第二章地基与基础工程(预制)

第二章

地基与

基础工程一、地基定义：建筑物基础底部下方一定深度与范围内的土层（受到建筑物影响的那一部分土层）成为地基，承受由基础传来的建筑物荷载。二、地基要求：

1.均应保证具有足够的强度和稳定性。2.在荷载作用下地基土不发生剪切破坏或丧失稳定；3.不产生过大的沉降或不均匀的沉降变形，以确保建筑物的正常使用。软土地基的加固处理第二章地基与基础工程

软弱地基指高压缩土地基。高压缩性土分为自然沉积的（如淤泥）和人工堆积的（如建筑垃圾、生活垃圾、工业废料、炉渣等）两种。

未经处理的软土地基上修建构造物常会出现的工程事故案例。第二章地基与基础工程

比萨斜塔

建塔之初，塔体还是笔直向上的。但兴建至第三层时，发现塔体开始倾斜，工程被迫停工。塔体出现倾斜的主要原因是土层强度差，塔基的基础深度不够（只有3米深），再加上用大理石砌筑的塔身非常重，因而造成塔身不均衡下沉所致。这种情况的发生，完全是由于建筑师对当地地质构造缺乏全面、缜密的调查和勘测，使其设计有误、奠基不慎造成的。第二章地基与基础工程

加拿大特朗斯康谷仓的地基事故

谷仓由65个圆筒仓组成，高31m，宽23m，其下为筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，建成后初次贮存谷物，使基底平均压力（320kPa）超过了地基的极限承载力。结果谷仓西侧突然陷入土中8.8m，东侧则抬高1.5m，仓身倾斜27°。这是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。第二章地基与基础工程

虎丘斜塔的倾斜

虎丘斜塔，塔高４７米，八角七层，青砖造就，此塔建于五代后周显德六年（９５９年），落成于北宋建隆二年（９６１年），至今已有一千多年历史。这座江南最古老的大型砖塔在建造时地基就有局部沉降，以后历次修葺，并没有控制住塔身倾斜。１９７６年，该塔出现危险情况，塔墩裂开，墩砖压碎，当时有关部门立即采取临时排险措施。１９８１年，又进行了第二次加固修缮。使这座古塔控制了倾斜。经测定，塔身的倾斜度和沉降都处于稳定状态，现在塔顶中心偏离塔底中心２.３２米，塔身倾斜度为２.４７度，被国外建筑学家称为“中国的比萨斜塔”。第二章地基与基础工程

分类处理方法原理及作用适用范围换土垫层法机械碾压法挖除上层软弱土，换上易压实、强度高、变形小的土层。按回垫材料可以分为砂垫层、砂石垫层、灰土垫层、粘性素土垫层等。作用：1.提高持力层的承载力；2.减少基础的沉降量和沉降差；3.加速软粘土层的排水速度；4.高寒地区可以防止冻胀。大面积基槽和开挖土方量大的回填土方工程；浅层软粘土（淤泥、淤泥质土）地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基和季节性冻土地基。重锤夯实法地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土及分层填土地基。平板震动法砂性土及粘粒含量少和透水性好的杂填土地基。深层密实法强夯法采用超重夯锤从高处自由落下，反复多次夯击地面，给地基以冲击力和震动，从而提高地基强度，并降低其压缩性。碎石土、砂土、杂填土及粘性土、湿陷性黄土及人工填土，对淤泥质土经试验证明有效时方可使用。振动水冲法依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面，靠振冲器的水平振动力，形成垂直空洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。杂填土和松散砂土，对软粘土地基经试验证明有效时方可使用。砂桩挤密法砂桩挤密法系在松散砂土中设置砂桩，将周围土体挤密，或同时产生振密作用，以提高地基强度、稳定性，并减少沉降。土桩和灰土桩挤密法由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”。地下水位以上，深度为5～10m的湿陷性黄土、人工填土和非饱和粘性土。粉体喷射法以生石灰或水泥等粉体材料，利用粉体喷射机械，以雾状喷入地基深处，由钻头叶片旋转，使粉体加固材料与原位软土硬结，从而提高地基承载力，减少沉降量。粉体喷射搅拌法一般适用于软粘土地基。爆破法爆破法是在地基中钻孔，然后埋设炸药并引爆，利用爆炸产生的气体压力使地基压密，从而形成“复合地基”。非饱和疏松粘性土，饱和松砂、杂填土、湿陷性黄土。第二章地基与基础工程——常用地基处理方法

排水固结法堆载预压法通过布置垂直排水井，改善地基的排水条件，同时采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结，从而达到提高地基承载力，减少沉降量的要求。厚层饱和软粘土（淤泥、淤泥质土）地基。但需要具有预压的荷载和时间条件，对于厚层泥炭层一般不使用。砂井预压法真空预压法降水预压法电渗法化学加固法高压喷射注浆法通过注入水泥或化学浆液，将土粒胶结，或通过化学作用或机械拌合等，改善土的性质，提高地基的承载力。软粘土地基，特别是对已建成的工程事故处理或地基加固等。水泥石灰搅拌法灌浆法加筋法土工织物在软弱土层中建造树根桩或在人工填土的路堤、挡土墙内铺设土工织物、钢带、钢条、尼龙绳或玻璃纤维等作为拉筋，使人工复合土体承受拉、压、剪、弯曲等作用，从而达到提高地基强度、减少变形的目的。在软粘土中土工织物还起反滤，排水和隔离的作用。砂性土和软粘土等加筋土人工填筑的砂性土，但不宜用于粘性土树根桩软粘土和杂填土锚固技术在天热地基中可用灌浆锚杆，在人工填土中可用锚定板。第二章地基与基础工程——常用地基处理方法

根据地基加固的原理，可采用不同的加固方法。这些加固方法，可归纳为“挖、填、换、夯、压、挤、拌”七个字。除此之外还应注意：改变建筑体形，简化建筑平面；调整荷载差异；合理设置沉降缝；采用轻型结构、柔性结构；加强房屋的整体刚度，减小房屋的长高比，采用筏板基础、箱型基础等；对基础进行移轴处理，当偏心荷载较大时，可使基础轴线偏离柱的轴线；施工中正确安排施工顺序和施工进度。第二章地基与基础工程

本章学习重点：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。本章学习要求：了解桩基础组成及分类；桩基础工程第二章地基与基础工程——桩基础工程

掌握预制桩施工顺序确定、注意事项、质量事故产生的原因和预防措施；了解静力压桩特点和施工方法；了解泥浆护壁成孔施工过程及工艺原理；掌握沉管灌注桩、大直径人工挖孔灌注桩的施工方法，常见质量事故的预防和处理，安全施工措施；了解预制桩、灌注桩质量检验标准。

第二章地基与基础工程——桩基础工程

第二章地基与基础工程——桩基础工程

基础——建筑物与土壤直接接触的部分，是建筑物的组成部分。它承受着建筑物的上部荷载，并将这些荷载传给地基。地基——直接支承建筑物的天然土，不是建筑物的组成部分。地基天然地基——本身具有足够的强度，能直接承受建筑物荷载人工地基——本身的承载能力弱，或建筑物上部荷载较大，须预先对土壤层进行人工加工或加固处理（压实法、换土法、打桩法以及化学加固法等）后才能承受建筑物荷载第二章地基与基础工程——桩基础工程

影响基础埋深的因素——建筑物上部荷载的大小、地基土质的好坏、地下水位的高低、土的冰冻的深度以及新旧建筑物的相邻交接关系等。深基础——埋置深度大于5m浅基础——埋置深度小于5m不埋基础——直接做在地表面上的基础第二章地基与基础工程——桩基础工程

桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成。桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上，或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。第二章桩基础工程

__概述

第二章桩基础工程

__概述

桩基的组成第二章桩基础工程

__概述

桩按受力情况可分为端承桩和摩擦桩

端承桩：穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，上部结构荷载主要由岩层阻力承受控制标准：控制贯入度（主）桩尖标高（参考）第二章桩基础工程

__概述

摩擦桩：完全设置在软弱土层中挤密软弱土层，提高土的密实度和承载能力，荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受控制标准：桩尖设计标高（主）贯入度（参考）第二章桩基础工程

__概述

第二章桩基础工程

摩擦桩

——在极限承载力下，桩顶荷载

由桩侧阻力承受；端承摩擦桩

——在极限承载力下，桩顶荷载

主要由桩侧阻力承受；端承桩

——在极限承载力下，桩顶荷载

由桩端阻力承受；摩擦端承桩——在极限承载力下，桩顶荷载

主要由桩端阻力承受。桩按施工方法分为预制桩和灌注桩预制桩根据沉入土中的方法，可分打入桩、水冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等；灌注桩是在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架，再浇筑混凝土而成的桩。灌注桩按成孔方法不同，有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、冲孔灌注桩、套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等。

第二章桩基础工程

第二章桩基础工程

预制桩木桩混凝土桩混凝土方桩预应力混凝土管桩钢桩钢管桩H型钢桩灌注桩干作业成孔人工挖孔螺旋钻钻孔洛阳铲成孔泥浆护壁成孔回转钻机成孔潜水钻机成孔套管成孔锤击成孔振动锤成孔按桩的施工方法分类钢筋混凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制特点：坚固耐久，不受地下水或潮湿环境影响，能承受较大荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层施工。第二章桩基础工程

__钢筋砼预制桩施工

钢筋混凝土预制桩—方形实心断面桩、圆柱体空心断面桩。第二章桩基础工程

__钢筋砼预制桩施工

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

10m以内方桩—预制厂制作较长的方桩—打桩现场制作。

1、截面：

方桩的截面边长多为250~550mm；

管桩直径一般300~800mm，常用的为400~600mm２、长度：单根桩或多节桩的单节长度，应根据桩架高度、制作条件、运输能力等确定。工厂制作——不超过12m；现场预制——不超过30m

３、混凝土强度等级：不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低于C20）４、桩身配筋：锤击沉桩的纵向钢筋配筋率不宜小于0.8%；静压桩不宜小于0.4%；桩顶一定范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

方桩的叠浇法制作

为节省场地，现场预制方桩多用叠浇法制作。

重叠层数：取决于地面允许荷载和施工条件，一般不宜超过4层。场地要求：场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。隔离剂：桩与桩间应做好隔离层，桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。浇筑时间：上层桩或邻桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%后方可进行，养护时间不少于7d

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

预制桩钢筋骨架质量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法主控项目1主筋距桩顶距离±5用钢尺量2多节桩锚固钢筋位置±5用钢尺量3多节桩预埋铁件±3用钢尺量4主筋保护层厚度±5用钢尺量一般项目1主筋间距±5用钢尺量2桩尖中心线10用钢尺量3箍筋间距±20用钢尺量4桩顶钢筋网片±10用钢尺量5多节桩锚固钢筋长度±10用钢尺量第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

设计强度的70%——起吊；达到100%——运输和打桩若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。桩起吊搬运——平稳，避免冲击和振动——吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按图2.3所示的位置捆绑。第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的吊运

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的吊运

第二章桩基础工程

__预制桩施工__桩的制作

堆放堆放桩的地面必须平整、坚实；垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上；堆放层数不宜超过4层；不同规格的桩，应分别堆放。打入法也称锤击法，是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力层的打桩施工方法。特点：施工速度快，机械化程度高，适用范围广，缺点：施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。打桩设备：桩锤、桩架和动力装置。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(1)桩锤桩锤可选用落锤、汽锤、柴油打桩锤和振动锤。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

锤型锤击动力适用性优缺点优点缺点落锤重力小型桩工程构造简单、使用方便效率低、桩身易损失坏柴油锤燃油爆炸能量适用面广、特别适用于大型混凝土桩和钢管桩等结构简单、使用方便；不需从外部供应能源过软的土中会使工作循环中断；污染大蒸汽锤蒸汽动力适用面广冲击力较大；无污染需配备锅炉设备；液压锤液压作用适合水下打桩能获得较大的贯入度构造复杂、造价高第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

柴油打桩锤原理：燃油爆炸推动活塞往返运动进行锤击打桩，柴油打桩机组成：柴油桩锤、桩架、动力设备配套组成。振动锤原理：利用机械强迫振动，通过桩帽传到桩上使桩下沉。锤重选择应根据地质条件、工程结构、桩的类型、密集程度及施工条件等参考选用。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

锤重选择表锤型.柴油锤(t)202535456072锤的动力性能冲击部分重(t)2.02.53.54.56.07.2总重(t)4.56.57.29.615.018.0冲击力(kN)20002000~25002500~40004000~50005000~70007000~10000常用冲程(m)1.8~2.3桩的边长或直径预制方桩、预应力管桩的边长或直径(cm)25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩直径(cm)φ40φ60φ90Φ90~100持力层粘性土粉土一般进入深度(m)1~21.5~2.52~32.5~3.53~43~5静力触探比贯入阻力Ps平均值(MPa)345>5>5>5砂土一般进入深度(m)0.5~10.5~1.51~21.5~2.52~32.5~3.5标准贯入击数N(未修正)15~2520~3030~4040~4545~5050锤的常用控制贯入度(cm/10击)2~33~54~8设计单桩极限承载力(kN)400~120800~16002500~40003000~50005000~70007000~10000第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(2)桩架第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

多功能桩架特点：机动性和适应性很大，水平方向可作360°回转，立柱可前后倾斜，可在轨道上行走缺点：机构较庞大多能桩架第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

履带式桩架履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。其性能灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。履带式桩架1-桩锤；2-桩帽；3-桩；4-立柱；5-斜撑；6-车体

预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩的类型、成孔过程对土的挤压情况、地质探测和试桩等资料，制定施工方案。其主要内容包括：确定施工方法，选择打桩机械，确定打桩顺序，桩的预制、运输，以及沉桩过程中的技术和安全措施。第二章桩基础工程

__钢筋砼预制桩施工

场地平整及周边障碍物处理定桩位及埋设水准点

依据施工图设计要求，定桩位，作明显标志。（不受影响区域）在打桩现场附近设置2～4个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩帽、垫衬和送桩设备机具准备第二章桩基础工程

__钢筋砼预制桩施工

打桩原则：先深后浅、先大后小、先长后短打桩顺序的确定第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

桩中心距不大于4倍桩的直径或边长，由中间向两侧对称施打、或由中间向四周施打桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设。打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致。桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度(1～2m)稳定以后，再以规定落距施打。打桩第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

桩的施打原则是重锤低击，这样桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上，桩能较快地沉入土中。桩入土深度是否已达到设计位置，是否停止锤击，其判断方法和控制原则与桩的类型有关。打桩第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

打桩-第一节桩体第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

打桩-电焊接桩第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

第二章桩基础工程__预制桩施工—打入法施工

打桩-末节桩体第二章桩基础工程__预制桩施工—打入法施工

锤击桩动画(1)打桩质量要求端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合表2.4的规定。桩的承载力检验第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

表2.4预制桩(钢桩)桩位的允许偏差

项项目允许偏差(mm)1盖有基础梁的桩：(1)垂直基础梁的中心线(2)沿基础梁的中心线100+0.01H150+0.01H2桩数为1～3根桩基中的桩1003桩数为4～16根桩基中的桩1/2桩径或边长4桩数大于16根桩基中的桩：(1)最外边的桩(2)中间桩1/3桩径或边长1/2桩径或边长第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(2)混凝土预制桩施工记录

打桩工程是隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观测和记录，这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

打桩施工常见问题的分析在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。打桩施工常见问题的分析第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(1)桩顶破碎

打桩时，桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。在沉桩工艺方面，若桩垫材料选择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(2)桩身被打断

制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不足，在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物，增大落距，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(3)桩身位移、扭转或倾斜

桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制作原因，桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转或倾斜。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

(4)桩锤回跃，桩身回弹严重

选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

打桩过程中的注意事项桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。打桩时，应密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。在正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

打桩的公害

a．公害挤土、震动、噪音、大气污染等

b．防止措施

防止挤土影响

挖防震沟、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。

防止震动、噪音、大气污染等

选择合适的打桩方法，如静力压桩、灌注桩等严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。打桩过程中的注意事项第二章桩基础工程

__预制桩施工__打入法施工

桩头的处理截桩头：在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。接桩头：