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第3章地基处理与基础工程 地基质量问题 不均匀沉降 3 1地基处理 建筑物对地基的要求 稳定性 承载力 变形 天然地基 不满足 地基处理原理 将土质由松变实 将水的含水量由高变低方法 换土地基 重锤夯实法 机械碾压法 砂桩挤密法 深层搅拌法 化学加固法等 3 1 1换土地基法 当建筑物基础下的持力层比较软弱 不能满足上部结构荷载对地基的要求时 常采用换土垫层来处理软弱地基 即将基础下一定范围内的土层挖去 然后回填以强度较大的砂 碎石或灰土等 并夯实至密实 按回填材料不同分砂地基 碎 砂 石地基 灰土地基等 3 1 1换土地基法 一 砂地基和砂石地基此法可以提高地基承载力 减少沉降 加速软弱土排水固结 防止冻胀 和消除膨胀土的胀缩等作用 使用于处理透水性强的软弱粘性土 但不适宜湿陷性黄土地基和不透水的粘性土地基 1 构造要求 其尺寸按计算确定 厚度0 5 3米 比基础宽200 300毫米 2 材料要求 土料宜级配良好 质地坚硬的中砂 粗纱 砂砾 碎石等 3 1 1换土地基法 3 施工要点 1 验槽 处理 2 分层回填 应先深后浅 保证质量 3 降水及冬期施工4 质量检查 方法有环刀取样法 贯入测定法 3 1 1换土地基法 二 灰土地基灰土地基是将软土挖去 用一定体积比的石灰和粘性土拌和均匀 在最优含水量情况下分层回填夯实或压实而成的处理地基 1 构造要求 其尺寸按计算确定 2 材料要求 配合比一般为2 8或3 7 土质良好 级配均匀 颗粒直径符合要求等 3 1 1换土地基法 3 施工要点 1 验槽 处理 2 材料准备 控制好含水量 3 控制每层铺土厚度 4 防冻措施4 质量检查 用环刀法检查土的干密度 质量标准用压实系数鉴定 3 1 2强夯地基 强夯地基是用起重机械将重锤 8 30T 吊起从高处 6 30M 自由落下 给地基以冲击力和振动 从而提高地基土的强度并降低其压缩性的一种有效的地基加固方法 适宜碎石土 砂土 粘性土 湿陷性黄土及填土地基的加固处理 3 1 2强夯地基 1 机具设备 主要有起重设备 夯锤 脱钩装置2 施工要点 1 试夯确定技术参数 2 场地平整 排水 夯点布置测量定位 3 按试夯确定技术参数进行 4 注意排水与防冻 做好施工记录等 3 质量检查 采用标准贯入 静力触探等方法 3 1 3重锤夯实地基 重锤夯实地基是用起重机械将重锤提升到一定高度后 利用自由下落时的冲击能来夯实地基的 适宜处理地下水位以上稍湿的粘性土 砂土 湿陷性黄土 杂填土等 1 机具设备 有起重机械和夯锤 3 1 3重锤夯实地基 2 施工要点 1 试夯确定夯锤重量 底面积 最后下沉量 遍数 总下沉量 落距等 2 每层铺土厚度以锤底直径为宜 一般铺设不少于两层 3 土以最佳含水量为准且夯扩面积比基础底面均大300毫米以上 4 夯扩方法 对基坑或条形基础应一夯接一夯顺序进行 独基应先周边后中间进行 当底面不同高时应先深后浅 最后表面处理 3 1 3重锤夯实地基 3 质量检查 检查施工记录应符合最后下沉量 总下沉量 以不小于试夯总下沉量90 为合格 具体详有关标准 强夯法与重锤夯实法有什么区别 重锤夯实是强夯的一种 夯能不同 重锤夯实夯击能低于强夯夯击能 以1000KN m分界 夯击能不是一个数量级 因此加固机理就不同 重锤夯实是对浅层土加固 属于压实机理 而强夯法是对深层土加固 主要是动力固结 动力密实机理 3 1 4振冲地基 振冲地基可分为振冲置换法和振冲密实法两类 1 机具设备 主要有振冲器 起重机械 水泵及供水管道 加料设备 控制设备等 2 施工要点 1 振冲实验确定 水压 水量 成孔速度 填料方法 密实电流 填料量和留振时间 2 定冲孔位置并编号 3 振冲 排渣 留振 填料等 3 质量检查 1 位置准确 允许偏差符合有关规定 2 在规定的时间内进行实验检验 3 1 5地基局部处理及其他加固方法简介 一 地基局部处理1 松土坑处理2 砖井或土井的处理3 局部软硬土的处理 二 其他地基加固方法简介1 砂桩地基2 水泥土搅拌桩地基3 预压地基4 注浆地基 第二节浅埋式钢筋混凝土基础施工常用的浅基础有条形基础 杯形基础 筏式基础和箱形基础等类型分类 按受力特点划分为刚性基础和柔性基础 刚性基础指抗压强度较大 而抗弯 抗拉强度较小的材料建造的基础如砖 灰土 毛石 混凝土 三合土基础 柔性基础指抗弯 抗压 抗剪强度都很大 适用于地基土软弱 上部结构荷载较大的基础 一 条形基础1 构造要求 1 锥形基础边缘高度不宜小于200mm 阶梯形基础每阶高度宜为300 500mm 2 垫层厚度大于100mm 混凝土强度等级为C10 基础混凝土强度不低于C15 3 底板受力钢筋不小于8mm 保护层35mm 无地基时不小于70mm 4 插筋直径与数量与柱内纵向受力钢筋相同 锥形 台阶形 2 施工要点 1 基坑先验槽 换填不良土层 清除杂物 积水 验槽后立即浇筑地基混凝土 2 地基达到一定强度后 弹线 支模 铺放钢筋网片 3 浇筑前 应清除模板垃圾和钢筋上的油污 模板应浇水湿润 4 基础砼宜分层连续浇筑 5 锥形基础的斜面部分模板应随砼浇捣分段支设并顶压紧 以防模板上浮变形 边角处应注意捣实 6 基础上有插筋时 要加以固定 砼外表面应浇水养护 二 杯形基础杯形基础常常是预制柱基础 基础中预留杯口 将柱子插入杯口并用混凝土浇注固定的方法 1 构造要求2 施工要点 1 砼按台阶分层浇筑 高杯口的高台阶部分按整段分层 2 杯口模板应做成定型模板 并应固定牢固 压浆 3 浇注杯口砼 应对称均匀进行 4 浇注时注意在杯底留出50mm的细石砼找平层 基础浇捣完毕 在砼初凝后终凝前取出杯口模板 并将杯口内侧凿毛 5 高杯口基础施工时 当砼浇捣至杯口底时再安装固定杯口基础模板 三 筏式基础筏式基础是有由钢筋混凝土底板 梁等组成 适合于地础承载力低且上部荷载大的结构 一般有梁板式和平板式两类 1 构造要求 1 砼强度等级不宜小于C20 钢筋保护层厚不小于35mm 2 基础平面应尽量对称 以减小偏心距 底板厚不小于200mm 梁顶高出底板顶不小于300mm 梁宽不小于250mm 3 底板下设100mm厚C10砼地基 每边伸出底板不小于100mm 2 施工要求 1 施工前降水至基坑底下不小于500mm 2 先底板后梁和两者同时进行 3 砼浇注时一般不留施工缝 必须留设时 应按施工缝要求处理 4 基础浇筑完毕 表面应盖草 洒水养护 并不少于7d 四 箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板 顶板 外墙以及一定数量的内墙组成 特点 整体性好 刚度大 调整不均匀沉降能力及抗震能力强 减少基底处原有地基自重应力 适用于软弱地基上的面积较小计 平面形状简单 上部结构荷载大且分布不均匀的高层建筑物基础 1 构造要求 1 箱基在平面布置上尽可能对称 2 砼等级不应低于C20基础 高一般取建筑物高的1 8 1 12不宜小于箱基长度的1 16 1 18 且不小于3m 3 底板厚一般取隔间距的1 8 1 10 约为300 1000mm 顶板厚约200 400mm 内墙厚不宜小于200mm 外墙厚不宜小于250mm 4 平均每平米基础面积上墙体长度应不小400mm 或墙体水平截面积不得小于基础面积的1 10 纵墙配置不得小于墙体总配置量的3 5 2 施工要点 1 基坑开挖地下水位较高时 应将地下水降至坑底下500mm处 采用机械开挖时 在坑底面设计标高 以上保留200 400厚土层 采用人工开挖 在验槽以后 应立即进行基础施工 2 箱基的底板 顶板及内外墙的支模和浇筑 可采用内外墙和顶板分次支模浇注方法施工 3 箱基的底板 顶板及内外墙宜连续浇筑完毕 当大型箱基 基础长度超过40m时 宜设一道不小于800的后浇带 以防产生温度收缩裂缝 4 基础施工完毕 应立即回填 并验算抗浮稳定性 第三节桩基础工程当浅基础不能满足上部结构的强度和变形时可采用桩基础 桩基的作用和分类 1 作用 可以将上部荷载直接传递给下部较好持力层上 2 分类 1 按承台位置的高低分 高承台桩基础 承台底面高于地面 它的受力和变形不同于低承台桩基础 一般应用在桥梁 码头工程中 低承台桩基础 承台底面低于地面 一般用于房屋建筑工程中 2 按承载性质不同 端承桩 是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上 桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小 其摩擦力可忽略不计 摩擦桩 是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用 将上部荷载传递扩散于桩周围土中 桩端土也起一定的支承作用 桩尖支承的土不甚密实 桩相对于土有一定的相对位移时 即具有摩擦桩的作用 3 按桩身的材料不同 钢筋混凝土桩可以预制也可以现浇 根据设计 桩的长度和截面尺寸可任意选择 钢桩常用的有直径250 1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩 钢桩的承载力较大 起吊 运输 沉桩 接桩都较方便 但消耗钢材多 造价高 我国目前只在少数重点工程中使用 如上海宝山钢铁总厂工程中 重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914 4mm和600mm 长60mm左右的钢管桩 4 按桩的使用功能分 竖向抗压桩 竖向抗拔桩 水平荷载桩 复合受力桩 5 按桩直径大小分 小直径桩d 250mm 中等直径桩250mm d 800mm 大直径桩d 800mm 6 按成孔方法分 非挤土桩泥浆护壁灌筑桩 人工挖孔灌筑桩 应用较广 部分挤土桩先钻孔后打入 挤土桩打入桩 7 按制作工艺分 预制桩钢筋混凝土预制桩是在工厂或施工现场预制 用锤击打入 振动沉入等方法 使桩沉入地下 灌筑桩又叫现浇桩 直接在设计桩位的地基上成孔 在孔内放置钢筋笼或不放钢筋 后在孔内灌筑混凝土而成桩 与预制桩相比 可节省钢材 在持力层起伏不平时 桩长可根据实际情况设计 二 静力压桩施工工艺 一 特点及原理 静力压桩法是在软土地基上 利用静力压桩机以无振动的静压力 自重和配重 将预制桩压入土中的一种沉桩工艺 二 压桩机械设备 主要有机械压桩机 液压静力压桩机两种 三 压桩工艺方法1 施工程序 下图 2 压桩方法3 桩拼接的方法 浆锚接头 焊接接头 液压式静力压桩机 测量定位 桩机就位 吊桩插桩 再静压沉桩 终止压桩 施工工序 切割桩头 四 压桩施工要点 压桩时 应始终保持桩轴心受压 若有偏移应立即纠正 接桩应保证上下节桩轴线一致 并应尽量减少每根桩的接头个数 一般不宜超过4个接头 施工中 若压阻力超过压桩能力 使桩架上抬倾斜时 应立即停压 查明原因 当桩压至接近设计标高时 不可过早停压 应使压桩一次成功 以免发生压不下或超压现象 工程中有少数桩不能压至设计标高 此时可将桩顶截去 三 现浇混凝土灌注桩施工工艺按成孔方法分类 钻孔灌注桩 沉管灌注桩 人工挖孔灌注桩和爆破成孔灌注桩 1 灌注桩施工准备工作A 确定成孔施工顺序一般结合现场条件 采用下列方法确定成孔顺序 间隔一个或二个桩位成孔 在相邻混凝土初凝前或终凝后成孔 一个承台下桩数在五根以上时 中间的桩先成孔 外围的桩后成孔 B 成孔深度的控制摩擦型桩 桩管入土深度以标高控制为主 以贯入度控制为辅 端承型桩 沉管深度控制以贯入度控制为主 以标高控制为主辅 C 钢筋笼的制作制作时要考虑主筋 箍筋的直径及间距 主筋的保护层 加劲箍的间距等应符合设计要求和规范要求 分段制作接头采用焊接并使接头错开50 放置时不得碰撞孔壁 D 混凝土的配制粗骨料 卵石或碎石 最大粒径不得大于钢筋净距的1 3 对于其他类型的灌注桩或素混凝土见相关规定 混凝土强度等级 不小于C15 这是正在截断 近处桩 和已经截断的桩 稍左稍远 一 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩是用机械钻孔 后浇注混凝土而成孔的方法 他又分为泥浆护壁成孔灌注桩和干作业成孔两种 1 泥浆护壁成孔灌注桩适合碎石土 砂土和粘性土且地下水位较高的情况 1 施工设备 冲击 冲抓 回转钻及潜水钻机 2 施工方法 泥浆护壁成孔灌注桩施工现场 1 首先做好施工准备工作 场地平整 挖设排水沟 放线定桩位及复核等 2 利用潜水电机中的密封电动机 变速机构 带动钻头在泥浆中旋转削土 同时用泥浆泵压送高压泥浆 或用水泵压送清水 使从钻头底端射出 与切碎的土颗粒混合 以正循环方式不断由孔底向孔口溢出 将泥渣排出 或用砂石泵或空气吸泥机用反反循环方式排除泥渣 如此连续 直至到设计深度 3 清孔以原土造浆的钻孔 可使钻机空转同时 注入清水 至排出泥浆密度降至1 1左右 即可认为合格 对注入制备泥浆的钻孔 可采用换浆法清孔 至换出泥浆密度小于1 15 1 25为合格 4 吊放钢筋 浇注水下混凝土浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中 因为当混凝土直接与水接触穿过水层时 骨料和水泥很快将产生分离 骨料很快沉入水底 而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态 当其下沉时 已凝结硬化 因此水下混凝土的浇注 必须在与周围环境水隔离的条件下进行 水下混凝土浇筑的方法很多 最常用的是导管法 导管法采用的主要机具有 导管 漏斗和储料斗 隔水塞 3 质量要求1 护筒中心与桩中心偏差不大于50mm 2 泥浆比重控制 3 孔底沉渣厚度 2 干作业成孔灌注桩 干作业成孔灌注桩适合底下水位以上的桩基施工 1 施工设备 螺旋钻机 钻孔扩机 机动或洛阳铲等 2 施工要点 开始钻孔时 应保持钻杆垂直 位置正确 防止因钻杆晃动引起孔径扩大及增多孔底虚土 发现钻杆摇晃 移动 偏斜或难以钻进时 应提钻检查 排除地下障碍物 避免桩孔偏斜和钻具损坏 钻进过程中 应随时清理孔口粘土 遇到地下水 塌孔 缩孔等异常情况 应停止钻孔 同有关单位研究处理 钻头进入硬土层时 易造成钻孔偏斜 可提起钻头上下反复扫钻几次 以便削去硬土 若纠正无效 可在孔中局部回填粘土至偏孔处0 5m以上 再重新钻进 成孔达到设计深度后 应保护好孔口 按规定验收 并做好施工记录 孔底虚土尽可能清除干净 可采用夯锤夯击孔底虚土或进行压力注水泥浆处理 然后快吊放钢筋笼 并浇筑混凝土 混凝土应分层浇筑 每层高度不大于1 5m 3 质量要求 垂直度不大于1 孔底虚土厚度不大于100mm 桩位允许偏差符合规定要求 3 施工中常见问题及处理 孔壁坍塌 钻孔偏斜 孔底虚土 断桩等 二 沉管灌注桩的施工施工方法有 锤击沉管灌注桩 振动沉管灌注桩 静压沉管灌注桩 沉管夯扩灌注桩和振动冲击沉管灌注桩等 施工工艺 使用锤击式桩锤或振动式桩锤将一定直径的钢管沉入土中 形成桩孔 然后放入钢筋笼浇筑混凝土 最后拔出钢管 形成所需要的灌注桩 沉管灌注桩施工过程a 就位 b 沉套管 c 初灌混凝土 d 放置钢筋笼 灌注混凝土 e 拔管成桩 1 锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩宜用于一般粘性土 淤泥质土 砂土和人工填土地基 1 施工设备 桩架 桩锤及动力设备等 2 施工方法 方法有单打法和复打法两种 桩管上端扣上桩帽 检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上 桩管偏斜 0 5 时 可锤击桩管 拔管要均匀 第一次拔管高度控制在能容纳第二次所需灌入的混凝土为限 然后再灌足混凝土 拔管时应保持连续密锤低击不停 并控制拔出速度 对一般土层 以不大于1 min为宜 在软弱土层及软硬土层交界处 应控制在0 8 min 3 质量要求 混凝土强度不低于C20 坍落度 钢筋保护层厚度 桩位允许偏差等见混凝土结构规范 2 振动沉管灌注桩 适用于砂土 稍密及中密的碎石土地基 边振边拔 是主要特征 振动沉管灌注桩可采用单振法 反插法或复振法施工 1 施工设备 桩架 击振器 动力设备等 沉管灌注桩设备 1 滑轮组 2 振动器 3 漏斗 4 桩管 5 吊斗 6 枕木 7 机架 8 拉索 9 架底 10 卷扬机 2 施工方法 单振法施工 在沉入土中的桩管内灌满混凝土 开始开动激振器 振动5s 10 开始拔管 边振边拔 复振法施工 施工方法与单打法相同 施工时要注意 前后两次沉管的轴线应重合 复振施工必须在第一次灌注的混凝土初凝之前进行 钢筋笼应在第二次沉管后放入 质量要求 沉管灌注桩 4 施工中常见问题及处理a 断拉 桩距小 受施打时的挤压影响 软硬土层间传递水平力大小不同处理 将断桩拔去 增大桩截面积或加筋后重新浇筑 b 瓶颈桩 在含水量较大的软弱土层中沉管时 土受挤压产生很高的孔隙水压 拔管后挤向新灌的砼 产生缩颈 处理 施工时应保持管内砼略高于地面拔管时采用复打或反插法c 吊脚桩 桩去刚度不够 沉管被破坏变形 造成水或泥砂进入桩管 处理 拔出桩管 填砂后重打 或采取密振慢拔 d 桩尖进水进泥处理办法 可将桩管拔出 修复改正桩靴缝隙或将桩管与预制桩尖接合处用草绳 麻袋垫紧后 用砂回填桩孔后重打 如果只受地下水的影响 则当桩管沉至接近地下水位时 用水泥砂浆灌人管内约0 5m作封底 并再灌1m高的混凝土 然后继续沉桩 若管内进水不多 小于200mm 时 可不作处理 只在灌第一槽混凝土时酌情减少用水量即可 三 人工挖孔灌注桩简称挖孔桩 是采用人工挖掘的方法进行成孔 然后安装钢筋笼 浇筑混凝土成型 优点 设备简单 施工现场较干净 噪音小 振动小 无挤土现象 施工速度快 可按施工进度要求决定同时开挖桩孔的数量 必要时 可同时施工 土层情况明确 可直接观察到地质变化情况 桩底沉渣清除干净 施工质量可靠 桩径不受限制 承载力大 与其他桩相比较经济 缺点 劳动条件差 施工安全隐患较多 要在开工前制定相对应的安全措施 1 施工机具垂直运输工具 单轨电动葫芦配提升金属架与轨道 活底提土吊桶 排水机具 潜水泵 通风设备 鼓风机和送风管 挖掘工具 镐 锹 土筐等 此外 还有井内外照明 电铃等设备 2 施工工艺 测量 放线 定桩位 开挖土方 支设护壁模板 设立操作平台 浇筑护壁混凝土 拆除模板继续下一段的施工 安放钢筋笼 浇筑桩身混凝土 但在开挖成孔的全过程中 必须专门制订安全措施 3 质量要求 桩的尺寸允许偏差符合要求 必须清底 防止混凝土发生离析现象 钢筋符合设计要求等 4 安全措施 操作人员戴好安全帽 防止中毒 塌方等 四 爆破灌注桩爆破灌注桩