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1、,授课教师:蒋胜韬,第四章 地基与基础工程,4.1 地基处理,4.2 浅基础,4.3 桩基础,本 章 内 容,本章小结,知识点：地基处理、浅基础、桩基础。学习重点：软土地基的处理，浅基础的施工方法，预制桩施工顺序确定、质量事故产生的原因和预防措施；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。,第四章 地基与基础工程,4.1 地基处理,一、影响建筑物的地基的因素强度及稳定性压缩与不均匀沉降地下水流失、潜蚀和管涌、液化失稳和震陷二、地基处理的方法局部地基处理软土地基加固,三、地基处理的原则,将局部软弱层或硬物尽可能挖除，回填与天然土压缩性相近的材料，分层夯实
2、；处理后的地基应保证建筑物各部位沉降量趋于一致，以减少地基的不均匀下沉。,2.1.1 局部地基处理,一、古墓、坑穴的处理将坑中的软松土、虚土全部挖除，使坑底及四周均见天然土，然后用与坑边天然土层相近的材料分层夯实回填至坑底标高处。常用回填材料：砂、砂砾石、天然土、37或28的灰土。采用天然土分层夯实回填时，每层厚度200mm。软松土坑范围较大，超过地槽的宽度时，应将该范围内的基槽适当加宽，挖至天然层，将部分基础加深，做成12踏步与两端相接。,2.1,二、砖井、枯井、土井的处理方法,当井在基槽范围内时，应将井的井圈拆至地槽下1m以上，井内用中砂、砂卵石材料分层夯填处理，在拆除范围内用28或37灰
3、土分层回填夯实至槽底。,三、局部范围内(硬物)的处理,当桩基或部分基槽下有基岩、旧墙基、老灰土、压实路面等硬土或坚硬物时，首先在地坑、地槽范围内尽可能地挖除，以免基础局部落在硬物上造成不均匀沉降使上部建筑物开裂。硬土、硬物挖除后，若深度小于1.5m时，可用砂、砂卵石或灰土回填；若长度大于5m时，则将槽底做1：2踏步灰土垫层与两端紧密连接，然后做落深基础。,四、橡皮土的处理,概念：当地基为粘性土，含水量大且趋于饱和时，如果直接夯打或反复碾压，就容易形成有颤动弹性感的“橡皮土”。处理方法：避免直接夯拍，采用晾槽或掺石灰粉的办法降低含水量后压实。若施工中已出现橡皮土，则应将橡皮土层挖除，然后在槽底适
4、当加深的情况下铺垫一层承载力高、适应设计要求的垫层地基，如砂土或级配砂石垫层等。,2.1.2 软土地基加固,常用的方法：换填法灰土挤密桩法深层搅拌桩法高压喷射注浆法,一、换填法,1、施工工艺过程：挖软弱层回填夯实2、适用范围 淤泥 淤泥质土 湿陷性黄土 素填土 杂填土,3、材料要求,砂土灰土,4、施工要点,施工前先验槽、清松土、打底夯两遍。分层铺填，厚度200300mm，灰土用机械打夯或碾压；砂土 用振动碾压。灰土垫层不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝，上下缝距不 得小于500mm，接缝处夯实。灰土夯实后3d内不得泡水。,土料的施工含水量控制在最优含水量范围内。,二、灰土挤密桩法,原理：首先在
5、基础地面形成若干个桩孔，再将灰土分层填入并压实，以提高地基的承载力或水稳性。适用范围：用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。,三、振冲法,原理：利用振动和水冲加固土体的方法。适用范围：振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度不小于20KPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土。振冲密实法适用于处理砂土和粉土。施工工艺：定位成孔清孔填料振实施工要点振冲置换法振冲密实法质量检验,四、深层搅拌法,原理：深层搅拌法是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内，将软土与固化剂强制拌合，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥加固土，又称为水泥土搅拌桩。固化剂：水泥浆或水泥砂浆，水泥的
6、掺量为加固土重的 7 15，水泥砂浆的配合比为1：1或 1：2。施工工艺：深层搅拌机定位预搅下沉制浆喷浆搅拌复搅 下沉提升关机清洗移动至下一根桩质量检验,6、高压喷射处理方法,原理：就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，以高压设备使浆液或水成为200Mpa左右的高压流从喷嘴中射出来，冲击破坏土体。高压喷射注浆法的工艺类型及特点 施工工序：钻机就位钻孔插管喷浆拔管冲洗 质量检验标准,4.2 浅基础,按建材分类砖基础：毛石基础：素混凝土基础：毛石混凝土基础：灰土基础：三合土基础：钢筋混凝土基础 扩展式基础：,刚性基础,4.2 浅基础,从基底面积发展过程分A：单独基础：B：条形基础：C
7、：联梁基础；D：交叉梁基础：E：片筏基础：F：箱形基础：,按基础的结构形式分类,A：单独刚性基础：倒置的两边外伸的悬臂梁;在靠近柱边或断面高度突变处容易产生弯折破坏；基础具有一定的高度，使弯折点产生的拉应力不超过材料的抗拉强度,取决于建筑材料Bb0+2Htg,对建材为标准砖的，墙厚一般为240mm、370mm、490mm等。,b0,b,H,B,应用：刚性基础按刚性角设计的宽、高一般具有足够的刚度，不需要再做抗弯、抗剪检算。且材料易得，施工简单、运用广泛。,高度大、体积大、用料多，自重大，一般适合于6层和6层以下（三合土不宜超过4层）的一般民用建筑物和轻型厂房。,刚性角：bHtg(俗称大放脚),
8、B：扩展式(柔性)独立基础,1、一般为钢筋砼基础2、适用于柱载荷较大或有偏心作用、地基土层较软弱、地下水位较高、基础埋深又受到一定限制等情况。不受刚性角的限制。3、基础内部配置一定数量的钢筋，依靠钢筋承受拉应力，基础可以产生一定的弯曲而不破坏。4、初步厚度确定：H(La)mm为经验系数，一般取0.30.5,独立基础,钢筋砼独立基础,控制锥体斜面坡度正确，斜面模版碎混凝土浇筑分层支设，严禁斜面部分不支模。,扩展式基础断面的类型：,阶梯形锥台形杯口形壳体形每级台阶300500，垫层厚度100，两边伸出100，垫层混凝土C15以上,75,用于混合房屋的承重墙下，由素砼垫层、砼底板、大放脚组成。,墙下
9、钢筋砼条基,C：十字交叉梁条形基础：1、当单向条形基础的基底仍不能承受上部结构载荷的作用，可以把纵横柱基础均连在一起，成为十字交叉条形基础。可承受10层以下的民用住宅。2、地梁一般设在建筑物的纵向，可增加建筑物的纵向基础刚度。柱下条形基础常用于框架结构的基础。当基础压缩性很高且载荷较大时，为增加建筑物基础的整体性，可在纵横墙向均设置柱下条形基础而成为十字交叉条形基础。3、条形基础梁顶面和底面的纵向受力钢筋，应有24根通长配置，且其面积不得少于纵向钢筋总面积的1/3。4、柱下条形基础的混凝土强度等级一般采用C20。,D：筏板基础：,1、一般为等厚度的钢筋混凝土板，整个基础连成一块，适应于土层均匀
10、软弱具有较硬表层的地基。2、分为平板式：等厚度的钢筋混凝土平板，厚度0.52.5m，分不埋式(四周加边梁)和潜埋式(一般做架空地板)梁板式：柱距较大时，纵横向柱间设置连接横梁，多层建筑每层增加50mm3、墙下筏板基础垫层厚度一般为100mm，筏板配筋除符合计算要求外，纵横方向支座应尚分别0.15%、0.10%有配筋率的钢筋连通。,平板式,梁板式,筏式基础,适用于有地下室或地基承载能力较低而上部荷载较大的基础。,筏形基础,地下室筏型基础示意图,240 600 5100 1800 5100 600 240,砖墙,窗井,窗井,钢筋混凝土板厚300防水层素混凝土垫层,筏形基础,浅基础工程筏板基础,浅基
11、础工程筏板基础,浅基础工程筏板基础,浅基础工程筏板基础,E：箱形基础,1、由钢筋混凝土顶板、底板、纵横交叉梁的隔墙组成的空间结构。2、地基软弱、载荷很大、上部结构对变形有严格的限制。隔热、隔潮层。在箱基内设置非承重内墙可以利用空间又可以利用空气夹层解决“结露”或者“渗漏”现象3、施工技术复杂、基坑降水对相邻建筑物的影响、深基坑支护技术,H,(1/81/12)H,300mm,200mm,200300mm,箱形基础,由钢筋砼底板、顶板、侧墙及一定数量的纵横墙构成的封闭箱体。适用于上部结构分布不均匀的高层建筑物的基础。,F：壳体基础,1、可用于一般工业与民用房屋柱基和筒形构造物(烟囱、水塔、料仓、高
12、炉等)基础。很适用于软弱地基及需要大尺寸的扩展基底的情况。2、可分为M型组合壳、正圆锥壳、内球外锥组合壳。3、节省建材、造价低。4、基坑开挖复杂、壳体施工技术高，计算理论未臻完善。但是施工时不必支模，土方挖运量较少。,4.2 浅基础,正圆锥壳：r1:r20.40M型组合壳：0.35 r1:r2 0.55内球外锥组合壳：0.50 r1:r2 0.65,r1,r1,r1,r,r,r,4.3 桩基础,按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种(图2.1)；按制作方法分为预制桩和灌注桩；预制桩按沉桩方法不同分为：打入桩、水冲沉桩、振动沉桩、静力压桩等；灌注桩按成孔方法不同分为：钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌
13、注桩、爆扩成孔灌注桩等；按桩体形状不同分为：方桩和圆桩；按构造不同分为：实心桩和空心桩。,桩的分类,4.3 桩基础,4.3.1 桩的分类一、按承载的性质分端承桩：穿过软弱土层，而达到坚硬土层的桩。以桩尖阻力承 担全部荷载，控制以贯入度为主。摩擦桩：悬浮于软弱土层的桩。以桩身于土层的摩阻力承担全 部荷载。桩尖进行持力层深度或桩尖标高为参考。二、按桩制作工艺分预制桩现场灌注桩,1、按承载性质不同端承桩是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。摩擦桩是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土
14、中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩擦桩的作用。,4.3 桩基础,1、钢筋混凝土实心桩 钢筋混凝土实心桩，断面一般呈方形。桩身截面一般沿桩长不变。实心方桩截面尺寸一般为200200mm 600600mm。截面边长不宜小于200mm。预应力混凝土预制桩的截面边长不宜小于300mm。钢筋混凝土实心桩桩身长度：限于桩架高度，现场预制桩的长度一般在2530m以内。限于运输条件，工厂预制桩，桩长一般不超过12m，否则应分节预制，然后在打桩过程中予以接长。接头不宜超过2个。,4.3.2 钢筋混凝土预制桩施工,4.3.2 钢筋混凝土预制桩施工,一、预制桩
15、的制作预制桩的制作工艺过程：现场制作场地压实、整平场地地坪浇筑支模扎钢筋浇混凝土养护至30强度拆模支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋浇间隔桩混凝土制作第二层桩养护至70强度起吊达100强度后运输、堆放。预制桩制作方法：砼强度等级不宜低于30MPa。浇筑应由桩顶向 桩尖连续进行，严禁中断。制作偏差应符合 规范的规定。,钢筋混凝土预制桩制作钢筋、模板施工,钢筋混凝土预制桩制作混凝土浇筑,钢筋混凝土实心桩由桩尖、桩身和桩头组成材料要求：钢筋混凝土实心桩所用混凝土的强度等级不宜低于C30（30N/mm2)。预应力混凝土桩的混凝土的强度等级不宜低于C40，主筋根据桩断面大小及吊装验算确定，一般为48根，直
16、径1225mm；不宜小于14，箍筋直径为68mm，间距不大于200mm，打入桩桩顶23d长度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片。桩尖处可将主筋合拢焊在桩尖辅助钢筋上，在密实砂和碎石类土中，可在桩尖处包以钢板桩靴，加强桩尖。,二、打桩前的准备,整平场地，清理障碍。定位放线，设置水准点。检查预制桩质量。确定打桩顺序，进行技术和安全交底。检查打桩设备和起重工具，在桩架上设定标尺。对周围建筑物做好防护措施。试桩,2、打桩顺序的确定,条件选择：打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。方案：根据
17、桩的密集程度，打桩顺序一般分为逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如图所示。,当桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打(图2.7(c)，或由中间向四周施打(图2.7(b)。当桩的中心距大于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(图2.7(a)。,3、打桩顺序的确定,根据基础的设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。,预制桩的起吊：砼达设计强度的70%方可起吊，达100%时方可 运输。吊点位置随桩长而异。预制桩的运输：运输过程中支点应与吊点位置一致。且随打随 运。避免二次搬运。预制桩的堆放：堆放场地应平整坚实。垫木
18、间距由吊点确定，且上下对齐，堆放层数不宜超过4层,预制桩沉桩施工方法：1、锤击法 2、振动法3、静力压桩4、水冲法,预制桩沉桩施工,三、打（沉）桩方法,1、锤击沉桩法（录像）打桩设备及选择：桩锤：根据现场情况、机具设备条件及工作效率确定。桩架：考虑桩锤类型、桩长和施工条件等动力装置：由桩锤性质决定。打桩顺序：当桩中心距大于4倍桩长或桩径时，可采用逐排打或梁侧同时向中间打。当桩中心距小于等于4倍桩长或桩径时，应由中间向两侧对称打或由中间向四周施打。施工工艺：桩机就位吊桩打桩送桩接桩拔桩截桩质量控制：满足贯入度或标高要求。,2、振动沉桩法（录像）施工要点：在沉桩施工过程中需连续进行，以防间歇过久，
19、难以沉桩。,3静力压桩施工,静力压桩是利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工。施工工艺：场地清理测量定位尖桩就位、对中、调直压 桩接桩再压桩截桩压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的方案；接桩的方法：焊接法、硫磺浆锚法；,静力压桩施工,静力压桩施工,静力压桩施工,5、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。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
20、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。,6、质量要求,桩的垂直偏差应控制在1%之内；桩的平面位置的允许偏差，对于建筑物桩基，单排或双排桩的条形桩基，垂直于条形桩基纵轴线方向为100mm，平行于条形桩基纵轴线方向为150mm；桩数为13根桩基中的桩为100mm；桩数为416根桩基中的桩为1/3桩径或1/3边长；桩数大于16根桩基中的桩最外边的桩为1/3桩径或1/3边长，中间桩为1/2桩径或边长。桩的承载力检验,6、质量要求,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
21、，如图所示。,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。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。,7、桩头的处理,承台施工,承台施工,承台施工,三、现浇混凝土桩施工工艺,灌注桩：直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。与预制桩相比：不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点。灌注桩按成孔方法分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、
22、人工挖孔灌注桩、爆扩成孔灌注桩等。,一、钻孔灌注桩,原理：利用原土自然造浆或人工造浆浆液进行护壁，通过循环泥浆将被钻头切下的土块带出孔外成孔，然后安放钢筋笼，水下灌注混凝土成桩。适用范围：地下水位较高的黏性土、粉土、砂土填土、碎石土及风化岩层。,1、施工工艺,测定桩位,埋设护筒,桩机就位,制备泥浆,泥浆循环出渣,机械钻孔,清孔,安放钢筋骨架,浇筑水下混凝土,2、分类,潜水钻机钻孔正循环排渣法反循环排渣法冲击钻机钻孔,3、施工要点,埋设护筒：护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒内径比钻头直径大100200mm。泥浆制备：控制泥浆的相对密度、黏度、含砂率、胶体率等指标。清孔：保持孔内泥浆
23、面高出地下水位1.0m以上，控制孔底沉渣的厚度。安放钢筋笼：避免碰壁，保持保护层厚度。浇筑水下混凝土：用导管法浇筑，导管提升不宜过快，控制混凝土塌落度（160220mm）。,二、沉管灌注桩,原理：利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。,1、沉管灌注桩常采用的施工工艺,单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.51.0m，振动510s，然后再拔管0.51.0m，这样反复进行，直至全部拔出。复打法：在
24、同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。反插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。,2、沉管灌注桩的分类,锤击成管灌注桩振动成管灌注桩沉管夯扩灌注桩,（1）锤击沉管灌注桩,施工工艺：施工要点：防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。注意打桩顺序。拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度。,就位,锤击沉管,放钢筋笼,灌注混凝土,拔钢管,（2）振动沉管灌注桩,施工工艺施工要点：注意打桩顺序。拔管前，
25、应先振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。拔管时要均匀，保持连续振动，并控制拔管速度。,就位,振动沉管,放钢筋笼,灌注混凝土,拔钢管,3、沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法,（1）颈缩：现象：桩身的局部直径小于设计要求的现象。原因：拔管后新灌注的混凝土桩局部范围受挤压形成颈缩。当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在5070mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。,（2）断桩,现象：桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。原因：
26、桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。,（4）混凝土灌注过量,现象：灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上。原因：孔底有洞穴在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。处理方法：施工前详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型,（3）吊脚桩,现象：桩
27、底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上。原因：地下水压力大。预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内。由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。,三、人工挖孔桩,原理：人工挖掘成孔。施工工艺过程：施工要点：注意塌方、流沙、有害气体。,人工挖掘成孔,安放钢筋笼,人工挖掘成孔,二、灌注障质量要求及验收,平面位置和垂直度的要求见表2.15；桩顶标高至少要比实际标高高出0.5m。沉渣厚度要求：试块要求：桩静载试验的根数要求：桩身质量的检验及数量要求；对原材料的检验,三、桩的质量检验,静载试验动测法,四、桩基础施工验收资料,桩基施工验收应包括下列资料：工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等。经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。桩孔、钢筋、混凝土工程施工隐蔽记录及各分项工程质量检查验收单及施工记录。成桩质量检查报告。单桩承载力检测报告。基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。,
