桥梁基础工程施工教案

'桥梁基础工程施工教案第一节导论1.几个概念：福州中科白癜风研究所http://www.gzsszt.com/整理分享1）基础与地基、桥梁基础工程。任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。基础工程施工包括建筑物的地基与基础施工。2）.根据地层变化情况、上部结构的要求、荷载特点和施工技术水平，可采用不同类型的地基和基础。3）地基的分类与施工地基可分为天然地基与人工地基。未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基。如果天然地层土质过于软弱或存在不良工程地质问题，需要经过人工加固或处理后才能修筑基础，这种地基称为人工地基——>第六章特殊地基处理4）基础的分类与常用施工方法：根据埋置深度分为浅基础和深基础。通常将埋置深度较浅（一般在5米以内），且施工简单的基础称为浅基础；若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上，且施工较复杂时称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础，在设计和施工中有些问题需要作为深基础考虑。桥梁及各种人工构造物常用天然地基上的浅基础。——>明挖；当需设置深基础时常采用桩基础或沉井基础，——>桩基施工；2.现状：而我国公路桥梁应用最多的深基础是桩基础。目前我国公路建筑物基础大多采用混凝土或钢筋混凝土结构，少部分用钢结构。在石料丰富的地区，就地取材，也常用石砌基础。只有在特殊情况下（如抢修、建临时便桥）采用木结构。3.基础工程的重要性：工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量的优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用甚至安全。基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基础更是如此。因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。4、课程内容的基本要求 1.浅基础和深基础的概念。识别浅基础的常用类型（扩大基础、联合基础、独立基础等）。会懂得刚性扩大基础的施工方法。掌握基础设置深度的确定的影响因素。掌握地基容许承载力的计算（按理论公式、荷载试验、规范承载力来确定）。2.桩基础的分类和构造。合理选择桩基础的施工方法（钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、沉管灌注桩、打入桩、水中桩基）。会对桩基础进行质量检验。3.能复述出沉井基础的基本概念、作用及适用条件、类型和构造。对重现沉井的施工方法（旱地上和水中沉井的施工）。4.会地基处理的目的和方法。掌握软土的工程特性，掌握软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算。掌握换土垫层法的作用和设计要点（砂垫层厚度、宽度的确定方法）。掌握排水固结法、挤密法、夯实法、化学固化法、土工合成材料加筋法等的原理和应用条件。掌握复合地基承载力和沉降计算。5.识别几种特殊地基的工程特性及基础工程应注意事项。尤其是湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻土地区、地震区的基础工程。5、基础工程学科发展概况远在1300多年前隋朝时所修建的赵州安济石拱桥，不仅在建筑结构上有独特的技艺，而且在地基基础的处理上也非常合理，该桥桥台座落在较浅的密实粗砂土层上，沉降很小，现反算其基底压力约为500kPa～600kPa，与现行的各设计规范中所采用的该土层容许承载力的数值（550kPa）极为接近。基础工程既是一项古老的工程技术又是一门年轻的应用科学，发展至今在设计理论和施工技术及测试工作中都存在不少有待进一步完善解决的问题，随着祖国现代化建设，大型和重型建筑物的发展将对基础工程提出更高的要求，我国基础工程科学技术可着重开展以下工作：开展地基的强度、变形特性的基本理论研究;进一步开展各类基础型式设计理论和施工方法的研究国外近年来基础工程科学技术发展也较快，一些国家采用了概率极限状态设计方法。将高强度预应力混凝土应用于基础工程，基础结构向薄壁、空心、大直径发展，采用的管柱直径达6m，沉井直径达80m（水深60m）并以大口径磨削机对基岩进行处理，在水深流速较大处采用水上自升式平台进行沉桩（管柱）施工等。2.桥梁基础工程施工的参考文献1）建筑桩基技术规范JGJ94-20082）公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024－04 第二节基础工程设计和施工所需的资料及计算荷载的确定引入：1.讨论：基础工程的施工方案考虑的主要因素是什么？基础工程的施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情况来研究确定。因此，应在事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实际情况的资料。施工应对设计有一定的了解。2.基础工程设计和施工需要的资料桥梁的地基与基础在设计及施工开始之前，除了应掌握有关全桥的资料，包括上部结构形式、跨径、荷载、墩台结构等及国家颁发的桥梁设计和施工技术规范外，还应注意地质、水文资料的搜集和分析，重视土质和建筑材料的调查与试验。基础工程有关设计和施工需要的地质、水文、地形及现场各种调查资料表1-1资料种类资料主要内容资料用途1．桥位平面图（或桥址地形图）（1）桥位地形（2）桥位附近地貌、地物（3）不良工程地质现象的分布位置（4）桥位与两端路线平面关系（5）桥位与河道平面关系（1）桥位的选择、下部结构位置的研究（2）施工现场的布置（3）地质概况的辅助资料（4）河岸冲刷及水流方向改变的估计（5）墩台、基础防护构造物的布置2．桥位工程地质勘测报告及工程地质纵剖面图（1）桥位地质勘测调查资料包括河床地层分层土（岩）类及岩性，层面标高，钻孔位置及钻孔柱状图（2）地质、地史资料的说明（3）不良工程地质现象及特殊地貌的调查勘测资料（1）桥位、下部结构位置的选定（2）地基持力层的选定（3）墩台高度、结构型式的选定（5）墩台、基础防护构造物的布置3．地基土质调查试验报告（1）钻孔资料（2）覆盖层及地基土（岩）层状生成分布情况（3）分层土（岩）层状生成分布情况（4）荷载试验报告（5）地下水位调查（1）分析和掌握地基的层状（2）地基持力层及基础埋置深度的研究与确定（3）地基各土层强度及有关计算参数的选定（4）基础类型和构造的确定（5）基础下沉量的计算 4．河流水文调查报告（1）桥位附近河道纵横断面图（2）有关流速、流量、水位调查资料（3）各种冲刷深度的计算资料（4）通航等级、漂浮物、流冰调查资料（1）确定根据冲刷要求基础的埋置深度（2）桥墩身水平作用力计算（3）施工季节、施工方法的研究5．其他调查资料（1）地震  （2）建筑材料   （3）气象   （4）附近桥梁的调查   （5）施工调查资料（1）地震记录（2）震害调查（1）确定抗震设计强度（2）抗震设计方法和抗震措施的确定（3）地基土振动液化和岸坡滑移的分析研究（1）就地可采取、供应的建筑材料种类、数量、规格、质量、运距等（2）当地工业加工能力、运输条件有关资料（3）工程用水调查（1）下部结构采用材料种类的确定（2）就地供应材料的计算和计划安排（1）当地气象台有关气温变化、降水量、风向风力等记录资料（2）实地调查采访记录（1）气温变化的确定（2）基础埋置深度的确定（3）风压的确定（4）施工季节和方法的确定（1）附近桥梁结构型式、设计书、图纸、现状（2）地质、地基土（岩）性质（3）河道变动、冲刷、淤泥情况（4）营运情况及墩台变形情况（1）掌握架桥地点地质、地基土情况（2）基础埋置深度的参考（3）河道冲刷和改道情况的参考 （1）施工方法及施工适宜季节的确定（2）工程用地的布置（3）工程材料、设备供应、运输方案的拟定（4）工程动力及临时设备的规划（5）施工临时结构的规划第三节．基础工程设计的几个变量的确定一荷载的确定1.计算荷载的确定 在桥梁墩台上的永久荷载（恒载）包括结构物的自重、土重及土的自重产生的侧向压力、水的浮力、预应力结构中的预应力、超静定结构中因混凝土收缩徐变和基础变位而产生的影响力；基本可变荷载（活载）有汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车荷载引起的土侧压力；其他可变荷载有风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支座摩阻力，在超静定结构中尚需考虑温度变化的影响力；偶然荷载有船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力。这些荷载通过基础传给地基。按照各种荷载的特性及出现的机率不同，在设计计算时，应根据可能同时出现的作用荷载进行组合，荷载组合的种类，在桥梁通用规范里有具体规定。按照各种荷载特性及出现的机率不同，在设计计算时应考虑各种可能出现的荷载组合，一般有以下几种：组合Ⅰ由恒载中的一种或几种，与一种或几种活载（平板挂车或履带车除外）相组合，如该组合中不包括混凝土收缩、徐变及水的浮力引起的影响力时，习惯上也称为主要组合；组合Ⅱ由恒载中的一种或几种，与活载中的一种或几种（平板挂车或履带车除外）及其他可变荷载的一种或几种相组合；组合Ⅲ由平板挂车或履带车与结构自重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种相结合；组合Ⅳ由活载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种与恒载的一种或几种与偶然荷载中的船只或漂流物撞击力相组合；组合Ⅴ施工阶段验算荷载组合，包括可能出现的施工荷载如结构重、脚手架、材料机具、人群、风力和拱桥单向推力等；组合Ⅵ由地震力与结构重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种组合。组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ习惯上也称为附加组合。为保证地基与基础满足在强度稳定性和变形方面的要求，应根据建筑物所在地区的各种条件和结构特性，按其可能出现的最不利荷载组合情况进行验算。所谓“最不利荷载组合”，就是指组合起来的荷载，应产生相应的最大力学效能，例如用容许应力法设计时产生的最大应力；滑动稳定验算时产生最小滑动安全系数等。因此不同的验算内容将由不同的最不利荷载组合控制设计，应分别考虑。一般说来，不经过计算是较难判断哪一种荷载组合最为不利，必须用分析的方法，对各种可能的最不利荷载组合进行计算后，才能得到最后的结论。由于活载（车辆荷载）的排列位置在纵横方向都是可变的，它将影响着各支座传递给墩台及基础的支座反力的分配数值，以及台后由车辆荷载引起的土侧压力大小等，因此车辆荷载的排列位置往往对确定最不利荷载组合起着支配作用，对于不同验算项目（强度、偏心距及稳定性等），可能各有其相应的最不利荷载组合，应分别进行验算。此外，许多可变荷载其作用方向在水平投影面上常可以分解为纵桥向和横桥向，因此一般也需按此两个方向进行地基与基础的计算，并考虑其最不利荷载组合，比较出最不利者来控制设计。桥梁的地基与基础大多数情况下为纵桥向控制设计，但对于有较大横桥向水平力（风力、船只撞击力和水压力等）作用时，也需进行横桥向计算，可能为横桥向控制设计。二、基础工程设计计算的原则 基础工程设计计算的目的是设计一个安全、经济和可行的地基及基础，以保证结构物的安全和正常使用。因此，基础工程设计计算的基本原则是：1．基础底面的压力小于地基的容许承载力；2．地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；3．地基及基础的整体稳定性有足够保证；4．基础本身的强度满足要求。备注：应考虑地基、基础、墩台及上部结构整体作用建筑物是一个整体，地基、基础、墩台和上部结构是共同工作且相互影响的，地基的任何变形都必定引起基础、墩台和上部结构的变形；不同类型的基础会影响上部结构的受力和工作；上部结构的力学特征也必然对基础的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求，地基和基础的不均匀沉降对于超静定的上部结构影响较大，因为较小的基础沉降差就能引起上部结构产生较大的内力。同时恰当的上部结构、墩台结构型式也具有调整地基基础受力条件，改善位移情况的能力。因此，基础工程应紧密结合上部结构、墩台特性和要求进行；上部结构的设计也应充分考虑地基的特点，把整个结构物作为一个整体，考虑其整体作用和各个组成部分的共同作用。全面分析建筑物整体和各组成部分的设计可行性、安全和经济性；把强度、变形和稳定紧密地与现场条件、施工条件结合起来，全面分析，综合考虑。三、基础工程极限状态设计应用可靠度理论进行工程结构设计是当前国际上一种共同发展的趋势，是工程结构设计领域一次带有根本性的变革。可靠性分析设计又称概率极限状态设计。可靠性含义就是指系统在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率。系统不能完成预定功能的概率即是失效概率。这种以统计分析确定的失效概率来度量系统可靠性的方法即为概率极限状态设计方法。在20世纪80年代，我国在建筑结构工程领域开始逐步全面引入概率极限状态设计原则，1984年颁布的国家标准《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）采用了概率极限状态设计方法，以分项系数描述的设计表达式代替原来的用总安全系数描述的设计表达式。根据统一标准的规定，一批结构设计规范都作了相应的修订，如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）也采用了以分项系数描述的设计表达式。1999年6月建设部批准颁布了推荐性国家标准《公路工程可靠度设计统一标准》，2001年11月建设部又颁发了新的国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）。然而，我国现行的地基基础设计规范，除个别的已采用概率极限状态设计方法（如1995年7月颁布的建筑桩基技术规范JGJ94-94）外，桥涵地基基础设计规范等均还未采用极限状态设计，这就产生了地基基础设计与上部结构设计在荷载计算，材料强度，结构安全度等不协调的情况。 三地基土的不确定性：由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自然的产物，其性质十分复杂，不仅不同地点的土性可以差别很大，即使同一地点，同一土层的土，其性质也随位置发生变化。所以地基土具有比任何人工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控制，而且要清楚地认识它也很不容易。在进行地基可靠性研究的过程中，取样、代表性样品选择、试验、成果整理分析等各个环节都有可能带来一系列的不确定性，增加测试数据的变异性，从而影响到最终分析结果。地基土因位置不同引起的固有可变性，样品测值与真实土性值之间的差异性，以及有限数量所造成误差等，就构成了地基土材料特性变异的主要来源。这种变异性比一般人工材料的变异性大。因此，地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行概率统计分析，是基础工程最重要的问题。基础工程极限状态设计与结构极限状态设计相比还具有物理和几何方面的特点。地基是一个半无限体，与板梁柱组成的结构体系完全不同。在结构工程中，可靠性研究的第一步先解决单构件的可靠度问题，目前列入规范的亦仅仅是这一步，至于结构体系的系统可靠度分析还处在研究阶段，还没有成熟到可以用于设计标准的程度。地基设计与结构设计不同的地方在于无论是地基稳定和强度问题或者是变形问题，求解的都是整个地基的综合响应。地基的可靠性研究无法区分构件与体系，从一开始就必须考虑半无限体的连续介质，或至少是一个大范围连续体。显然，这样的验算不论是从计算模型还是涉及的参数方面都比单构件的可靠性分析复杂的多。在结构设计时，所验算的截面尺寸与材料试样尺寸之比并不很大。但在地基问题中却不然，地基受力影响范围的体积与土样体积之比非常大。这就引起了两方面的问题，一是小尺寸的试件如何代表实际工程的性状，二是由于地基的范围大，决定地基性状的因素不仅是一点土的特性，而是取决于一定空间范围内平均土层特性，这是结构工程与基础工程在可靠度分析方面的最基本的区别所在。四、现状：我国基础工程可靠度研究始于20世纪80年代初，虽然起步较晚，但发展很快，研究涉及的课题范围较广，有些课题的研究成果，已达国际先进水平。但由于研究对象的复杂性，基础工程的可靠度研究落后于上部结构可靠度的研究，而且要将基础工程可靠度研究成果纳入设计规范，进入实用阶段，还需要做大量的工作。国外有些国家已建立了地基按半经验半概率的分项系数极限状态标准。在我国，随着结构设计使用了极限状态设计方法，在地基设计中采用极限状态设计工作也已提到议事日程上了。 第二章天然地基上的浅基础引入：提问浅基础的定义。埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。天然地基浅基础的特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。第一节天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件一、浅基础常用类型及适用条件天然地基浅基础的分类（根据受力条件及构造）：刚性基础：基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为，此时基础的悬出部分（图2-1b），a-a断面左端，相当于承受着强度为的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础（图2-1b）。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。其形式有：刚性扩大基础（图2-1b及图2-2），单独柱下刚性基础（图2-3a、d）、条形基础（图2-4）等。图2－1基础类型刚性基础常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石。混凝土是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于C15号。对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）。刚性基础的特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。柔性基础：基础在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础（图2-1a）。柔性基础主要是用钢筋混凝土浇筑，常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础（图2-5）筏板及箱形基础（图2-6、图2-7），其整体性能较好，抗弯刚度较大。刚性基础设计简介：刚性扩大基础的设计与计算的主要内容 ：基础埋置深度的确定；刚性扩大基础尺寸的拟定；地基承载力验算；基底合力偏心距验算；基础稳定性和地基稳定性验算；基础沉降验算。一、基础埋置深度的确定在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础的埋置深度时，必须综合考虑以下各种因素的作用。（一）地基的地质条件（二）河流的冲刷深度（三）当地的冻结深度（四）上部结构型式（五）当地的地形条件（六）保证持力层稳定所需的最小埋置深度除此以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响，如新建筑物基础比原有建筑物基础深，则施工挖土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件（施工设备、排水条件、支撑要求等）及经济分析等对基础埋深也有一定影响，这些因素也应考虑。上述影响基础埋深的因素不仅适用于天然地基上的浅基础，有些因素也适用于其它类型的基础（如沉井基础）。二、刚性扩大基础尺寸的拟定主要根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利荷载组合的条件下，能保证基础本身有足够的结构强度，并能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定要求，并且是经济合理的。基础厚度：应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因素来确定。基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.0～2.0m左右。基础平面尺寸：基础平面形式一般应考虑墩、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式。式中：l——墩、台身底截面长度(m)；d——墩、台身底截面宽度(m)；H——基础高度(m)；a——墩、台身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角。基础剖面尺寸：刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，如图2-18所示。自墩、台身底边缘至基顶边缘距离c1 称襟边，其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、台身模板的需要。其值应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm～30cm。图2-18刚性扩大基础剖面、平面图基础较厚（超过1m以上）时，可将基础的剖面浇砌成台阶形，如图2-18所示。基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和），应使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面（图2-18b）所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角amax，称为刚性角。在设计时，应使每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内，使其夹角ai≤amax，这时可认为属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也可不设置受力钢筋。刚性角amax的数值是与基础所用的圬工材料强度有关。基础每层台阶高度ti，通常为0.50m～1.00m，在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。三、地基承载力验算地基承载力验算包括持力层强度验算，软弱下卧层验算和地基容许承载力的确定。（一）持力层强度验算持力层是指直接与基底相接触的土层，持力层承载力验算要求荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。（二）软弱下卧层承载力验算   图2-19偏心竖直力作用在任意点图2-20软弱下卧层承载力验算当软弱下卧层为压缩性高而且较厚的软粘土，或当上部结构对基础沉降有一定要求时，除承载力应满足上述要求外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。四、基底合力偏心距验算控制基底合力偏心距的目的是尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，使墩、台发生倾斜，影响正常使用。若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但不经济，往往也是不可能的，所以在设计时，根据有关设计规范的规定，按以下原则掌握。对于非岩石地基：以不出现拉应力为原则：当墩、台仅受恒载作用时，基底合力偏心距e0应分别不大于基底核心半径的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥台）；当墩、台受荷载组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ时，由于一般是短时的，因此对基底偏心距的要求可以放宽，一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径即可。对于修建在岩石地基上的基础：可以允许出现拉应力，根据岩石的强度，合力偏心距e0最大可为基底核心半径的1.2～1.5倍，以保证必要的安全储备（具体规定可参阅有关桥涵设计规范）。在验算基底偏心距时，应采用计算基底应力相同的最不利荷载组合。 五、基础稳定性和地基稳定性验算基础稳定性验算包括基础倾覆稳定性验算和基础滑动稳定性验算。此外，对某些土质条件下的桥台、挡土墙还要验算地基的稳定性，以防桥台、挡土墙下地基的滑动。（一）基础稳定性验算 图2-21基础倾覆稳定性计算1．基础倾覆稳定性验算理论和实践证明，基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，如图2-21所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距e0来保证基础的倾覆稳定性。对抗倾覆稳定系数K0的容许值均有不同要求，一般对主要荷载组合K0≥1.5，在各种附加荷载组合时，K0≥1.1～1.3。2．基础滑动稳定性验算基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值Kc来表示，Kc称为抗滑动稳定系数。即（2-14）式中：——基础底面（圬工材料）与地基之间的摩擦系数；符号意义同前。验算桥台基础的滑动稳定性时，如台前填土保证不受冲刷，可同时考虑计入与台后土压力方向相反的台前土压力，其数值可按主动或静止土压力进行计算。按式（2-14）求得的抗滑动稳定系数Kc值，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，K0≥1.2～1.3。修建在非岩石地基上的拱桥桥台基础，在拱的水平推力和力矩作用下，基础可能向路堤方向滑移或转动，此项水平位移和转动还与台后土抗力的大小有关。（二）地基稳定性验算位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性，基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后土推力作用下，基础也有可能沿软弱夹层土Ⅱ的层面滑动（图2-22a）；在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动的可能（图2-22b）。 这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即用圆弧滑动面法来进行验算。在验算时一般假定滑动面通过填土一侧基础剖面角点A（图2-22），但在计算滑动力矩时，应计入桥台上作用的外荷载（包括上部结构自重和活载等）以及桥台和基础的自重的影响，然后求出稳定系数满足规定的要求值。图2-22地基稳定性验算以上对地基与基础的验算，均应满足设计规定的要求，达不到要求时，必须采取设计措施，如梁桥桥台后土压力引起的倾覆力矩比较大，基础的抗倾覆稳定性不能满足要求时，可将台身做成不对称的形式（如图2-22所示后倾形式），这样可以增加台身自重所产生的抗倾覆力矩，达到提高抗倾覆的安全度。如采用这种外形，则在砌筑台身时，应及时在台后填土并夯实，以防台身向后倾覆和转动；也可在台后一定长度范围内填碎石、干砌片石或填石灰土，以增大填料的内摩擦角减小土压力，达到减小倾覆力矩提高抗倾覆安全度的目的。图2-22基础抗倾覆措施图2-23基础抗滑动措施拱桥桥台，由于拱脚水平推力作用下，基础的滑动稳定性不能满足要求时，可以在基底四周做成如图2-23a的齿槛，这样，由基底与土间的摩擦滑动变为土的剪切破坏，从而提高了基础的抗滑力，如仅受单向水平推力时，也可将基底设计成如图2-23b的倾斜形，以减小滑动力，同时增加在斜面上的压力。由图可见滑动力随角的增大而减小，从安全考虑，角不宜大于，同时要保持基底以下土层在施工时不受扰动。当高填土的桥台基础或土坡上的挡墙地基可能出现滑动或在土坡上出现裂缝时，可以增加基础的埋置深度或改用桩基础，提高墩台基础下地基的稳定性；或者在土坡上设置地面排水系统，拦截和引走滑坡体以外的地表水，以减少因渗水而引起土坡滑动的不稳定因素。六、基础沉降验算基础的沉降验算包括沉降量，相邻基础沉降差，基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜等。基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定的容许值：1．修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；2．修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；3．当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时；4．对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。  第二节刚性扩大基础施工明挖工程施工的浅基础主要工作。扩大基础施工工艺框图基础开挖施工方案：基础开挖常采用机械开挖，人工整修的方案。测量放样施工便桥、便道基坑排水、挖基基底处理监理检查安装钢筋、模板监理检查现浇砼养生拆模监理检查回填基坑钢筋、模板制作砼配比试验原材料试验监理检查砼拌制监理工程师批准制砼试块测砼强度1.扩大基础的施工工艺流程（下页框图）在施工组织设计中插着来讲一些基坑开挖的注意事项：1）刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖，开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。 2）基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。3）基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。4）基坑开挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m～1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。5）基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护，围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。引导学生注意归纳出浅基础施工的主要施工要点：1）基础开挖2）排水与防水3）坑壁支撑或修筑围堰4）基底处理与检验5）基础砌筑第一篇基础开挖引言：讨论问题1：城市桥梁基坑施工注意问题?小结：1、基坑范围内的管线勘探及改移2、制定基坑施工方案并报专家论证（公司内及外部）3、基坑土方开挖4、支护结构施工6、基地验槽由此，我们能了解到基础工程的施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情况来研究确定。参考书：138-1392.浅基础明挖基坑的方法与设备a.常规开挖推土机/吊车抓泥斗，爬杆滑车b.水下开挖模象教学P137-138设备：1）挖掘机（正铲/反铲）2）水力吸泥机3）水力吸石筒4）空气吸泥机法2）注意事项： A．基底土不得扰动或被水浸泡B．弃土不得妨碍施工作业C．应分层开挖D．若地址/水文与设计不符，应重新改变施工方案E．一般土质：机械与人工配合开挖，软岩地基：适当爆破，硬岩：爆破开挖。讨论问题2：基坑开挖施工现场划分有哪些类型？并识别由此形成的基坑类型？刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖。基坑开挖：旱地、水中基坑开挖。一、旱地上基坑开挖及围护1.基础知识：基坑的类型（1）无围护基坑适用于基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法。2）有围护基坑1．板桩墙支护板桩是在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后边挖边设支撑，开挖基坑过程中始终是在板桩支护下进行。板桩墙分无支撑式（图2-8a）、支撑式和锚撑式（图2-8d）。支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙（图2-8b）和多支撑板桩墙（图2-8c）。由于板桩墙多应用于较深基坑的开挖，故多支撑板桩墙应用较多。图2-82．喷射混凝土护壁喷射混凝土护壁，宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于10m，直径为6m～12m的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。喷射混凝土护壁的基本原理是以高压空气为动力，将搅拌均匀的砂、石、水泥和速凝剂干料，由喷射机经输料管吹送到喷枪，在通过喷枪的瞬间，加入高压水进行混合，自喷嘴射出，喷射在坑壁，形成环形混凝土护壁结构，以承受土压力。3．混凝土围圈护壁 采用混凝土围圈护壁时，基坑自上而下分层垂直开挖，开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。为防止已浇筑的围圈混凝土施工时因失去支承而下坠，顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层均间隔开挖和浇筑，并将上下层混凝土纵向接缝错开。开挖面应均匀分布对称施工，及时浇筑混凝土壁支护，每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。分层高度以垂直开挖面不坍塌为原则，一般顶层高2m左右，以下每层高1m～1.5m。混凝土围圈护壁也是用混凝土环形结构承受土压力，但其混凝土壁是现场浇筑的普通混凝土，壁厚较喷射混凝土大，一般为15cm～30cm，也可按土压力作用下环形结构计算。喷射混凝土护壁要求有熟练的技术工人和专门设备，对混凝土用料的要求也较严，用于超过10m的深基坑尚无成熟经验，因而有其局限性。混凝土围圈护壁则适应性较强，可以按一般混凝土施工，基坑深度可达15m～20m，除流砂及呈流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类。开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m～1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护，围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。 二、水中基坑开挖提问：有何区别？怎么办？——>排水与防水第二篇排水与防水施工要点：1.水中基坑开挖基坑的防水——围堰工程1.围堰的定义：在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较因难，也可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。在围堰内不但可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。2.对围堰的要求：1）．围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位0.5m以上，有风浪时应适当加高。2）．修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。3）．围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于1m。4)．围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。简言之，对围堰工程的要求：１.围堰的高度２.围堰的形状　例如土围堰图形　：减少冲涮、足够的施工面。３.围堰的防护措施3.围堰的适用性：有水河槽、基础较浅、地质不太复杂，水深不大于６m采用。4.围堰的种类：土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等。（一）土围堰和草袋围堰图2-9围囹法打钢板桩在水深较浅（2m以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流中修筑基础可采用土围堰或草袋围堰。土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但须加宽堰身以加大渗流长度，砂土颗粒越大堰身越要加厚。围堰断面应根据使用土质条件，渗水程度及水压力作用下的稳定确定。若堰外流速较大时，可在外侧用草袋柴排防护。此外，还可以用竹笼片石围堰和木笼片石围堰做水中围堰，其结构由内外二层装片石的竹（木）笼中间填粘土心墙组成。粘土心墙厚度不应小于2m。为避免片石笼对基坑顶部压力过大，并为必要时变更基坑边坡留有余地，片石笼围堰内侧一般应距基坑顶缘3m以上。模象教学：参考教学材料P130,土围堰图/草袋围堰图、土板桩围堰图各种形式。 情境再现：水深与围堰的选择。（二）钢板桩围堰当水较深时，可采用钢板桩围堰。修建水中桥梁基础常使用单层钢板桩围堰，其支撑（一般为万能杆件构架，也采用浮箱拼装）和导向（由槽钢组成内外导环）系统的框架结构称“围囹”或“围笼”（图2-9）。模象教学：参考教学材料P131,钢板桩围堰图的各种形式。引申：二战诺曼底登陆围堰工程。在条件许可时采用电脑播放实际钢板桩围堰现场。（三）双壁钢围堰（深水基础）在深水中修建桥梁基础还可以采用双壁钢围堰。双壁钢围堰一般做成圆形结构，它本身实际上是个浮式钢沉井。井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在漂浮状态下分层接高下沉。在两壁之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。井壁底部设置刃脚以利切土下沉。如需将围堰穿过覆盖层下沉到岩层而岩面高差又较大时，可做成高低刃脚密贴岩面。双壁围堰内外壁板间距一般为1.2m～1.4m，这就使围堰刚度很大，围堰内无需设支撑系统。模象教学：其他围堰。(参考教材131-133)5.围堰工程施工步骤。作业1：自学20分钟，写出钢板桩围堰的施工步骤流程。（主要参考教材P133）作业2：请写出围堰的适用范围、常见类型及其各自的适用性，并写出各自的施工注意事项。课本补充：施工要点2.水中基坑开挖基坑的排水参考教材：P135基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集基坑，因此施工过程中必须不断地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。常用的基坑排水方法：表面排水和井点法降低地下水位两种。（一）表面排水法（集水坑排水法）它是在基坑整个开挖过程及基础砌筑和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及基底的渗水，并引向一个或数个比集水沟挖得更深一些的集水坑，集水沟和集水坑应设在基础范围以外，在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防土石堵塞龙头。 这种排水方法设备简单、费用低，一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等粘聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌，因此当基坑为这类土时，应避免采用表面排水法。（二）井点法降低地下水位对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流砂现象，影响基坑稳定，此时可采用井点法降低地下水位排水。根据使用设备的不同，主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等多种类型，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。轻型井点降水是在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右为滤管，上面钻有若干直径约2mm的滤孔，外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连接并抽水。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连续的疏干区。在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中基坑始终保持着无水状态。该法可以避免发生流砂和边坡坍塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压密作用。 第三篇．基坑开挖的坑壁支撑：1.坑壁坡度的选取：P139表2.1-42.坑壁支撑方法及其适用性：模象教学P140图形a)板桩支撑平面尺寸较大，深度较深b)钢木结合支撑深度在3M以上；流沙处理c)挡板支撑浅水中较小桥涵。d)混凝土护壁喷护法/现浇法工作情境2基坑开挖时板桩墙的施工设计计算在基坑开挖时坑壁常用板桩予以支撑，板桩也用作水中桥梁墩台施工时的围堰结构。板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。它主要承受土压力和水压力，因此，板桩墙本身也是挡土墙，但又非一般刚性挡墙，它在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构，它的受力条件与板桩墙的支撑方式、支撑的构造、板桩和支撑的施工方法以及板桩入土深度密切相关，需要进行专门的设计计算。1．侧向压力计算作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。板桩墙土压力计算比较复杂，由于它大多是临时结构物，因此常采用比较粗略的近似计算，即不考虑板桩墙的实际变形，仍沿用古典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力。一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：2．悬臂式板桩墙的计算图2-10所示的悬臂式板桩墙，因板桩不设支撑，故墙身位移较大，通常可用于挡土高度不大的临时性支撑结构。悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o转动。这样在转动点o以上的墙身前侧以及o点以下的墙身后侧，将产生被动抵抗力，在相应的另一侧产生主动土压力。由于精确地确定土压力的分布规律困难，一般近似地假定土压力的分布图形如图2-17 所示：墙身前侧是被动土压力（bcd），其合力为,并考虑有一定的安全系数K（一般取K=2）；图2-10悬臂式板桩墙的计算在墙身后方为主动土压力（abe），合力为。另外在桩下端还作用有被动土压力，由于的作用位置不易确定，计算时假定作用在桩端b点。考虑到的实际作用位置应在桩端以上一段距离，因此，在最后求得板桩的入土深度t后，再适当增加10～20%。3．单支撑（锚碇式）板桩墙的计算 图2-11单支撑板桩墙的计算当基坑开挖高度较大时，不能采用悬臂式板桩墙，此时可在板桩顶部附近设置支撑或锚碇拉杆，成为单支撑板桩墙，如图2-19所示。单支撑板桩墙的计算，可以把它作为有两个支承点的竖直梁。一个支点是板桩上端的支撑杆或锚碇拉杆；另一个是板桩下端埋入基坑底下的土。下端的支承情况又与板桩埋入土中的深度大小有关，一般分为两种支承情况；第一种是简支支承，如图2-11a。这类板桩埋入土中较浅，桩板下端允许产生自由转动；第二种是固定端支承，如图2-12a。若板桩下端埋入土中较深，可以认为板桩下端在土中嵌固。1．板桩下端简支支承时的土压力分布（图2-11a）板桩墙受力后挠曲变形，上下两个支承点均允许自由转动，墙后侧产生主动土压力EA。由于板桩下端允许自由转动，故墙后下端不产生被动土压力。墙前侧由于板桩向前挤压故产生被动土压力EP。由于板桩下端入土较浅，板桩墙的稳定安全度，可以用墙前被动土压力EP除以安全系数K保证。此种情况下的板桩墙受力图式如同简支梁（图2-19b），按照板桩上所受土压力计算出的每延米板桩跨间的弯矩如图2-19c所示，并以Mmax值设计板桩的厚度。2．板桩下端固定支承时的土压力分布（图2-12）板桩下端入土较深时，板桩下端在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力EA外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力EP2。假定EP2作用在桩底b点处。与悬臂式板桩墙计算相同，板桩的入土深度可按计算值适当增加10～20%。板桩墙的前侧作用被动土压力EP1。由于板桩入土较深，板桩墙的稳定性安全度由桩的入土深度保证，故被动土压力EP1不再考虑安全系数。由于板桩下端的嵌固点位置不知道，因此，不能用静力平衡条件直接求解板桩的入土深度t。在图2-12中给出了板桩受力后的挠曲形状，图2-12下端为固定支承时的单支撑板桩计算在板桩下部有一挠曲反弯点c，在c点以上板桩有最大正弯矩，c点以下产生最大负弯矩，挠曲反弯点c相当于弯矩零点，弯矩分布图如图2-12所示。确定反弯点c的位置后，已知c点的弯矩等于零，则将板桩分成ac和cb 两段，根据平衡条件可求得板桩的入土深度t。4．多支撑板桩墙计算 图2-13多支撑板桩墙的位移及土压力分布当坑底在地面或水面以下很深时，为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑的层数及位置要根据土质、坑深、支撑结构杆件的材料强度，以及施工要求等因素拟定。板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置：1．等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。2．等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。支撑系按在轴向力作用下的压杆计算，若支撑长度很大时，应考虑支撑自重产生的弯矩影响。从施工角度出发，支撑间距不应小于2.5m。多支撑板桩上的土压力分布形式与板桩墙位移情况有关，由于多支撑板桩墙的施工程序往往是先打好板桩，然后随挖土随支撑，因而板桩下端在土压力作用下容易向内倾斜，如图2-13中虚线所示。这种位移与挡土墙绕墙顶转动的情况相似，但墙后土体达不到主动极限平衡状态，土压力不能按库仑或朗金理论计算。根据试验结果证明这时土压力呈中间大、上下小的抛物线形状分布，其变化在静止土压力与主动土压力之间，如图2-13所示。太沙基和佩克根据实测及模型试验结果，提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形图2-14多支撑板桩墙上土压力的分布图形a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土gH＞6cu；e）粘土gH＜4Cu多支撑板桩墙计算时，也可假定板桩在支撑之间为简支支承，由此计算板桩弯矩及支撑作用力。图2-15基坑抽水后水头差引起的渗流5、基坑稳定性验算（一）坑底流砂验算 若坑底土为粉砂、细砂等时，在基坑内抽水可能引起流砂的危险。一般可采用简化计算方法进行验算。其原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减少向上动水力。由于基坑内抽水后引起的水头差h¢(图2-15)造成的渗流，其最短渗流途径为在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的有效重度gb，则不产生流砂的安全条件为 图2-16板桩支护的软土滑动面假设（2-3）式中：K——安全系数，取2.0；i——水力梯度，;gw——水的重度。由此可计算确定板桩要求的入土深度t。（二）坑底隆起验算开挖较深的软土基坑时，在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象。常用简化方法验算，即假定地基破坏时会发生如图2-16所示滑动面，其滑动面圆心在最底层支撑点A处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力不予考虑，则滑动力矩为（2-4）稳定力矩为<（2-5）式中：Su——滑动面上不排水抗剪强度，如土为饱和软粘土，则j=0，Su=Cu。图2-17封底混凝土最小厚度Mg与Md之比即为安全系数K，如基坑处地层土质均匀，则安全系数为式中以弧度表示。2、封底混凝土厚度计算有时钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力，若板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏，则封底混凝土及围堰有可能被水浮起，或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂，因而封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。当板桩打入基底以下深度不大时，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，若封底混凝土最小厚度为x，如图2-17，则：(2-6) 式中：m——考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数，小于1，具体数值由经验确定；gw——水的重度，取10kN/m3;gc——混凝土重度，取23kN/m3;h——封底混凝土顶面处水头高度（m）。如板桩打入基坑下较深，板桩与土之间摩阻力较大，加上封底层及围堰自重整个围堰不会被水浮起，此时封底层厚度应由其强度确定。现一般按容许应力法并简化计算，假定封底层为一简支单向板，其顶面在静水压力作用下产生弯曲拉应力：经整理得(2-7)由此可解得封底混凝土层厚x式中：W——封底层每米宽断面的截面模量（m3）；l——围堰宽度（m）；[s]——水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过高，一般用100~200kPa。封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.25~0.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。当需要进一步计算封底混凝土层厚度时可参照教材第五章沉井基础式（5-54）进行。工学结合：工程实例讲解：围堰封底施工及实例。（P134）第四篇基底验收及问题处理：1.基底检验项目主要内容：1）平面位置/尺寸大小及标高2）土质的均匀性与地基的稳定性和承载能力3)施工日志及试验资料2.一般基底问题的处理：1）岩层基底：风化与否，基础与岩层的连接选择。注意不应水洗/纵横向错台。2）碎石类基底：先铺水泥|渗水处理3)粘性土层4）泉眼5）溶洞6）软硬不均的地层基底7）缺角掉边 8）裂缝处理 第五篇基础的砌筑一、浅基础的构造（一）刚性扩大基础（图2-2）          图2－2刚性扩大基础将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础又称刚性扩大基础，其平面形状常为矩形，其每边扩大的尺寸最小为0.20m～0.50m，作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式（二）单独和联合基础（图2-3）单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式（图2-3a、b），但柱下单独基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下柱下基础用钢筋混凝土浇注时，其剖面也可浇筑成锥形（图2-3c）。（三）条形基础（图2-4）条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。如挡土墙很长，为了避免在沿墙长方向因沉降不匀而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载图2-3单独和联合基础图2-4挡土墙下条形基础图2-5柱下条形基础能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础（图2-5）。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字型基础。这是房屋建筑常用的基础形式，也是一种交叉条形基础。 （四）筏板和箱形基础（图2-6、图2-7）筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式（图2-6a）和梁板式（图2-6b）。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础（图2-7），它的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用于地基较软弱,土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。图2-6筏板基础图2-7箱形基础工程案例分析：1、土质基坑开挖到基底后被水浸泡？土质基坑开挖到基底后被水浸泡可能出现质量问题及现象、原因分析、预防措施。1、质量问题及现象基坑开挖后，基底土被水浸泡，土层变软，承载力降低。2、原因分析1）由于连续降雨，使基坑内积水。2）地下水位较高，降水效果欠佳。3）当采用坑内排水时，排水量小于出水量。4）由于种种原因，在基坑开挖后未及时进行基础施工，基坑暴露时间过长，地表水流入基坑内，或泉水渗到基坑内。3、预防措施1）基坑开挖至基底30-50cm时，可根据天气情况来安排下一步工序，在天气晴朗时，将预留部分挖去，随即进行基坑检验，检验合格后马上进行基础的施工。 2）雨季施工时，为了防止水流进基坑，应在基坑四周0.5～1.0m外的地方挖排水沟或打土垄。3）地下水位较高时，应当采用井点降水或在基坑四周开挖排水沟和集水井，随时排水以降低地下水位，排不沟和集水井的深度应比基坑深0.5m，并有坡度，集水井应比排水沟最低处深1-1.5m，具体尺寸视降水范围决定。4）要备足排水设备，随挖随排水，以坑内不积水为准。5）在靠近河沟、水渠的地方开挖基坑时，应在基坑外挖一条载水沟，载断流入基坑的水源，载水沟外侧距基坑的距离应大于3m。6）接近基底标高20cm时停止开挖，待地下水位降至基底标高50cm以下时，方可进行清底工作。4、处理措施将被水浸泡的软土挖除，用砂砾、级配碎石或石灰土回填至设计标高。2、［背景材料］　　某桥梁桥台采用扩大基础，桥墩采用钻孔灌注桩基础。为确保基础施工质量符合设计要求，需要设置质量控制点，并做好完工后的检验工作。　　[问题]:　　1、扩大基础主要的质量控制点有哪些？　　2、明挖地基的主要检验内容有哪些？　　[参考答案]：　　1、扩大基础主要的质量控制点有：　　（1）基底地基承载力的确认，满足设计要求。　　（2）基底表面松散层的清理。　　（3）及时浇筑垫层混凝土，减少基底暴露时间。　　2、明挖地基的主要检验内容如下：　　（1）基底平面位置、尺寸大小和基底标高。　　（2）基底地质情况和承载力是否与设计资料相符　　（3）地基所用材料是否达到设计标准　 作业布置：通过自学桩基础的概念，进而查找桩的类型，特点，适用条件。引言：在桥梁工程中，常用的三大基础是刚性扩大基础、桩基础和沉井基础，我们已经学习和掌握了天然地基上刚性扩大基础的设计计算及施工，本章进入深基础桩基础的学习。当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性方面的要求时，往往需要采用深基础。本章将主要介绍桩基础的组成、作用及常用的结构型式；桩基础的分类、构造及施工工艺并对桩基础的质量检验，学完本章应该背诵桩基础的基本知识，知道桩基础的施工工艺过程，会对施工质量控制要点。第一节概述一、桩基础的特点1.工程上桩基础的组成图3-1-1桩基础1-承台；2-基桩；3-松软土层；4-持力层；5-墩身桩基础可以是单根桩（如一柱一桩的情况），也可以是单排桩或多排桩。对于双（多）柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中。群桩基础中所有桩的顶部由承台联成一整体，在承台上再修筑墩身或台身及上部结构，如图3-1-1所示。2．桩基础的作用承台的作用是将外力传递给各桩并将各桩联成一整体共同承受外荷载。基桩的作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力将荷载传递到桩周土及持力层中，如图3-1-1b）所示。3．特点桩基础如设计正确，施工得当，它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免（或减少）水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。二、桩基础的适用条件在下列情况下可采用桩基础：（1）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；（3 ）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；（4）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时；（5）当施工水位或地下水位较高，采用其它深基础施工不便或经济上不合理时；（6）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。以上情况也可以采用其他型式的深基础，但桩基础由于耗材少、施工快速简便，往往是优先考虑的深基础方案。第二节桩与桩基础的分类引言：为满足建筑物的要求，适应地基特点，随着科学技术的发展，在工程实践中已形成了各种类型的桩基础，它们在本身构造上和桩土相互作用性能上具有各自的特点。学习桩和桩基础的分类，目的是通过识别不同的特点、知道桩和桩基础的基本特征，以便施工时更好地发挥桩基础的特长。下面按承台位置、沉入土中的施工方法、桩的设置效应、桩土相互作用特点及桩身材料等分类进行讨论，组织讨论，组数9组：课程环节1：作业讨论一、桩基础按承台位置分类桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩、低桩承台）如图3-2-1所示。图3-2-1高桩承台基础和低桩承台基础a)低桩承台；b）高桩承台高桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上低桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以下。高桩承台的结构特点是基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上（称为桩的自由长度），而低桩承台则基桩全部沉入土中（桩的自由长度为零）。高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。然而，在水平力的作用，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同样水平外力作用下的低桩承台要大，其稳定性也比低桩承台差。二、按施工方法分类基桩的施工方法不同，不仅在于采用的机具设备和工艺过程的不同，而且将影响桩与桩周土接触边界处的状态，也影响桩土间的共同作用性能。桩的施工方法种类较多，但基本形式为沉桩（预制桩）和灌注桩。 （一）灌注桩灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成的桩。灌注桩在成孔过程中需采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。针对不同类型的地基土可选择适当的钻具设备和施工方法。1．钻、挖孔灌注桩1）钻孔灌注桩定义钻孔灌注桩系指用钻（冲）孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。2）特点及适用条件钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、粘性土，也适应于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。3）挖孔灌注桩定义依靠人工（用部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成的桩称为挖孔灌注桩。4）挖孔灌注桩特点及适用条件挖孔灌注桩适用于无水或少水的较密实的各类土层中，或缺乏钻孔设备，或不用钻机以节省造价。桩的直径（或边长）不宜小于１.４m，孔深一般不宜超过２０m。对可能发生流沙或含较厚的软粘土层地基施工较困难（需要加强孔壁支撑）；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。挖孔桩的优点：（1）施工工艺和设备比较简单只有护筒、套筒或简单模板，简单起吊设备如绞车，必要时设潜水泵等备用，自上而下，人工或机械开挖。（2）质量好不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇注水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；能直接检验孔壁和孔底土质，所以能保证桩的质量。易于扩大桩尖，提高桩的承载力；（3）速度快由于护筒内挖土方量甚小，进尺比钻孔为快，而且无须重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度；（4）成本低比灌钻孔可降低30%～40%。2．沉管灌注桩1）定义沉管灌注桩系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩尖（沉桩时桩尖闭合，拔管时活瓣张开）的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌混凝土边拔套管而形成的灌注桩。也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成桩。2）特点及适用条件 由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病。但桩的直径较小，常用的尺寸在0.6m以下，桩长常在20m以内。它适用于粘性土、砂性土地基。在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。总结：各类灌注桩有如下共同优点：（1）施工过程无大的噪声和振动（沉管灌注桩除外）。（2）可根据土层分布情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可采用不同桩径；对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩，还可设计成变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。（3）可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。（4）桩身钢筋可根据荷载与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，造价约为预制桩的40~70%。（三）管柱基础1）定义它是将预制的大直径（直径1~5m左右）钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土或钢管柱（实质上是一种巨型的管桩，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m、8m或10m，接头用法兰盘和螺栓联接），用大型的振动沉桩锤沿导向结构将其振动下沉到基岩（一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉），然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管柱与岩盘牢固连接如图3-2-2所示。2）特点及适用条件管柱基础可以在深水及各种覆盖层条件下进行，没有水下作业和不受季节限制，但施工需要有振动沉桩锤、凿岩机、起重设备等大型机具，动力要求也高，所以在一般公路桥梁中很少采用。（四）钻埋空心桩1）定义将预制桩壳预拼连接后，吊放沉入已成的桩孔内，然后进行桩侧填石压浆和桩底填石压浆而形成的预应力钢筋混凝土空心桩叫钻埋空心桩。2）适用条件它适用于大跨径桥梁大直径（）桩基础，通常与空心墩相配合，形成无承台大直径空心桩墩。钻埋空心桩具有如下优点：（1）直径可大达4～5m而无需振动下沉管柱那样繁重的设备和施工的困难；（2）水下混凝土的用量可减少40%，同时又可以减轻自重；（3）通过桩周和桩底二次压注水泥浆来加固地基，使它与钻孔桩相比承载力可提高30%～40%；（4）工程一开工后便可开始预制空心桩节，增加工程作业面，实现了基础工程部分工厂化，不但保证质量，还加快了工程进度；（5 ）一般碎石压浆易于确保质量，不会有断桩的情况发生，即使个别桩节有缺陷，还可以在桩中空心部分重新处理，省去了水下灌注桩必不可少的“质检”环节；（6）由于质量得到保证，在设计中就可以放心地采用大直径空心桩结构，取消承台，省去小直径群桩基础所需要的昂贵的围堰，达到较大幅度地降低工程造价的目的。该施工方法是一种全新的基桩工艺，其研究成果于1992年5月已通过交通部鉴定，其技术达到当前国际基桩工艺的先进水平。（二）沉桩（预制桩）是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造，分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。1．打入桩（锤击桩）打入桩是通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内达到所需要的深度。这种施工方法适应于桩径较小（一般直径在0.60m以下），地基土质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。2．振动下沉桩振动法沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对于较大桩径，土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。《公桥基规》将打入桩及振动下沉桩均称为沉桩。3．静力压桩在软塑粘性土中也可以用重力将桩压入土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下桩基础的一种有效施工方法。补充：预制桩有如下特点：（1）不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施），只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。（2）沉桩方法一般采用锤击，由此产生的振动、噪声污染必须加以考虑。（3）沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线等的损失。（4）一般说来预制桩的施工质量较稳定。（5）预制桩打入松散的粉土、砂砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，使桩侧表面法向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。（6）由于桩的贯入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩，造成浪费。（7）预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，需要配置较多钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。三、按桩的设置效应分类根据成桩方法和成桩过程的挤土效应，将桩分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。1、挤土桩 实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或振入过程中都要将桩位处的土大量排挤开（一般把用这类方法设置的桩称为打入桩），因而使土的结构严重扰动破坏（重塑）。粘性土由于重塑作用使抗剪强度降低（一段时间后部分强度可以恢复）；而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土的抗剪强度则可提高。2、部分挤土桩底端开口的钢管桩、型钢桩和薄壁开口预应力钢筋混凝土桩等，打桩时对桩周土稍有排挤作用，但对土的强度及变形性质影响不大。由原状土测得的土的物理、力学性质指标一般仍可用于估算桩基承载力和沉降。3、非挤土桩先钻孔后打入预制桩以及钻（冲、挖）孔桩在成孔过程中将孔中土体清除掉，不会产生成桩时的挤土作用。但桩周土可能向桩孔内移动，使得非挤土桩的承载力常有所减小。在饱和软土中设置挤土桩，如果设计和施工不当，就会产生明显的挤土效应，导致未初凝的灌注桩桩身缩小乃至断裂，桩上涌和移位，地面隆起，从而降底桩的承载力，有时还会损坏邻近建筑物；桩基施工后，还可能因饱和软土中孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产生负摩阻力，降低桩基承载力，增大桩基沉降。挤土桩若设计和施工得当，又可收到良好的技术经济效果。在不同的地质条件下，按不同方法设置的桩所表现的工程性状是复杂的，因此，目前在设计中还只能大致考虑桩的设置效应。四、按桩土相互作用特点分建筑物荷载通过桩基础传递给地基。垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承。由于地基土的分层和其物理力学性质不同，桩的尺寸和设置在土中方法的不同，都会影响桩的受力状态。水平荷载一般由桩和桩侧土水平抗力来支承，而桩承受水平荷载的能力与桩轴线方向及斜度有关，因此，根据桩土相互作用特点，基桩可分为：1．竖向受荷桩（1）摩擦桩桩穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩，如图3-2-3a）所示。以下几种情况均可视为摩擦桩。1)当桩端无坚实持力层且不扩底时；2）当桩的长径比很大，即使桩端置于坚实持力层上，由于桩身直接压缩量过大，传递到桩端的荷载较小时；3）当预制桩沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快，使已沉入桩上涌，桩端阻力明显降低时。（2）端承桩或柱桩桩穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层（砂、砾石、卵石、坚硬老粘土等）或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩，如图3-2-3b）所示。按照我国习惯，柱桩是专指桩底支承在基岩上的桩，此时因桩的沉降甚微，认为桩侧摩阻力可忽略不计，全部垂直荷载由桩底岩层抵抗力承受。 柱桩承载力较大，较安全可靠，基础沉降也小，但如岩层埋置很深，就需采用摩擦桩。柱桩和摩擦桩由于它们在土中的工作条件不同，其与土的共同作用特点也就不同，因此在设计计算时所采用的方法和有关参数也不一样。2.横向受荷桩(1)主动桩桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。风力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基属于主动桩。(2)被动桩沿桩身一定范围内承受侧向压力，桩身轴线被该土压力作用而偏离初始位置。深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸护桩等均属于被动桩。(3)竖直桩与斜桩按桩轴方向可分为竖直桩、单向斜桩和多向斜桩等,如图3-2-4所示。在桩基础中是否需要设置斜桩，斜度如何确定，应根据荷载的具体情况而定。一般结构物基础承受的水平力常较竖直力小得多，且现已广泛采用的大直径钻、挖孔灌注桩具有一定的抗剪强度，因此，桩基础常全部采用竖直桩。拱桥墩台等结构物桩基础往往需设斜桩以承受上部结构传来的较大水平推力，减小桩身弯矩、剪力和整个基础的侧向位移。图3-2-3端承桩和摩擦桩图3-2-4竖直桩和斜桩1-软弱土层；2-岩层或硬土层；3-中等土层a)竖直桩；b)单向斜桩；c）多向斜桩斜桩的桩轴线与竖直线所成倾斜角的正切不宜小于1/8，否则斜桩施工斜度误差将显著地影响桩的受力情况。目前为了适应拱台推力，有些拱台基础已采用倾斜角大于45°的斜桩。3．桩墩1）定义及分类桩墩是通过在地基中成孔后灌注混凝土形成的大口径断面柱形深基础，即以单个桩墩代替群桩及承台。桩墩基础底端可支承于基岩之上也可嵌入基岩或较坚硬土层之中，分为端承桩墩和摩檫桩墩两种，如图3-2-5所示。2）构造及特点桩墩一般为直柱形，在桩墩底土较坚硬的情况下为使桩墩底承受较大的荷载，也可将桩墩底端尺寸扩大而做成扩底桩墩（图3-2-5b））。桩墩断面形状常为圆形，其直径不小于0.8m。桩墩一般为钢筋混凝土结构,当桩墩受力很大时也可用钢套筒或钢核桩墩（图3-2-5b）c)）。 桩墩的受力分析与基桩相类似，但桩墩的断面尺寸较大而且有较高的竖向承载力和可承受较大的水平荷载。对于扩底桩墩还具有抵抗较大上拔力的能力。3）适用条件对于上部结构传递的荷载较大且要求基础墩身面积较小时的情况，可考虑桩墩深基础方案。桩墩的优点在于墩身面积小、美观、施工方便、经济，但外力太大时，纵向稳定性较差，对地基要求也高，所以在选定方案时尤其受较大船撞力的河流中应用此类型桥墩更应注意。五、按桩身材料分1、   钢桩1）特点钢桩强度高、运输方便、施工质量稳定，能承受强大的冲击力和获得较高的承载力，沉桩时贯入能力强、速度较快，且排挤土量小，对邻近建筑影响小。可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载力的断面，即其设计的灵活性大，壁厚、桩径的选择范围大，便于割接，桩长容易调节。还可根据弯矩沿桩身的变化情况局部加强其断面刚度和强度。主要缺点是用钢量大，成本昂贵，在大气和水土中钢材具有腐蚀性。2、钢筋混凝土桩1）特点钢筋混凝土桩的配筋率较低（一般为0.3~1.0%），而混凝土取材方便、价格便宜、耐久性好。钢筋混凝土桩既可预制又可现浇（灌注桩），还可采用预制与现浇组合，适用于各种地层，成桩直径和长度可变范围大。因此，桩基工程的绝大部分是钢筋混凝土桩，桩基工程的主要研究对象和主要发展方向也是钢筋混凝土桩。  复习：回顾上次课讲的主要内容。包括：桩的组成、作用、适用条件及桩与桩基础的分类等。强调其重要性，进入桩与桩基础的构造。第三节桩与桩基础的构造 不同材料、不同类型的桩基础具有不同的构造特点，为了保证桩的质量和桩基础的正常工作能力，在设计桩基础时应满足其构造的基本要求。现仅以目前国内桥梁工程中最常用的桩与桩基础的构造特点及要求简述如下。一、各种基桩的构造桩的构造指的是桩的几何形状、几何尺寸大小、采用什么材料、对材料的强度等级要求及含筋率高低等。1、钢筋混凝土灌注桩图3-3-1钢筋混凝土灌注桩1-主筋；2-箍筋；3-加强箍；4-护筒钻（挖）孔桩及沉管桩是采用就地灌注的钢筋混凝土桩，桩身常为实心断面。设计直径：钻孔桩一般为0.80~1.50m，挖孔桩的直径或最小边宽度不宜小于1.40m，沉管灌注桩直径一般为0.30~0.60m。混凝土：不低于C20，对仅承受竖直力的基桩可用C15（但水下混凝土仍不应低于C20）。桩内钢筋：应按照内力和抗裂性的要求布设，长摩擦桩应根据桩身弯矩分布情况分段配筋，短摩擦桩和柱桩也可按桩身最大弯矩通长均匀配筋。当按内力计算桩身不需要配筋时，应在桩顶3~5m内设置构造钢筋。1） 主筋：直径不宜小于14mm，每根桩不宜少于8根。2） 箍筋：直径一般不小于8mm，中距为200~400mm。3）     加劲箍筋：对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔2.0~2.5m设置一道加劲箍筋（直径为14~18mm），如图3-3-1所示。4）     主筋保护层厚度：一般不应小于50mm。5）     含筋率：钻孔灌注桩常用的含筋率为0.2~0.6%。钻（挖）孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌入深度应根据式（3-13）计算确定，并不得小于0.5m。2、钢筋混凝土预制桩预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩（少数为矩形桩）,有空心的管桩，另外还有管柱（用于管柱基础）。方桩：桩长在10m以内时横断面为0.30*0.30m。1） 混凝土：强度不低于C25。2） 桩内钢筋：应按制造、运输、施工和使用各阶段的内力要求配筋。3）主筋直径：一般为19~25mm。由于桩尖穿过土层时直接受到正面阻力，应在桩尖处把所有的主筋弯在一起并焊在一根芯棒上。4） 箍筋直径：一般为6~8mm，间距为0.10~0.20m（在两端处一般减少0.05m）。因桩头直接受到锤击，故在桩顶需设三层方格网片以增强桩头强度。5） 钢筋保护层厚度：不小于35mm。6） 吊环：桩内需预埋直径为20～25mm的钢筋吊环，吊点位置通过计算确定。如图3-3-2 所示。图3-3-2预制钢筋混凝土方桩1-实心方桩；2-空心方桩；3-吊环管桩：由工厂以离心旋转机生产。有普通钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土两种。直径为400、550mm，管壁厚80mm，混凝土强度为C25~C40，每节管桩两端装有连接钢盘（法兰盘）以供接长。管柱：实质上是一种大直径薄壁钢筋混凝土圆管节，在工厂分节制成，施工时逐节用螺栓接成，它的组成部分是法兰盘、主钢筋、螺旋筋，管壁（不低于C25，厚100~140mm），最下端的管柱具有钢刃脚，用薄钢板制成。我国常用的管柱直径为1.50~5.80m一般采用预应力钢筋混凝土管柱。预制钢筋混凝土桩柱的分节长度，应根据施工条件决定，并应尽量减少接头数量。接头强度不应低于桩身强度，并有一定的刚度以减少锤振能量的损失。接头法兰盘的平面尺寸不得突出管壁之外。3．钢桩1）钢桩的型式钢桩的型式很多，主要有钢管型和H型钢桩，常用的是钢管桩。钢管桩的分段长度按施工条件确定，不宜超过12～15m，常用直径为400～1000mm。2）钢管桩的设计厚度钢管桩的设计厚度由有效厚度和腐蚀厚度两部分组成。有效厚度为管壁在外力作用下所需要的厚度，可按使用阶段的应力计算确定。腐蚀厚度为建筑物在使用年限内管壁腐蚀所需要的厚度，可通过钢桩的腐蚀情况实测或调查确定，无实测资料时可参考表3-1确定。钢管桩年腐蚀速率表3-1钢管桩所处环境单面年腐蚀率（mm/y）地面以上无腐蚀性气体或腐蚀性挥发介质0.05～0.1地面以下水位以上0.05水位以下0.02波动区0.1～0.3 图3-3-3钢管桩的端部构造型式a)开口式；b)半闭口式；c）闭口式注：表中上限值为一般情况，下限值为近海或临海地区。3）钢桩的防腐钢桩防腐处理可采用外表涂防腐层，增加腐蚀余量及阴极保护。当钢管桩内壁同外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。4）钢管桩的分类钢管桩按桩端构造可分为开口桩和闭口桩两类，如图3-3-3所示。开口钢管桩穿透土层的能力较强，但沉桩过程中桩底端的土将涌入钢管内腔形成土蕊。二、承台的构造及桩与承台的连接1．对承台的要求对于多排桩基础，桩顶由承台连接成为一个整体。承台的平面尺寸和形状应根据上部结构（墩、台身）底截面尺寸和形状以及基桩的平面布置而定，一般采用矩形和圆端形。承台厚度应保证承台有足够的强度和刚度，公路桥梁墩台多采用钢筋混凝土或混凝土刚性承台（承台本身材料的变形远小于其位移），其厚度不宜小于1.5m。混凝土不宜低于C15。对于空心墩台的承台，应验算承台强度并设置必要的钢筋，承台厚度也可不受上述限制。2．桩和承台的连接钻（挖）孔灌注桩桩顶主筋宜伸入承台，桩身伸入承台长度一般为150~200mm（盖梁式承台，桩身可不伸入）。伸入承台的桩顶主筋可作成喇叭形（约与竖直线倾斜15°；若受构造限制，主筋也可不作成喇叭形），如图3-3-4a)、b）所示。伸入承台的钢筋锚固长度应符合结构规范要求。对于不受轴向拉力的打入桩可不破桩头，将桩直接埋入承台内，如图3-3-4c）所示。图3-3-4桩和承台的连接3．承台的钢筋构造承台的受力情况比较复杂，为了使承台受力较为均匀并防止承台因桩顶荷载作用发生破碎和断裂，应在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网，钢筋纵桥向和横桥向每1m宽度内可采用钢筋截面积1200~1500mm2（此项钢筋直径为14~18mm，应按规定锚固长度弯起锚固，钢筋网在越过桩顶钢筋处不应截断，并应与桩顶主筋连接。钢筋网也可根据基桩和墩台的布置，按带状布设，如图3-3-5所示。低桩承台有时也可不设钢筋网。 图3-3-5承台底钢筋网对于双柱式或多柱式墩（台）单排桩基础，在桩之间为加强横向联系而设有横系梁时，一般认为横系梁不直接承受外力，可不作内力计算，按横断面的0.1%配置构造钢筋。  第四节桩基础的施工一．钻孔灌注桩施工工艺流程钻孔桩工艺流程图钻孔桩施工工艺流程施工准备钻机平台搭设桩位放样埋设护筒钻机就位钻进清孔制作护筒泥浆制备灌注水下砼桩头凿除桩基试验砼拌合运输设立导管导管拼装试验二次清孔设立钢骨架钢筋制作二．钻孔灌注桩规范解读参考规范：建筑桩基技术规范JGJ94-2008条文6灌注桩施工6.1施工准备 6.1.1灌注桩施工应具备下列资料：1建筑场地岩土工程勘察报告；2桩基工程施工图及图纸会审纪要；3建筑场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危房、精密仪器车间等的调查资料；4主要施工机械及其配套设备的技术性能资料；5桩基工程的施工组织设计；6水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告；7有关荷载、施工工艺的试验参考资料。6.1.2钻孔机具及工艺的选择，应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理条件综合确定。6.1.3施工组织设计应结合工程特点，有针对性地制定相应质量管理措施，主要应包括下列内容：1施工平面图：标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置；采用泥浆护壁成孔时，应标明泥浆制备设施及其循环系统；2确定成孔机械、配套设备以及合理施工工艺的有关资料，泥浆护壁灌注桩必须有泥浆处理措施；3施工作业计划和劳动力组织计划；4机械设备、备件、工具、材料供应计划；5桩基施工时，对安全、劳动保护、防火、防雨、防台风、爆破作业、文物和环境保护等方面应按有关规定执行；6保证工程质量、安全生产和季节性施工的技术措施。6.1.4成桩机械必须经鉴定合格，不得使用不合格机械。6.1.5施工前应组织图纸会审，会审纪要连同施工图等应作为施工依据，并应列入工程档案。6.1.6桩基施工用的供水、供电、道路、排水、临时房屋等临时设施，必须在开工前准备就绪，施工场地应进行平整处理，保证施工机械正常作业。6.1.7基桩轴线的控制点和水准点应设在不受施工影响的地方。开工前，经复核后应妥善保护，施工中应经常复测。6.1.8用于施工质量检验的仪表、器具的性能指标，应符合现行国家相关标准的规定。6.2一般规定6.2.1不同桩型的适用条件应符合下列规定：1泥浆护壁钻孔灌注桩宜用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；2旋挖成孔灌注桩宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；3冲孔灌注桩除宜用于上述地质情况外，还能穿透旧基础、建筑垃圾填土或大孤石等障碍物。在岩溶发育地区应慎重使用，采用时，应适当加密勘察钻孔；4长螺旋钻孔压灌桩后插钢筋笼宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、非密实的碎石类土、强风化岩；5干作业钻、挖孔灌注桩宜用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层；6在地下水位较高，有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、淤泥质土层中不得选用人工挖孔灌注桩； 7沉管灌注桩宜用于黏性土、粉土和砂土；夯扩桩宜用于桩端持力层为埋深不超过20m的中、低压缩性黏性土、粉土、砂土和碎石类土。6.2.2成孔设备就位后，必须平整、稳固，确保在成孔过程中不发生倾斜和偏移。应在成孔钻具上设置控制深度的标尺，并应在施工中进行观测记录。6.2.3成孔的控制深度应符合下列要求：1摩擦型桩：摩擦桩应以设计桩长控制成孔深度；端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度。当采用锤击沉管法成孔时，桩管入土深度控制应以标高为主，以贯入度控制为辅。2端承型桩：当采用钻（冲），挖掘成孔时，必须保证桩端进入持力层的设计深度；当采用锤击沉管法成孔时，沉管深度控制以贯入度为主，以设计持力层标高对照为辅。6.2.4灌注桩成孔施工的允许偏差应满足表6.2.4的要求。表6.2.4灌注桩成孔施工允许偏差成孔方法桩径偏差（mm）垂直度允许偏差（%）桩位允许偏差（mm）1~3根桩、条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩条形桩基沿轴线方向和群桩基础的中间桩泥浆护壁钻、挖、冲孔桩d≤1000mm≤-501d/6且不大于100d/4且不大于150d＞1000mm-50100+0.01H150+0.01H锤击（振动）沉管振动冲击沉管成孔d≤500mm-20170150d＞500mm100150螺旋钻、机动洛阳铲干作业成孔灌注桩-20170150人工挖孔桩现浇混凝土护壁±500.550150长钢套管护壁±201100200注：①桩径允许偏差的负值是指个别断面；②H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离；d为设计桩径。6.2.5钢筋笼制作、安装的质量应符合下列要求：1钢筋笼的材质、尺寸应符合设计要求，制作允许偏差应符合表6.2.5的规定；表6.2.5钢筋笼制作允许偏差项目允许偏差（mm）主筋间距±10箍筋间距±20钢筋笼直径±10钢筋笼长度±1002分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械式接头（钢筋直径大于20mm），并应遵守国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ10、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的规定；3加劲箍宜设在主筋外侧，当因施工工艺有特殊要求时也可置于内侧；4导管接头处外径应比钢筋笼的内径小100mm以上；5 搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放应对准孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后应立即固定。6.2.6粗骨料可选用卵石或碎石，其骨料粒径不得大于钢筋间距最小净距的1/3。6.2.7检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。直径大于1m或单桩混凝土量超过25m3的桩，每根桩桩身混凝土应留有1组试件；直径不大于1m的桩或单桩混凝土量不超过25m3的桩，每个灌注台班不得少于1组；每组试件应留3件。6.2.8桩在施工前，宜进行试成孔。6.2.9灌注桩施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查，确保完好和使用安全。 6.3泥浆护壁成孔灌注桩Ⅰ泥浆的制备和处理6.3.1除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。6.3.2泥浆护壁应符合下列规定：1施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上；2在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至浇注水下混凝土；3浇注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25；含砂率不得大于8%；黏度不得大于28s；4在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。6.3.3废弃的浆、渣应进行处理，不得污染环境。Ⅱ正、反循环钻孔灌注桩的施工6.3.4对孔深较大的端承型桩和粗粒土层中的摩擦型桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔，也可根据土层情况采用正循环钻进，反循环清孔。6.3.5泥浆护壁成孔时，宜采用孔口护筒，护筒设置应符合下列规定：1护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50㎜；2护筒可用4～8㎜厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部宜开设1～2个溢浆孔；3护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m。护筒下端外侧应采用黏土填实；其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求；4受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩，护筒应加高加深，必要时应打入不透水层。6.3.6当在软土层中钻进时，应根据泥浆补给情况控制钻进速度；在硬层或岩层中的钻进速度应以钻机不发生跳动为准。6.3.7钻机设置的导向装置应符合下列规定：1潜水钻的钻头上应有不小于3倍直径长度的导向装置；2利用钻杆加压的正循环回转钻机，在钻具中应加设扶正器。6.3.8如在钻进过程中发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时，应停钻，待采取相应措施后再进行钻进。6.3.9钻孔达到设计深度,灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指标应符合下列规定：1对端承型桩，不应大于50㎜；2对摩擦型桩，不应大于100㎜；3对抗拔、抗水平力桩，不应大于200㎜。Ⅲ冲击成孔灌注桩的施工6.3.10在钻头锥顶和提升钢丝绳之间应设置保证钻头自动转向的装置。6.3.11冲孔桩孔口护筒，其内径应大于钻头直径200㎜，护筒应按本规范第6.3.5条设置。6.3.12泥浆的制备、使用和处理应符合本规范第6.3.1～6.3.3条的规定。6.3.13冲击成孔质量控制应符合下列规定：1开孔时，应低锤密击，当表土为淤泥、细砂等软弱土层时，可加黏土块夹小片石反复冲击造壁，孔内泥浆面应保持稳定；2在各种不同的土层、岩层中成孔时，可按照表6.3.13的操作要点进行； 3进入基岩后，应采用大冲程、低频率冲击，当发现成孔偏移时，应回填片石至偏孔上方300～500㎜处，然后重新冲孔；4当遇到孤石时，可预爆或采用高低冲程交替冲击，将大孤石击碎或挤入孔壁；5应采取有效的技术措施防止扰动孔壁、塌孔、扩孔、卡钻和掉钻及泥浆流失等事故；6每钻进4～5m应验孔一次，在更换钻头前或容易缩孔处，均应验孔；7进入基岩后，非桩端持力层每钻进300～500㎜和桩端持力层每钻进100～300m时，应清孔取样一次，并应做记录。表6.3.13冲击成孔操作要点项目操作要点在护筒刃脚以下2m范围内小冲程1m左右，泥浆比重1.2～1.5，软弱土层投入黏土块夹小片石黏性土层中、小冲程1m～2m，泵入清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块粉砂或中粗砂层中冲程2m～3m，泥浆比重1.2～1.5，投入黏土块，勤冲、勤掏渣砂卵石层中、高冲程3m～4m，泥浆比重（密度）1.3左右，勤掏渣软弱土层或塌孔回填重钻小冲程反复冲击，加黏土块夹小片石，泥浆比重1.3～1.5注：1土层不好时提高泥浆比重或加黏土块；2防黏钻可投入碎砖石。6.3.14排渣可采用泥浆循环或抽渣筒等方法，当采用抽渣筒排渣时，应及时补给泥浆。6.3.15冲孔中遇到斜孔、弯孔、梅花孔、塌孔及护筒周围冒浆、失稳等情况时，应停止施工，采取措施后方可继续施工。6.3.16大直径桩孔可分级成孔，第一级成孔直径应为设计桩径的0.6～0.8倍。6.3.17清孔宜按下列规定进行：1不易塌孔的桩孔，可采用空气吸泥清孔；2稳定性差的孔壁应采用泥浆循环或抽渣筒排渣，清孔后灌注混凝土之前的泥浆指标应按本规范第6.3.1条执行；3清孔时，孔内泥浆面应符合本规范第6.3.2条的规定；4灌注混凝土前，孔底沉渣允许厚度应符合本规范第6.3.9条的规定。Ⅳ旋挖成孔灌注桩的施工6.3.18旋挖钻成孔灌注桩应根据不同的地层情况及地下水位埋深，采用干作业成孔和泥浆护壁成孔工艺，干作业成孔工艺可按本规范第6.6节执行。6.3.19泥浆护壁旋挖钻机成孔应配备成孔和清孔用泥浆及泥浆池（箱），在容易产生泥浆渗漏的土层中可采取提高泥浆比重、掺入锯末、增黏剂提高泥浆黏度等维持孔壁稳定的措施。6.3.20泥浆制备的能力应大于钻孔时的泥浆需求量，每台套钻机的泥浆储备量不应少于单桩体积。 6.3.21旋挖钻机施工时，应保证机械稳定、安全作业，必要时可在场地辅设能保证其安全行走和操作的钢板或垫层(路基板)。6.3.22每根桩均应安设钢护筒，护筒应满足本规范第6.3.5条的规定。6.3.23成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况，并应清除钻斗上的渣土。6.3.24旋挖钻机成孔应采用跳挖方式,钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m，并应及时清除。应根据钻进速度同步补充泥浆，保持所需的泥浆面高度不变。6.3.25钻孔达到设计深度时，应采用清孔钻头进行清孔，并应满足本规范第6.3.2条和第6.3.3条要求。孔底沉渣厚度控制指标应符合本规范第6.3.9条规定。Ⅴ水下混凝土的灌注6.3.26钢筋笼吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验，合格后应立即灌注混凝土。6.3.27水下灌注的混凝土应符合下列规定：1水下灌注混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定；坍落度宜为180～220mm；水泥用量不应少于360kg/m3（当掺入粉煤灰时水泥用量可不受此限）；2水下灌注混凝土的含砂率宜为40％～50％，并宜选用中粗砂；粗骨料的最大粒径应小于40mm；并应满足本规范第6.2.6条的要求；3水下灌注混凝土宜掺外加剂。6.3.28导管的构造和使用应符合下列规定：1导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200～250mm；直径制作偏差不应超过2mm，导管的分节长度可视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，接头宜采用双螺纹方扣快速接头；2导管使用前应试拼装、试压，试水压力可取为0.6～1.0MPa；3每次灌注后应对导管内外进行清洗。6.3.29使用的隔水栓应有良好的隔水性能，并应保证顺利排出；隔水栓宜采用球胆或与桩身混凝土强度等级相同的细石混凝土制作。6.3.30灌注水下混凝土的质量控制应满足下列要求：1开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm；2应有足够的混凝土储备量，导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0.8m；3导管埋入混凝土深度宜为2～6m。严禁将导管提出混凝土灌注面，并应控制提拔导管速度，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差，填写水下混凝土灌注记录；4灌注水下混凝土必须连续施工，每根桩的灌注时间应按初盘混凝土的初凝时间控制，对灌注过程中的故障应记录备案；5应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.8～1.0m，凿除泛浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级。6．4长螺旋钻孔压灌桩6.4.1当需要穿越老黏土、厚层砂土、碎石土以及塑性指数大于25的黏土时，应进行试钻。6.4.2钻机定位后，应进行复检，钻头与桩位点偏差不得大于20㎜，开孔时下钻速度应缓慢；钻进过程中，不宜反转或提升钻杆。6.4.3钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。 6.4.4根据桩身混凝土的设计强度等级，应通过试验确定混凝土配合比；混凝土坍落度宜为180～220㎜；粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30㎜；可掺加粉煤灰或外加剂。6.4.5混凝土泵应根据桩径选型，混凝土输送泵管布置宜减少弯道，混凝土泵与钻机的距离不宜超过60m。6.4.6桩身混凝土的泵送压灌应连续进行，当钻机移位时，混凝土泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送混凝土时，料斗内混凝土的高度不得低于400㎜。6.4.7混凝土输送泵管宜保持水平，当长距离泵送时，泵管下面应垫实。6.4.8当气温高于30℃时，宜在输送泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间应洒水降温。6.4.9钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿10～20s，再缓慢提升钻杆。提钻速度应根据土层情况确定，且应与混凝土泵送量相匹配，保证管内有一定高度的混凝土。6.4.10在地下水位以下的砂土层中钻进时，钻杆底部活门应有防止进水的措施，压灌混凝土应连续进行。6.4.11压灌桩的充盈系数宜为1.0～1.2。桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3～0.5m。6.4.12成桩后，应及时清除钻杆及泵（软）管内残留混凝土。长时间停置时，应采用清水将钻杆、泵管、混凝土泵清洗干净。6.4.13混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度。钢筋笼插设宜采用专用插筋器。6.5沉管灌注桩和内夯沉管灌注桩Ⅰ锤击沉管灌注桩施工6.5.1锤击沉管灌注桩施工应根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法或反插法。6.5.2锤击沉管灌注桩施工应符合下列规定：1群桩基础的基桩施工，应根据土质、布桩情况，采取消减负面挤土效应的技术措施，确保成桩质量；2桩管、混凝土预制桩尖或钢桩尖的加工质量和埋设位置应与设计相符，桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。6.5.3灌注混凝土和拔管的操作控制应符合下列规定：1沉管至设计标高后，应立即检查和处理桩管内的进泥、进水和吞桩尖等情况，并立即灌注混凝土；2当桩身配置局部长度钢筋笼时，第一次灌注混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，再灌至桩顶标高。第一次拔管高度应以能容纳第二次灌入的混凝土量为限，不应拔得过高。在拔管过程中应采用测锤或浮标检测混凝土面的下降情况；3拔管速度应保持均匀，对一般土层拔管速度宜为1m/min，在软弱土层和软硬土层交界处拔管速度宜控制在0.3～0.8m/min；4采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min，自由落锤小落距轻击不得少于40次/min；在管底未拔至桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。6.5.4混凝土的充盈系数不得小于1.0；对于充盈系数小于1.0的桩，应全长复打，对可能断桩和缩颈桩，应采用局部复打。成桩后的桩身混凝土顶面应高于桩顶设计标高500mm以内。全长复打时，桩管入土深度宜接近原桩长，局部复打应超过断桩或缩颈区1m以上。6.5.5全长复打桩施工时应符合下列规定：1第一次灌注混凝土应达到自然地面；2拔管过程中应及时清除粘在管壁上和散落在地面上的混凝土；3初打与复打的桩轴线应重合； 4复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝之前完成。6.5.6混凝土的坍落度宜采用80～100mm。Ⅱ振动、振动冲击沉管灌注桩施工6.5.7振动、振动冲击沉管灌注桩应根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法、反插法等。单打法可用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖；反插法及复打法可用于饱和土层。6.5.8振动、振动冲击沉管灌注桩单打法施工的质量控制应符合下列规定：1必须严格控制最后30s的电流、电压值，其值按设计要求或根据试桩和当地经验确定；2桩管内灌满混凝土后，应先振动5～10s,再开始拔管，应边振边拔，每拔出0.5～1.0m，停拔，振动5～10s；如此反复，直至桩管全部拔出；3在一般土层内，拔管速度宜为1.2～1.5m/min，用活瓣桩尖时宜慢，用预制桩尖时可适当加快；在软弱土层中宜控制在0.6～0.8m/min。6.5.9振动、振动冲击沉管灌注桩反插法施工的质量控制应符合下列规定：1桩管灌满混凝土后，先振动再拔管，每次拔管高度0.5～1.0m，反插深度0.3～0.5m；在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1.0～1.5m以上，拔管速度应小于0.5m/min；2在距桩尖处1.5m范围内，宜多次反插以扩大桩端部断面；3穿过淤泥夹层时，应减慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度，在流动性淤泥中不宜使用反插法。6.5.10振动、振动冲击沉管灌注桩复打法的施工要求可按本规范第6.5.4条和第6.5.5条执行。Ⅲ内夯沉管灌注桩施工6.5.11当采用外管与内夯管结合锤击沉管进行夯压、扩底、扩径时，内夯管应比外管短100mm，内夯管底端可采用闭口平底或闭口锥底（图6.5.11）。6.5.12外管封底可采用干硬性混凝土、无水混凝土配料，经夯击形成阻水、阻泥管塞，其高度可为100mm。当内、外管间不会发生间隙涌水、涌泥时，亦可不采用上述封底措施。图6.5.11内外管及管塞（a）平底内夯管；(b)锥底内夯管6.5.13桩端夯扩头平均直径可按下列公式估算：一次夯扩(6.5.13-1) 二次夯扩(6.5.13-2)式中、——第一次、第二次夯扩扩头平均直径（m）；——外管直径（m）；、——第一次、第二次夯扩工序中，外管内灌注混凝土面从桩底算起的高度（m）；、——第一次、第二次夯扩工序中，外管从桩底算起的上拔高度（m），分别可取，；、——第一次、二次夯扩工序中，内外管同步下沉至离桩底的距离，均可取为0.2m(图6.5.13)。图6.5.13扩底端6.5.14桩身混凝土宜分段灌注；拔管时内夯管和桩锤应施压于外管中的混凝土顶面，边压边拔。6.5.15施工前宜进行试成桩，并应详细记录混凝土的分次灌注量、外管上拔高度、内管夯击次数、双管同步沉入深度，并应检查外管的封底情况，有无进水、涌泥等，经核定后可作为施工控制依据。6.6干作业成孔灌注桩Ⅰ钻孔（扩底）灌注桩施工6.6.1钻孔时应符合下列规定：1钻杆应保持垂直稳固，位置准确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径；2钻进速度应根据电流值变化，及时调整；3钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况时，应及时处理。6.6.2钻孔扩底桩施工，直孔部分应按本规范第6.6.1、6.6.3、6.6.4条规定执行，扩底部位尚应符合下列规定：1应根据电流值或油压值，调节扩孔刀片削土量，防止出现超负荷现象；2扩底直径和孔底的虚土厚度应符合设计要求。6.6.3成孔达到设计深度后，孔口应予保护，应按本规范第6.2.4条规定验收，并应做好记录。6.6.4灌注混凝土前，应在孔口安放护孔漏斗，然后放置钢筋笼，并应再次测量孔内虚土厚度。扩底桩灌注混凝土时，第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实；浇注桩顶以下5m范围内混凝土时，应随浇注随振动，每次浇注高度不得大于1.5m。 Ⅱ人工挖孔灌注桩施工6.6.5人工挖孔桩的孔径（不含护壁）不得小于0.8m，且不宜大于2.5m；孔深不宜大于30m。当桩净距小于2.5m时，应采用间隔开挖。相邻排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m。6.6.6人工挖孔桩混凝土护壁的厚度不应小于100mm，混凝土强度等级不应低于桩身混凝土强度等级，并应振捣密实；护壁应配置直径不小于8mm的构造钢筋，竖向筋应上下搭接或拉接。6.6.7人工挖孔桩施工应采取下列安全措施：1孔内必须设置应急软爬梯供人员上下；使用的电葫芦、吊笼等应安全可靠，并配有自动卡紧保险装置，不得使用麻绳和尼龙绳吊挂或脚踏井壁凸缘上下。电葫芦宜用按钮式开关，使用前必须检验其安全起吊能力；2每日开工前必须检测井下的有毒、有害气体，并应有足够的安全防范措施。当桩孔开挖深度超过10m时，应有专门向井下送风的设备，风量不宜少于25L/s；1孔口四周必须设置护栏，护栏高度宜为0.8m；4挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口周边1m范围内，机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响；5施工现场的一切电源、电路的安装和拆除必须遵守现行行业标准《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46的规定。6.6.8开孔前，桩位应准确定位放样，在桩位外设置定位基准桩，安装护壁模板必须用桩中心点校正模板位置，并应由专人负责。6.6.9第一节井圈护壁应符合下列规定：1井圈中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm；2井圈顶面应比场地高出100～150mm，壁厚应比下面井壁厚度增加100～150mm。6.6.10修筑井圈护壁应符合下列规定：1护壁的厚度、拉接钢筋、配筋、混凝土强度等级均应符合设计要求；2上下节护壁的搭接长度不得小于50mm；3每节护壁均应在当日连续施工完毕；4护壁混凝土必须保证振捣密实，应根据土层渗水情况使用速凝剂；5护壁模板的拆除应在灌注混凝土24h之后；6发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时补强；7同一水平面上的井圈任意直径的极差不得大于50mm。6.6.11当遇有局部或厚度不大于1.5m的流动性淤泥和可能出现涌土涌砂时，护壁施工可按下列方法处理：1将每节护壁的高度减小到300～500mm，并随挖、随验、随灌注混凝土；2采用钢护筒或有效的降水措施。6.6.12挖至设计标高，终孔后应清除护壁上的泥土和孔底残渣、积水，并应进行隐蔽工程验收。验收合格后，应立即封底和灌注桩身混凝土。6.6.13灌注桩身混凝土时，混凝土必须通过溜槽；当落距超过3m时，应采用串筒，串筒末端距孔底高度不宜大于2m；也可采用导管泵送；混凝土宜采用插入式振捣器振实。6.6.14当渗水量过大时，应采取场地截水、降水或水下灌注混凝土等有效措施。严禁在桩孔中边抽水边开挖边灌注，包括相邻桩的灌注。6.7灌注桩后注浆 6.7.1灌注桩后注浆工法可用于各类钻、挖、冲孔灌注桩及地下连续墙的沉渣（虚土）、泥皮和桩底、桩侧一定范围土体的加固。6.7.2后注浆装置的设置应符合下列规定：1后注浆导管应采用钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接；2桩端后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置。对于直径不大于1200mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于直径大于1200mm而不大于2500mm的桩，宜对称设置3根；3对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆。桩侧后注浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在离桩底5～15m以上、桩顶8m以下，每隔6～12m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部，对于干作业成孔灌注桩宜设于粗粒土层中部；4对于非通长配筋桩，下部应有不少于2根与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底；5钢筋笼应沉放到底，不得悬吊，下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。6.7.3后注浆阀应具备下列性能：1注浆阀应能承受1MPa以上静水压力；注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使管阀受损；2注浆阀应具备逆止功能。6.7.4浆液配比、终止注浆压力、流量、注浆量等参数设计应符合下列规定：1浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土水灰比宜为0.45~0.65，对于非饱和土水灰比宜为0.7~0.9(松散碎石土、砂砾宜为0.5~0.6)；低水灰比浆液宜掺入减水剂；2桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3~10Mpa；对于饱和土层注浆压力宜为1.2~4MPa，软土宜取低值，密实黏性土宜取高值；3注浆流量不宜超过75L/min；4单桩注浆量的设计应根据桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定，可按下式估算：（6.7.4）式中、——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，=1.5~1.8,=0.5~0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；——桩侧注浆断面数；——基桩设计直径（m）；——注浆量，以水泥质量计（t）；对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数；5后注浆作业开始前，宜进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。6.7.5后注浆作业起始时间、顺序和速率应符合下列规定：1注浆作业宜于成桩2d后开始；2注浆作业与成孔作业点的距离不宜小于8~10m；3对于饱和土中的复式注浆顺序宜先桩侧后桩端；对于非饱和土宜先桩端后桩侧；多断面桩侧注浆应先上后下；桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于2h；4桩端注浆应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆；5对于桩群注浆宜先外围、后内部。6.7.6当满足下列条件之一时可终止注浆：1注浆总量和注浆压力均达到设计要求； 2注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值。6.7.7当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30~60min，或调低浆液水灰比。6.7.8后注浆施工过程中，应经常对后注浆的各项工艺参数进行检查，发现异常应采取相应处理措施。当注浆量等主要参数达不到设计值时，应根据工程具体情况采取相应措施。6.7.9后注浆桩基工程质量检查和验收应符合下列要求：1后注浆施工完成后应提供水泥材质检验报告、压力表检定证书、试注浆记录、设计工艺参数、后注浆作业记录、特殊情况处理记录等资料；2在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下，承载力检验应在后注浆20d后进行，浆液中掺入早强剂时可于注浆15d后进行。 案例分析：一、钻孔灌注桩的施工　1、[背景材料]  　　某桥梁建筑工地的桩基直径为1.5m，桩长25-30m。地质条件如下：原地面往下依次为粘土、砂砾石、泥岩，承包人配置的桩基成孔设备有冲抓钻和冲击钻。施工单位作了详细的钻孔桩的施工准备方案，同时，根据实际情况选择了适宜的清孔方法，并采用导管灌注水下砼。  　　[问题]:　　1、选择合适的钻机类型。并说明理由。  　　2、简述钻孔桩施工准备要点。  　　3、钻孔桩清孔方法有哪些？  　　4、采用导管法浇筑水下砼时，导管的安放应注意哪些事项？ 解答背景知识储备：钻孔灌注桩施工应根据土质、桩径大小、入土深度和机具设备等条件选用适当的钻具（目前我国常使用的钻具有旋转钻、冲击钻和冲抓钻三种类型）和钻孔方法，以保证能顺利达到预计孔深，然后，清孔、吊放钢筋笼架、灌注水下混凝土。（模象教学,参考教材）1.施工顺序：施工顺序介绍其主要工序如下：（一）准备工作1、 准备场地施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。1）     墩台位于无水岸滩时：应整平夯实，清除杂物，挖换软土。2）     场地有浅水时：宜采用土或草袋围堰筑岛（如图3-4-2c）所示）。3）     当场地为深水或陡坡时：可用木桩或钢筋混凝土桩搭设支架，安装施工平台支承钻机（架）。深水中在水流较平稳时，也可将施工平台架设在浮船上，就位锚固稳定后在水上钻孔。问题2解答钻孔桩施工准备工作包括：进行场地平整，清除杂物，钻机位置处平整夯实，准备场地，同时必须对施工用水、泥浆池位置、动力供应、砂石料场、拌和机位置、钢筋加工场地，施工便道，做统一的安排。  2、埋置护筒护筒的作用：（1）固定桩位，并作钻孔导向；（2）保护孔口防止孔口土层坍塌；（3）隔离孔内孔外表层水，并保持钻孔内水位高出施工水位以稳固孔壁。护筒制作要求：坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成（如图3-4-1所示）。护筒内径应比钻头直径稍大，旋转钻须增大0.1~0.2m，冲击或冲抓钻增大0.2~0.3m。埋置护筒时应注意下列几点： （1）护筒平面位置应埋设正确，偏差不宜大于50mm；（2）护筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.5~2.0m。无水地层钻孔因护筒顶部设有溢浆口，筒顶也应高出地面0.2~0.3m；（3）护筒底应低于施工最低水位（一般低于0.1~0.3m即可）。深水下沉埋设的护筒应沿导向架借自重、射水、震动或锤击等方法将护筒下沉至稳定深度，入土深度粘性土应达到0.5~1m，砂性土则为3~4m；（4）下埋式及上埋式护筒挖坑不宜太大（一般比护筒直径大1.0~0.6m），护筒四周应夯填密实的粘土，护筒底应埋置在稳固的粘土层中，否则也应换填粘土并夯密实，其厚度一般为0.50m。3、制备泥浆泥浆在钻孔中的作用是：（1）在孔内产生较大的静水压力，可防止坍孔。（2）泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中，由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外水流切断，能稳定孔内水位；（3）泥浆比重大，具有挟带钻渣的作用，利于钻渣的排出。（4）此外，还有冷却机具和切土润滑作用，降低钻具磨损和发热程度。因此在钻孔过程中孔内应保持一定稠度的泥浆，一般比重以1.1~1.3为宜，在冲击钻进大卵石层时可用1.4以上，粘度为20s，含砂率小于6%。在较好的粘性土层中钻孔，也可灌入清水，使钻孔内自造泥浆，达到固壁效果。调制泥浆的粘土塑性指数不宜小于15。4、安装钻机或钻架钻架是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架。我国生产的定型旋转钻机和冲击钻机都附有定型钻架，其他常用的还有木制的和钢制的四脚架（图3-4-3）、三脚架或人字扒杆。在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机（架）必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。钻机（架）安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实塞紧，顶端应用缆风绳固定平稳，并在钻进过程中经常检查。5、钻孔1、钻孔方法和钻具（1）旋转钻进成孔利用钻具的旋转切削土体钻进，并同时采用循环泥浆的方法护壁排渣。我国现用旋转钻机按泥浆循环的程序不同分为正循环和反循环两种。所谓正循环即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆仍进入泥浆池循环使用，如图3-4-4所示。 图3-4-3四脚钻架图3-4-4正循环旋转钻孔1-钻机；2-钻架；3-泥浆笼头；4-护筒；5-钻杆；6-钻头；7-沉淀池；8-泥浆池；9-泥浆泵正循环成孔特点：设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太深，孔径较小时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排渣能力弱。反循环成孔是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔内，以冷却钻头并携带沉渣由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。反循环成孔特点：成孔效率高，但在接长钻杆时装卸较麻烦，如钻渣粒径超过钻杆内径（一般为120mm）易堵塞管路，则不宜采用。我国定型生产的旋转钻机在转盘、钻架、动力设备等均配套定型，钻头的构造根据土质采用各种形式，正循环旋转钻机所用钻头有：鱼尾钻头、笼式钻头和刺猬钻头。常用的反循环钻头有：三翼空心单尖钻锥和牙轮钻头。旋转钻孔现也可采用更轻便、高效的潜水电钻，钻头的旋转电动机及变速装置均经密封后安装在钻头与钻杆之间。如图3-4-7所示。钻孔时钻头旋转刀刃切土，并在端部喷出高速水流冲刷土体，以水力排渣。旋转钻进成孔适用于较细、软的土层，如各种塑性状态的粘性土、砂土、夹少量粒径小于100~200mm的砂卵石土层，在软岩中也曾使用。我国采用这种钻孔方法深度曾达100m以上。（2）冲击钻进成孔利用钻锥（重为10~35kN）不断地提锥、落锥反复冲击孔底土层，把土层中泥砂、石块挤向四壁或打成碎渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用掏渣筒取出，重复上述过程冲击钻进成孔。主要采用的机具有定型的冲击式钻机（包括钻架、动力、起重装置等）、冲击钻头、转向装置和掏渣筒等，也可用30~50kN带离合器的卷扬机配合钢、木钻架及动力组成简易冲击机。冲击时钻头应有足够的重量，适当的冲程和冲击频率，以使它有足够的能量将岩块打碎。冲锥每冲击一次旋转一个角度，才能得到圆形的钻孔，因此在锥头和提升钢丝绳连接处应有转向装置，常用的有合金套或转向环，以保证冲锥的转动，也避免了钢丝绳打结扭断。掏渣筒是用以掏取孔内钻渣的工具，如图3-4-9所示。用30mm左右厚的钢板制作，下面碗形阀门应与渣筒密合以防止漏水漏浆。冲击钻孔适用于含有漂卵石、大块石的土层及岩层，也能用于其他土层。成孔深度一般不宜大于50m。 （3）冲抓钻进成孔用兼有冲击和抓土作用的抓土瓣，通过钻架，由带离合器的卷扬机操纵，靠冲锥自重（重为10~20kN）冲下使土瓣锥尖张开插入土层，然后由卷扬机提升锥头收拢抓土瓣将土抓出，弃土后继续冲抓钻进而成孔。钻锥常采用四瓣或六瓣冲抓锥，其构造如图3-4-10所示。当收紧外套钢丝绳松内套钢丝绳时，内套在自重作用下相对外套下坠，便使锥瓣张开插入土中。冲抓成孔适用于粘性土、砂性土及夹有碎卵石的砂砾土层，成孔深度不宜大于30m。问题解决2根据地质情况及承包人配置桩基成孔设备，应使用冲击钻。因为泥岩为较软岩石，冲爪钻不适用，但冲击钻适用。又因为桩长大于20米，也应该采用冲击钻。 常见钻孔过程中容易发生的质量问题及处理方法在钻孔过程中应防止坍孔、孔形扭歪或孔偏斜，甚至把钻头埋住或掉进孔内等事故。1）塌孔在成孔过程或成孔后，有时在排出的泥浆中不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，这是塌孔的迹象。其形成原因主要是土质松散、泥浆护壁不好、护筒水位不高等所致。如发生塌孔，应探明塌孔位置，将砂和粘土的混合物回填到塌孔位置1m~2m，如塌孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实再重新钻孔。2）缩孔缩孔是指孔径小于设计孔径的现象。是由于塑性土膨胀造成的，处理时可反复扫孔，以扩大孔径。3）斜孔桩孔成孔后发现较大垂直偏差，是由于护筒倾斜和位移、钻杆不垂直、钻头导向部分太短、导向性差、土质软硬不一或遇上孤石等原因造成。斜孔会影响桩基质量，并会造成施工上的困难。处理时可在偏斜处吊放钻头，上下反复扫孔，直至把孔位校直；或在偏斜处回填砂粘土，待沉积密实后再钻。3、钻孔注意事项（1）在钻孔过程中，始终要保持钻孔护筒内水位要高出筒外1~1.5m的水位差和护壁泥浆的要求（泥浆比重为1.1~1.3、粘度为10~25S、含砂率£6%等），以起到护壁固壁作用，防止坍孔。若发现漏水（漏浆）现象，应找出原因及时处理。（2）在钻孔过程中，应根据土质等情况控制钻进速度、调整泥浆稠度，以防止坍孔及钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等情况发生。（3）钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔。（4）钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质等情况进检验，合格后立即清孔、吊放钢筋笼，灌注混凝土。（三）清孔及装吊钢筋骨架清孔目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的钢筋混凝土质量，确保桩的承载力。清孔的方法有：1、抽浆清孔 用空气吸泥机吸出含钻渣的泥浆而达到清孔。由风管将压缩空气输进排泥管，使泥浆形成密度较小的泥浆空气混合物，在水柱压力下沿排泥管向外排出泥浆和孔底沉渣，同时用水泵向孔内注水，保持水位不变直至喷出清水或沉渣厚度达设计要求为止，这种方法适用于孔壁不易坍塌，各种钻孔方法的柱桩和摩擦桩，如图3-4-11所示。2、掏渣清孔用掏渣筒掏清孔内粗粒钻渣，适用于冲抓、冲击成孔的摩擦桩；图3-4-12灌注水下混凝土1-通混凝土储料槽；2-漏斗；3-隔水栓；4-导管3、换浆清孔正、反循环旋转机可在钻孔完成后不停钻、不进尺，继续循环换浆清渣，直至达到清理泥浆的要求。它适用于各类土层的摩擦桩。清孔应达到的要求是浇注混凝土前孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25、含砂率£8%、粘度£28s（见“建筑桩基技术规范”JGJ94—94）。钢筋笼骨架吊放前应检查孔底深度是否符合要求；孔壁有无防碍骨架吊放和正确就位的情况。骨架吊装可利用钻架或另立扒杆进行。吊放时应避免骨架碰撞孔壁，并保证骨架外混凝土保护层厚度，应随时较正骨架位置。钢筋骨架达到设计标高后，牢固定位于孔口。再次进行孔底检查，有时须进行二次清孔，达到要求后即可灌注水下混凝土。问题3清孔方法有抽浆法、换浆法、淘渣法。（该工程应该采用淘渣法）  小结：常见钻孔桩的质量问题。案例分析题（钻孔灌注桩断桩的防治）　　[背景材料]　　某某沿海大桥，其主墩基础有40根桩径为1.55m的钻孔灌注桩，实际成孔深度达50m。桥位区地质为：表层为5m的砾石，以下为37m的卵漂石层，在以下为软岩层。承包商采用下列施工方法进行施工：　　场地平整，桩位放样，埋设护筒之后，采用冲击钻进行钻孔。然后设立钢筋骨架，在钢筋笼制作时，采用搭接焊接，当钢筋笼下放后，发现孔底沉淀量超标，但超标量较小，施工人员采用空压机风管进行扰动，使孔底残留沉渣处于悬浮状态。之后，安装导管，导管底口距孔底的距离为35cm，且导管口处于沉淀的淤泥渣之上，对导管进行接头抗拉试验，并用1.5倍的孔内水深压力的水压进行水密承压试验，试验合格后，进行混凝土灌注，混凝土塌落度18cm，混凝土灌注在整个过程中均连续均匀进行。　　施工单位考虑到灌注时间较长，在混凝土中加入缓凝剂。首批混凝土灌注后埋置导管的深度为1.2m，在随后的灌注过程中，导管的埋置深度为3m。当灌注混凝土进行到10m时，出现塌孔，此时，施工人员立即用吸泥机进行清理；当灌注混凝土进行到23m时，发现导管埋管，但堵塞长度较短，施工人员采取用型钢插入导管的方法疏通导管；当灌注到27m时，导管挂在钢筋骨架上，施工人员采取了强制提升的方法；进行到32m时，又一次堵塞导管，施工人员在导管始终处于混凝土中的状态下，拔抽抖动导管，之后继续灌注混凝土，直到顺利完成。养生一段时间后发现有断桩事故。　　[问题]：　　（1）断桩可能发生在何处，原因是什么？　　（2）在灌注水下混凝土时，导管可能出现的问题有哪些？　　（3）钻孔灌注桩的施工的主要工序是？　　（4）塞管处理的方法有哪些？　　（5）钻孔的方法有哪些？　　[参考答案]：　　（1）a.可能发生在10m处：吸泥机清理不彻底时，形成灌注桩中断或混凝土中夹有泥石。　　b.可能发生在27m处；采取强制提升而造成导管脱节。　　（2）进水，塞管，埋管　　（3）埋设护筒，制备泥浆，钻孔，清底，钢筋笼制作与吊装，灌注水下混凝土　　（4）可采用拔抽抖动导管（不可将导管口拔出混凝土面）　　当所堵塞的导管长度较短时，也可以用型钢插入导管内来疏通导管，也可以在导管上固定附着式振捣器进行振动。　　（5）冲击法冲抓法旋转法解答知识储备：一、钻孔灌注桩可能出现的质量问题、现象及原因分析：1、如何防治钻孔灌注桩发生偏斜？ 1、质量问题及现象1）成孔后不垂直，偏差值大于规定的L/100。2）钢筋笼不能顺利入孔。2、原因分析1）钻机未处于水平位置，或施工场地未整平及压实，在钻进过程中发生不均匀沉降。2）水上钻孔平台基底座不稳固、未处于水平状态，在钻孔过程中，钻机架发生不均匀变形。3）钻杆弯曲，接头松动，致使钻头晃动范围较大。4）在旧建筑物附近钻孔过程中遇到障碍物，把钻头挤向一侧。5）土层软硬不均，致使钻头受力不均，或遇到孤石，探头石等。3、预防措施1）钻机就位前，应对施工现场进行整平和压实，并把钻机调整到水平状态，在钻进过程中，应经常检查使钻机始终处于水平状态工作。水上钻机平台在钻机就位前，必须进行安装验收，其平台要牢固、水平、钻机架要稳定。2）应使钻机顶部的起重滑轮槽、钻杆的卡盘和护筒桩位的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止钻机移位或出现过大的摆。3）在旧建筑物附近施工时，应提前做好探测，如探测过程中发现障碍物，应采用冲击钻进行施工。4）要经常对钻杆进行检查，对弯曲的钻杆要及时调整或废弃。5）使用冲击钻施工时冲程不要过大，尽量采用二次成孔，以保证成孔的重直度。4、处理措施1）当遇到孤石等障碍物时，可采用冲击钻冲击成孔。2）当钻孔偏斜超限时，应回填粘土，待沉积密实后再重新钻孔。2、在钻孔过程中发生缩孔怎么办？1、质量问题及现象当使用探孔器检查成孔时，探孔器下放到某一部位时受阻，无法顺利检查到孔底。钻孔某一部位的直径小于设计要求，或从某一部位开始，孔径逐渐缩小。2、原因分析1）地质构造中含有软弱层，在钻孔通过该层中，软弱层在土压力的作用下，向孔内挤压形成缩孔。2）地质构造中塑性土层，遇水膨胀，形成缩孔。3）钻头磨损过快，未及时补焊，从而形成缩孔。3、预防措施1）根据地质钻探资料及钻井中的土质变化，若发现含有软弱层或塑性土时，要注意经常扫孔。2）经常检查钻头，当出现磨损时要及时补焊，把磨损较多的钻头补焊后，再进行扩孔至设计桩径。4、处理措施当出现缩孔时，可用钻头反复扫孔，直到满足设计桩径为止。3、在钻孔过程中发生坍孔如何处理？1、质量问题及现象 在钻孔过程中或成孔后井壁坍塌。2、原因分析1）由于泥浆稠度小，护壁效果差，出现漏水；或护筒埋置较浅，或周围封堵不密实而出现漏水；或护筒底部的粘土层厚度不足，护筒底部漏水等原因，造成泥浆水头高度不够，对孔壁压力减少。2）泥浆相对密度过小，致使水头对孔壁的压力较小。3）在松软砂层中钻孔时进尺过快，泥浆护壁形成较慢，并壁渗水。4）钻进时未连续作业，中途停钻时间较长，孔内水头未能保持在孔外水位或地下水位线以上2m，降低了水头对孔壁的压力。5）操作不当，提升钻头或吊放钢筋笼时碰撞孔壁。6）钻孔附近有大型设备作业，或有临是时通行便道，车辆通行时产生振动。7）清孔后未及时浇注砼，放置时间过长。3、预防措施1）在钻孔附近，不要设临时通过便道，禁止有大型设备作业。2）在陆地埋置护筒时，应在底部夯填50cm厚的粘土，在护筒周围也要夯填粘土，并注意夯实，护筒周围要均匀回填，保证护筒稳固和防止地面水的渗入。3）水中振动沉入护筒时，应根据地质资料，将护筒沉穿於泥及透不层，护筒之间的接头要密封好，防止漏水。4）应根据设计部门提供的地质勘探资料，根据地质情况的不同，选用适宜的泥浆比重、泥浆粘度有不同的钻进速度。如在砂层中钻孔时，应加大泥浆稠度，选用较好的造浆材料，提高泥浆的粘度以加强护壁，并适当降低进尺速度。5）当汛期或潮汐地区水位变化较大时，应采取升高护筒，增加水头或用虹吸管等措施保证水头压力相对稳定。6）钻孔时要连续作业，无特殊情况中途不得停钻。7）提升钻头、下放钢筋笼时应保持垂直,尽量不要碰撞孔壁.8)若浇筑准备工作不充分,暂时不要进行清孔,清孔合格后要及时浇筑砼。9）供水时不得将水管直接冲射孔壁，孔口附近不得集聚地表水。4、在钻孔过程中钻头被卡住怎么办？1、质量问题及现象钻头在钻孔内，无法继续运转。2、原因分析1）孔内出现梅花孔、探头石或缩孔。2）下钻头时太猛，或钢丝绳松绳太长，使钻头倾倒卡在并壁上。3）坍孔时落下的石块或落下较大的工具将钻头卡住。4）出现缩孔后，补焊后的钻头尺寸加大，冲击太猛，冲锥被吸住。5）使用冲击钻在粘土地层中进行钻孔时，冲程量过大，或泥浆太稠，冲锥被吸住。3、预防措施 1）对于上下能活动的卡钻，可以采用上下轻微提动钻头，并辅以转动钢丝绳，使钻头转动，以便提起。2）下钻时不可太猛。3）对钻头进行补焊时，要保证尺寸与孔径配套。4）使用冲击钻进行施工时冲程量不宜过大，以防锥头倾倒造成卡钻。4、处理措施1）当土质较好或在石质孔内卡钻时，可以采取小爆破振动使钻头松动，以便提起钻头。2）钻头被卡住时，可上下左右试着进行轻提，将钻锥提起。3）用千斤顶或滑轮组强提，但应注意孔口的牢固，以防孔口坍塌。5、如何避免钻孔灌注桩护筒底部孔壁坍塌？1、质量问题及现象孔壁坍塌；钻机倾斜。2、原因分析1）护筒底部及周围未用粘土回填或夯实不足，在钻进过程中或灌注过程中泥浆护筒底掏空。2）由于提供的地质钻探资料不祥，使护筒底产处于淤泥或砂层少。3）护筒直径较小。4）地表水渗入护筒外围填土中，造成填土松软。3、预防措施1）护筒底部应回填至少50cm厚的粘土，当土质为砂性土时护筒周围0.5-1.0m范围内也应用粘土回填并夯实。2）根据设计部门提供的地质资料，护筒底部应穿过淤泥和砂层。3）护筒直径应大于设计孔径20-30cm（有钻杆的正反循环钻）、30-40cm（无钻杆的潜水电钻或冲击钻）。4）护筒出浆孔处应用粘土夯填，同时应保持出浆顺利，周围不得有积水，避免护筒周围泥土流失，造成坍孔。4、处理措施1）水中钻孔发生护筒底部坍塌时，应将护筒下沉穿过淤泥层或砂层。2）护筒底部坍塌时，应先将钻机移位，然后拔出护筒，按要求回填粘土并夯实，重新下护筒并对护筒周围回填粘土夯实，必要时应加长护筒，然后才能重新钻孔。6、如何防止钢筋笼在吊装就位过程中发生变形？1、质量问题及现象起吊后，钢筋笼发生过大的扭转或弯曲变形。2、原因分析1）当钢筋笼较长时，未加设临时固定杆。2）吊点位置不对。3）加劲箍筋间距大，或直径小刚度不够。 4）吊点处未设置加强筋。3、预防措施1）钢筋笼上每隔2-2.5m增设一道加劲箍筋，在吊点位置应设置加强筋。在加强筋上加做十字交叉钢筋来提高加强筋的刚度，以增强抗变形能力，在钢筋笼入井时，再将十字交叉筋割除。2）钢筋笼尽量采用一次整体入孔，若钢筋笼较长不能一次整体入孔时，也尽量少分段，以减少入孔时间；分段的钢筋笼也要设临时固定杆，并备足焊接设备，尽量缩短焊接时间；两钢筋笼对接时，上下节中心线保持一致。若能整体入孔时，应在钢筋笼内侧设置临时固定杆整体入孔，入孔后再拆除临时固定杆件。3）吊点位置应选好，钢筋笼较短时可采用一个吊点，较长时可采用二个吊点。4、处理措施若钢筋笼发生严重扭曲变形时，则必须将钢筋笼拆开重新制作。7、钢筋骨架就位后，如何将钢筋骨架固定，使其不下沉，不偏位？1、质量问题及现象钢筋笼就位后突然下沉；钢筋笼中心偏位。2、原因分析1）钢筋笼固定不牢固或固定措施不得当。2）测量定位出现误差或在灌注砼过程中，导管碰撞钢筋笼。3）在施工过程中，桩位控制点未采取保护措施，出现人为移动。3、预防措施1）在钢筋笼定位后，将钢筋笼牢固固定在位于护筒之上的垫木上。垫木应该用20cm×20cm×300～400cm长方木根。2）护筒周围的回填土要夯实，防止护筒移位。3）测量定位要准确，要用控制桩进行复测核，复核无误后方可进行水下砼灌注。4、处理措施对于下沉或偏心的钢筋笼，在浇筑砼前或未浇筑至钢筋笼时，可用吊车将其吊起进行复位。8、如何保证钢筋笼下上浮？1、质量问题及现象1）在灌注砼地钢筋笼上浮。2）在提升导管时，钢筋笼上浮。2、原因分析1）当灌注的砼接近钢筋笼底部时灌注速度过快，砼将钢筋笼托起；或提升导管速度过快，带动砼上升，导致钢筋笼上浮。2）在提升导管时，导管挂在钢筋笼上，钢筋笼随同导管一同上升。3、预防措施 1）当所灌注的砼接近钢筋笼时，要适当放慢砼的灌注速度，待导管底口提高至钢筋笼内至少2m以上时方可恢复正常的灌注速度。2）在安放导管时，应使导管的中心与钻孔中心尽量重合，导管接头处应做好防挂措施，以防止提升导管时挂住钢筋笼，造成钢筋笼上浮。4、处理措施1）钢筋笼卡住导管后，可设法转动导管，使之脱离钢筋笼。2）发现钢筋笼有上浮迹象时，可适当加压，以防止继续上浮。9、灌注水下砼时如何防止断桩？1、质量问题及现象1）在灌注砼过程中，由于导管拔脱，泥浆进入导管内，致使孔内泥浆豁然迅速下降。2）由于导管接头处密封不好，致使泥浆进入导管，若继续灌注，则会在砼中出现泥浆夹层。3）由于导管埋置过深、当砼堵塞导管时处理时间过长、或灌注时间较长使先期灌注的砼凝固，导致导管不能提起。4）在无破损检测中，桩的某一部位存在夹泥层。2、原因分析1）砼坍落度小、离析或石料粒径较小，在砼灌注过程中堵塞导管，且在砼初凝前未能疏通好，不得不提起导管时，从而形成断桩。2）由于计算错误致使导管底口距孔底距离较大，致使首批灌注的砼不能埋住导管，从而形成断桩。3）在导管提拔时，由于测量或计算错误，或盲目提拔导管使导管提拔过量，从而使导管底口拔出砼面，或使导管口处于泥浆层或泥浆与砼的混合层中，形成断桩。4）在提拔导管时，钢筋笼卡住导管，在砼初凝前无法提起，造成砼灌注中断，形成断桩。5）导管接口渗漏致使泥浆进入导管内，在砼内形成夹层，造成断桩。6）导管埋置深度过深，无法提起导管或将导管拔断，造成断桩。7）由于其他意外原因造成砼不能连续灌注，中断时间超过砼初凝时间，致使导管无法提升，形成断桩。3、预防措施1）导管使用前，要对导管进行检漏和抗拉力试验，以防导管渗漏。每节导管组装编号，导管安装完毕后要建立复核和检验制度。导管的直径应根据桩径和石料的最大粒径确定，尽量采用大直径导管。2）下导管时，其底口距孔底的距离不大于40-50cm，同时要能保证首批砼灌注后能埋住导管至少1m。在随后的灌注过程中，导管的埋置深度一般控制在2-4m范围内。3）砼的坍落度要控制在18-22cm、要求和易性好。若灌注时间较长时，可在砼中加入缓凝剂，以防止先期灌注砼初凝，堵塞导管。4）在钢筋笼制作时，一般要采用对焊，以保证焊口平顺。当采用搭接焊时，要保证焊缝不要在钢筋内形成错台，以防钢筋笼卡住导管。 5）在提升导管时要通过测量砼的灌注深度及已拆下导管长度，认真计算提拔导管的长度，严禁不经测量和计算而盲目提拔导管，一般情况下一次只能拆除卸一节导管。6）关键设备要有备用，材料要准备充足，以保证砼能够连续灌注。7）当砼堵塞导管时，可采用拔插抖动导管，当所堵塞的导管长度较短时，也可用型钢插入导管内进行冲击来疏通导管，也可在导管上固定附着式振捣器进行振动来疏通导管内的砼。8）当钢筋笼卡住导管后，可设法转动导管，使之脱离钢筋笼。10、如何保证桩柱接头质量？凿桩头应注意哪些问题？1、质量问题及现象1）破桩头时间过早，砼受到扰动后影响强度的形成或使桩头砼产生裂缝。2）把桩头凿除盆状，接柱前不易清除污染物，影响接柱质量。3）擅自采用爆破法破桩头，且剂量控制不准，造成对桩头爆破过度，致使桩身上部出现碎裂。2、原因分析1）在砼强度未形成或未达到一定强度（70%）就进行凿除时，会对砼产生扰动，破坏砼强度形成，或使砼内部产生细小裂纹。2）对设计桩顶的标高计算或测量不准，导致灌注砼提前结束，致使桩头标高低于设计标高。3）在灌注水下砼时，未按《规范》要求进行超灌、超灌高度不足或无法进行超灌。4）泥浆稠度大且回淤厚度大，造成砼与泥浆的混合层较厚。5）清孔不彻底或回淤测量有误。6）灌注砼完成后，立即掏浆至桩顶设计标高，可能使泥浆掺入砼内，同时减少了对桩头砼的压力，致使砼的强度有所下降。3、预防措施1）当砼灌至距桩头较近时，要提高漏斗口至少高出桩顶4m，也可搭一3m高的平台，在平台上进行灌注砼，以便砼在压力的作用下能够将泥浆顶起。2）灌注砼时应比桩顶设计标高至少超灌80cm，以保证桩顶处砼在超灌部分自重作用下的密实，同时保证桩头处的砼中不含泥浆。3）在砼灌注后必须达到一定强度（要求70%以上，平均气温在15℃以上时，一般龄期达到7d即可，气温较低时必须延长龄期）时才能丰破除桩头。严禁砼灌注完毕后随即进行掏浆。4）凿桩头时当凿至距设计位置10cm左右时，应注意先对设计桩头标高处的四周进行凿除，然后再凿除中间部分，桩头破除后形状应呈平面或桩中略有凸起，以利接柱或浇筑系梁砼前冲洗桩头。5）严禁使用爆破法进行破桩头。4、处理措施若因意外原因，在凿除桩头后砼中仍含有泥浆，则应继续向下凿除，直致砼中含泥浆且强度满足设计要求时为止。此时可支模板浇注砼，深度较大时，需先行接柱，若深度较浅时可在浇筑承台砼时同时浇筑。11、钻孔桩发生中心偏位后如何处理？1、质量问题及现象 破除桩头后，经测量放样检查钻孔桩中心与设计要求存在偏差。2、原因分析1）桩位定位存在误差。2）护筒的形状不符合要求或埋设时出现偏差。3）钢筋笼定位不准确。3、预防措施1）在桩位定位时要认真复核，做好骑马式控制桩并采取一定的保护措施，以便能够准确确定钻头中心及对钢筋笼进行准确定位。2）护筒的形状要符合要求，埋设时其四周的回填要密实，防止在钻进过程中发生移动。3）钢筋笼定位准确，固定要牢固，经复核无误后方可灌注砼。[案例3]:钻孔灌注桩主要的质量控制点有哪些？　　[参考答案]：钻孔灌注桩主要的质量控制点有：　　（1）桩位坐标控制。　　（2）垂直度的控制。　　（3）孔径的控制，防止缩径。　　（4）清孔质量。　　（5）钢筋笼接头质量。　　（6）水下混凝土的灌注质量。 二、挖孔灌注桩和沉管灌注桩的施工『工作情景』如何保证挖孔桩砼的灌注质量？1、质量问题及现象砼出现离析；砼强度不足。2、原因分析1）砼原材料及配合比有问题，或搅拌时间不足。2）灌注砼时未用串筒，或串筒口距砼面的距离过大，有时在孔口将砼直接倒入孔中，造成砂浆和骨料离析。3）在孔内有水时，未抽干水就灌注砼。应该采用水下灌注砼时而采用了干浇法施工，造成桩身砼严重离析。4）灌注砼时未能将护壁的漏水堵住,致使砼表面积水较多,而未清除积水就继续灌注砼,或采用水桶排水，结果连同水泥浆一同排出，造成砼胶结不良。5）局部需排水挖孔时，在灌注某一桩身砼的同时或砼未初凝前，附近的桩孔挖孔工作未停止，继续挖孔抽水，且抽水量较大，结果地下水流将该孔桩身砼中水泥浆带走，严重昌砼呈散粒状态，只见石料不见水泥浆。3、预防措施1）必须使用合格的原材料，砼的配合比必须由具有相应资质的试验室配制或进行抗压试验，以保证砼的强度达到设计要求。2）采用干浇法施工时，必须使用串筒，且串筒口距砼面的距离小于2m。3）当孔内水位的上升速度超过1.5m/min时，可采用水下砼灌注法进行桩身砼的灌注。4）当采用降水挖孔时，在灌注砼时或砼未初凝前，附近的挖孔施工应停止。5）若桩身砼强度达不到设计要求时，可进行补桩。（一）挖孔灌注桩的施工挖孔桩施工，必须在保证安全的前提下不间断地快速进行。每一桩孔开挖、提升出土、排水、支撑、立模板、吊装钢筋混凝土等作业都应事先准备充分，紧密配合。1、开挖桩孔一般采用人工开挖。开挖之前应清除现场四周及山坡上悬石、浮土等排除一切不安全因素，备好孔口四周临时围护和排水设备，并安排好排土提升设备，布置好弃土通道，必要时孔口应搭雨棚。挖土过程中要随时检查桩孔尺寸和平面位置，防止误差。应根据孔内渗水情况，做好孔内排水工作，并注意施工安全。2、护壁和支撑挖孔桩开挖过程中，开挖和护壁两个工序，必须连续作业，以确保孔壁不坍。应根据地质、水文条件、材料来源等情况因地制宜选择支撑和护壁方法。常用的井壁护圈有下列几种： 图3-4-14混凝土护圈(a)在护圈保护下开挖土方；（b）支模板浇注混凝土护圈(c)浇注桩身混凝土1）现浇混凝土护圈当桩孔较深，土质相对较差，出水量较大或遇流砂等情况时，宜采用就地灌注混凝土围圈护壁。采用拼装式弧形模板，每下挖1~2m灌注一次，随挖随支。护圈的结构形式为斜阶型。混凝土为15或20号，。必要时可配置少量的钢筋，如图3-4-14所示。有时也可在架立钢筋网后直接锚喷砂浆形成护圈来代替现浇混凝土护圈，这样可以节省模板。2）沉井护圈先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，然后在井筒内挖土，井筒靠自重或附加荷载克服井壁与土之间的摩阻力，使其下沉至设计标高，再在井内吊装钢筋骨架及灌注桩身混凝土。3）钢套管护圈在桩位处先用桩锤将钢套管强行打入土层中，再在钢套管的保护下，将管内土挖出，吊放钢筋笼，浇注桩基混凝土。待浇注混凝土完毕，用振动锤和人字拔杆将钢管立即强行拔出移至下一桩位使用。这种方法适用于地下水丰富的强透水地层或承压水地层，可避免产生流砂和管涌现象，能确保施工安全。3、吊装钢筋骨架及灌注桩身混凝土挖孔到达设计深度后，应检查和处理孔底和孔壁情况，以保证基桩质量。（二）沉管灌注桩施工沉管灌注桩又称为打拔管灌注桩。是采用锤击或振动的方法将一根与桩的设计尺寸相适应的钢管（下端带有桩尖）沉入土中，然后将钢筋笼放入钢管内，再灌注混凝土，并边灌边将钢管拔出，利用拔管时的振动力将混凝土捣实。钢管下端有两种构造，一种是开口，在沉管时套以钢筋混凝土预制桩尖，拔管时，桩尖留在桩底土中；另一种是管端带有活瓣桩尖，沉管时，桩尖活瓣合拢，灌注混凝土后拔管时活瓣打开。施工中应注意下列事项：1、套管沉入土中时，应保持位置正确，如有偏斜或倾斜应立即纠正；2、拔管时应先振后拔，满灌慢拔，边振边拔。在开始拔管时应测得桩靴活瓣确已张开，或钢筋混凝土确已脱离，灌入混凝土已从套管中流出，方可继续拔管。拔管速度宜控制在每分钟1.5m之内，在软土中不宜大于每分钟0.8m。边振边拔以防管内混凝土被吸往上拉而缩颈，每拔起0.5m，宜停拔，再振动片刻，如此反复进行，直至将套管全部拔出。3、在软土中沉管时，由于排土挤压作用会使周围土体侧移及隆起，有可能挤断邻近已完成但混凝土强度还不高的灌注桩，因此桩距不宜小于3~3.5 倍桩径，宜采用间隔跳打的施工方法，避免对邻桩挤压过大。4、由于沉管的挤压作用，在软粘土中或软、硬土层交界处所产生的孔隙水压力较大或侧压力大小不一而易产生混凝土桩缩径。为了弥补这种现象可采取扩大桩径的“复打”措施，即在灌注混凝土并拔出套管后，立即在原位重新沉管再灌注混凝土。复打后的桩，其横截面增大，承载力提高，但其造价也相应增加，对邻近桩的挤压也大。四、水中桩基础施工问题4采用导管法进行水下混凝土灌注，应注意哪些事项？参考答案：①导管使用前要进行闭水试验，合格的导管才能使用，②导管应居中稳步沉放，不能接触到钢筋笼，以免导管在提升中将钢筋笼提起，③导管底部距桩底的距离应符合规范要求水中修筑桩基础显然比旱地上施工要复杂困难得多，尤其是在深水急流的大河中修筑桩基础。为了适应水中施工的环境，必然要增添浮运沉桩及有关的设备和采用水中施工的特殊方法。与旱地施工相比较，水中钻孔灌注桩的施工有如下特点：1、地基地质条件比较复杂，江河床底一般以松散砂、砾、卵石为主，很少有泥质胶结物，在近堤岸处大多有护堤抛石，而港湾或湖浜静水地带又多为流塑状淤泥。2、护筒埋设难度大，技术要求高。尤其是水深流急时，必须采取专门措施，以保证施工质量。3、水面作业自然条件恶劣，施工具有明显的季节性。4、在重要的航运水道上，必须兼顾航运和施工两者安全。5、考虑上部结构荷重及其安全稳定，桩基设计的竖向承载力较大，所以钻孔较深，孔径也比较大。基于上述特点，水中施工必须充分准备施工场地，用以安装钻孔机械、混凝土灌注设备以及其他设备。这是水中钻孔桩施工的最重要一环，也是水中施工的关键技术和主要难点之一。根据水中桩基础施工方法的不同,其施工场地分为两种类型：一类是用围堰筑岛法修筑的水域岛或长堤，称为围堰筑岛施工场地；另一类是用船或支架拼装建造的施工平台，称为水域工作平台。水域工作平台依据其建造材料和定位的不同可分为船式、支架式、和沉浮式等多种类型。水中支架的结构强度、刚度和船只的浮力、稳定都应事前进行验算。因地制宜的水中桩基础施工方法有多种，就常用的基本方法分浅水和深水施工简要介绍如下。（一）浅水中桩基础施工对位于浅水或临近河岸的桩基，其施工方法类同于浅水浅基础常采用的围堰修筑法，即先筑围堰施工场地，然后可抽水挖基坑或水中吸泥挖坑再抽水，最后作基桩施工。对围堰所用的材料和形式，以及各种围堰应注意的要求，与浅基础施工一节所述相同，在此不作赘述。在浅水中建桥，常在桥位旁设置施工临时便桥。在这种情况下，可利用便桥和相应的脚手架搭设水域工作平台，进行围堰和基桩施工。这样在整个桩基础施工中可不必动用浮运打桩设备，同时也是解决料具、人员运输的好办法。（二）深水中桩基础施工在宽大的江河深水中施工桩基础时，常采用笼架围堰和吊箱等施工方法。 1、围堰法在深水中低桩承台桩基础或墩身有相当长度需在水下施工时，常采用围笼（围囹）修筑钢板桩围堰进行桩基础施工（围笼结构可参阅第二章有关部分）。钢板桩围堰桩基础施工的方法与步骤如下（其中有关钢板桩围堰施工部分已在第二章较详细介绍）：（1）在导向船上拼制围笼，拖运至墩位，将围笼下沉、接高、沉至设计标高，用锚船（定位船）抛锚定位；（2）在围笼内插打定位桩（可以是基础的基桩也可以是临时桩或护筒），并将围笼固定在定位桩上，退出导向船；（3）在围笼上搭设工作平台，安置钻机或打桩设备；沿围笼插打钢板桩，组成防水围堰；（4）完成全部基桩的施工（钻孔灌注桩或打入桩）；（5）吸泥，开挖基坑；（6）基坑经检验后，灌注水下混凝土封底；（7）待封底混凝土达到规定强度后，抽水、修筑承台和墩身直至出水面；（8）拆除围笼，拔除钢板桩。在施工中也有采用先完成全部基桩施工后，再进行钢板桩围堰的施工步骤。是先筑围堰还是先打基桩，应根据现场水文、地质条件、施工条件，航运情况和所选择的基桩类型等情况而确定。2、吊箱法和套箱法在深水中修筑高桩承台桩基时，由于承台位置较高不需座落到河底，一般采用吊箱方法修筑桩基础，或在已完成的基桩上安置套箱的方法修筑高桩承台。（1）吊箱法吊箱是悬吊在水中的箱形围堰，基桩施工时用作导向定位，基桩完成后封底抽水，灌注混凝土承台。吊箱一般由围笼、底盘、侧面围堰板等部分组成。吊箱围笼平面尺寸与承台相应，分层拼装，最下一节将埋入封底混凝土内，以上部分可拆除周转使用；顶部设有起吊的横梁和工作平台，并留有导向孔。底盘用槽钢作纵、横梁，梁上铺以木板作封底混凝土的底板，并留有导向孔（大于桩径50mm）以控制桩位。侧面围堰板由钢板形成，整块吊装。吊箱法的施工方法与步骤如下：1、在岸上或岸边驳船1上拼制吊箱围堰，浮运至墩位，吊箱2下沉至设计标高（图3-4-21a））；2、插打围堰外定位桩3，并将吊箱围堰固定于定位桩上（图3-4-21c））；3、基桩5施工（图3-4-21b）c)），4为送桩；4、填塞底板缝隙，灌注水下混凝土；5、抽水，将桩顶钢筋伸入承台，铺设承台钢筋，灌注承台及墩身混凝土；6、拆除吊箱围堰连接螺栓外框，吊出围笼。（2）套箱法这种方法是针对先完成了全部基桩施工后，修筑高桩承台基础的水中承台的一种方法。 图3-4-21吊箱围堰修建水中桩基套箱可预制成与承台尺寸相应的钢套箱或钢筋混凝土套箱，箱底板按基桩平面位置留有桩孔。基桩施工完成后，吊放套箱围堰，将基桩顶端套入套箱围堰内（基桩顶端伸入套箱的长度按基桩与承台的构造要求确定），并将套箱固定在定位桩（可直接用基础的基桩）上，然后浇注水下混凝土封底，待达到规定强度后即可抽水，继而施工承台和墩身结构。施工中应注意：水中直接打桩及浮运箱形围堰吊装的正确定位，一般均采用交汇法控制，在大河中有时还需搭临时观测平台；在吊箱中插打基桩，由于桩的自由长度大应细心把握吊沉方位；在浇灌水下混凝土前应将箱底桩侧缝隙堵塞好。3、沉井结合法当河床基岩裸露或因卵石、漂石土层钢板围堰无法插打时，或在水深流急的河道上为使钻孔灌注桩在静水中施工时，还可以采用浮运钢筋混土沉井或薄壁沉井（有关沉井的内容见第四章）作桩基施工时的挡水挡土结构（相当于围堰）和沉井顶设作工作平台。沉井即可作为桩基础的施工设施，又可作为桩基础的一部分即承台。薄壁沉井多用于钻孔灌注桩的施工，除能保持在静水状态施工外，还可将几个桩孔一起圈在沉井内代替单个安设护筒并可周转重复使用。（三）水中钻孔桩施工的注意事项1、护筒的埋设围堰筑岛施工场地的护筒埋设方法与旱地施工时基本相同。施工场地是工作平台的可采用钢制或钢筋混凝土护筒。为防止水流将护筒冲歪，应在工作平台的孔口部位，架设护筒导向架；下沉好的护筒，应固定在工作平台上或护筒导向架上，以防万一发生坍孔时，护筒下跑或倾斜。在风浪流速较大的深水中，可在护筒或导向架四周抛锚加固定位。2、配备安全设施，抓好安全作业1）严格保持船体和平台不致有任何位移。船体和平台的位移，将导致孔口护筒偏斜、倾倒等一系列恶性事故，因此每一桩孔从开孔到灌注成桩都要严格控制。2）在工作平台四周设坚固的防护栏，配备足够的救生设备和防火器材，还要按规定悬挂信号灯等。注意：目前我国多采用直升导管法灌注水下混凝土。 1、灌注方法及有关设备导管法的施工过程图。导管是内径0.20~0.40m的钢管，壁厚3~4mm，每节长度1~2m，最下面一节导管应较长，一般为3~4m。导管两端用法兰盘及螺栓连接，并垫橡皮圈以保证接头不漏水，如图3-4-13所示，导管内壁应光滑，内径大小一致，连接牢固在压力下不漏水。可在漏斗与导管接头处设置活门作为隔水装置。首批灌注的混凝土数量，要保证将导管内水全部压出，并能将导管初次埋入1～1.5m深。即漏斗和储料槽的最小容量（m3）为：参看图3-4-12b）：(3-1)漏斗顶端至少应高出桩顶（桩顶在水面以下时应比水面）３m，以保证在灌注最后部分混凝土时，管内混凝土能满足顶托管外混凝土及其上面的水或泥浆重力的需要。２、对混凝土材料的要求混凝土应有必要的流动性，坍落度宜在１８０～２２０mm范围内，水灰比宜用０.５～０.６；强度等级提高２０％。为了改善混凝土的和易性，可在其中掺入减水剂和粉煤灰掺和物。为防卡管，石料尽可能用卵石，适宜直径为５～３０mm，最大粒径不应超过４０mm。水泥标号不宜低于425号，每立方米混凝土的水泥用量不小于350公斤。３、灌注水下混凝土注意事项灌注水下混凝土是钻孔灌注桩施工最后一道关键性的工序，其施工质量将严重影响到成桩质量，施工中应注意以下几点：（１）混凝土拌合必须均匀，尽可能缩短运输距离和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故；（２）灌注混凝土必须连续作业，一气呵成，避免任何原因的中断。（３）在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，孔内混凝土上升到接近钢筋骨架底处时应防止钢筋笼架被混凝土顶起。（４）灌注的桩顶标高应比设计值高出０.５m，此范围的浮浆和混凝土应凿除。待桩身混凝土达到设计强度，按规定检验后方可灌注系梁、盖梁或承台。 规范解读：混凝土预制桩与钢桩施工7混凝土预制桩与钢桩施工7.1混凝土预制桩的制作7.1.1混凝土预制桩可在施工现场预制，预制场地必须平整、坚实。7.1.2制桩模板宜采用钢模板，模板应具有足够刚度,并应平整，尺寸应准确。7.1.3钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊和电弧焊，当钢筋直径不小于20mm时，宜采用机械接头连接。主筋接头配置在同一截面内的数量，应符合下列规定：1当采用对焊或电弧焊时，对于受拉钢筋，不得超过50％；2相邻两根主筋接头截面的距离应大于35dg（主筋直径），并不应小于500mm；3必须符合现行行业标准《钢筋焊接及验收规程》JGJ18和《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107的规定。7.1.4预制桩钢筋骨架的允许偏差应符合表7.1.4的规定。表7.1.4预制桩钢筋骨架的允许偏差项目允许偏差（mm）主筋间距±5桩尖中心线10箍筋间距或螺旋筋的螺距±20吊环沿纵轴线方向±20吊环沿垂直于纵轴线方向±20吊环露出桩表面的高度±10主筋距桩顶距离±5桩顶钢筋网片位置±10多节桩桩顶预埋件位置±37.1.5确定桩的单节长度时应符合下列规定：1满足桩架的有效高度、制作场地条件、运输与装卸能力；2避免在桩尖接近或处于硬持力层中时接桩。7.1.6灌注混凝土预制桩时，宜从桩顶开始灌筑，并应防止另一端的砂浆积聚过多。7.1.7锤击预制桩的骨料粒径宜为5～40mm。7.1.8锤击预制桩，应在强度与龄期均达到要求后，方可锤击。7.1.9重叠法制作预制桩时，应符合下列规定：1桩与邻桩及底模之间的接触面不得粘连；2上层桩或邻桩的浇注，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30％以上时，方可进行；3桩的重叠层数不应超过4层。7.1.10混凝土预制桩的表面应平整、密实，制作允许偏差应符合表7.1.10的规定。表7.1.10混凝土预制桩制作允许偏差（mm）桩型项目允许偏差（mm）钢筋混凝土实心桩横截面边长±5桩顶对角线之差≤5保护层厚度±5桩身弯曲矢高不大于1‰桩长且不大于20桩尖偏心≤10桩端面倾斜≤0.005桩节长度±20钢筋混凝土管桩直径±5长度±0.5%L管壁厚度-5保护层厚度+10，-5 桩身弯曲（度）矢高L/1000桩尖偏心≤10桩头板平整度≤2桩头板偏心≤27.1.11本规范未作规定的预应力混凝土桩的其他要求及离心混凝土强度等级评定方法，应符合国家现行标准《先张法预应力混凝土管桩》GB/T13476、《先张法预应力混凝土薄壁管桩》JC888和《预应力混凝土空心方桩》JG197的规定。7.2混凝土预制桩的起吊、运输和堆放7.2.1混凝土实心桩的吊运应符合下列规定：1混凝土设计强度达到70%及以上方可起吊，达到100%方可运输；2桩起吊时应采取相应措施，保证安全平稳，保护桩身质量；3水平运输时，应做到桩身平稳放置，严禁在场地上直接拖拉桩体。7.2.2预应力混凝土空心桩的吊运应符合下列规定：1出厂前应作出厂检查，其规格、批号、制作日期应符合所属的验收批号内容；2在吊运过程中应轻吊轻放，避免剧烈碰撞；3单节桩可采用专用吊钩勾住桩两端内壁直接进行水平起吊；4运至施工现场时应进行检查验收，严禁使用质量不合格及在吊运过程中产生裂缝的桩。7.2.3预应力混凝土空心桩的堆放应符合下列规定：1堆放场地应平整坚实，最下层与地面接触的垫木应有足够的宽度和高度。堆放时桩应稳固，不得滚动；2应按不同规格、长度及施工流水顺序分别堆放；3当场地条件许可时，宜单层堆放；当叠层堆放时，外径为500～600㎜的桩不宜超过4层，外径为300～400㎜的桩不宜超过5层；4叠层堆放桩时，应在垂直于桩长度方向的地面上设置2道垫木，垫木应分别位于距桩端0.2倍桩长处；底层最外缘的桩应在垫木处用木楔塞紧；5垫木宜选用耐压的长木枋或枕木，不得使用有棱角的金属构件。7.2.4取桩应符合下列规定：1当桩叠层堆放超过2层时，应采用吊机取桩，严禁拖拉取桩；2三点支撑自行式打桩机不应拖拉取桩。7.3混凝土预制桩的接桩7.3.1桩的连接可采用焊接、法兰连接或机械快速连接（螺纹式、啮合式）。7.3.2接桩材料应符合下列规定：1焊接接桩：钢钣宜采用低碳钢，焊条宜采用E43；并应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81要求。接头宜采用探伤检测，同一工程检测量不得少于3个接头。2法兰接桩：钢钣和螺栓宜采用低碳钢。7.3.3采用焊接接桩除应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的有关规定外，尚应符合下列规定：1下节桩段的桩头宜高出地面0.5m；2下节桩的桩头处宜设导向箍。接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打；3桩对接前，上下端板表面应采用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽；4 焊接宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于2层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层（的）施焊，焊缝应连续、饱满；5焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8min；严禁采用水冷却或焊好即施打；6雨天焊接时，应采取可靠的防雨措施；7焊接接头的质量检查，对于同一工程探伤抽样检验不得少于3个接头。7.3.4采用机械快速螺纹接桩的操作与质量应符合下列规定：1安装前应检查桩两端制作的尺寸偏差及连接件，无受损后方可起吊施工，其下节桩端宜高出地面0.8m；2接桩时，卸下上下节桩两端的保护装置后，应清理接头残物，涂上润滑脂；3应采用专用接头锥度对中，对准上下节桩进行旋紧连接；4可采用专用链条式板手进行旋紧，（臂长1m卡紧后人工旋紧再用铁锤敲击板臂，）锁紧后两端板尚应有1～2mm的间隙。7.3.5采用机械啮合接头接桩的操作与质量应符合下列规定：1将上下接头钣清理干净，用扳手将已涂抹沥青涂料的连接销逐根旋入上节桩Ⅰ型端头钣的螺栓孔内，并用钢模板调整好连接销的方位；2剔除下节桩Ⅱ型端头钣连接槽内泡沫塑料保护块，在连接槽内注入沥青涂料，并在端头钣面周边抹上宽度20mm、厚度3mm的沥青涂料；当地基土、地下水含中等以上腐蚀介质时，桩端钣板面应满涂沥青涂料；3将上节桩吊起，使连接销与Ⅱ型端头钣上各连接口对准，随即将连接销插入连接槽内；4加压使上下节桩的桩头钣接触，接桩完成。7.4锤击沉桩7.4.1沉桩前必须处理空中和地下障碍物，场地应平整，排水应畅通，并应满足打桩所需的地面承载力。7.4.2桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定，也可按本规范附录H选用。7.4.3桩打入时应符合下列规定：1桩帽或送桩帽与桩周围的间隙应为5～10mm；2锤与桩帽、桩帽与桩之间应加设硬木、麻袋、草垫等弹性衬垫；3桩锤、桩帽或送桩帽应和桩身在同一中心线上；4桩插入时的垂直度偏差不得超过0.5％。7.4.4打桩顺序要求应符合下列规定：1对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；2当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打；3根据基础的设计标高，宜先深后浅；1根据桩的规格，宜先大后小，先长后短。7.4.5打入桩（预制混凝土方桩、预应力混凝土空心桩、钢桩）的桩位偏差，应符合表7.4.5的规定。斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15％（倾斜角系桩的纵向中心线与铅垂线间夹角）。表7.4.5打入桩桩位的允许偏差(mm)项目允许偏差带有基础梁的桩：（1）垂直基础梁的中心线100+0.01H （2）沿基础梁的中心线150+0.01H桩数为1～3根桩基中的桩100桩数为4～16根桩基中的桩1/2桩径或边长桩数大于16根桩基中的桩：（1）最外边的桩（2）中间桩1/3桩径或边长1/2桩径或边长注：H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。7.4.6桩终止锤击的控制应符合下列规定：1`当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅；2桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土及风化岩时，应以贯入度控制为主，桩端标高为辅；3贯入度已达到设计要求而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，并按每阵10击的贯入度不应大于设计规定的数值确认，必要时,施工控制贯入度应通过试验确定。7.4.7当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。7.4.8当采用射水法沉桩时，应符合下列规定：1射水法沉桩宜用于砂土和碎石土；2沉桩至最后1～2m时，应停止射水，并采用锤击至规定标高，终锤控制标准可按本规范第7.4.6条有关规定执行。7.4.9施打大面积密集桩群时，可采取下列辅助措施：1对预钻孔沉桩，预钻孔孔径可比桩径（或方桩对角线）小50～100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，宜为桩长的1/3～1/2；施工时应随钻随打；桩架宜具备钻孔锤击双重性能；2应设置袋装砂井或塑料排水板。袋装砂井直径宜为70～80mm，间距宜为1.0～1.5m，深度宜为10～12m；塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同；3应设置隔离板桩或地下连续墙；4可开挖地面防震沟，并可与其他措施结合使用。防震沟沟宽可取0.5～0.8m，深度按土质情况决定；5应限制打桩速率；6沉桩结束后，宜普遍实施一次复打；7沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。7.4.10预应力混凝土管桩的总锤击数及最后1.0m沉桩锤击数应根据当地工程经验确定。7.4.11锤击沉桩送桩应符合下列规定：1送桩深度不宜大于2.0m；2当桩顶打至接近地面需要送桩时，应测出桩的垂直度并检查桩顶质量，合格后应及时送桩；3送桩的最后贯入度应参考相同条件下不送桩时的最后贯入度并修正；4送桩后遗留的桩孔应立即回填或覆盖。5当送桩深度超过2.0m且不大于6.0m时，打桩机应为三点支撑履带自行式或步履式柴油打桩机；桩帽和桩锤之间应用竖纹硬木或盘圆层叠的钢丝绳作“锤垫”，其厚度宜取150～200mm。7.4.12送桩器及衬垫设置应符合下列规定：1送桩器宜做成圆筒形，并应有足够的强度、刚度和耐打性。送桩器长度应满足送桩深度的要求，弯曲度不得大于1/1000；2送桩器上下两端面应平整，且与送桩器中心轴线相垂直；3送桩器下端面应开孔，使空心桩内腔与外界连通；4 送桩器应与桩匹配。套筒式送桩器下端的套筒深度宜取250～350mm，套管内径应比桩外径大20～30mm，插销式送桩器下端的插销长度宜取200～300mm，杆销外径应比(管)桩内径小20～30mm。对于腔内存有余浆的管桩，不宜采用插销式送桩器；5送桩作业时，送桩器与桩头之间应设置1～2层麻袋或硬纸板等衬垫。内填弹性衬垫压实后的厚度不宜小于60mm。7.4.13施工现场应配备桩身垂直度观测仪器（长条水准尺或经纬仪）和观测人员，随时量测桩身的垂直度。7.5静压沉桩7.5.1采用静压沉桩时，场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，且场地应平整。7.5.2静力压桩宜选择液压式和绳索式压桩工艺；宜根据单节桩的长度选用顶压式液压压桩机和抱压式液压压桩机。7.5.3选择压桩机的参数应包括下列内容：1压桩机型号、桩机质量（不含配重）、最大压桩力等；2压桩机的外型尺寸及拖运尺寸；3压桩机的最小边桩距及最大压桩力；4长、短船型履靴的接地压强；5夹持机构的型式；6液压油缸的数量、直径，率定后的压力表读数与压桩力的对应关系；7吊桩机构的性能及吊桩能力。7.5.4压桩机的每件配重必须用量具核实，并将其质量标记在该件配重的外露表面；液压式压桩机的最大压桩力应取压桩机的机架重量和配重之和乘以0.9。7.5.5当边桩空位不能满足中置式压桩机施压条件时，宜利用压边桩机构或选用前置式液压压桩机进行压桩，但此时应估计最大压桩能力减少造成的影响。7.5.6当设计要求或施工需要采用引孔法压桩时，应配备螺旋钻孔机，或在压桩机上配备专用的螺旋钻。当桩端持力层需进入较坚硬的岩层时，应配备可入岩的钻孔桩机或冲孔桩机。7.5.7最大压桩力不得小于设计的单桩竖向极限承载力标准值，必要时可由现场试验确定。7.5.8静力压桩施工的质量控制应符合下列规定：1第一节桩下压时垂直度偏差不应大于0.5％；2宜将每根桩一次性连续压到底，且最后一节有效桩长不宜小于5m；3抱压力不应大于桩身允许侧向压力的1.1倍。7.5.9终压条件应符合下列规定：1应根据现场试压桩的试验结果确定终压力标准；2终压连续复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定。对于入土深度大于或等于8m的桩，复压次数可为2～3次；对于入土深度小于8m的桩，复压次数可为3～5次；3稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩的时间宜为5～10s。7.5.10压桩顺序宜根据场地工程地质条件确定，并应符合下列规定：1对于场地地层中局部含砂、碎石、卵石时，宜先对该区域进行压桩；2当持力层埋深或桩的入土深度差别较大时，宜先施压长桩后施压短桩。7.5.11压桩过程中应测量桩身的垂直度。当桩身垂直度偏差大于1％的时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入较硬土层后，严禁用移动机架等方法强行纠偏。7.5.12出现下列情况之一时，应暂停压桩作业，并分析原因，采用相应措施：1压力表读数显示情况与勘察报告中的土层性质明显不符；2桩难以穿越具有软弱下卧层的硬夹层； 3实际桩长与设计桩长相差较大；4出现异常响声;压桩机械工作状态出现异常；5桩身出现纵向裂缝和桩头混凝土出现剥落等异常现象；6夹持机构打滑；7压桩机下陷。7.5.13静压送桩的质量控制应符合下列规定：1测量桩的垂直度并检查桩头质量，合格后方可送桩，压、送作业应连续进行；2送桩应采用专制钢质送桩器，不得将工程桩用作送桩器；3当场地上多数桩的有效桩长L小于或等于15m或桩端持力层为风化软质岩，可能需要复压时，送桩深度不宜超过1.5m；4除满足本条上述3款规定外，当桩的垂直度偏差小于1%，且桩的有效桩长大于15m时，静压桩送桩深度不宜超过8m；5送桩的最大压桩力不宜超过桩身允许抱压压桩力的1.1倍。7.5.14引孔压桩法质量控制应符合下列规定：1引孔宜采用螺旋钻干作业法；引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%；2引孔作业和压桩作业应连续进行，间隔时间不宜大于12h;在软土地基中不宜大于3h；3引孔中有积水时，宜采用开口型桩尖。7.5.15当桩较密集，或地基为饱和淤泥、淤泥质土及黏性土时，应设置塑料排水板、袋装砂井消减超孔压或采取引孔等措施，并可按本规范第7.4.8条执行。在压桩施工过程中应对总桩数10%的桩设置上涌和水平偏位观测点，定时检测桩的上浮量及桩顶水平偏位值，若上涌和偏位值较大，应采取复压等措施。7.5.16对预制混凝土方桩、预应力混凝土空心桩、钢桩等压入桩的桩位偏差，应符合本规范表7.4.5的规定。专题：打入桩的施工打入桩靠桩锤的冲击能量将桩打入土中，因此桩径不能太大（在一般土质中桩径不大于0.6m），桩的入土深度在一般土质中不超过40m，否则打桩设备要求较高，而打桩效率较低。打桩过程包括：桩架移动和定位、吊桩和定桩、打桩、截桩和接桩等。正式打桩前，还应进行打桩试验，以便检验设备和工艺是否符合要求。按照规范的规定，试桩不得少于2根。对规范小结：现就打桩施工的主要设备和施工中应注意的主要问题简要介绍如下。（一）桩锤常用的桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤及柴油锤等几种。打入桩施工时，应适当选择桩锤重量，桩锤过轻，桩难以打下，频率较低，还可能将桩头打坏。桩锤过重，则各种机具、动力设备都需加大，不经济。（二）桩架桩架在结构上必须有足够的强度、刚度和稳定性，保证在打桩过程中桩架不会发生移位和变位。桩架的作用：装吊桩锤、插桩、打桩、控制桩锤的上下方向。 桩架的组成：包括导杆（又称龙门，控制桩和锤的插打方向）、起吊设备（滑轮组、绞车、动力设备等）、撑架（支撑导杆）及底盘（承托以上设备）、移位行走部件等组成。桩架的高度：应保证桩吊立就位的需要和锤击的必要冲程。桩架的类型：根据材料不同，有木桩架和钢结构桩架，常用的是钢桩架。根据作业性的差异，桩架有简易桩架和多功能桩架（或称万能桩架）。（三）桩的吊运钢筋混凝土预制桩由预制场地吊运到桩架内，在起吊、运输、堆放时，都应该按照设计计算的吊点位置起吊（一般吊点在桩内预埋直径为20~25mm的钢筋吊环，或以油漆在桩身标明），否则桩身受力情况与计算不符，可能引起桩身混凝土开裂。一般长度的桩，水平起吊采用两个吊点；插桩吊立时，常为单点起吊；对于较长的桩为了减小内力、节省钢材，有时采用多点起吊。（四）打桩过程中常遇到的问题由于桩要穿过构造复杂的土层，所以在打桩过程中要随时注意观察，凡发生贯入度突变、桩身突然倾斜、锤击时桩锤产生严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等应暂停施工，及时研究处理。（五）打桩过程应注意事项1、为了避免或减轻打桩时由于土体挤压，使后打入的桩打入困难或先打入的桩被推挤移动，打桩顺序应视桩数、土质情况及周围环境而定，可由基础的一端向另一端进，或由中央向两端施打；2、在打桩前，应检查锤与桩的中心线是否一致，桩位是否正确，桩的垂直度或倾斜度是否符合设计要求，打桩架是否安置牢固平稳。桩顶应采用桩帽、桩垫保护，以免打裂桩头；3、桩开始打入时，应轻击慢打，每次的冲击能不宜过大，随着桩的打入，逐渐增大锤击的冲击能量；4、打桩时应记录好桩的贯入度，作为桩承载力是否达到设计要求的一个参考数据；5、打桩过程中应随时注意观测打桩情况，防止基桩的偏移，并填写好打桩记录；6、每打一根桩应一次连续完成，避免中途停顿过久，否则因桩周摩阻力的恢复而增加沉桩的困难；7、接桩要使上下两节桩对准接准；在接桩过程中及接好打桩前，均须注意检查上下两节桩的纵轴线是否在一条直线上。接头必须牢固，焊接时要注意焊接质量，宜用两人双向对称同时电焊，以免产生不对称的收缩，焊完待冷却后再打桩，以免热的焊缝遇到地下水而开裂；8、在建筑物靠近打桩场地或建筑物密集地区打桩时，需观测地面变化情况，注意打桩对周围建筑物的影响。打桩完毕基坑开挖后，应对桩位、桩顶标高进行检查，方得浇筑承台。7.6钢桩（钢管桩、H型桩及其他异型钢桩）施工Ⅰ钢桩的制作7.6.1制作钢桩的材料应符合设计要求，并应有出厂合格证和试验报告。7.6.2现场制作钢桩应有平整的场地及挡风防雨措施。 7.6.3钢桩制作的允许偏差应符合表7.6.3的规定，钢桩的分段长度应满足本规范第7.1.5条的规定，且不宜大于15m。表7.6.3钢桩制作的允许偏差项目容许偏差(mm)外径或断面尺寸桩端部外径或边长桩身外径或边长长度>0矢高≤1‰桩长端部平整度(H型桩)端部平面与桩身中心线的倾斜值7.6.4用于地下水有侵蚀性的地区或腐蚀性土层的钢桩，应按设计要求作防腐处理。Ⅱ钢桩的焊接7.6.5钢桩的焊接应符合下列规定：1必须清除桩端部的浮锈、油污等脏物，保持干燥；下节桩顶经锤击后变形的部分应割除；2上下节桩焊接时应校正垂直度，对口的间隙宜为2～3mm；3焊丝（自动焊）或焊条应烘干；4焊接应对称进行；5应采用多层焊，钢管桩各层焊缝的接头应错开，焊渣应清除；6当气温低于0℃或雨雪天/无可靠措施确保焊接质量时，不得焊接；7每个接头焊接完毕，应冷却1min后方可锤击；8焊接质量应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205和《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定，每个接头除应按本规范表7.6.6规定进行外观检查外，还应按接头总数的5%进行超声或2%进行X射线拍片检查，对于同一工程，探伤抽样检验不得少于3个接头。表7.6.6接桩焊缝外观允许偏差项目允许偏差(mm)上下节桩错口：①钢管桩外径≥700mm3②钢管桩外径<700mm2H型钢桩1咬边深度（焊缝）0.5加强层高度（焊缝）0～2加强层宽度（焊缝）0～37.6.6H型钢桩或其他异型薄壁钢桩，接头处应加连接板，可按等强度设置。Ⅲ钢桩的运输和堆放7.6.7钢桩的运输与堆放应符合下列规定：1堆放场地应平整、坚实、排水通畅；2桩的两端应有适当保护措施，钢管桩应设保护圈；3搬运时应防止桩体撞击而造成桩端、桩体损坏或弯曲；4钢桩应按规格、材质分别堆放，堆放层数：Φ900㎜的钢桩，不宜大于3层；Φ600㎜的钢桩，不宜大于4层；Φ400㎜的钢桩，不宜大于5层；H型钢桩不宜大于6层。支点设置应合理，钢桩的两侧应采用木楔塞住。Ⅵ钢桩的沉桩 7.6.8当钢桩采用锤击沉桩时，可按本规范第7.4节有关条文实施；当采用静压沉桩时，可按本规范第7.5节有关条文实施。7.6.9对敞口钢管桩，当锤击沉桩有困难时，可在管内取土助沉。7.6.10锤击H型钢桩时，锤重不宜大于4.5t级（柴油锤），且在锤击过程中桩架前应有横向约束装置。7.6.11当持力层较硬时，H型钢桩不宜送桩。7.6.12当地表层遇有大块石、混凝土块等回填物时，应在插入H型钢桩前进行触探,并应清除桩位上的障碍物。 图3-5-11桩水平静载试验装置示意第六节桩基础质量检验为确保桩基工程质量，应对桩基进行必要的检测，验证能否满足设计要求，保证桩基的正常使用。桩基工程为地下隐蔽工程，建成后在某些方面难以检测。为控制和检验桩基质量，施工一开始就应按工序严格监测，推行全面的质量管理（TQC），每道工序均应检验，及时发现和解决问题，并认真做好施工和检测记录，以备最后综合对桩基质量作出评价。桩的类型和施工方法不同，所需检验的内容和侧重点也不同，但纵观桩基质量检验，通常均涉及到下述三方面内容：一、桩的几何受力条件检验桩的几何受力条件主要是指有关桩位的平面布置、桩身倾斜度、桩顶和桩底标高等，要求这些指标在容许误差范围之内。例如桩的中心位置误差不宜超过50mm，桩身的倾斜度应不大于1/100等。二、桩身质量检验桩身质量检验是指对桩的尺寸、构造及其完整性进行检测，验证桩的制作或成桩质量。沉桩（预制桩）制作时应对桩的钢筋骨架、尺寸量度、混凝土强度等级和浇筑方面进行检测，验证其是否符合选用的桩标准图或设计图的要求。检测的项目有混凝土质量、主筋间距、箍筋间距、吊环位置与露出桩表面的高度、桩顶钢筋网片位置、桩尖中心线、桩的横截面尺寸和桩长、桩顶平整度及其与桩轴线的垂直度、钢筋保护层厚度、长桩分节施工时接桩质量等。对混凝土质量应检查其原材料质量与计量、配合比和坍落度、桩身混凝土试块强度及成桩后表面有否产生蜂窝麻面及收缩裂缝的情况。一般桩顶与桩尖不允许有蜂窝和损伤，表面蜂窝面积不应超过桩表面积的0.5%，收缩裂缝宽度不应大于0.2mm。钻孔灌注桩的尺寸取决于钻孔的大小，桩身质量与施工工艺有关，因此桩身质量检验应对钻孔、成孔与清孔、钢筋笼制作与安放、水下混凝土配制与灌注三个主要过程进行质量监测与检查。三、桩身强度与单桩承载力检验桩的承载力取决于桩身强度和地基强度。桩身强度检验除了保证上述桩的完整性外，还要检测桩身混凝土的抗压强度。预留试块的抗压强度应不低于设计采用混凝土相应的抗压强度，对于水下混凝土应高出20%。钻孔桩在凿平桩头后应抽查桩头混凝土质量检验抗压强度。对于大桥的钻孔桩有必要时尚应抽查，钻取桩身混凝土芯样检验其抗压强度。单桩承载力的检测，在施工过程中，对于打入桩常用最终贯入度和桩底标高进行控制，而钻孔灌注桩还缺少在施工过程中监测承载力的直接手段。成桩可做单桩承载力的检验，常采用单桩静载试验或高应变动力试验确定单桩承载力（试验与确定方法见本章第五节）。（二）单桩横向容许承载力的确定方法 确定单桩横向容许承载力有水平静载试验和分析计算法两种。1、单桩水平静载试验法桩的水平静载试验是确定桩的横向承载力的较可靠的方法，也是常用的研究分析试验方法。试验是在现场进行，所确定的单桩水平承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况。如果预先已在桩身埋有量测元件，则可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。（1）试验装置试验装置如图3-5-11所示。采用千斤顶施加水平荷载，其施力点位置宜放在实际受力点位置。在千斤顶与试桩接触处宜安置一球形铰座，以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线。桩的水平位移宜采用大量程百分表测量。固定百分表的基准桩宜打设在试桩侧面靠位移的反方向，与试桩的净距不小于1倍试桩直径。（2）加载方法试验加载方法有两种：单向多循环加卸载法或慢速连续法。一般采用前者，对于个别受长期横向荷载的桩也可采用后者。1）单向多循环加卸载法这种方法可模拟基础承受反复水平荷载（风载、地震荷载、制动力和波浪冲击力等循环性荷载）的情形。图3-5-12荷载—时间—位移（H0-T-U0）曲线a-表示加卸荷循环（5次）根据试验数据可绘制荷载一时间一位移（H0-T-U0））曲线（图3-5-12所示）和荷载一位移梯度曲线（图3-5-13所示）。据此可综合确定单桩横向临界荷载与极限荷载。横向临界荷载系指桩身受拉区混凝土开裂退出工作前的荷载，会使桩的横向位移增大。相应地可取H0-T-U0曲线出现突变点的前一级荷载为横向临界荷载（图3-5-12），或取曲线第一直线段终点相对应的荷载为横向临界荷载，综合考虑。横向极限荷载可取H0-T-U0曲线明显陡降（即图中位移包络线下凹）的前一级荷载作为极限荷载，或取曲线的第二直线段终点相对应的荷载作为极限荷载，综合考虑。2）、慢速连续加载法此法类似于垂直静载试验 根据试验数据绘制H0-U0及曲线，如图3-5-14和图3-5-13所示。可取曲线H0-U0及上第一拐点的前一级荷载为临界荷载，取H0-U0曲线陡降点的前一级荷载和曲线的第二拐点相对应的荷载为极限荷载。3）此外，国内还采用一种称为单向单循环恒速水平加载法。此法加载方法是加载每级维持20min，第0、5、10、15、20min测读位移。卸载每级维持10min，第0、5、10min测读。零荷载维持30min，第0、10、20、30min测读。在恒定荷载下，横变急剧增加、变位速率逐渐加快；或已达到试验要求的最大荷载或最大变位时即可终止加载。 图3-5-13荷载—位移梯度图3-5-14荷载—位移（）曲线此法确定临界荷载及极限荷载的方法同慢速加载法。用上述方法求得的极限荷载除以安全系数，即得桩的横向容许承载力，安全系数一般取2。用水平静载试验确定单桩横向容许承载时，还应注意到按上述强度条件确定的极限荷载时的位移，是否超过结构使用要求的水平位移，否则应按变形条件来控制。水平位移容许值可根据桩身材料强度、土发生横向抗力的要求以及墩台顶水平位移和使用要求来确定，目前在水平静载试验中根据《公桥基规》有关的精神可取试桩在地面处水平位移不超过6mm，定为确定单桩横向承载力判断标准，以满足结构物和桩、土变形安全度要求，这是一种较概略的标准。国内外工程实践证明，用静力检验法测试单桩竖向承载力，尽管检验仪器、设备笨重、造价高、劳动强度大、试验时间长，但迄今为止还是其它任何动力检验法无法替代的基桩承载力检测方法，其试验结果的可靠性也是无容质疑的。而对于动力检验法确定单桩竖向承载力，无论是高应变法还是低应变法，均是近几十年来国内外发展起来的新的测试手段，目前仍处于发展和继续完善阶段。大桥与重要工程，地质条件复杂或成桩质量可靠性较低的桩基工程，均需做单桩承载力的检验。二、结构完整性检验 成孔后的钻孔灌注桩桩身结构完整性检验方法很多，常用的有以下几种方法（其具体测试方法和原理详见有关参考书）。（一）  低应变动测法低应变动测法施加于桩顶的荷载远小于桩的使用荷载，桩土间不会产生相对位移。它根据应力波沿桩身的传播和反射原理对桩身的结构完整性进行检验和分析。1．反射波法。是用力锤敲击桩顶，给桩一定能量，使桩中产生应力波，检测和分析应力波在桩体中的传播历程，便可分析基桩的完整性；2．水电效应法。在桩顶安装一高约1m的水泥圆筒，筒内充水，在水中安放电极和水听器，电极高压放电，瞬时释放大电流产生声学效应，给桩顶一冲击能量，由水听器接收桩土体系的响应信号，对信号进行频谱分析，根据频谱曲线所含有的桩基质量信息，判断桩的质量和承载力。3．机械阻抗法。它是把桩——土体系看成一线性不变振动系统，在桩头施加一激励力，就可在桩头同时观测到系统的振动响应信号，如位移、速度、加速度等，并可获得速度导纳曲线（导纳即响应与激励之比）。分析导纳曲线，即可判定桩身混凝土的完整性，确定缺陷类型。4．动力参数法。该方法是通过简便地敲击桩头，激起桩一土体系的竖向自由振动，按实测的频率及桩头振动初速度或单独按实测频率，根据质量弹簧振动理论推算出单桩动刚度，再进行适当的动静对比修正，换算成单桩的竖向承载力。5．声波透射法。它是将置于被测桩的声测管中的发射换能器发出的电信号，经转换、接收、放大处理后存储，并把它显示在显示器上加以观察、判读，即可作出被测桩混凝土的质量判定；对灌注桩的桩身质量判定，可分为以下四类：优质桩：动测波形规则衰减，无异常杂波，桩身完好，达到设计桩长，波速正常，混凝土强度等级高于设计要求。合格桩：动测波形有小畸变，桩底反射清晰，桩身有小畸变，如轻微缩径、混凝土局部轻度离析等，对单桩承载力没有影响。桩身混凝土波速正常，达到混凝土设计强度等级。严重缺陷桩：动测波形出现较明显的不规则反射，对应桩身缺陷如裂纹、混凝土离析、缩径1/3桩截面以上，桩身混凝土波速偏低，达不到设计强度等级，对单桩承载力有一定的影响。该类桩要求设计单位复核单桩承载力后提出是否处理的意见。不合格桩：动测波形严重畸变，对应桩身缺陷如裂缝、混凝土严重离析、夹泥、严重缩径、断裂等。这类桩一般不能使用，需进行工程处理。工程上还习惯于将上述四种判定类别按Ⅰ类桩、Ⅱ类桩、Ⅲ类桩、Ⅳ类桩划分。但不管怎样划分，其划分标准基本上是一致的。（二）钻芯检验法钻芯验桩就是利用专用钻机，从混凝土结构中钻取芯样以检测混凝土强度的方法。它是大直径基桩工程质量检测的一种手段，是一种既简便，又直观的必不可少的验桩方法，它具有以下特点：1．可检查基桩混凝土胶结、密实程度及其实际强度，发现断桩、夹泥及混凝土稀释层等不良状况，检查桩身混凝土灌注质量；2．可测出桩底沉渣厚度并检验桩长，同时直观认定桩端持力层岩性； 3．用钻芯桩孔对出现断桩、夹泥或稀释层等缺陷桩进行压浆补强处理。由于具有以上特点，钻心验桩法广泛应用于大直径基桩质量检测工作中，它特别适用于大直径大载荷端承桩的质量检测。对于长径比比较大的摩擦桩，则易因孔斜使钻具中途穿出桩外而受限制。  我们应该了解了桩基础的基本知识，知道了桩基础的施工工艺过程，掌握了单桩轴向外力的传递机理及单桩轴向受压容许承载力的确定方法，为桩基础的设计打下良好基础。 第五章沉井基础及地下连续墙 第一节概述 沉井基础的定义：沉井是一种井筒状结构物，是依靠在井内挖士，借助井体自重及其它辅助措施而逐步下沉至预定设计标高，最终形成的建筑物基础的一种深基础型式。沉井基础的特点：占地面积小，不需要板桩围护，与大开挖相比较，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，操作简便，无需特殊的专业设备。近年来，沉井的施工技术和施工机械都有很大改进。沉井基础的典型施工方法：触变泥浆润滑套法；壁后压气（空气幕）法；钻吸排土沉井施工技术；中心岛式下沉沉井基础的使用范围：1．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；2．在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；3．岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。第二节沉井的类型和构造 一、沉井分类按材料分类：混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石、木等按平面形状分类：圆形、方形、矩形、椭圆形、圆端形、多边形及多孔井字形等，如图4－l所示。 按竖向剖面形状分类： 圆柱形、阶梯形及锥形等，如图4-2所示。二、沉井构造井壁(侧壁)、刃脚、内隔墙、井孔、封底和顶盖板等组成，如图4－3所示。1．井壁井壁是沉井的主要部分，应有足够的厚度与强度，以承受在下沉过程中各种最不利荷载组合(水土压力)所产生的内力，同时要有足够的重量，使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。设计时通常先假定井壁厚度，再进行强度验算。井壁厚度一般为0.4~1.2m左右。对于薄壁沉井，应采用触变泥浆润滑套、壁外喷射高压空气等措施，以降低沉井下沉时的摩阻力，达到减薄井壁厚度的目的。但对于这种薄壁沉井的抗浮问题，应谨慎核算，并采取适当、有效的措施。2．刃脚井壁最下端一般都做成刀刃状的“刃脚”。其主要功用是减少下沉阻力。刃脚还应具有一定的强度，以免在下沉过程中损坏。刃脚底的水平面称为踏面，如图4-4所示。刃脚的式样应根据沉井下沉时所穿越土层的软硬程度和刃脚单位长度上的反力大小决定，沉井重、土质软时，踏面要宽些。相反，沉"井轻，又要穿过硬土层时，踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。3．内隔墙根据使用和结构上的需要，在沉井井筒内设置内隔墙。内隔墙的主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，减小井壁受力计算跨度。同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。内隔墙因不承受水土压力，所以，其厚度较沉井外壁要薄一些。5．井孔沉井内设置的内隔墙或纵横隔墙或纵横框架形成的格子称作井孔，井孔尺寸应满足工艺要求。6．射水管当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般不小于600kPa。如使用触变泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。7．封底及顶盖 当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。为了使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力，使沉井成为空间结构受力体系，常于刃脚上方井壁内侧预留凹槽，以便在该处浇筑钢筋混凝土底板和楼板及井内结构。凹槽的高度应根据底板厚度决定，主要为传递底板反力而采取的构造措施。凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m左右。槽高约1.0m，接近于封底混凝土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹人深度c约为150~250mm。第三节沉井的施工 沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工三种，现分别简介如下：一、旱地上沉井的施工桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。在这种情况下，一般较容易施工，工序如下：（一）整平场地（二）制造第一节沉井（三）拆模及抽垫（四）挖土下沉（五）接高沉井（六）筑井顶围堰（七）地基检验和处理（八）封底、充填井孔及浇筑顶盖二、水中沉井的施工（一）（一）     筑岛法（二）浮运沉井施工三、沉井下沉过程中遇到的问题及处理（一）沉井发生倾斜和偏移偏斜主要原因：土岛表面松软，使沉井下沉不均，河底土质软硬不匀；挖土不对称；井内发生流砂，沉井突然下沉，刃脚遇到障碍物顶住而未及时发现；并内挖除的土堆压在沉井外一侧，沉井受压偏移或水流将沉井一侧土冲空等。沉井发生倾斜纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土；在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压身水冲松土层；必要时可在沉井顶面施加水平力扶正。沉井发生偏移纠正方法：纠正沉井中心位置发生偏移的方法是先使沉井倾斜，然后均匀除土，使沉井底中心线下沉至设计中心线后，再进行纠偏。（二）沉井下沉困难增加沉井自重减小沉井外壁的摩阻力 四、泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法（一）泥浆润滑套泥浆润滑套是把配置的泥浆灌注在沉井井壁周围，形成井壁与泥浆接触。选用的泥浆配合比应使泥浆性能具有良好的固壁性、触变性和胶体稳定性。一般采用的泥浆配合比（重量比）为粘土35%～45%，水55%～65%，另加分散剂碳酸钠0.4%～0.6%，其中粘土或粉质粘土要求塑性指数不小于15，含砂率小于6%（泥浆的性能指标以及检测方洁可参见有关施工技术手册）。这种泥浆对沉井壁起润滑作用，它与井壁间摩阻力仅3～5kPa大大降低了井壁摩阻力（一般粘性土对井壁摩阻力为25～50kPa），因而有提高沉井下沉的施工效率，减少井壁的圬土数量，加大了沉井的下沉深度，施工中沉井稳定性好等优点。泥浆润滑套的构造主要包括：射口挡板，地表围圈及压浆管。沉井下沉过程中要勤补浆，勤观测，发现倾斜、漏浆等问题要及时纠正。当沉井沉到设计标高时，若基底为一般土质，因井壁摩阻力较小，会形成边清基边下沉的现象，为此，应压入水泥砂浆换置泥浆，以增大井壁的摩阻力。另外，在卵石、砾石层中采用泥浆润滑套效果一般较差。（二）壁后压气沉井法壁后压气沉井法也是减少下沉时井壁摩阻力的有效方法。它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层（又称空气幕），使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。施工时压气管分层分布设置，竖管可用塑料管或钢管，水平环管则采用直径25mm的硬质聚氯乙烯管，沿井壁外缘埋设。每层水平环管可按四角分为四个区，以便分别压气调整沉井倾斜。压气沉井所需的气压可取静水压力的2.5倍。与泥浆润滑套相比，壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。现认为在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土的粘性土中。 第七章几种特殊土地基上的基础工程特殊土定义：由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因，使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称。第一节湿陷性黄土地基一、湿陷性黄土的定义和分布湿陷性黄土的定义：凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低的，称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土的分布：在我国，它占黄土地区总面积的60%以上，约为40万km2，而且又多出现在地表浅层，如晚更新世（Q3）及全新世（Q4）新黄土或新堆积黄土是湿陷性黄土主要土层，主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部，其次是宁夏、青海、河北的一部分地区，新疆、山东、辽宁等地局部也有发现。二、黄土湿陷发生的原因和影响因素黄土湿陷的原因：（一）水的浸湿：由于管道（或水池）漏水、地面积水、生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件；而黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。（二）黄土的结构特征：季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒粘聚起来，而长期的干旱使土中水分不断蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力综合作用下，其结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。（三）物质成分：黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大，可把骨架颗粒包围起来，则结构致密。粘粒含量多，并且均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用。这些情况都会使湿陷性降低并使力学性质得到改善。反之，粒径大于0.05mm的颗粒增多，胶结物多呈薄膜状分布，骨架颗粒多数彼此直接接触，则结构疏松，强度降低而湿陷性增强。此外，黄土中的盐类，如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，但石膏及易溶盐的含量愈大时，湿陷性增强。此外，黄土的湿陷性还与孔隙比、含水量以及所受压力的大小有关。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小则湿陷性愈强。在天然孔隙比和含水量不变的情况下，随着压力的增大，黄土的湿陷量增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。 三、黄土湿陷性的判定和地基的评价（一）黄土湿陷性的判定图7-1在压力P下浸水压缩曲线黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数ds值来判定，湿陷系数ds为单位厚度的土层，由于浸水在规定压力下产生的湿陷量，它表示了土样所代表黄土层的湿陷程度。试验方法：ds可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度（图7-1），由式（7-1）求得土的湿陷系数ds（7-1）式中：h0——土样的原始高度(m)；hp——土样在无侧向膨胀条件下，在规定试验压力p的作用下，压缩稳定后的高度(m)；——对在压力p作用下的土样进行浸水，到达湿陷稳定后的土样高度(m)。湿陷性判定：我国《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25-90）按照国内各地经验采用ds=0.015作为湿陷性黄土的界限值，ds≥0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为ds<0.03为弱湿陷性黄土，0.030.07为强湿陷性黄土。（二）湿陷性黄土地基湿陷类型的划分定义：黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。划分：《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量Dzs来划分这两种湿陷类型的地基，Dzs(cm)按下式计算（7-2）式中：b0——根据我国建筑经验，因各地区土质而异的修正系数。对陇西地区可取1.5，陇东、陕北地区可取1.2，关中地区取0.7，其他地区（如山西、河北、河南等）取0.5；dzsi——第i层地基土样在压力值等于上覆土的饱和（Sg>85%）自重应力时，试验测定的自重湿陷系数(当饱和自重应力大于300kPa时，仍用300kPa)；hi——地基中第i层土的厚度(m)；n——计算总厚度内土层数。当Dzs>7cm时为自重湿陷性黄土地基，Dzs≤7cm时为非自重湿陷性黄土地基。用上式计算时，土层总厚度从基底算起，到全部湿陷性黄土层底面为止，其中dzs<0.015的土层（属于非自重湿陷性黄土层）不累计在内。 （三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定定义：湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿，发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和（总湿陷量）来衡量。《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基总湿陷量Ds（cm）用下式计算：（7-3）式中：dsi——第i层土的湿陷系数；hi——第i层土的厚度(cm)；b——考虑地基土浸水机率、侧向挤出条件等因素的修正系数，基底下5m（或压缩层）深度内取1.5；5m(或压缩层)以下，非自重湿陷性黄土地基b=0，自重湿陷性黄土地基可按式(7-2)b0取值。湿陷等级的判定：可根据地基总湿陷量Ds和计算自重湿陷量Dzs综合，按表7-1判定。湿陷性黄土地基的湿陷等级表7-1湿陷类型Dzs(cm)Ds(cm)非自重湿陷性地基自重湿陷性地基≤7735≤30Ⅰ(轻微)Ⅱ(中等)——3060——Ⅲ(严重)Ⅳ(很严重)四、湿陷性黄土地基的处理目的：改善土的性质和结构，减少土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生，部分或全部消除它的湿陷性。在明确地基湿陷性黄土层的厚度、湿陷性类型、等级等后，应结合建筑物的工程性质，施工条件和材料来源等，采取必要的措施，对地基进行处理，满足建筑物在安全、使用方面的要求。桥梁工程中，对较高的墩、台和超静定结构，应采用刚性扩大基础、桩基础或沉井等型式，并将基础底面设置到非湿陷性土层中；对一般结构的大中桥梁，重要的道路人工构造物，如属Ⅱ级非自重湿陷性地基或各级自重湿陷性黄土地基也应将基础置于非湿陷性黄土层或对全部湿陷性黄土层进行处理并加强结构措施；如属Ⅰ级非自重湿陷性黄土也应对全部湿陷性黄土层进行处理或加强结构措施。小桥涵及其附属工程和一般道路人工构造物视地基湿陷程度，可对全部湿陷性土层进行处理，也可消除地基的部分湿陷性或仅采取结构措施。结构措施是指结构形式尽可能采用简支梁等对不均匀沉降不敏感的结构；加大基础刚度使受力较均匀；对长度较大且体形复杂的建筑物，采用沉降缝将其分为若干独立单元。 按处理厚度可分为全部湿陷性黄土层处理和部分湿陷性黄土层处理，前者对于非自重湿陷性黄土地基，应自基底处理至非湿陷性土层顶面（或压缩层下限），或者以土层的湿陷起始压力来控制处理厚度；对于自重湿陷性黄土地基是指全部湿陷性黄土层的厚度。后者指处理基础底面以下适当深度的土层，因为该部分土层的湿陷量一般占总湿陷量的大部分。这样处理后，虽发生少部分湿陷也不致影响建筑物的安全和使用。处理厚度视建筑物类别，土的湿陷等级、厚度，基底压力大小而定，一般对非自重湿陷性黄土为1～3m，自重湿陷性黄土地基为2～5m。常用的处理湿陷性黄土地基的方法：（一）灰土或素土垫层将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖到预计深度，然后用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的粘性土）分层夯实回填，垫层厚度及尺寸计算方法同砂砾垫层，压力扩散角q对灰土用30°，对素土用22°。垫层厚度一般为1.0～3.0m。它施工简易，效果显著，是一种常用的地基浅层湿陷性处理或部分处理的方法。（二）重锤夯实及强夯法重锤夯实法能消除浅层的湿陷性，如用15kN～40kN的重锤，落高2.5～4.5m，在最佳含水量情况下，可消除在1.0～1.5m深度内土层的湿陷性。强夯法根据国内使用纪录，锤重100～200kN，自由落下高度10～20m锤击两遍，可消除4～6m范围内土层的湿陷性。两种方法均应事先在现场进行夯击试验，以确定为达到预期处理效果（一定深度内湿陷性的消除情况）所必需的夯点、锤击数、夯沉量等，以指导施工，保证质量。（三）石灰土或二灰（石灰与粉煤灰）挤密桩用打入桩、冲钻或爆扩等方法在土中成孔，然后用石灰土或将石灰与粉煤灰混合分层夯填桩孔而成（少数也有用素土），用挤密的方法破坏黄土地基的松散、大孔结构，达到消除或减轻地基的湿陷性。此方法适用于消除5～10m深度内地基土的湿陷性。（四）预浸水处理自重湿陷性黄土地基利用其自重湿陷的特性，可在建筑物修筑前，先将地基充分浸水，使其在自重作用下发生湿陷，然后再修筑。除以上的地基处理方法外，对既有桥涵等建筑物地基的湿陷也可考虑采用硅化法等加固地基五、湿陷性黄土地基的容许承载力和沉降计算湿陷性黄土地基容许承载力：可根据地基载荷试验、规范提出数据及当地经验数据确定。当地基土在水平方向物理力学性质较均匀，基础底面下5m深度内土的压缩性变化不显著时，可根据我国《公桥基规》确定其容许承载力。经灰土垫层（或素土垫层）、重锤夯实处理后地基土承载力应通过现场测试或根据当地建筑经验确定，其容许承载力一般不宜超过250kPa（素土垫层为200kPa）。垫层下如有软弱下卧层，也需验算其强度。对各种深层挤密桩、强夯等处理的地基，其承载力也应作静载荷试验来确定。沉降计算：应结合地基的各种具体情况进行，除考虑土层的压缩变形外，对进行消除全部湿陷性处理的地基，可不再计算湿陷量（但仍应计算下卧层的压缩变形）；对进行消除部分湿陷性处理的地基，应计算地基在处理后的剩余湿陷量；对仅进行结构处理或防水处理的湿陷性黄土地基应计算其全部湿陷量。压缩沉降及湿陷量之和如超过沉降容许值时，必须采取减少沉降量、湿陷量措施。第二节膨胀土地基 膨胀土的定义：按照我国《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112--87）中的定义，膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。膨胀土的分布范围：据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等20多个省、自治区、市均有膨胀土。国外也一样，如美国，50个州中有膨胀土的占40个州，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同程度的分布。目前膨胀土的工程问题，已成为世界性的研究课题。膨胀土的危害：使大量的轻型房屋发生开裂、倾斜，公路路基发生破坏，堤岸、路堑产生滑坡；在我国，据不完全统计，在膨胀土地区修建的各类工业与民用建筑物，因地基土胀缩变形而导致损坏或破坏的有1000万m2；我国过去修建的公路一般等级较低，膨胀土引起的工程问题不太突出，所以尚未引起广泛关注。然而，近年来由于高等级公路的兴建，在膨胀土地区新建的高等级公路，也出现了严重的病害，已引起了公路交通部门的重视。一、膨胀土的判别和膨胀土地基的胀缩等级（一）影响膨胀土胀缩特性的主要因素内在机制：主要是指矿物成分及微观结构两方面。实验证明，膨胀土含大量的活性粘土矿物，如蒙脱石和伊利石，尤其是蒙脱石，比表面积大，在低含水量时对水有巨大的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接决定着土的胀缩性质的大小。除了矿物成分因素外，这些矿物成分在空间上的联结状态也影响其胀缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知，面——面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式，这种结构比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。外界因素：是水对膨胀土的作用，或者更确切地说，水分的迁移是控制土胀、缩特性的关键外在因素。因为只有土中存在着可能产生水分迁移的梯度和进行水分迁移的途径，才有可能引起土的膨胀或收缩。（二）膨胀土的胀缩性指标1．自由膨胀率def将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值def称为自由膨胀率。（7-4）式中：Vo——干土样原有体积，即量土杯体积，ml；Vw——土样在水中膨胀稳定后的体积，由量筒刻度量出，ml。2．膨胀率dep与膨胀力Pe膨胀率表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比，表示为：（7-5）式中：hw——土样浸水膨胀稳定后的高度，mm；ho——土样的原始高度，mm。以各级压力下的膨胀率dep为纵坐标，压力p为横坐标，将试验结果绘制成p-dep 关系曲线，该曲线与横坐标的交点Pe称为试样的膨胀力，膨胀力表示原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。3．线缩率dsr与收缩系数ls膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率与收缩系数表示。线缩率dsr是指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比，表示为：（7-6）式中：ho——土样的原始高度，mm；hi——某含水量wi时的土样高度，mm。利用收缩曲线直线收缩段可求得收缩系数ls，其定义为：原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率的改变值，即：（7-7）式中：Dw——收缩过程中，直线变化阶段内，两点含水量之差，%；Ddsr——两点含水量之差对应的竖向线缩率之差，%。（三）膨胀土的判别《膨胀土规范》中规定，凡具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率def≥40%的土应判定为膨胀土。1．裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；2．多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；3．常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；4．建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。（四）膨胀土地基评价《膨胀土规范》规定以50kPa压力下测定的土的膨胀率，计算地基分级变形量，作为划分胀缩等级的标准，表7-2给出了膨胀土地基的胀、缩等级。膨胀土地基的胀缩等级表7-2地基分级变形量se/mm级别破坏程度15≤se＜35Ⅰ轻微35≤se＜70Ⅱ中等se≥70Ⅲ严重注：地基分级变形量Se应按公式（7-8）计算，式中膨胀率采用的压力应为50kPa。（五）膨胀土地基变形量计算在不同条件下可表现为3种不同的变形形态，即：上升型变形，下降型变形，和升降型变形。因此，膨胀土地基变形量计算应根据实际情况，可按下列3种情况分别计算：①当离地表1m处地基土的天然含水量等于或接近最小值时，或地面有覆盖且无蒸发可能时，以及建筑物在使用期间经常受水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算；②当离地表1m处地基土的天然含水量大于1.2倍塑限含水量时，或直接受高温作用的地基，可按收缩变形量计算；③ 其它情况下可按胀、缩变形量计算。地基变形量的计算方法仍采用分层总和法。下面分别将上述3种变形量计算方法介绍如下：1．地基土的膨胀变形量se（7-8）式中：ye——计算膨胀变形量的经验系数，宜根据当地经验确定，若无可依据经验时，3层及3层以下建筑物，可采用0.6；depi——基础底面下第i层土在该层土的平均自重应力与平均附加应力之和作用下的膨胀率，由室内试验确定，%；hi——第i层土的计算厚度，mm；n——自基础底面至计算深度zn内所划分的土层数（图7-6（a）），计算深度应根据大气影响深度确定；有浸水可能时，可按浸水影响深度确定。2．地基土的收缩变形量ss（7-9）式中：ys——计算收缩变形量的经验系数，宜根据当地经验确定。若无可依据经验时，3层及3层以下建筑物，可采用0.8；lsi——第i层土的收缩系数，应由室内试验确定；Dwi——地基土收缩过程中，第i层土可能发生的含水量变化的平均值（以小数表示）；n——自基础底面至计算深度内所划分的土层数。计算深度可取大气影响深度，当有热源影响时，应按热源影响深度确定。在计算深度时，各土层的含水量变化值Dwi（图7-6（b））应按下式计算：（7-10）（7-11）式中：w1,wp——地表下1m处土的天然含水量和塑限含水量（以小数表示）；yw——土的湿度系数；zi——第i层土的深度，m；zn——计算深度，可取大气影响深度，m。3．地基土的胀缩变形量s（7-12）式中：y——计算胀缩变形量的经验系数，可取0.7。二、膨胀土地基承载力膨胀土地基的承载力同一般地基土的承载力的区别 ：一是膨胀土在自然环境或人为因素等影响下，将产生显著的胀缩变形，二是膨胀土的强度具有显著的衰减性，地基承载力实际上是随若干因素而变动的。其中，尤其是地基膨胀土的湿度状态的变化。将明显地影响土的压缩性和承载力的改变。膨胀土基本承载力有以下特点：1．各个地区及不同成因类型膨胀土的基本承载力是不同的，而且差异性比较显著。2．与膨胀土强度衰减关系最密切的含水量因素，同样明显地影响着地基承载力的变化。其规律是：对同一地区的同类膨胀土而言，膨胀土的含水量愈低，地基承载力愈大；相反，膨胀土的含水量愈高，则地基承载力愈小。3．不同地区膨胀土的基本承载力与含水量的变化关系，在不同地区无论是变化数值或变化范围都不一样。综上所述，在确定膨胀土地基承载力时，应综合考虑以上诸多规律及其影响因素，通过现场膨胀土的原位测试资料，结合桥、涵地基的工作环境综合确定，在一般条件不具备的情况下，也可参考现有研究成果，初步选择合适的基本承载力，再进行必要的修正。三、膨胀土地区桥涵基础工程问题及设计与施工要点（一）膨胀土地基上的桥涵工程问题桥梁主体工程的变形损害，在膨胀土地区很少见到。然而在膨胀土地基上的桥梁附属工程，如桥台、护坡、桥的两端与填土路堤之间的结合部位等，各种工程问题存在比较普遍，变形病害也较严重。桥台不均匀下沉，护坡开裂破坏，桥台与路堤之间结合带不均匀下沉等等。有的普通公路桥受地基膨胀土胀缩变形影响严重者，不仅桥台与护坡严重变形、开裂、位移，甚至桥面也遭破坏，导致整座桥梁废弃，公路行车中断。涵洞因基础埋置深度较浅，自重荷载又较小，一方面直接受地基土胀缩变形影响，另一方面还受洞顶回填膨胀土不均匀沉降与膨胀压力的影响，故变形破坏比较普遍。（二）膨胀土地基上桥涵基础工程设计与施工应采取的措施1．换土垫层在较强或强膨胀性土层出露较浅的建筑场地，可采用非膨胀性的粘性土、砂石、灰土等置换膨胀土，以减少可膨胀的土层，达到减少地基胀缩变形量的目的。2．合理选择基础埋置深度桥涵基础埋置深度应根据膨胀土地区的气候特征，大气风化作用的影响深度，并结合膨胀土的胀缩特性确定。一般情况下，基础应埋置在大气风化作用影响深度以下。当以基础埋深为主要防治措施时，基础埋深还可适当增大。3．石灰灌浆加固在膨胀土中掺入一定量的石灰能有效提高土的强度，增加土中湿度的稳定性，减少膨胀势。工程上可采用压力灌浆的办法将石灰浆液灌注入膨胀土的裂隙中起加固作用。4．合理选用基础类型桥涵设计应合理选择有利于克服膨胀土胀缩变形的基础类型。当大气影响深度较深，膨胀土层厚，选用地基加固或墩式基础施工有困难或不经济时，可选用桩基。这种情况下，桩尖应锚固在非膨胀土层或伸入大气影响急剧层以下的土层中。具体桩基设计应满足《膨胀土规范》的要求。5．合理选择施工方法 在膨胀土地基上进行基础施工时，宜采用分段快速作业法，特别应防止基坑暴晒开裂与基坑浸水膨胀软化。因此，雨季应采取防水措施，最好在旱季施工，基坑随挖随砌基础，同时做好地表排水等。第三节冻土地区基础工程冻土的定义：温度为0℃或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。冻土的分类：根据冻土冻结延续时间可分为季节性冻土和多年冻土两大类，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线；土层冻结延续时间在三年或三年以上称为多年冻土。冻土的分布：季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性冻结层厚0.5m以上的主要分布地区；多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大地区，青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区，其厚度从不足一米到几十米。一、季节性冻土基础工程（一）季节性冻土按冻胀性的分类土的冻胀由于侧向和下面有土体的约束，主要反映在体积向上的增量上（隆胀），季节性冻土地区建筑物的破坏很多是由于地基土冻胀造成的。对季节性冻土按冻胀变形量大小结合对建筑物的危害程度分为五类，以野外冻胀观测得出的冻胀系数Kd为分类标准Ⅰ类不冻胀土：Kd＜1%，冻结时基本无水分迁移，冻胀变形很小，对各种浅埋基础无任何危害。Ⅱ类弱冻胀土：1%＜Kd≤3.5%，冻结时水分迁移很少，地表无明显冻胀隆起，对一般浅埋基础也无危害。Ⅲ类冻胀土：3.5%＜Kd≤6%，冻结时水分有较多迁移，形成冰夹层，如建筑物自重轻、基础埋置过浅，会产生较大的冻胀变形，冻深大时会由于切向冻胀力而使基础上拔。Ⅳ类强冻胀土，6%＜Kd≤13％，冻结时水分大量迁移，形成较厚冰夹层，冻胀严重，即使基础埋深超过冻结线，也可能由于切向冻胀力而上拔。Ⅴ类特强冻胀土Kd＞13％，冻胀量很大，是使桥梁基础冻胀上拔破坏的主要原因。式中：Dh——地面最大冻胀量（m）；Zo——最大冻结深度（m）。（二）考虑地基土冻胀影响桥涵基础最小理置深度的确定基底最小埋置深度h(m)可用下式表达（7-13）上部结构为超静定结构时，除Ⅰ类不冻胀土外，基底埋深应在冻结线以下不小于0.25m。当建筑物基底设置在不冻胀土层中时，基底埋深可不考虑冻结问题。（三）刚性扩大基础及桩基础抗冻拔稳定性的验算 按上述原则确定基础埋置深度后，基底法向冻胀力由于允许冻胀变形而基本消失。考虑基础侧面切向冻胀力的抗冻拔稳定性按下式计算。（7-14）在冻结深度较大地区，小桥涵扩大基础或桩基础的地基土为Ⅲ～Ⅴ类冻胀性土时，由于上部恒重较小，当基础较浅时常会因周围土冻胀而被上拔，使桥涵遭到破坏。基桩的入土长度往往由在冻结线以下抗冻拔需要的锚固长度控制。为了保证安全，以上计算中基础重力在冻土和暖土部分均不再考虑。（四）基础薄弱截面的强度验算当切向冻胀力较大时，应验算基桩在未（少）配筋处抗拉断的能力。（7-16）式中：P——验算截面拉力（kN）；W1——验算截面以上基桩重力（kN）；F1——验算截面以上基桩在暖土部分阻力（kN）计算方法同式（7-14）中QT。其余符号意义同前。（五）防冻胀措施目前多从减少冻胀力和改善周围冻土的冻胀性来防治冻胀。1．基础四侧换土，采用较纯净的砂、砂砾石等粗颗粒土换填基础四周冻土，填土夯实；2．改善基础侧表面平滑度，基础必须浇筑密实，具有平滑表面。基础侧面在冻土范围内还可用工业凡土林、渣油等涂刷以减少切向冻胀力。对桩基础也可用混凝土套管来减除切向冻胀力。3．选用抗冻胀性基础改变基础断面形状，利用冻胀反力的自锚作用增加基础抗冻拔的能力。二、多年冻土地区基础工程（一）多年冻土按其融沉性的等级划分多年冻土的融沉性是评价其工程性质的重要指标，可用融化下沉系数A作为分级的直接控制指标。（7-17）式中：hm——季节融化层冻土试样冻结时的高度（m）（季冻层土质与其下多年冻土相同）；hT——季节融化层冻土试样融化后（侧限条件下）的高度（m）。Ⅰ级（不融沉）：A小于1%，是仅次于岩石的地基土，在其上修筑建筑物时可不考虑冻融问题。Ⅱ级（弱融沉）：1%≤A＜5%，是多年冻土中较好的地基土，可直接作为建筑物的地基，当控制基底最大融化深度在3m以内时，建筑物不会遭受明显融沉破坏。Ⅲ级（融沉）：5%≤A＜10%，具有较大的融化下沉量而且冬季回冻时有较大冻胀量。作为地基的一般基底融深不得大于1m，并采取专门措施，如深基、保温防止基底融化等。Ⅳ级（强融沉）：10%≤A＜25%，融化下沉量很大，因此施工、运营时内不允许地基发生融化，设计时应保持冻土不融或采用桩基础。Ⅴ级（融陷）：A≥25%，为含土冰层，融化后呈流动、饱和状态，不能直接作地基，应进行专门处理。 （二）多年冻土地基设计原则多年冻土地区的地基，应根据冻土的稳定状态和修筑建筑物后地基地温、冻深等可能发生的变化，分别采取两种原则设计，即保持冻结原则和容许融化原则。（三）多年冻土地基容许承载力的确定决定多年冻土承载力的主要因素有粒度成分，含水（冰）量和地温，具体的确定方法可用如下几种：1．根据规范推荐值确定2．理论公式计算理论上可通过临塑荷载pcr(kPa)和极限荷载pu(kPa)确定冻土容许承载力，计算公式形式较多，可参考下式计算：（7-18）式中：cs——冻土的长期粘聚力（kPa），应由试验求得；g2h——基底埋置深度以上土的自重压力（kPa）；pcr可以直接作为冻土的容许承载力，而pu应除以安全系数1.5～2.0。此外也可通过现场荷载试验（考虑地基强度随荷载作用时间而降低的规律），调查观测地质、水文、植被条件等基本相同的邻近建筑物等方法来确定。（四）多年冻土融沉计算冻土地基总融沉量由两部分组成，一是冻土解冻后冰融化体积缩小和部分水在融化过程中被挤出，土粒重新排列所产生下沉量；一是融化完成后，在土自重和恒载作用下产生的压缩下沉。最终沉降量S(m)计算如下：（7-19）式中：Ai——第i层冻土融化系数，见式（7-17）；hi——第i层冻土厚度（m）；ai——第i层冻土压缩系数（1/kPa）由试验确定；sci——第i层冻土中点处自重应力（kPa）；spi——第i层冻土中点处建筑物恒载附加应力（kPa）。（五）多年冻土地基基桩承载力的确定采取保持冻结原则时，多年冻土地基基桩轴向容许承载力由季节融土层的摩阻力F1（冬季则变成切向冻胀力），多年冻土层内桩侧冻结力F2和桩尖反力R三部分组成。其中桩与桩侧土的冻结力是承载力的主要部分。除通过试桩的静载试验外，单桩轴向容许承载力[P]（kN）可由下式计算（7-20）（六）多年冻土地区基础抗拔验算多年冻土地区，当季节融化层为冻胀土或强冻胀土时，扩大基础（或基桩）冻拔稳定验算： （7-21）（七）防融沉措施1．换填基底土对采用融化原则的基底土可换填碎、卵、砾石或粗砂等，换填深度可到季节融化深度或到受压层深度。2．选择好施工季节采用保持冻结原则时基础宜在冬季施工，采用融化原则时，最好在夏季施工。3．选择好基础型式对融沉、强融沉土宜用轻型墩台，适当增大基底面积，减少压应力，或结合具体情况，加深基础埋置深度。4．注意隔热措施采取保持冻结原则时施工中注意保护地表上覆盖植被，或以保温性能较好的材料铺盖地表，减少热渗入量。施工和养护中，保证建筑物周围排水通畅，防止地表水灌入基坑内。如抗冻胀稳定性不够，可在季节融化层范围内，按前介绍的防冻胀措施第1、2条处理。第四节地震区的基础工程一、地基与基础的震害（一）地基土的液化地震时地基土的液化是指地面以下，一定深度范围内（一般指20m）的饱和粉细砂土、亚砂土层，在地震过程中出现软化、稀释、失去承载力而形成类似液体性状的现象。它使地面下沉，土坡滑坍，地基失效、失稳，天然地基和摩擦桩上的建筑物大量下沉、倾斜、水平位移等损害。（二）地基与基础的震沉，边坡的滑坍以及地裂软弱粘性土和松散砂土地基，在地震作用下，结构被扰动，强度降低，产生附加的沉陷（土层的液化也会引起地基的沉陷），且往往是不均匀的沉陷，使建筑物遭到破坏；陡峻山区土坡，层理倾斜或有软弱夹层等不稳定的边坡、岸坡等，在地震时由于附加水平力的作用或土层强度的降低而发生滑动（有时规模较大），会导致修筑在其上或邻近的建筑物遭到损坏；构造地震发生时地面常出现与地下断裂带走向基本一致的呈带状的地裂带。地裂带一般在土质松软区、故河道、河堤岸边、陡坡、半填半挖处较易出现，它大小不一，有时长达几十公里，对建筑物常造成破坏和患害。（三）基础的其他震害在较大的地震作用下，基础也常因其本身强度、稳定性不足抗衡附加的地震作用力而发生断裂、折损，倾斜等损坏。刚性扩大基础如埋置深度较浅时，会在地震水平力作用下发生移动或倾覆。基础、承台与墩、台身联结处也是抗震的薄弱处，由于断面改变、应力集中使混凝土发生断裂。二、基础工程抗震设计（一）基础工程抗震设计的基本要求 结合目前抗震工程的技术发展水平和公路的特点，建筑物发生基本烈度的地震时，按不受任何损坏的原则进行设计，在经济上是不合理的，在技术上也常是不可行的。因此，公路建筑物的基础工程抗震设计的基本要求应与整个建筑物一致，《公路抗震规》根据建筑物所属公路等级和所处地质条件，要求发生相当基本裂度地震时，建筑物位于一般地段的高速公路和一级公路，经一般整修即可正常使用；位于一般地段的二级公路及位于软弱粘性土层或液化土层上的高速公路和一级公路建筑物经短期抢修即可恢复使用；三四级公路工程和位于抗震危险地段的软弱粘性土层或液化土层上的二级公路以及位于抗震危险地段的高速公路和一级公路应保证桥梁、隧道及重要的构造物不发生严重破坏。（二）选择对抗震有利的场地和地基我国公路抗震工程中，将场地土（建筑物所在地的土层）分为四类：Ⅰ类场地土：岩石，紧密的碎石土。Ⅱ类场地土：中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；[s0]＞250kPa的粘性土。Ⅲ类场地土：松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂，[s0]≤250kPa的粘性土。Ⅳ类场地土：淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘性土；[s0]＜130kPa的填土。对于多层土，当建筑物位于Ⅰ类土时，即属于Ⅰ类场地土；位于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类土上时，则按建筑物所在地表以下20m范围内的土层综合评定。Ⅰ类场地土及开阔平坦、均匀的Ⅱ类场地土对抗震有利，应尽量利用；Ⅳ类场地土、软土、可液化土以及地基土层在平面分布上强弱不匀，非岩质的陡坡边缘等处一般震害较严重，河床下基岩向河槽倾斜较甚，并被切割成槽处，地基下有暗河、溶洞等地段以及前述抗震危险地段都应注意避开。选择有利的工程地质条件，有利抗震地段布置建筑物可以减轻甚至避免地基、基础的震害，也能使地震反应减少，是提高建筑物抗震效果的重要措施。（三）地基、基础抗震强度和稳定性的验算目前我国各桥梁抗震规范，对基本烈度为7、8、9度地区，在地震荷载计算中与世界各国发展趋势基本一致：对各种上部结构的桥墩、基础采用考虑地基和建筑物动力特性的反应谱理论；而对刚度大的建筑物和挡土墙、桥台采用静力设计理论；对跨度大（如超过150m）墩高大（如超过30m）或结构复杂的特大桥及烈度更高地区则建议用精确的方法（如时程反映分析法等）。1．桥墩基础地震荷载的计算（用反应谱理论计算），反应谱理论是以大量的强震水平加速度纪录为基础，经过动力计算和数理统计分析，按照建筑物作为单质点振动体系，在一定的阻尼比条件下，其自振周期与它发生的平均最大水平加速度反应的函数的关系，用曲线表示的图谱——加速度反应谱，以此作为建筑物地震反应计算荷载的依据。2．桥台、挡墙基础地震荷载的计算（用静力理论计算）静力理论出发点是认为建筑物为刚性，地震时不变形，各部分受到的地震水平加速度与地面相同，也不考虑不同场地土对地震反应的影响。（1）桥台基础地震荷载的计算桥台重力的水平地震荷载QEa（kN），可用下式计算（作用于台身重心处）：（7-22）式中：Gau——基础顶面以上台身重力（kN），计算设有固定支座梁桥桥台基础时，应计入一孔梁的重力。（2）挡墙地震荷载的计算 为了弥补静力理论对高度较大的挡墙在计算地震荷载中的不足，《公路抗震规》采用了地震反应沿墙高增大分布系数yiw，挡墙第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载QiEW（kN）按下式计算：（7-23）式中：Cz——综合影响系数，取Cz=0.25；yiw——水平地震荷载沿墙高的分布系数，在高速公路、一、二级公路当墙高H＞12（m）时，为验算第i截面以上墙身重心到墙底的高度，如图7-15所示。其他情况，；Giw——第i截面以上，墙身圬工的重力（kN）；其他符号意义同前。3．墩、台、挡墙基础抗震强度及稳定性的验算桥梁墩、台、挡墙基础按以上方法计算得到水平地震荷载后，即可根据一般静力学方法，按规定的荷载组合进行地基、基础的抗震强度和稳定性的验算。三、基础工程的抗震措施对建筑物及基础采取有针对性的抗震措施，在抗震工程中也是十分重要的，而且往往能取得“事半功倍”的效果。下面介绍基础工程常用的抗震措施。（一）对松软地基及可液化土地基1．改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能对松软可液化土层位较浅，厚度不大的可采用挖除换土，用砂垫层等浅层处理，此法较适用于小型建筑物。否则应考虑采用砂桩、碎石桩、振冲碎石桩、深层搅拌桩等将地基加固，地基加固范围应适当扩大到基础之外。2．采用桩基础、沉井基础等采用各种型式深基础，穿越松软或可液化土层，基础伸入稳定土层足够的深度。3．减轻荷载、加大基础底面积减轻建筑物重力，加大基础底面积以减少地基压力对松软地基抗震是有利的。增加基础及上部结构刚度常是防御震沉的有效措施。（二）对地震时不稳定（可能滑动）的河岸地段在此类地段修筑大、中桥墩台时应适当增加桥长，注重桥跨布置等将基础置于稳定土层上并避开河岸的滑动影响。小桥可在两墩台基础间设置支撑梁或用片块石满床铺砌，以提高基础抗位移能力。挡墙也应将基础置于稳定地基上，并在计算中考虑失稳土体的侧压力（三）基础本身的抗震措施地震区基础一般均应在结构上采取抗震措施。圬工墩台、挡墙与基础的联结部位，由于截面发生突变，容易震坏，应根据情况采取预埋抗剪钢筋等措施提高其抗剪能力。桩柱与承台、盖梁联结处也易遭震害，在基本烈度8度以上地区宜将基桩与承台联结处做成2∶1或3∶1 的喇叭渐变形，或在该处适当增加配筋；桩基础宜做成低桩承台，发挥承台侧面土的抗震能力；柱式墩台、排架式桩墩在与盖梁、承台（基础）联结处的配筋不应少于桩柱身的最大配筋；桩柱主筋应伸入盖梁并与梁主筋焊（搭）接；柱式墩台、排架式桩墩均应加密构件与基础联结处及构件本身的箍筋，以改善构件延性，提高其抗震能力，桩基础的箍筋加密区域应从地面或一般冲刷以上1倍桩径处往下延伸到桩身最大弯矩以下3倍桩径处。'