地基基础工程

职业能力目标：1、掌握地基处理原理，掌握预制桩和灌注桩施工方法；2、熟悉预制桩和套管成孔砼灌注桩施工工艺，了解施工中质量问题的处理。学习要求：1、了解地基加固方法；2、了解挖孔桩的施工方法；3、了解浅埋式钢筋混凝土基础的施工方法；4、掌握预制桩和灌注桩的施工工艺流程及质量事故原因预防措施和治理方法。第二章地基基础工程当结构的荷载较大，地基土质又较软弱(强度不足或压缩性大)，不能作为天然地基时，可采取人工加固处理的方法改善地基性质，提高承载力、增加稳定性,减少地基变形或渗透性和基础埋置深度。一、地基处理第一节地基处理建筑物地基是指建筑物基础底部下方一定深度与范围内的土层，一般把地层中由于承受建筑物全部荷载而引起的应力和变形不能忽略的那部分土层。地基分为：人工地基和天然地基。“将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”，即可达到地基加固的目的。工程实践中的各种加固方法均是从这一加固原理出发。1.地基加固原理地基碾压加固提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性，在荷载作用下地基土不发生剪切破坏或丧失稳定；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降或不均匀沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。2、地基处理的目的坚实稳定的建筑地基在可靠地基上建造的基础⑴软弱地基：淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。3、地基处理的对象⑵特殊土地基：软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。吹填土的施工现场淤泥质土湿陷性黄土膨胀土吹填土——冲填土，是在整治和疏通江河行道时，用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部的泥砂通过水力吹填而形成的沉积土。在吹填过程中，泥沙结构遭到破坏，以细小颗粒的形式缓慢沉积，因而具有塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小等特点。由吹填土构成的地基，强度很差，一般不能直接用于工程建设，需要进行地基处理。4、地基加固处理的综合措施拟定地基加固处理方案时，应考虑地基与上部结构共同工作的原则，从地基处理、建筑和结构设计、施工方案方面均采取相应措施，绝不能单纯对地基进行处理。其具体措施有：⑴改变建筑体形，简化建筑平面；⑵合理设置沉降缝；⑶采用轻型结构；⑷加强房屋的整体刚度；⑸施工中正确安排施工顺序和施工进度。地基加固处理的方法很多，七字归纳：“挖”、“填”、“换”、“夯”、“压”、“挤”、“拌”。二、地基处理的方法挖：当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑地基的要求，而软弱土层的厚度不大时，挖去软土层将基础置于承载力大的基岩或坚硬的土层中，比较经济。直接挖去厚度不大的软土层填：当软土层较厚、承载力和变形又与建筑地基要求的差距不大时，可在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高地基持力层的承载力，减小软土层的承压力。在软土层上回填好土软土层较厚时，将基础下面一定范围内的软土挖除,采用人工填筑的垫层作持力层。可采用砂石、灰土（3:7或2:8）、级配碎石等材料换土的地基。1、换（换土垫层法）：砂石地基施工垫层剖面图利用打夯机具夯击土壤，排出土壤中的水分,加速土壤的固结，提高土壤的密实度和承载力。2、夯（夯实法）平板振动夯夯实地基现场冲击夯软土夯实现场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，给地基以冲击和振动的能量，对土体进行强力夯实。强夯施工中作用：提高地基土的强度；降低土的压缩性；改善土的抗液化条件。强夯适用于：粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的加固。缺点：对周围已建成或在建的建筑物产生振动影响时，不得采用。强夯法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夯锤：一般重10～40t，大吨位锤一般采用钢板外壳内灌砼，也可用底部钢板浇筑砼组合锤。锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取0.15～0.2MPa。夯锤中宜设置若干上下贯通的气孔，可减小夯锤起吊时的吸力（夯锤吸力可达3倍锤重）。夯锤上贯通气孔长园柱夯锤短园柱夯锤园锥形夯锤园柱形夯锤高宽比过大，易偏锤，要慎用园锥形夯锤底面积小，会形成很深的夯坑先进行夯击，再在夯坑内回填块、碎石，强行夯入并排开软土，形成砂石桩与软土的复合地基。强夯置换（或动力置换、强夯挤淤）：强夯施工碎石被夯入坑中清理夯锤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。加载预压加水预压3、压（预压法—排水固结法）：利用压实机械碾压地基土壤，使地基压实排水固结。也可采用预压固结法，即先在地基范围的地面上，堆置重物预压一段时间,使地基压密，以提高承载力，减少沉降量。堆载预压法：利用桩管打入土中，挤压土壤形成桩孔，拔出桩管再在桩孔中灌入砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实。其原理是挤密土壤提高地基的承载力，俗称“挤密桩”。包括碎(砂)石桩、石灰桩、灰土桩、CFG桩等。4、挤（深层挤密法）施工完的灰土桩灰土桩施工现场⑴CFG桩(英文CementFly-ashGravel的缩写)CFG桩又称水泥粉煤灰碎石桩。由长螺旋钻机成孔，将碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和灌注成桩。CFG桩的适用范围很广,在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩钻进成孔施工现场CFG桩浇筑砼施工现场CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。适用——处理粘性土、粉土、沙土和桩端具有相对硬土层、承载力标准值不低于70KPa的淤泥质土、非欠固结人工填土等地基。CFG桩桩头及桩间土清理施工现场CFG桩破桩头施工现场CFG桩和桩间土通过褥垫层形成CFG桩复合地基CFG桩桩帽施工现场CFG桩的静载试验又称振冲碎石桩，是用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式桩靴的桩管挤入地层，在软弱地基中成孔后，再将碎石从桩管投料口处投入桩管内，然后边击实、边上拔桩管，形成密实碎石桩，并与桩间土体形成复合地基。⑵挤密碎石桩碎石桩施工流程图边击实、边拔管碎石桩施工振冲碎石桩施工待检测验收的桩5、拌（利用水泥浆作为固化剂）是指用旋喷法或深层搅拌法加固地基。原理是利用高压射流切削土壤，旋喷浆液(水泥浆等)，搅拌浆土，使浆液和土混合，凝结成坚硬的柱体或土壁。（1）深层搅拌水泥土地基深层搅拌机定位启动后，叶片旋转切削土壤，下沉至设计深度后缓慢提升搅拌机，同时喷射水泥浆与软粘土强制拌和，待搅拌机提升到地面时再原位下沉提升搅拌一次，使浆土均匀混合形成水泥土桩。深层搅拌桩施工工艺流程图水泥土搅拌法——分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）水泥土搅拌桩是用于加固饱和软黏土低地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，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、水稳定性和一定强度的优质地基。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕。清除钻头上的余泥形成一道地下连续墙⑵高压旋喷桩（高压喷射注浆）是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至设计深度，将水泥浆液由喷嘴向四周高速喷射切削土层，同时将旋转的钻杆徐徐提升,浆液与土体在高压射流作用下充分搅拌混合，形成连续搭接的水泥加固体。高压旋喷桩现场施工旋喷法施工流程图单管旋喷的成桩直径较小，为获得大直径截面的桩，可分别采用二重管旋喷（二根同心管分别喷气、喷浆），或三重管旋喷（三根同心管分别喷水、喷气、喷浆）。喷浆方式有旋喷、定喷和摆喷三种，可分别获得柱状、壁状和块状加固体。高压旋喷施工示意图旋喷桩加固地基三重管喷具灰浆搅拌机单重管喷具双重管喷具第二节浅埋式钢筋砼基础施工浅基础按构造形式不同可分为：一、独立基础二、条形基础三、筏形基础四、箱形基础浅基础：一般指基础埋深小于基础宽度或深度不超过5m的基础。一、独立基础（一）类型：钢筋混凝土独立基础有：柱下独立基础和杯形基础。（二）特点及使用范围：抗弯及抗剪性能好，可承受大竖向荷载，地基承载力不高等情况。1、柱下独立基础（阶梯形和锥形）：是柱基础中最常用和最经济的形式。也可分为刚性基础和钢筋混凝土基础两大类。刚性基础可用砖、毛石或素混凝土，基础台阶高宽比（刚性角）要满足规范规定。一般钢筋混凝土柱下宜用钢筋混凝土基础，以符合柱与基础刚接的假定。柱下独立基础柱下独立基础柱下独立基础施工要点：1）基坑验槽与混凝土垫层基坑满足要求，立即浇筑垫层砼，保护地基，砼宜采用平板振动器振捣，表面平整，内部密实。2）弹线、支模与铺设钢筋网片垫层砼强度达到要求后，经过弹线、立模、设置钢筋网片，保护层设置采用砼强度的水泥砂浆垫块保证钢筋网的位置正确。砼保护层垫块3）浇筑混凝土清理杂物，浇水润湿。基础宜分层浇筑，对于台阶式的基础应每一台阶作为一个浇筑层。锥形基础的锥体斜面坡度要严格控制，模板加固牢靠，砼振捣密实。4）基础上插筋与养护插筋数目、直径、种类应与柱内纵向受力钢筋相同，插筋锚固长度应符合设计要求。插筋应固定，防浇筑砼时移位。浇筑完毕砼，应覆盖洒水养护，时间不少于7天，抗渗砼不少于14天。2、杯形基础类型：一般杯口、双杯口、高杯口基础。适用范围：常用于钢筋混凝土预制柱基础施工要点：杯口的模板：1）可采用钢模或木模。2）固定牢靠。3）考虑装、拆模。4）杯口底部留设排气孔，避免出现空鼓。混凝土浇筑：1）混凝土浇筑（分层浇至杯底）；2）安装杯口模板，浇筑杯口混凝土，对称浇筑；3）杯口底标高保证（先将杯口底混凝土振实稍停，再浇四周，振动尽量短，可在杯底留5cm厚的细石砼找平层）；4）混凝土振实；5）振捣；6）砼终凝前取出杯口内模板，并及时将内测表面砼凿毛。当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用独立基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向上若干柱子的基础练成一体而形成柱下条形基础。这种基础抗弯刚度大，因而具有调整不均匀沉降的能力。二、条形基础条形基础分为墙下钢筋砼条形基础和柱下钢筋砼条形基础。常用于上部结构荷载较大，地基承载力不高的基础。了解：扩展基础：墙下条形基础和柱下独立基础统称为扩展基础。扩展基础的左右是把墙或柱下的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力的要求，扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。联合基础：主要指同列相邻两柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础。在为相邻两柱分别配置独立基础时，常因其中一柱靠近建筑界限，或因两柱间距较小，而出现基地面积不足或者荷载偏心过大等的情况，此时可考虑采用联合基础。联合基础也可用于调整相邻两柱的沉降差或防止两者之间的相向倾斜等。墙下钢筋砼条形基础：（1）刚性条形基础：是墙基础中常见的形式，通常用砖或毛石砌筑。为保证基础的耐久性，砖的强度等级不能太低，在严寒地区宜用毛石；毛石需用未风化的硬质岩石。砌筑的砂浆，当土质潮湿或有地下水时要用水泥砂浆。刚性基础台阶宽高比及基础砌体材料最低强度等级的要求，有规范规定。（2）墙下钢筋混凝土条形基础：当基础宽度较大，若再用刚性基础，则其用料多、自重大，有时还需要增加基础埋深，此时可采用柔性钢筋混凝土条形基础，使宽基浅埋。如果地基不均匀，为增强基础的整体性和抗弯能力，可采用有肋梁的钢筋混凝土条形基础，肋梁内配纵向钢筋和箍筋，以承受由不均匀沉降引起的弯曲应力。墙下钢筋砼条形基础柱下钢筋砼条形基础：当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向上若干柱子的基础练成一体而形成柱下条形基础。这种基础抗弯刚度大，因而具有调整不均匀沉降的能力。柱下交叉条形基础：如果地基软弱且在两个方向上分布不均，需要基础在两个方向都具有一定的刚度来调整不均匀沉降，则可在柱网下纵横两向分别设置钢筋混