深基础工程及地基处理

第二章深基础工程及地基处理 在土建、交通、水利工程中，当天然的地基的强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要，保证建筑安全可靠。地基处理方法众多，对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有：排水固结法，振密、挤密法，置换及拌入法，灌浆法，加筋法和托换法等当作为地基的土层软弱，建筑物对其变形与稳定要求较高时，就必须采用深基础。常见的深基础有：桩基础，沉井基础，沉箱基础，地下连续墙等概述 桩基础的分类：⑴按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩，也有采用木、组合材料的桩⑵桩按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承摩擦桩桩顶荷载则主要由桩侧阻力承受。端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受；摩擦端承桩桩顶荷载则主要由桩端阻力承受。 ⑶桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上管桩属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、H型钢桩、敞口钢管桩等属于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。⑷按桩的施工方法，可分为预制桩和灌注桩两类。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。灌注桩。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。 2.1预制混凝土桩施工2.1.1桩的预制、起吊、运输、堆放桩的预制场地压实、平整→场地地平作三七灰土或浇筑混凝土→支模→绑扎钢筋骨架、安设吊环→浇筑混凝土→养护至百分之30强度拆模→支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋→浇筑间隔桩混凝土→同法间隔制作第二层桩→养护至70%强度起吊→达100%强度后运输。桩的起吊桩在起吊和搬运时，必须平稳，并且不得损坏。吊点应符合设计要求，一般吊点的设置如下图所示。 桩的吊点位置图 桩的运输打桩前，桩从制作处运到现场前备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放堆放桩的地面必须平整、坚实，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，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。 2.1.2打桩设备多能桩架 履带式桩架 2.1.3锤击沉桩施工方法桩锤桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能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、桩的规格等参考下表进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。 锤   型柴油锤202535456072锤的动力性能冲击部分重t2.02.53.54.56.07.2总重t4.56.57.29.615.018.0冲击力kN20002000~25002500~40004000~50005000~70007000~10000常用冲程m1.8~2.3桩的截面混凝土预制桩的边长或直径cm25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩的直径cm40609090~100锤重选择表 锤击沉桩施工方法⑴打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。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。⑵打桩开始时，锤的落距应较小，待桩入土至一定深度且稳定后，再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时，最大落距不宜大于1m，用柴油锤时，应使锤跳动正常。在打桩过程中，遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理。 ⑶如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上，拔出送桩管后，桩孔应及时回填或加盖。⑷多节桩的接桩，可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁，上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢，焊接时焊缝应连续饱满，并采取措施减少焊接变形。接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。⑸打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。 2.1.4静压力桩施工静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN，如下图示。 1—操纵室；2—电气控制台；3—液压系统；4—导向架；5—配重；6—夹持装置；7—吊桩把杆；8—支腿平台；9—横向行走与回转装置；10—纵向行走装置；11—桩液压式静力压桩机 液压式静力压桩机 2.2混凝土、钢筋混凝土灌注桩施工灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，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。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺 2.2.1泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。 泥浆护壁成孔灌注桩施工现场 泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺⑴埋设护筒护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止踏孔德作用。⑵泥浆制备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。⑶成孔方法泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有冲击钻成孔法a、冲抓锥成孔法b和潜水电钻成孔法c三种(下图）。 baac ⑷安放钢筋笼⑸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。 2.2.2干作业成孔灌注桩在软塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，缓慢地均匀地钻进。操作时要求钻杆垂直，钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查。钻进速度应根据电流值变化及时调整。在钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。 2.2.3套管成孔灌注桩工艺流程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（左图）的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管时，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。右图为沉管灌注桩施工过程示意图。 活瓣桩尖1—桩管；2—锁轴；3—活瓣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 沉管的方法⑴⑵锤击灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，关闭活瓣或对准预先设在桩位处的预制混凝土桩靴，套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在一垂直线上，套管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉套管。先用低锤轻击，观察后如无偏移，才正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，并检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。套管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，不宜拔管过高。拔管时应保持连续密锤低击不停。 ⑵振动沉管振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管，其设备见下图。施工前，先安装好桩机，将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在套管上加压，套管即能沉入土中 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 沉管灌注桩 2.2.4人工挖孔灌注桩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，电您等设备 施工工艺⑴按设计图纸放线、定桩位。⑵开挖场。⑶支护模板⑷在模板顶放置操作平台。⑸浇筑护壁混凝土。⑹拆除模板继续下一段的施工。⑺安放钢筋。⑻排除孔底积水。 2.2.5桩基验收验收内容验收桩基工程，应该验收是否符合设计要求和施工质量验收规范的规定，在验收前，不得切去混凝土预制桩和灌注桩。工程桩应该进行承载力检验。桩身质量应该进行检验。验收时应该提交下列资料⑴工程勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更及材料代用通知单等⑵桩位测量放线图，包括工程桩位线复核验证单；⑶制作桩的材料试验记录、成桩质量检查报告；⑷单桩承载力检查报告；⑸基坑挖至设计标高的基础竣工平面图及桩顶标高图 2.3地及处理方法高压喷射处理方法高压喷射处理方法：就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，以高压设备使浆液或水成为200Mpa左右的高压流从喷嘴中射出来，冲击破坏土体。高压喷射注浆法的工艺类型及特点施工工序效果检验 振冲法振冲挤密机理与施工工艺振冲置换深层搅拌法深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特定的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土与固化剂强制搅拌，利用软土与固化剂之间产生的一系列物理-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优质地基。 地下连续墙钢筋混凝土地下连续是在地面上用专门的挖槽设备，沿开挖工程周边已铺砌的导墙，在泥浆护壁的条件下，开挖一条狭窄的深槽，在槽内放置钢筋笼，浇注混凝土，筑成一道连续的地下墙体。地下连续墙施工工艺过程是：修筑导墙→挖槽→吊放接头管（箱）、吊放钢筋笼→浇注混凝土。