土木工程施工地基处理与桩基工程1.pptx
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1、n但须指出,在拟定地基加固处理方案时,应充分考虑地基与上部结构共同工作的原则,从地基处理、建筑、结构设计和施工方面均应采取相应的措施进行综合治理,绝不能单纯对地基进行加固处理,否则,不仅会增加工程费用,反而难以达到理想的效果。其具体的措施有:n(1)改变建筑体形,简化建筑平面。n(2)调整荷载差异。n(3)合理设置沉降缝。沉降缝位置宜设在:地基不同土层的交接处,或地基同一土层厚薄不一处;建筑平面的转折处;荷载或高度差异处;建筑结构或基础类型不同处;分期建筑的交界处;局部地下室的边缘;过长房屋的适当部位。n(4)采用轻型结构、柔性结构。n(5)加强房屋的整体刚度,如采用横墙承重方案或增加横墙;增
2、设圈梁;减小房屋的长高比;采用筏式基础、筏片基础、箱形基础等。n(6)对基础进行移轴处理,当偏心荷载较大时,可使基础轴线偏离柱的轴线。n(7)施工中正确安排施工顺序和施工进度,如对相邻的建筑,应先施工重、高(即荷载重、高度大)的建筑,后施工轻、低(即荷载轻、高度小)的建筑;对软土地基则应放慢施工速度,以便使地基能排水固结,提高承载力。否则,施工速度过快,将造成较大的孔隙水压力,甚至使地基发生剪切破坏。n2.1.2地基加固的方法n根据地基加固的原理,可采取不同的加固方法。这些加固方法,可归纳为“挖、填、换、夯、压、挤、拌”七个字。n2.1.2.1“挖”n就是挖去软土层,把基础埋置在承载力大的基岩
3、或坚硬的土层中。此种方法当软土层不厚时,利用坚硬的土层作天然地基,甚为经济。n2.1.2.2“填”n当软土层很厚,而又需大面积对地基进行加固处理时,则可在软土层上直接回填一层一定厚度的好土,以提高地基的承载力,减小软土层的承压力。n2.1.2.3“换”n换就是将挖与填相结合,即换土垫层法。此法适用于软土层较厚,而仅对局部地基进行加固处理。它是将基础下面一定范围内的软弱土层挖去,而代之以人工填筑的垫层作为持力层。垫层材料有砂石、碎石、三合土(石灰:砂:碎砖(石)=1:2:4)、灰土(石灰:土=3:7)、矿渣、素土等,分别称砂石地基、三合土地基、粉煤灰地基。换土垫层可提高持力层的承载力,减小软土层
4、的承压力,加速软土层排水固结,且减少基础沉降量。图2.1为砂石垫层做法,垫层厚H一般为0.52.5 m,不宜大于3 m,也不宜小于0.5 m。采用换土垫层能有效地解决中小型工程的地基处理问题,其优点是能就地取材,施工简便,工期短,造价低。图2.1砂垫层剖面图1一基础;2一砂垫层n2.1.2.4“夯”n就是利用打夯工具或机具(如石硪、铁硪、蛙式打夯机、火力夯、电力夯、重锤夯、强力夯等)夯击土壤,排出土壤中的水分,加速土壤的固结,以提高土壤的密实度和承载力。其中强力夯是用起重机械将大吨位夯锤(一般不小于8t)起吊到很高处(一般不小于6m),自由落下,对土体进行强力夯实。其作用机理是用很大的冲击能(
5、一般为500800 kJ),使土中出现冲击波和动应力,迫使土中孔隙压缩,土体局部液化,夯击点周围产生裂隙,形成良好的排水通道,土体迅速固结,适用于粘性土、湿陷性黄土及人工填土地基的深层加固,但强力夯所产生的振动对现场周围已建成或在建的建筑物及其他设施有影响时不得采用,必要时应采取防震措施。n强夯法有效加固深度H(m),可用下列公式估算:n (2.1)n式中 M夯锤重力,KN;nh落距,m;nk折减系数,与土质、锤型、能级、施工工艺等有关,一般粘性土取0.5,砂性土取0.7,黄土取0.350.50。n2.1.2.5“压”n就是利用压路机、羊足碾、轮胎碾等机械碾压地基土壤,使地基压实排水固结。也可
6、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。为了在较短时间内取得较好的预压效果,要注意改善预压层的排水条件,常用的方法有砂井堆载预压法、袋装砂井堆载预压法、塑料排水带堆载预压法和真空预压法。n(1)砂井堆载预压法n砂井堆载预压法是在预压层的表面铺砂层,并用砂井穿过该土层以利排水固结。砂井直径一般为300400mm,间距为砂井直径的69倍。n(2)袋装砂井堆载预压法n袋装砂井堆载预压法是将砂先装入用聚丙烯编织布或玻璃纤维布、黄麻片、再生布等所制成的砂袋中,再将砂袋置于井中。井径一般为70120mm,间距为1.52.0m。此法不会产生缩颈、断
7、颈现象,透水性好,费用低,施工速度快。n2.1.2.5“压”n(3)塑料排水带堆载预压法n塑料排水带堆载预压法是将塑料排水带用插排机将其插入软土层中,组成垂直和水平排水体系,然后堆载预压,土中孔隙水沿塑料带的沟槽上升溢出地面,从而使地基沉降固结。n(4)真空预压法n真空预压法是利用大气压力作为预压载荷,勿需堆载加荷。它是在地基表面砂垫层上覆盖一层不透气的塑料薄膜或橡胶布,四周密封,与大气隔绝,然后用真空设施进行抽气,使土中孔隙水产生负压力,将土中的水和空气逐渐吸出,从而使土体固结。为了加速排水固结,也可在加固部位设置砂井、袋装砂井或塑料排水带等竖向排水系统。n2.1.2.6“挤”n先用带桩靴的
8、工具式桩管打入土中,挤压土壤形成桩孔,然后拔出桩管,再在桩孔中灌入砂石或石灰、素土、灰土等填充料进行捣实,或者随着填充料的灌入逐渐拔出桩管。这种方法最适用于加固松软饱和土地基,其原理就是挤密土壤,排水固结,以提高地基的承载力,所以也称为挤密桩。n图2.2所示即为水泥粉煤灰碎石挤密桩的施工工艺。这种桩的填充料是水泥、石屑、碎石、粉煤灰和水的拌合物,是一种低强度混凝土桩,是近年发展起来的处理软弱地基的一种新方法,具有较好的技术性能和经济效果,不但能提高地基的承载力,还可将荷载传递到深层地基中去。n此外,根据地基土质不同,亦可采用振动器成孔或振冲器成孔后灌入砂石挤密土壤。(a)(b)(c)(d)(a
9、)(b)(c)(d)(e)(f)图2.2水泥粉煤灰碎石桩工艺流程 图2.3深层搅拌桩施工工艺流程(a)打入桩管;(b)、(c)灌水泥、(a)定位下沉;(b)深入到设计深度;粉煤灰、碎石振动拔管;(d)成桩 (c)喷浆搅拌提升;(d)原位重复搅拌下沉;1一桩管;2一水泥、粉煤灰、碎石桩 (e)重复搅拌提升;(f)搅拌完成形成加固体 n2.1.2.7“拌”n是指用旋喷法或深层搅拌法加固地基。其原理是利用高压射流切削土壤,旋喷浆液(水泥浆、水玻璃等)搅拌浆土,使浆液和土壤混合,凝结成坚硬的柱体或土壁。同理,化学加固中的硅化法、水泥硅化法和电动硅化法均是将水玻璃(硅酸钠Na2 Si02)和氯化钙(Ca
10、Cl2)或水泥浆注入土中,使其扩散生成二氧化硅的胶体与土壤胶结“岩化”,亦是属于拌和的结果。n图2.3所示为水泥土深层搅拌桩施工工艺流程。深层搅拌机定位启动后,叶片旋转切削土壤,借设备自重下沉至设计深度;然后缓慢提升搅拌机,同时喷射水泥浆或水泥砂浆进行搅拌;待搅拌机提升到地面时,再原位下沉提升搅拌一次,这样便可使浆土均匀混合形成水泥土桩。n水泥土桩由于水泥在土中形成水泥石骨架,使土颗粒凝聚、固结,从而成为具有整体性、水密性较好、强度较高的水泥加固体。在工程中除用于对软土地基进行深层加固外,也常用于深基坑的支护结构和防水、防流砂的防渗墙。n2.1.2.7“拌”n图2.4所示为单管旋喷桩的施工流程
11、。它是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻至设计深度后,用高压脉冲泵将水泥浆液由喷嘴向四周高速喷射切削土层,与此同时将旋转的钻杆徐徐提升,使土体与水泥浆在高压射流作用下充分搅拌混合,胶结硬化后即形成具有一定强度的旋喷桩。n单管旋喷浆液射流衰减大,成桩直径较小,为了获得大直径截面的桩,可采用二重管(即两根同心管,分别喷水、喷浆)旋喷,或三重管(三根同心管,分别喷水、喷气、喷浆)旋喷。单管法和二重管法还可用注浆管射水成孔,勿需用钻机成孔。n喷浆方式有旋喷、定喷和摆喷三种,能分别获得柱状、壁状和块状加固体。为此,旋喷法可用于处理地基,控制加固范围;可用于桩、地下连续墙、挡土墙、防渗墙、深基坑支护结构的施
12、工和防管涌、流砂的技术措施。图2.4单管旋喷桩施工工艺流程(a)钻机就位钻孔;(b)钻孔至设计标高;(c)旋喷开始;(d)边旋喷边提升;(e)旋喷结束成桩1一旋喷管;2一钻孔机械;3一高压胶管;4一超高压脉冲泵n 2.2桩基础工程概述n 将钢筋混凝土、钢管或H型钢等材料作为受力的支撑杆件打入土中,成为基桩。n 桩基础,就是利用承台或基础梁将沉入土中的基桩联系起来,以便承受整个上部结构重量的一种基础。n采用一根基桩(通常为大直径基桩)承受和传递上部荷载的独立基础称为单桩基础;n 由两根以上基桩组成的桩基础称为群桩基础。n 桩基础的作用是将上部结构的荷载,通过较弱土层传递到深部较坚硬的、压缩性小的
13、土层或岩石上。由于桩基础具有承载力高、沉降量小而均匀、沉降速度缓慢、抗震性能强及能适应各种复杂地质条件等特点,因此得到了广泛的应用。n桩按制桩材料分为木桩、钢筋混凝土桩和钢桩。n桩按桩身的制作方法分为预制桩和灌注桩两类。n预制桩包括木桩、钢桩及预制混凝土桩。n预制混凝土桩可在工厂或现场制作。n灌注桩按成孔方法不同可分为干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔和爆扩成孔灌注桩。n桩按其承台位置分,有高承台桩和低承台桩,前者多用于桥梁码头和海洋工程,后者多用于工业与民用建筑等。n桩按其设置时对于地基土的影响分,有大量挤土桩(打入、振入、压入和旋入桩等)、少量挤土桩(开口钢管桩、H型钢桩、预钻孔打入桩和螺
14、旋成孔桩等)和非挤土桩(人工挖孔桩、钻孔和抓掘成孔桩等)等。n桩按其承载性状可分为摩擦桩和端承桩。n摩擦桩指桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承担的桩,桩尖部分承受的荷载很小,一般不超过10%;摩擦型桩又分纯摩擦桩和端承摩擦桩。n端承型桩指顶部荷载全部或主要由桩端阻力承担的桩;端承型桩又分纯端承桩和摩擦端承桩。n按其竖向受荷方向可分为抗压桩和抗拔桩,大多数桩属抗压桩。图2.5桩基础(a)端承桩;(b)摩擦桩1-桩;2-承台;3-上部结构n桩按直径和截面尺寸分为大直径桩(d800 mm)、中直径桩(250 mm d 800mm)和小直径桩(d 250 mm)。n桩按其端部形状划分,预制桩有尖底和平底之
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