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第 2 章 地基与基础工程
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第2章 地基与基础工程 主要学习内容: 地基加固原理和加固方案; 预制桩种类、施工工艺及质量保证措施; 灌注桩种类、施工工艺及质量保证措施;
地连墙施工要点;
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第2 章地基与基础工程 2.1 地基加固处理 2.2 桩基础 2.3 地下连续墙施工 2.4 逆作法施工简介
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第一节 地基加固处理 (挖、填、换、夯、压、挤、拌) 第二节 桩基础 第三节 地下连续墙 第四节 沉井 预制桩:锤击、振动、静压
第一节 地基加固处理 (挖、填、换、夯、压、挤、拌) 第二节 桩基础 第三节 地下连续墙 第四节 沉井 预制桩:锤击、振动、静压 灌注桩:钻孔、沉管、人工、爆扩
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2.1 地基加固处理 1、地基加固处理原理 途径: 1)增加地基土密实度; 2)降低地基土的含水量;
2.1 地基加固处理 1、地基加固处理原理 目的:提高承载力,增加稳定性,减少基础埋深 途径: 1)增加地基土密实度; 2)降低地基土的含水量;
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三合土:石灰:沙(或黏土):碎砖(碎石) = 1:2:4 ~ 1:3:6 分层填夯
2、地基加固方法 (1)软土层不厚采用“挖” (2)软土层很厚,大面积处理可用“填” (3)较厚软土层,局部处理可用“换” 置换材料: 砂、石;三合土;灰土 换土厚度: 0.5~3m (4)粘土、填土、湿陷性黄土可用“夯” 三合土:石灰:沙(或黏土):碎砖(碎石) = 1:2:4 ~ 1:3:6 分层填夯
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(5)软土、冲填土可用“压” 加载预压 砂井堆载预压 降水预压 预压堆载 砂垫层 软土 砂桩 不透水层
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砂井堆载预压: 在含饱和水的软黏土中,采用砂井预压。土中空隙水不断通过砂井上升至砂垫层排出地表。从而在建筑物施工之前,地基土大部分排水固结,减少了建筑物沉降,提高了地基稳定性。
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施工要点: 1)用打桩机将钢管打入土中,管中灌砂,拔出钢管。 2)砂井200~500mm,间距6~8倍直径。深度可穿过
软弱土层或视情况而定。 3)加荷物可用土、砂、石、水。 最终荷载:100% ~120% 的设计标准荷载。 4)分期分级加载,严格控制加荷速度。 每天地面沉降≯20mm。 5)加荷预压时间,一般6个月,最短不得少于3个月。
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降水加载法: 在软土地基周围设井点,降低水位,地基土失去浮力,相当于增加了自重压力。一级轻型井点(水位降低6m)相当于4.5m 堆土高度,如不能满足可采用二级轻型井点或另加外荷。 沉降超过20mm/天,应立即停止加荷,如仍超过上值,应减荷,待稳定后再加。
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(6)松软饱和土层可用“挤” 钢管打入土中,将管拔出后,在桩孔中回填砂石、素土或3:7灰土,夯实而成。挤密土壤、排水固结。 D 0.866D D= 2.5~ 3d
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SJB-1 喷浆管 搅拌轴 搅拌头 (7)软粘土可用“拌” 1)水泥搅拌桩 特点: 加固地基, 提高承载力。 可起护坡, 止水帷幕的作用。
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施工工艺: 桩机就位 切土下沉 SJB-1 喷浆,搅拌,上升 喷浆管 重复下沉 搅拌轴 喷浆、搅拌、提升 形成8字形加固桩体 搅拌头
→重复下沉 → 喷浆、搅拌、提升 →形成8字形加固桩体 喷浆、搅拌、提升 形成8字形加固桩体
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技术参数: 灰浆泵压力: 1.47Mpa 水泥掺量:加固土体的7 ~15% (120~250kg/m³桩体) 地基承载力:0.8Mpa
SJB-1 喷浆管 搅拌轴 搅拌头 动画演示
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2)旋喷法 (旋喷地基) 高压泵 钻机 施工工艺: 旋喷射水沉管 边喷浆,边提升 形成水泥-土混合体的桩柱
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单管:喷射高压浆液 成桩直径 0.3 ~ 0.8m。 二重管:内管喷浆, 外管喷高压气。 三重管:内管喷浆, 设备: 旋喷管
中管喷高压水 , 外管喷高压气 , 成桩直径 1 ~ 2m。 动画演示
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技术参数: 水泥浆用量 300kg m 桩体 桩体强度达 0.5 ~ 8 Mpa 成桩深度一般为20m, 最大达40m。
水泥浆w/c 1~ 1.5。 喷浆压力 3 ~5Mpa; 喷水压力 30Mpa。 3
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3、地基加固与结构形式结合的方案 (1)改变建筑体形,简化建筑平面 (2)调整荷载差异
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(3)合理设置沉降缝 从地基考虑: 设在土层不同的交接处 从建筑结构考虑: 荷载、高度差异处 建筑平面转折处 结构、基础类型不同处 分期施工交界处 过长建筑物的适当部位
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(4)采用轻型结构、柔性结构 (5)加强房屋整体刚度 (6)对大偏心荷载可作基础移轴处理
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(7)合理的施工方案 重量大、高度高的部位先施工; 软土地基上慢施工
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第2 章地基与基础工程 2.1 地基加固处理 2.2 桩基础工程 2.3 地下连续墙施工 2.4 逆作法施工简介
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2.2桩基础工程 桩的分类 : 1、按桩的受力状态划分: 端承桩、摩擦桩 2、按制桩方法划分: 预制桩、灌注桩
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3、按桩轴方向划分: 竖直桩、斜桩、叉桩 4、按桩承台的高度划分: 高桩、低桩
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英国基础工程标准技术规范把桩分为: 大量挤压桩 少量挤压桩 非挤压桩
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2.2.1预制桩施工 有钢筋混凝土桩、钢桩、木桩 桩的制作 1、钢筋混凝土桩的断面形式:
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2、一般构造 混凝土标号>C30 纵向主筋配筋率1%左右,直径>14 桩尖设置一根芯棒与主筋相连 桩长<12m(构件厂制作) 或<30m(现场制作)
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3、桩的制作方法: 并列法 间隔法 重叠法 翻摸法
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4、桩的起吊运输和堆放 砼达设计强度70% 方可起吊; 达100% 方可运输、打桩。 运输平稳,装卸吊点准确
砼达设计强度70% 方可起吊; 达100% 方可运输、打桩。 运输平稳,装卸吊点准确 堆放整齐,<4层. 0.707l 0.293l 0.207l 0.586l
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打桩前的准备工作 1、设计施工方案(打桩机具、施工方 法、打桩顺序、施工进度、平面布 置、保证质量安全的措施) 2、清除现场的障碍物 3、放线定位 4、设备进场
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沉桩方法 1、 锤击沉桩 ( 1)沉桩设备 1) 桩架
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单动汽锤(36次/分) 双动汽锤(100~200次/分) 落锤 蒸汽锤 液压锤 工作原理: 扫气、喷油→压缩→冲击→爆发→排气→吸气→降落 柴油锤: 2) 桩锤
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吸排气口 活塞 曲臂 油泵 气缸 柴油锤工作简图 动画演示
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桩 下落→冲击→加压→提升 液压锤工作简图 p t 外壳 液压油 冲击缸体 浮动活塞 氮气 环行驱动油缸 冲击头
用锤子锤钉子用的就是冲量的作用。 冲量= 作用力*作用时间。 动量=mv 动能=(mv²)/2 冲量= p t = ma * t h 下落→冲击→加压→提升 液压锤工作简图
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桩 p t 下落→冲击→加压→提升 液压锤工作简图
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桩 p t 动量=mv 动能=(mv²)/2 冲量= p t = ma * t 下落→冲击→加压→提升 液压锤工作简图
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(2)锤击沉桩工艺 桩机组装就位 吊桩、桩尖入土 扣上桩帽 摘吊勾 轻击数锤 正常施打 按送桩 打至设计标高或规定贯入度 动画演示
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桩尖位于坚硬土层,以贯入度为主,桩尖标高作为参考;
(3)打桩注意事项: 1) 质量控制标准: a:承载力标准: 桩尖位于坚硬土层,以贯入度为主,桩尖标高作为参考; 桩尖位于软弱土层,以桩尖标高为主,贯入度作为参考。 贯入度:最后十击平均每一击的入土深度。
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b:偏差限制: 平面位置: 垂直基础梁<100mm 基础梁下的桩 平行基础梁<150mm
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b:偏差限制: 平面位置: 垂直基础梁<100mm 基础梁下的桩 平行基础梁<150mm < 100mm
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b:偏差限制: 平面位置: 垂直基础梁<100mm 基础梁下的桩 平行基础梁<150mm < 150mm
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平面位置: 1~3根桩 <100mm 群 桩 <1/3 桩径或边长 4~16根桩 中间桩 <1/2 桩径或边长 16根以上的桩基 边桩 <1/3 桩径或边长 垂直度偏差 < 1%;
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2) 打桩顺序: 逐排变向 由中间向两边 由中央向四周
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桩 偏心轮 2、 振动沉桩 (1)设备:振动锤 (2)沉桩工艺 (与锤击沉桩相似)
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(1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t) 压桩油缸 夹持油缸 配重 移动油缸 桩 移动
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以达600t)
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(1)设备:液压静力压桩机(目前压力以超过600t)
3、 压入沉桩 (1)设备:液压静力压桩机(目前压力以超过600t) 压桩油缸 移动油缸 配重 桩 夹持油缸 移动
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(2)压桩工艺: 喂桩→对准桩位→压桩→接桩→压桩→按送桩→压至设计标高 (3)优点: 节约材料降低成本 避免击碎桩头 无噪声、无振动公害
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600型液压静力压桩机
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800T液压静力压桩机
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4、 钻孔沉桩法 事先就地钻孔,(孔深8~10米),然后将预制桩插入孔内,进一步施打。 实践表明大量预制桩打入地下,引起附近土体隆起和水平位移,会引起附近建筑物的安全。采用钻孔沉桩法,可减小土体挤密程度,保证原有建筑物的安全和打桩工程质量。
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5、 介绍几种新型预制桩 ( 1)锥形桩 F R p
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前苏联某住宅工地,场地表面3m为亚粘土,下面10m为细砂层。在该场地进行锥型桩实验,其数据如下:
实 例: 前苏联某住宅工地,场地表面3m为亚粘土,下面10m为细砂层。在该场地进行锥型桩实验,其数据如下: 桩号 长度 装头 尺寸 锥角 体积 承载力 单位承载力 1 10m 30cm 0° 0.9 36T 40T/立米砼 2 2.35m 80cm 9° 0.52 44.6T 89T/立米砼 3 32T 35.5T/立米砼 4 2m 70cm 0.366
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施工方法:开动马达靠叶片的掘进力贯入。
(2)螺旋叶桩 施工方法:开动马达靠叶片的掘进力贯入。 优点:无振动、无噪声、工期短、成本低、单桩承载力大。 动画演示
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打桩时将堆在桩周围的碎石子带入地下以增加桩周围的磨阻力。
(3)竹节桩 打桩时将堆在桩周围的碎石子带入地下以增加桩周围的磨阻力。 动画演示
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2.2.2灌注桩施工 优点:无振动 、无挤压、节约材料、不需接桩 缺点:冬季施工困难、不能立即受荷
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2.2.2.1 钻孔灌注桩 1. 泥浆护壁成孔灌注桩 (1)成孔机械 回转钻机 潜水电钻 冲击钻
钻孔灌注桩 1. 泥浆护壁成孔灌注桩 (1)成孔机械 回转钻机 潜水电钻 冲击钻 潜水电钻:动力旋转机构与钻头连在一起放入水中,利用旋转的钻头切削土壤。 回转钻机:动力旋转机构位于地上,带动钻杆、钻头,切削土壤。 冲击钻:将冲击锤提高后,以自由下落的冲击力击碎岩土。 冲击锤+掏渣筒 冲抓锤 (靠抓片闭合抓土)
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测定桩位 埋设护筒 桩机就位 钻孔(泥浆循环清渣) 清孔 安放钢筋骨架 水下浇灌混凝土。 (2)施工工艺
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0.4~0.6m 埋设护筒: D 1~2m D=d+(100~200)mm d
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钻孔: 泥浆护壁:泥浆中的自由水在压力差的作用下,向孔壁渗透,固体颗粒则粘附在孔壁上形成泥皮(称为“泥浆造壁”)。 防止塌孔:依靠泥浆液柱压力和泥浆护壁作用来平衡孔壁地层压力,防止塌孔。注入泥浆比重1.1左右,流出泥浆比重1.2~1.4左右。
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泥浆循环出渣 正循环:(下补浆、上浮渣) 反循环:(上补浆、下吸渣) 动画演示
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清孔: 钻机只转不进, 同时注入 清水(土质较好时) 或泥浆(土质不好时) 当孔中泥浆比重达到1.1(土质较好时) 或1.2 (土质不好易塌孔时) 即认为清孔合格。
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水下灌注混凝土: 导管下口始终埋入混凝土0.8~1.5m。 混凝土的 w/c = 0.55~0.66, 塌落度 = 150~180mm。
浇注前
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水下灌注混凝土: 导管下口始终埋入混凝土0.8~1.5m。 混凝土的 w/c = 0.55~0.66, 塌落度 = 150~180mm。
浇注前 浇注后
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水下灌注混凝土: 导管下口始终埋入混凝土0.8~1.5m。 混凝土的 w/c = 0.55~0.66, 塌落度 = 150~180mm。
浇注过程 动画演示
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竖管与球塞
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2. 干作业成孔灌注桩 适用:地下水位以上的灌注桩施工 设备: 工艺:钻孔→清孔→放入钢筋骨架 →浇注混凝土
长螺旋钻:钻杆长 10m 以上, Ø400~600mm 短螺旋钻:钻杆长3~5m 动画演示
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长螺旋钻: 钻杆长 10m 以上, Ø400~600mm 短螺旋钻: 钻杆长3~5m
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套管灌注桩 1. 锤击沉管灌注桩 设备: 桩架 桩锤 钢套管
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桩机就位 单 打 法 施工工艺: 安放桩尖 吊起桩管、置于桩尖上 扣上装帽、锤击桩管至要求标高 测孔深 放入钢筋骨架 浇灌混凝土
边锤击边拔出钢管。 施工工艺: 单 打 法 动画演示
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施工工艺: 复 打 法 第一次拔管之后清除管外污泥 安放桩尖 锤击桩管 浇灌混凝土 边锤击边拔出钢管 动画演示
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2、 振动沉管灌注桩 设备: 桩架 振动器 钢套管 偏心轮 钢管
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2、 振动沉管灌注桩 设备: 桩架 振动器 钢套管 偏心轮 钢管
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施工工艺: 单 打 法 闭合活瓣、对准桩位 启动振动箱、沉管 灌注混凝土 边振边浇混凝土边拔管。
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施工工艺: 反 插 法 开始拔管后,拔管0.5 ~ 1.0m 再向下反插 0.3 ~ 0.5m, 如此反复,直至拔出地面。
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施工工艺: 复 打 (振) 法 第一次拔管之后清除管外污泥 合拢桩尖活瓣 震动沉桩管 浇灌混凝土 边振动边拔出钢管 动画演示
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3 、沉管灌注桩常见故障及处理
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2.2.2.3爆扩灌注桩 桩身直径: d = 300 ~ 500mm; 扩大头直径: D=(2.5 ~ 3.5) d
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桩身成孔(机械或炸药) 孔底放药 浇适量混凝土 通电引爆扩大头 放钢筋骨架 浇混凝土 养护 工艺:
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放药包 覆盖砂子 浇2~3 m深的混凝土 引爆扩大头 振实混凝土。 爆扩大头工艺:
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炸药用量: D — 扩大头直径(m) C— 硝铵炸药用量(kg) K — 土值影响系数(P54表2.2)
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土质影响系数
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常见问题与处理: 故障 主要原因 措施 拒爆 雷管受潮,导线断裂 用小型药包引爆 拒落 压爆砼量过大,砼的塌落度过小。 振捣棒振动 钢管插捣
回落土 土质松软,孔壁坍塌 放置薄铁皮管护壁 偏头 土质不均,药包位置不正 用一小药包补爆
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介绍几种其它类型的灌注桩:
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桩管定位 倒入石子 1、法兰克桩 施工工艺: 锤 击 石 子 靠摩阻沉管到位 吊住钢管击出石子 放钢筋、浇砼 拔 出 桩 管
1、法兰克桩 施工工艺: 桩管定位 倒入石子 锤 击 石 子 靠摩阻沉管到位 吊住钢管击出石子 放钢筋、浇砼 拔 出 桩 管 特点: 噪音小、振动小, 桩脚(尖)坚实, 承载力高, 无须泥浆护壁。
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2、注浆桩 施工工艺: 成 孔 安放钢筋笼 (附带注浆管) 灌 注 砼 压 力 注 浆 特点: 单桩承载力可提高50% 左右。
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注浆管固定在钢筋笼上
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注浆管及注浆喷嘴的加工
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尚未压浆的灌注桩
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已经压浆的灌注桩
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3、贝诺特灌注桩 施工工艺: 埋 设 套 管 挖土、压管 挖 至 持 力 层 放 入 钢 筋 笼 水 下 浇 砼 拔 出 套 管 特点:噪声低、 振动小、 无须泥浆、清底干净
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4、桩侧压力桩 施工工艺: 成孔→放钢筋笼及桩侧注浆管(纵向或环向)→灌注混凝土→桩侧压力注浆→卸下注浆接头 特点:提高桩侧摩阻力,单桩承载力可提高50% 左右。
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施工要点: (1) 注浆顺序以自上而下为好,可防止浆液上溢。 桩身混凝土初凝后; 成桩后 1~2 天; 成桩后 7 天。 (2) 注浆时间:
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5、桩端压力注浆桩 施工工艺: 成孔→放钢筋笼及桩端注浆管和回浆管→孔底投入50mm 厚碎石→灌注混凝土→注入清水→形成注浆通道→ 压力注浆→卸下注浆接头
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特点: 桩端虚土与浆液凝结成化学性能稳定的结石体,提高桩端阻力。 浆液在压力作用下,延桩周上溢,提高了桩周摩阻力。 单桩承载力可提高1.5倍。
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施工要点: (1) 预埋注浆管法 (如上述) (2) 钻孔埋管注浆法 桩身中心钻孔埋管 (事故处理) 桩周钻孔埋管 (提高单桩承载力)
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第2 章地基与基础工程 2.1 地基加固处理 2.2 桩基础 2.3 地下连续墙施工 2.4 逆作法施工简介
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2.3 地下连续墙施工 作用: 基坑支护、挡水、地下室的外墙 施工工艺: 浇注水下砼 拔出接头管 开挖导沟 开挖槽段 清 槽 放接头管 放钢筋笼
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2.3.1 开挖导沟 导墙的作用: 挡土; 测量的基准; 支撑挖槽机等施工荷重; 维持泥浆液面的高度; 500 ~ 1000 混凝土导墙
开挖导沟 1500~2000 > 1000 混凝土导墙 500 ~ 1000 150 ~250 导墙的作用: 挡土; 测量的基准; 支撑挖槽机等施工荷重; 维持泥浆液面的高度;
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2.3.2. 开挖槽段 挖掘设备: 多头钻成槽机 导杆液压抓斗 (浇注)单元槽段: 通常以一个挖掘单元为一个单元槽段,
开挖槽段 挖掘设备: 多头钻成槽机 导杆液压抓斗 (浇注)单元槽段: 通常以一个挖掘单元为一个单元槽段, 地质好时,2~4个挖掘单元为一个单元槽段
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开挖时采用泥浆护壁 泥浆循环: 正循环 反循环
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成槽机: 多头钻成槽机 液压抓斗成槽机
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分段接缝: 通常采用半圆形接缝, 接缝尽量避开转角和内墙的位置, 保证良好的整体性和足够的强度。
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(1) 开挖 (2) 放接头管、 钢筋笼 (3) 浇混凝土 (4) 拔出接头管 (5) 继续开挖
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地连墙开挖工艺: (1) 开挖 (2) 放接头管、钢筋笼 (3) 浇混凝土 (4) 拔出接头管 (5) 继续开挖
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清槽: 清除钻渣,保证墙体受力可靠。 清槽方法: 压缩空气:(正循环) 潜水泥浆泵:(反循环) 清槽标准: 泥浆比重在1.1 ~ 1.2 范围内。
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2.3.4 浇注混凝土: 采用竖管法 2.3.5 拔出接头管: 浇注砼后 2~3 小时开始拔动,
浇注混凝土: 采用竖管法 拔出接头管: 浇注砼后 2~3 小时开始拔动, 每隔20 ~ 30 分钟拔出0.5 ~ 1 m, 浇注后 4 ~ 8 小时全部拔出。 动画演示
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第2 章地基与基础工程 2.1 地基加固处理 2.2 桩基础 2.3 地下连续墙施工 2.4 逆作法施工简介
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2.4 逆作法施工简介 负一层挖土 桩外包混凝土 浇注零层楼板混凝土 负二层施工 首层主体施工 负三层施工 二层主体施工 柱 楼板
负二层施工 首层主体施工 负三层施工 二层主体施工 ±0.00 桩 地连墙 柱 楼板 动画演示
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第 2 章 结束 谢 谢!
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