02基础工程解析

第2章基础工程第2章基础工程§2.1

地基处理§2.2预制桩施工§2.3灌注桩施工本章小结§2.1地基处理建筑物的地基经常遇到的问题主要包括：强度及稳定性问题，压缩及不均匀沉降问题；地下水流失及潜蚀和管涌问题；动力荷载作用下的液化、失稳和震陷等问题。当天然地基可能发生上述情况之一或其中几个时，就需要采用适当的地基处理。地基处理的目的是改善地基的性质，提高承载力，达到满足建筑物对地基稳定性和变形的要求。§2.1地基处理２.１.１局部地基处理１．古墓、坑穴的处理a.当古墓、坑穴的范围较小时，可将坑中松散土挖除，采用与坑边天然土层压缩性相似的材料回填。b.天然土为砂土时，可采用砂或级配砂石回填。回填时应分层夯实或用平板振动器捣实。每层厚度不大于200ｍｍ。c.天然土为黏性土时，可用3:7灰土回填，并分层夯实，每层厚度不大于300ｍｍ。§2.1地基处理２．土井、砖井的处理井内填土较密实时，若为砖井，则应将砖圈拆除至槽（坑）底以下1ｍ，在此拆除范围内用2∶8或3∶7灰土分层夯实至槽（坑）底，如图２-２所示。§2.1地基处理３．软、硬地基的处理当基槽（或基坑）中有过于坚硬的土质时，如基岩、旧墙基、化粪池、化灰池、砖窑底等，均应尽可能挖除，用灰土、级配砂石、素混凝土回填或落深基础。以防建筑物由于局部土质较硬造成不均匀沉降，而使上部建筑物开裂。§2.1地基处理４．橡皮土的处理当地基为黏性土，且含水量较大并趋于饱和时，夯拍后会使地基土变成踩上去有种颤动感觉的“橡皮土”。可采用晾槽或掺石灰粉的办法降低土的含水量。如出现橡皮土，可铺填一层碎砖或碎石将土挤紧，或将颤动部分的土挖除，填以砂土或级配砂石。§2.1地基处理2.1.2软土地基加固当工程结构荷载较大，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，可用换填法、灰土挤密桩法、振冲法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等加固。１．换填法２．灰土挤密桩法在基础底面形成若干个桩孔，将灰土填入并分层夯实，以提高地基的承载力或水稳性。§2.1地基处理３．深层搅拌法利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥（石灰）加固土。４．高压喷射注浆法钻机钻到预定深度，用高压泵把浆液通过钻杆端头的特殊喷嘴，以高压水平喷入土层。喷嘴在喷射浆液时，缓慢旋转提升，借助高压浆液的水平射流不断切削土层并充分搅拌混合，胶体硬化后即在地基中形成具有一定强度的圆柱体即旋喷桩，从而使地基得到加固。§2.1地基处理５．水泥粉煤灰碎石桩复合地基水泥粉煤灰碎石桩（ＣＦＧ桩）复合地基是用水泥、粉煤灰、碎石加水拌和后，用各种成桩机械制成的具有可变黏结强度的桩，目前多采用长螺旋机成孔。§2.2预制桩施工2.2.1混凝土预制桩一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放二、沉桩施工2.2.1混凝土预制桩常用的两种桩型：混凝土实心方桩预应力混凝土空心管桩2.2.1混凝土预制桩一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放1.砼预制桩的制作混凝土预制方桩多数是在打桩现场或附近就地预制，较短的桩亦可在预制厂生产；预应力管桩则均在工厂生产。一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放1.砼预制桩的制作方桩的叠浇法制作（1）重叠层数：取决于地面允许荷载和施工条件，一般不宜超过4层。（2）场地要求：场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。（3）隔离剂：桩与桩间应做好隔离层，桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。（4）浇筑时间：上层桩或邻桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%后方可进行。一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放1.砼预制桩的制作钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工（预制厂制作）一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放1.砼预制桩的制作钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑（工地现场制作）一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放2.起吊与运输（1）砼强度要求：当桩的混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊；达到100%方可运输和打桩。（2）合理吊点：（正负弯矩值相等则均小）一点起吊两点起吊三点起吊四点起吊+M－M宜采用随打随运，减少二次搬运一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放3.堆放（1）堆放桩的地面必须平整、坚实；（2）垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上；（3）堆放层数不宜超过4层；（4）不同规格的桩，应分别堆放。二、沉桩施工沉桩方法：锤击法、静力压桩法、振动法等。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。二、沉桩施工静力压桩法：静力压桩利用压桩架的自重和配重，通过卷扬机牵引，由钢丝绳、滑轮和压梁，将整个桩机的重力(800～1500kN)反压在桩顶上，以克服桩身下沉时与土的摩擦力，迫使预制桩下沉；二、沉桩施工静力压桩法：具有无噪声、无振动优点，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工，且广泛应用于闹市中心建筑较密集的地区。二、沉桩施工振动法：以振动桩机带桩振动，减少土与桩间摩阻；沉桩和拔桩都较快；特别适应于适砂土。二、沉桩施工1.锤击法施工2.静力压桩3.打桩的公害1.锤击法施工锤击沉桩（1）打桩机械（2）打桩前的准备工作（3）打桩顺序（4）注意要点（5）打桩的质量控制（6）常见事故的分析、处理施工录像（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）1）桩锤对桩施加冲击，将桩打入土中的主要工具。①桩锤的种类锤型

锤击动力

适用性

优缺点

优

点

缺

点

落锤重力

小型桩工程

构造简单、使用方便

效率低、桩身易损失

柴油锤

燃油爆炸能量

适用面广、可用于大型混凝土桩和钢管桩等

结构简单、使用方便；不需从外部供应能源

过软的土中会使工作循环中断；污染大

蒸汽锤

蒸汽动力

适用面广

冲击力较大；无污染

需配备锅炉设备；

液压锤

液压作用

适合水下打桩

能获得较大的贯入度

构造复杂、造价高

（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）1）桩锤①桩锤种类②桩锤的选择用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，应采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格、密集程度、单桩竖向承载力等进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）2）桩架桩架的作用是悬吊桩锤，并为桩锤导向，它还能起吊桩并可在小范围内移动桩位。桩架的高度是选择桩架时需考虑的一个重要问题。（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）2）桩架履带式桩架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。其性能灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。（2）打桩前的准备工作①处理障碍物；②平整场地；③抄平放线；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。④铺设水电管网；⑤沉桩设备的进场，安装及桩的供应。（3）打桩顺序打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，以及周围环境。桩入土深度不一，导致不均匀沉降；难打易碎；邻桩移位倾斜。应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。（3）打桩顺序1）避免挤土影响打桩顺序影响挤土方向，打桩向哪个方向推进，则向哪个方向挤土。根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：

1)当桩中心距<4倍桩径时，①自中间向四周环绕或放射打；②由中心向两侧对称打；③分段对称打；2)当桩中心距>4倍桩径时，可按施工方便顺序打：宜逐排改变方向，避免朝同一个方向挤土；必要时间隔跳打。（3）打桩顺序2）减小后施工的桩对先施工的桩根据设计标高，宜先深后浅；根据桩的规格，先大后小、先长后短。3）减小打桩对周围环境的影响当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。（4）打桩方法要点工艺顺序：设置标尺→桩架就位→吊桩就位→扣桩帽、落锤、脱吊钩→低锤轻打→正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。（4）打桩方法要点1）控制入土时的垂直度桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。2）桩头保护在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。（4）打桩方法要点3）打桩开始时锤的落距应较小，桩入土稳定后，再按要求打桩，最大落距不宜大于1m；在打桩过程中，遇有贯入度剧变、或其他异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理；如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，打桩完成后桩孔应及时回填或加盖。（4）打桩方法要点4）接桩混凝土桩的接桩可用焊接、法兰接以及硫磺胶泥锚接三种方法；钢桩一般均用焊接法。打入预制桩电焊接桩（4）打桩方法要点5）桩头的处理在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。6）施工记录打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。（5）打桩的质量控制1）垂直度控制桩的垂直偏差应控制在1%之内；2）平面位置的允许偏差基础形式

允许偏差

单排或双排桩的条形桩基

垂直于条形桩基纵轴线方向

100mm+0.01H平行于条形桩基纵轴线方向

150mm+0.01H承台桩数为1~3根

100mm桩数为4~16根

1/3桩径或1/3边长

桩数大于16根

最外边的桩

1/3桩径或1/3边长中间桩1/2桩径或1/2边长

（6）打桩中常见事故的分析、处理在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。

（6）打桩中常见事故的分析、处理1)桩顶、桩身被打坏①桩顶受到冲击产生很高的局部应力；②桩身混凝土保护层太厚，直接受冲击的是素混凝土；③桩帽垫层材料选用不合适，或已被打坏；④桩顶面和桩的轴线不垂直，桩处于偏心受力状态；⑤过打：硬土层，最后贯入度太小，锤的落距过大；⑥桩身混凝土强度不够。（6）打桩中常见事故的分析、处理2）打歪①制作：桩顶不平，桩身混凝土凸肚，桩尖偏心，接桩不正；②地质：有障碍物在土中；③操作：初入土时歪斜，未纠正即施打。3）一桩打下，邻桩上升在软土中，当布桩较密，打桩顺序又欠合理时，发生一桩打下，将造成邻桩上升，或将邻桩拉断，或引起周围土坡开裂，建筑物裂缝。2.静力压桩（1）静力压桩的机械机械式和液压式压桩与打桩相比，由于避免了锤击应力，桩的断面和配筋可以减小，同时压桩引起的桩周土体和水平挤动也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的沉桩方法。活动压梁油压表桩帽上段桩上段桩锚筋下段桩加压重物底盘轨道导笼口操作平台卷扬机加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼静力压桩机构造原理图2.静力压桩（2）静力压桩的施工1）压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法，其上端距地面1m左右时将第二节桩接上，继续压入；2）压桩施工时应随时注意使桩保持轴心受压，接桩时也应保证上下接桩的轴线一致；3）当桩接近设计标高时，不可过早停压；2.静力压桩（3）终压条件1）根据现场试压桩的试验结果确定终压力标准；2）参考条件相似工地的施工经验；3）终压时可连续复压，复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定，一般不宜超过3次；静力压桩3.打桩的公害（1）公害挤土、震动、噪音、大气污染等。（2）防止措施（1）防止挤土影响挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔、设置隔离板桩或地下连续墙；取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。（2）防止震动、噪音、大气污染等选择合适的打桩方法，如静力压桩、灌注桩等。2.3灌注桩施工概念：灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。特点：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。2.3灌注桩施工2.3.1灌注桩的成孔一、干作业成孔二、泥浆护壁成孔三、沉管成孔四、人工挖孔2.3.1灌注桩的成孔成孔方法干作业成孔泥浆护壁成孔套管成孔一、干作业成孔灌注桩1.成孔方式：机械钻孔(扩底)2.适用范围：干作业成孔灌注桩适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，无需护壁可直接取土成孔。3.成孔机械：目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。一、干作业成孔灌注桩4.成孔要求钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。二、泥浆护壁成孔灌注桩1.概念泥浆护壁成孔是用钻机成孔的同时，用泥浆保护孔壁并排出土碴。2.适用范围：它不论地下水位高低都能适用，一般用于地下水位以下土的成孔。3.成孔机械：回转钻机、潜水钻机、冲击钻机等。二、泥浆护壁成孔灌注桩4.泥浆（1）泥浆作用泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土碴以及冷却与润滑钻头的作用。（2）泥浆的组成泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻碴原土自造泥浆。护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。二、泥浆护壁成孔灌注桩4.泥浆（3）泥浆性能要求护壁泥浆应达到一定的性能指标，泥浆的性能指标如表所示。项

次

项

目

性能指标检验方法

1相对密度1.05~1.25泥浆密度计2粘度18-25s500/700mL漏斗法3含砂率<4%含砂量计4胶体率>98%量杯法5失水量<30mL/30min失水量仪6泥皮厚度1~3mm/30min失水量仪7静切力1min2~3Pa10min5~10Pa静切力计8稳定性<0.03g/cm2

9pH值7-9PH试纸二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺施工准备测量放线桩机就位钻孔检查、清孔浇注混凝土、成桩造浆循环埋设护筒安放钢筋骨架二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（1）测定桩位、埋设护筒：护筒：6~8mm厚钢板，比孔口大100~200mm，深1~1.5m，顶部开设1~2个溢浆口，周围用粘土密封。二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（1）测定桩位、埋设护筒：作用：定位；保护孔口；防止地面水流入，维持水头，防止塌孔；成孔时引导钻头的方向等。二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（2）泥浆循环方式

a）正循环

b）反循环

图2-15泥浆循环成孔工艺

1一钻头；2一泥浆循环方向；3一沉淀池；4一泥浆池；5一泥浆泵；6一砂石泵；7一水阀；8一钻杆；9一钻机回旋装置二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（2）泥浆循环方式正循环方式：泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。操作简单，当孔不太深，孔径≤800mm时，钻进效果好。二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（2）泥浆循环方式反循环方式：泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。泥浆上返速度快，排渣能力强，钻进效率高，孔壁稳定，孔底沉渣少，成孔质量可靠。二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺钻进施工：二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（3）检查钻进过程中，要保证护筒内水位高于地下水位；排除的泥浆密度应在1.2~1.4t/m3。（4）清孔方式：泥浆循环方式、空气吸泥机。时间：分两次进行。钻到设计标高时，用循环换浆法清孔；灌注混凝土前，泵吸反循环清孔。检查：清孔后，检查孔底沉渣厚度，孔内泥浆密度等。二、泥浆护壁成孔灌注桩5.施工工艺（5）放置钢筋笼、水下浇筑混凝土第二次清孔后0.5小时以内，采用导管法浇注。（6）废泥浆的处理靠沉淀池沉淀一段时间，再用抓斗或人工挖出，放在场地上进行自然脱水，然后再装车外运至指定的弃土堆场。或者将初步沉淀后的厚质的废泥浆用密封的罐车外运，倒入暂无影响的坑和低洼地内。三、沉管成孔套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。

活瓣桩尖1-桩管；2-锁轴；3-活瓣

三、沉管成孔沉管灌注桩桩靴沉管灌注桩机械三、沉管成孔三、沉管成孔1.工艺过程就位沉管浇筑成型边拔边浇放入钢筋笼继续浇筑三、沉管成孔1.工艺过程为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、反插法等施工工艺。单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.5~1.0m，振动5~10s，然后再拔管0.5~1.0m，这样反复进行，直至全部拔出。复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。反插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。三、沉管成孔2.锤击沉管灌注桩（1）适用范围：适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基。（2）锤击沉管灌注桩施工要点：1）桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内。2）沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打；3）拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。三、沉管成孔2.锤击沉管灌注桩（2）锤击沉管灌注桩施工要点：4）桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。5）在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。6）桩的中心距在4倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。三、沉管成孔3.振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。适用于稍密及中密的碎石土