浅基础施工

2　基础施工

本章导读：

●基本要求　了解各种浅基础施工；掌握钢筋混凝土柱下独立基础、条形基础的施工要点；了解混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法；了解静力压桩法、振动沉桩法和水冲沉桩法的施工方法；掌握锤击法施工的全过程和施工要点；掌握钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩的施工要点；熟悉沉井基础的施工方法。

●重点　钢筋混凝土柱下独立基础、条形基础的施工；锤击法施工过程；钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩的施工。

●难点　钢筋混凝土柱下独立基础、条形基础的施工要点；锤击法施工过程和施工要点；钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩的施工要点。

基础是建筑物的墙或柱埋入地下的扩大部分,它承担着建筑物上部的自重荷载、使用荷载、风荷载和地震力等的作用,并将其传至地基。

基础根据相对埋深、施工方法的不同,一般可分为浅基础和深基础两类。通常把埋置深度小于或相当于基础底面宽度的基础称为浅基础,如砖基础、柱下独立基础、条形基础等。当浅层土质不良,需要利用到深处良好土层或岩层并采用特殊施工方法建造的基础称为深基础,如桩基础、沉井基础等。

2.1　浅基础施工

浅基础通常分为5大类：无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础、柱下钢筋混凝土条形基础、高层结构筏形基础、岩石锚杆基础及其他形式的基础(包括箱形基础、壳体基础等)。

2.1.1　砖基础施工

砖基础是指用砖作砌体材料砌筑而成的基础,目前主要使用实心砖砌筑,适用于砖混结构的建筑物。

1)材料要求

①砖的品种、强度等级必须符合设计要求,并应规格一致。

②水泥一般采用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。砂浆用砂不得含有有害物质及杂质,并通过5mm筛孔进行筛选。配制M5砂浆以下的砂浆,砂的含泥量不应超过10%,配制M5及其以上砂浆,砂的含泥量不应超过5%。

③搅拌用水必须符合要求。

④砂浆的品种、强度等级必须符合设计要求。砂浆使用时,如出现泌水现象应在砌筑前再次拌和。

⑤基础内预埋件必须经过防腐处理。

2)工艺流程

3)施工要点

(1)拌制砂浆

砂浆配合比应采用质量比,水泥计量精度为±2%,砂、掺合料为±5%。砂浆搅拌宜用机械搅拌,投料顺序为：砂→水泥→掺合料→水,搅拌时间不少于1.5min。砂浆应随拌随用,一般温度情况下水泥砂浆必须在搅拌后3h内用完,已经凝结的砂浆严禁使用。

(2)确定组砌方式

大放脚一般采用一顺一丁砌筑法,竖缝至少错开1/4砖长。

(3)摆砖撂底

砌筑砖基础时应先在垫层上弹线,从相对设立的龙门板上拉上大放脚准线,根据准线交点在垫层面上弹出位置线,即基础大放脚边线。摆砖撂底的目的主要是调整砖基础的竖缝的大小(灰缝尺寸为8～12mm),尽量用整砖砌筑,减少砍砖。

(4)砌筑砖基础

砌筑前先立皮数杆(图2.1),在基础转角和内外墙基础交接处应砌大角(称为盘角),先砌筑4～5皮砖,经水平尺检查无误后进行挂线,砌筑基础时采用两面挂线,先砌好撂底砖,再砌以上各皮砖。

有高低台的基础底面,应从低处砌起,并按大放脚的底部宽度由高台向低台搭接。如设计无规定时,搭接长度不应小于大放脚高度,如图2.2。

(5)抹防潮层

防潮层施工时,应先检查防潮层以下砌砖的标高是否与设计相符。防潮层一般采用20mm厚的水泥防水砂浆,防水粉的掺量为水泥质量的3%～5%。防潮层位置见图2.3。

图2.1　立皮数杆示意图

图2.2　砖基础高低处砌法示意图
1—垫层；2—大放脚

图2.3　防潮层位置示意图

(6)基础回填土

基础回填土要求使用符合要求的土料,分层回填,分层夯实。

2.1.2　钢筋混凝土独立基础施工

钢筋混凝土独立基础按其构造形式,可分为现浇柱下独立基础和预制柱杯口基础。现浇柱下独立基础可分为现浇柱锥形基础、现浇柱阶梯形基础(图2.4)；杯口基础又可分为单肢柱和双肢柱杯口基础,低杯口和高杯口基础(图2.5)。

图2.4　现浇柱独立基础形式

1)柱下独立基础施工流程

基础施工通常按图2.6所示的施工流程进行。

图2.5　预制柱杯口基础示意图

图2.6　柱下独立基础施工流程

2)现浇柱下独立基础施工要点

①在混凝土浇筑前应先进行验槽,轴线、基坑尺寸和土质应符合设计规定。坑内浮土、水、淤泥、杂物应清除干净。局部软弱土层应挖去,用灰土或砂砾回填并夯实基底设计标高。

②在基坑验槽后应立即浇筑垫层混凝土,以保护地基,混凝土宜用表面振动器进行振捣,要求表面平整。当垫层达到一定强度后,在其上弹线、支模、铺放钢筋网片,底部用与混凝土保护层同厚度的水泥砂浆块垫塞,以保证钢筋位置正确。

③基础上有插筋时,要按轴线位置校核后,将插筋加以固定以保证其位置的正确,以防浇捣混凝土时产生位移。

④在基础混凝土浇筑前,应将模板和钢筋上的垃圾、泥土和油污等杂物清除干净；堵塞模板的缝隙和孔洞；木模板表面要浇水湿润,但不得积水。

⑤基础混凝土宜分层连续浇筑。对于阶梯形基础,每个台阶高度的混凝土应一次浇筑完成,每浇筑完一台阶应稍停0.5～1.0h,以便使混凝土获得初步沉实,然后再浇筑上一层,以防止下台阶混凝土溢出。每一台阶浇筑完,表面应基本抹平。

⑥对于锥形基础,应注意锥体斜面坡度的正确,斜面部分的模板应随混凝土浇捣分段支设并顶压实压紧,以防模板上浮变形,边角处的混凝土必须注意捣实。

⑦基础混凝土浇筑完,应用草帘等覆盖并浇水加以养护。

3)预制柱杯口基础施工要点

预制柱杯口基础的施工,除按上述施工要求外,还应注意以下几点：

①杯口模板可采用木模板或定型钢模板,可作成整体的,也可作成两半形式,中间各加楔形板一块,拆模时,先取出楔形板,然后分别将两半杯口模取出。为拆模方便,杯口模外可包一层薄铁皮。支模时杯口模板要固定牢固并压浆。

②按台阶分层浇灌混凝土。对高杯口基础的高台阶部分,按整段分层浇筑混凝土。

③由于杯口模板仅在上端固定,浇捣混凝土时,应四周对称均匀进行,避免将杯口模板挤向一侧。

④杯口基础一般在杯底均留有50mm厚的细石混凝土找平层,在浇筑基础混凝土时要仔细留出。基础浇捣完,在混凝土初凝后终凝前用倒链将杯口模板取出,并将杯口内侧表面混凝土凿毛。

⑤在浇筑高杯口基础混凝土时,由于其最上一台阶较高,施工不方便,可采用后安装杯口模板的方法施工。也就是说,当混凝土浇捣接近杯口底时,再安装杯口模板,然后浇筑杯口混凝土。

2.1.3　钢筋混凝土条形基础施工

钢筋混凝土条形基础按其构造形式,可分为柱下条形基础及墙下条形基础,如图2.7、图2.8所示。

图2.7　柱下条形基础

图2.8　墙下条形基础及柱下条形基础示意图

下面仅介绍柱下条形基础的施工操作要点：

①在混凝土浇筑前应先行验槽,基坑尺寸应符合设计要求,对局部软弱土层应挖去,用灰土或砂砾回填夯实与基底相平。

在地基或基土上浇筑混凝土时,应清除淤泥和杂物,并应有排水和防水措施。对干燥的黏性土,应用水湿润；对未风化的岩石,应用水清洗,但其表面不得留有积水。

②垫层混凝土在验槽后应立即浇筑,以保护地基。当垫层素混凝土达到一定强度后,在其上弹线、支模、铺放钢筋。

③钢筋上的泥土、油污,模板内的垃圾、杂物应清除干净。木模板应浇水湿润,缝隙应堵严,基坑积水应排除干净。

④混凝土自高处倾落时,其自由倾落高度不宜超过2m,如高度超过2m,应设料斗、漏斗、串筒、斜槽、溜管,以防止混凝土产生分层离析。

⑤混凝土宜分段分层浇筑,各段各层间应互相衔接,每段长2～3m,使逐段逐层呈阶梯形推进,并注意先使混凝土充满模板边角,然后浇筑中间部分。

⑥混凝土应连续浇筑,以保证结构良好的整体性,如必须间歇,间歇时间超过规定,应设置施工缝,并应待混凝土的抗压强度达到1.2N/mm2以上时,才允许继续浇筑,以免已浇筑的混凝土结构因振动而受到破坏。

2.1.4 钢筋混凝土筏板基础施工

钢筋混凝土筏板基础由底板或底板与梁等组成,其外形和构造像倒置的钢筋混凝土无梁楼盖或肋梁楼盖,分为平板式和梁板式两类,如图2.9所示。筏板基础施工要点如下：

图2.9　筏板基础

①基坑开挖时,若地下水位较高,应采取明沟排水、人工降水等措施,使地下水位降至基坑底下不少于500mm,保证基坑在无水情况下进行开挖和基础结构施工。

②开挖基坑应注意保持基坑底土的原状结构,尽可能不要扰动。当采用机械开挖基坑时,在基坑底面设计标高以上保留200～400mm厚的土层,采用人工挖除并清理平整,如不能立即进行下道工序施工,应预留100～200mm厚土层,在下道工序进行前挖除,以防止地基土被扰动。在基坑验槽后,应立即浇筑混凝土垫层。

③当垫层达到一定强度后,在其上弹线、支模、铺放钢筋,连接柱的插筋。

④在浇筑混凝土前,清除模板和钢筋上的垃圾、泥土和油污等杂物,木模板浇水加以润湿。

⑤混凝土浇筑方向应平行于次梁长度方向,对于平板式片筏基础则应平行于基础长边方向。

⑥混凝土浇灌完毕,在基础表面应覆盖草帘和洒水养护,并不少于7d。待混凝土强度达到设计强度的25%以上时,即可拆除梁的侧模。

⑦当混凝土基础达到设计强度的30%时,应进行基坑回填。基坑回填应在四周同时进行,并按基底排水方向由高到低分层进行。

⑧在基础底板上埋设好沉降观测点,定期进行观测、分析,作好记录。

2.1.5 钢筋混凝土箱形基础施工

箱形基础主要是由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及一定数量纵横墙构成的封闭箱体,如图2.10所示。箱形基础施工要点如下：

图2.10　箱形基础
1—底板；2—外墙；3—内墙隔墙；4—内纵隔墙；5—顶板；6—柱

①基坑开挖。基坑开挖应验算边坡稳定性,并注意对基坑邻近建筑物的影响,必要时应采取支护措施。

②基坑开挖如有地下水,应采用明沟排水或井点降水等方法,保持作业现场的干燥。

③箱形基础的基底是直接承受全部建筑物的荷载,必须是土质良好的持力层。因此要保护好地基土的原状结构,尽可能不要扰动。在采用机械挖土时,应根据土的软硬程度,在基坑底面设计标高以上,保留200～400mm厚的土层,采用人工挖除。基坑不得长期暴露,更不得积水。在基坑验槽后,应立即进行基础施工。

④基础底板及顶板钢筋接头优先采用焊接接头；钢筋绑扎、安装应注意形状、位置和数量准确；埋设件位置应准确固定,当有管道穿过箱形基础外墙时,应加焊止水片防渗漏。模板宜采用大块模板,用穿墙对接螺栓固定。

⑤箱形基础的底板、顶板及内外墙的支模和浇筑一般分块进行。外墙水平施工缝应留在底板面上部300～500mm范围内和无梁顶板下部30～50mm处,并应做成企口形式,防水要求高时,应在企口中部设镀锌钢板或塑料止水带,外墙的垂直施工缝宜用凹缝,内墙的水平和垂直施工缝多采用平缝,内墙与外墙之间可留垂直缝,如图2.11所示。

图2.11　外墙水平施工缝形式示意图
1—施工缝；2—厚3～4mm镀锌钢板或塑料止水片

⑥箱基的底板、顶板及内外墙宜连续浇灌完毕。对于大型箱基工程,当基础长度较大时,宜设置一道不小于700mm的后浇带,以防产生温度收缩裂缝。

⑦箱形基础施工完毕,应抓紧做好基坑土方回填工作,尽量缩短基坑暴露时间。

⑧高层建筑进行沉降观测,水准点及观测点应根据设计要求及时埋设,并注意保护。

2.2　桩基础施工

2.2.1　概述

一般建筑物都应该充分利用地基土层的承载能力,尽量采用浅基础。但若浅层土质不良,无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时,可利用下部坚实土层或岩层作为持力层建造深基础。深基础主要有桩基础、墩基础、沉井和地下连续墙等几种类型,其中以桩基最为常用。

1)桩基的作用

桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台(或承台梁)组成(图2.12)。桩的作用在于将上部建筑物的荷载传递到地基深处承载力较大的土层上,或将软弱土层挤密,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。桩基础具有承载力高,沉降速度缓慢、沉降量小而均匀,并能承受水平力、上拔力、振动力,抗震性能较好等特点。

2)桩基的分类

(1)按桩的承载性状分类(见表2.1)

图2.12　桩基础示意图

表2.1　按桩承载性状分类

(2)按桩的施工方法分类(见图2.13)

图2.13　按桩的施工方法分类

2.2.2　钢筋混凝土预制桩施工

钢筋混凝土预制桩施工包括：制作、起吊、运输、堆放、打桩、接桩、截桩等过程。

1)制作、起吊、运输和堆放

(1)制作

预制桩可在工厂或施工现场预制。一般短桩(长度10m以下)多在预制厂生产,长桩则在现场附近或打桩现场就地预制,预制桩的制作应符合规范规定。

(2)起吊、运输

混凝土预制桩达到设计强度标准值的70%后方可起吊,达到设计强度标准值的100%后方可进行运输。

桩在起吊和搬运时,吊点应符合设计规定,如无吊环且设计又未作规定时,应符合起吊点弯矩最小的原则,可按图2.14所示位置设置吊点起吊。吊索与桩之间应加衬垫,以免损坏棱角。起吊时应平稳提升,吊点同时离地,并采取措施保护桩身,防止受撞击和振动。

桩的运输应根据打桩进度和打桩顺序确定,宜采用随打随运方法,以减少二次搬运工作。

图2.14　预制桩吊点位置

(3)堆放

预制桩堆放场地应平整、坚实,不得产生不均匀沉陷。垫木与吊点的位置应相同,并保持在同一平面上,各层垫木应上下对齐,最下层垫木应适当加宽,以减少堆桩场地的地基应力,堆放层数不宜超过4层。

2)沉(压)桩

钢筋混凝土预制桩的沉桩方法有锤击沉桩法、静力压桩法、振动沉桩法和水冲沉桩法等。

(1)锤击沉桩法

锤击沉桩法也称打入桩,是利用桩锤下落产生的冲击能克服土对桩的阻力,使桩沉到预定深度或达到持力层。该法施工速度快,机械化程度高,适用范围广,但施工时有振动、挤土和噪声污染现象,不宜在市区和夜间施工。

①机具设备

打桩所用的机具设备,主要包括桩锤、桩架及动力装置3部分。

桩锤是对桩施加冲击力,将桩打入土中的主要机具,有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤等。桩锤的类别应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择。桩锤类型选定后,还要确定桩锤的质量,一般可根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等决定,宜选择重锤低击。

桩架是支持桩身和桩锤,将桩吊到打桩位置,并在打桩过程中引导桩的方向,保证桩沿着所要求方向冲击的打桩设备。桩架的选择,应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组的高度来决定。此外,还应留l～2m的高度作为桩锤的伸缩余地。即桩架高度=桩长+桩锤高度+桩帽高度+滑轮组高度+1～2m的起锤移位高度。常用的桩架形式有多功能桩架、滚动式桩架及履带式桩架,见图2.15。

图2.15　桩架形式

动力装置包括吊装机就位和起动桩锤用的动力设施,如卷扬机、锅炉、空气压缩机等,取决于所选的桩锤。

②打桩前的准备工作

打桩前应做好下列工作：清除障碍物、平整施工场地、进行打桩试验、抄平放线、定桩位、确定打桩顺序等。

打桩顺序是否合理,直接影响打桩工程的速度和桩基质量。群桩施工时,为了保证打桩工程质量,防止周围建筑物受土体挤压的影响,打桩前应根据桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架移动方面来正确选择打桩顺序,如图2.16所示。

当桩较密集时(桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径),应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打。当桩数较多时,也可采用分区段施打。

当桩较稀疏时(桩中心距大于4倍桩边长或桩径),可采用上述两种打桩顺序,也可采用由一侧向单一方向施打的方式(即逐排打设)或由两侧同时向中间施打。

图2.16　打桩顺序

施打时还应根据基础的设计标高和桩的规格、埋深、长度不同,宜采取先深后浅,先大后小,先长后短的施工顺序。当一侧毗邻建筑物时,由毗邻建筑物处向另一方向施打。当桩头高出地面时,桩机宜采用往后退打,否则可采用往前顶打。

③打桩方法

打桩时宜用“重锤低击”“低提重打”,可取得良好效果。开始打桩时,地层软、沉降量较大,锤的落距宜较低,一般为0.6～0.8m,使桩能正常沉入土中。待桩入土一定深度(约1～2m),桩尖不易产生偏移时,可适当增大落距,逐渐提高到规定的数值,并控制锤击应力连续锤击。

④测量和记录

为了确保工程质量,分析和处理打桩过程中出现的质量事故和为工程质量验收提供重要依据,必须在打桩过程中,对每根桩的施打进行测量并做好详细记录。打桩时,要注意测量桩顶水平标高。特别对承受轴向荷载的摩擦桩,可用水准仪测量控制。

⑤质量控制

打桩的质量标准包括：打入的位置偏差是否在允许范围之内,最后贯入度与沉桩标高是否满足设计要求,桩顶、桩身是否打坏以及对周围环境有无造成严重危害。

(2)静力压桩法

静力压桩法是在软土地基上,利用静力压桩机或液压压桩机用无振动、无噪声的静压力(自重和配重)将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。在我国沿海软土地基上已较为广泛地采用。与锤击沉桩相比,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。特别适宜于扩建工程和城市内桩基工程施工。

①压桩机械设备

压桩机有2种类型,一种是机械静力压桩机,如图2.17所示。施加静压力约为600～1200 kN,设备高大笨重,行走移动不便,压桩速度较慢,但装配费用较低。另一种是液压静力压桩机。它由液压吊装机构、液压夹持、压桩机构(千斤顶)、行走及回转机构、液压及配电系统、配重铁等部分组成,自动化程度高,结构紧凑,行走方便快速,施压部分不在桩顶面,而在桩身侧面,是当前国内采用较广泛的一种新压桩机械。

②压桩工艺

静力压桩的施工,一般都采取分段压入、逐段接长的方法。施工程序为：测量定位→压桩机就位→吊桩插桩→桩身对中调直→静压沉桩→接桩→再静压沉桩→终止压桩→切割桩头。静力压桩施工前的准备工作,桩的制作、起吊、运输、堆放、施工流水、测量放线、定位等均同锤击沉桩法。

(3)振动沉桩法

振动沉桩法是借助固定于桩头上的振动沉桩机所产生的振动力,以减小桩与土壤颗粒之间的摩擦力,使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。

图2.17　静力压桩机
1—活动压梁；2—油压表；3—桩帽；4—上段桩；5—加重物；6—底盘；7—轨道；8—上段接桩铺筋；9—下段接桩锚筋孔；10—导笼口；11—操作平台；12—卷扬机；13—加压钢丝绳滑轮组；14—桩架导向笼

振动沉桩机主要由桩架、振动桩锤、卷扬机和加压装置等组成。振动桩锤是一个箱体,工作时两块偏心块旋转的离心力形成垂直方向(向上或向下)的振动力。与振动机刚性连接的桩随着振动力沿垂直方向上下振动而下沉。

振动沉桩法主要适用于砂石、黄土、软土和粉质黏土,在含水砂层中的效果更为显著,该法不但能将桩沉入土中,还能利用振动将桩拨出,经验证明,此法对H型钢桩和钢板桩拔出效果良好。在砂土中沉桩效率较高,对黏土地区效率较差,需用功率大的振动器。

3)接桩

预制桩施工中,由于受到场地、运输及桩机设备等的限制,一般先将长桩分节预制后,再在沉桩过程中接长。目前预制桩的接桩工艺主要有焊接法接桩和法兰螺栓接桩法等。

(1)焊接法接桩

焊接法接桩的节点构造如图2.18所示。在每节桩的端部预埋角钢或钢板,接桩时上下节桩身必须对准相接触,并调整垂直无误后,用点焊(即将角钢固定住即可,称定位焊)将拼接角钢连接固定,再次检查位置正确后,即可进行正式焊接,使其连成整体。施焊时,应由两人同时对角对称地进行焊接,以防止节点电焊后收缩变形不均匀而引起桩身歪斜,焊缝要连续饱满。

(2)法兰螺栓接桩

法兰螺栓接桩的节点构造如图2.19所示。它是用法兰盘和螺栓连接。其接桩速度快,但耗钢量大,多用于混凝土管桩。

图2.18　焊接法接桩节点构造示例
1—连接角钢；2—拼接板；3—与主筋焊接的角钢；4—钢筋与角钢3焊牢；5—主筋

2.2.3混凝土灌注桩施工

混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔,然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。与预制桩相比,具有施工低噪声、低振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点。但成桩工艺较复杂,成桩速度比预制打入桩慢,成桩质量与施工有密切关系。

按其成孔方法不同,可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。以下主要介绍钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩的施工工艺。

图2.19　管桩螺栓接头
1—法兰盘；2—螺栓；3—螺栓孔

1)钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔,并在孔中浇筑混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土壤的含水层中施工,又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种施工方法。

(1)泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔灌注桩适用于地下水位较高的地质条件。先由钻孔设备进行钻孔,待孔深达到设计要求后清孔,放入钢筋笼,然后进行水下浇筑混凝土而成桩。为防止在钻孔过程中塌孔,在孔中注入相对密度有一定要求的泥浆进行扩壁。按设备又分冲抓、冲击、回转钻及潜水钻成孔法。前两种适用于碎石土、砂土、黏性土及风化岩地基,后1种则适用于黏性土、淤泥、淤泥质土及砂土。

①施工设备：主要有冲击钻机、回转钻机、潜水钻机等。

②施工方法：泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程如图2.20所示。

图2.20　泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程图
1—钻机；2—护筒；3—泥浆护壁；4—压缩空气；5—清水；6—钢筋笼；7—导管；8—混凝土；9—地下水

a.钻孔。根据建筑的轴线控制桩定出桩基础的每个桩位。先挖去桩孔处表土,将护筒准确埋设入土中,并保持稳定。护筒的作用有：成孔时引导钻头方向；提高孔内泥浆水头,防止塌孔；固定桩孔位置、保护孔口。

根据土质条件确定制备泥浆的方法。泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实,使孔内渗漏水达到最低限度,并保持孔内维持着一定的水压以稳定孔壁。因此,在成孔过程中应严格控制泥浆的相对密度。施工中应经常测定泥浆相对密度,并定期测定黏度、含砂率和胶体率等指标,及时调整。

桩架就位后,钻机进行钻孔。钻孔进尺速度应根据土层类别、孔径大小、钻孔深度和供水量确定。钻孔时应在孔中注入泥浆,并始终保持泥浆液面高于地下水位1.0m以上,以起护壁、携渣、润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。

b.清孔。钻孔深度达到设计要求后,必须进行清孔。对于孔壁土质较好不易塌孔的桩孔,可用空气吸泥机清孔；对于稳定性差的孔壁应用泥浆(正、反)循环法或掏渣筒清孔、排渣。用原土造浆的钻孔,可使钻机空转不进尺,同时注入清水,等孔底残余的泥块已磨浆,排出泥浆比重降至1.1左右(以手触泥浆无颗粒感觉),即可认为清孔已合格。对注入制备泥浆的钻孔,可采用换浆法清孔,至换出泥浆相对密度小于1.15～1.25为合格。清孔过程中,必须及时补给足够的泥浆,以保持浆面稳定。

孔底沉渣厚度对于端承桩不大于50mm,对于摩擦桩不大于300mm。

c.下钢筋笼,浇混凝土。清孔完毕后,应立即吊放钢筋笼,及时进行水下浇筑混凝土。钢筋笼埋设前应在其上设置定位钢筋环,混凝土垫块或于孔中对称设置3～4根导向钢筋,以确保保护层厚度。水下浇筑混凝土通常采用导管法施工。

(2)干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩施工工艺如图2.21所示。与泥浆护壁成孔灌注桩类似而简单,适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的干土层中桩基的成孔施工。

图2.21　干作业成孔灌注桩施工工艺过程

①施工设备

施工设备主要有螺旋钻机、钻孔扩机、机动或人工洛阳铲等。目前常用螺旋钻机成孔(见图2.22)。

螺旋钻机利用动力带动螺旋钻杆旋转,使钻头上的叶片旋转向下切削土层,削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外。适用于地下水位以上的一般黏性土、砂土或人工填土地基的成孔。

图2.22　干作业成孔施工

②施工方法

钻机按桩位就位,钻杆垂直对准桩位中心,放下钻机使钻头触及土面。钻孔时,开动转轴旋动钻杆钻进,先慢后快,避免钻杆摇晃,并随时检查钻孔偏移。一节钻杆钻入后,应停机接上第二节,继续钻到要求深度。

钻孔至要求深度后,可用钻机在原处空转清土,然后停转,提升钻杆卸土。如孔底虚土超过容许厚度,可用辅助掏土工具或二次投钻清底。清孔完毕后应用盖板盖好孔口。

清孔后应及时吊放钢筋笼,浇筑混凝土。

2)人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔,然后安放钢筋笼,浇筑混凝土而成的桩。

人工挖孔桩的直径除了能满足设计承载力的要求外,还应考虑施工操作的要求,故桩径不宜小于800mm,桩底一般都扩大。人工挖孔桩构造如图2.23所示,护壁厚度一般不小于D/10+5 (cm)(其中D为桩径),每步高1m,并有100mm放坡。

(1)施工设备

人工挖孔桩施工机具比较简单,—般可根据孔径、孔深和现场具体情况加以选用,主要有：垂直运输工具,如电动葫芦和提土桶,用于施工人员、材料和弃土等垂直运输；排水工具,如潜水泵,用于抽出桩孔中的积水；通风设备,如鼓风机、输风管,用于向桩孔中强制送入新鲜空气；挖掘工具,如镐、锹、土筐等,若遇到坚硬的土层或岩石,还需准备风镐和爆破设备。此外,还有照明灯、对讲机、电铃等。

(2)施工工艺

现浇混凝土分段护壁的人工挖孔桩的施工工艺流程：按设计图纸放线、定桩位→分段开挖桩孔土方→支设护壁模板→浇筑护壁混凝土→护壁混凝土达到1.2MPa、拆除模板继续下段施工→循环施工直至挖到设计要求的深度→排出孔底积水、验槽封底→放置钢筋笼、浇筑桩身混凝土。

(3)质量要求

①必须保证桩孔的挖掘质量。桩孔挖成后应有专人下孔检验,检查土质是否符合勘察报告,扩孔几何尺寸与设计是否相符,孔底虚土残渣情况要作好施工记录归档。

图2.23　人工挖孔灌注桩构造图
1—护壁；2—主筋；3—箍筋；4—地梁；5—桩帽

②按规范规定桩孔中心线的平面位置偏差不大于50mm,桩的垂直度偏差不大于0.5%桩长,桩径不得小于设计直径。

③钢筋骨架要保证不变形,箍筋与主筋要点焊,钢筋笼吊入孔内后,要保证其与孔壁间有足够的保护层。

④混凝土坍落度宜为40～80mm,用串筒或溜管下料,连续分层浇筑,每层厚不超过1m,必须振捣密实。

(4)安全措施

人工挖孔桩的施工安全应予以特别重视。工人在桩孔内作业,应严格按安全操作规程施工,并有切实可靠的安全措施。施工人员进入孔内必须戴安全帽；孔下有人时孔口必须有人监督防护；护壁要高出地面150～200mm,挖出的土方不得堆在孔四周2m范围内,以防滚入孔内；孔内设安全绳及安全软梯,孔外周围设安全防护栏杆；孔下照明采用安全电压；潜水泵必须设有防漏电装置；应设鼓风机向并下输送洁净空气等。

2.3　沉井施工

2.3.1　沉井施工程序

沉井是深基础施工的一种常用方法,也是深基础工程的一种结构形式。其特点是：将位于地下一定深度的建筑物基础或构筑物,先在地面以上制作,形成一个筒状结构,然后在筒内不断挖土,借助井体自重而逐步下沉,下沉到预定设计标高后,进行封底,构筑筒内底板、梁、楼板、内隔墙、顶板等构件,最终形成一个地下建筑物基础或构筑物。

沉井施工的一般程序为：平整场地→测量放线→开挖基坑→井壁放线→铺砂垫层和垫木或砌刃脚砖座→沉井制作→挖排水沟、集水井→抽出垫木→沉井内挖土、下沉→基底整形、浇筑垫层和底板→施工内隔墙、梁、板、顶板及辅助设施→机电设备、管道、动力、照明线路安装→调试、土建收尾。

2.3.2　沉井的制作

沉井制作有一次制作和多节制作、地面制作和基坑中制作等方式。一般讲,如果沉井高度不大,施工方便,宜采取一次制作下沉方案,有利于减少接高作业工序,加快施工进度。如果沉井高度和质量都很大,重心高,而地基处理不好,操作控制不严,则在下沉前易于产生倾斜,在这种情况下,一次制作困难,就应采用分节制作,节数应尽量减少。沉井的制作高度和基坑深度应根据计算确定,一般每节高度以6～8m为宜。

沉井制作时,下部刃脚的支设,可视沉井质量、施工荷载和地基承载力情况,采用垫架法、半垫架法、砖垫座或土胎模(图2.24)。较大、较重的沉井,在软弱地基上制作时,常采用垫架或半垫架法。

沉井支模、绑扎钢筋和浇筑混凝土与一般混凝土结构施工方法相同,应重点注意的是拆模时间。大型沉井应在混凝土强度达到设计要求的强度,小型沉井应达到设计要求强度的70%,方可拆模。刃脚部分抽除其下的垫木应分区、分组、依次、对称、同步地进行,最后仅由4～6榀定位垫架或垫木支承,应验算井壁的抗裂强度,以免受力不均造成井壁破裂。抽除方法是：将垫木底部的土挖去一部分,利用卷扬机或绞磨将相应垫木抽出,每抽除1根,刃脚下都应立即用砂砾石填实,在刃脚内外侧填筑成适当高度的小砂土堤,使沉井质量传给垫层。如有内隔墙,应在支承排架拆除后,用草袋或水泥编织袋装砂回填。采取分节制作,可在前一节下沉接近地面0.5m时,继续加高井筒。

图2.24　沉井刃脚支设
1—刃脚；2—砂垫层；3—枕(垫)木；4—垫架；5—模板；6—半垫架；7—砌砖；8—抹水泥砂浆；9—土胎模；10—刷隔离层

2.3.3　沉井下沉方法

沉井下沉有排水下沉和不排水下沉两种方式,前者适用于渗水量不大(每1m2不大于1m3/ min)、稳定的黏性土,或在砂砾层中渗水量虽很大,但排水并不困难时使用；后者适用于严重的流砂地层和渗水量大的砂砾层中使用,以及地下水无法排除或大量排水会影响附近建筑物安全的情况。

采用排水下沉法施工,多在沉井内设泵排水,沿井壁挖排水沟、集水井,用泵将地下水排出井外,边挖土边排水下沉,随着加深集水井。挖土采用人工或风动工具,对直径或边长16m以上的大型沉井,可在沉井内用0.25～0.60m小型反铲挖掘机挖土。挖土方法一般是采用碗形挖土自重破土方式,先挖中间,逐渐挖向四周,每层挖土厚0.4～0.5m,沿刃脚周围保留0.8～1.5m宽土堤,然后再按每人负责2～3m一段向刃脚方向逐层、全面、对称、均匀地削薄土层,当土堤(垅)经不住刃脚的挤压时,便在自重作用下均匀垂直破土下沉[图2.25(a)]；对有流砂情况发生或遇软土层时,亦可采取从刃脚挖起,下沉后再挖中间[图2.25(b)]的顺序,挖出土方装在吊土斗内运出。当土垅挖至刃脚沉井仍不下沉,可采取分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土的方法。

图2.25　沉井下沉挖土方法
1—沉井刃脚；2—土堤(垅) ①,②,③,④—刷坡次序

采用不排水下沉法施工,挖土多用高压水枪(压力2.5～3.0MPa)将土层破碎稀释成泥浆,然后用水力吸泥机(或空气吸泥机)将泥浆排出井外,井内的水位应始终保持高出井外水1～2m。也可用起重机吊抓斗进行挖土。作业时,一般先抓或冲井底中央部分的土形成锅底形,然后再均匀冲或抓刃脚边部,使沉井靠自重挤土下沉在密实土层中,刃脚土壤不易向中央坍落,则应配以射水管冲土。沉井下沉困难时,亦可采取一些辅助下沉方法,如在沉井外壁周围均匀布置水枪或射水管,借助高压水冲刷刃脚下面的土层,使沉井易于下沉；或在沉井外壁设置宽10～20cm的泥浆槽,充满触变泥浆(触变泥浆是以适当比例的膨润土和碳酸钠加水调制而成的),以减小井壁下沉的摩阻力；如果采用多节下沉,则可继续接高井身,增加下沉质量。

2.3.4　沉井封底

沉井封底亦有排水封底和不排水封底两种方式。前者系将井底水抽干进行封底混凝土浇筑,又称干封底,因其施工操作方便,质量易于控制,是应用较多的一种方法；后者多采用导管法在水中浇筑混凝土封底,施工较为复杂,只有在涌水量很大,难以排干且出现流砂现象时才应用。

排水封底方法是将新老混凝土接触面冲刷干净或凿毛,并将井底修整成锅底形,由刃脚向中心挖放射形排水沟,填以卵石形成滤水暗沟,在中部设2～3个集水井,深1～2m,井间用盲沟相互连通,插入φ600～800四周带孔的钢管或无砂混凝土管,四周填以卵石,使井底的水流汇集于井中,再用潜水电泵排出(图2.26),保持地下水位低于井底0.5m以上。封底时,井底先铺一层150～500mm厚卵石或碎石,再在其上浇一层0.5～1.5m厚的混凝土垫层,在刃脚下切实填严捣实,以保证沉井的最后稳定。垫层混凝土强度达到设计要求强度的50%后,在其上绑钢筋,钢筋两端应伸入刃脚凹槽内,再浇筑底板混凝土。混凝土养护期间应继续抽水,混凝土强度达到设计要求强度的70%后,将集水井中的水逐个抽干,在套管内迅速用干硬性混凝土进行堵塞捣实,盖上法兰盘,用螺栓拧紧或四周焊接封闭,上部用混凝土填实抹平。

图2.26　沉井封底构造
1—沉井；2—15～75mm粒径卵石盲沟；3—封底混凝土；4—底板；5—抹防水水泥砂浆层；6—φ600～800mm带孔钢板或无砂混凝土管；7—集水井；8—法兰盘盖

不排水封底方法是将井底浮泥用导管以泥浆置换,清除干净,新老混凝土接触面用水针冲刷净,并在井底抛毛石、铺碎石垫层。封底水下混凝土采用多组导管灌注,方法与一般灌注桩水下浇筑混凝土相同。混凝土养护7～14d后,方可从沉井内抽水,检查封底情况,进行检漏补修,按排水封底方法施工上部底板。

思考题

1.简述砖基础的施工要点。

2.钢筋混凝土柱下独立基础的施工要点有哪些?

3.钢筋混凝土条形基础的施工要点有哪些?

4.钢筋混凝土筏板基础的施工要点有哪些?

5.钢筋混凝土箱形基础的施工要点有哪些?

6.预制桩的制作方法及要求怎样?其吊点如何确定?

7.简述预制桩的施工过程。其施工质量应如何保证?

8.如何确定桩架高度和选择桩锤?

9.打桩顺序有几种?与哪些因素有关?打桩过程中应注意哪些事项?

10.试述静力压桩的优点及适用情况。

11.灌注桩成孔有哪些方法?各适用于什么情况?

12.怎样控制沉管灌注桩的施工质量?

13.人工挖孔灌注桩的特点是什么?有哪些施工要点和需注意的问题?

14.试述预制桩与灌注桩质量检测内容的异同点。

15.沉井的施工程序如何?

16.沉井下沉方法有哪些?需要处理的下沉问题有哪些?

17.试述沉井质量控制与检验的内容。