地基基础概念与施工工艺

地基处理常识2015年2月一、地基与基础的概念

1、基础：建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大，它承受建筑物的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。建筑物的基础，一般按其构造形式分类：条形基础、独立基础、井格基础、筏式基础、箱形基础和桩基础等。这里不再详述。2、地基：承受由基础传来荷载的土层，不是建筑物的组成部分。其中：持力层：具有一定的地耐力，直接承受建筑荷载，并需进行力学计算的土层。下卧层：持力层以下的土层。（下卧层最好是坚硬的土层）

基础示例图地基的分类天然地基：凡天然土层具有足够的承载力，不需经人工加固或改良便可作为建筑物地基。如基岩。戈壁。人工地基：当建筑物上部的荷载较大或地基的承载力较弱，须预先对土壤进行人工加固或改良后才能作为建筑物地基。我们讨论的都是人工地基。如强夯后的地基，桩基等。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。二、土力学常识

土的生成

1、什么是土土的定义：地球表面30～80KM厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、侵蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。（风化作用——是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。侵蚀作用——包括岩石和矿物经由媒介如水、冰、风及重力等引起其移动与瓦解。搬运作用——是指地表和近地表的岩屑和溶解质等风化物被外营力搬往他处的过程，是自然界塑造地球表面的重要作用之一。风化作用伴有化学变化且不移动，侵蚀作用和搬运作用都是物理变化，且都会移动。两者区别在于，侵蚀作用会使物体瓦解，而搬运作用，只是移动而已。）

2、风化作用的概念、分类由于外动力作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程叫风化作用。不同的风化作用，形成不同性质的土，风化作用有下列三种：1）物理风化岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化作用，只改变颗粒形状及大小，不改变矿物成分，称为物理风化。由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等。呈松散状态，总称无粘性土。2）化学风化岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生了化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生了一种新的成分——次生矿物，土的颗粒变的很细，具粘结力，如粘土、粉质粘土，总称为粘性土。3）生物风化由动、植物和人类活动对岩体的破坏，称生物风化，例如开山、打隧道等活动形成的土，其矿物成分没有变化。土的三相组成土由固体矿物、液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。土的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同，例如：固体+气体（液体=0）为干土，干粘土坚硬，干砂松散。固体+液体+气体为湿土，湿的粘土多为可塑状态。固体+液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化，饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的，组成土的三相，即固体、水和气体本身开始研究。土的固体颗粒土的三相组成中，土的固体颗粒是决定土的工程性质的主要成分。1、土粒的矿物成分1原生矿物—由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同。2次生矿物—岩屑经化学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物，颗粒细。3腐植质—土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。2、土颗粒的大小与形状土的大颗粒漂石，粒径d＞200mm，土的细颗粒粘粒，d＜0.005mm，二者粒径相差几万倍。颗粒大小不同的土，其工程性质也各异。为了便于研究，把土的粒径按性质相近原则，划分为六个粒组。土的粒径级配自然界里的天然土往往由几种粒组混合而成，颗粒有粗有细，这种天然土如何表示，怎样定名？通常，用土中各粒组的相对含量，占总重的百分数来表示，称为土的粒径级配。这是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土分类定名的标准。粒径分析方法，工程中常用两种方法，配合使用。1筛分法用一套标准筛，将粗粒土进行筛分。适用于粒径d＞0.075mm的土。2比重计法根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重计进行测定分析，适用于粒径d＜0.075mm的细粒土。如何判断土的级配是否良好不均匀系数：Cu=d60/d10曲率系数：Cc=d302/（d60×d10）

不均匀系数Cu反映粒径曲线坡度的陡缓，表明土粒大小的不均匀程度，是反映土粒组成不均匀程度的参数。工程上常把Cu≤5的土称为匀粒土；反之Cu>5的土则称为非匀粒土。曲率系数Cc反映粒径分布曲线的整体形状及细粒含量。研究指出：Cc<1.0的土往往级配不连续，细粒含量大于30％;Cc>3的土也是不连续，细粒含量小于30％；故Cc＝1~3时土粒大小级配的连续性较好。所以，在工程中，对粗粒土级配是否良好的判定规定如下：

(1)良好级配的材料。一般来说，多数累积曲线呈凹面朝上的形式，坡度较缓，粒径级配连续，粒径曲线分布范围表现为平滑。同时满足Cu>5及Cc＝1～3的条件。

(2)不良级配的材料。这类材料颗粒较均匀，曲线陡，分布范围狭窄。不能同时满足Cu>5及Cc＝1～3的条件。土的的物物理理性性质质指指标标工业业与与民民用用建建筑筑地地基基基基础础设设计计中中，，一一个个关关键键问问题题是是确确定定地地基基土土的的承承载载力力f（KPa）。。f值不不同同，，采采用用地地基基基基础础方方案案不不同同。。f值如如何何确确定定？？常常用用方方法法是是根根据据土土的的物物理理性性质质来来定定。。土有有三三项项基基本本物物理理性性指指标标：：此三三项项基基本本物物理理性性指指标标，，由由实实验验室室直直接接测测定定其其数数值值。。1、土土的的天天然然容容重重，，即即天天然然重重度度（（KN/m3）2、土土粒粒比比重重ds（不不作作介介绍绍））3、土土的的含含水水量量（（%）及及液液限限、、塑塑限限土层层的的最最优优含含水水量量最最好好在在塑塑限限上上下下值值附附近近粘性性土土液液态态与与塑塑态态之之间间的的分分界界含含水水量量称称为为液液限限。。（（锥锥式式液液限限仪仪下下沉沉10mm时的的含含水水量量））粘粘性性土土塑塑态态与与半半固固态态的的分分界界含含水水量量称称为为塑塑限限。。（（锥锥式式液液限限仪仪下下沉沉2mm时的的含含水水量量））三、、地地基基土土的的工工程程分分类类三七七灰灰土土与与三三合合土土三七七灰灰土土：石灰灰和和土土的的体体积积比比为为3∶∶7。一一般般情情况况下下，，以以粘性性土土配制制的的灰土土强度度比比砂性性土土配制制的的强强度度高高1～2倍。。房房渣土土作为为灰土土的土土料料也也是是可可用用的的，，石石灰灰和和土土必必须须过过筛筛。。土土的的粒粒径径不不得得大大于于15毫米米；；灰灰粒粒不不得得大大于于5毫米米。。须须拌拌合合均均匀匀,并控控制制最最佳佳含水水量量作为为灰土土的含含水水标标准准。。灰灰土土下下入入基基槽槽前前，，应应先先将将基基槽槽底底部部夯夯打打一一遍遍，，然然后后将将拌拌好好的的灰灰土土按按指指定定的的地地点点倒倒入入槽槽内内，，但但不不得得将将灰灰土土顺顺槽槽帮帮流流入入槽槽内内。。用用人人工工夯夯筑筑灰灰土土时时,第一一层层铺铺虚土土25厘米米,第二二层层为为22厘米米，，以以后后各各层层为为21厘米米，，夯实实后均均为为15厘米米。。采采用用蛙蛙式式夯夯须须铺铺虚土20～25厘米。夯实是保证灰土基础础质量的关关键。施施工工具具过去沿沿用木夯夯与铁硪硪。夯打打时要求求夯窝、、硪花各各自相互互搭接。。夯的遍遍数以使使灰土的的干容重达到规范范所规定定的数值值为准。。夯打完完毕后及及时加以以覆盖，，防止日日晒雨淋淋。28天龄期的的灰土抗抗压强度度约可达达到500～700kPa，200～300年龄期的的灰土抗抗压强度度可高达达8～10兆帕。不论是用用亚粘土土或粘土土制作的的三七灰灰土,在室内养养护7天后浸水水48小时的形形变模量量为10～15兆帕，养养护28天浸水48小时的形形变模量量为32～40兆帕。打打好的三三七灰土土的性能能之好可可能出乎乎你的意意料之外外，如果果用水长长期浸泡泡，最多多也只只能泡透透1-2公分，可可以说防防水功能能超强。。砼里的的钢筋有有可能生生锈，但但如果你你在三七七灰土里里放一个个钉子，，可能几几十年都都不会生生锈，可可以说气气密性极极好。打打好的三三七灰土土上面如如果你想想钉上一一根钉子子都很难难，可以以说紧密密性、强强度很高高。我国国有许多多古老的的建筑物物千年几几屹立不不倒，其其下部的的灰土基基础可以以说是功功不可没没，可以以说三七七灰土的的抗变形形能力极极强。为什么灰灰土具有有这么好好的性能能，建筑筑学界历历来也是是众说纷纷纭，至至今仍无无定论简单地说说，三七七灰土是是一个缓缓慢的化化学变化化过程随随着时时间的积积累会逐逐渐向岩岩石转变变。三合土：：三合土地地材料为为：泥土土、熟石灰、沙。其其实际配配比视泥泥土的含含沙量而而定。即即泥土地地含沙量量多，则则沙的量量减少。。熟石灰灰一般占占30％性能极佳佳，过去去有一碗碗三合土土换一碗碗猪肉的的说法，，三合土土曾用来来做炮台台，据载载在与洋洋舰炮战战中经历历了考验验，不塌塌不毁，，还有一一项功能能是不会会溅起碎碎石伤人人。用三三合土土做的土土楼据载载在军阀阀进攻时时，经受受了加农农炮的直直射，未未受损伤伤，在60年代，曾曾有人试试图拆掉掉一座土土楼，结结果刀枪枪棍棒齐齐上阵，，硬没搞搞开，最最后用了了几十公公斤炸炸药炸，，也没崩崩下一块块。四主要要地基处处理手段段列表五、常用用地基处处理手段段简介强夯法：：反复将将夯锤提提到一定定高处使使其自由由落下，，给地基基以冲击击和振动动能量，，将地基基土夯实实的地基基处理方方法。强夯置换换法将重重锤提到到高处使使其自由由下落形形成夯坑坑，并不不断夯击击坑内回回填的砂砂石、钢钢渣等硬硬粒料，，使其形形成密实实的墩体体的地基基处理方方法1、强夯法法与强夯夯置换法法2、复合载体体夯扩桩桩复合载体体夯扩桩桩的工艺艺（大头头桩）复合载体体夯扩桩桩作为一一门新的的专利技技术，它它选择下下部层位位稳定、、土性较较好的土土层作为为被加固固土层，，以桩端端土体为为研究对对象，利利用重锤锤冲击成成孔、沉沉管，当当沉管到到设计标标高时，，对桩端端连续进进行填料料、夯实实操作，，并用三三击贯入入度作为为控制指指标（三三击贯入入度为锤锤重35kN，上提6.0m，自由落落体时贯贯入的深深度），，再填以以干硬性性混凝土土或水硬硬性材料料进行夯夯实，使使桩端以以下深度度为3～5m、直径为为2～3m约10m3的土体得得到最有有效的加加固挤密密，自上上而下形形成了由由干硬性性混凝土土（水硬硬性材料料）、填填充料、、挤密土土体和影影响土体体组成的的复合载载体，然然后再放放置钢筋筋笼、灌灌注混凝凝土形成成复合载载体夯扩扩桩，如如图1。施工工艺艺：1)在桩位处处挖直径径等于桩桩身直径径、深度度约为500mm的桩位圆圆柱孔，，移机就就位；2）提起夯夯锤后快快速下放放，使夯夯锤出护护筒，入入土一定定深度；；3）用副卷卷扬机钢钢丝绳对对护筒加加压，使使护筒底底面与锤锤底齐平平；4）重复2）、3）的步骤骤，将护护筒沿垂垂直沉入入到设计计深度；；5）提起夯夯锤，通通过护筒筒投料孔孔向孔底底分次投投入填充充料，并并进行大大能量夯夯击；6）填充料料被夯实实后，在在不再填填料的情情况下连连续夯击击三次并并测出三三击贯入入度，若若三击贯贯入度不不满足设设计要求求，重复复5）和6）的步骤骤，直至至三击贯贯入度满满足设计计要求为为止；7）通过护护筒投料料孔再向向孔底分分次投入入设计需需要的干干硬性混混凝土，，并进行行夯击；；8）放入钢钢筋笼；；9）灌注桩桩身混凝凝土。3、柱锤冲冲扩桩柱锤冲扩扩桩法：指反复将将柱状重重锤提到到高处使使其自由由落下冲冲击成孔孔，然后后分层夯夯实填料料形成扩扩大桩体体，与桩桩间土组组成复合合地基的的地基处处理方法法。该法施工工简便易易行，振振动及噪噪音小。。适用于处处理杂填土、、粉土、、粘性土土、素填填土和黄黄土等地基。对地下水水位以下下饱和松松软土层层应通过过现场试试验确定定其适用用性。对对大型的的、重要要的或场场地复杂杂的工程程，在正正式施工工前应在在有代表表性的场场地上进进行试验验。当质量1-8t的柱锤，，提升5-10m高自由下下落冲击击成孔及及夯实成成桩过程程中，其其冲击能能可达50-80kN·m，较大的的夯击能能量产生生的冲击波和和动应力力在土中中传播，，使颗粒粒破碎或或使颗粒粒产生瞬瞬间的相相对运动动，导致致柱锤底底土体被被竖向挤挤密的同同时桩周周围土体体被侧向向挤密。。与此同时时，夯实实成桩过过程中强强大的夯夯击振动动迫使部部分碎砖砖挤入桩桩周围土土中，使使桩间土土孔隙比比减少，，土体性性质得到到改善。。目前成孔孔工艺已已经多样样化，锤锤重也有有所提高高，加固固深度可可达40米，复合合承载力力可达600kPa.3、混凝土土预制桩桩预制桩，，是在工工厂或施施工现场场制成的的各种材材料、各各种形式式的桩（（如木桩桩、混凝凝土方桩桩、预应力混混凝土管管桩、钢桩等等），用用沉桩设设备将桩桩打入、、压入或或振入土土中。中国建筑施工工领域采采用较多多的预制制桩主要要是混凝凝土预制制桩和钢钢桩两大大类。钢筋混凝凝土预制制桩基础础施工技技术（一）锤锤击法1.施工程序序：确定定桩位和和沉桩顺顺序→打打桩机就就位→吊吊桩喂桩桩→校正正→锤击击沉桩→→接桩→→再锤击击沉桩→→送桩→→收锤→→切割桩桩头。2.确定桩位位和沉桩桩顺序3.桩机就位位：4.吊桩喂桩桩和校正正5.打桩：““重锤低低击，低低锤重打打”6.接桩：当当桩需接接长时，，接头个个数不宜宜超过3个，尽量量避免桩桩尖落在在厚黏性性土层中中接桩。。7.桩的人土土深度的的控制，，对于承承受轴向向荷载的的摩擦桩桩，以标标高为主主，贯人人度作为为参考；；端承桩桩则以贯贯入度为为主，以以标高作作为参考考。8.施工时，，应注意意做好施施工记录录；同时时，还应应注意观观察打桩桩人土的的速度、、打桩架架的垂直直度、桩桩锤回弹弹情况、、贯入度度变化情情况等；；发现异异常，应应立即通通知有关关单位和和人员及及时处理理。（二）静静力压桩桩法静静力力压桩是是通过静静力压桩桩机的压压桩机构构，将预预制钢筋筋混凝土土桩分节节压入地地基土层层中成桩桩。一般般都采取取分段压压人、逐逐段接长长的方法法。施施工工程序：：测量定定位→压压桩机就就位→吊吊桩、插插桩→桩桩身对中中调直→→静压沉沉桩→接接桩→再再静压沉沉桩→送送桩→终终止压桩桩→检查查验收→→转移桩桩机。同同一根（（节）桩桩时应连连续进行行，当压压力表读读数达到到预先规规定值，，便可停停止压桩桩。压压桩桩用压力力表必须须标定合合格方能能使用，，压桩时时桩的入入土深度度和压力力表数值值是判断断桩的质质量和承承载力的的依据，，也是指指导压桩桩施工的的一项重重要参数数，必须须认真记记录。4、钢筋混混凝土灌灌注桩钢筋混凝凝土灌注注桩是一一种直接接在现场场桩位上上就地成成孔，然然后在孔孔内浇筑筑混凝土土或安放放钢筋笼笼再浇筑筑混凝土土而成的的桩。钢筋混凝凝土灌注注桩基础础施工技技术（一）.钻孔灌注注桩钻孔灌注注桩是指指利用钻钻孔机械械钻出桩桩孔，并并在孔中中浇筑混混凝土（（或先在在孔中吊吊放钢筋筋笼）而而成的桩桩。根据据工程的的不同性性质、地地下水位位情况及及工程土土质性质质，钻孔孔灌注桩桩有冲击击钻成孔孔灌注桩桩、回转转钻成孔孔灌注桩桩、潜水水电钻成成孔灌注注桩及钻钻孔压浆浆灌注桩桩等。除除钻孔压压浆灌注注桩外，，其他三三种均为为泥浆护护壁钻孔孔灌注桩桩。1.施工工艺艺流程：：泥泥浆护护壁钻孔孔灌注桩桩施工工工艺流程程是：场场地平整整→桩位位放线→→开挖浆浆池、浆浆沟→护护筒埋设设→钻机机就位、、孔位校校正→成成孔、泥泥浆循环环、清除除废浆、、泥渣→→清孔换换浆→终终孔验收收→下钢钢筋笼和和钢导管管→浇筑筑水下混混凝土→→成桩。。2.泥浆护壁壁钻孔灌灌注桩施施工，在在冲孔时时应随时时测定和和控制泥泥浆密度度，如遇遇较好土土层可采采取自成成泥浆护护壁。3.灌注桩的的质量检检验应较较其他桩桩种严格格，因此此，现场场施工对对监测手手段要事事先落实实。4.灌注桩的的沉渣厚厚度应在在钢筋笼笼放入后后，混凝凝土浇注注前测定定，成孔孔结束后后，放钢钢筋笼、、混凝土土导管都都会造成成土体跌跌落，增增加沉渣渣厚度。。因此，，沉渣厚厚度应是是二次清清孔后的的结果。。沉渣厚厚度的检检查目前前均用重重锤，但但因人为为因素影影响很大大，应专专人负责责，用专专一的重重锤，有有些地方方用较先先进的沉沉渣仪，，这种仪仪器应预预先做标标定。2.沉管灌注注桩是指指利用锤锤击打桩桩法或振振动打桩桩法，将将带有活活瓣式桩桩尖或预预制钢筋筋混凝土土桩靴的的钢套管管沉入土土中，然然后边浇浇筑混凝凝土（或或先在管管内放入入钢筋笼笼）边锤锤击或振振动边拔拔管而成成的桩。。前者称称为锤击击沉管灌灌注桩及及套管夯夯扩灌注注桩，后后者称为为振动沉沉管灌注注桩。1.沉管灌注注桩成桩桩过程为为：桩机机就位→→锤击（（振动））沉管→→上料→→边锤击击（振动动）边拔拔管，并并继续浇浇筑混凝凝土→下下钢筋笼笼，继续续浇筑混混凝土及及拔管→→成桩。。2.锤击沉管管灌注桩桩劳动强强度大，，要特别别注意安安全。该该种施工工方法适适于黏性性土、淤淤泥、淤淤泥质土土、稍密密的砂石石及杂填填土层中中使用，，但不能能在密实实的中粗粗砂、砂砂砾石、、漂石层层中使用用。3.套管夯扩灌注注桩套套管夯扩灌注注桩简称夯压压桩，是在普普通锤击沉管管灌注桩的基基础上加以改改进发展起来来的一种新型型桩。4.振动沉管灌注注桩适用于在在一般黏性土土、淤泥、淤淤泥质土、粉粉土、湿陷性性黄土、稍密密及松散的砂砂土及填土中中使用，在坚坚硬砂土、碎碎石土及有硬硬夹层的土层层中，由于容容易损坏桩尖尖，不宜采用用。根据承载载力的不同要要求，拔管方方法可分别采采用单打法、、复打法、反反插法。3.人工挖孔灌注注桩人工挖孔灌注注桩是指桩孔孔采用人工挖挖掘方法进行行成孔，然后后安放钢筋笼笼，浇筑混凝凝土而成的桩桩。为为了确保人工工挖孔桩施工工过程中的安安全，施工时时必须考虑预预防孔壁坍塌塌和流砂现象象发生，制定定合理的护壁壁措施。人人工挖孔孔灌注桩的施施工程序是：：场地整平→→放线、定桩桩位→挖第一一节桩孔土方方→支模浇筑筑第一节混凝凝土护壁→在在护壁上二次次投测标高及及桩位十字轴轴线→安装活活动井盖、垂垂直运输架、、起重卷扬机机或电动葫芦芦、活底吊土土桶、排水、、通风、照明明设施等→第第二节桩身挖挖土→清理桩桩孔四壁、校校核桩孔垂直直度和直径→→拆上节模板板，支第二节节模板，浇筑筑第二节混凝凝土护壁→重重复第二节挖挖土、支模、、浇筑混凝土土护壁工序，，循环作业直直至设计深度度→进行扩底底（当需扩底底时）→清清理虚土、排排除积水，检检查尺寸和持持力层→吊放放钢筋笼就位位→浇筑桩身身混凝土。5、CFG桩复合地基现在很多CFG桩就是素混凝凝土桩，加粉粉煤灰的主要要作用有三点点：1.提高混凝土的的和易性，使使砂、石子均均匀分布，同同时便于混凝凝土泵送施工工。目前，商商品混凝土通通常也使用粉粉煤灰。2.粉煤灰是工业业废料，价格格低廉，使用用粉煤灰不但