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地質勘察必備基礎知識,含樁基施工常見質量問題及處理方法!

1建筑地基與基礎常識

1、地基       

所有建筑物都是修建在地表上,建筑物上部結構的荷載通過下部結構都會傳到地表的土層或巖層上,這部分起支撐作用的土體或巖體就是地基。根據地基是否經過人工處理分為天然地基和人工地基 。

天然地基:自然狀態下即可滿足承擔基礎全部荷載要求,不需要人工處理的巖體、土體地基。

人工地基:天然地基的承載力不能承受基礎傳遞的全部荷載,需經人工處理的巖體、土體地基。

人工處理方法:換填法、預壓法、強夯法、振沖法、砂石樁法、石灰樁法、柱錘沖擴樁法、土擠密樁法、水泥土攪拌法(含深層攪拌法、粉體噴攪法。深層攪拌法簡稱濕法,粉體噴攪法簡稱干法)、高壓噴射注漿法、單液規劃法、堿液法等。

2、基礎

將建筑物所承受的各種作用傳遞到地基上的下部承重結構稱為基礎。

基礎按受力特點及材料性能可分為剛性基礎和柔性基礎;按構造方式可分為條形基礎、獨立基礎、井格式基礎、片筏基礎、箱形基礎、樁基礎等。按基礎埋置深度劃分淺基礎、深基礎:埋置深度不超過5m者稱為淺基礎,大于5m者稱為深基礎。(注:基礎底面離地面的深度稱為基礎的埋置深度)。

剛性基礎:剛性基礎所用的材料的抗壓強度較高,但抗拉及抗彎、剪強度偏低。常見的有:磚基礎、灰土基礎、三合土基礎、毛石基礎、混凝土基礎。毛石混凝土基礎等。

柔性基礎:在混凝土基礎底部配置受力鋼筋,利用鋼筋受拉,這樣基礎可以承受彎矩,此類基礎可稱為柔性基礎。   

2地質勘察的目的

1、詳細查明擬建場地范圍內地基土的類別、地層特征及分布規律,查明各土層的物理力學性質指標,提供各層土的地基承載力特征值及壓縮模量值。

2、查明地下水的類型、埋藏條件及其變化幅度,評價地下水對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋以及鋼結構的腐蝕性。

3、劃分場地土類型和場地類別;提供與抗震設計有關的地震參數,判別場區內飽和粉土及砂土的地震液化情況。

4、分析、論證地基基礎方案的可行性,提供合理的地基處理方案,推薦可能采用的樁基計算參數,并估算單樁承載力。

5、查明埋藏的河道、溝浜、墓穴等對工程不利的埋藏物。查明在工程施工過程中可能出現的不良地質作用的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度,提出整治方案的建議。

6、對該地質勘察區域提出巖土工程的分析及建議。

3巖土的工程分類

作為建筑地基的巖土,其工程性質由巖土的類別決定。《建筑地基基礎設計規范》(以下簡稱《地基規范》)將作為建筑地基的巖土分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土及特殊土等。

1、巖石

巖石的堅硬程度根據巖塊的飽和單軸抗壓強度分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。 

當缺乏飽和單軸抗壓強度資料或不能進行該試驗時,可在現場通過觀察定性劃分 。 

巖石按風化程度分為未風化、微風化、弱風化、強風化和全風化。

巖體完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。

2、碎石土

碎石土為粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。

根據粒組含量及顆粒形狀,碎石土可分為塊石、漂石、碎石、卵石、角礫、圓礫。

3、砂土

砂土為粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土。

根據粒組含量,砂土可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。 

4、粉土

粉土為性質介于砂土和粘性土之間,塑性指數IP≤10且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。

塑性指數等于液限與塑限之差。液限是指土由可塑狀態轉變為流動狀態的界限含水量,塑限為土由半固態轉變為可塑狀態的界限含水量。

一般說來,土的顆粒越細、細顆粒的含量越多,土的塑性(塑性指數)也就越大。 

5、粘性土

粘性土是指塑性指數IP>10的土。根據塑性指數,可將粘性土分為粘土(IP>17)和粉質粘土(10<IP≤17)。

根據液性指數可將粘性土分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑五種狀態。

液性指數IL是土的天然含水量和塑限之差與塑性指數的比值,是判斷粘性土軟硬程度的指標,也叫稠度。

一般而言,粘性土的沉積歷史越久,結構性越好,工程力學性質越好。 

6、人工填土

人工填土是人類活動的堆積物。根據其組成和成因,可分為素填土、雜填土和沖填土。

素填土為由碎石土、砂、粉土、粘性土等一種或幾種土通過人工堆填方式而形成的土。經過分層壓實后的素填土稱為壓實填土。

雜填土是指含有大量的建筑垃圾、工業廢料或生活垃圾等人工堆填物。

沖填土是人類借助水力充填泥砂形成的土,一般壓縮性大、含水量大、強度低。 

7、特殊土

(1)軟土

軟土泛指天然含水量高、壓縮性高、強度低、滲透性差的軟塑、流塑狀粘性土。它包括淤泥、淤泥質土、沖填土等。軟土生成于靜水或緩慢流動的流水環境。

建筑在軟土地基上的建筑物易產生較大沉降或不均勻沉降,且沉降穩定所需要的時間很長,所以,在軟土上建造建筑物必須慎重對待。

(2)紅粘土

紅粘土是碳酸鹽系巖石經紅土化作用所形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。紅粘土的液限一般大于50%,具有表面收縮、上硬下軟、裂隙發育的特征,吸水后迅速軟化。

一般情況下,紅粘土的表層壓縮性低、強度較高、水穩定性好,屬良好的地基土層。但隨著含水量的增大,土體呈軟塑或流塑狀態,強度明顯變低,作為地基時條件較差。 

(3)膨脹土

膨脹土是一種具有強烈的吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。土呈黃、紅褐、灰白色,粘粒含量高,天然含水量接近塑限。

膨脹土通常表現為壓縮性低、強度高,因此易被誤認為是良好的天然地基。

(4)濕陷性黃土

黃土是指以粉粒為主,富含碳酸鈣鹽系,垂直節理發育,具有大孔結構,以黃色、褐黃色為主,有時為灰黃色的土體。

黃土在天然含水狀態下具有較高的強度和較小的壓縮性,但雨水浸濕后,有的即使在自身重力作用下也會發生劇烈而大量的變形,強度也隨之迅速降低。

黃土在一定的壓力下受水浸濕后結構迅速破壞而發生附加下沉的現象稱為濕陷。浸水后發生濕陷的黃土稱為濕陷性黃土。在自重壓力作用下,受水浸濕而發生濕陷的黃土稱為自重濕陷性黃土,不發生濕陷的黃土稱為非自重濕陷性黃土。 

4如何識讀地質勘察報告

地質勘察報告的組成和主要內容

1、工程概況;2、場地地形、地貌;3、勘察技術要求及依據;4、地基土的組成及特征;5、地下水概況;6、場地及地震效應;7、巖土工程分析及建議。

1、勘探點平面布置圖  ; 2、工程地質剖面圖   ;3、土工試驗成果總表 ;4、各土層物理力學性質指標;5、靜探試驗成果表  ;6、標貫成果統計表 ; 7、飽和砂(粉)土 液化判別表  ;8、固結試驗e-p分層曲線  ;9、鉆孔柱狀圖  ;10、波速測試報告 ;11、水質分析報告。

5樁基施工中常見質量問題的分析、處理

樁基礎作為建筑工程的一個重要組成部分,其施工質量關系到整個建筑物的工程質量。在樁基施工過程中,當遇到各種意外情況時,如何及時分析、及時處理,是樁基施工的關鍵所在。樁基工程施工工序多,工藝要求高,影響質量的因素較多,一般有:工程地質勘察報告不夠詳盡準確;設計的不合理取值;施工中的各種原因等。

1、常見質量問題類別及原因分析

樁基工程常見質量問題有:單樁承載力低于設計值、樁傾斜過大、斷樁、樁接頭斷離、樁位偏差過大等五大類。

造成以上問題的原因: 

 1.1單樁承載力低于設計要求的常見原因有:

1.1.1樁沉人深度不足;

1.1.2樁端未進入設計規定的持力層,但樁深已達設計值;

1.1.3貫入度過大;

1.1.4其他,諸如樁傾斜過大、斷裂等原因導致單樁承載力下降;

1.1.5勘察報告所提供的地層剖面、地基承載力等有關數據與實際情況不符。

1.2樁傾斜過大的常見原因:

1.2.1預制樁質量差,其中樁頂面傾斜和樁尖位置不正或變形,易造成樁傾斜;

1.2.2樁機安裝不正,樁架與地面不垂直;

1.2.3樁錘、樁帽、樁身的中心線不重合,產生錘擊偏心;

1.2.4樁端遇石子或堅硬的障礙物;

1.2.5樁距過小,打樁順序不當而產生強烈的擠土效應;

1.2.6基坑土方開挖不當。

1.3出現斷樁的常見原因:

除了樁傾斜過大可能產生樁斷裂外,其他原因還有三種:

1.3.1樁堆放、起吊、運輸的支點或吊點位置不當;

1.3.2沉樁過程中,樁身彎曲過大而斷裂。如樁制作質量造成的彎曲,或樁細長又遇到較硬土層時,錘擊產生的彎曲等;

1.3.3錘擊次數過多。如有的設計要求的樁錘擊過重,設計貫入度過小,以致于施工時,錘擊過度而導致樁斷裂。

1.4樁接頭斷離的常見原因:

設計樁較長時,因施工工藝的需要,樁分段預制,分段沉人,各段之間常用鋼制焊接連接件做樁接頭。這種樁接頭的斷離現象也較常見。其原因,除了1.2節中1.2.1—1.2.5外,還有上、下節樁中心線不重合;樁接頭施工質量差,如焊縫尺寸不足等原因。

1.5樁位偏差過大的常見原因:

測量放線差錯;沉樁工藝不良,如樁身傾斜造成竣工樁位出現較大的偏差。

2、 常用處理方法

打樁過程中,發現質量問題,施工單位切忌自行處理,必須報監理、業主,然后會同設計、勘察等相關部門分析、研究,作出正確處理方案。由設計部門出具修改設計通知。一般處理方法有:補沉法、補樁法、送補結合法、糾偏法、擴大承臺法、復合地基法等,下面分別簡要介紹:

2.1補沉法 預制樁人土深度不足時,或打入樁因土體隆起將樁上抬時,均可采用此法。 

2.2補樁法 可采用下述兩種的任一種:

2.1.1樁基承臺前補樁。當樁距較小時,可采用先鉆孔,后植樁,再沉樁的方法。

2.1.2樁基承臺或地下室完成再補靜壓樁。此法的優點是可以利用承臺或地下室結構承受靜壓樁的施工反力,設施簡單,操作方便,不延長工期。

 2.3補送結合法 當打入樁采用分節連接,逐根沉人時,差的接樁可能發生連接節點脫開的情況,此時可采用送補結合法。首先是對有疑點的樁復打,使其下沉,把松開的接頭再頂緊,使之具有一定的豎向承載力;其次,適當補些全長完整的樁,一方面補足整個基礎豎向承載力的不足,另一方面補打的整樁可承受地震荷載。 

2.4糾偏法 樁身傾斜,但未斷裂,且樁長較短,或因基坑開挖造成樁身傾斜,而未斷裂,可采用局部開挖后用千斤頂糾偏復位法處理。

2.5擴大承臺法

由于以下三種原因,原有的樁基承臺平面尺寸滿足不了構造要求或基礎承載力的要求,而需要擴大樁基承臺的面積。

2.5.1樁位偏差大。原設計的承臺平面尺寸滿足不了規范規定的構造要求,可用擴大承臺法處理。

2.5.2考慮樁土共同作用。當單樁承載力達不到設計要求,需要擴大承臺并考慮樁與天然地基共同分擔上部結構荷載。

2.5.3樁基質量不均勻,防止獨立承臺出現不均勻沉降,或為提高抗震能力,可采用把獨立的樁基承臺連成整塊,提高基礎整體性,或設抗震地梁

2.6復合地基法

此法是利用樁土共同作用的原理,對地基作適當處理,提高地基承載力,更有效的分擔樁基的荷載。常用方法有以下幾種:

2.6.1承臺下做換土地基。在樁基承臺施工前,挖除一定深度的土,換成砂石填層分層夯填,然后再在人工地基和樁基上施工承臺。

2.6.2樁間增設水泥土樁。當樁承載力達不到設計要求時,可采用在樁間土中干噴水泥形成水泥土樁的方法,形成復合地基基礎。

 2.7修改樁型或沉樁參數:

2.7.1改變樁型。如預制方樁改為預應力管樁等。

2.7.2改變樁人土深度。例如預制樁過程中遇到較厚的密實粉砂或粉土層,出現樁下沉困難,甚至發生斷樁事故,此時可采用縮短樁長,增加樁數量,取密實的粉砂層作為持力層 。

2.7.3改變樁位。如沉樁中遇到堅硬的、不大的地下障礙物,使樁產生傾斜,甚至斷裂時,可采用改變樁位重新沉樁。

2.7.4改變沉樁設備。當樁沉人深度達不到設計要求時,可采用大噸位樁架,采用重錘低擊法沉樁。

 2.8其他方法

2.8.1底板架空。底層地面改為架空樓板,以減填土自重,降低承臺的荷載。

2.8.2上部結構卸荷。有些重大樁基事故處理困難,耗資巨大,耗時過多,只有采取削減上部建筑層數的方法,減小樁基荷載。也有采用輕質高強的隔墻或其他材料代替原設計的厚重結構而減輕上部建筑的自重。 

2.8.3結構驗算。但出現樁身混凝土強度不足、單樁承載力偏低等事故,可通過結構驗算等方法尋找處理方案。如驗算結果仍符合規范的要求時,可與設計單位協商,不作專門處理。但此方法屬挖設計潛力,必須征得設計部門的同意,萬不得巳時用之,且應慎之又慎。

2.8.4綜合處理法。選用前述各種方法的幾種綜合應用,往往可取得比較理想的效果。

2.8.5采用外圍補樁,增加周邊嵌固,防止或減少樁位側移等。

總之,樁基施工質量關系到整個建筑物的工程質量,在樁基施工過程中,當遇到各種意外情況時,應及時通過業主、監理與設計部門聯系,按設計部門的設計修改通知或會議紀要進行施工。

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