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2019年巖土工程師專業(yè)知識(shí)講義:柱錘沖擴(kuò)法

更新時(shí)間:2019-04-01 15:14:37 來源:環(huán)球網(wǎng)校 瀏覽77收藏30

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摘要 環(huán)球網(wǎng)校提醒:2019年巖土工程師考試已進(jìn)入復(fù)習(xí)階段。根據(jù)學(xué)員對(duì)專業(yè)知識(shí)難點(diǎn)的反饋,同時(shí)為進(jìn)一步加深大家對(duì)專業(yè)知識(shí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的了解,環(huán)球網(wǎng)校老師為大家整理了“2019年巖土工程師專業(yè)知識(shí)講義”,希望對(duì)大家有所幫助。

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1.1 基本概念

柱錘沖擴(kuò)法是采用直徑300~500 mm、長(zhǎng)度2~6 m、質(zhì)量1~8 t的柱狀錘(簡(jiǎn)稱柱錘),通過自行桿式起重機(jī)或其他專用設(shè)備,將柱錘提升至距地面一定高度后下落,在地基土中沖擊成孔,并重復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)深度,在孔內(nèi)分層填料、分層夯實(shí)形成樁體,同時(shí)對(duì)樁間土進(jìn)行擠密,形成復(fù)合地基。在樁頂部也設(shè)置200~300mm厚砂石墊層。

1.2 適用范圍

柱錘沖擴(kuò)法適用于處理雜填土、粉土、黏性土、素填土和黃土等地基,對(duì)地下水位以下飽和松軟土層,應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。限于設(shè)備條件,處理深度不宜大于6m,否則不經(jīng)濟(jì)。復(fù)合地基承載力特征值不宜超過160kPa。

【例題1】對(duì)不良地基采用下列( )地基處理后,復(fù)合地基承載力特征值不宜大于160kpa。

A、CFG樁法; B、夯實(shí)水泥土樁法; C、換填墊層法; D、柱錘沖擴(kuò)樁法; 答案:D

1.3 加固機(jī)理

1 對(duì)軟弱土加固機(jī)理

柱錘沖擴(kuò)法的加固機(jī)理主要有:

(1)成孔及成樁過程中對(duì)原土的動(dòng)力擠密作用;

(2)對(duì)原土的動(dòng)力固結(jié)作用;

(3)沖擴(kuò)樁充填置換作用(包括樁身及擠入樁間土的骨料);

(4)生石灰的水化和膠凝作用(化學(xué)置換)。

【例題2】柱錘沖擴(kuò)法對(duì)軟弱土的加固機(jī)理主要有( )。

A、動(dòng)力擠密作用; B、動(dòng)力固結(jié)作用; C、物理置換作用; D、化學(xué)置換作用;

E、動(dòng)力壓密作用; F、離子交換作用; G、減載作用: 答案:A、B、C、D

上述作用依不同土類而有明顯區(qū)別。對(duì)地下水位以上雜填土、素填土、粉土及可塑狀態(tài) 黏性土、黃土等,在沖孔過程中成孔質(zhì)量較好,無坍孔及縮頸現(xiàn)象,孔內(nèi)無積水,成樁過程中地面不隆起甚至下沉,經(jīng)檢測(cè)孔底及樁間土在成孔及成樁過程中得到擠密,試驗(yàn)表明擠密 土影響范圍為2~3倍樁徑。而對(duì)地下水位以下飽和松軟土層沖孔時(shí)坍孔嚴(yán)重,有時(shí)甚至無法成孔,在成樁過程中地面隆起嚴(yán)重,經(jīng)檢測(cè)樁底及樁間土擠密效果不明顯,樁身質(zhì)量也較難保證,因此對(duì)上述土層應(yīng)慎用。

柱錘沖擴(kuò)法目前還處于半理論半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài),成孔和成樁工藝及地基固結(jié)效果直接受到土 質(zhì)條件的影響。因此在正式施工前進(jìn)行成樁試驗(yàn)及試驗(yàn)性施工十分必要。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得 的資料修改設(shè)計(jì),制定施工及檢驗(yàn)要求。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的主要內(nèi)容有:(1)成孔及成樁試驗(yàn);(2)試驗(yàn)性施工;(3)復(fù)合地基承載力對(duì)比試驗(yàn)(載荷試驗(yàn)及動(dòng)力觸探試驗(yàn))。

2 柱錘沖擴(kuò)法復(fù)合地基工作機(jī)理

柱錘沖擴(kuò)法主要采用以拆房土為主組成的碎磚三合土,形成的樁體為散體材料樁,屬于 可壓縮的柔性樁。因此,可以認(rèn)為樁土之間變形是協(xié)調(diào)的,樁土復(fù)合土層類似人工墊層。

1.4 設(shè)計(jì)

柱錘沖擴(kuò)法復(fù)合地基設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有樁身材料、樁徑、樁長(zhǎng)、置換率、樁距和布樁范 圍,并根據(jù)復(fù)合地基承載力和下臥層承載力要求以及變形控制的要求綜合確定。對(duì)大型、重要或場(chǎng)地復(fù)雜的工程,在正式施工前,應(yīng)在有代表性的場(chǎng)地上進(jìn)行試驗(yàn)。

1 材料

樁體材料可采用碎磚三合土、級(jí)配砂石、礦渣、灰土、水泥混合土等。當(dāng)采用碎磚三合土?xí)r,其配合比(體積比)采用生石灰:碎磚:黏性土為1:2:4。當(dāng)采用其他材料時(shí),應(yīng)經(jīng)試 驗(yàn)確定其適用性和配合比。

【例題3】柱錘沖擴(kuò)法成樁所使用的材料一般為碎磚三合土,它是由( )按一定的體積配合比組成。

A、 碎磚、粘土、水泥; B、碎磚、砂、水泥; C、碎磚、水泥、熟石灰;

D、碎磚、粘性土、生石灰; E、碎磚、粘性土、熟石灰; 答案:D

2 樁徑、樁距及布樁要求

處理范圍應(yīng)大于基底面積。對(duì)一般地基,在基礎(chǔ)外緣應(yīng)擴(kuò)大1~2排樁,并不應(yīng)小于基底下處理土層厚度的1/2。對(duì)可液化地基,處理范圍可按上述要求適當(dāng)加寬。

地基處理的寬度超過基礎(chǔ)底面邊緣一定范圍,主要作用在于增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性,防止基 底下被處理土層在附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生側(cè)向變形,因此原天然土層越軟,加寬的范圍應(yīng)越 大。通常按壓力擴(kuò)散角θ=30°來確定加固范圍的寬度,并不少于1~2排樁。

樁位布置可采用正方形、矩形、三角形布置。常用樁距為1.5~2.5m,或取樁徑的2~3倍。樁徑可取500~800mm,樁孔內(nèi)填料量應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3 地基處理深度

可根據(jù)工程地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)要求確定。對(duì)相對(duì)硬層埋藏較淺的土層,應(yīng)深達(dá)相對(duì)硬土 層;當(dāng)相對(duì)硬層埋藏較深時(shí),應(yīng)按下臥層地基承載力及建筑物地基的變形允許值確定;對(duì)可 液化地基,應(yīng)按現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定確定。

4 承載力

柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定,初步設(shè)計(jì)時(shí),也 可按公式(7.1-1)估算。

fspk=[1+m(n-1)] fsk 7.1-1

式中:fspk為柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基承載力特征值(kPa);m為面積置換率,可取0.2~0.5;n為樁土應(yīng)力比,無實(shí)測(cè)資料時(shí)可取2~4,樁間土承載力低時(shí)取大值。fsk為加固后樁間土承載力特征值(kPa),取處理前天然地基的承載力特征值或按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值。

5 變形計(jì)算

處理后變形計(jì)算應(yīng)按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合土層的壓縮模量可按公式(7.1-2)估算:

ESP=[1+m(n-1)] ES 7.1-2

式中:Esp為復(fù)合土層的壓縮模量(MPa);ES為樁間土的壓縮模量(MPa),宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值。此外,當(dāng)柱錘沖擴(kuò)樁處理深度以下存在軟弱下臥層時(shí),應(yīng)進(jìn)行下臥層地基承載力驗(yàn)算。

1.5 施工

1.5.1 成樁設(shè)備與工藝

1 成樁設(shè)備

柱錘沖擴(kuò)法宜用直徑300~500 mm、長(zhǎng)度2~6 m、質(zhì)量1~8 t的柱狀錘(即柱錘)進(jìn)行施工。升降柱錘的設(shè)備可選用10~30 t自行桿式起重機(jī)、步履式夯擴(kuò)樁機(jī)或其他專用機(jī)具設(shè)備,采用自動(dòng)脫鉤裝置。起重能力應(yīng)通過計(jì)算確定,考慮錘的質(zhì)量及成孔提升柱錘時(shí)土層對(duì)柱錘的吸附力;或通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,但一般不應(yīng)小于錘質(zhì)量的3~5倍。

2 成樁工藝

柱錘沖擴(kuò)法施工可按下列步驟進(jìn)行。

(1)清理平整施工場(chǎng)地,布置樁位。

(2)施工機(jī)具就位,使柱錘對(duì)準(zhǔn)樁位。

(3)柱錘沖孔。根據(jù)土質(zhì)及地下水情況可分別采用下述三種成孔方式:①?zèng)_擊成孔。將 柱錘提升一定高度,自動(dòng)脫鉤下落沖擊土層,如此反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)成孔深度時(shí),可在孔內(nèi)填少量粗骨料繼續(xù)沖擊,直到孔底被夯密實(shí)。②填料沖擊成孔。成孔時(shí)出現(xiàn)縮頸或坍孔時(shí),可分次填入碎磚和生石灰塊,邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底,當(dāng)孔底接近設(shè)計(jì)成孔深度時(shí),夯入部分碎磚形成擴(kuò)大端。③復(fù)打成孔。當(dāng)坍孔嚴(yán)重難以成孔時(shí),可提錘反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)孔 深,然后分次填入碎磚和生石灰塊,待孔內(nèi)生石灰吸水膨脹、樁間土性質(zhì)有所改善后,再進(jìn) 行二次沖擊復(fù)打成孔。當(dāng)采用上述方法仍難以成孔時(shí),也可以采用套管成孔,即用柱錘邊沖孔邊將套管壓入土中,直至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

【例題4】在利用柱錘沖孔時(shí),所謂復(fù)打成孔是指( )。

A、 在坍塌孔段投入碎磚及生石灰塊,立即沖孔至設(shè)計(jì)深度;

B、 在坍塌孔段投入碎磚及生石灰塊,待坍孔段樁間土性質(zhì)有所改善后再?zèng)_孔至設(shè)計(jì)深度;

C、當(dāng)坍孔嚴(yán)重難以成孔時(shí),可提錘反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)孔深,然后分次填入碎磚和生石灰塊,待孔內(nèi)生石灰吸水膨脹、樁間土性質(zhì)有所改善后,再進(jìn)行二次沖擊復(fù)打成孔。

D、當(dāng)正常沖擊成孔時(shí),可提錘反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)孔深,然后分次填入碎磚和生石灰塊,再進(jìn)行二次沖擊復(fù)打成孔。

答案:C

(4)成樁。用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌和好的填料分層填入樁孔夯實(shí)。當(dāng)采用套管成孔 時(shí),邊分層填料夯實(shí),邊將套管拔出。錘的質(zhì)量、錘長(zhǎng)、落距、分層填料量、分層夯實(shí)厚度、夯擊次數(shù)、總填料量等應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)或按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5m,其上部樁孔宜用原槽土夯封。施工中應(yīng)做好記錄,并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行處理。

(5)施工機(jī)具移位,重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁施工。

起重機(jī)具可用起重機(jī)、步履式夯擴(kuò)樁機(jī)或其他專用機(jī)具設(shè)備。此外,成孔和填料夯實(shí)的施工順序,宜間隔進(jìn)行?;坶_挖后,應(yīng)進(jìn)行晾槽拍底或碾壓,隨后鋪設(shè)墊層并壓實(shí)。

1.6 質(zhì)量檢驗(yàn)

1.6.1 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

1 施工過程質(zhì)量

施工過程中應(yīng)隨時(shí)檢查施工記錄及現(xiàn)場(chǎng)施工情況,并對(duì)照預(yù)定的施工工藝標(biāo)準(zhǔn),對(duì)每根 樁進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。對(duì)質(zhì)量有懷疑的工程樁,應(yīng)用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行自檢。

2 樁身及樁間土質(zhì)量檢驗(yàn)

沖擴(kuò)樁施工結(jié)束后7~14 d內(nèi),可采用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行對(duì)樁身及樁間土進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),并對(duì)處理后樁身質(zhì)量及復(fù)合地基承載力作用評(píng)價(jià)。檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)可按沖擴(kuò)樁總數(shù)的2%計(jì)。每一單體工程樁身及樁間土總檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)均不應(yīng)少于6點(diǎn)。

基槽開挖后,應(yīng)檢查樁位、樁徑、樁數(shù)、樁頂密實(shí)度及槽底土質(zhì)情況。如發(fā)現(xiàn)漏樁、樁位偏差過大、樁頭及槽底土質(zhì)松軟等質(zhì)量問題,應(yīng)采取補(bǔ)救措施。

【例題5】在進(jìn)行柱錘沖擴(kuò)樁施工質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí),對(duì)于樁身及樁間土的檢驗(yàn),可采用( )。

A、輕型動(dòng)力觸探; B、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn); C、中型動(dòng)力觸探; D、重型動(dòng)力觸探;

答案:D

1.6.2 竣工驗(yàn)收

柱錘沖擴(kuò)樁竣工驗(yàn)收時(shí),承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn),載荷試驗(yàn)應(yīng)在成樁14d后進(jìn)行;檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的0.5%,且每一單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)。

由于樁錘沖擴(kuò)法主要采用以拆房土為主組成的碎磚三合土,形成的樁體為散體材料樁,樁身密度及單樁承載力因受樁間土影響而較為離散,因此,不宜進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn),而應(yīng)進(jìn)行單樁復(fù)合地基或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

【例題6】對(duì)柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基,用載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)其承載力時(shí)應(yīng)在施工結(jié)束后( )天進(jìn)行。

A、7; B、14; C、21; D、28; 答案:B

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