第二章樁基礎(chǔ)工程及地基處理

第2章樁基礎(chǔ)工程

在土建、交通、水利工程中，當天然的地基的強度和變形不能滿足工程要求時，需要對地基進行人工處理，以滿足工程建設(shè)的需要，保證建筑安全可靠。地基處理方法眾多，對每一個具體的工程往往都有其特殊性。常用的地基處理方法有：排水固結(jié)法，振密、擠密法，置換及拌入法，灌漿法，加筋法和托換法等當作為地基的土層軟弱，建筑物對其變形與穩(wěn)定要求較高時，就必須采用深基礎(chǔ)。常見的深基礎(chǔ)有：樁基礎(chǔ)，沉井基礎(chǔ)，沉箱基礎(chǔ)，地下連續(xù)墻等。

概述

樁基礎(chǔ)的分類：⑴按樁身材料分類主要有混凝土樁及鋼樁，也有采用木、組合材料的樁

⑵樁按承載性狀可分為摩擦型樁和端承型樁，前者又分為摩擦樁、端承摩擦樁；后者又分為端承樁、摩擦端承樁。摩擦樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁側(cè)阻力承受；端承摩擦樁樁頂荷載則主要由樁側(cè)阻力承受。端承樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁端阻力承受；摩擦端承樁樁頂荷載則主要由樁端阻力承受。

⑶樁按成樁時擠土狀況可分為非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁。沉管法、爆擴法施工的灌注樁、打入（或靜壓）的實心混凝土預(yù)制樁、閉口鋼管樁或混凝上管樁屬于擠土樁。沖擊成孔法、鉆孔壓注法施工的灌注樁、預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁、混凝土管樁、H型鋼樁、敞口鋼管樁等屬于部分擠土樁；干作業(yè)法、泥漿護壁法、套管護壁法施工的灌注樁屬非擠土樁。

⑷按樁的施工方法，可分為預(yù)制樁和灌注樁兩類。預(yù)制樁是在工廠或施工現(xiàn)場制成的各種形式的樁，用沉樁設(shè)備將樁打入、壓入或振入土中，或有的用高壓水沖沉入土中。灌注樁。根據(jù)成孔方法的不同分為挖孔、鉆孔、沖孔灌注樁，沉管灌注樁和爆擴樁等。2.1預(yù)制樁施工1.砼預(yù)制樁的制作預(yù)制樁有實心樁與空心樁。工廠預(yù)制樁長一般不超過12m；工地預(yù)制不超過30m，且樁長L<50倍樁截面邊長或直徑。（1）樁的制作方法—并列法、間隔法、重疊法。重疊法的要求：翻模法重疊不超過四層；底模和場地應(yīng)平整堅實，防止浸水沉陷；上下層樁間及樁與底模之間刷隔離劑；下層需達到30%設(shè)計強度后上層方可澆筑；連續(xù)澆筑，不得留施工縫；澆水養(yǎng)護不少于7d。（2）制作流程

場地壓實、平整→場地地平作三七灰土或澆筑混凝土→支模→綁扎鋼筋骨架、安設(shè)吊環(huán)→澆筑混凝土→養(yǎng)護至百分之30%強度拆?！чg隔端頭模板、刷隔離劑、綁鋼筋→澆筑間隔樁混凝土→同法間隔制作第二層樁→養(yǎng)護至70%強度起吊→達100%強度后運輸。。

2.1.2預(yù)制樁的起吊、運輸1.預(yù)制樁的起吊混凝土強度要求：應(yīng)在混凝土強度達到70％設(shè)計強度后方可起吊，達到100％后方可運輸和沉樁。起吊要求：樁在起吊和搬運時，必須平穩(wěn)，并且不得損壞。樁的吊點布置原則：吊點間的跨中彎矩與吊點處負彎矩相等。吊點應(yīng)符合設(shè)計要求，一般吊點的設(shè)置如下圖所示2.預(yù)制樁的運輸打樁前，樁從制作處運到現(xiàn)場前備打樁，并應(yīng)根據(jù)打樁順序隨打隨運以避免二次搬運。樁的運輸方式，在運距不大時，可用起重機吊運；當運距較大時，可采用輕便軌小平臺車運輸。樁的堆放

堆放樁的地面必須平整、堅實，墊木間距應(yīng)與吊點位置相同，各層墊木應(yīng)位于同一垂直線上，堆放層數(shù)不宜超過4層。不同規(guī)格的樁，應(yīng)分別堆放。

2.1.3預(yù)制樁的堆放堆放不得超過四層；上下層間設(shè)置墊木（按吊點位置確定間距、上下對齊）；地面平整堅實，設(shè)有排水坡度。2.1.4預(yù)制樁沉樁主要方法：錘擊沉樁、振動沉樁、靜力壓樁、水沖沉樁。預(yù)制樁施工機械主要有以下三類：打樁機—錘擊沉樁打樁機由樁錘和樁架組成，靠樁錘沖擊樁頭，使樁在沖擊力的作用下貫入土中，故又稱沖擊式打樁機。根據(jù)樁錘驅(qū)動方式不同，可分為蒸汽、柴油和液壓三種打樁機。振動沉拔樁機—振動沉樁振動沉拔樁機由振動樁錘和樁架組成。振動樁錘利用機械振動法使樁沉入或拔出。靜力壓樁機—靜力沉樁靜力壓樁機采用機械或液壓方式產(chǎn)生靜壓力，使樁在持續(xù)靜壓力作用下壓入至所需深度。沉樁前的準備工作：清除障礙物平整場地沉樁試驗抄平放線定樁位確定沉樁順序。1.錘擊法打樁機具；樁錘、樁架、動力裝置1）樁錘：落錘、柴油錘、蒸汽錘、液壓錘2）樁架作用：吊樁就位、固定樁位置、承受樁錘和樁的重量、打樁過程中引導錘和樁的方向，并保證樁錘能夠沿著所要求的方向沖擊樁體。分類：塔式、直式、懸掛式、三點支撐履帶行走式。行走方式：滾管式、軌道式、輪胎式、汽車式、履帶式和步履式等。樁架高度=樁長+滑輪組高（2m）+錘高+樁帽高+安裝空隙（0.5m）滾管式樁架懸掛履帶式樁架步履式樁架桁式打樁架（2）打樁施工1）打樁順序從中間向四周，由中及外；從靠近建筑物最近的樁位起，由近及遠；先深后淺；先大后??；先長后短。2）打樁方法

打樁機就位后，將樁錘和樁帽吊起，然后吊樁并送至導桿內(nèi)，垂直對準樁位緩緩送下插入土中，垂直度偏差不得超過0.5%，然后固定樁帽和樁錘，使樁、樁帽、樁錘在同一鉛垂線上，確保樁能垂直下沉。在樁錘和樁帽之間應(yīng)加彈性襯墊，樁帽和樁頂周圍四周應(yīng)有5~10mm的間隙，以防損傷樁頂。打樁開始時，錘的落距應(yīng)較小，待樁入土至一定深度且穩(wěn)定后，再按要求的落距錘擊。用落錘或單動汽錘打樁時，最大落距不宜大于1m，用柴油錘時，應(yīng)使錘跳動正常。在打樁過程中，遇有貫入度劇變、樁身突然發(fā)生傾斜、移位或有嚴重回彈、樁頂或樁身出現(xiàn)嚴重裂縫或破碎等異常情況時，應(yīng)暫停打樁，及時研究處理。

如樁頂標高低于自然土面，則需用送樁管將樁送入土中時，樁與送樁管的縱軸線應(yīng)在同一直線上，拔出送樁管后，樁孔應(yīng)及時回填或加蓋。

3）接樁方法砼樁的接樁，可用焊接、法蘭接和硫磺膠泥錨接三種方法。目前焊接接樁應(yīng)用最多。接樁的預(yù)埋鐵件表面應(yīng)清潔，上、下節(jié)樁之間如有間隙應(yīng)用鐵片填實焊牢，焊接時焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿，并采取措施減少焊接變形。接樁時，上、下節(jié)樁的中心線偏差不得大于10mm，節(jié)點彎曲矢高不得大于1‰樁長。

（3）打樁的質(zhì)量控制1.貫入度或標高1.）樁端位于一般土層時，以控制樁端設(shè)計標高為主，貫入度作為參考。2.）樁端位于堅硬、硬塑的粘土、碎石土、中密以上的砂土或風化巖等土層時，以貫入度控制為主，樁尖進入持力層深度或樁尖標高可作參考。3.）當貫入度已達到，而樁尖標高未達到時，應(yīng)繼續(xù)錘擊3陣，其每陣10擊的平均貫入度不應(yīng)大于規(guī)定的數(shù)值；樁尖位于其它軟土層時，以樁尖設(shè)計標高控制為主，貫入度可作參考。4.）打樁時，如控制指標已符合要求，而其它的指標與要求相差較大時，應(yīng)會同有關(guān)單位研究處理。

貫入度是指每錘擊一次樁的入土深度，而在打樁過程中常指最后貫入度，即最后一擊樁的入土深度。實際施工中一般是采用最后10擊樁的平均入土深度作為其最后貫入度。測量最后貫入度應(yīng)在下列正常條件下進行：樁錘的落距應(yīng)符合規(guī)定；樁帽和彈性襯墊等正常；錘擊沒有偏心；樁頂沒有破壞或破壞處已鑿平。2.平面位置或垂直度?平面位置偏差不得大于100-150mm；?垂直度偏差不得超過0.5%；?樁身、樁帽、樁錘三者在同一垂直軸線上；?短樁接長的端面應(yīng)平整，中心對齊；?挖土應(yīng)制定合理的挖土方案，防止樁體位移或傾斜。3.打入樁樁基工程的驗收?當樁頂設(shè)計標高與施工場地標高相同時，在打樁完畢后進行；?需送樁時，每樁至設(shè)計標高后應(yīng)先中間驗收，待打樁完開挖至設(shè)計標高后再作全面驗收。?提交的資料：樁位測量放線圖；工程地質(zhì)報告；材料試驗記錄；樁的制作與打入記錄；樁位竣工平面圖；樁的靜載各和動載試驗及確定樁貫入度的記錄。（4）打樁對周邊的影響及其防治1.預(yù)鉆孔沉樁；2.設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板；3.挖防震溝；4.采取合理的打樁順序，控制打樁速度；5.設(shè)置隔離板樁或地下連續(xù)墻。2.靜力壓樁法

靜力壓樁是利用靜壓力將樁壓入土中，施工中雖然仍然存在擠土效應(yīng)，但沒有振動和噪音，適用于軟弱土層和鄰近有怕振動的建（構(gòu)）筑物的情況。靜力壓樁機有機械式和液壓式之分，目前使用的多為液壓式靜力壓樁機，壓力可達8000kN，如下圖示。吊樁連續(xù)壓樁接樁（管口焊接）壓入一節(jié)液壓式靜力壓樁機2.2灌注樁施工

灌注樁：是直接在樁位上就地成孔，然后在孔內(nèi)安放鋼筋籠并灌注混凝土而成。

特點：灌注樁能適應(yīng)各種地層，無需接樁，施工時無振動、無擠土、噪音小，宜在建筑物密集地區(qū)使用。但其操作要求嚴格，施工后需較長的養(yǎng)護期方可承受荷載，成孔時有大量土渣或泥漿排出。

分類：根據(jù)成孔工藝不同，分為干作業(yè)成孔的灌注樁、泥漿護壁成孔的灌注樁、套管成孔的灌注樁和爆擴成孔的灌注樁等。灌注樁施工工藝近年來發(fā)展很快，還出現(xiàn)夯擴沉管灌注樁、鉆孔壓漿成樁等一些新工藝

2.2.1干作業(yè)成孔灌注樁

施工方法：利用鉆孔機械（機動或人工）在樁位處進行鉆孔，待鉆孔深度達到設(shè)計要求后，立即進行清孔，然后鋼筋籠吊入樁孔中，再澆注混凝土而成的樁。適用條件適用于地下水位以上的干土層中樁基的成孔施工。成孔方式螺旋鉆成孔——螺旋鉆機（利用鉆頭的刃口切削土，并沿螺旋輸送土）鉆孔擴底——鉆孔擴機人工成孔——機動或人工洛陽鏟短螺旋鉆孔機出土狀態(tài)長螺旋鉆孔機出土狀態(tài)2.2.2泥漿護壁鉆孔灌注樁

泥漿護壁成孔是用泥漿保護孔壁并排出土渣而成孔。泥漿護壁鉆孔灌注樁適用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(礫)石土及風化巖層；以及地質(zhì)情況復雜，夾層多、風化不均、軟硬變化較大的巖層，沖孔灌注樁除適應(yīng)上述地質(zhì)情況外，還能穿透舊基礎(chǔ)、大孤石等障礙物，但在巖溶發(fā)育地區(qū)應(yīng)慎重使用。

1.護壁泥漿

泥漿：主要是膨潤土或粘土和水的混合物。

要求：孔內(nèi)泥漿液面高于地下水位以上1m，泥漿的相對密度為1.1-1.15，排出時為1.2-1.4。

作用：?泥漿產(chǎn)生的液柱壓力可平衡水壓力，并對孔壁有一定的側(cè)壓力，成為孔壁的一種液態(tài)支撐；?泥漿中膠質(zhì)顆粒在泥漿壓力下，滲入孔壁表面孔隙中，形成一層泥皮，從而可防止塌孔，護壁。?灌進的泥漿比重小，排出的比重大，從而攜渣排出泥土。?泥漿還具有潤滑鉆頭、降低鉆頭發(fā)熱、減少鉆進阻力等作用。泥漿護壁鉆孔灌注樁施工現(xiàn)場

2.施工工藝

⑴埋設(shè)護筒護筒是保證鉆機沿著樁位垂直方向順利鉆孔的輔助工具，其保護孔口和提高樁孔內(nèi)的泥漿水頭，防止塌孔的作用。

⑵泥漿制備護壁泥漿是由高塑性粘土或膨潤土和水拌合的混合物，還可在其中摻入其他摻合劑，如加重劑、分散劑、增粘劑及堵漏劑等。

⑶成孔方法泥漿護壁成孔灌注樁成孔方法有：回轉(zhuǎn)鉆成孔法、沖擊鉆成孔法、潛水鉆成孔法。

吊放鋼筋籠鉆進施工混凝土澆注

⑷安放鋼筋籠長度為樁長的1/2-1/3當全長超過12m時分段制作。接頭錯開500，同一截面不超過50%，每2m焊12加強環(huán)，有60-80鋼筋保護層措施（定位鋼筋環(huán)、定位墊塊）。

⑸澆注水下混凝土水下混凝土澆筑最常用的是導管法。導管法采用的主要機具有：導管、漏斗和儲料斗、隔水塞。導管口先用球塞堵住，導管口下沉至底表上約300mm處；初灌的砼應(yīng)滿足導管口埋入砼500mm以上，管內(nèi)砼頂面高出地下水面2.5m左右；初灌剪斷鐵絲、球塞被砼頂出）；提升導管0.5-3m/h。

旋挖鉆機施工方法介紹一.工藝原理旋挖鉆成孔施工法，又稱鉆斗施工法。成孔原理是在一個可閉合開啟的鉆斗的底部及側(cè)邊，鑲焊切削刀鋸，在伸縮鉆桿旋轉(zhuǎn)驅(qū)動下，旋轉(zhuǎn)切削挖掘土層，同時使切削挖掘下來的土渣進入鉆斗內(nèi)，鉆頭裝滿后提出孔外卸土，如此循環(huán)形成樁孔。旋挖鉆機是鉆孔灌注樁施工中一種較先進的施工方法，該施工方法主要特點是施工效率高，適用于工期要求緊的工程項目。

旋挖鉆機成孔施工具有低噪音、低振動、扭矩大、成孔速度快、無泥漿循環(huán)等優(yōu)點；缺點是在粘性較大的粘性、淤泥土層中施工，回轉(zhuǎn)阻力大，鉆進效率低，容易糊鉆。適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層以及短螺旋不易鉆進的含有部分卵石、碎石的地層。二.主要機具設(shè)備旋挖鉆機、自卸汽車、吊車、挖掘機、混凝土導管、隔水栓、儲料斗等。三.施工工藝流程

鉆機就位開孔→設(shè)置護筒并注入泥漿→旋挖鉆進→清孔→下放鋼筋籠→插入混凝土導管→二次清孔→灌注混凝土成樁→拔出導管→拔出護筒由流程圖可知，旋挖鉆孔灌注樁的特別之處在于制備泥漿和補充泥漿，在鉆孔過程中，要制備符合性能指標的泥漿，同時要及時補充泥漿，以確?？變?nèi)水頭壓力，防止塌孔。四.施工工藝1.機械就位、護筒埋設(shè)

對施工場地應(yīng)平整處理,保證旋挖鉆機底座場地平整、夯實,避免在鉆進過程中鉆機產(chǎn)生沉陷。

樁位確定后,利用十字線放出四個控制樁位,并以四個控制樁為基準進行埋設(shè)護筒。

護筒埋設(shè):護筒由厚度4-6mm鋼板制成,護筒直徑比樁基孔徑大100-150mm,每節(jié)護筒長度1.5-3.0m,護筒至少高出地面30cm。以防止雜物、泥水流入孔內(nèi)。

旋挖鉆機在埋設(shè)護筒時,應(yīng)由人工進行輔助配合,護筒埋設(shè)利用旋挖機的鉆斗擠壓作用做相應(yīng)的調(diào)整。

2.泥漿制備

因鉆機施工中泥漿可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、懸浮鉆渣等作用,為此泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的重要因素。由于地基巖土中又夾有粉砂土層、亞砂層,地面水位較高的特點,調(diào)制出良好泥漿的各項性能指標尤為重要。

泥漿相對密度:1.05-1.10,粘度:18-22s,砂率≤2%,泥皮厚度:<2mm,PH值:大于7。

施工過程中隨時檢測清孔后灌注砼時泥漿的各項性能指標,確保泥漿對孔壁的撐護作用,避免發(fā)生施工事故。

3.鉆孔施工

旋挖鉆機采用筒式鉆斗。鉆機就位后,調(diào)整鉆桿垂直度,注入調(diào)制好的泥漿,然后進行鉆孔。當鉆頭下降到預(yù)定深度后,旋轉(zhuǎn)鉆斗并施加壓力,將土擠入鉆斗內(nèi),儀表自動顯示筒滿時,鉆斗底部關(guān)閉,提升鉆斗將土卸于堆放地點。鉆機施工過程中保證泥漿面始終不得低于護筒底部,保證孔壁穩(wěn)定性。通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升、卸土和泥漿撐護孔壁,反復循環(huán)直至成孔。

4.控制鉆斗鉆進、提升速度

旋挖鉆機鉆機過程中應(yīng)嚴格控制鉆進速度,避免鉆進尺度較大,造成埋鉆事故。

若鉆機升降鉆斗時速度過快,鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁,再加上鉆斗下部產(chǎn)生較大負壓作用,造成孔壁頸縮、坍塌現(xiàn)象。所以鉆斗提升時應(yīng)嚴格控制其速度,一般鉆斗升降速度保持在0.75-0.80m/s。當鉆斗粉砂層或亞砂土層時,其升降速度應(yīng)更加緩慢。

5.鉆進施工時出現(xiàn)卡埋鉆的控制措施

卡埋鉆是旋挖鉆機最易發(fā)生的施工事故,因此,施工過程中應(yīng)采取積極主動的措施加以預(yù)防。當鉆機施工時出現(xiàn)卡埋鉆現(xiàn)象時,采取切實可行的措施及時進行處理施工事故。

處理卡埋鉆的方法如下:直接起吊法:采用吊車直接向上起吊即可。鉆斗周圍疏通法:即用水下切割或反循環(huán)等方法,清理鉆筒周圍沉渣,然后起吊即可。

6.施工注意事項

1）由于鉆機設(shè)備較重,施工場地必須平整、寬敞,并有一定硬度,避免鉆機發(fā)生沉陷。2）鉆機施工中檢查鉆斗,發(fā)現(xiàn)側(cè)齒磨懷,鉆斗封閉不嚴時必須及時整修。3）泥漿初次注入時,垂直向樁孔中間進行入漿,避免泥漿沿著護筒壁沖刷其底部,致使護筒底部土質(zhì)松散。4）因粘土層中鉆進過深易造成頸縮現(xiàn)象,在鉆機施工時應(yīng)嚴格一次鉆進深度。5）鋼筋籠或探孔器向孔內(nèi)放置時,應(yīng)由吊車吊起,將其垂直、穩(wěn)定放入孔內(nèi),避免碰壞孔壁,使孔壁坍塌,在砼澆筑時出現(xiàn)廢樁事故。6）根據(jù)不同地質(zhì)情況,必須檢測清孔后灌注砼時泥漿性能指標,確保泥漿對孔壁的撐護作用。

3.施工中常見問題處理

護筒冒水?原因——埋設(shè)護筒時周圍填土不密實，或碰動護筒?處理——粘土填實加固；嚴重下沉或位移的返工重埋。孔壁縮頸?易發(fā)生處——在軟土地區(qū)，尤其地下水位高，軟硬土層交界處。?現(xiàn)象——鉆桿上提或下放鋼筋籠時受阻?原因——泥漿相對密度不當、樁間距過密，成樁施工間隔太短，鉆頭磨損過大。?處理——泥漿相對密度控制在1.15左右，施工跳開1-2個樁位鉆孔，成樁間隔72h以上，定期更換鉆頭?？妆谒?現(xiàn)象——孔內(nèi)冒水泡，筒內(nèi)水位突然下降。?原因——土質(zhì)松散，泥漿不良（泥漿過稀或質(zhì)量指標失控）；泥漿吸出量過大，護筒內(nèi)水位高度不夠，碰撞孔壁。?處理——如鉆進中塌孔，保持孔內(nèi)水位，加大泥漿相對密度，減少泥漿排除量，以穩(wěn)定孔壁；嚴重者回填砂與粘土混合物至塌孔位以上1-2m，沉積穩(wěn)定后重鉆。鉆孔傾斜