地基加固与桩基施工技术.docx

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地基加固与桩基施工技术

第四章地基加固与桩基施工技术

1．地基处理方法一般有哪几种？

各有什么特点？

2．试述换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查？

3．浅埋式钢筋混凝土基础主要有哪几种？

4．试述桩基的作用和分类？

5．钢筋混凝土预制桩在制作、起吊、运输和堆放过程中各有什么要求？

6．打桩前要做哪些准备工作？

打桩设备如何选用？

7．试述打桩过程及质量控制？

8．静力压桩有何特点？

适用范围如何？

施工时应注意哪些问题？

9．现浇混凝土桩的成孔方法有几种？

各种方法的特点及适用范围如何？

10．灌注桩常易发生哪些质量问题？

如何预防和处理？

11．试述人工挖孔灌注桩的施工工艺和施工中应注意的主要问题？

12．试述爆扩桩的成孔方法和施工中常见问题？

13．桩基检测的方法有几种？

验收时应准备哪些资料？

参考答案：

1．地基处理方法一般有哪几种？

各有什么特点？

答：

（1）机械压实法：

通过提高其密实度，从而提高其强度，降低其压缩性。

（2）强夯法：

施工时，振动大，噪声大，对附近建筑物的安全和居民的正常生活有影响。

（3）换土垫层法：

是将天然弱土层挖去，分层回填强度较高，压缩性较低且无腐蚀性的砂土、素土、灰土、工业废料等材料，压实或夯实后作为地基垫层。

（4）排水固结法：

适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘土的地基处理。

（5）挤密法：

主要适用于处理松软砂类土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等。

（6）化学加固法：

指的是采用化学浆液灌入或喷人土中，使土体固结以加固地基的处理方法。

2．试述换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查？

答：

换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱（性质差）的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。

垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。

在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。

目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。

只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为垫层材料。

实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。

垫层材料的选择：

垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以“就地取材”为原则，充分利用废料进行选择。

3．浅埋式钢筋混凝土基础主要有哪几种？

答：

浅埋式钢筋混凝土基础主要有条式基础、杯形基础、筏式基础和箱形基础等。

4．试述桩基的作用和分类？

答：

（1）桩的作用在于将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土层上；或使软弱土层挤压，以提高土壤的承载力和密实度，从而保证建筑物的稳定性和减少地基沉降。

（2）桩基的分类：

1）按承载性质分：

摩擦型桩和端承型桩。

2）按桩身材料分：

混凝土桩、钢桩、组合材料桩。

3）按桩制作工艺分：

预制桩和现场灌注桩。

5．钢筋混凝土预制桩在制作、起吊、运输和堆放过程中各有什么要求？

答：

管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作，较长的方桩在打桩现场制作。

模板可以保证桩的几何尺寸准确，使桩面平整挺直；桩顶面模板应与桩的轴线垂直；桩尖四棱锥面呈正四棱锥体，且桩尖位于桩的轴线上；底模板、侧模板及重叠法生产时，桩面间均应涂刷好隔离层，不得粘结。

钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内数量不超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d并不小于500mm。

桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力，桩顶和桩尖钢筋配置应作特殊处理。

混凝土制作宜用机械搅拌、机械振捣；浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确，桩尖应对准纵轴线，纵向钢筋顶部保护层不宜过厚，钢筋网片的距离应正确，以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏。

采用叠层法生产时，上层桩和邻桩浇筑，必须在下层和邻桩的混凝土强度达到设计强度的30%以后才能进行。

浇筑完毕后，立即加强养护，防止由于混凝土收缩产生裂缝，养护时间不少于7d。

钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70%才可起吊；达到100%设计强度才能运输和打桩。

若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。

桩在起吊搬运时，必须做到平稳，避免冲击和振动，吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。

如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则。

6．打桩前要做哪些准备工作？

打桩设备如何选用？

答：

（1）施工准备

1）场地平整及周边障碍物处理。

2）定桩位及埋设水准点。

依据施工图设计要求，把桩基定位轴线的位置在施工现场准确地测定出来，并做出明显的标志。

在打桩现场附近设置2～4个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。

桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。

3）桩帽、垫衬和送桩设备机具准备。

（2）打桩设备的选用：

1）桩锤

2）桩架

3）动力装置

7．试述打桩过程及质量控制？

答：

打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致。

桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度（1～2m）稳定以后，再以规定落距施打。

（1）打入预制桩－第一节桩体

（2）打入预制桩－电焊接桩

（3）打入预制桩－末节桩体

8．静力压桩有何特点？

适用范围如何？

施工时应注意哪些问题？

答：

（1）与锤击桩相比，它具有施工无噪声、无振动、节约材料、降低成本、提高施工质量、沉桩速度快等特点。

（2）静力压桩法适用于软弱土层。

（3）施工时，遇桩身有较大幅度位移倾斜或突然下沉倾斜等情况皆应停止压桩，研究后再作处理。

9．现浇混凝土桩的成孔方法有几种？

各种方法的特点及适用范围如何？

答：

（1）灌注桩按成孔方法分为泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等。

（2）

1）泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。

它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。

泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：

测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械（潜水钻机、冲击钻机等）成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。

2）沉管灌注桩的成孔顺序

在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响，施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序。

间隔一个或两个桩位成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔。

3）干作业钻孔灌注桩

干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。

螺旋钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。

适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。

钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。

钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。

清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。

方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。

钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。

用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。

钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。

灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50～60cm。

4）人工挖孔大直径灌注桩

大直径灌注桩是采用人工挖掘方法成孔，放置钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩基础，也称墩基础。

它由承台、桩身和扩大头组成，穿过深厚的软弱土层而直接坐落在坚硬的岩石层上。

10．灌注桩常易发生哪些质量问题？

如何预防和处理？

答：

沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法

（1）颈缩

1）颈缩：

指桩身的局部直径小于设计要求的现象。

2）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。

3）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。

4）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50～70mm。

拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。

（2）断桩

1）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。

2）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。

3）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。

（3）吊脚桩

1）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。

2）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，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。

3）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反插几次，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。

（4）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。

11．试述人工挖孔灌注桩的施工工艺和施工中应注意的主要问题？

答：

（1）施工工艺

采用现浇砼分段护壁的人工挖孔桩的施工流程是：

1）放线定位：

按设计图纸放线，定桩位。

2）开挖土方：

采取分段开挖，每段高度决定于土壁直立状态的能力，以0.8～1.0m为一施工段。

开挖面积的范围为设计桩径加护壁厚度。

挖土由人工从上到下逐段进行，同一段内挖土次序先中间后周边；扩底部分采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土修成扩底形。

在地下水位以下施工时，要及时用吊桶将泥水吊出，当遇大量渗水时，在孔底一侧挖集水坑，用高扬程潜水泵将水排出。

3）测量控制：

桩位轴线采取在地面设十字控制网、基准点。

安装提升设备时，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔中心一致，以做挖土时粗略控制中心线用。

4）支设护壁模板：

模板高度取决于开挖土方施工段的高度，一般为1m护壁中心线控制，系将桩控制轴线、高程引到第一节混凝土护壁上，每节以十字线对中、吊大线锤控制中心点位置，用尺杆找圆周，然后由基准点测量孔深。

5）设置操作平台，用来临时放置混凝土拌合料和灌注护壁混凝土用。

6）浇筑护壁砼：

护壁砼要捣实，上下壁搭接50～75mm，护壁采用外齿或内齿式；护壁砼强度等级为C25，厚度150mm，护壁内等距放置8根直径6～8mm长1m的直钢筋，插入下层护壁内，使上下护壁有钢筋拉结，避免某段护壁出现流砂、淤泥而造成护壁因自重而沉裂的现象；第一节砼护壁高出地面200mm左右，便于挡水和定位。

7）拆除模板继续下一段施工：

护壁砼达到一定强度后（常温下24小时）便可拆模，再开挖下一段土方，然后继续支模灌注混凝土，如此循环，直到挖至设计要求的深度。

8）排除孔底积水，灌注桩身砼。

灌注桩身砼前，应先吊放钢筋笼，并再次测量孔底虚土厚度，并按要求清除。

（2）施工中注意事项

1）施工安全措施

人工挖孔桩施工的安全措施：

从事挖孔作业的工人必需经健康检查和井下、高空、用电、吊装及简单机械操做等安全作业培训且考核合格后，方可进入现场；要认真研究钻探资料，分析地质情况，对可能出现流砂、管涌、涌水以及有害气体等情况制定针对性的安全措施；施工时，施工人员必须戴安全帽，穿绝缘胶鞋，孔内有人时，孔上必须有人监督防护；孔周围要设置安全防护栏；每孔必须设置安全绳及应急软爬梯；孔下照明要用安全电压；使用潜水泵必须有防漏电装置；设置鼓风机，以便向孔内强制输送清洁空气，排除有害气体等；爆破施工前，做好安全爆破的准备工作，划定安全距离，设置警戒哨，闪电雷鸣时禁止装药、接线，施工操作时严格按安全操作规程办事，爆破后向孔内强制输送清洁空气，排除有害气体，待有害气体排完后方可下井。

2）桩孔质量要求保证

开挖前，从桩中心位置向桩四周引出4个桩心控制点，施工过程用桩心点来校正模板位置，有专人严格校核中心位置及护壁厚度。

桩孔开挖后，当天一次灌注完毕护壁砼，护壁砼拌和料中掺入早强剂；护壁拆模后，若发现护壁有蜂窝、漏水现象要及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过护壁流入孔内。

3）注意防止土壁坍落及流砂事故

在开挖过程中，如遇到特别松软的土层，流动性淤泥或流砂时，为防止土壁坍落及流砂，可减少每节护壁的高度或采用钢护筒，待穿过松软土层和流砂层后，再按一般的方法边挖边灌注砼护壁，继续开挖桩孔。

开挖流砂现象严重的桩孔可采用井点降水法。

12．试述爆扩桩的成孔方法和施工中常见问题？

答：

（1）成孔方法：

首先在土层中开挖出一个喇叭形井口，然后在井口中心向下钻凿垂直桩孔至设计深度；在孔底放入集中药包，并在炮孔的中心设置套管，在套管内装填条形药包；在炮孔和套管之间充填搅拌好的混凝土或水泥砂浆，在炮孔口覆盖钢板，钢板上堆积压载物；待充填的混凝土或水泥砂浆在浇灌完毕后３～８小时后，同时起爆集中药包和条形药包，一次爆破形成带有混凝土支护层的桩柱和桩头；在桩头和桩柱中浇灌混凝土形成爆扩桩。

（2）爆扩桩施工常见质量事故与防范、处理

1）混凝土拒落

原因分析：

爆扩时混凝土已超过初凝，炸药爆炸后所产生的气体憋在底部，扩散不出去，从而使混凝土被托住而不能落下；或者是混凝土的坍落度过小，而一次浇筑的混凝土量过多而形成混凝土拒落；再者是干燥的土质中夹有软弱土层，引爆后产生瓶颈而阻止混凝土落下。

因此，在配制混凝土时，选择适当的配合比，骨料粒径不宜大于25mm，其坍落度在60～80mm范围内，且严格控制每次混凝土的灌注量；对于干燥土质可先浇水湿润后再浇注混凝土；当有软弱夹层土时，宜下沉套管护壁。

当混凝土拒落时，可用钢管或振捣器以及成孔机械强力振捣，使混凝土下落；如果因瓶颈造成拒落时，可用成孔机械钻去瓶颈处泥土及混凝土，重新浇注；如混凝土已初凝，则在近旁补钻一新桩孔，贯穿到原空腔，装入同量炸药，向拒落桩底端空端和新桩孔内浇灌混凝土，通电引爆形成新的爆扩桩。

2）回落土

由于孔壁的土质松散软弱，或者邻桩爆扩振动影响，或者孔口和孔壁的土体被雨水冲刷和浸泡，从而使土体坍塌，回落孔底而影响承载力的情况称为回落土。

预防措施如下：

在干松土层中成孔时，可提前一天浇水以增加粘着力或用套管护壁；同时为了避免相邻爆扩桩的影响，可两桩同时浇注混凝土，或先爆一桩并进行第二次浇灌混凝土后，再爆扩另一桩；当天爆扩的桩孔，当天应浇灌混凝土。

回落土量较少时，可用特制的小工具掏出，多时可用成孔机械取出土后再下沉套管护壁；如是扩大头颈部土体回落，可用成孔机械和辅助工具取出混凝土，掏出回落土后再重新浇注混凝土；当回落土由于土和水已混成泥浆时，可倒入适量干土粉或石灰粉，拌和后取出。

3）缩颈

这是因为拔管过急，局部套管周围土颗粒之间的水及空气不能很快向外扩散而形成孔隙压力而把局部桩体挤成缩颈；或者是因为爆破时瞬间挤压周围的土形成球颈，混凝土立即填充进去，直桩与扩孔交接处的土，由于爆破对土的挤压而使直桩径挤小而造成缩颈。

为了防止缩颈情况出现，可从如下几个方面着手：

快速成孔，快速浇灌混凝土，抢在缩颈之前完成爆扩桩全部工作；对于土质较差的孔，可往孔内填入干土粉或石灰粉，以吸去软弱土层中的水分，稳定孔壁，或在孔内分层回填粘性土后重新成孔，或在成孔过程中及成孔完成时下沉套管护壁；对于相邻桩爆扩有影响时，可采取群桩联爆进行。

对于轻微缩颈，用掏土工具修理即可；缩颈严重时，宜用成孔机械重新下套管，用不拔套管爆扩法爆扩大头，再进行混凝土施工；或者在爆扩前，在桩孔瓶颈部位，放置一定的药条，四周回填混凝土，与扩大头同时爆炸，以排除瓶颈。

4）扩大头偏位

由于扩大头处土质不均匀，或者雷管和炸药放置的位置不正，或者是由于引爆程序不当而造成扩大头不在规定的桩孔中心而偏向一边。

因此，在选择扩孔位置的土层时，要求选择强度较高，土质均匀的土层作为扩大头的持力层；同时在爆扩时，雷管要垂直放于药包的中心，药包放于孔底中心并稳固好，当孔底不平时，应铺干砂垫平再放药包，以防止爆扩后扩大头偏位。

爆扩大头后，一般第一次灌注的混凝土量填不满扩大头的空腔，因此可用测孔器测出扩大头是否有偏头现象。

如发生偏头事故，可在偏头的后方孔壁边再放一小药包，并浇灌少量混凝土，进行补充爆扩。

对于爆扩成孔灌注桩，还会出现其它一些质量缺陷，如因钻孔机械方面的原因和土质的不均而引起桩孔倾斜，又如药包在孔底没有被压住而引起的浮爆等，都应在设计和施工过程中采取预防措施加以防范。

13．桩基检测的方法有几种？

验收时应准备哪些资料？

答：

（1）成桩的质量检验有两种基本方法：

一种是静载试验法（或称破损试验）；另一种是动测法（或称无破损试验）。

（2）桩基施工验收应包括下列资料：

1）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。

2）经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。

3）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。

4）成桩质量检查报告。

5）单桩承载力检测报告。

6）基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。