基础工程施工-地基处理-课件(新).ppt

本章重点： 地基加固的原理 钢筋混凝土预制桩、灌注桩的施工 打桩的质量控制 灌注桩产生质量事故的原因及预防、处理方法,第二章 地基处理与基础工程,1 什么时候需要加固地基? 当土层的承载能力较差，如淤泥、冲填土及其它软弱土层 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,地基即指建筑物基础以下的土体，地基的主要作用是承托建筑物的基础,基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。若天然地基不能满足地基强度和变形的要求，则必须事先要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。,2 地基加固 1)地基加固原理： “将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”。 2) 拟订加固方案 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。,3 地基加固的方法 七字方法：挖、填、换、夯、压、挤、拌 一、“挖” 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，利用坚硬的岩/土层作为天然地基，甚为经济。 二、“填” 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。 （主要用于竖向荷载较小且分布均匀的道路、环境地坪处理）,三、“换” 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。 这种方法适用于软土层较厚，而仅对局部地基进行加固处理。 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（石灰：土3：7） ，矿渣，素土等。 素土：指碎石土、砂土、粉土、粘性土等,“换”的两种常用方法,（一）灰土垫层地基 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。 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。,禁忌： 1、灰土早期泡水 2、灰土受冻胀、疏松、开裂(冻胀是由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用 ),砂垫层地基,（二）砂垫层地基 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。 适用处理3.0m以内的软弱、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。,禁忌： 1、用干细砂或含泥量大的砂铺设砂地基 2、湿陷性黄土、膨胀土地基上用水撼法铺设砂和砂石地基 3、人工级配砂石地基不拌合均匀铺设 4、地基底面标高不一时，不挖成阶梯或斜坡搭接，不采取 先深后浅的顺序铺设 5、局部软弱土层不处理就施工 6、铺设的地基密实度差,四、“夯”,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”的两种常用方法,（一）重锤夯实地基 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。 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。 缺点：振动 锤表面夯实的加固深度一般为1.22.0m。,重锤夯实地基,1. 机具设备 1.1 夯锤 夯锤形状宜采用截头圆锥体，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。 锤重为1.5-3.0t， 落距一般采用2.5-4.5m。,重锤夯实地基,1.2 起重机 有摩擦式卷扬机的履式起重机 打桩机 悬臂式桅杆起重机 龙门式起重机,重锤夯实地基,1.3 施工要点 1）最优含水量 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 2） 夯打顺序： 大面积基坑或条形基槽内：一夯挨一夯 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,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，对土体进行强力夯实的地基加固方法。 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,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。 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。 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,1. 机具设备 1.1 夯锤： 夯锤重：8-40t 材料：首选铸钢或铸铁， 次选钢板外壳内浇筑钢筋混凝土。 夯锤底面：圆形（常用）或方形 锤的底面积大小：取决于表面土质， 对砂土一般为3-4m2，粘性土为不小于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,1.2 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。 1.3 脱钩装置：,五、“压”,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。 主要方法：砂井堆载预压法、袋袋砂井堆载预压法、塑料排水带堆载预压法和真空预压法。,真空预压处理软基,六、“挤”,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。 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”,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。 方法：旋喷法和深层搅拌法,深层搅拌水泥粉喷桩施工,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。 施工时，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。 其桩径一般为500、600、700mm，桩长可达18m。,第二节 浅基础施工,基础是建筑物埋在地面以下的承重构件，用以承受建筑物的全部荷载，并将这些荷载及其自重一起传给下面的地基。基础是建筑的重要组成部分，因此基础应满足以下要求： （1）强度要求 （2）耐久性要求 （3）经济性要求 建筑物室外设计地坪至基础底面的垂直距离，称基础埋深，如图所示。其中埋置深度在5米以内的基础称为浅基础，埋置深度在5米以上的基础称为深基础。地基与基础的关系如图所示。,（a）内墙（柱）基础埋深,（b）室内外设计地面标高相差不大,（c）室内外设计地面标高相差较大 基础埋深示意图,地基与基础的关系,一、浅基础的类型：,1按受力特点分：,刚性基础 柔性基础,2按构造型式分：,独立基础 带形基础 筏片基础 交梁基础,3按材料不同分：,砖基础 毛石基础 毛石砼基础 钢筋砼基础等,1构成及其特点：,组成：桩及桩承台 特点：承载力高、沉降量小而均匀，能承受竖向力、水平力、上拔力、振动力等，施工速度快、质量好。,刚性基础指抗压强度较大，而抗弯、抗拉强度较小的材料建造的基础如砖、灰土、毛石、混凝土、三合土基础。 柔性基础指抗弯、抗压、抗剪强度都很大，适用于地基土软弱，上部结构荷载较大的基础。,（a）墙下基础,（b）柱下基础,无筋扩展基础构造示意图 d柱中纵向钢筋直径,一、条形基础 1构造要求 （1）锥形基础边缘高度不宜小于200mm，阶梯形基础每阶高度宜为300-500mm （2）垫层厚度大于100mm，混凝土强度等级为C10，基础混凝土强度不低于C15 （3）底板受力钢筋不小于8mm，保护层35mm，无地基时不小于70mm （4）插筋直径与数量与柱内纵向受力钢筋相同。,（a）两皮一收,（b）二、一间隔收 砖基础构造示意图,混凝土基础构造示意图,2施工要点： 施工工艺流程： 基底土质验槽施工垫层在垫层上弹线抄平基础施工。 （1）基坑先验槽，换填不良土层，清除杂物、积水，验槽后立即浇筑地基混凝土。 （2）地基达到一定强度后，弹线、支模，铺放钢筋网片。 （3）浇筑前，应清除模板垃圾和钢筋上的油污，模板应浇水湿润。 （4）基础砼宜分层连续浇筑。 （5）锥形基础的斜面部分模板应随砼浇捣分段支设并顶压紧，以防模板上浮变形，边角处应注意捣实。 （6）基础上有插筋时，要加以固定。砼外表面应浇水养护。,二、杯形基础 杯形基础常常是预制柱基础，基础中预留杯口，将柱子插入杯口并用混凝土浇注固定的方法。 1构造要求：见混凝土设计规范有关规定。 2施工要点： 施工工艺流程 基底土质验槽施工垫层在垫层上弹线抄平基础施工。 （1）砼按台阶分层浇筑，高杯口的高台阶部分按整段分层。 （2）杯口模板应做成定型模板，并应固定牢固，压浆。,（3）浇注杯口砼，应对称均匀进行。 （4）浇注时注意在杯底留出50mm的细石砼找平层。基础浇捣完毕，在砼初凝后终凝前取出杯口模板，并将杯口内侧凿毛。 （5）高杯口基础施工时，当砼浇捣至杯口底时再安装固定杯口基础模板。,三、筏式基础 筏式基础是有由钢筋混凝土底板、梁等组成，适合于地础承载力低且上部荷载大的结构。一般有梁板式和平板式两类。 1构造要求 （1）砼强度等级不宜小于C20，保护层厚不小于35mm。 （2）基础平面应尽量对称，以减小偏心距，底板厚不小于200mm，梁顶高出底板顶不小于300mm，梁宽不小于250mm。 （3）底板下设100mm厚C10砼地基，每边伸出底板不小于100mm。,2施工要求 （1）施工前降水至基坑底下不小于500mm。 （2）砼应平衡于次梁长度方向浇注，对于平板式应平行于基础长边方向。 （3）砼浇注时一般不留施工缝，若不能一次浇注完，应留垂直施工缝，对底板或梁上有立柱时，砼应浇到柱脚顶，留水平施工缝。 （4）基础浇筑完毕，表面应盖草，洒水养护，并不少于7d。,四、箱形基础 箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板、外墙以及一定数量的内墙组成。 特点：整体性好，刚度大，调整不均匀沉降能力及抗震能力强，减少基底处原有地基自重应力。 适用于软弱地基上的面积较小计，平面形状简单，上部结构荷载大且分布不均匀的高层建筑物基础。,1构造要求 （1）箱基在平面布置上尽可能对称。 （2）砼等级不应低于C20基础，高一般取建筑物高的不宜小于箱基长度的，且不小于3m。 （3）底板厚一般取隔间距的，约为3001000mm，顶板厚约200400mm，内墙厚不宜小于200mm，外墙厚不宜小于250mm。 （4）平均每平米基础面积上墙体长度应不小400mm，或墙体水平截面积不得小于基础面积的，纵墙配置不得小于墙体总配置量的,2施工要点 （1）基坑开挖地下水位较高时，应将地下水降至坑底下500mm处，采用机械开挖时，在坑底面设计标高，以上保留200-400厚土层，采用人工开挖，在验槽以后，应立即进行基础施工。（2）箱基的底板，顶板及内外墙的支模和浇筑，可采用内外墙和顶板分次支模浇注方法施工。 （3）箱基的底板，顶板及内外墙宜连续浇筑完毕，当大型箱基，基础长度超过40m时，宜设一道不小于800的后浇带，以防产生温度收缩裂缝。 （4）基础施工完毕，应立即回填，并验算抗浮稳定性。,第二节 桩基施工,1.土木工程中什么情况下需采用桩基础 ？ 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。 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,按受力 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,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 钢筋混凝土预制桩,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。 分类： 实心桩：方桩 尺寸200200mm500500mm 长度：27m以内 管桩：空心圆桩 外直径：300600mm 长度：7-12M 施工程序：预制、运输、堆放、沉桩。,2.2.1钢筋混凝土预制桩施工,预制方桩,预应力管桩,1.桩的预制,制作方法:并列法、间隔法、重叠法、翻模法等 对于重叠法重叠层数不宜超过四层,层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. 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.桩的起吊,当桩的砼达到设计强度的70%方可起吊， 桩吊点位置的确定（原则：弯矩最小）,3.桩的运输,当桩的砼达到设计强度100%方可运输 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。 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. 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,预制桩沉桩施工方法： 1、锤击法 2、静力压桩 3、振动法 4、水冲法,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。 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。 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,（一）锤击法,打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。 （1）桩锤 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。 用锤击沉桩时，力求采用“重锤轻击”。,1、锤击法施工机械设备,（2）桩架 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。 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, 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 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。 优点：性能比多能桩架灵活，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,（3）动力装置 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,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。 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,1、确定打桩顺序的原因 土体挤密，偏移 变位 浮桩 2、什么时候尤需确定打桩顺序 当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要 3、打桩顺序 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,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。 摩擦桩的入土深度控制：以标高为主，最后贯入度作为参考 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,1）打桩时，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。 2）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,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、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。,5、打桩的公害,（二）静力压桩,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。 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，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,1振动器；2弹簧3竖轴；4横梁； 5起重环；6吸振；,（四）水冲法沉桩（射水沉桩）,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。 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,何谓灌注桩 就地成孔 安放钢筋笼 灌注混凝土 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 套管成孔的灌注桩 爆扩成孔的灌注桩等,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。 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,1）干作业成孔灌注桩 2）泥浆护壁成孔灌注桩 3）套管成孔灌注桩 4）爆扩成孔灌注桩 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,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。 目前常用螺旋钻机成孔。,步履式螺旋钻机,1 螺旋钻机,泥浆护壁成孔灌注桩,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。 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。 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,成孔机械有 1）回转钻机 2）潜水钻机 3）冲击钻 其中以回转钻机应用最多。,回转钻机成孔,1）回转钻机成孔 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） 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,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,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，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，进行护壁和将钻下的土渣排出孔外 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,3）冲击钻成孔 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 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,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。 分类： 1）锤击灌注桩 2）振动灌注桩,锤击灌注桩,适用范围：一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基。 施工过程： 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。 复打扩大灌注桩,混凝土桩靴（桩尖）,振动灌注桩,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。 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 振动灌注桩施工方法 单打法