大型施工单位内部培训--基础工程

土方、地基与基础工程员工基础知识培训之1第二部分：地基与基础工程第一章各类地基处理方式简介第二章各类基础形式简介第三章各类桩基础简介第四章各类地基处理方法施工技术简介2建筑物由上部结构、基础与地基三部分组成。建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基。所以地基是指基础底面以下，承受基础传递过来的建筑物荷载而产生应力和应变的土壤层。建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础，是建筑物的墙或柱埋在地下的扩大部分，是建筑物的“脚”。作用是承受上部结构的全部荷载，把它传给地基。基础上部结构地基地基与基础的概念3第一章各类地基处理方式简介4地基天然地基：岩石、碎石土、砂土、粘性土等人工地基换填地基排水固接预压地基强夯地基振冲地基砂石桩、石灰桩水泥粉煤灰碎石桩（CFG）夯实水泥土桩水泥土搅拌桩高压喷射注浆地基灰土（土）挤密桩其他地基1.地基分类5天然地基是指自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求，不需要人工处理的地基。天然地基土分为四大类：岩石、碎石土、砂土、粘性土。1.1天然地基天然黄土地基天然砂土地基6正在做静载试验的天然砂土地基天然砂石地基7天然地基的承载力不能承受基础传递的全部荷载，需经人工处理后作为地基的土体称为人工地基。处理的方法有：换填法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、石灰桩法、柱锤冲扩桩法、土挤密桩法、水泥土搅拌法（含深层搅拌法、粉体喷搅法、深层搅拌法简称湿法，粉体喷搅法简称干法）、高压喷射注浆法、单液规划法、碱液法等。2.2人工地基82.2.1换填法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理软弱土地基，即将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。砂石垫层换填实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题。换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。垫层的主要作用：1.提高地基承载力；2.减少沉降量；3.加速软弱土层的排水固结；4.防止冻胀；5.消除膨胀土的胀缩作用。9素土垫层换填灰土垫层换填换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土等。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理，例如在西安地区可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。10强夯法是用几吨至几十吨的重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这种强大的夯击力在地基中产生动应力和振动，从夯击点发出纵波和横波，向地基纵深方向传播，使地基浅层和深处产生不同程度的加固作用。2.2.2强夯法机械强夯地基11强夯后效果强夯法主要用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基。对非饱和的粘性土地基，一般采用连续夯击或分遍间歇夯击的方法；并根据工程需要通过现场试验以确定夯实次数和有效夯实深度。现有经验表明：在100～200吨米夯实能量下，一般可获得3～6米的有效夯实深度。12振冲法是利用振冲器，在高压水流的作用下边振边冲，使松砂地基变密；或在粘性土地基中成孔，在孔中填入碎石制成一根根的桩体，这样的桩体和原来的土构成复合地基。在砂土中和粘性土中振冲法的加固机理是不同的。在砂土中主要是振动挤密和振动液化作用；在粘性土中主要是振冲置换作用，置换的桩体与土组成复合地基。振冲法适用于各类可液化土的加密和抗液化处理，以及碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、湿陷性土等地基的加固处理。采用振冲法地基处理技术，可以达到提高地基承载力、减小建（构）筑物地基沉降量、提高土石坝（堤）体及地基的稳定性、消除地基液化的目的。2.2.3振冲（置换）法振冲法处理地基13振冲碎石桩施工现场振冲碎石桩是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松软地基的方法。近几年来在高层建筑地基的加固及处理中也得到了广泛地应用。它具有技术可靠、设备简单、操作技术易于掌握、施工简便快速、工期短、既不用水泥，又不用钢材，加固后地基承载力有显著提高等优点。适用于中、粗砂和部分细砂或粉砂土地基。2.2.3.1振冲碎石桩法142.2.4排水固结预压法排水固结预压法是利用地基土排水固结的特性，通过施加预压荷载，并增设各种排水条件（砂井和排水垫层等排水体），以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，按照采用的各种排水技术措施的不同，排水固结法可分为以下几种方法：堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法软土地区饱和软粘土152.2.4.1真空排水固结预压法真空排水预压地基真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。亦即真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。162.2.4.2堆载预压法堆载土石预压地基在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法就成为堆载预压法。一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。堆水预压172.2.5挤密法挤密法的加固机理主要靠桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒填入大颗粒的空隙，颗粒排列紧密，孔隙体积减少，地基土的强度也随之增强。所以挤密法主要是使松软土地基挤密，改善土的强度和变形特性。灰土挤密桩18灰土挤密桩在大厚度自重湿陷性黄土地区的应用现场192.2.6深层搅拌法深层搅拌法是一种化学加固地基的方法。它通过特制机械──各种深层搅拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、水泥粉或石灰粉，外掺一定的添加剂）与地基土强制就地搅拌，利用固化剂自身及其与地基土之间所产生的一系列物理、化学反应，使地基土硬结成为具有整体性、水稳定性、较低渗透性和一定强度的复合土桩（体），或与地基土构成复合地基，从而提高软土地基的承载力、减小地基的变形。水泥深层搅拌桩20水泥深层搅拌桩施工现场212.2.7高压喷射注浆法高压喷射注浆法是利用高压射流技术，喷射化学浆液，破坏地基土体，并强制土与化学浆液混合，形成具有一定强度的加固体，来处理软弱地基的一种方法。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土。高压喷射注浆法同时适用于地基或土体的防渗处理，形成防渗帷幕，防止渗流破坏、流土或管涌。在西安地铁车站围护结构止水帷幕设计中大量采用。高压喷射注浆机22西安地铁大量采用高压喷射旋喷桩施工止水帷幕23采用高压喷射摆喷工艺形成的止水墙242.2.8水泥粉煤灰碎石桩（CFG）水泥粉煤灰碎石桩是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。水泥粉煤灰碎石桩及褥垫层25水泥粉煤灰碎石桩施工现场这种桩是一种低强度混凝土桩，由它组成的复合地基能够较大幅度提高承载力。26CFG桩桩头破除前后272.2.9水泥搅拌桩水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度。但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。水泥搅拌桩施工现场28水泥搅拌桩施工现场29采用水泥搅拌桩工艺形成的基坑围护结构302.2.10砂石挤密桩砂石桩挤密法是指碎石桩法和砂桩合称为粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。按制桩工艺可为振冲（湿）碎石和干法碎石桩。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的桩为砂石桩。砂石挤密桩的施工原理31砂石挤密桩的施工现场32以上介绍的各类地基处理方式适用于不同的地区和地质条件，如排水固结法适合于沿海软土地区，高压喷射注浆法适用于软弱地区。在西安地区普遍应用的是各类换填法、灰土挤密法、CFG法和碎石桩法，在实践工作中应熟悉掌握。33第二章各类基础形式简介341.基础分类基础浅基础深基础柱下单独扩大基础柱下、墙下条形基础筏板基础（满堂基础）桩基础沉箱基础混合基础连续墙基础基础指建筑底部与地基接触的承重构件，它的作用是把建筑上部的荷载传给地基。因此地基必须坚固、稳定而可靠。工程结构物地面以下的部分结构构件，用来将上部结构荷载传给地基，是房屋、桥梁、码头及其他构筑物的重要组成部分。353.1柱下单独扩大基础每根柱子单独有一个基础，有钢性也有柔性的，有扩大基础也有十字交叉形，形式很多。刚性基础没有钢筋，柔性基础有钢筋。柱下独立基础36柱下独立柔性基础钢筋及模板柱下柔性基础有钢筋，可以减小基础高度和基底面积。在开挖深度和基础面积受限的情况下比刚性基础有节省造价的优势。37装配式厂房的柱下独立基础38柱下独立柔性基础39十字交叉主要用于一些有特殊要求（如抗震）或地基不好，但又必须采用独立形式，一般工程中很少用到。柱下十字交叉独立基础403.2柱下、墙下条形基础条形基础是指基础长度远远大于宽度的一种基础形式。按上部结构分为墙下条形基础和柱下条形基础。基础的长度大于或等于10倍基础的宽度。条形基础的特点是，布置在一条轴线上且与两条以上轴线相交，有时也和独立基础相连，但截面尺寸与配筋不尽相同。另外横向配筋为主要受力钢筋，纵向配筋为次要受力钢筋或者是分布钢筋。主要受力钢筋布置在下面。柱下、墙下条形基础示意图41墙下条形基础设计配筋图示意42小型框架结构建筑的的柱下条形基础框架柱43砖混结构的墙下条形基础44砖混结构的墙下条形基础453.3筏形基础筏形基础亦称片筏基础、筏板基础。当建筑物上部荷载较大而地基承载能力又比较弱时，用简单的独立基础或条形基础已不能适应地基变形的需要，这时常将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板上，这种满堂式的板式基础称筏形基础。筏形基础由于其底面积大，故可减小基底压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降。筏板基础46低板位筏板基础施工现场47高板位筏板基础钢筋绑扎前施工现场48平板式筏板基础有梁式筏板基础493.4箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土的底板、顶板和若干纵横墙组成的，形成中空箱体的整体结构，共同来承受上部结构的荷载。箱形基础整体空间刚度大，对抵抗地基的不均匀沉降有利，一般适用于高层建筑或在软弱地基上造的上部荷载较大的建筑物。当基础的中空部分尺寸较大时，可用作地下室。50首钢建设公司总承包的2160热轧主设备箱形基础施工现场51圆形粮仓筏板基础钢筋绑扎施工现场52高层民用建筑箱型基础顶板钢筋绑扎施工现场53第三章各类桩基础简介建筑物荷载较大，地基上部土层为强度低、压缩性大，不能满足设计要求的软弱土层或采用人工处理效果不大、不经济或施工困难的软弱土层，而地基下部不太深处埋藏有坚实地层。高层建筑或重要建筑，不允许地基有过大沉降或不均匀沉降时；高耸建筑物或构筑物对限制倾斜有特殊要求时；地震区，以桩基作为结构抗震措施等。3.1桩基础的适用条件54桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广泛。按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和承载桩。摩擦桩：系利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物并可