锤——无噪音、冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备，但构造复杂、造价较高。国内最大的D180筒式柴油锤HHP系列液压打桩锤柱锤的选择锤击法沉桩施工，桩锤选择是关键。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（桩重大于2t时可采用比桩轻的锤，但不宜小于桩重的75%）。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)；桩锤过轻时，则会出现“轻锤高击”，极易损坏桩头，桩也难以打入土中。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的设备。常用的桩架有多功能桩架和履带式桩架。⑴多功能桩架：由立柱、斜撑、回转工作台、底盘及传动机构组成。优点：机动性和适应性较大，水平方向可作3600回转，立柱可倾斜，可适应各种预制桩和灌注桩；缺点：机构庞大，组装拆迁较麻烦。⑵履带式桩架以履带式起重机为底盘，加装立柱及传动机构用以打桩。性能灵活，移动方便，适应各类预制桩或灌注桩的施工。3、打桩前的施工准备工作清除地上或地下障碍物→平整场地→材料机具准备，通电、通水→打桩试验→确定打桩顺序→抄平放线，定桩位，设标尺→垫木、桩帽和送桩。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。注意：打桩前对桩管进行检查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。⑴由一侧向单一方向打(逐排打)：桩的就位和起吊方便，打桩效率高，但土壤向一个方向挤压，桩距≥4倍桩径时，土壤的挤压影响可忽略不予考虑，小于4倍桩径时可产生桩身倾斜或浮桩，应考虑跳打或变换打桩顺序；⑵自中间向两个