第23讲 第四章：工程施工技术(三)(XXXX年新版)

1页第二节基础工程施工一、地基加固处理土木工程的地基问题，可包括以下四个方面：在各种地基中，需要根据不同条件进行处理的软弱土和不良土主要包括：软黏土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、溶洞土等。除此之外，当旧房改造、加高、工厂设备更新等造成荷载增大，对原来地基提出更高的要求，或者在开挖深基坑，建造地下铁道等工程中有土体稳定、变形或渗流问题时，也需要进行地基处理。(1)强度和稳定性问题。(2)压缩及不均匀沉降问题。(3)地基的渗漏量超过允许值时，会发生水量损失导致发生事故。(4)地震、机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。工程中人们常常采用的地基处理方法：1、采取措施使土中孔隙减少，土颗粒之间靠近，密度加大，土的承载力提高，2、在地基中掺加各种物料，通过物理化学作用把土颗粒胶结在一起，使地基承载力提高，刚度加大，变形减小。2007年考题68．在地基处理时，需要考虑解决的问题是（B,C,）。A．振动荷载引起亚粘土液化而失稳B．地基承载能力不足产生剪切破坏C．不均匀沉降引起结构破坏D．地表水下渗引起砂砾石地基湿陷E．地表水下渗膨胀土膨胀引起地面装饰开裂(一)砂桩、碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩1、碎石桩和砂桩合称为粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或振动水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石或砂挤压入孔，形成大直径的由碎石或砂所构成的密实桩体，该类桩具有挤密、置换、排水、垫层和加筋等加固作用。2、水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥。承载能力来自桩全长产生的摩阻力及桩端承载力，桩越长承载力愈高，桩土形成的复合地基承载力提高幅度可达4倍以上且变形量小，适用于多层和高层建筑地基。2页(二)土桩和灰土桩定义土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”。做法土桩和灰土桩的施工方法是利用打入钢套管(或振动沉管)在地基中成孔、通过挤压作用，使地基上得到加密，然后在孔内分层填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩或灰土桩。回填土料一般采用过筛的粉质黏土，并不得含有有机质物质；采用湿粉煤灰；石灰用块灰消解形成的熟石灰。适用适用于处理地下水位以上，深度5～15m的湿陷性黄土或人工填土地基。土桩主要适用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性，灰土桩主要适用于提高人工填土地基的承载力。不适用地下水位以下或含水量超过25％的土，不宜采用。特点土桩挤密地基由桩间挤密土和分层填夯的素土桩组成，土桩挤密地基可视为厚度较大的素土垫层。在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，因此只占地基面积约20％的灰土桩可以承担总荷载的1／2。而占地基总面积80％的桩间上仅承担其余1／2。石灰桩还有单独采用石灰加固软弱地基的石灰桩。石灰桩的成孔也是采用钢套管法成孔，然后在孔内灌入新鲜生石灰块，或在石灰块中掺入适量的水硬性掺和料粉煤灰和火山灰，一般的经验配合比为8：2或7：3。在拔管的同时进行振捣或捣密。利用生石灰吸取桩周土体中水分进行水化反应，生石灰的吸水、膨胀、发热以及离子交换作用，使桩周土体的含水量降低，孔隙比减小，使土体挤密和桩柱体硬化。柱和桩间共同承受荷载，成为一种复合地基。(三)深层搅拌法施工做法深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应，使软土硬结成具有整体性的并具有一定承载力的复合地基。适用深层搅拌法适宜于加固各种成因的饱和软粘土，如淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性和各种坑槽工程施工时的挡水帷幕3页施工工艺一种是用水泥浆和地基土搅拌的水泥浆搅拌(简称旋喷桩)，另一种是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌的粉体喷射搅拌(简称粉喷桩)。一、桩基础施工桩基础是由若干根桩和桩顶的承台组成的一种常用的深基础。它具有承载能力大、抗震性能好、沉降量小等特点。采用桩基施工可省去大量土方、排水、支撑，降水设施，而且施工简便，可以节约劳动力和压缩工期。按照受力分类端承桩端承桩是穿过软弱土层而达到硬土层或岩层的一种桩，上部结构荷载主要依靠桩端反力支撑；摩擦桩摩擦桩是完全设置在软弱土层一定深度的一种桩，上部结构荷载主要由桩侧的摩阻力承担，而桩端反力承担的荷载只占很小的部分。按施工方法分类桩身可分为预制桩和灌注桩两大类按成孔方法分类根据成孔方法的不同可分为：钻孔、挖孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。(一)钢筋混凝土预制桩施工钢筋混凝土预制桩常用的断面有方形实心桩与管桩两种。方形桩在尖端设置桩靴。管桩在工厂内用离心法制成。1．桩的制作、运输和堆放(1)桩的制作①长度在10m以下的短桩，一般多在工厂预制。②实心桩宜采用工具式木模或钢模板支在坚实平整的场地上，用间隔重叠的方法预制。上层桩的浇灌，待下层桩的混凝土达到设计强度的30％以后进行，重叠层数不超过4层。完成后，应洒水养护不少于7d。(2)运输、堆放钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计强度的70％后方可起吊；达到设计强度的100％才能运输和打桩。4页2．打桩(1)打桩机具打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三部分。见下面：桩锤的适用范围表(2)打桩前的准备工作在打桩前应根据设计图纸确定桩基轴线，并将桩的准确位置测设到地上。(3)确定打桩顺①一般当基坑不大时，打桩应从中间开始分头向两边或周边进行；打桩应避免自5页序外向内，或从周边向中间进行。②当基坑较大时，应将基坑分为数段，而后在各段范围内分别进行。③当桩基的设计标高不同时，打桩顺序宜先深后浅；④当桩的规格不同时，打桩顺序宜先大后小、先长后短。(4)打桩施工打桩开始时，锤的落距应较小，待桩入土至一定深度且稳定后，再按要求的落距锤击，用落锤或单动汽锤打桩时，最大落距不宜大于1m，用柴油锤时应使锤跳动正常，在打桩过程中，遇有贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹，桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩。打桩工程是一项隐蔽工程，必须在打桩过程中做好记录。(5)接桩及桩头处理常用的接桩方法有焊接、法兰或硫磺胶泥锚接。前两种接桩方法适用于各类土层，后者只适用于软弱土层。焊接接桩应用最多。空心管桩，在打完桩后，桩尖以上1---1．5m范围内的空心部分应立即用细石混凝土填实，其余部分可用细砂填实。各种预制桩，打桩完毕后，为使桩顶符合设计高程，应将桩头或无法打入的桩身截去。桩锤的适用范围表种类适用范围优缺点附注落锤1．适宜打各种桩；2．粘土、含砾石的土和一般土层均可使用构造简单，使用方便，冲击力大，能随意调整落距，但锤打速度慢，效率较低落锤是指桩锤用人力或机械拉升，然后自由落下，利用自重夯击桩顶单动气锤适于打各种桩构造简单，落距短，设备和桩头不易打坏，打桩速度及冲击力较落锤大，效率较高利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举，然后由锤的自重向下冲击沉桩双动气锤1．适宜打各种桩，便于打斜桩；2．使用压缩空气时，可在水下打桩；3．可用于拔桩冲击次数多，冲击力大，工作效率高，可不用桩架打桩，但设备笨重，移动较困难利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲，增加夯击能量6页柴油桩锤1．最宜用于打木桩、钢板桩；2．不适于在过硬或过软的土中打桩附有桩架、动力等设备，机架轻、移动便利，打桩快，燃料消耗少利用燃油爆炸，推动活塞，引起锤头跳动。重量轻、不需要外部能源振动桩锤l适宜打钢板桩、钢管桩；钢筋混凝土桩和木桩；2．宜用砂土、塑性粘土及松软砂粘土；3．在卵石夹砂及紧密粘土中效果较差沉桩速度快，适应性大，施工操作简易安全，能打各种桩并帮助卷扬机拔桩利用偏心轮引起激振，通过刚性连接的桩帽传到桩上3．压桩在我国沿海软土地基上较多采用。在软土地基上，利用静压力将预制桩压入土中。（1）压桩程序预制桩一般情况下都采取分段压入、逐段接长的方法：当第一节桩压入土中，其上端距地面2m左右时，将第二节桩接上，继续压入。(2)接桩方法可用焊接法或浆锚法4．振动沉桩振动沉桩主要适用于砂土、砂质粘土、亚粘土层，在含水砂层中的效果更为显著。但在砂砾层中采用此法时，尚需配以水冲法。不宜用于粘性土以及土层中央有孤石的情况。5．水冲法沉桩(射水沉桩)水冲法沉桩是锤击沉桩的一种辅助方法。利用高压水流经过桩侧面或空心桩内部的射水管冲击桩尖附近土层，便于锤击沉桩。一般是边冲水边打桩，当沉桩至最后1—2m时停止冲水，用锤击至规定标高。7页水冲法适用于砂土和碎石土，有时对于特别长的预制桩，单靠锤击有一定困难时，亦可用水冲法辅助之。2006考题：适用于打斜桩和拔桩的桩锤是（C）A落锤B单动汽锤C双动汽锤D柴油锤2007年考题25．在桩基工程施工中，振动沉桩对地基土层有一定的要求，它不适用于（D）。A．砂土B．砂质粘土C．亚粘土D．粘性土2008考题25．在桩基础打桩中，较适合在砂土、塑性粘土中施工的是（D）。A．柴油桩锤B．双动桩锤C．单动桩锤D．振动桩锤2009考题68．桩基础工程施工中，振动沉桩法的主要优点有(CDE)。A．适宜于黏性土层B．对夹有孤石的土层优势突出C．在含水砂层中效果显著D．设备构造简单、使用便捷E．配以水冲法可用于砂砾层分析：振动沉桩主要适用于砂土、砂质粘土、亚粘土层，在含水砂层中的效果更为显著。但在砂砾层中采用此法时，尚需配以水冲法。不宜用于粘性土以及土层中央有孤石的情况。8页(二)灌注桩施工灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。灌注桩与预制桩相比，可节省钢材、木材和水泥，消除打桩对邻近建筑物的有害影响。1、钻孔灌注桩钻孔灌注桩是使用钻孔机械钻孔，待孔深达到设计要求后进行清孔，放入钢筋笼，然后在孔内灌注混凝土而成桩。所需机械设备有螺旋钻孔机、钻扩机或潜水钻孔机。(1)螺旋钻孔灌注桩当钻到预定深度后，必须在原深处进行空转清土，然后停转提起钻杆。桩孔钻成清孔后，应尽快吊放钢筋笼，灌注混凝土不要隔夜，灌注混凝土时应分层进行。(2)大直径钻孔扩底桩施工工艺：场地平整→放桩位线→钻孔机就位→机械钻直孔→人工清直孔及扩孔→扩孔清底→检查→放钢筋笼→灌注混凝土。大直径钻孔灌注桩一般是指桩身直径大于700mm，用机械或人工成孔，在孔内灌注混凝土而成的桩。如果桩底部再进行扩大，则称大直径钻孔扩底灌注桩。2、人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩是采用人工挖土成孔，浇筑混凝土成桩。特点是：①单桩承载力高，结构受力明确，沉降量小；②可直接检查桩直径、垂直度和持力层情况，桩质量可靠；③施工机具设备简单，工艺操作简单，占场地小；④施工无振动、无噪声、无环境污染，对周边建筑9页无影响。3、套管成孔灌注桩锤击沉管灌注桩利用锤击打桩机，将带有活瓣式桩靴或设置钢筋混凝土预制桩尖的钢套管锤击沉入土中，然后浇筑混凝土，待混凝土灌满桩管后，开始用卷扬机拔桩管成桩。拔管要速度均匀，使管内混凝土保持略高于地面，有单打法和复打法两种。复打法使未凝固的混凝土向四周挤压扩大桩径，提高了桩的质量和承载力。振动沉管灌注桩以激振器代替桩锤。桩管下端装有活瓣桩尖，桩管上部与振动桩锤刚性连接。单打法在沉入土中的套管内灌满混凝土，开动激振器，振动5～10s，再开始拔管，边振边拔。每拔0.5—1m，停拔振动5～10s，如此反复直到套管全部拔出。单打法施工速度快，混凝土用量较小，但桩的承载力较低复打法在原桩孔混凝土上第二次沉下桩管，将未凝固的混凝土向四周挤压，然后进行第二次灌注混凝土和振动拔管。复打法能使桩径增大，提高桩的承载能力。反插法施工时，在套管内灌满混凝土后，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。如此反复进行并始终保持振动，直至套管全部拔出地面。反插法能使桩的截面增大，从而提高桩的承载力，一般适用于较差的软土地基。套管夯打灌注桩（教材无介绍）爆扩成孔灌注桩又称爆扩桩爆扩成孔灌注桩又称爆扩桩，是由桩柱和扩大头两部分组成。施工过程是：采用简易的麻花钻(手工或机动)在