2地基处理与桩基工程PPT课件

'2地基处理与桩基工程 2.1基坑验槽2.2地基加固处理2.3桩基础施工2.4地下连续墙2.5沉井法施工2.6墩式基础施工2地基处理与桩基工程 2.1基坑验槽基坑验槽观察验槽钎探验槽土质、颜色、坚硬度、含水量、有无空穴布置钎探点→准备锤和钢钎→钎探→填写钎探记录→分析处理→钎孔填实五方责任主体参与内容步骤 2.2地基加固处理2.2.1地基加固的原理2.2.2地基加固的方法 基础的类型浅基础深基础施工简便，造价低；利用较好的深层土层来承受上部荷载，或利用深基础四周的摩擦力来共同承受上部荷载。承载力高、变形小、稳定性好。施工技术复杂，工期长，造价高。2.2地基加固处理 2.2地基加固处理“与其说土力学是一门技术，不如说它是一门艺术。”—太沙基“有效处理基础工程的唯一方法，在于首先找出以前有过的类似性质的工程中曾发生的问题，其次查明工程地点的土质类型，最后查清某种施工方法为何导致某种结果，通过系统的知识积累，将经验数据加以仔细的表达和确定，那么基础工程就可发展成为半经验的科学”——太沙基 2.2.1地基加固的原理地基加固的原理：将土质由松变实，将土的含水量由高变低。地基加固的目的：1.提高地基抗剪强度2.降低地基的压缩性3.改善地基的透水性4.改善地基的动力特性5.改善特殊土的不良特性 挖压地基加固的方法填换夯拌挤2.2.2地基加固的方法强夯夯机预压固结碾压柔性桩化学加固 挖：挖去表层软土层，以基岩或承载力大的土层为持力层。2.2.2地基加固的方法填：当软土层较厚，可在软土层表面回填一层承载力高、稳定性好的土，以提高地基承载力，减小软土层的沉压力。 换填：以承载力高、稳定性好的土换填不良土。2.2.2地基加固的方法换填的作用：1.提高承载能力；2.减小沉降量；3.加速软土排水固结；4.防止冻胀；5.消除膨胀土的胀缩作用；换填的类型：砂、砂石、碎石、素土、灰土、干渣、粉煤灰 强夯法：将几十吨的重锤，从几十米的高处自由落下，对土进行强力夯实。2.2.2地基加固的方法强夯加固机理：动力密实；动力固结；动力置换； 排水固结(预压固结法）：在地基中设置砂井(或塑料排水板）等竖向排水体；然后进行加载预压，或利用建（构）筑物自身重量分级加载，使土体中的空隙水排除，逐渐固结，地基沉降，强度提高；2.2.2地基加固的方法排水固结类型：堆载预压；真空预压；堆载和真空联合预压 2.2.2地基加固的方法挤密法：是以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔内填入砂、石、土（或灰土、二灰）、石灰或其他材料，再加以振实而成直径较大桩体的方法。挤密桩的类型:碎（砂）石桩;石灰桩;水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩) 2.2.2地基加固的方法碎（砂）石桩加固原理：对松散砂土：挤密作用；排水减压作用；砂基预震效应；对粘性土：置换；排水固结；垫层；碎（砂）石桩：用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石或砂压入孔中，形成较大直径的密实桩体。 2.2.2地基加固的方法优点：工艺简单、水泥用量少；受力特性与水泥搅拌桩类似。CFG桩：在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合制成的一种具有一定粘结强度的桩；CFG桩加固机理：1、桩体作用2、挤密作用3、褥垫层作用①保证桩、土共同承担荷载；②减少基础底面的应力集中；③褥垫厚度可以调整桩土荷载比； 化学加固的类型：灌浆法；水泥土搅拌法（水泥浆搅拌；粉体喷射搅拌）；高压喷射注浆2.2.2地基加固的方法化学加固：用水泥浆、粘土浆或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，改善地基土的物理、力学性能的地基处理方法； 化学加固—灌浆法 化学加固—水泥土搅拌法 化学加固—高压喷射注浆 化学加固—高压喷射注浆 化学加固—高压喷射注浆的用途 2.3.1钢筋混凝土预制桩锤击法施工2.3.2静力压桩、振动沉桩、射水沉桩2.3.3混凝土和钢筋混凝土灌注桩施工2.3桩基础施工 桩基础特点：可省去大量土方、支撑、排水、降水设施，经济性好。2.3桩基础施工桩基础组成:桩和桩顶平台 受力情况材料施工方法桩基础的类别端承桩摩擦桩木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土管桩、钢桩预制桩灌注桩穿过软土层达到岩层或坚硬土层的桩，荷载主要由桩端阻力承受。荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受。2.3桩基础施工 2.3.1钢筋混凝土预制桩锤击法施工2.3.1.1桩的预制、起吊、运输和堆放2.3.1.2打桩设备1、桩捶2、桩架3、动力装置2.3.1.3打桩施工1.打桩顺序2、打桩方法3、质量控制 钢筋混凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中，其特点：坚固耐久，不受地下水或潮湿环境影响，能承受较大荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层。是我国目前广泛采用的一种桩型。钢筋混凝土预制桩的形状尺寸：实心桩：200~500mm管　桩：Φ400Φ500δ80~1002.3.1钢筋混凝土预制桩锤击法施工 2.3.1.1桩的预制、起吊、运输和堆放桩的预制预制厂生产现场预制方法：并列法、间隔法、重叠法、翻模法。要求：场地平整、坚实，叠浇法，层数≤4。L<12ML<30M桩的预制要求：钢筋宜对焊，混凝土应机械搅拌、机械振捣、连续浇筑、加强养护。 桩的起吊要求:强度>70%起吊，达100%运输和打桩；起吊运输时须平稳，不得损坏，吊点符合设计要求；无吊环应标明吊点；2.3.1.1桩的预制、起吊、运输和堆放吊点的设计要求：弯矩最小的原则。 桩的运输:随运随打，避免二次搬运。运距小:起重机吊运；桩下垫滚筒，用卷扬机拖运。运距大:轻便轨道小平台车；2.3.1.1桩的预制、起吊、运输和堆放桩的堆放:地面平整、坚实；垫木与吊点位置相同，上下一致；堆放层数≤4；分类堆放； 2.3.1.2打桩设备桩锤桩架动力装置打桩设备落锤汽锤柴油锤液压锤沿轨道行使的多能桩架装在履带底盘上的打桩架卷扬机蒸汽锅炉空压机 2.3.1.2打桩设备落锤柴油锤液压锤桩锤汽锤落锤一般由铸铁制成。有穿心锤和龙门锤两种，重0.5～2t。它利用钢丝绳由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度，然后自由落下击打桩顶柴油打桩锤利用燃油爆炸来推动活塞往返运动进行锤击打桩，柴油桩锤与桩架、动力设备配套组成柴油打桩机。液压锤通过液压油提升与降落冲击缸体进行锤击打桩。汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械，有单动汽锤和双动汽锤两种 落锤的特点:构造简单，使用方便，能随意调整落距，适用于粘土和含砾石较多的土，速度慢6-20次/分，贯入度低，效率低，且对桩的损伤较大。2.3.1.2打桩设备 2.3.1.2打桩设备双动汽锤:冲击体升降均由动力推动,冲击力大，效率高，可打各种桩，还可打斜桩和水下打拔桩。锤重1~7t，频率100~200次/分单动汽锤:上升靠动力,下降靠自重，冲击力大，可打各种桩，锤重1~15t，频率25~30次/分。 柴油锤:按构造分为筒式、活塞式和导杆式三种。其特点:使用简单方便，不须外部动力，不适用于硬土和松软土；噪声大，空气污染严重。2.3.1.2打桩设备 液压锤:是一种新型打桩设备，它的冲击缸体通过液压油提升与降落，冲击缸体下部充满氮气。当冲击缸体下落时，首先是冲击头对桩施加压力，接着是压缩氮气对桩施加压力，使冲击缸体对桩施加压力的时间延长，因此每一击能获得更大的贯入度；液压锤不排除废气，无噪声，冲击频率高，且适合水下打桩，是理想的冲击式打桩设备，但构造复杂，造价高。2.3.1.2打桩设备 桩架：支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向。桩架类型：多功能桩架；履带式桩架；2.3.1.2打桩设备 锤击法沉桩的关键：选择桩锤1.根据施工条件确定桩锤类型。2.确定锤重，重锤低击。锤重≥桩重重锤低击，桩锤不易回跃，不致损坏桩头，且桩易打入土中，效率高。2.3.1.3打桩施工 表2.3锤重选择表锤型柴油锤(t)202535456072锤的动力性能冲击部分重(t)2.02.53.54.56.07.2总重(t)4.56.57.29.615.018.0冲击力(kN)20002000~25002500~40004000~50005000~70007000~10000常用冲程(m)1.8~2.3桩的边长或直径预制方桩、预应力管桩的边长或直径(cm)25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩直径(cm)φ40φ60φ90Φ90~100持力层粘性土粉土一般进入深度(m)1~21.5~2.52~32.5~3.53~43~5静力触探比贯入阻力Ps平均值(MPa)345>5>5>5砂土一般进入深度(m)0.5~10.5~1.51~21.5~2.52~32.5~3.5标准贯入击数N(未修正)15~2520~3030~4040~4545~5050锤的常用控制贯入度(cm/10击)2~33~54~8设计单桩极限承载力(kN)400~120800~16002500~40003000~50005000~70007000~10000 1.准备工作清除妨碍施工的地上或地下障碍物，“三通一平”，定位放线，安装打桩机。2.打桩时应注意的问题（1）打桩顺序（2）打桩方法（3）质量控制（4）减小沉桩对周围环境影响的措施2.3.1.3打桩施工 (1）打桩顺序打桩顺序决定挤土方向，打桩顺序是否合理，影响打桩速度和打桩质量，对周围环境影响较大，特别是桩心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤其重要。桩心距≥4倍桩径时，土壤挤压情况与打桩顺序关系不大。2.3.1.3打桩施工A.逐排打：方向逐行改变，同一行桩必要时可采用间隔跳打。B.自中间向两个方向对称进行。C.自中间向四周进行。如桩规格不同时，应先深后浅，先大后小，先长后短。 （2）打桩方法打桩机就位后，吊起桩锤和桩帽，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≤0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一垂线上。确保桩能垂直下沉，在桩锤和桩帽之间加弹性衬垫（松板、麻袋、油浸麻绳），桩帽和桩顶四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。开始打桩时，锤的落距应较小，待桩入土一定深度（约2m）并稳定后，再按要求的落距锤击，用落锤或单动气锤打桩时，最大落距小于1m；用柴油锤时，应使锤跳动正常。沉桩过程应连续；如有异常情况，应暂停打桩，及时研究处理。（贯如度剧变；桩身突然发生倾斜、移位或严重回弹；桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎。）2.3.1.3打桩施工 (3)质量控制A.打入偏差范围垂直≤1%;水平单排桩≤100mm多排桩≤0.5~1个桩身B.最后贯入度与沉桩标高端承桩:以最后贯如入为主，标高为参考。摩擦桩:以标高为主，最后贯入度为参考。C.桩顶、桩身是否打坏，对周围环境有无严重危害等。2.3.1.3打桩施工最后贯入度:正常条件下，最后3阵，每阵10击的平均贯入度。 （4）接桩方法接桩方法：焊接、法兰或硫磺胶泥锚接；2.3.1.3打桩施工 （5）减小沉桩对周围环境影响的措施挖防振沟砂井排水（或塑料排水板排水）预钻孔取土打桩控制打桩速度2.3.1.3打桩施工 管桩施工采用全站仪进行管桩定位放线管桩吊车转运 管桩起吊对中管桩施打 管桩焊接接桩采用送桩器送桩 管桩焊缝管桩接头铁件防腐 管桩焊缝磁粉探伤管桩竖向静压承载力试验 管桩低应变检测试验管桩高应变检测试验 管桩竖向抗拔静载试验 静力压桩：利用静压力将桩压入土中。静力压桩的方法：A.利用桩架自重和压重，通过滑轮组或液压将桩压入土中。B.用液压静压力(可达400t)分段压入,逐段接长。2.3.2静力压桩、振动法沉桩、射水沉桩 振动沉桩:振动沉桩将桩和振桩锤连接在一起，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。振动沉桩砂土中效率最高。2.3.2静力压桩、振动法沉桩、射水沉桩 射水沉桩:射水沉桩是锤击沉桩的一种辅助方发。利用高压水流经过桩侧面或空心桩内部射水管冲击桩尖附近土层，便于锤击。边冲水边打桩，当沉桩至最后1~2m时，停止冲水，用锤击至规定标高。射水沉桩适用于砂土和碎石土。2.3.2静力压桩、振动法沉桩、射水沉桩 2.3.3.1干作业成孔灌注桩2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩2.3.3.3套管成孔灌注桩2.3.3.4爆扩成孔灌注桩2.3.3混凝土和钢筋混凝土灌注桩 混凝土和钢筋混凝土灌注桩:直接在桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。灌注桩的特点：灌注桩能适应地层的变化，无需接（截）桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜于建筑物密集区使用，但操作要求严格，需一定养护期。2.3.3混凝土和钢筋混凝土灌注桩 灌注桩混凝土浇筑 灌注桩的截桩 适用于地下水位较低，在成孔深度内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔；适用于粘土、砂土及人工填土。2.3.3.1干作业成孔灌注桩螺旋钻机：螺旋钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。成孔机械：螺旋钻机，洛阳铲。螺旋钻机flash 干作业成孔灌注桩施工1.钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。2.成孔后应清理孔口积土、孔内虚土（端承桩≤100mm，摩擦桩≤300mm）。3.钢筋笼应一次绑扎好，放入孔内后再次测量虚土厚度，混凝土应连续浇筑，每次浇筑高度≤1.5m。2.3.3.1干作业成孔灌注桩塌孔处理：钻至塌孔处以下1~2m，用低等级混凝土填至塌孔以上1m，待混凝土初凝后继续钻至设计深度。 2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩：用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔。对地下水高低的土层皆适用。成孔机械：回转钻机，潜水钻机，冲击钻。工艺流程：测定桩位埋设护筒桩机就位1.1钻孔设浆池制浆1.1(1.2~1.4)(1.1)浇水下砼安放钢筋清孔泥浆循环 2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩泥浆的作用：将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内漏水减小到最低限度。对孔壁以压力，以达到衬护孔壁，避免塌孔，排出土渣作用。护筒的构造：δ3~5mm钢圆筒，内径比钻头直径大100mm，与坑壁间用粘土填实，中心与桩位中心偏差≤50mm，高出地面0.4~0.6m,埋深：粘土中≥1m，砂土中≥1.5m。当地下水位很高时，护筒内应保持水位高出地面1.5m。护筒的作用：定位、保护孔口、维持水头。 泥浆护壁成孔灌注桩缩颈塌孔处理：判断：泥浆中不断有气泡冒出。原因:土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土填封，护筒内水位低。措施:保持水位，加大泥浆浓度，回填粘土，稳定再钻。2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩 1.回转钻机成孔回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，再由其带动有钻头的钻杆移动，由钻头切削土壤。2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩 反循环：砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。泥浆上流的速度较快，能携带大量土渣。正循环：由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入泥浆池。2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩潜水钻机成孔排渣方式：正循环排渣；泵举反循环排渣； 2.潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，可以下放至孔内的地下水中成孔，用正循环工艺将土渣排出孔外。2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩 3.冲击钻成孔冲击钻主要用于岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏渣筒来掏取孔内渣浆。2.3.3.2泥浆护壁成孔灌注桩冲击钻头形式:十字形、工字形、人字形 套管成孔灌注桩(打拔管灌注桩):利用锤击打桩法或振动打桩法,将带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。2.3.3.3套管成孔灌注桩锤击打桩法振动打桩法 2.3.3.3套管成孔灌注桩套管成孔灌注桩沉管方法：1.锤击灌注桩适用于粘性土、淤泥质土、砂土、人工填土。2.振动灌注桩除以上外，还适用于稍密及中密的碎石土 目的：提高桩的质量和承载力2.3.3.3套管成孔灌注桩单打法复打法反插法沉管灌注桩的施工工艺(又称一次拔管法)拔管时，每提升0.5～1.0m，振动5～10s，然后再拔管0.5～1.0m，这样反复进行，直至全部拔出。在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。 1、锤击灌注桩锤击灌注桩施工时，用桩架吊钢套管，对准预先设在桩位处的预制钢筋混凝土桩靴，套管与桩靴连接处垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，套入桩靴压进土中，套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在同一垂线上，套管偏斜≤0.5%时，即可起锤沉套管。先低锤轻击，观察后无偏移才正常施打，直至符合设计要求的灌入度或沉入标高，检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。套管内混凝土应灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，第一次拔管高度控制在能容纳第二次所需的混凝土灌注量为限，拔管时应保持连续密锤低击，并控制拔管速度，一般土层≤1m/min，软弱土层及软硬土层交界处≤0.8m/min。桩的中心距≤5d(或2m)时，应跳打，中间空出的桩须待临近桩混凝土达到设计强度的50%后，方可施打。2.3.3.3套管成孔灌注桩 2.振动灌注桩施工采用激振器或振动冲击捶沉管，施工时，先安装好桩机，将桩管下活瓣合起，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。沉管时须严格控制最后两分钟的灌入度（设计值或经验值）；2.3.3.3套管成孔灌注桩 断桩的原因：桩距过小，邻桩施打时土的挤压所产生的水平推力和隆起上拔力的影响；软硬土层间传递水平力大小不同，对桩产生剪应力；桩身混凝土终凝不久，强度低。3.套管成孔灌注桩常遇问题及处理（断桩）避免断桩的措施：桩的中心距宜大于3.5倍桩径；减少打桩顺序及桩架行走路线对新打桩的影响；采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响。断桩的检查：用木锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断（地下在2~3m内），会感到浮振。用动测法：由波形曲线和频波曲线图形判断桩的质量与完整程度。断桩的处理：将断桩段拔出，将孔清理干净后，略增大面积或加上铁箍联接，再重新灌注混凝土补做桩身。 缩颈的原因：在含水量大的粘性土中沉管时，土体受强烈扰动和挤压，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后，这种水压力便作用到新灌筑的混凝土桩土，使桩身发生颈缩现象；拔管过快，混凝土量少，或和易性差，使混凝土出管时扩散差。3.套管成孔灌注桩常遇问题及处理（缩颈）防止缩颈的措施：施工中应经常测定混凝土下落情况，发现问题及时纠正，一般可用复打法处理。 吊脚桩：桩底部混凝土隔空，或混凝土中混进泥砂而形成松软层。3.套管成孔灌注桩常遇问题及处理（吊脚桩）吊脚桩原因：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。吊脚桩的处理措施：将桩管拔出，纠正桩靴或将砂回填桩孔后重新沉管。 桩靴进水进泥的原因：桩靴活瓣闭合不严、预制桩靴被打破或活瓣变形。常发生在地下水位高、饱和淤泥或粉砂土层中。3.套管成孔灌注桩常遇问题及处理（桩靴进水进泥）桩靴进水进泥的处理措施：拔出桩管，清除泥砂，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1m高混凝土增压，然后再继续沉管。 2.3.3.4爆扩成孔灌注桩爆扩成孔灌注桩：钻孔或爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量混凝土后引爆，使孔底形成扩大头，再放置钢筋笼，浇筑混凝土。构造:d=200~350mm，H=3~6m≤10m,D=2.5~3.5d； 爆扩成孔灌注桩施工要点：1.炸药用量2.安放药包3.灌压爆混凝土4.引爆5.灌筑桩身混凝土2.3.3.4爆扩成孔灌注桩 2.4地下连续墙施工地下连续墙特点:刚度大，既挡土又挡水，施工时无振动，噪音低，适用任何土质。但成本高，施工技术复杂，需专用设备，施工泥浆有一定污染性。测定轴线埋设导墙成槽机就位设浆池制浆浇水下砼安放钢筋清孔泥浆循环工艺流程成槽 地下连续墙施工过程2.4地下连续墙施工 2.5沉井基础沉井：由刃脚、井筒、内隔墙等组成的圆形或距形的筒状钢筋混凝土结构。沉井施工：在地面上铺设砂垫层，设置枕木制作第一节沉井，待其达到一定重量和强度后，抽去枕木，在井筒内边挖土边下沉，然后加高沉井，分段浇筑，多次下沉至设计标高，封底。 2.6墩基础墩基础（挖孔灌注桩、人工挖孔桩）:在人工或机械成孔的大直径(1~5m)孔中浇筑砼而成特点:多为一柱一墩，墩身直径大，有很大的强度和刚度，多穿过深厚的软土层(60~80m)直接承受在岩石或密实土层上。人工开挖的特点:易检查成孔质量，易清除孔底虚土，底部易于扩孔，施工无噪声，且可多人进行多孔同时开挖，为防止塌方需制作护圈，还需通风、照明、排水。护圈:砼护圈，钢套管护圈，沉井护圈。 '