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1、2 2 地基处理与桩基础工程地基处理与桩基础工程学习重点：常见的地基的加固方法及适用范围，浅基础的类型及使用范围。钢筋混凝土预制桩和混凝土灌注桩施工及质量检验标准，对泥浆护壁成孔灌注桩施工过程及方法。学习要求：v了解桩基础组成及分类；2.2.3.2 3.2 混疑土灌注桩施工混疑土灌注桩施工灌灌注注桩桩：直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。 与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点。 灌注桩按成孔方法分为泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等。 2.2.1 2.2.1 干作业钻孔灌注
2、桩干作业钻孔灌注桩 干作业钻孔灌注桩施工过程如图图2.112.11所示。 干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。螺旋钻头外径分别为400mm、500mm、600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。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。钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。 钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防
3、止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度5060cm。2.2.2 2.2.2 泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。成孔机械有潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥等。泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械(潜水钻机、冲击钻机等)成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。 泥浆护壁成孔灌注桩施工现场泥浆护壁成孔灌注桩施工现场点击播
4、放2.2.2.1 2.2.2.1 埋设护筒和制备泥浆埋设护筒和制备泥浆 钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。护筒高2m左右，上部设12个溢浆孔，是用厚48mm钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径200mm。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。 在钻孔过程中，向孔中注入相对密度为1.11.5的泥浆，使桩孔内孔壁土层中的孔隙渗填密实，避免孔内漏水，保持护筒内水压稳定；泥浆相对密度大，加大了孔内的水压力，可以稳固孔壁，防止塌孔；通过循环泥浆可将切削的泥石渣悬浮后排出，起到携砂、排土的作用。 2.2.2.2 2.2.
5、2.2 成孔成孔 (1) 潜水钻机成孔潜水钻机成孔 潜水钻机成孔示意图如图图2. .12所示。潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。潜水钻机成孔排渣有正循环排渣和泵举反循环排渣两种方式，如图图2. .13所示。 v正循环排渣法:在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。v泵举反循环排渣法:砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎
6、泥渣随泥浆抽排出孔外。 循环成孔点击播放 (2) 冲击钻成孔冲击钻成孔 冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔(图图2.142.14)。 冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头(图图2.152.15)。 冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。 冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程0.40.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉34m以后，冲程可以提高到1.52.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度。施工中，应经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和转向装置是否
7、灵活，以免掉钻。 (3) 冲抓锥成孔冲抓锥成孔冲抓锥(图图2.162.16)锥头上有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头便自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。冲抓锥成孔施工过程、护筒安装要求、泥浆护壁循环等与冲击成孔施工相同。 适用于松软土层(砂土、粘土)中冲孔，但遇到坚硬土层时宜换用冲击钻施工。 2.2.2.3 2.2.2.3 清孔清孔 验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。泥浆护壁成孔清孔时，
8、对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。 对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.151.25。 2.2.2.4 2.2.2.4 浇注浇注水下混疑土水下混疑土 泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土浇筑水下混凝土。水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。水下混凝土浇筑常用导管法(图图2. .17)。 浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导
9、管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。 2.2.3 2.2.3 沉管灌注桩沉管灌注桩 沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩(图图2.182.18)；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩(图图2.192.19)。 在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用
10、和振动影响， 施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序。v间隔一个或两个桩位成孔；v在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；v一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔。为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。v单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.51.0m，振动510s，然后再拔管0.51.0m，这样反复进行，直至全部拔出。v复打法：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。v翻插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。2.2.3.1 2.2.
11、3.1 锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩 锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基，其施工过程见图图2.22.20 0所示。锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩点击播放点击播放爆扩桩爆扩桩点击播放锤击沉管灌注桩施工要点：v桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。 v拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。v桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。 v在管底未拔到桩顶设计标高前，
12、倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。v桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。 2.2.3.2 2.2.3.2 振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩 振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。其施工过程为：v桩机就位v沉管 v上料 v拔管2.2.3.3 2.2.3.3 沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法 (1) 颈缩v颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。 v当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩
13、局部范围受挤压形成颈缩。 v当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。v处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在5070mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。(2) 断桩 v断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。 v原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。 v处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。 (
14、3) 吊脚桩 v吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。 v原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。v处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。 (4) 混凝土灌注过量 如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下
15、，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。 2.2.4 2.2.4 人工挖孔大直径灌注桩人工挖孔大直径灌注桩 大直径灌注桩是采用人工挖掘方法成孔，放置钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩基础，也称墩基础。它由承台、桩身和扩大头组成(图图2.212.21)，穿过深厚的软弱土层而直接坐落在坚硬的岩石层上。优点是桩身直径大，承载能力高；施工时可在孔内直接检查成孔质量，观察地质土质变化情况；桩孔深度由地基土层实际情况控制，桩底清孔除渣彻底、干净，易保证混凝土浇筑质量。2.2.4
16、.1 2.2.4.1 人工挖掘成孔护壁方法施工人工挖掘成孔护壁方法施工 坍落的支护措施有现浇混凝土护壁、沉井护壁、喷射混凝土护壁等。(1) 现浇混凝土护壁法施工 v即分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。v桩孔采取分段开挖，每段高度取决于土壁直立状态的能力，一般0.51.0m为一施工段，开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度。v护壁施工段，即支设护壁内模板(工具式活动钢模板)后浇筑混凝土，其强度一般不低于C15，护壁混凝土要振捣密实；当混凝土强度达到1MPa(常温下约24h)可拆除模板，进入下一施工段。如此循环，直至挖到设计要求的深度。 (2) 沉井护壁法施工 v当
17、桩径较大，挖掘深度大，地质复杂，土质差(松软弱土层)，且地下水位高时，应采用沉井护壁法挖孔施工。v沉井护壁施工是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，井筒下捣制钢筋混凝土刃脚，然后在筒内挖土掏空，井筒靠其自重或附加荷载来克服筒壁与土体之间的摩擦阻力，边挖边沉，使其垂直地下沉到设计要求深度。2.2.4.2 2.2.4.2 施工中应该注意的几个问题施工中应该注意的几个问题 桩孔中心线平面位置偏差不宜超过50mm，桩的垂直度偏差不得超过0.5%，桩径不得小于桩设计直径。 挖掘成孔区内，不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。桩基础一定要坐落在设计要求的持力层上，桩孔的挖掘深度应由设计人员根据现
18、场地基土层的实际情况决定。人工挖掘成孔应连续施工，成孔验收后立即进行混凝土浇筑。认真清除孔底浮渣余土，排净积水，浇筑过程中防止地下水流入。人工挖掘成孔过程中，应严格按操作规程施工。 井面应设置安全防护栏，当桩孔净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应间隔挖孔施工。 2.2.5 2.2.5 灌注桩施工质量要求及完全技术灌注桩施工质量要求及完全技术 灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋骨架制作及安放、混凝土搅拌及灌注等三个施工过程的质量检查。施工前应对水泥、砂、石子、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段也应进行检查。 2.2.5.1 2.2.5.1 成孔质量检查及要求成孔质
19、量检查及要求(1)桩的桩位偏差必须符合表表2. .6的规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。 (2) 灌注桩成孔深度的控制要求v锤击套管成孔，桩尖位于坚硬、硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土、风化岩土层时，应达到设计规定的贯入度；桩尖位于其他软土层时，桩尖应达到设计规定的标高。v泥浆护壁成孔、干作业成孔，应达到设计规定的深度。v灌注桩的沉渣厚度：当以摩擦力为主时，不得大于150mm；当以端承力为主时不得大于50mm。 表2.6 灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差 序号成 孔 方 法 桩径允许偏差(mm) 垂直度允许偏差(%) 桩位允许偏差(mm) 13根、单排桩基垂直中心线方向和群桩基础
20、的边桩 条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩 1泥浆护壁灌注桩 D1000mm 50 1000mm50 100+0.01H150+0.01H2套管成孔灌注桩 D500mm-20500mm1001503干作业成孔灌注桩 -201701504人工挖孔桩 混凝土护壁 +50 0.550150钢套管护壁 +501检查每根桩的实际灌注量 8桩顶标高 mm+30-50水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体 2.2.5.4 2.2.5.4 施工验收资料施工验收资料桩基施工验收应包括下列资料：(1) 工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等。(2) 经审定的施工组织设计、施工方案
21、及执行中的变更情况。(3) 桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。(4) 桩孔、钢筋、混凝土工程施工隐蔽记录及各分项工程质量检查验收单及施工记录。(5) 成桩质量检查报告。(6) 单桩承载力检测报告。(7) 基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。2.2.5.5 2.2.5.5 桩基础工程安全技术桩基础工程安全技术(1) 桩基础工程施工区域，应实行封闭式管理，进入现场的各类施工人员，必须接受安全教育，严格按操作规程施工，服从指挥，坚守岗位，集中精力操作。(2) 按不同类型桩的施工特点，针对不安全因素，制定可靠的安全措施，严格实施。(3) 对施工危险区域和机具(冲击、锤击桩机，人工挖掘
22、成孔的周围，桩架下)，要加强巡视检查，对于有险情或异常情况时，应立即停止施工并及时报告，待有关人员查明原因，排除险情或加固处理后，方能继续施工。(4) 打桩过程中可能引起停机面土体挤压隆起或沉陷，打桩机械及桩架应随时调整，保持稳定，防止意外事故发生。(5) 加强机械设备的维护管理，机电设备应有防漏电装置。 本本 章章 小小 结结(1) 桩基础是一种常用的深基础形式，当天然地基上的浅基础沉降量过大或地基承载力不能满足设计要求时，宜采用桩基础。明确工程地质勘察是桩基础设计与施工的重要依据。(2) 锤击沉桩施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但噪音、振动和土体挤压都会对周围环境产生影响。施工中尽可能采用预防措施，减少噪音、振动公害。 (3) 灌注桩施工中包括有成孔、钢筋笼制作安装、清孔和灌注混凝土等施工过程，成桩工艺较复杂，湿作业成孔时成桩速度慢，其成桩质量与施工好坏密切相关，成桩质量难以直观的进行检查。在灌注桩施工方案中要对质量事故认真分析，并采取相应的预防措施。 本本 章章 作作 业业 P612.12.32.52.72.112.12
