1、l本章重点：l地基加固的原理l钢筋混凝土预制桩、沉管灌注桩的施工 l打桩的质量控制l灌注桩产生质量事故的原因及预防、处理方法 第二章第二章 地基处理与基础工程地基处理与基础工程l1 什么时候需要加固地基?l当土层的承载能力较差，如淤泥、冲填土及其它软弱土层l或虽然土层较好，但上部荷载甚大时，为使地基具有足够的坚固性和稳定性，可以对土层进行加固。2.1 地基加固处理地基加固处理l2 地基加固的原理l1)地基加固原理：l “将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”。l2)拟订加固方案l 在拟订地基加固处理方案时，应充分考虑地基与上部结构共同工作的原则，从地基处理、建筑、结构设计和施工方面均应采取
2、相应的措施进行综合治理，决不能单纯的进行加固处理，否则，不仅会增加工程费用，反而难以达到理想的效果。l3 地基加固的方法l七字方法：挖、填、换、夯、压、挤、拌 l一、“挖”l 就是挖去软土层，把基础埋置在承载力大的基岩上或坚硬的土层中。这种方法当软土层不厚时，利用坚硬的土层作为天然地基，甚为经济。l二、“填”l当软土层很厚时，而又需大面积对地基进行加固处理时，则可在软土层上直接回填一层一定厚度的好土，以提高地基的承载力减小软土层的承压力。l三、“换”l 换就是将挖与填相结合，它是将基础下面一定范围内的软弱土层挖去，而代之以人工填筑的垫层作为持力层。l 这种方法适用于软土层较厚，而仅对局部地基进
3、行加固处理。l 垫层材料有砂石，碎石，三合土（石灰：砂：碎砖（石）1：2：4），三七灰土，矿渣，素土等。l素土素土：指碎石土、砂土、粉土、粘性土等“换换”的两种常用方法的两种常用方法l（一）灰土垫层地基l灰土垫层具有一定的强度、水稳定性和抗渗性，施工工艺简单，取材容易，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。l适用加固深1-4m厚的软弱土、沉陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。砂垫层地基砂垫层地基l（二）砂垫层地基l砂垫层地基是用夯（压）实的砂或砂石垫层替换基础下部一定厚度的软土层，以起到提高基础下地基承载力，减少沉降，加速软土层的排水固结作用。l适用处理3.0m以内的软
4、弱、透水性强的粘性土地基；不宜用于加固湿陷黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。四、四、“夯夯”l利用打夯工具或机具夯击土壤，排出土壤中的水分，加速土壤的固结，以提高土壤的密实度和承载力。“夯夯”的两种常用方法的两种常用方法l（一）重锤夯实地基（一）重锤夯实地基l重锤夯实是利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯击基土表面，使地基表面形成一层比较密实的硬壳层，从而使地基得到加固。l适用范围：地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土的加固处理。l缺点：振动l锤表面夯实的加固深度一般为1.22.0m。重锤夯实地基l1.机具设备 l1.1 夯锤l夯锤形状宜采用截头圆锥体
5、，可用C20钢筋混凝土制成。其底部可采用20mm厚钢板，以使重心降低。l锤重为1.5-3.0t，l落距一般采用2.5-4.5m。重锤夯实地基l1.2 起重机l有摩擦式卷扬机的履式起重机l打桩机l悬臂式桅杆起重机l龙门式起重机重锤夯实地基l1.3 施工要点l1）最优含水量塑限含水量2l 现场简易测定：以手捏紧后，松手土不散，易变形而不挤出，抛在地上即呈碎裂为合适l2）夯打顺序：l大面积基坑或条形基槽内：一夯挨一夯l独立柱基础基坑内：先周边后中间或先外后里的跳打法 先周边后中间先外后里独立柱基础基坑内夯打顺序（二）强夯地基l强夯法是用起重机械将8-40t的夯锤吊起，从6-30m的高处自由下落，对土
6、体进行强力夯实的地基加固方法。l强夯法与重锤夯实法的区别：强夯法属于高能量夯击，是用巨大的冲击能，使土中出现冲击波和很大的应力，迫使土颗粒重新排列，排除孔隙中的气和水，从而提高地基强度，降低其压缩性。强夯地基l适用范围：碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土及杂填土地基的深层加固。l优点：地基经强夯加固后，承载能力可以提高2-5倍，压缩性可降低200-1000%。是一种效果好、速度快、节省材料、施工简便的地基加固方法。l缺点：是施工时噪音和振动很大，离建筑物小于10m时，应挖防震沟，沟深要超过建筑物基础深。强夯地基l1.机具设备l1.1 夯锤：l 夯锤重：8-40tl 材料：首选铸钢或铸铁，次选钢板
7、外壳内浇筑钢筋混凝土。l夯锤底面：圆形（常用）或方形l锤的底面积大小：取决于表面土质，对砂土一般为2-4m2，粘性土为3-4m2，淤泥质土为4-6m2。夯锤中宜设置若干个上下贯通的气孔，以减少夯击时空气阻力。强夯地基l1.2 1.2 起重机起重机：一般采用自行式起重机。起重能力取大于1.5倍锤重，并需设安全装置，防止夯击时臂杆后仰。l1.3 脱钩装置：五、五、“压压”l利用压路机、羊足碾、轮胎碾等机械压地基土壤，使地基压实排水固结。也可采用预压固结法，即先在地基范围的地面上，堆置重物预压一段时间，使地基压密，以提高承载力，减少沉降量。注意要形成良好的排水系统。l主要方法：砂井堆载预压法、袋袋砂
8、井堆载预压法、塑料排水带堆载预压法和真空预压法。六、六、“挤挤”l就是先用带桩靴的工具式桩管打入土中，挤压土壤形成桩孔，然后拔出桩管，再在桩孔中灌人砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实，或者随着填充料的灌入逐渐拔出桩管。l适用于松软饱和地基，其原理就是挤密土壤，排水固结，以提高地基的承载力，所以也叫挤密桩。七、“拌”l利用高压射流切削土壤，旋喷浆液（水泥浆、水玻璃、丙凝等），搅拌浆土，使浆液和土壤混合，凝结成坚硬的柱体或土壁。l方法：旋喷法和深层搅拌法深层搅拌水泥粉喷桩施工深层搅拌水泥粉喷桩施工l近年来新兴起了深层搅拌水泥粉喷桩（简称粉喷桩），可作为软土地基改良加固方法和重力式支护结构。l施
9、工时，以钻头在桩位搅拌后将水泥干粉用压缩空气输入到软土中，强行拌合，使其充分吸收地下水并与地基土发生理化反应，形成具有水稳定性、整体性和一定强度的柱状体，同时桩间土得到改善，从而满足建筑基础的设计要求。l其桩径一般为500、600、700mm，桩长可达18m。第二节第二节 桩基施工桩基施工 l1.土木工程中什么情况下需采用桩基础？l深部土层软弱，或建（构）筑物的上部荷载较大，而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等，则需采用深基础。桩基础是一种常用的深基础形式。l墩基础，沉井基础，沉箱基础和地下连续墙。2.桩基础组成：由桩和桩顶承台组成桩基础组成：由桩和桩顶承台组成 桩基础按受
10、力性质分端承桩摩擦桩按材料分钢筋砼桩预应力钢筋砼桩复合地基桩按制作方法分预制桩现浇桩人工成孔灌注桩机械成孔灌注桩摩擦桩端承摩擦桩摩擦端承桩端承桩木桩钢桩钻孔灌注桩冲孔灌注桩挖孔灌注桩沉管灌注桩爆扩桩3.桩的类型2.2.1 2.2.1 钢筋混凝土预制桩钢筋混凝土预制桩 l特点：能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快,对周围环境影响较大。l分类：l 实心桩：方桩 尺寸200200mm500500mml 长度：27m以内l 管桩：空心圆桩 直径：400500mml施工程序：预制、运输、堆放、沉桩。1.1.桩的预制桩的预制l制作方法:并列法、间隔法、重叠法、翻模法等l对于重叠法重叠层数不宜超过四层,层
11、与层之间应涂刷隔离剂，上层桩或临桩的灌筑,应在下层桩或临桩混凝土达到设计强度30%以后方可进行.l注意事项：钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架的主筋的连接宜采用对焊,接头应错开，桩尖用钢制.钢骨架的偏差应符合有关规定，混凝土宜采用机械搅拌,机械振捣,由桩顶向桩尖连续浇筑捣实,一次完成,严禁中断 钢筋混凝土预制桩制作钢筋、模板施工钢筋混凝土预制桩制作混凝土浇筑2.2.桩的起吊桩的起吊 l当桩的砼达到设计强度的70%方可起吊，l桩吊点位置的确定（原则：弯矩最小）3.3.桩的运输桩的运输 l当桩的砼达到设计强度100%方可运输l打桩前，桩从制作处运到现场前以备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。l
12、桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨道小平台车运输。4.4.桩的堆放桩的堆放 桩堆放时，地面必须平整、坚实，垫木间距应根据吊点确定，各层垫木应位于同一垂直线上，最下层垫木应适当加宽，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。预制桩沉桩施工预制桩沉桩施工l预制桩沉桩施工方法：l1、锤击法 l2、静力压桩l3、振动法l4、水冲法l锤击沉桩也称打入桩，是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中，锤击沉桩是混凝土预制桩最常用的沉桩方法。l优点：该法施工速度快，机械化程度高，适应范围广，现场文明程度高。l缺点：施工时有噪音污染和振动，对于城市中心和夜间施工有所限制（
13、一）锤击法l打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。l（1）桩锤l桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。l用锤击沉桩时，力求采用“重锤轻击”。1、锤击法施工机械设备l（2）桩架l桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向，并保证桩捶能沿着所要求方向冲击的打桩设备。l常用的桩架：多功能桩架；履带式桩架。1、锤击法施工机械设备l 多功能桩架：沿轨道行驶，可作360回转 优点：可适应各种预制桩，也可用于灌注桩施工缺点：是机构较庞大，现场组装和拆迁比较麻烦l 履带式桩架：以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。l优点：性能比多能
14、桩架灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。1、锤击法施工机械设备多功能桩架履带式桩架l（3）动力装置l动力装置的配置取决于所选的桩锤，包括起动桩锤用的动力设施。当选用蒸汽锤时，则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。1、锤击法施工机械设备l打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地；定位放线；设置供电、供水系统；安装打桩机等。l 桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地点，水准点设置不少于2个。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。2、打桩前的准备工作、打桩前的准备工作l1、确定打桩顺序的原因l 土体挤密，偏移 变位 浮桩l2、什么时候尤需确
15、定打桩顺序l 当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要 l3、打桩顺序l由一侧向单一方向进行，自中间向两个方向对称进行，自中间向四周进行 3、打桩顺序的确定、打桩顺序的确定由一侧向单一方向进行自中间向四周进行 自中间向两个方向对称进行 3、打桩顺序的确定、打桩顺序的确定l打桩质量包括两个方面的内容:一是能否满足贯入度或标高的设计要求；二是打入后的偏差是否在施工及验收规范允许范围以内。l摩擦桩的入土深度控制：以标高为主，最后贯入度作为参考l端承桩的入土深度控制：以最后贯入度为主，标高作为参考4、打桩的质量控制、打桩的质量控制打入预制桩第一节桩体打入预制桩电焊接桩打入预制桩末节桩体l1）打桩时
16、，引起桩区及附近地区的土体隆起和水平位移，邻桩相互挤压导致桩位偏移。l2）如在已有建筑群中施工，打桩还会引起临近已有地下管线、地面交通道路和建筑物的损坏和不安全。5、打桩的公害、打桩的公害l措施：l挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。5、打桩的公害、打桩的公害（二）静力压桩 l静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。l静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN。静力压桩机（三）振动法沉桩 振动法是利用振动锤沉桩
17、，将桩与振动锤连接在一起，振动锤产生的振动力通过桩身带动土体振动，使土体的内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。该方法在砂土中施工效率较高。振动锤l1振动器；2弹簧3竖轴；4横梁；l5起重环；6吸振；（四）水冲法沉桩（射水沉桩）l射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时使用，具体选择应视土质情况而定。l必须注意，不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段11.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。2.2.2 钢筋混凝土灌注桩 l何谓灌注桩何谓灌注桩l就地成孔 安放钢筋笼 灌注混凝土l根据成孔工艺不同，分为 干作业成孔的灌注桩 泥浆护壁成孔的灌注桩 套管成孔的灌
18、注桩 爆扩成孔的灌注桩等l灌注桩能适应各种地层的变化，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。l但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出 灌注桩的特点l 1）干作业成孔灌注桩 l 2）泥浆护壁成孔灌注桩l 3）套管成孔灌注桩l 4）爆扩成孔灌注桩l 5）挖孔灌注桩灌注桩的分类（根据成孔工艺的不同）干作业成孔灌注桩 l干作业成孔灌注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。l目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。步履式螺旋钻机步履式螺旋钻机1 螺旋钻机螺旋钻机2、洛阳铲、洛阳铲l洛阳铲是100多年前
19、由洛阳的盗墓贼盗墓贼发明的。目前，洛阳铲洛阳铲已不再是考古界的专有工具，在建筑、公路、铁路、矿山等领域里都发挥了重要作用。特别是在地基灌桩和地质勘探等方面，洛阳铲已是必不可少的工具。泥浆护壁成孔灌注桩 l泥浆护壁成孔是用成孔机械成孔，在成孔过程中由泥浆保护孔壁并排出土渣。l适用范围：不论地下水位高或低的土层皆适用。多用于含水量高的软土地区。l泥浆作用：具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣以及冷却与润滑钻头的作用。泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造泥浆 泥浆护壁成孔灌注桩l成孔机械有l1）回转钻机l2）潜水钻机l3）冲击钻l其中以回转钻机应用最多。回转钻机成孔回转钻机成孔
20、l1）回转钻机成孔 l工作原理：动力装置 回转装置转动 钻杆转动 由钻头切削土壤（切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔）l分类：正循环回转钻机 反循环回转钻机：携带土渣量较大（对孔深大于30m的端承型桩，宜采用反循环）回转钻机成孔施工过程回转钻机成孔施工过程埋设护筒钻孔第一次清孔吊放钢筋笼第二次清孔灌注混凝土钻孔灌注桩-护筒埋设钻孔灌注桩钻孔钻孔灌注桩-钢筋笼吊装钻孔灌注桩混凝土浇筑钻孔灌注桩-泥浆运输车辆潜水钻机成孔潜水钻机成孔 l2）潜水钻机成孔 l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，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔。用正循环工艺输入泥浆，
21、进行护壁和将钻下的土渣排出孔外l 潜水钻机成孔，亦需先埋设护筒，其他施工过程皆与回转钻机成孔相似。潜水钻机冲击钻成孔冲击钻成孔l3）冲击钻成孔 l冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升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的渣浆 l还有一种冲抓锥，锥头内有重铁块和活动抓片，下落时松开卷扬机刹车，抓片张开，锥头自由下落冲入土中，然后开动卷扬机拉升锥头，此时抓片闭合抓土，将冲抓锥整体提升至地面卸土，依次循环成孔。冲击钻机冲抓锥套管成孔灌注桩灌注桩l套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法和振动打桩法，将带有桩靴的钢套管沉入土中，然后灌注混凝土并拔管而成。l分类：l 1）
22、锤击灌注桩l 2）振动灌注桩锤击灌注桩锤击灌注桩l适用范围：一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基。l施工过程：l 就位、沉套管、开始灌注混凝土、下钢筋骨架继续浇注混凝土、拔管成型。l复打扩大灌注桩 混凝土桩靴（桩尖）振动灌注桩振动灌注桩l振动灌注桩利用激振器或振动冲击锤沉管。激振器又称振动锤，由电动机带动装有偏心块的轴旋转而产生振动。l适用范围：除宜用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基，还适用于稍密及中密的碎石土地基 l振动灌注桩施工方法l 单打法、反插法、复打法套管成孔灌注桩常出现的质量问题及处理l1、断桩：l原因：桩距过近，打邻近桩时受挤压；或因混凝土终凝不久就受振动和外力作用
23、所造成。l处理：桩距3.5倍桩径。如不能满足时，则应采用跳打法或相隔一定技术间歇时间后再打邻近的桩 套管成孔灌注桩常出现的质量问题及处理l2、缩颈：是指桩身某处桩径缩减，小于设计断面。l原因:是在含水率很高的软土层中沉管时，土受挤压产生很高的空隙水压，拔管后挤向新灌的混凝土，造成缩颈。l处理：施工时应严格控制拔管速度，并使桩管内保持不少于2m高的混凝土，以保证有足够的扩散压力，使混凝土出管压力扩散正常。套管成孔灌注桩常出现的质量问题及处理l3、吊脚桩：是指桩底部混凝土隔空或混进泥砂而形成松软层。l原因：是预制桩尖质量差，沉管时被破坏，泥砂、水挤入桩管。l处理：将桩管拔出，纠正桩靴或将砂回填桩孔
24、后重新沉管。套管成孔灌注桩常出现的质量问题及处理l4、桩靴进水进泥：l原因：为桩靴活瓣闭合不严、预制桩靴被打坏或活瓣变形。l处理：拔出桩管，清除泥沙，用砂回填后重打。爆扩成孔灌注桩 l爆扩成孔灌注桩是用钻孔爆扩成孔，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，再放入钢筋笼，浇筑桩身混凝土。l爆扩桩在粘性土层中使用效果较好，但在软土及砂土中不易成型，桩长（H）一般为36m，最大不超过10m。扩大头直径D为2.53.5d。这种桩具有成孔简单，节省劳力和成本低等优点。但检查质量不便，施工质量要求严格。挖孔灌注桩 l在土木工程中，有些高层建筑、大型桥梁、重要的水利工程由于自重大，底面积小，对地基的单位压力很高，需要大直径的桩来承受，但却往往受到钻孔设备的限制而难以完成。在这种情况下，人们较多地采用了挖孔灌注桩 挖孔灌注桩l挖孔灌注桩的施工，是测量定位后开挖工人下到桩孔中去，在井壁护圈的保护下，直接进行开挖，待挖到设计标高，桩底扩孔后，对基底进行验收，验收合格后下放钢筋笼，浇筑混凝土成桩。挖孔时如遇地下水，可使用潜水泵随时将水排除。挖孔桩的桩径一般为1m3m，桩深20m40m，最深可达60m80m。每根桩的承载力为10000kN40000kN，甚至可高达60000kN70000kN挖孔灌注桩l常用的井壁护圈有下列几种 l1、混凝土护圈l2、沉井护圈 l3、钢套管护圈
