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1、桩基工程勘察、设计和施工及存在的问题,贺怀建 中国科学院武汉岩土力学研究所,内容,一、桩基工程 二、地基与基础 三、岩土工程勘察 四、桩基设计 五、桩基施工,一、桩基工程,桩是指深入土层的柱型构件，称为基桩。由基桩与连接桩顶的承台组成桩基础，简称桩基。若桩身全部埋入土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。,(一) 概述,桩基础示意图,1持力层；2桩；3桩基承台； 4上部建筑物；5软弱层,建筑桩基通常为低承台桩基。桩基的主要作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层。,按桩的功能不同分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受
2、荷桩和复合受荷桩。其中竖向抗压桩又可按承载性状不同分为摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩及端承桩四种。按成桩有无挤土效应，分为挤土桩、部分挤土桩及非挤土桩三类。 按成桩方法分为预制桩与灌注桩两种。其中预制桩由木桩、混凝土预制桩(RC桩)，发展到空心桩(PC桩)、预应力混凝土管桩、螺旋形混凝土桩、结节形混凝土桩、钢桩等。沉桩方法有锤击法、振动法、静压法及射水法等。 ,锤击法施工时，施工场地应按坡度不大于1%、地耐力不小于85kPa的要求进行平整、压实，地下应无障碍物。在基坑和围堰内沉桩，要配备足够的排水设备。桩锤安装时，应将桩锤运到桩架正前方2m以内，不得远距离斜吊。用桩机吊桩时，必须在桩上拴好溜绳
3、，严禁人员处于桩机与桩之间。起吊2.5m以外的混凝土预制桩，应将桩锤落在下部，待桩吊近后，方可提升桩锤。严禁吊桩、吊锤、回转或行驶同时进行。,（二）桩基工程安全技术,卷扬机钢丝绳应经常处于油膜状态，防止硬性摩擦，钢丝绳的使用及报废标准应按有关规定执行。遇有大雨、雪、雾和六级以上大风等恶劣气候，应停止作业。当风速超过七级或有强台风警报时，应将桩机顺风停置，并增加缆风绳，必要时，应将桩架眠放到地面上。施工现场电器设备外壳必须保护接零，开关箱与用电设备实行一机一闸一保险。,钻孔法施工时，应检查有否发生卡杆现象，起吊钢丝是否牢固，卷扬机刹车是否完好，信号设备是否明显。钻孔桩的孔口必须加盖。成桩附近严禁
4、堆放重物。施工过程应随时查看桩机施工附近地面有无开裂现象，防止机架和护筒等发生倾斜或下沉。每根桩的施工应连续进行，如因故停机，应及时提上钻具；保护孔壁，防止造成塌孔事故。,人工挖孔法施工时，井下应设通风设施，工人下井时应携带有害气体测定仪，电气设备要装安全漏电保护开关等。井下照明必须使用36V安全照明电压。对易塌孔土层采取可靠的护壁措施。经常检查桩孔护壁施工质量和变形情况。对运土吊筐经常检查其质量，并检查吊绳是否扎牢，以防掉土、掉石砸伤井下施工人员。对挖土施工作业的设备应经常检查，摇把质量、滑轮、吊绳等应定期检查，防止断落、脱落等可能发生的事故。,1)、2003年3月2日14时40分，由江苏省
5、宜兴三建集团南昌分公司承建的南昌市地王广场工程，施工人员在人工挖孔桩桩孔内进行土方作业，因未按规定在桩孔内做护壁，挖至7m深时，导致桩孔上部土方坍塌，造成4人死亡。,（三）桩基施工事故案例,人工挖孔桩；基坑护坡部分用沙包；人工挖孔桩的护壁模板为钢模板，分为四块,监理下桩底检查,业主会同设计院验桩持力层,桩底持力层岩样,设计院与甲方、监理验桩，确定终孔,钢筋绑扎完毕，超声波安装完毕,砼浇筑,桩基检测开展超声波检测,浇筑完成后的桩,哈尔滨一工地2工人挖灌注桩被埋,不少工人围在出事桩口等待工友的消息.,广州市海珠城广场工地基坑挡土墙发生坍塌事故,分析,据介绍，该工程自2003年开工以来，直至2006
6、年7月15日完工，时间长达两年九个月，不仅远远超过了基坑施工不长于一年的技术安全时限，还由于整改不力、一直拿不到施工许可证，被来自市建设科技委、市建设工程质量安全监督站、施工方广东省机施公司等多家单位多次警告，甲方却一直置若罔闻。直至今年7月7日，由于甲方隐瞒工程事实、多次表示已经整改，而且出于让接下来的主体工程能够尽快开工、有利于对基坑工程实施抢险的考虑，市建委才补颁施工许可证。,五大原因导致塌方,一，设计方案本身就有问题。早在上报施工设计方案时，市建设科技委就已经提出，基坑设计深度达16.2米，存在五大安全隐患，并提出方案要求调整，但甲方全拒不整改，反而开始无证施工； 二，实际施工再深4米
7、“雪上加霜”。在实际施工中，甲方竟又将施工深度再加深4.1米，造成原本就不牢固的基坑喷锚支护桩成为“悬空”桩，完全失去支撑能力； 三，无视多次安全警告。据悉，在违章施工工程中，市建委曾发出两次停工通知书，要求工地停工整改，市建设工程质量安全监督站也提出整改要求超过五次，连施工企业广东机施都提出安全警告达五次以上，甲方却一味“督战”，视安全为儿戏； 四，远超基坑施工安全年限。由于基坑施工的金属构件，如锚索、支护桩都暴露在潮湿的露天环境中，容易锈蚀，根据安全要求，基坑工程应该在一年内完成，而实际上该工程却用了两年零九个月，构件预应力进一步降低，甚至失效； 五，整改不力。尽管后来设计有所变更，但对一
8、些关键环节却已无法调整，成为塌方的直接原因。,1.地基：承受基础传来荷载的地层。 2.基础：是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 3.基础埋置深度：一般指基础底面至室外地坪间的垂直距离。,二、地基与基础,下卧层,持力层（受力层）,地基与基础的关系,4.地基基础设计应满足的 三项基本原则 （1）保证地基的强度和稳定性要求 （2）控制地基变形 （3）保证地基基础的稳定性要求,强度问题实例,加拿大特朗斯康谷仓,事故： 1913年9月装谷物，10月17日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损
9、,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000T。,加拿大特朗斯康谷仓,原因： 地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力（193.8-276.6）kPa远小于谷仓破坏时发生的基底压力329.4kPa 。因此， 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,处理： 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,香港宝城滑坡,1
10、972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡7人。,原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得 土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。,香港1900年建市，1977年成立土力工程署 港岛1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,Early 1972 滑坡前,阪神大地震中地基液化,神户码头： 地震引起大面积砂土地基
11、液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象,阪神大地震中地基液化,神户码头： 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中,变形问题实例,比萨斜塔,目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工,原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。,1590: 伽利略在此塔做落体实验,比萨斜塔,1
12、838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。,处理措施,虎丘塔,问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。,概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。,处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行 钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，获得成功。,关西机场
13、 世界最大人工岛,1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m1250m 填筑量：180106m3 平均厚度：33m,关西机场,设计时预测沉降： 5.77.5 m 完成时实际沉降： 8.1 m，5cm/月 (1990年) 目前实际沉降： 11.5 m 预测主固结完成： 20年后 比设计超填： 3m,问题： 沉降大且有不均匀沉降,渗透问题实例,Teton坝,概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事,损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路,原因： 渗透破
14、坏水力劈裂,Teton坝,1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。,Teton坝,11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加,Teton坝,11:30 洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。,11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。,Teton坝,11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下,Teton坝,12：00过后 坍塌口加宽,Teton坝,洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁,Teton坝,失事现场目前的状况,Teton坝,九江大堤决口,溃口原因：堤基管涌,1998年8月7日13:10
15、发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口,又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5 m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。,长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图,砂环,管 涌 口,粘性土,砂性土,渗水,杂填土,管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。,堤基管涌,砂性土堤基管涌破坏示意图,管涌破坏,当管涌发生时，渗流将导致向源侵蚀，使堤防基础下部出现渗流通道,当水头差足够大时，侵蚀将加速并掏挖堤防基础。形成通道后极易引起溃决,三、岩土工程勘察,（一）岩土工程勘察,岩土工程勘察规范 GB-500021-94 适用于
16、除水利工程、公路工程、铁路工程、核电站工程以外的工程建设岩土工程勘察 公路工程地质勘察规范 JTJ064-98 港口工程地质勘察规范 JTJ240-97 水利水电工程地质勘察规范 GB50287-99 铁路工程地质勘察规范,推荐规范,甲级 乙级 丙级,1 目的 2 勘察类型 3 勘探方法 4 成果,查清地质构造，为工程设计提供依据,地基勘察内容,勘探目的： 了解地基的工程地质和水文条件，为确定地基承载力和进行基础设计提供依据 1 资料 平面图和地形图 建筑物形式和荷载 管线，地下室,2、勘察类型 可行性研究勘察(选址勘察) 初步勘察 详细勘察 施工勘察,2、勘察内容 土层分布，水平位置和深度 每层土物理力学性质 e , c Es 地下水位置及性质 其他地质问题：古滑坡，古墓， 洞穴，老河道古井,布点 一般性勘察：针对持力层，平面 (11.5)b (34)b 2050 m 控制性勘察：压缩层，比一般性勘察深,
