建筑施工技术学习任务2 地基与基础工程

学习任务2地基与基础工程学习单元2．1浅基础2．1．1地基与基础的类型1．地基与基础的概念

地基是指基础下面承压的岩土持力层。基础就是建筑物向地基传递荷载的下部结构。2．地基与基础的要求：(1)作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值；(2)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值；(3)挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。3．地基与基础的类型

埋置深度在5m以内或小于基础最小宽度、只须经过挖槽、排水等施工的普通程序就可以建造起来的基础统称为浅基础。如独立柱基础、条形基础、筏板基础等。

深基础埋置深度大于5m或大于基础最小宽度。如桩基础、沉井和地下连续墙等。2．1．2浅基础施工2．1．2．1浅基础的类型(1)刚性基础：受刚性角限制的基础，包括砖基础、毛石基础、灰土基础和三合土基础、混凝土基础和毛石混凝土基础等。

(2)柔性基础：不受刚性角限制的基础2．1．2．2浅基础的施工1．浅基础施工的基本程序

浅基础施工包括准备工作、基础开挖(降水、排水、土壁支撑)、验槽、基础施工、验收与回填土等基本工作过程。基础开挖一般采用明挖。2．验槽(1)验槽的目的1)检验勘察成果是否符合实际。2)基础深度是否达到设计深度，持力层是否到位或超挖，基坑尺寸是否正确，轴线置及偏差、基础尺寸是否符合设计要求，基坑是否积水，基底土层是否被扰动。3)解决遗留和发现的问题。4)对于没有勘察资料的三级建筑物，地基浅层情况只有凭验槽来了解。

2．1．2．2浅基础的施工1．浅基础施工的基本程序

浅基础施工包括准备工作、基础开挖(降水、排水、土壁支撑)、验槽、基础施工、验收与回填土等基本工作过程。(2)验槽的内容

1)校核基槽开挖的平面位置与槽底标高是否符合勘察设计、要求。2)检验槽底持力层土质与勘察报告是否相同。3)当发现基槽平面土质显著不均匀，或局部存在古井、墓穴、河道等不良地基，可用钎探查明其平面范围与深度。4)检查基槽钎探结果。(3)验槽注意事项学习单元2．2基础处理2．2．1地基处理方法分类2．2．2地基处理的方法2．2．2．1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部分或全部挖去，然后换填强度较高、压缩性较低、并且没有侵蚀性的材料再分层夯实至要求的密实度，作为地基的持力层。垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按(2.1)式计算，如图2.1所示，或根据当地经验确定b′≥b+2ztanθ(2.1)2．2．2．2砂垫层地基1.构造要求砂垫层和砂石垫层的厚度一般根据地基底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高柔软土层的容许承载力确定。2.材料要求砂垫层和砂石垫层所用材料，宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、碎(卵)石、石屑或其他工业废粒料，含泥量不应超过5%。3．施工要点4．质量检查(1)环刀取样法。(2)贯入度测定法。

2．2．2．3灰土垫层

灰土垫层是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，按一定体积比配合的石灰和黏性土拌和均匀，在最佳含水率情况下分层回填或压实。1．材料要求(1)土：土料可采用就地基坑（槽）挖出来的粉质黏土或塑性指数大于4的粉土。(2)石灰：石灰应用块灰，使用前应充分熟化过筛，不得含有粒径大于5mm的生石灰块，也不得含有过多的水分，也可采用磨细的生石灰。2．施工要点3．质量检查

灰土回填每层夯(压)实后，应根据规范规定进行环刀取样，测出灰土的干密度。2．2．2．4重锤夯实地基

重锤夯实地基是用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯实地基表面。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。1．机具设备(1)起重机械(2)夯锤：夯锤形状为一截头圆锥体(图2.2)，可用C20钢筋混凝土制作，其底部可采用20mm厚钢板，以使重心降低。(3)吊钩2．施工要点3．质量检查

重锤夯实后，应检查施工记录，除应符合试夯最后下沉量的规定外，并应检查基槽(坑)表面的总下沉量，以不小于试夯总下沉量的90％为合格。也可采用在地基上选点夯击检查最后下沉量。2．2．2．5强夯地基1．原理及适用条件强夯是指用起重机械将大吨位（一般8～30t）夯锤起吊到6～30m高度后，自由落下，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层空隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土料重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性的一种有效的地基加固方法，使表面形成一层较为均匀的硬层来承受上部载荷。强夯法是在重锤夯实法的基础上发展起来的，但在作用机理上，又与它有很大区别。2．机具设备（1）夯锤。（2）起重机械（3）脱钩装置3．技术参数

通常根据要求加固土层的深度H(单位：m)，按下列经验公式选定强夯法所用的锤重Q:4.施工要求5．质量检查

应检查施工记录及各项技术参数，并应在夯击过的场地选点作检验。一般可采用标准贯入、静力触探或轻便触探等方法，符合试验确定的指标时即为合格。2．2．2．6振冲地基1．加固原理及适用条件2．机具设备（1）振冲器。振冲器为立式潜水电机直接带动一组偏心块，产生一定频率和振幅的水平向振力的专用机械。图2.7ZCQ系列振冲器构造示意图1-电缆；2-水管；3-吊罐；4-减振器；5-电机垫板；6-潜水电机；7-转子；8-电机轴；9-中空轴；10-壳体；11-翼板；12-偏心体；13-向心轴承；14-推力轴承；15-射水管；16-联轴节；17-万向节(2)起重机械。起重能力一般为80～150KN。(3)水泵及供水管道。供水压力宜大于0．5MPa，供水量宜大于m3/h。(4)加料设备。可采用翻斗车、手推车或皮带运输机等。(5)控制设备。控制电流操作台，附有150A以上容量的电流表（或自动记录电流表）、500V电压表等。

3．施工工艺(1)振冲试验(2)制桩1)定位2)成孔3)清孔4)振密(3)排泥(4)成桩顺序

桩的施工顺序一般为“由里向外”或“一边推向另一边”的方式，因为这种方式有利于挤走部分软土。(5)振冲地基表面的处理(6)冬期施工应将表层冻土破碎后成孔4．质量控制与检查

2．2．2．7深层搅拌地基1．加固基本原理及适用条件深层搅拌法是用于加固饱和软黏土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理－化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基。本法适用于加固各种土质地基，但对有机物含量大的土、硫酸盐含量大的土，其加固效果较差。2．施工工艺

(1)定位。(2)预搅下沉。(3)制备水泥浆。(4)喷浆、搅拌和提升。(5)重复上、下搅拌。(6)清洗。(7)移位。3．质量检测4．深层搅拌水泥粉喷桩施工深层搅拌水泥粉喷桩是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。

深层搅拌水泥粉喷桩施工工艺分为：就位、钻入、预搅、喷搅、成桩等过程。2．2．2．8高压喷射注浆

高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关，一般分为旋转喷射（简称旋喷），定向喷射（简称定喷）和摆动喷射（简称摆喷）三种形式。（如图2.12）。

学习单元2．3桩基工程2．3．1桩基工程分类1．按承载性状分类(1)摩擦型桩1)摩擦桩2)端承摩擦桩(2)端承型桩1)端承桩2)摩擦端承桩2．按成桩方法分类(1)非挤土桩(2)部分挤土桩(3)挤土桩3．按桩径大小分类(1)小桩：d≤250mm(2)中等直径桩：250mm<d<800mm(3)大直径桩：d≥800mm4．按施工方法分类(1)预制桩：根据沉入土中的方法，可非为打入桩（锤击沉桩）、静力压桩、振动沉桩和水冲沉桩等。(2)灌注桩：可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等。2．3．2打入桩施工2．3．2．1施工准备1．现场准备

障碍物处理、场地平整、抄平放线。2．预制桩的制作、运输和堆放(1)混凝土实心方桩的制作、运输和堆放(2)混凝土管桩的制作、运输和堆放

混凝土管桩为中空，一般在预制时用离心法成型，把混凝土中多余的水分用离心力甩出，故混凝土密实，强度高，抵抗地下水和耐腐蚀的性能强。为解决混凝土管桩在吊装和搬运时因弯曲拉应力的作用而开裂，以及打桩时因拉应力而产生环状裂缝，故常用预应力混凝土管桩。混凝土管桩应达到设计强度100%后方可运到现场打桩。堆放层数不超过三层，底层管桩边缘应用楔形木块塞紧，以防滚动，应根据打桩顺序随打随运以减少或避免二次搬运。图1钢筋笼的准备预应力管桩制作流程图2钢筋笼绑扎机图3钢筋笼入模图4钢模起吊图5混凝土灌注图6钢模封闭图7预应力筋张拉图8预应力管桩离心成型图9成桩图10蒸压养护图11脱模(3)钢管桩的制作、运输和堆放

钢管桩一般使用无缝钢管，也可采用钢板卷板焊接而成，一般在工厂制作。按卷板制作工艺不同，分为直缝钢管桩和螺旋缝钢管桩。

钢管桩堆放Φ900的钢管桩，不宜超过3层；Φ600的钢管桩，不宜超过4层；Φ400的钢管桩，不宜超过5层。钢管桩一般按两点起吊。2．3．2．2打入法施工

1．打桩设备及选用(1)桩锤选择1)落锤:锤击速度慢，贯入能力低，效率不高且对桩的损伤较大，只在使用其他类型的桩锤不经济，或在小型工程中才被使用。2)单动汽锤

图2.16单动汽锤1-汽缸；2-活塞杆；3-活塞；4-活塞提升室；5-进汽口；6-排汽口；7-换向阀门3)双动汽锤4)柴油锤：柴油锤会造成噪音和空气污染等公害，故在城市中施工受到一定限制。其不适用于在过硬或过软的土层中打桩。。5)液压锤液压锤是由一外壳封闭起来的冲击缸体所组成的，利用液压油来提升和降落冲击缸体。液压锤不排出任何废气，无噪声，冲击频率高，并适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备。(2)桩架选择1)滚筒式桩架2)多功能桩架3)履带式桩架(3)桩帽及垫衬材料的选择为提高打桩效率和沉桩精度，保护桩锤安全使用和桩顶免遭破损，应在桩顶加设桩帽，见图2．22。2．打桩顺序

3．打桩工艺（1）吊装就位（2）打桩（3）接桩1）焊接法接桩

2）浆锚法接桩3）法兰法接桩(4)截桩

(5)打桩测量和记录

打桩是隐蔽工程，必须对每根桩的施打进行测量并做好详细记录。打桩时要注意测量桩顶水平标高，可用水准仪进行测量。2．3．2．3质量标准

打桩质量包括两个方面的内容，即能否满足贯人度或设计标高的要求以及施工偏差是否在规范允许的范围以内。2．3．2．4施工注意事项2．3．3静力压桩施工2．3．3．1静压桩的施工原理、特点静力压桩是利用静压力将预制桩逐节压入土中的一种沉桩工艺，它借助专用桩架自重及桩架上的压重，通过卷扬机滑轮组或液压系统施加压力在桩顶或桩身上，当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐压入地基中。2．3．3．2静压桩机械（1）顶压式压桩机（2）箍压式压桩机（3）前压式压桩机2．3．3．3压桩工艺静力压桩工艺流程：场地清理和处理→测量定位→桩机就位→吊桩插桩→桩身对中调直→压桩→接桩→再压桩→送桩(或截桩)。2．3．3．3压桩工艺

2．3．3．4终止压桩控制标准

对摩擦型桩以达到桩端设计标高为终止控制条件；对于端承摩擦型长桩以设计桩长控制为主，最终压力值作对照；对承载力较高的端承桩，终压力值宜尽量接近或达到压桩机满载值；对端承型短桩，以终压力满载值为终压控制条件，并以满载值复压。2．3．3．5施工注意事项

遇到下列情况应停止压桩，并及时与有关单位研究处理：一是初压时，桩身发生较大幅度移位、倾斜，压入过程中桩身突然下沉或倾斜；二是桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变。2．3．4振动沉桩、水冲沉桩2．3．4．1振动沉桩

振动沉桩与锤击沉桩的施工方法基本相同，其不同之处是用振动桩机代替锤打桩机施工。振动桩机主要由桩架、振动锤、卷扬机和加压装置组成。2．3．4．2水冲沉桩

水冲沉桩法，就是利用高压水流冲刷桩尖下面的土壤，以减少桩表面与土壤之间的摩擦力和桩下沉时的阻力，使桩身在自重或锤击作用下，很快沉人土中。射水停止后，冲松的土壤沉落，又可将桩身压紧。

2．3．5混凝土灌注桩施工2．3．5．1一般规定1．成孔(1)成孔的控制深度(2)成孔施工顺序2．钢筋笼的制作制作钢筋笼时，要求主筋环向均匀布置，箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求，箍筋一般应为螺旋式。3．混凝土的配制与灌注

(1)混凝土的配制要求：(2)混凝土的灌注方法：(3)灌注混凝土应遵守规定。2．3．5．2沉管灌注桩1．锤击沉管灌注桩(1)施工设备:如图2．28所示。(2)施工方法:(3)质量要求2．振动混管灌注桩施工设备:如图2．29所示。(1)施工方法:(2)分类1)单振法2)反插法3)复振法(3)质量要求3．沉管夯扩灌注桩沉管夯扩灌注桩是利用打桩锤将内、外桩管同步沉入土层中，通过锤击内桩管夯扩端部混凝土，使桩端形成扩大头，再灌注桩身混凝土。拔外桩管时，用内桩管和桩锤顶压在管内混凝土面上，使桩身密实成型，其施工工艺流程如图2．30所示。(a)放干硬混凝土；(b)放内外管；(c)锤击；(d)抽出内管；(e)灌入部分混凝土；(f)放入内管，稍提外管；(g)锤击；(h)内外管沉入设计深度；(i)拔出内管；(j)灌满桩身混凝土；(k)上拔外管；(1)拔出外管，成桩4．沉管灌注桩常见质量问题及处理(1)断桩:是指钻孔灌注桩在灌注混凝土的过程中，泥浆或砂砾进入水泥混凝土，把灌注的混凝土隔开并形成上下两段，造成混凝土变质或截面积受损，从而使桩不能满足受力要求。

目前常用开挖检查法和动测法检查。断桩一经发现，应将断桩段拔去，把孔清理干净后，略增大面积或加上钢箍连接，再重新灌注混凝土。(2)缩颈桩:又称瓶颈桩，部分桩颈缩小，截面面积不符合要求。处理方法：施工时，应保持管内混凝土略高于地面，使其有足够的扩散压力，拔管时采用复打法或反插法，并严格控制拔管速度。(3)桩尖进水或进泥：常见于地下水位高、含水率大的淤泥和粉砂土层。处理方法可将桩管拔出，修复改正桩尖缝隙后，用砂回填桩孔重打；地下水量大时，桩管沉到地下水位处，用水泥砂浆灌人管内约0.5m作封底，并再灌1m高混凝土，然后打下。(4)吊脚桩:指桩底部的混凝土隔空，或混凝土中混进泥砂而形成松软层的桩。造成吊脚桩的原因是：预制混凝土桩尖承载力或活瓣桩尖刚度不够，沉管时被破坏或变形，因而水或泥砂进入桩管；拔管时桩靴未脱出或活瓣未及时张开，混凝土未及时从管内流出等。处理方法：如果发现问题应即时将桩管拔出，填砂重打；或者采取密振动慢拔，开始拔管时先反插几次再正常拔管。2．3．5．3干作业螺旋钻孔灌注桩1．钻机2．施工要点(1)钻进时要求钻杆垂直，如发现钻杆摇晃、移动、偏斜或难以钻进时，可能遇到坚硬夹物，应立即停车检查，妥善处理，钻孔偏移时，应提起钻头上下反复打钻几次，以便削去硬土。纠正无效，可在孔中局部回填黏土至偏孔处以上0.5m，再重新钻进。(2)钻孔达要求深度后，应用夯锤夯击孔底虚土，或者用压力在孔底灌入水泥浆，以减少桩的沉降和提高桩的承载能力，然后尽快吊放钢筋笼，并浇筑混凝土。浇筑应分层进行。每层高度不得大于1.5m。2．3．5．4泥浆护壁成孔灌注桩1．测定桩位:平整清理好施工场地后，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，定出每根桩的位置，并做好标志。2．埋设护筒：护筒是埋置在钻孔孔口的圆筒，是大直径泥浆护壁成孔灌注桩特有的一种装置。其作用是固定桩孔位置；防止地面水流入，保护孔口；增高桩孔内水压力，防止塌孔；以及钻孔时引导钻头方向。3．泥浆制备:泥浆的作用是：在桩孔内会吸附在孔壁上，将土壁孔隙填渗密实，并形成一层致密的泥膜，可避免桩孔内壁漏水，保持护筒内水压稳定。4．成孔(1)回转钻成孔1)正循环回转钻成孔2)反循环回转钻成孔(2)潜水钻成孔：潜水钻机钻进时出渣方式也有正循环与反循环两种。潜水钻正循环是利用泥浆泵将泥浆压入空心钻杆并通过中空的电动机和钻头射入孔底；潜水钻的反循环有泵举法、气举法和泵吸法三种。(3)冲击钻成孔：冲击钻成孔是利用冲击钻机或卷扬机把带钻刃的重钻头(又称冲锤)提高，靠自由下落的冲击力来破碎岩层或冲挤土层，排出碎碴成孔。(4)冲抓锥成孔：利用卷扬机和钢丝绳吊起冲抓锥，然后冲击钻孔底部，由锥瓣直接抓起土石钻进成孔。5．清孔：当钻孔达到设计要求深度并经终孔检查合格后，即应进行验孔和清孔，清除孔底沉渣、淤泥，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。清孔的方法可以采用正循环法、反循环法和掏渣筒掏渣清孔。6.吊放钢筋笼：清孔满足要求后，应立即安放钢筋笼、浇筑混凝土。7．水下浇筑混凝土。泥浆护壁成孔灌注桩的水下混凝土浇筑常用导管法，混凝土强度等级不低于C20，坍落度为18～22cm。2．3．5．5人工挖孔灌注桩

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，浇筑混凝土成型的桩。

1．施工机具挖孔桩施工机具主要有：垂直运输工具、排水工具、通风设备、挖掘工具等。若遇到坚硬的土层或岩石，还需准备风镐和爆破设备。此外，尚有照明灯、对讲机、电铃等。2．施工工艺学习单元2．4桩基工程检测与验收2．4．1桩基工程检测预制成桩质量检查主要包括制桩、打入(静压)深度、停锤标准、桩位及垂直度检查。灌注桩的成桩质量检查主要包括成孔及清孔、钢筋笼制作及安放、混凝土制备及灌注三个工序的质量检查。2．4．1．1成孔垂直度检测1．钻杆测斜法

2．测锤法2．4．1．2孔径检测

1．声波孔壁测定仪2．井径仪：由测头、放大器和记录仪三部分组成[图2．44(b)]，它可以检测直径为0．08～0．6m、深数百米的孔，当把测量腿加大后，最大可检测直径1．2m的