《地基与基础》课件.ppt

3 23 2020 1 第三章地基与基础 目录 学习重点 学习要求2 3 1浅基础工程4 3 2地基处理31 3 3桩基础工程107 3 4水域钻空桩施工技术313本章小结358单元测试作业360结束369 3 23 2020 2 学习重点 学习要求 学习重点 钢筋混凝土预制桩和混凝土灌注桩施工及质量检验标准 对泥浆护壁成孔灌注桩施工过程及方法 学习要求 了解浅基础的类型 了解地基处理的方法 了解单桩竖向抗压静载试验 了解桩基础组成及分类 了解预制桩 灌注桩质量检验标准 了解泥浆护壁成孔施工过程及工艺原理 3 23 2020 3 学习重点 学习要求 掌握预制桩施工顺序确定 注意事项 质量事故产生的原因和预防措施 了解静力压桩特点和施工方法 掌握预制桩的打桩原则和停打标准 掌握沉管灌注桩 大直径人工挖孔灌注桩的施工方法 常见质量事故的预防和处理 安全施工措施 3 23 2020 4 3 1浅基础工程 目录 总述5一 浅基础的类型71 基础受力特点分 72 浅基础按构造形式分类 113 按材料分类 12二 浅基础施工131 砖基础施工132 石基础施工193 混凝土和毛石混凝土基础施工224 板式基础245 杯形基础266 筏形基础28 3 23 2020 5 3 1浅基础工程 地基 指建筑物荷载作用下基底下方产生的变形不可忽略的那部分地层 基础 指将建筑物荷载传递给地基的下部结构 3 23 2020 6 3 1浅基础工程 地基必须满足三方面的条件 强度 稳定性 变形值 一般情况下采用浅基础 如不满足上述条件要求 则必须进行加固处理 把它称为人工地基上的浅基础 必要时则采用深基础 3 23 2020 7 3 1浅基础工程 一 浅基础的类型 基础的埋置深度小于宽度的基础 或小于5m的称为浅基础 1 基础受力特点分 a 刚性基础指如砖 毛石 灰土 混凝土 三合土等基础 刚性基础的重大拉应力和剪应力必定在其变截面处 其值基础台阶的宽高比 挑出部分的宽度与其对应的高度之比 影响很大 因此 刚性基础控制台阶的宽高比 刚性角 是关键 刚性基础的形式见下页 下页表2 1刚性基础刚性角的容许值 3 23 2020 8 3 1浅基础工程 图片 3 23 2020 9 3 1浅基础工程 刚性基础的形式图形 刚性角 3 23 2020 10 3 1浅基础工程 b 柔性基础专指钢筋混凝土基础 它的抗弯 抗压 抗拉能力都很大 适用于地基土比较软弱 上部结构荷载较大的基础 3 23 2020 11 3 1浅基础工程 2 浅基础按构造形式分类 a 独立基础指单独基础 多呈柱墩形 截面可作成阶梯形和锥形等 b 条形基础 条基 指长度远大于高度和宽度的基础 c 梁基础这是在柱下带形基础不能满足地基承载力要求时 将纵横带形基础连成整体 使基础纵横两向均有较大的刚度 d 基础 满堂基础 3 23 2020 12 3 1浅基础工程 3 按材料分类 a 砖基础b 石基础c 凝土基础d 石混凝土基础e 石三合土基础f 筋混凝土基础 3 23 2020 13 3 1浅基础工程 二 浅基础施工1 砖基础施工开挖前 设龙门板或龙门桩 大放脚有两种形式 a 当地基承载力f 150kpa时 采用等高式大放脚 下页图形 即两皮一收 两边各收进1 4砖长 3 23 2020 14 3 1浅基础工程 基础大放脚形式图 3 23 2020 15 3 1浅基础工程 b 当地基承载力f 150kpa时 采用不等高式大放脚 上页图形 即两皮一收或一皮一收相间隔 两边各收进1 4砖长 大放脚的底宽应根据计算而定 各层大放脚的宽度应为半砖长的整倍数 3 23 2020 16 3 1浅基础工程 砖基础不在同一深度 由下往上砌筑 在高低台阶接头处 下面台阶要砌一定长度 一般不小于基础扩大部分的高度h 实砌体 砌到上面后和上面的砌体一起退台 砖基础高低接头处砌法如下页图形 3 23 2020 17 3 1浅基础工程 砖基础的灰缝厚度为8 12mm 一般为10mm 砖基础接槎应留成斜槎 如因条件限制留成直槎时 应按规范要求设置拉结筋 砖基础内宽度超过300mm的预留孔洞 应砌筑平拱或设置过梁 3 23 2020 18 3 1浅基础工程 砖基础高低接头处砌法 3 23 2020 19 3 1浅基础工程 2 石基础施工 毛石基础图见下页 可以用毛石或毛条石 以铺浆法砌筑 灰缝20 30mm 砂浆饱满 石基础应分皮卧砌 上下错缝 不准采用外侧立石块 中间填心的砌筑方法 每日砌筑高度不超过1 2m 在转角处或交接处 应同时砌筑 否则留成斜槎 3 23 2020 20 3 1浅基础工程 毛石基础图 3 23 2020 21 3 1浅基础工程 毛石基础的断面形式有两种 见上页 阶梯形 梯形 基础顶宽比墙厚大200mm 每阶梯的高度为300 400mm 至少两皮毛石 基底要坐浆 石块大面向下 基础的第一层 最上一层 转角 交接处和洞口处选用较大的平毛石砌筑 3 23 2020 22 3 1浅基础工程 3 混凝土和毛石混凝土基础施工混凝土基础应分层进行 并用插入式振捣器振捣 对于阶梯形的应整分浇筑层 对于锥形应逐步的随浇随由下向上安装模板 对于独立基础应连续浇筑完毕 3 23 2020 23 3 1浅基础工程 在混凝土基础中掺入不多余25 的毛石 称为毛石混凝土基础 可节约水泥 要求毛石的粒径 150mm 1 4结构最小断面 毛石要洗净晾干 投放要求 分层 均匀 2m深的基坑浇筑时要使用溜槽 3 23 2020 24 3 1浅基础工程 4 板式基础 下页图 板式基础包括柱下钢筋混凝土独立基础和墙下混凝土条形基础 柱下独立基础当柱荷载的偏心距不大时 常用长方形 偏心距大时 则用矩形 1 构造要求 2 施工要点 3 23 2020 25 3 1浅基础工程 图片 3 23 2020 26 3 1浅基础工程 5 杯形基础杯形基础主要用作装配式钢筋混凝土柱的基础 形式有一般杯口基础 双杯口基础 高杯口基础等 见下页 所用材料为钢筋混凝土 接头采用细石混凝土灌浆 1 构造要求 2 施工要点 3 23 2020 27 3 1浅基础工程 杯形基础示意图 3 23 2020 28 3 1浅基础工程 6 筏形基础筏形基础由钢筋混凝土底版 梁等组成 适用于有地下室或地基承载力较低而上部结构传来的荷载较大时采用 筏形基础在外形和构造上象倒置的楼盖 分为梁板式和平板式两种 下页图2 31 3 23 2020 29 3 1浅基础工程 图片 3 23 2020 30 3 1浅基础工程 前者用于荷载较大的情况 后者一般在荷载不大 柱网较均匀且间距较小的情况下采用 由于筏形基础的整体刚度较大 能有效将各柱子的沉降调整得较为均匀 1 构造要求 2 施工要点 3 23 2020 31 3 2地基处理 目录 一 概论地基处理32 一 地基处理的目的32 二 结构物存在的一般问题33 三 地基处理方法34二 换土垫层法43 一 概念43 二 换土垫层法的设计 施工 质检46三 重锤夯实法57四 强夯法66五 振冲法79 一 冲挤密法80 二 振冲置换法93 3 23 2020 32 3 2地基处理 一 概论地基处理 一 地基处理的目的地基作为支撑建筑物荷载的地层 必须有足够的强度和稳定性 当建筑物的突然地基土质条件较差 难以满足建筑物的荷载要求时 即须采用适当的地基处理 提高地基的承载能力 以保证结构的安全和正常使用 3 23 2020 33 3 2地基处理 二 结构物存在的一般问题a 强度及稳定性问题 b 压缩及不均匀沉降问题 c 地下水流失 潜蚀及管涌问题 d 液化 震陷及失稳问题 3 23 2020 34 3 2地基处理 三 地基处理方法下面我们简单介绍6种处理方法 a 排水固结法 原理 软粘性土地基在荷载作用下 土中孔隙水排出 孔隙比减小 地基固结变形 超静水压力消散 土的有效应力增大 地基土强度提高 3 23 2020 35 3 2地基处理 施工手段 1 堆载预压法 适用于软粘土地基 2 砂井堆载预压法 透水性低的软粘性土 3 降低地下水法 饱和粉细石地基 4 真空预压法 软粘土地基 3 23 2020 36 3 2地基处理 b 振密 挤密法 原理 采用一定的手段 通过振动 挤压使地基土体孔隙比减少 强度提高 施工手段 1 表面压实法 浅层疏松粘性土 松散砂性土 湿陷性黄土及杂填土 2 重锤夯实法 天然含水量接近最佳含水量的浅层土 3 23 2020 37 3 2地基处理 3 强夯法 无粘性土 杂填土非饱和粘性土及湿陷性黄土等 4 振密 挤密法 砂性土 小于0 005mm的粘粒小于10 的土 5 土桩和灰土桩 湿陷性黄土 人工填土 非饱和粘性土 3 23 2020 38 3 2地基处理 c 置换及拌入法 原理 以砂 碎石等材料置换软弱地基 或在部分土体内掺入水泥 石灰等形成加固体 与未加固部分形成复合地基 从而提高地基承载能力 减小压缩量 施工手段 1 开挖置换法 浅层地基处理 2 深层搅拌法 软弱粘性土 3 23 2020 39 3 2地基处理 d 灌浆法 原理 用气压 液压 电化学原理把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝和孔隙 以改善地基物理力学性质 提高地基承载能力 灌浆法适用于砂及砂砾地基 湿陷性黄土地基 粘性土地基 施工手段 1 渗入灌浆法 2 劈裂灌浆法 3 压密灌浆法 3 23 2020 40 3 2地基处理 e 加筋法 原理 通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物 拉筋 受力杆件等 提高承载能力 减少沉降的目的 施工手段 1 土工聚合物 软弱地基 2 锚固技术 天然地基及人工地基 3 加紧土 人工填筑的砂性土 3 23 2020 41 3 2地基处理 f 冷热处理法 原理 通过人工冷却 使地基冻结 或在软弱粘性土地基的钻空中加热 通过烧使周围地基减少含水量 提高强度 减少压缩性 3 23 2020 42 3 2地基处理 施工手段 1 冻结法 饱和的砂土或软弱粘性土层中的临时性措施 2 烧结法 软粘土 湿陷性黄土 根据每一类方法的处理原理 按具体施工方法的不同 均有其各自的适用范围 后面将具体讲几种方法的施工情况 换土垫层法 重锤夯实法 强夯法 振冲法 3 23 2020 43 3 2地基处理 二 换土垫层法 一 概念1 什么是换土垫层法换土垫层法是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去 然后回填强度较高 压缩性较低 并且没有侵蚀性的材料 如中粗砂 碎石或卵石 灰土 素土 石屑 矿渣等 再分层夯实 作为地基的持力层 3 23 2020 44 3 2地基处理 2 换土垫层法的作用 a 通过垫层的应力扩散作用 减少垫层下天然土层的压力 提高地基承载能力 减少基础沉降 b 水分较快排出 缩短沉降稳定时间 3 23 2020 45 3 2地基处理 3 换土垫层法的适用范围 对于解决荷载较大的中小型的建筑物的地基问题是比较有效的 4 换土垫层法的特点 就地取材 设备和施工简单 工期短成本低 3 23 2020 46 3 2地基处理 二 换土垫层法的设计 施工 质检1 砂垫层的设计内容 宽度 厚度 a厚度 砂垫层的厚度应根据垫层底部软弱土层的承载能力来确定 及当上部荷载通过砂垫层按一定的扩散角传到下卧层时 下卧层顶面所受的总压力不超过其容许承载能力 当垫层材料为碎石 粗砂或中砂时 扩散角可取30 对其它较细的材料扩散角为22 3 23 2020 47 3 2地基处理 一般砂垫层的厚度为1 2m 如厚度小于0 5m 砂垫层的作用不明显 如厚度大于3m 则施工比较困难 也不经济 3 23 2020 48 3 2地基处理 b 宽度 宽度应满足两个方面的要求 一是应力扩散的要求 二是防止垫层向两边挤出 但目前还缺乏可靠的理论计算方法常用下面的经验公式来计算砂垫层的底部宽度 B B 2H tg 式中B 基础宽度 H 为垫层厚度 为扩散角 垫层宽确定以后 按照基坑的坡度往上延伸到基础底面 如图见下页 3 23 2020 49 3 2地基处理 砂垫层剖面图 3 23 2020 50 3 2地基处理 2 换土垫层法的材料要求一般采用颗粒级配良好 质地坚硬的中 粗砂或者粒径 50mm的碎石或卵石 也可采用细石掺少于50 的碎石 所用的砂 石料等不得含有草根 垃圾等有机物资 3 23 2020 51 3 2地基处理 3 换土垫层法的施工要点施工前应验槽 先将浮土清除 基坑的边坡必须稳定 防止塌方 槽底和两则如有孔洞 沟井和墓穴等 应在做垫层前加以处理 人工级配的沙石应按级配拌合均匀 再铺填捣实 3 23 2020 52 3 2地基处理 在软弱土层上要注意保护土的原状结构 以免降低强度在垫层的最下一层 最好先铺设20mm厚的粗砂 用木夯夯实 不得使用振捣器 当采用碎石垫层时 也应在软弱土上先铺一层砂垫底 3 23 2020 53 3 2地基处理 砂垫层的施工关键是如何使砂垫层密实 以达到设计要求 所以在施工时应使砂饱和 并分层铺设和夯实 每层的铺设厚度见下页表2 2 捣实砂层时注意不要扰动基坑底部和四侧的土 以免影响和降低强度 3 23 2020 54 3 2地基处理 图片 3 23 2020 55 3 2地基处理 每铺好一层垫层 经密实度检验合格后方可进行上一层的施工 冬季施工时不得采用夹有冰块的沙石作垫层 并应该采取措施防止沙石内水分结冰 3 23 2020 56 3 2地基处理 4 换土垫层法的质量检查在捣实后的砂垫层中 用容积不小于200cm3的环刀取样 测定其干密度 pd ms v 以不小于通过试验所确定的该砂料在中密状态时的干密度数字为合格 如果为沙石垫层 可在垫层中设置纯砂检查点 在同样施工条件下取样 3 23 2020 57 3 2地基处理 三 重锤夯实法1 何为重锤夯实法 重锤夯实法是利用起重机机械将重锤提升到一定高度 自由下落 重复夯打击实地基 经过夯打以后 形成了一层比较密实的硬壳层 从而提高了地基强度 3 23 2020 58 3 2地基处理 2重锤夯实法的适用范围 各种粘性土 砂土 湿陷性黄土 杂填土 分层填土地基 3 23 2020 59 3 2地基处理 3 重锤夯实法注意事项 a 拟加固土层必须高出地下水位0 8m以上 因为饱和土在瞬间冲击力作用下 水不易排出 难以夯实 b 在夯实影响范围内有软土存在 或夯击对临近建筑物有影响时 不宜采用重锤夯实法 3 23 2020 60 3 2地基处理 c 试夯或夯实时必须使土处在最优含水量范围内 才能得到最好的夯实效果 d 基坑 槽 的夯实范围应大于基础底面 每边比基础设计宽度加0 3m e 夯实前 基坑底面高度高于设计标高 预留厚度为 试夯时的总沉量加5 10cm 3 23 2020 61 3 2地基处理 4 重锤夯实法的夯锤 见右图 一般为截头圆锥体 可用C20混凝土制作 底部为钢板锤底直径一般为0 7 1 5m 锤重 1 5T 锤重与底面积的关系应符合单位静压力为15 20kn m2 3 23 2020 62 3 2地基处理 5 夯打顺序 对于大面积基坑或条形基坑夯打应一夯挨一夯的进行 在一次循环中同一夯打位置应连夯两击 下一循环的夯位应与前一循环错开1 2锤底直径 右图 落锤要平稳 夯位要准确 3 23 2020 63 3 2地基处理 对于独立柱基坑夯打时 一般采用先周边后中间或者先外后里的跳夯法进行 右图 3 23 2020 64 3 2地基处理 6 影响重锤夯实效果的因素 锤重 锤底直径 落距 夯实遍数 含水量 重锤夯实的影响深度约2 5 4 5m 夯打遍数一般为6 8遍 随夯打遍数的增加 土的每遍夯沉量逐渐减小 3 23 2020 65 3 2地基处理 7 重锤夯实法夯实后应检查施工记录 除应符合试夯最后两遍的平均夯沉量的规定外 并应检查基坑 槽 表面的总夯沉量 以不小于试夯总夯沉量的90 为合格 夯实完后 应将基坑 槽 表面修整到设计标高 3 23 2020 66 3 2地基处理 四 强夯法1何为强夯法强夯法 利用起重设备将8T 40T重的夯锤吊起 从6m 30m的高处自由落下 对土体进行强力夯实的地基处理方法 3 23 2020 67 3 2地基处理 强夯法属高能量夯击 是用巨大的夯击能 一般为500kj 800jk 是土中出现冲击波和很大的应力 迫使土颗粒重新排列 排出孔隙中的水和气体 从而提高地基强度 降低压缩性 改善砂性土抵抗振动液化的能力 3 23 2020 68 3 2地基处理 2 强夯法的适用范围 碎石土 砂土 非饱和粘性土 湿陷性黄土 杂填土等土体的深层土的加工 3 23 2020 69 3 2地基处理 3 强夯法的特点 a 加固后承载力提高2 5倍 b 压缩性可降低2 10倍 c 影响深度在10m以上 d 效果好 速度快 节省材料 施工简单 e 缺点是噪音和振动大 离原有建筑物 10m时 要设 原基坑深的防震沟 3 23 2020 70 3 2地基处理 4 强夯法的主要机具设备 见下页图 夯锤 起重设备 脱钩装置5 强夯法的技术参数单点夯击能 重锤Q 落距H 夯击遍数 加固范围 相邻两遍夯击遍数的间隔时间 夯点布置 单点夯击能按下式计算 上式中 K 经验系数 一般取0 4 0 7Q 夯锤重量h 落距 3 23 2020 71 3 2地基处理 图片 3 23 2020 72 3 2地基处理 夯击遍数应根据地基土的性质确定 一般情况下 可采用2 5遍 对于粗颗粒土夯击遍数可少些 对于细颗粒土夯击遍数多些 最后一遍以低能量 满夯 则锤印彼此搭接 每个夯击点的夯击遍数一般为3 10击 最后一遍只夯1 2击 3 23 2020 73 3 2地基处理 强夯的加固范围应大于建筑物基础范围 每边超出基础外缘的宽度宜为设计加固深度的1 2 2 3 并不小于3m 3 23 2020 74 3 2地基处理 相邻两遍夯击之间间隔时间 取决于土中超静孔隙水压力的消散时间 当缺少实测资料时 可根据地基土的渗透性确定 对于渗透性较差的粘性土地基 间隔时间应不少于3 4周 对于渗透性好的地基可以连续夯击 夯击点布置 一般按正方形或梅花形网格排列 其间隔根据基础布置 加固土层厚度和土质而定 一般为5 15m 3 23 2020 75 3 2地基处理 6 强夯法施工要点 a 夯前查明地下构筑物及管线的位置和标高 并采取措施 以免造成损失 b 按试验时确定的参数进行 以各夯击点的夯击遍数为施工依据 3 23 2020 76 3 2地基处理 c 夯锤平稳 准确如错位或倾斜过大 应整平后才进行下一次夯击 d 最后一遍的平均夯沉量必须符合设计要求e 雨天施工要及时排除积水 f 冬季施工要先击碎冻土 3 23 2020 77 3 2地基处理 7 强夯法质量检查 应检查施工过程中的各项技术参数及施工记录 并应在夯击过的场地选点作检验 检验方法宜根据土性质选用原位测试 如标准贯入试验 静力触探试验等 和室内土工试验 3 23 2020 78 3 2地基处理 检验点数 每个建筑物的地基不少于3处 检验位置和深度按设计要求确定 检验时间 对于碎石土和砂土地基 应在施工结束后1 2周进行检验 对于低饱和度的粉土和粘性土地基间隔2 4周后进行检验 3 23 2020 79 3 2地基处理 五 振冲法振冲法 利用振动和水冲加固土体的方法 振冲法分为振冲挤密法 用于振密松砂地基 和振冲置换法 用于粘性土地基 在粘性土中制造一群以碎石 卵石和砂砾材料组成的桩体 从而构成复合地基 两类 3 23 2020 80 3 2地基处理 一 振冲挤密法1 振冲挤密法原理 一方面是靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生震动 砂颗粒重新排列 孔隙减小 另一方面是靠振冲器的水平振动力 在加回填料情况下还通过填料使砂层挤压密实 3 23 2020 81 3 2地基处理 2 振冲挤密法的振动分区 实测表明 振动加速度与离振冲器距离的增大呈指数型函数衰减 从振冲器侧壁向外根据加速度大小可以顺次分为四个区域 见下页图 流态区 过渡区 挤密区 弹性区 3 23 2020 82 3 2地基处理 振冲法振动分区图 3 23 2020 83 3 2地基处理 其中只有过渡区和挤密区才有显著的挤密效果 过渡区和挤密区的大小不仅取决于砂土的性质 比如起始相对密度 颗粒大小 形状和级配 土料比重 渗透系数等 还取决于振冲器的性能 比如振动力 振动频率振幅等 3 23 2020 84 3 2地基处理 3 振冲挤密法的施工效果 一般情况下 振动力越大 影响距离就越大 但是过大的振动力 扩大的多半是流态区而不是挤密区 因此 振动效果不一定成比例的增加 3 23 2020 85 3 2地基处理 在振冲器常用的频率范围内 频率越大 产生的流态区越大 所以 高频振冲器虽然容易在砂层中贯入 但挤密效果并不理想 砂层中如夹有粘土薄层 含有机质和细粒较多 挤密效果将降低 3 23 2020 86 3 2地基处理 砂体颗粒越细 越容易产生宽广的流态区 由此可见 对粉土或含粉粒较多的粉质砂 振冲挤密的效果很差 若 0 005mm的粘粒含量 30 则挤密效果明显降低 一般从细砂到含砾粗砂 只要 0 005mm的粘粒含量 10 都可以得到显著的挤密效果 4 振冲挤密法中缩小流态区的措施 向流态区贯入粗砂 砾石和碎石等粗粒料 3 23 2020 87 3 2地基处理 5 级配曲线与挤密效果 见下图 3 23 2020 88 3 2地基处理 上图中将范围划分为A B C三个区域 被加固砂土的级配曲线全部位于B区 挤密效果最好 被加固砂土的级配曲线全部位于C区 用振冲挤密法加固有困难 3 23 2020 89 3 2地基处理 若曲线部分位于C区 主要部分位于B区 用振冲挤密加固是可以的 级配曲线位于A区的砾 紧砂 胶结砂 或者地下水位过深 将大大降低振冲器的贯入速率 因此用振冲挤密法加固在经济上是不合适的 3 23 2020 90 3 2地基处理 6 振冲挤密法注意事项 对于中粗砂地基振冲器上提后 由于空壁极易塌落能自行填满下方的孔洞 可不必加填料 对于粉细砂 必须加填料 填料可用粗砂 砾石 碎石 矿渣等材料 粒径为0 5 5cm 3 23 2020 91 3 2地基处理 振冲器功率越大 填料的粒径可以越大 使用30kw振冲器 填料的最大粒径宜在5cm以内 否则容易发生卡料现象 使用75kw振冲器时 最大粒径可放宽到10cm 3 23 2020 92 3 2地基处理 砂土地基单位体积所需的填料量可按下式计算 V 1 ep e0 e1 1 e1 1 e1 式中ep 桩体的孔隙比 e0 振冲前砂层的原始孔隙比 e1 振冲后要求达到的孔隙比 3 23 2020 93 3 2地基处理 二 振冲置换法1振冲置换法原理 振冲置换是利用振冲器在高压水冲下边振动边冲 在软弱粘性土地基中成孔 再在孔内分批填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体 称为碎石桩 3 23 2020 94 3 2地基处理 这些桩体在软弱土的不排水抗剪强度 20kp的条件下 由于约束力作用 可保证其稳定 并和原来的粘性土构成复合地基 当桩体贯穿软弱土层 接触硬土层时 在复合地基中起到应力集中的作用 负担了大部分的荷载 而使桩间土承担的荷载相应减少 当桩体处于软弱土层时 起到垫层的应力扩散和均布作用 从而提高地基的整体承载能力 减少沉降 3 23 2020 95 3 2地基处理 2 振冲置换法适用范围 振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度 20kp的粘性土 粉土 饱和黄土人工填土等地基 3 23 2020 96 3 2地基处理 3 影响复合地基强度的主要因素 可见桩体的填料量和桩体直径以及复合地基的面积置换率是影响复合地基强度的主要因素 3 23 2020 97 3 2地基处理 4 振冲置换法中与置换桩的直径有关的因素 桩的直径与土类别 强度 桩材料粒径 振冲器类型 施工质量关系密切 如果是不均匀地基土层 在强度较弱土层中 桩体直径较大 在强度较高的土层中桩体直径较小 3 23 2020 98 3 2地基处理 振动力越大 桩体直径越大如果施工质量控制不好 很容易制成上粗下细的 胡萝卜 形 桩体直径是按每根桩的用料量估算的平均理论直径 一般为0 8 1 2m 3 23 2020 99 3 2地基处理 5 振冲置换法的施工机具 振冲器 产生一定频率和振幅的水平向振动力的专用机械 起重机械 水泵 供水管道 加料设备和控制设备 加料可采用起重机吊上自制吊斗或用翻斗车 其能力必须符合施工要求 3 23 2020 100 3 2地基处理 6 振冲置换法的施工工艺过程 见右图 施工前应先在现场进行振冲试验 以确定其施工参数 振冲孔间距 达到土体密实时的密实电流值 成孔速度 留振时间和填料量等 3 23 2020 101 3 2地基处理 振冲挤密的施工过程包括 定位 成孔 清孔和振密等 定位 振冲前 应按设计图定出冲孔中心位置并编号 3 23 2020 102 3 2地基处理 振冲置换法的成孔 振冲器用履带式起重机或卷扬机悬吊 对准桩位 打开下喷水口 启动振冲器 a图 水压可用400 600kp 水量可用200 400L min 此时 振冲器以其自身重量和在振动喷水作用下 以1 2m min的速度徐徐沉入土中 3 23 2020 103 3 2地基处理 成孔 每沉入0 5 1 0m 宜留振5 10s进行扩孔 待孔内泥浆溢出时再继续沉入 直到设计深度为止 在粘性土中应重复成孔1 2次 使孔内泥浆变稀 然后将振冲器提出孔口 形成0 8 1 2m直径的孔洞 3 23 2020 104 3 2地基处理 振冲置换法的清孔 当下沉达设计深度时 振冲器应在孔底适当留振并关闭下喷水口 以便排除泥浆进行清孔 图b 3 23 2020 105 3 2地基处理 振冲置换法的振密 振冲器提出孔口 向孔内倒入一批填料 约1m桩深 图c 将振冲器下降至填料中进行振密 图d 待密实电流达到规定的数值 将振捣器提出孔口 如此自下而上反复进行直自孔口成桩操作即告完成 图e 振冲施工应事先开设排泥水沟系统 将成桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池 3 23 2020 106 3 2地基处理 7 振冲置换法的质量控制与检查 桩体直径为800mm时 每米桩体填料量为0 6 0 7m3 土质差时 填料量应多些 桩位偏差不得大于0 2d 桩体完成2 3周 砂土 或3 4周 粘性土 后 方可进行载荷试验 以检验桩体质量 如在地震区进行抗液化加固地基 尚应进行现场孔隙水压力试验 3 23 2020 107 3 3桩基础工程 目录 总体介绍108一 概论114二 预制桩的施工118 一 预制桩的运输 制作和堆放要求 118 二 锤击沉桩 打入法 施工139 三 静力压桩法 205 四 振动沉桩法 210 五 水冲法 213三 混凝土灌注的施工216 一 沉管灌注桩简介 218 二 沉管灌注桩的具体施工228 三 人工挖孔灌注桩 挖孔桩 273四 桩基础的检测与验收296 一 单桩竖向抗压静载试验300 二 基桩验收时间及资料 310 3 23 2020 108 3 3桩基础工程 总体介绍 桩基础是一种常用的基础形式 桩的作用在于将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土层上 或者使软弱土层挤压 以提高土壤的密实度和承载力 从而保证建筑物的稳定性和减少沉降 3 23 2020 109 3 3桩基础工程 当上部建筑物的荷载比较大 地基软弱 采用天然地基沉降量过大 或者建筑物较为重要 不容许有过大的沉降时 可用桩基础 桩基础具有承载力高 沉降量小而均匀 沉降速度缓慢 能承受竖向力 水平力 上拔力 振动力等特点 因此 在工业建筑 高层民用建筑和构筑物 以及地震设防建筑中被广泛应用 3 23 2020 110 3 3桩基础工程 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 3 23 2020 111 3 3桩基础工程 桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种 图2 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 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 3 23 2020 112 3 3桩基础工程 桩的组成 3 23 2020 113 3 3桩基础工程 桩按施工方法分为预制桩和灌注桩预制桩根据沉入土中的方法 可分打入桩 水冲沉桩 振动沉桩和静力压桩等 灌注桩是在桩位处成孔 然后放入钢筋骨架 再浇筑混凝土而成的桩 灌注桩按成孔方法不同 有钻孔灌注桩 挖孔灌注桩 冲孔灌注桩 套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等 3 23 2020 114 3 3桩基础工程 一 概论1 桩基础的组成 桩身和承台 见下图 3 23 2020 115 3 3桩基础工程 2 桩的分类 按承载性质分 摩擦桩 端沉桩b 按桩身材料分 木桩 砼桩 钢桩 沙石桩 灰土桩 水泥桩 c 按使用功能分 竖向抗压桩 竖向抗拔桩 水平荷载桩 复合受力桩 3 23 2020 116 3 3桩基础工程 d 按直径大小分 小桩 d小于250mm 中等直径桩 大直径桩 大于800mm e 按成桩方法分 挤土桩 部分挤土桩 非挤土桩 f 按制作工艺分 预制桩 打入法 水冲法 静压法等 现场灌注桩 钻孔灌注法 挖孔灌注法 沉管灌注法 爆扩灌注法等 管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作 较长的方桩在打桩现场制作 3 23 2020 117 3 3桩基础工程 3 桩的选用 桩的种类繁多 应用时 应该根据建筑物结构类型 荷载性质 桩的使用功能 穿越土层 桩端持力层土类 地下水位 施工设备 施工环境 施工经验制桩材料和供应条件等因素 综合考虑 选择经济合理 安全适用的桩形和成桩工艺 下面介绍一些常用桩形的施工工艺 3 23 2020 118 3 3桩基础工程 二 预制桩的施工 一 预制桩的运输 制作和堆放要求 A 混凝土实心桩 大多作成方形断面 一般为200 200 500 500mm 单根桩的最大长度根据打桩架的高度而定 一般在27m以内 如需打30m以上的桩 则将桩分成几段制作 在打桩过程中逐段接长 短桩一般在预制厂生产 长桩一般在现场制作 3 23 2020 119 3 3桩基础工程 预制桩多采用跌层法制作 重叠层数应根据地面允许荷载和施工条件确定 不超过4层 下层桩混凝土须达到30 的设计强度后 才能进行上层桩灌筑 模板可以保证桩的几何尺寸准确 使桩面平整挺直 桩顶面模板应与桩的轴线垂直 桩尖四棱锥面呈正四棱锥体 且桩尖位于桩的轴线上 底模板 侧模板及重叠法生产时 桩面间均应涂刷好隔离层 不得粘结 3 23 2020 120 3 3桩基础工程 钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊 主筋接头配置在同一截面内数量不超过50 同一根钢筋两个接头的距离应大于30d0并不小于500mm 桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力 桩顶和桩尖钢筋配置 如下图2 2所示 应作特殊处理 钢筋骨架制作允许偏差应符合下表2 1的规定 3 23 2020 121 3 3桩基础工程 图片 3 23 2020 122 3 3桩基础工程 表2 1预制桩钢筋骨架质量检验标准 3 23 2020 123 3 3桩基础工程 混凝土制作宜用机械搅拌 机械振捣 浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确 桩尖应对准纵轴线 纵向钢筋顶部保护层不宜过厚 钢筋网片的距离应正确 以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏 采用叠层法生产时 上层桩和邻桩浇筑 必须在下层和邻桩的混凝土强度达到设计强度的30 以后才能进行 浇筑完毕后 立即加强养护 防止由于混凝土收缩产生裂缝 养护时间不少于7d 钢筋混凝土预制桩的质量检验标准应符合下表2 2的规定 3 23 2020 124 3 3桩基础工程 表2 2钢筋混凝土预制桩的质量检验标准 3 23 2020 125 目录 续表 3 23 2020 126 3 3桩基础工程 混凝土常用C30 C40 机搅机捣 由桩顶向桩尖一次连续浇筑捣实 养护 7d 粗骨料应用碎石或开口卵石 粒径在5 40mm 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 堆放层数 4层 不同规格的桩应分别堆放 3 23 2020 127 3 3桩基础工程 桩强度达到70 后方可起吊 达到100 后方可运输 吊点应符合设计规定 如无吊环 设计又未作规定时 应符合起吊最小弯矩的原则 见下页图 钢丝绳和桩之间应加垫子 以免损坏棱角 起吊时应平稳提升 吊点同时落地 运输时 桩下要设支座 3 23 2020 128 3 3桩基础工程 桩在起吊搬运时 必须做到平稳 避免冲击和振动 吊点应同时受力 且吊点位置应符合设计规定 如无吊环 设计又未作规定时 绑扎点的数量及位置按桩长而定 应符合起吊弯矩最小的原则 可按下图2 3所示的位置捆绑 3 23 2020 129 3 3桩基础工程 图片 3 23 2020 130 3 3桩基础工程 A 预制桩混凝土实心桩 B 预制桩混凝土管桩 一般在预制厂用离心法生产 桩径有300mm 400mm 550mm等 每节长度2 12m不等 管壁内设10 20根 16 22mm的主筋 外面绕 6mm螺旋箍筋 多以C30混凝土制作 3 23 2020 131 3 3桩基础工程 成桩强度高 抵抗地下水和其它腐蚀的性能强 达100 强度后方可运输打桩 接桩方法可用角钢焊接或法兰螺栓连接 堆放层数 3层 底层管桩应用楔形木块塞紧 3 23 2020 132 3 3桩基础工程 C 钢管桩 一般使用无缝钢管 也可采用钢板卷焊而成 国产钢管桩直径在610 1420mm 壁厚为9 11 12 13 14 16mm 每节长度20m 钢管桩两端应设保护圈 端部增强处理见见下页图 3 23 2020 133 3 3桩基础工程 钢管桩的下端构造 3 23 2020 134 3 3桩基础工程 搬运时应防止损坏和变形 堆放层数不要太高 一般900mm的不大于3层 600mm的不超过4层 400mm的不超过5层 两侧用木楔塞紧 钢管桩有开口型和闭口型两种 开口型多用于摩擦桩 闭口型多用于端沉桩 3 23 2020 135 3 3桩基础工程 开口型和闭口型两种桩在打桩过程中的阻力无明显差别 因为闭口钢管桩平板底部楔形土区的阻力与开口钢管桩内壁的土塞效应的阻力相当 3 23 2020 136 3 3桩基础工程 钢管桩的头部承受重锤通过桩帽传来的冲击力 根据冲击力和地基阻力的大小 钢管桩的头部可以保持开口 或者适当补强 补强方法可以补强环 补强环加十字肋 补强板三种做法 见下页图 桩头要作成平整的横断面 该面与桩轴线必须垂直 以防打桩时倾斜 3 23 2020 137 3 3桩基础工程 钢管桩头部补强 3 23 2020 138 3 3桩基础工程 钢管桩在地下的年腐蚀率约为0 05 0 03mm y 所以对钢管桩的防腐蚀尤为重要 钢管防腐处理的方法有 1 外表面涂防腐层 如防腐油漆 环氧煤焦油和聚氨酯涂料等 2 增加腐蚀余量 3 阴极保护 当钢管桩内壁同外界隔绝时 可不考虑内壁防腐 3 23 2020 139 3 3桩基础工程 阴极保护是一种用于防止金属在电介质 海水 淡水及土壤等介质 中腐蚀的电化学保护技术 该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流 使其产生阴极极化 当金属的电位负于某一电位值时 腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制 根据提供阴极电流的方式不同 阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种 牺牲阳极法是将一种电位更负的金属 如镁 铝 锌等 与被保护的金属结构物电性连接 通过电负性金属或合金的不断溶解消耗 向被保护物提供保护电流 使金属结构物获得保护 外加电流法是将外部交流电转变成低压直流电 通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物 从而使腐蚀得到抑制 不论是牺牲阳极法还是外加电流法 其有效合理的设计应用都可以获得良好的保护效果 3 23 2020 140 3 3桩基础工程 阴极保护和涂覆层的联合应用 可以使地下或水下金属结构物获得最经济和有效的保护 良好的涂覆层可以保护构筑物99 以上的外表面不受腐蚀 地下或水下的金属结构物通常在使用前涂覆防护涂层用以将金属与电介质环境电绝缘隔离 如果金属构筑物能够做到完全电绝缘隔离 金属在电介质中的腐蚀电池的形成将受到抑制 腐蚀电流将无法产生 从而防止金属的腐蚀 然而 完全理想的涂覆层是不存在的 由于施工过程中的运输 安装及补口 热应力及土壤应力 涂层的老化及涂层微小针孔的存在 金属结构物的外涂层总会存在一些缺陷 而这些缺陷最终将导致金属的局部腐蚀产生 3 23 2020 141 3 3桩基础工程 阴极保护技术和涂层联合应用则可以有效解决这一问题 一方面阴极保护可有效地防止涂层破损处产生的腐蚀 延长涂层使用寿命 另一方面涂层又可大大减少保护电流的需要量 改善保护电流分布 增大保护半径 使阴极保护变得更为经济有效 对于裸露或防腐涂层很差的地下或水下金属构筑物 阴极保护甚至是腐蚀防护的唯一可选择的手段 阴极保护的费用通常只占被保护金属结构物造价的1 5 而结构物的使用寿命则可因此而成倍甚至几十倍地延长 因此 这项技术得到人们的普遍认可 并已在船舶 港工设施 海洋工程 石化 电力 市政等领域得到越来越广泛的应用 前景十分广阔 3 23 2020 142 3 3桩基础工程 二 锤击沉桩 打入法 施工打入法也称锤击法 是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力 使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种打桩施工方法 锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法 它施工速度快 机械化程度高 适用范围广 但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动 在城区和夜间施工有所限制 3 23 2020 143 3 3桩基础工程 打入法施工特点是 施工速度快 机械化程度高 适用范围广 现场文明程度高 但噪音污染和振动大 在城市中心和夜间施工有所限制 3 23 2020 144 3 3桩基础工程 1 打桩设备及选用打桩机械设备包括桩锤 桩架和动力装置三个方面 桩锤 其作用是对桩施加冲击力 将桩打入土中 桩架 其作用是支撑桩身和桩锤 将桩吊到打桩位置 并在打入过程中引导桩的方向 保证桩锤沿着所要求的方向冲击 动力装置 包括起动桩锤所用的动力设施 如卷扬机 锅炉 空气压缩机等 3 23 2020 145 3 3桩基础工程 1 打桩设备及选用A 桩锤的选择 主要是类型和重量的选择 桩锤类型应根据施工现场情况 机具设备条件 工作方式和工作效率等条件选择 桩重量应根据土质情况 桩的类型 尺寸和重量以及单桩竖向承载力 并综合考虑现场环境 施工情况和设备条件等因素进行选择 3 23 2020 146 3 3桩基础工程 桩锤的类型主要有以下5种 落锤 汽锤 单动汽锤 双动汽锤 柴油打桩锤 振动锤 液压锤等 3 23 2020 147 3 3桩基础工程 桩锤的类型 落锤 落锤一般由铸铁制成 有穿心锤和龙门锤两种 重0 2 2t 它利用绳索或钢丝绳通过吊钩由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度 然后自由落下击打桩顶 如下页图2 4 落锤构造简单 使用方便 故障少 适用于 普通粘性土和含砾砂较多的土层中打桩 但速度慢 6 12次 min 效率低 提高落距 可以增加锤击能 但落距太高又会击坏桩头 故落距一般为1 2m 3 23 2020 148 3 3桩基础工程 落锤 3 23 2020 149 3 3桩基础工程 b 汽锤汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械 有单动汽锤和双动汽锤两种 如下页图2 5 单动汽锤 见下页图 利用蒸汽或压缩空气的压力作用于活塞的上部 将桩锤 汽缸 上提 提升到一定高度后 通过排气阀释放蒸汽 则汽缸 桩锤 靠自重下落打桩 冲击力大 速度比落锤快 约60 80次 min 锤重1 5 5T 适用于各种桩在各类土中施工 3 23 2020 150 3 3桩基础工程 汽锤 3 23 2020 151 3 3桩基础工程 双动汽锤 见上页图 锤体上升原理与单动汽锤相同 但与此同时 又在活塞上面的汽缸中通入高压蒸汽 因此重锤在自重和蒸汽压力作用下向下击桩 所以双动汽锤的冲击力更大频率更快 100 120次 min 锤重0 6 6T 适用于 一般的打桩工程 并能用于打钢板桩 水下桩 斜桩和拔桩施工 3 23 2020 152 3 3桩基础工程 c 柴油锤 见下页图 柴油打桩锤利用燃油爆炸来推动活塞往返运动进行锤击打桩 柴油桩锤与桩架 动力设备配套组成柴油打桩机 分为导杆式 活塞式和管式三类 它的冲击部分是上下运动的汽缸和活塞 锤重0 22 15T 频率为40 70次每分钟 3 23 2020 153 3 3桩基础工程 柴油锤构造原理 3 23 2020 154 3 3桩基础工程 工作原理 当冲击部分落下时压缩汽缸内的空气 此时柴油以雾状射入汽缸 由于冲击作用点燃柴油 引起爆炸 使在锤击下已向下移动的桩施加以附加的冲击力 同时推动冲击部分向上运动 柴油锤本身附有机架 不需附属其它动力设备 目前应用广泛 3 23 2020 155 3 3桩基础工程 d 振动锤是利用机械强迫振动 通过桩帽传到桩上使桩下沉 e 液压锤 特点是低噪音 无油烟 能耗少 城市中广泛应用 3 23 2020 156 3 3桩基础工程 桩锤类型选定后 还要确定桩锤的重量 宜选择重锤低击 桩锤过轻 为满足冲击动能要求 必将加大落距 锤击动能很大部分被桩身吸收 桩则不易打入 且桩头容易被打碎 另外 轻锤高击使桩身反弹产生的应力波较大 可能会造成距桩顶1 3桩长范围内的薄弱处产生水平裂缝 甚至造成桩身断裂 3 23 2020 157 3 3桩基础工程 因此 选择稍重的锤 用重锤低击 快击的方法可以获得较好的效果 但桩锤不能过重 否则所需动力设备太大 不经济 一般取锤重为桩重的1 2倍 有接头的桩宜用较重的桩锤 以减小反弹 软弱土中打桩因反弹影响小 可稍轻 3 23 2020 158 3 3桩基础工程 可以下式按桩锤锤击能选择锤重量 E 0 025P式中E 锤的一次锤击能 kg m P 单桩的设计承载能力 kg 按上式所选出的桩锤 应按所施打桩的重量 用以下试验公式复核 以决定是否采用 K M C W 各字母解释见下页 3 23 2020 159 3 3桩基础工程 式中M 桩锤重量 kg C 桩重量 包括送桩 桩帽和桩垫 以kg计 W 初选桩锤重量的一次锤击能 kg m 要求W E K 适用系数 不能大于以下数值 双动汽锤和柴油锤 5 0 单动汽锤 3 5 自由落锤 2 0 否则不能采用 3 23 2020 160 3 3桩基础工程 按规范规定 桩锤的重量应不小于桩的重量 当桩重量大于2T时 可采用比桩轻的桩锤 但不能小于桩重量的75 实践证明当桩锤重量大于桩重量的1 5 2 0倍时能取得良好的效果 但桩锤也不能过重 否则易将桩打坏 锤重选择应根据地质条件 工程结构 桩的类型 密集程度及施工条件等参考表下页2 3选用 3 23 2020 161 3 3桩基础工程 表2