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地基和基础培训资料
一、地基和基础的有关概念
地基——是承受建筑基础传来的各种作用的土体或岩体(岩土体)。
基础——将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分(基础是建筑物的下部沉重结构)。
地基一般包括持力层与下卧层,持力层:
位于基础底面下第一层岩土称为持力层;下卧层:
在地基范围内持力层以下岩土层称为下卧层。
软弱下卧层:
强度低于持力层的下卧层,称为软弱下卧层。
人工地基:
经过人工处理而达到设计要求的地基。
天然地基:
不需要处理而直接利用的地基。
地基应满足两个基本要求:
(1)、地基应有足够的强度;
(2)、地基不能产生过大的变形
二、基础类型
1、浅基础
埋深(基础埋深与基础宽度之比)不大,采用普通方法与设备即可施工的基础称为浅基础。
浅基础按结构形式分为:
独立基础、条形基础、板式基础、筏式基础、箱形基础、壳体基础等。
2、深基础
当建筑物荷载较大且土质较差,采用浅基础无法承担建筑物荷载时,需将基础埋在较深的土层上,通过特殊的施工方法,将建筑物荷载传递到较深土层的基础称为深基础。
深基础可分为:
桩基础、墩基础、沉井基础和地下连续墙等。
桩基础
(一)、桩基础是最常见的深基础,广泛应用于各种工业与民用建筑中。
由桩和承台两部分组成,由于桩基础的桩尖通常都进入到了比较坚硬的土层或岩层,因此,桩基础具有较高的承载力和稳定性,具有良好的抗震性能,是减少建筑物沉降与不均匀沉降的良好措施。
(二)、桩基础按桩的制作方式可分为预制桩和灌注桩两大类;按桩的性状和竖向受力情况可分为摩擦型桩和端承型桩,摩擦型桩的桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受,端承桩的桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。
(三)、按桩的使用功能分类:
(1)竖向抗压桩(抗压桩);
(2)竖向抗拔桩(抗拔桩);
(3)水平受荷桩(主要承受水平荷载);
(4)复合受荷桩(竖向、水平荷载均较大)。
(四)、按材料分类:
(1)混凝土桩:
灌注桩、预制桩;
(2)钢桩;
(3)组合材料桩
(五)、按成桩方法分类
(1)非挤压土桩:
干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法;
(2)部分挤压土桩:
部分挤压土灌注桩、预钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩;
(3)挤压土桩:
挤压土灌注桩、挤压土预制桩(分为:
锤击法和静压法两种)。
(1)预制桩(包括混凝土方形桩及预应力混凝土管桩)适宜用于持力层层面起伏不大的强风化层、风化残积土层、砂层和碎石土层,且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性粘性土,穿越土层中存在的孤石等障碍物的石灰岩地区、从软塑层突变到特别坚硬层的岩层地区均不适用。
其施工方法有锤击法和静压法两种。
(2)沉管灌注桩(包括小直径D<5O0mm,中直径D=500~600mm)适用持力层层面起伏较大、且桩身穿越的土层主要为高、中压缩性粘性土;对于桩群密集,且为高灵敏度软土时则不适用。
由于该桩型的施工质量很不稳定,故宜限制使用。
(六)、按桩径大小分
(1)小直径桩D≤250mm;
(2)中直径桩250mm (3)大直径D≥800mm。 (七)、桩型的选择原则 桩型的选择应根据建筑物的使用要求,上部结构类型、荷载大小及分布、工程地质情况、施工条件及周围环境等因素综合确定。 桩型与工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等,选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。 三、桩基承载力的概念 (一)桩承载力的本质 桩的承载力是桩基设计的最基本参数,包括竖向承载力和水平承载力。 无论竖向承载力还是水平承载力,桩基承载力的本质就是桩的承载力是由桩侧、桩端土提供的,其中基桩竖向承载力取决于桩侧、桩端土的性质,水平承载力取决于桩侧土的性质。 这是有关桩基承载力最基本的概念,是桩基承载力的决定性因素。 (二)影响桩基承载力的相关因素 桩基承载力除取决于桩端、桩侧土外,桩的承载力发挥与以下几方面的因素有关: 1、桩身材料强度 桩的承载力必须满足桩身材料强度要求,包括在竖向静载、偏心荷载、水平荷载、地震荷载及其他荷载作用下,传递到桩顶荷载效应必须满足桩身材料强度的要求。 从广义上说,桩身材料强度也包括由于施工因素造成的灌注桩缩颈、断桩,预制桩的开裂,抗拔桩钢筋的锈蚀造成桩身材料强度不满足要求。 2、桩的形状和截面形式 如上大下小的楔形桩、支(扩)盘桩的承载力明显高于等截面的桩。 3、桩土的结合状态 桩土的结合状态好坏对桩的承载力具有很大的影响,很多情况下由于施工的原因造成桩土结合状态差,如由于泥浆的比重过大造成桩侧泥皮过厚,使桩身和桩侧土之间存在类似润滑剂的介质,桩身荷载因此不能有效地传递到桩侧土中,桩的承载力降幅较大,一些资料报告降幅可超过40%。 类似的情况如泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣对承载力也有很大的影响。 4、施工工艺 不同的施工工艺对桩的承载力有一定的影响,一些是有利的一些是不利的,这主要取决施工工艺对桩侧、桩端土的影响,以及施工工艺本身存在的问题,如泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣和桩侧泥皮对承载力的影响。 二、桩基础变形的概念 (一)桩基础变形的本质 桩基变形的本质是桩侧、桩端土的变形,特别是桩端土的变形,也就是上部结构荷载借助于桩基传递到所影响范围内土所发生的变形,这是桩基变形最基本的概念。 (二)利用桩基变形的基本概念对桩基变形特征的解释 桩基变形包括总沉降量、差异沉降、整体倾斜、局部倾斜,利用桩基变形的基本概念解释上述变形特征的原因: 1、总沉降量 总沉降量的大小依赖于桩基荷载传递影响范围内土受力的水平,相同地质条件下,受力的荷载水平越高,总沉降量越大。 2、差异沉降 差异沉降地质条件均匀的情况下,差异沉降的产生是由于桩基础范围内,不同区域受力的荷载水平不一样,受荷载水平高的区域沉降量大,最终造成差异沉降的产生。 3、倾斜、局部倾斜 倾斜、局部倾斜是由于建筑物一侧土受荷水平明显高于另一侧(也可能是一侧地基的力学性质明显低于另一侧)使建筑物相对的两侧出现大的沉降差,表现成倾斜。 事实上,桩基础的变刚度调平设计的本质,是通过调整桩长、桩径、桩间距等来改变桩基础影响范围内的土,特别是桩端土的受荷载水平,使其尽可能均匀,达到减小差异沉降的目的。 三、桩基施工的基本概念 (一)桩基施工的重要性 桩基施工在桩基础工程中是非常重要的,很多桩基工程事故的发生是由施工工艺选择不当或施工工艺的某个环节处理不当造成的。 桩基施工对桩的承载力和变形都有影响。 1、施工对承载力的影响 对桩承载力的影响本质是不同的施工工艺对桩侧、桩端土的影响。 从新修订的《建筑桩基技术规范》可以看出这一点。 新规范针对不同的施工工艺在相同的地质条件下给出了不同极限侧摩阻力和极限端阻力,见《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.3.5-1和表5.3.5-2,以及第5.5.11条规定。 2、施工对桩基变形的影响 根据资料统计,不同的施工工艺对桩基的变形有很大的影响。 新修订的《建筑桩基技术规范》第5.5.11条对此作了具体规定: “对于采用后注浆施工工艺的灌注桩,桩基沉降计算经验系数应根据桩端持力土层类别,乘以0.7(砂、砾、卵石)~0.8(黏性土、粉土)折减系数。 饱和土中采用预制桩(不含复打、复压、引孔沉桩)时,应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素,乘以1.3~1.8挤土效应系数,土的渗透性低,桩距小,桩数多,沉桩速率快时取大值”。 从上述规定可看出桩基施工对变形的影响。 (二)不同施工工艺注意点 根据不同施工工艺对桩侧、桩端土的影响,分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩。 1、挤土桩 在成桩过程中,桩周围的土被压密或挤开,因而使周围土层受到严重扰动,土的原始结构被破坏,土的工程性质有很大改变。 对于液化土、松散的土,挤土桩对改善桩侧、桩端的性质,提高桩的承载力是有帮助的。 对于饱和土或密实土,由于采用挤土桩对周围土层的破坏,会使承载力降低,桩基变形增大。 2、部分挤土桩 在成桩过程中,桩周围的土仅受到轻微扰动,土的原始结构和工程性质变化不明显。 部分挤土桩的承载力较非挤土桩高。 3、非挤土桩 在成桩过程中,将与桩同体积的土挖出,因而桩周土较少受到扰动,但有应力松弛现象。 由于桩侧土的应力松弛,造成非挤土桩承载力相对部分挤土桩低,桩径越大降低幅度越大。 (三)桩施工工艺的正确判断 目前有关桩的施工工艺很多,特别是新的施工工艺每年都有推出,如何正确判断不同施工工艺的好坏,关键在于施工对所在场地土桩侧、桩端土的影响,如桩的施工工艺可使桩侧、桩端土的性质提高则为好的施工工艺,否则为不好的施工工艺。 四、旋挖成孔灌注桩施工工艺有哪些要求? (一)旋挖钻成孔灌注桩应根据不同的地层情况及地下水位埋深采用干作业成孔和泥浆护壁成孔工艺。 (二)钻机安装就位。 要求地耐力不小于100kPa,履盘坐落位置应平整,坡度不大于3º,避免因场地不平整,产生功率损失及倾斜位移,重心高还易引发安全事故。 (三)每根桩均应安设钢护筒,护筒应满足相关规范的规定。 (四)泥浆制备 (1)泥浆护壁旋挖钻机成孔应配备成孔和清孔用泥浆及泥浆池(箱),在容易产生泥浆渗漏的土层中可采取提高泥浆相对密度,掺入锯末、增黏剂提高泥浆黏度等维持孔壁稳定的措施。 (2)泥浆制备的能力应大于钻孔时的泥浆需求量,每台套钻机的泥浆储备量不应少于单桩体积。 (3)采用现场泥浆搅拌机制作,宜先加水并计算体积,在搅拌时加入规定的膨润土、纯碱,以溶液的方式在搅拌时徐徐加入,搅拌时间一般不少于3min。 必要时还可加入其他外加剂,如增黏降失水剂、重晶石粉增大泥浆相对密度,锯末、棉子等防止漏浆。 制备泥浆的性能指标可参见表3-22所列。 制备泥浆性能指标表3-22 项目 性能指标 检验方法 比重 1.04~1.18 泥浆比重计 黏度 18~25s 500/700漏斗法 固相含量 6%~8% — 胶体率 >95% 量杯法 含砂量 <2% — PH值 7~9 pH试纸 (五)钻孔 1、旋挖钻机施工时,应保证机械稳定、安全作业,必要时可在场地铺设能保证其安全行走和操作的钢板或垫层(路基板)。 2、成孔前和每次提出钻斗时,应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况,并应清除钻斗上的渣土。 3、旋挖钻机成孔应采用跳挖方式,钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m,并应及时清除。 应根据钻进速度同步补充泥浆,保持所需的泥浆面高度不变。 4、为保证孔壁稳定,应视表土松散层厚度,孔口下入长度适当的护筒,并保证泥浆液面高度,随泥浆损耗及孔深增加,应及时向孔内补充泥浆,以维持孔内压力平衡。 5、钻遇软层,特别是粘性土层,应选用较长斗齿及齿间距较大的钻斗以免糊钻,提钻后应经常检查底部切削齿,及时清理齿间黏泥,更换已磨钝的斗齿。 钻遇硬土层,如发现每回次钻进深度太小,钻斗内碎渣量太少。 可换一个较小直径钻斗,先钻一小孔,然后再用直径适宜钻斗扩孔。 6、钻砂卵砾石层,为加固孔壁和便于取出砂卵砾石,可事先向孔内投入适量黏土球,采用双层底板捞砂钻斗,以防提钻过程中砂卵砾石从底部漏掉。 7、提升钻头过快,易产生负压,造成孔壁坍塌,一般钻斗提升速度可按表3-23推荐值使用。 钻斗升降速度推荐值表3-23 桩径(m) 装满渣土钻斗提升(m/s) 空钻斗升降(m/s) 桩径 (m) 装满渣土钻斗提升(m/s) 空钻斗升降(m/s) 700 0.937 1.210 1300 0.628 0.830 1200 0.748 0.830 1500 0.575 0.830 8、在桩端持力层钻进时,可能会由于钻斗的提升引起持力层的松弛,因此在接近孔底标高时应注意钻斗的提升速度。 (六)清孔。 因旋挖钻用泥浆不循环,在保障泥浆稳定的情况下,清除孔底沉渣,一般用双层底捞砂钻斗,在不进尺的情况下,回转钻斗使沉渣尽可能地进入斗内,反转,封闭斗门,即可达到清孔的目的。 钻孔达到设计深度时,应采用清孔钻头进行清孔,并应满足相关规范要求。 孔底沉渣厚度控制指标应符合相关规范规定。 (七)钢筋笼制作,按设计图纸及规范要求制作。 一般不超过29m长可在地表一次成型,超过29m,宜在孔口焊接。 (八)下钢筋笼: 钢筋笼场内移运可用人工抬运或用平车加托架移运,不可使钢筋笼产生永久性变形;钢筋笼起吊要采用双点起吊,钢筋笼大时要用两个吊车同时多点起吊,对正孔位,徐徐下入,不准强行压入。 (九)下导管: 导管连接要密封、顺直,导管下口离孔底约30mm即可,导管平台应平整,夹板牢固可靠。 (十)浇筑混凝土 1、钢筋笼、导管下放完毕,做隐蔽检查,必要时进行二次清孔,验收合格后,立即浇筑混凝土。 2、使用预拌混凝土应具备设计的强度等级,良好的和易性,塌落度宜为180~220mm。 3、初灌量应保证导管下端埋入混凝土面不少于0.8m 4、隔水塞应具有良好的隔水性能,并能顺利排出。 5、导管埋深保证2~6m,随着混凝土面上升,随时提升导管。 6、混凝土灌至钢筋笼下端时,为防止钢筋笼上浮,应采取如下措施,在孔口固定钢筋笼上端;灌注时间尽量缩短,防止混凝土进入钢筋笼时流动性变差;当孔内混凝土面进入钢筋笼1~2m时,应适当提升导管,减小导管埋深,增大钢筋笼在下层混凝土中的埋置深度。 7、灌注结束时,控制桩顶标高,混凝土面应超过设计桩顶标高300~500mm,保障桩头质量。
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