深基础工程及地基处理.ppt

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1、第二章 深基础工程及地基处理,基本内容：预制桩的生产工艺过程，预制桩施工设备、施工工艺及质量控制方法；灌注桩（钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩）施工工艺、常见质量缺陷及预防处理；地下连续墙施工工艺、护壁泥浆的功能、混凝土的浇筑；各种地基处理方法（振冲法、旋喷法、深层搅拌法、灰土挤密法）、原理及施工工艺。,基本要求：1.了解钢筋混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法。2.掌握锤击法施工的全过程和施工要点（打桩设备、打桩顺序、方法和质量控制）。3.掌握泥浆护壁灌注桩和干作业成孔灌注桩的施工要点。4.掌握套管成孔灌注桩施工工艺和质量控制方法。5.了解地下连续墙的施工过程和施工工艺要点。6.自

2、学各种地基处理方法、原理及施工工艺。,重点：钢筋混凝土预制打入桩和灌注桩施工。难点：钢筋混凝土预制桩沉桩工艺及质量控制方法；灌注桩施工工艺、常见质量缺陷及预防处理。深度和广度：达到能制定锤击沉入钢筋混凝土预制桩、灌注桩施工方案，分析常见质量缺陷及预防处理；简介墩基础、沉井基础、管柱基础的施工方法。,在土建、交通、水利工程中，当天然的地基的强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要，保证建筑安全可靠。地基处理方法众多，对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有：排水固结法，振密、挤密法，置换及拌入法，灌浆法，加筋法和托换法等当作为地基的土层软弱，建筑

3、物对其变形与稳定要求较高时，就必须采用深基础。常见的深基础有：桩基础，沉井基础，沉箱基础，地下连续墙等,概述,桩基础的分类：按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩，也有采用木、组合材料的桩 桩按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承摩擦桩桩顶荷载则主要由桩侧阻力承受。端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受；摩擦端承桩桩顶荷载则主要由桩端阻力承受。,桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上

4、管桩 属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土 管桩、H 型钢桩、敞口钢管桩等属 于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。,按桩的施工方法，可分为预制桩和灌注桩两类。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。灌注桩。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。,2.1 预制混凝土桩施工,一、桩的预制、起吊、运输、堆放桩的预制 场地压实、平整场地地平作三七灰土或浇筑混凝土支模绑扎钢筋骨架、安设吊环浇筑混凝土养护至30%强度拆模支间隔端头模板、刷隔

5、离剂、绑钢筋浇筑间隔桩混凝土同法间隔制作第二层桩养护至70%强度起吊达100%强度后运输。,预制桩制作,桩的起吊 桩在起吊和搬运时，必须平稳，并且不得损坏。吊点应符合设计要求，一般吊点的设置如下图所示。,80多米的“长腿”被吊起，通过打桩机插入海底,桩的吊点位置图,桩的运输 打桩前，桩从制作处运到现场准备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。,桩的堆放 堆放桩的地面必须平整、坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。,二、沉桩（打桩）前的

6、准备工作（1）清除障碍物、平整场地。（2）材料机具准备，接通现场施工水、电源等。（3）检查桩的质量，将需用的桩按平面布置图堆放在打桩机附近，不合格的桩不能运至打桩现场。,（4）按图纸布置进行测量放线，定出桩基轴线，测出每个桩位的实际标高。（5）准备好桩基工程施工记录和隐蔽工程验收记录表格，并安排好记录和监理人员等。（6）进行打桩试验。其目的是检验打桩设备及工艺是否符合要求，了解桩的贯入深度、持力层强度及桩的承载力，以确定打桩方案。,（7）打(沉)桩顺序：为减轻对邻近建筑物的破坏影响和桩入土后相互挤压，选定正确的施工顺序是有重要意义的。,三、锤击(一）打桩机具（桩锤、桩架、动力装置）1.桩锤（落

7、锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、）,落锤,落锤,柴油锤,柴油锤,振动沉拔桩锤,振动打桩,桩锤选择 桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考下表进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。,表 锤重选择表,2.桩架多能桩架,履带式桩架,3.动力设备（1）落锤以电源为动力再配置电动卷扬机、变压器、电缆等；（2）蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力，配置蒸汽锅炉蒸汽绞盘等；（3

8、）气锤以压缩空气为动力源，需配置空气压缩机、内燃机等；（4）柴油锤以柴油为能源，桩锤本身有燃烧室，不需外部动力设备。,锤击沉桩施工 打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有510mm的间隙，以防损伤桩顶。,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

9、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，及时研究处理。,某工地600预制桩被挤断的照片,一个承台六根桩,有四五根桩断掉,打的时候收锤无问题,锤第二根桩挤断第一根,锤第三根挤断第二根桩,如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上，拔出送桩管后，桩孔应及时回填或加盖。,多节桩的接桩，可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁，上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢，焊接时焊缝应连续饱满，并采取措施减少焊接变形。接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1桩长。,打桩过程中，应做

10、好沉桩记录，以便工程验收。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，见表所示。,打(沉)桩控制1.桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度作为参考。2.桩端位于坚硬、硬塑的粘土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。,3.当贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值；桩尖位于其它软土层时，以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。4.打桩时，如控制指标已符合要求，而其它的指标与要求相差较大时，应会同有

11、关单位研究处理。,贯入度是指每锤击一次桩的入土深度，而在打桩过程中常指最后贯入度，即最后一击桩的入土深度。实际施工中一般是采用最后10击桩的平均入土深度作为其最后贯入度。测量最后贯入度应在下列正常条件下进行：桩锤的落距应符合规定；桩帽和弹性衬垫等正常；锤击没有偏心；桩顶没有破坏或破坏处已凿平。,（三）打(沉)桩常见问题及处理对策1.桩顶位移或上升涌起2.桩顶、桩身被打坏3.桩身倾斜4.沉桩达不到设计控制要求5.桩急剧下沉,如：,定位,起吊,打桩,预应力管桩施工接桩,桩头爆裂,环氧树脂补桩,桩上的裂缝.,预应力管桩的质量检验动载试验,打桩船海上沉桩作业情景,大风车如何扎根东海,80多米的“长腿”

12、被吊起，通过打桩机插入海底。8条“长腿”插入海底，围成一个圈。“蟹壳”钢制承台模子与“长腿”吊装连接。,四、静压力桩施工 静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN，如下图示。,液压式静力压桩机1操纵室；2电气控制台；3液压系统；4导向架；5配重；6夹持装置；7吊桩把杆；8支腿平台；9横向行走与回转装置；10纵向行走装置；11桩,液压式静力压桩机,液压式静力压桩机,2.2 混凝土、钢筋混凝土灌注桩施工,灌注桩是直接在桩位上就

13、地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺.,一、泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大

14、的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。,泥浆护壁成孔灌注桩施工现场,反循环成孔，现在是在护筒上拉十字线，是使钻机的钻头对准桩的中心线，等钻机对准后往护筒里放水，采用泥浆护壁进行钻孔,泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺 埋设护筒 护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止塌孔的作用。,泥浆制备 护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。,b,a,a,c,成孔方法：泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有冲击钻成孔法a、冲抓锥成孔法b和潜 水电

15、钻成孔法c三种(下图）。,桩定位，图中的孔为超前钻的孔,冲孔桩开始施工,冲击成孔,在原先已经支护的地面上冲孔成桩，容易冲到锚杆和锚索，造成钢筋笼下不去,安放钢筋笼,灌注桩钢筋冷挤压连接,焊吊筋，防止浇筑砼时钢筋笼上浮,浇注水下混凝土 浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。因为当混凝土直接与水接触穿过水层时，骨料和水泥很快将产生分离，骨料很快沉入水底，而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态，当其下沉时，已凝结硬化。因此水下混凝土的浇注，必须在与周围环境水隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法很多。最常用的是导管法。导管法采用的主要机具有：导管、漏斗和储料斗、隔水塞。,提升导管，下料，排出泥浆,截桩头

16、,桩头混凝土取样,预应力管桩的质量检验动载试验,2.2.3套管成孔灌注桩工艺流程 套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴（左图）的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管时，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。右图为沉管灌注桩施工过程示意图。,活瓣桩尖1桩管；2锁轴；3活瓣,沉管灌注桩施工过程a）就位；b）沉套管；c）初灌混凝土；d）放置钢筋笼、灌注混凝土；e）拔管成桩,沉管的方法 锤击灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，关闭活瓣或对准

17、预先设在桩位处的预制混凝土桩靴，套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在一垂直线上，套管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉套管。先用低锤轻击，观察后如无偏移，才正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，并检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。套管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，不宜拔管过高。拔管时应保持连续低锤密击不停。,单打法复打法,振动沉管 振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管，其设备见下图。施工前，先安装好桩机，将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿

18、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套管上加压，套管即能沉入土中,单振法复振法反插法,沉管灌注桩设备,1滑轮组；2振动器；3漏斗；4桩管；5吊斗；6枕木；7机架；8拉索；9架底；10卷扬机,沉管灌注桩,（3）套管成孔灌注桩常遇问题和处理方法a 颈缩颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。原因：当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，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

19、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。,b断桩 断桩：指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：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。,c吊脚桩 吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高

20、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“密击慢拔”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。,d混凝土灌注过量 如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者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。因此，施工前应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。,三、人工挖孔灌注桩施工机具 垂直

21、运输工具：单轨电动葫芦配提升金属架与轨道，活底提土吊桶。排水机具：潜水泵。通风设备：鼓风机和送风管。挖掘工具：镐、锹、土筐等。此外，还有井内外照明，电铃等设备,施工工艺 按设计图纸放线、定桩位。开挖场。支护模板 在模板顶放置操作平台。浇筑护壁混凝土。拆除模板继续下一段的施工。安放钢筋。排除孔底积水。,人工挖孔桩；基坑护坡部分用沙包；人工挖孔桩的护壁模板为钢模板，分为四块,监理下桩底检查,业主会同设计院验桩持力层,桩底持力层岩样,设计院与甲方、监理验桩，确定终孔,钢筋绑扎完毕，超声波安装完毕,砼浇筑,桩基检测开展超声波检测,浇筑完成后的桩,超声波检测，小桩预埋三根管，大桩四根管，小桩须检测两次，

22、图为第一次检测，可以检测到两个断面,低应变检测是桩基检测的一部分,钻孔抽出来的芯样，芯样比较完整，密实性较好，桩底与岩石粘结较好，属一类桩,哈尔滨一工地2工人挖灌注桩被埋,不少工人围在出事桩口等待工友的消息.,五、干作业成孔灌注桩 在软塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，缓慢地均匀地钻进。操作时要求钻杆垂直，钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查。钻进速度应根据电流值变化及时调整。在钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。适用于地下水位较低、在成孔深度

23、内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。,六、桩基验收验收内容 验收桩基工程，应该验收是否符合设计要求和施工质量验收规范的规定，在验收前，不得切去混凝土预制桩和灌注桩。工程桩应该进行承载力检验。桩身质量应该进行检验。验收时应该提交下列资料 工程勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更及材料代用通知单等 桩位测量放线图，包括工程桩位线复核验证单；制作桩的材料试验记录、成桩质量检查报告；单桩承载力检查报告；基坑挖至设计标高的基础竣工平面图及桩顶标高图,2.3 地基处理方法,高压喷射处理方法 高压喷射处理方法：就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的

24、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 效果检验,盾构始发端土体加固施工现场,采用双高压（浆压、水压）三重管（气、水、浆管）旋喷加固方法,20060104地铁10号线农展馆站由北向南注水泥浆加固地基时，水泥浆从农展馆南门的CD爵士酒吧院内喷涌而出,振冲法 振冲挤密机理与施工工艺 振冲置换,施工步骤图，三步曲,深层搅拌法 深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特定的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土与固化剂强制搅拌，利用软土与固化剂之间产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和

25、一定强度的优质地基。,2.4 灌浆锚杆,2.5 地下连续墙 钢筋混凝土地下连续是在地面上用专门的挖槽设备，沿开挖工程周边已铺砌的导墙，在泥浆护壁的条件下，开挖一条狭窄的深槽，在槽内放置钢筋笼，浇注混凝土，筑成一道连续的地下墙体。地下连续墙施工工艺过程是：修筑导墙挖槽吊放接头管（箱）、吊放钢筋笼浇注混凝土。,铣削钻 成槽机,铣削钻 成槽机,铣削钻 成槽机,地下连续墙加固土壁用水泥搅拌桩施工,砼防渗墙施工导槽漏浆垮坝,地下连续墙导墙施工 德国利渤海尔成槽机,地下连续墙成槽施工,地下连续墙钢筋笼制作,地下连续墙预埋钢筋接驳器及地连墙保护层,地下墙体钢筋应力监测：钢铉式钢筋计,连续墙水下混凝土灌注用管,地下连续墙砼浇注.,逆作法施工,