地基处理与桩基工程(II)

'2地基处理与桩基工程本章掌握的内容：1、掌握地基加固原理和拟定加固方案的原则；2、掌握锤击法的施工工艺，桩锤的选择，打桩顺序与土质和桩距的关系，产生桩锤回跃、贯入度变化和浮桩的原因，保证质量的技术措施。3、掌握灌注桩的施工工艺、施工要点和易产生质量事故的原因与预防、处理的方法。本章了解的内容：1、了解地基加固的基本方法。2、了解钢筋混凝土预制桩的构造，静力沉桩、振动沉桩和射水沉桩的施工方法。 2.1地基加固方法2.1.1地基加固原理1、目的：改善地基性质，提高承载力、增加稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。2、适用：工程结构的荷载较大，地基土质又为软弱土（强度不大或压缩性大），不能作为天然地基时，可采取人工方法加固处理地基。3、原理：将土质由松变实，将土的含水量由高变低，减少地基土孔隙比。4、方法：机械碾压法、重锤夯实法、挤密桩法、化学加固法、预压固结法、深层搅拌法。5、减少建筑物不均匀沉降的建筑、结构和施工措施：（1）改变建筑体形，简化建筑平面；（2）调整荷载差异；（3）合理设置沉降缝 沉降缝的位置：①地基不同土层的交接处，或地基同一土层厚薄不一处；②建筑平面的转角处；③荷载或高度差异处；④建筑结构或基础类型不同处；⑤分期建筑的交界处；⑥局部地下室的边缘；⑦过长房屋的适当部位。 （4）采用轻型结构、柔性结构。（5）加强房屋的整体刚度；增加圈梁；减少房屋的长高比；采用筏式基础、筏片基础、箱形基础等。（6）对基础进行移轴处理，当偏心荷载较大时，可使基础轴线偏离柱的轴线。（7）施工中正确安排施工顺序和施工进度，如对相邻建筑，应先施工重、高（即荷载重、高度大）的建筑，后施工轻、低（即荷载轻、高度低）的建筑；对软土地基一贯放慢施工速度。 2.1.2地基加固方法方法：挖、填、换、夯、压、挤、拌1、挖：挖去软土层，基础埋置在承载力大的土层（基岩或硬土层），适用于软土层较薄的地基。2、填：软土层上回填一层一定厚度的好土，适用于软土层较厚的土层。3、换：挖去软土层换上垫层（按一定配合比的垫层材料）。适用于软土层较厚。4、夯：利用打夯工具或机具，夯击地基土，减少土体的孔隙，提高土体的密实度和承载力。适用于粘性土和人工填土。5、压：重物或机具碾压，使土体压实固结或采用预压固结。6、挤：用带桩靴的工具或桩管打入土中，挤压土层形成桩孔，然后拔出桩管，再在桩孔中灌入砂土或石灰、素土、灰土、粉煤灰等填充材料进行捣实，或者随着填充料的灌入逐渐拔出桩管。适用于加固软弱土层。7、拌：旋喷法或深层搅拌法加固地基，利用高压射流切削土层，旋喷浆液（水泥浆、水玻璃、丙凝等），搅拌浆土，使浆液与土层混合，凝结成坚硬的柱体或土壁。 2.2桩基施工1、定义：桩基础是一种常用的深基础形式，它是由桩和桩顶的承台组成。2、分类：1）按桩的受力：摩擦桩和端承桩摩擦桩：摩擦桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端的端阻力共同承担。端承桩：端承桩上的荷载由桩端的端阻力承担。2）按桩的施工方法：预制桩和灌注桩预制桩：在工厂或现场制成的各种材料和类型的桩（钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩或型钢桩等）。用沉桩设备将桩打入、压入、旋入或振入土中。灌注桩：在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。 2.2.1钢筋混凝土预制桩锤击法施工1、种类：实心方桩和管桩实心方桩：断面尺寸为200㎜×200㎜～500㎜×500㎜，L=36m。管桩：管桩外径400～600㎜的空心圆柱形截面，在工厂采用离心法制成。2、接桩方法：焊接、法兰盘连接和硫磺胶泥粘结2.2.1.1桩的预制、起吊、运输和堆放1、预制场地：工厂或施工现场，强度满足桩的重量要求，地基土不变形工厂：桩长L≤12m，现场：桩长L≤36m2、制作方法：并列法、间隔法、重叠法和翻模法，常见的重叠法重叠法：重叠层数不宜超过4层，层与层之间应涂刷隔离剂，上层桩或邻近桩的灌筑，应在下层桩或邻近桩混凝土达到设计强度等级的30%以后方可进行。 3、起吊、运输和打桩1）时间：当桩的混凝土达到设计强度等级的70%，方可起吊，达到100%方可运输和打桩。2）吊点位置：必须满足设计要求和吊桩弯矩最小的原则。（如图2.4）4、堆放：合理布置，避免二次搬运。堆放时，场地平整坚实，下设垫木，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。 2.2.1.2打桩设备打桩设备包括：桩锤、桩架和动力装置（1）桩锤种类：落锤、气锤、柴油锤和液压锤,目前常用的是：柴油锤锤重：0.5t～10t桩锤选择：用锤击法沉桩时，选择桩锤是关键。桩锤的选择应先根据施工条件确定桩锤的类型，然后再决定锤重。要求锤重应有足够的冲击能,锤重应大于或等于桩重,当锤重大于桩重的1.5～2倍时，效果最好，重锤轻击（2）桩架：多功能桩架和履带式桩架(图2.8和2.9)（3）动力装置:取决于桩锤 2.2.1.3打桩施工1、准备工作：清除施工现场和地下障碍物；平整施工场地；定位放线；设置供水、供电系统；安放桩架。2、基桩点：桩基轴线的定位点（基桩点），应设置在不受打桩影响的地点，并用混凝土加以保护，打桩地区附近需设置不少于2个水准点。3、施工放线：桩的轴线以及桩的位置点4、打桩时应注意：（1）打桩顺序：一般为由一侧向单一方向打、自中间向两个方向对称打、自中间向四周打（图2.10）（2）打桩方法：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%。在桩锤与桩帽之间应加弹性衬垫。打桩时最大落距不宜大于1m。打桩时应有记录，以便工程验收。记下桩位、编号、锤击数、最后三阵的贯入度。 （3）打桩的质量控制①检查内容：最后贯入度和沉桩标高是否满足设计要求，桩顶、桩身质量以及对周围环境的影响。②偏差：垂直控制在1%，平面位置偏差，单排桩不大于100㎜，多排桩一般为1/2～1个桩的直径或边长。③桩长控制（入土深度）：承受轴向荷载的摩擦桩的入土深度控制，应以标高为主，而以最后贯入度（施工中一般采用最后三阵，每阵十击的平均深度作为标准）作为参考。端承桩的入土深度应以最后贯入度控制为主，而以标高作为参考。实际和施工中的控制贯入度应以合格的试桩数据为准。④打桩时桩顶过分破碎或桩身严重裂缝，应立即暂停，待采取相应的技术措施后，方可继续施打。⑤打桩时，引起桩区及附近地区的土体隆起和水平位移（桩位偏移），而产生浮桩现象，必须采取措施对浮桩纠正处理后进行静载荷试验。⑥打桩时，在已有建筑群中施工，打桩回引起地下管线、地面交通道路和建筑物的损坏和不安全。因此，在邻近建筑物打桩时，应采取适当措施，如挖防震沟，砂井排水。采用钻孔桩或控制打桩速度等。 2.2.2静力压桩、振动沉桩、射水沉桩1、静力压桩：利用无振动、无噪音的静压力将桩压入土中，用于软弱土层和严防振动的情况。如图2.11所示。2、振动沉桩：利用振动桩锤，将桩与振动桩锤刚接在一起。振动桩锤产生的振动力通过桩身使土体振动，土体的内摩擦角减小，强度降低而将桩沉入土中。适用于砂土中。3、射水沉桩：利用高压水流经过桩侧面或空心桩内部的射水管冲击桩尖附近的土层，便于锤击，是锤击沉桩的辅助方法。适用于砂土和碎石土。 2.2.3混凝土灌注桩施工1、定义：直接在桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。2、分类（根据成孔工艺）：干作业成孔灌注桩、泥浆护壁灌注桩、套管成孔灌注桩、爆扩成孔灌注桩和挖孔桩。2.2.3.1干作业成孔灌注桩1、定义：采用螺旋钻机在地面成孔位置，向地面以下钻孔，清孔，放置钢筋笼，后浇筑混凝土（图2.13）。2、适用范围：地下水位较低、在成孔深度内无地下水和不允许有振动地区。3、质量控制：孔底沉渣厚度,对以摩擦力为主的桩不大于300㎜，对以端承力为主的桩不大于100㎜。 2.2.3.2泥浆护壁成孔灌注桩1、定义：用钻机在桩位成孔时利用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔。2、适用范围：地下水位高低都适用3、质量控制：桩底沉渣厚度和垂直度2.2.3.3套管成孔灌注桩1、定义：利用锤击打桩法，将带有钢筋混凝土桩靴或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后灌注混凝土并拔管而成。若配有钢筋时，在规定标高处应吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩、拔管时称之为锤击灌注桩；利用振动沉管、拔管时，称之为振动灌注桩。图2.16为沉管灌注桩施工过程示意图。 2、质量控制：1）原材料：水泥、钢筋和钢筋笼的焊接质量、砂石材料的复试试验。2）混凝土配合比和计量。3）成管灌注桩的锤击数、最后三阵的贯入度满足设计要求。4）桩的垂直度以及桩位。5）标高。6）拔桩速度：拔管均匀，对一般土层，拔管速度控制在1m/min为宜；在软土层和软土层与硬土层的交界处，应控制在0.8m/min.7)跳打：桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，应跳打，中间空出的桩须待邻桩混凝土强度达到设计强度的50%以后，方可施打。3、复打：（1）目的：提高桩的质量和承载力（2）施工顺序：在第一次桩施工完毕，拔出套管后，清除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位再预埋桩靴或合好活瓣第二次复打沉套管，使未凝固的混凝土向四周挤压扩大桩径，然后再浇筑第二次混凝土。 4、套管成孔灌注桩易产生的质量问题及处理1）断桩（1）现象：断桩一般常见于1～3m的不同软硬层交接处。（2）原因：①桩距过小，临近施打时土的挤压所产生的水平横向推力和隆起上拔力的影响。②软硬土层间传递水平力大小不同，对桩产生剪应力。③桩身混凝土终凝不久，强度底，承受不了外力。（3）避免断桩措施：①桩的中心距大于等于3.5倍桩径。②考虑打桩顺序及桩架行走路线时，应注意减少对新打桩的影响。③采用跳打法或控制时间法以减少对临桩的影响。（4)断桩检查：①在2～3m深度内可用木锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振。②动测法（低应变或小应变），由波形曲线和频波曲线图形判断桩的质量和完整程度。 （5）断桩处理：①断桩深度较浅（一般4m以内），断桩拔出，将孔清理干净，略增大面积或加上铁箍连接，在重新浇筑混凝土补做桩身。②断桩深度较深（一般4m以上），补桩。2）缩颈(1)现象：缩颈的桩又称瓶颈桩，部分桩颈缩小。(2)原因：在含水量较大的粘性土中沉管时，土体受到强烈扰动和挤压，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后，这种水压力作用在新灌注的混凝土桩上，使桩身发生不同程度的缩颈现象；拔管过快，混凝土量少或和易性差，使混凝土出管时扩散差等。(3)缩颈情况：地基中的地下水较高。(4)处理方法：采用复打法处理。 3）吊脚桩（1）现象：桩底部混凝土隔空或混凝土中混进泥砂而形成松软层。（2）原因：桩靴强度不够，沉管时被破坏变形，水或泥砂进入桩管，或活瓣未及时打开。（3）处理方法：将桩管拔出，纠正桩靴或将砂回填桩孔后重新沉管。4）桩靴进水进泥（1）现象：在地下水高或饱和淤泥或粉砂层中，发生的桩靴进水进泥现象。（2）原因：桩靴活瓣闭合不严、预制桩靴被打坏或活瓣变形。（3）处理方法：拔出桩管，清除泥浆，整修桩靴活瓣，用砂回填后重打。地下水位高时，可待桩管沉至地下水位时，先灌入0.5m厚的水泥砂浆作封底，再灌入1m高的混凝土增压，然后再继续沉管。 2.2.3.4爆扩成孔灌注桩1、定义：用钻孔爆扩成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形成扩大头。再放置钢筋笼，浇筑桩身混凝土制成的桩。2、适用：粘土层中，但在软土及砂土层中不易成型，桩长一般为3～6m，最大不超过10m。扩大头直径D为2.5～3.5d。 2.2.3.5挖孔灌注桩1、定义：用人工挖土成孔或机械钻孔，灌注混凝土而成的桩。当需要扩大孔底的断面尺寸时，称之为挖孔扩底灌注桩。2、几何尺寸：直径一般为800～2000㎜，最大直径可达3500㎜；桩长一般20m左右，最深可达40m。3、安全措施：要有预防孔壁坍塌和产生流砂、管涌的措施，有可靠的排水、通风、照明措施。4、预防孔壁坍塌措施：采用现浇混凝土护圈、钢套管和沉井。5、施工方法：现浇混凝土护圈挖孔桩采用分段（每段为1m），分段浇筑护圈混凝土（或采用预制）直至设计深度后，在将钢筋骨架放入护圈井筒内，然后浇筑井筒桩身混凝土。 '