地基与基础工程

2地基与基础工程地基与基础地基是受力的天然持力层，基础是建筑物的一部分。为什么要进行地基处理？天然地基土质较弱工程结构荷载较大地基处理的基本原理提高密实度，降低含水量提高抗剪强度，降低压缩性提高其承载力2.1地基处理地基处理方法地基处理换土垫层法强夯法预压法深层搅拌法机械碾压法挤密法化学加固法其他措施结构形式选择预防不均匀沉降的措施施工组织2.1.1换填垫层法概念：挖去软弱土层，分层回填强度较大的砂或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密度为止。分类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层……适用：浅层软弱地基及不均匀地基的处理。2.1.1.1垫层的压实原理及垫层的作用压实原理：同土方回填的压实原理。在最优含水量时才能获得最大干密度。作用：提高地基承载力减少沉降量加速软弱土层的排水固结防止冻胀消除膨胀土的膨胀作用2.1.1.2垫层材料选择砂石粉质粘土灰土粉煤灰矿渣其他工业废渣土工合成材料2.1.1.3垫层的施工机械碾压法重锤夯实法平板振动法2.1.2强夯法是一种较常采用的地基处理方法,它是用起重机械将大吨位夯锤(一般不小于8t)起吊到高处(一般不小于6m)后，自由落下，对土体进行强力夯实。强夯可提高地基土的强度，降低土的压缩性，改善土的抗液化条件。适用于粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的加固。但强夯产生的振动对已建成或在建的建筑物有影响时，不得采用。强夯施工中2.1.2.1强夯法的加固原理夯击能冲击波对土体冲切破坏土体结构夯坑对围土进行动力挤压2.1.2.2施工方法试夯夯锤强夯机械施工步骤施工中的监测工作施工注意事项夯锤气孔强夯机吊起夯锤自动脱钩装置起重机配三角架起吊夯锤下落瞬间起重机配龙门架起吊夯坑2.1.2.3质量检验检验时间检验方法测点布置、数量质量检验标准2.1.3预压法（排水固结法）地基加载排水固结强度逐步提高原理分类适用堆载预压法真空预压法处理淤泥质土、淤泥和充填土等饱和粘性土地基⑴堆载预压法

在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。

加载预压

堆载预压法包括加压系统和排水系统。

按堆载材料分为自重预压、加载预压和加水预压。按加压程序可分为单级加荷和多级加荷。

加水预压2.2地基加固的方法是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。抽气使地表砂垫层及排水竖井内形成负压，使土体内部与排水竖井之间形成压力差。压差作用下土体中的孔隙水不断由排水竖井排出，从而使土体固结。⑵真空预压法

吹填施工软弱的吹填地基真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，又称为负压固结。按照竖向排水体的不同，真空预压法又可分为普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。袋装砂井埋设完毕袋装砂井与排水横管连接插板机在进行塑料排水带施工塑料排水带埋设完毕真空预压法—覆盖封闭膜真空预压法—排气进行时真空预压法的新发展低位真空预压法高真空击密法覆水真空预压法覆水真空预压法2.1.3.2预压法的施工材料要求主要机具设备作业条件施工工艺施工要点质量验收及标准2.1.4深层搅拌法水泥土搅拌法：深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）适用：处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无法流动地下水的饱和松散砂土等地基。2.1.4.1加固机理水泥的水解和水化反应土颗粒与水泥水化物的作用离子交换和团粒化作用硬凝反应碳酸化作用2.1.4.2深层搅拌法施工（1）施工机械灰浆搅拌机高压注浆泵单轴深层搅拌机三轴深层搅拌机（2）施工工艺定位预搅下沉制备水泥浆提升喷浆搅拌重复上、下搅拌清洗移位深层搅拌桩施工工艺流程图2.2桩基础施工（1）桩的作用传递荷载至深层土体挤密地基软土桩的分类按桩上的荷载传递机理分端承桩摩擦桩按施工方法分预制桩灌注桩按桩的使用功能分竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩按桩身材料分混凝土桩钢桩组合材料桩42.2.1预制桩施工钢筋混凝土预制桩钢桩1.钢筋混凝土预制桩的制作、起吊、运输和堆放制作方桩预应力管桩起吊、运输和堆放2.预制桩沉桩工艺流程施工准备合理确定沉桩顺序工艺流程

测量定位

桩机就位

沉桩

接桩3.预制钢筋混凝土桩常见的沉桩方式锤击沉桩静压沉桩振动法沉桩射水沉桩4.施工质量的检查验收施工质量标准5.施工常见问题及预控措施见表2-66.沉桩对周围环境的影响及预防措施对周围环境的影响主要预防措施2.2.2钻孔灌注桩施工分类混凝土灌注桩钢筋混凝土灌注桩成孔泥浆护壁成孔干作业成孔套管成孔特点灌注桩能适应地层的变化，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜于建筑物密集区使用，但操作要求严格，需一定养护期，成桩后不能立即承受荷载。2.2.2.1泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁、防止塌孔和排出土渣而成孔，不同土质和地下水位高低都适用。多用于含水量高的软土地区。（1）主要机具设备成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。回转钻机是由动力装置带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。正循环回转钻机

成孔时泥浆由钻杆内部注入,从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上经孔口带出并流入沉淀池，沉淀后的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。步履式正反循环冲击钻机反循环回转钻机

成孔时泥浆由钻杆与孔壁间的间隙流入钻孔，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。GW-40型全液压钻机GW-35B型钻机FGZ反循环回转钻机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。KQ系列潜水工程钻孔机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。冲击钻成孔作业冲击锥掏碴筒泥浆的作用

泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣及冷却与润滑钻头的作用。钻进中，护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出携带土屑的泥浆；当钻孔达到规定深度后，运用泥浆循环进行孔底清渣。护壁泥浆泥浆的组成：是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，也可掺入加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等掺合剂。泥浆一般在现场制备，有些粘性土在钻进过程中可形成适合护壁的浆液，则可利用其作为护壁泥浆，即“自造泥浆”。泥浆池（2）施工工艺流程埋设钢护筒：在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设钢护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。其内径应比钻头大100mm，埋入土中不少于1m。泥浆注入：粘土中可采用清水钻进、自造泥浆护壁；砂土中钻进则应注入制备泥浆，注入泥浆密度控制在1.1左右，排出泥浆密度宜为1.2~1.4。钻进过程中，应保持护筒内泥浆水位高于地下水位。插打钢护筒第一次清孔：钻孔达到设计标高后应进行清孔。以原土造浆的钻孔可用“射水法”，即钻杆只转不进（空转），待泥浆密度降至1.1左右；注入制备泥浆的钻孔则应采用“换浆法”清孔，至换出的泥浆密度小于1.15时方为合格。

第二次清孔：在钢筋笼和导管安放后、水下砼浇灌前进行，在导管顶部安放泵及皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣。第二次清孔标准是：孔深达到设计要求，沉渣厚度在100mm以内。吊放钢筋笼及导管水下浇灌砼1

安放导管2

导管就位3

料斗贮料4连续浇注5提升导管泥浆护壁成孔的缺点：施工现场环境污染严重（3）混凝土灌注桩的质量检测及控制（4）施工过程中常见问题的处置钻进过程中如发现排出的泥浆中不断出现气泡或泥浆液面突然下降，这表示有孔壁坍陷迹象。预防及处理措施：护筒周围用粘土填封密实，钻进过程中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；遇流砂、松散土层时适当加大泥浆比重，控制钻进速度和空转时间；孔壁坍陷时应保持孔内泥浆液位并加大泥浆比重以稳孔护壁。如孔坍陷严重，应提出钻具立即回填粘土，待孔壁稳定后再钻。（1）孔壁塌陷2）钻孔偏斜钻进过程中钻杆不垂直、土层软硬不均或碰到孤石都会引起钻孔偏斜；预防措施是钻机安装时对导架进行水平和垂直校正，发现钻杆弯曲时应及时更换，遇软硬土层应低速钻进；出现钻杆偏斜时可提起钻头，上下反复扫钻几次。如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，稳定后再重新钻进。回转钻机的钻头扩底灌注桩设备2.2.2.2干作业成孔灌注桩

适用于成孔深度内无地下水的一般粘性、砂土及人工填土，勿需护壁，成孔深度8~20m、成孔直径300~600mm，不宜用于地下水位以下的各类土及淤泥质土。常用螺旋钻机成孔，亦可用洛阳铲成孔。成孔原理：电动机带动钻杆转动，使螺旋叶片旋转削土，土随螺旋叶片上升排出孔外。（1）主要机具设备（2）施工工艺流程桩点定位钻机就位钻孔钻至

设计标高清除

孔底虚土成孔质量检查验收吊放

钢筋笼灌注

混凝土孔底清理钻至设计深度后进行孔底清理，方法是只钻不进、空转清土、提钻卸土。可在钻杆上换装扩孔刀片，扩底直径为桩身直径的2.5~3.5倍，在设计要求位置形成葫芦桩或扩底桩。孔底虚土厚度：磨擦力为主的桩不大于300mm，端承力为主的桩不大于100mm；桩身或桩底扩孔钢筋笼宜一次绑好，吊入孔内时注意勿碰孔壁，钢筋骨架过长时，可分段吊放，逐段焊接。砼应分层连续浇筑，分层厚度不大于1.5m。施工要点长螺旋钻机成孔施工长螺旋钻机钻头长螺旋钻机成孔近景2.2.2.3沉管灌注桩沉管灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉管法将带有钢筋砼桩靴(或活辨式桩尖)的钢桩管沉入土中，然后边拔管边灌注砼而成。用锤击沉桩设备沉管时称为“锤击沉管灌注桩”利用激振器的振动沉管时，称为“振动沉管灌注桩”

第16页锤击沉管灌注桩（1）主要机具设备图2-15图2-16（2）施工工艺立管→对准桩位套入桩靴、压入土中→检查→低锤轻击→检查有无偏移→正常施打至设计标高→第一次浇灌砼→边拔管、边锤击、边继续浇灌砼→安放钢筋笼、继续浇灌砼至桩顶设计标高。砼预制桩靴就位用桩架吊起桩管，关闭桩尖活瓣或对准预设在桩位处的预制砼桩靴，套入桩靴。然后缓缓放下套管，压进土中。桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉管。先低锤轻击，观察如无偏移方可正常施打，直至符合设计要求的贯入度或标高。沉管关闭桩管活瓣桩尖桩管套入砼桩靴③砼浇灌检查桩管内有无泥浆或水进入，即可灌注砼。第一次浇灌砼时桩管内应尽量灌满，拔管过程中应向桩管内继续浇灌砼，并使桩管内砼保持略高于地面。④拔管

在砼灌满桩管后，拔管即可进行。一边拔管、一边锤击，拔管的速度要均匀，一般土层以1m/min为宜，软弱土层以0.3~0.8

m/min为宜。倒打拔管的速度，单动汽锤不得少于50次/min，自由落锤不少于40次/min。在管底未拔至桩顶设计标高时，倒打和轻击不得中断。⑴跳打法桩的中心距小于4倍桩管外径或小于2m时，均应跳打。中间空出的桩，须待邻桩砼达到设计强度的50%后方可施打。

为提高桩的质量和承载能力，可采用复打来扩大灌注桩的桩径。方法是：在第一次浇筑砼完毕、拔出桩管，消除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位再设预制桩靴或合好S桩尖活瓣，第二次复打沉入桩管，使未凝固的砼向四周挤压扩大桩径，然后再浇筑第二次砼。⑵复打法

锤击沉管灌注桩的特殊施工方法有跳打法、复打法。3.1.6特殊施工方法振动沉管灌注桩振动沉管采用振动锤或振动冲击锤沉管，利用桩机强迫振动频率与土的自振频率相同时产生的共振而沉管。沉桩前，将桩管下端活瓣合拢或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下桩管压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在桩管上加压，桩管即能沉入土中。

振动沉管灌注桩可采用单打法、反插法和复打法施工。在沉入土中的桩管内灌满砼，开动激振器振动5~10s后开始拔管，边振边拔；每拔0.5~1m，停拔振动5~10s，如此反复，直到桩管全部拔出。一般土层内拔管速度宜为1.2~1.5m/min，在软弱土层中宜为0.6~0.8m/min。单打法在桩管内灌满砼后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.5~1.0m，向下反插深度0.3~0.5m。如此反复进行，直至桩管全部拔出地面。反插法能增大桩的截面，提高桩的承载能力，适宜在较差的软土地基上应用。反插法要求与锤击灌注桩相同。复打法振动灌注桩的适用范围除与锤击灌注桩相同外,并适用于稍密及中密的碎石土地基。沉管灌注桩的关键必须严格控制最后两个两分钟的贯入度，其值按设计要求、或试桩数据和当地施工经验确定。（3）

沉管灌注桩常见问题的处置断桩检查：露出地面的桩体可用目测观察，桩体在地下2~3m范围内断裂，用手或脚轻摇会有浮振的感觉，深处的断桩可采用动测法检测。防止断桩的措施：主要是控制桩的中心距大于4倍桩径,合理安排打桩施工顺序和桩架行走路线，采用跳打法和控制时间法使桩身砼终凝前避免振动和扰动，认真控制拔管速度。断桩的处理：断桩一经发现，应将断桩拔去，清理桩孔及接桩面，略增大桩身截面积再重新浇筑桩身砼。①

断桩

②桩靴进水桩管沉至设计标高后，用浮标可测得桩底是否进水或进泥；预防措施是桩尖活瓣间隙或预制桩头与桩管接触处要严密，对缝隙较大的桩尖或桩头应及时修理或更换；出现桩靴进水或进泥情况时可先在桩管内灌入0.5m高水泥砂浆，再灌入1m高砼，然后反插打下。③缩颈在流塑状态的淤泥质土打桩时，拔管过程中要设置浮标观测每50~100cm高度内砼的灌入量，根据灌入量和桩径的换算作出桩形图，根据桩形图是否异常来监测缩颈现象的发生；预防措施是严格控制拔管速度在0.6~0.8m/min以内，桩管内尽量多装砼，使管内砼高于地面或地下水位1~1.5m以上。发现桩身出现缩颈现象及时采取复打法进行处理。④吊脚桩第一次拔管时，观测管内浮标可监测桩尖活瓣或预制桩头是否打开或脱开；预防措施是采取“密振慢抽”方法，开始拔管50cm,将桩管反插几下，然后再正常拔管；同时保持砼有良好的和易性，防止卡管或堵管，严格控制预制桩尖的强度和规格，防止桩尖打碎或压入管内；发现吊脚桩应将桩管拔出后填砂重打。2.2.3

人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降量小、无需大型机械设备，无振动无噪音、无环境污染。人工挖孔灌注桩直径一般为0.8~3m，最大可达4m，深度一般在20m左右，国内最深的为72m。人工挖孔桩护壁有砖护壁和砼护壁(直径1.2m以上桩)两种，施工方法是分段(每段0.8-1m左右)开挖,分段砌筑或浇筑砼拱圈护壁，直至设计标高。为确保人工挖孔桩施工安全，要有预防孔壁坍塌和产生流砂、管涌的措施，深孔要有可靠的排水、通风和照明设施。预防孔壁坍塌的措施：有采用现浇砼护圈、钢护圈和沉井三种。砼孔壁支护砖砌孔壁支护钢筋笼吊装就位井下挖土井下凿岩井上吊土钢筋笼与声测管大直径群桩挖孔施工4人工挖孔灌注桩

第29页注意：值得指出的是：人工挖孔桩工艺有被滥用的趋势，桩越挖越深、直径越挖越大，安全措施不到位等。有些省市已开始限制人工挖孔桩的使用。号称“世界上直径最大”的挖孔桩钢筋笼制作：直径在1.2m内的钢筋笼制作同一般灌注桩，大直径和长度大的钢筋笼，一般在主筋内侧每隔2.5m加设一道Φ25~30mm的加强箍，每隔一箍在箍内设一道井字加强支撑，与主筋焊接组成骨架，便于吊运。钢筋笼吊放及桩头处理工人绑扎制作钢筋笼大直径灌注桩的钢筋笼加工钢筋笼长度超过10m应分段拼接，每节主筋为通长钢筋，接头对焊连接，主筋与箍筋点焊固定，主筋保护层厚70mm，平整度误差不大于50mm，四侧主筋每隔5m设置耳环。钢筋笼