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1、1 1(建筑施工技术）第2章桩基础工程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2 2【教学目标】熟悉预制桩的制作、起吊、运输和堆放等施工要求；掌握预制管桩的施工工艺；了解灌注桩的种类、特点和适用范围；掌握钻孔灌注桩的施工工艺；掌握沉管灌注桩的施工工艺；掌握人工挖孔灌注桩的施工工艺。桩基础是一种在建筑工程中被广泛采用的基础形式，它是一种深基础。桩基础的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，它可以解决浅基础承载力不足和变形较大的地
2、基问题。桩基础具有承载力高、沉降量小而均匀、沉降速率缓慢等特点，它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用，已广泛用于房屋地基、桥梁、水利等工程中。3 3工程中的桩基础通常由数根桩组成，桩顶设置承台，把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给桩。1按承载性质不同分类(1)端承桩。端承桩(见图2-1)是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，上部结构荷载主要由岩层阻力承受，桩侧较软弱的土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。2.1 桩基础的分类桩基础的分类4 4图2-1 端承桩5 5(2)摩擦桩。摩擦桩(见图2-
3、2)完全设置在软弱土层中，将软弱土层挤密实，提高了土的密实度和承载能力，上部结构的荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受。施工时以控制桩尖设计标高为主，贯入度可作参考。6 6 图2-2 摩擦桩7 72按桩身的材料不同分类(1)混凝土桩。混凝土桩可以预制也可以现浇，根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。(2)钢桩。钢桩可采用管型、H型或其他异型钢材，常用的有直径2501200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩，分段长度为1215m，接头采用焊接，其焊接接头应采用等强度连接。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩和接桩都较方便，但消耗钢材多、造价高，我国目前只在少数重点工程中使用钢桩。8
4、83按制作工艺分(1)钢筋混凝土预制桩。钢筋混凝土预制桩是在工厂或施工现场预制的桩，常用的有预应力混凝土空心桩。(2)钢筋混凝土灌注桩。钢筋混凝土灌注桩又叫现浇桩，它是直接在设计桩位的地基上成孔，再在孔内放置钢筋笼，最后在孔内灌注混凝土而成的桩。9 9钢筋混凝土预制桩包括混凝土实心桩(见图2-3)及预应力混凝土空心桩(见图2-4)。2.2 钢筋混凝土预制桩施工钢筋混凝土预制桩施工10 10 图2-3 混凝土实心桩11 11 图2-4 预应力混凝土管桩12 12预应力混凝土空心桩按截面形式可分为管桩和空心方桩；按混凝土强度等级可分为预应力高强混凝土管桩(PHC桩)和空心方桩(PHS桩)、预应力混
5、凝土管桩(PC桩)和空心方桩(PS桩)等。预应力混凝土管桩采用离心法成型，混凝土中多余的水分由于离心力而被甩出，故混凝土致密、强度高，抵抗地下水和其他腐蚀的性能好。管桩径有300 mm、400 mm、500 mm等，每节长度8 m、10 m、12 m不等。管桩各节段之间的连接可以用焊接、法兰螺栓连接及机械快速连接，接桩时，每根桩的接头数量不宜超过4个。13 13图2-5 预应力混凝土管桩的堆放14 14预应力混凝土管桩的堆放场地应平整、坚实，最下层与地面接触的垫木应有足够的宽度和高度，堆放时，桩应稳固，不得滚动，如图2-5所示。当场地条件许可时，宜单层堆放；若场地条件不许可时，则可叠层堆放，外
6、径为500600 mm的桩不宜超过4层，外径为300400 mm的桩不宜超过5层。叠层堆放桩时，应在垂直于桩长度方向的地面上设置两道垫木，垫木应分别位于距桩端1/5桩长处，底层最外缘的桩应在垫木处用木楔塞紧。15 152.2.1 桩的接长当桩的长度较大时，由于桩架高度以及制作运输等条件限制，往往需要分段制作和运输，沉桩时，分段之间就需要接头。预应力混凝土管桩的连接可采用焊接、法兰连接或机械快速连接(螺纹式、啮合式)。16 161焊接当预应力管桩采用焊接连接时(见图2-6)，钢板宜采用低碳钢，焊条采用E43，下节桩段的桩头宜高出地面0.5 m，并设有导向箍。17 17图2-6 管桩焊接18 18
7、焊接前，上下端板表面应采用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽。焊接时，上下节桩段应保持顺直，宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，焊接层数不得少于两层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层的施焊，焊缝应连续、饱满。焊好后的桩接头自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8分钟，严禁采用水冷却或焊好后立即施打。19 192法兰连接当预应力管桩采用法兰连接时，钢板和螺栓宜采用低碳钢。在预制桩时，先在桩的端部设置法兰，需要接桩时，再用螺拴把它们连在一起。这种施工方法简便、速度快，但法兰盘的制作工艺复杂，且用钢量大。20203机械快速连接预应力混凝土管桩的机械快
8、速连接方式是先将加工好的机械连接接头预先浇筑在混凝土管桩两头，然后在施工现场连接的一种新型管桩连接工艺，它有螺纹式和啮合式两种。接桩时，其下节桩端宜高出地面0.8 m。21 21图2-7 螺纹连接示意图2222图2-8 机械啮合接头23231)螺纹连接接桩时，先卸下上下节桩两端的保护装置，清理其接头残物，涂上润滑油，然后采用专用接头锥度对中，对准上下节桩并进行旋紧连接。可采用专用链条式扳手进行旋紧，锁紧后两端板应有12 mm的间隙，如图2-7所示。24242)啮合连接接桩时，先将上下接头板清理干净，用扳手将已涂抹沥青涂料的连接销逐根旋入上节桩型端头板的螺栓孔内，用钢模板调整好连接销的方位，再剔
9、除下节桩型端头板连接槽内泡沫塑料保护块，在连接槽内注入沥青涂料，并在端头板面周边抹上宽度20 mm、厚度3 mm的沥青涂料(当地基土、地下水含中等以上腐蚀介质时，端头板板面应满涂沥青涂料)如图2-8所示。最后将上接桩吊起，使连接销与型端头板上各连接口对准，随即将连接销插入连接槽内，加压使上下节桩的桩头板接触，完成接桩。2525 图2-9 啮合式接桩施工图(a)上节桩的下端粘沥青胶2626 图2-9 啮合式接桩施工图(b)下节桩的上端放沥青胶2727 图2-9 啮合式接桩施工图(c)上、下节桩对接2828 图2-9 啮合式接桩施工图(d)对接完成29292.2.2 桩的施工方法预制桩的沉桩方法有
10、锤击法、振动法、射水法和静力压桩法等。锤击法利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩沉到预定持力层，如图2-10所示，它是一种较常用的沉桩方法。3030图2-10 锤击法31 31振动沉桩利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移，这样桩表面与土层间的摩擦力就会减少，桩在自重和振动力共同作用下沉入土中。振动沉桩设备简单，不需要其他辅助设备，并且具有重量轻、体积小、搬运方便、费用低、工效高等优点，不仅适用于在黏土、松散砂土、黄土和软土中沉桩，更适合于打钢板桩，同时借助起重设备可以拔桩。3232射水沉桩也叫水冲沉桩，大多数情况下它与锤击或振动相辅
11、使用，视土质情况可采取以下不同方式先用射水管冲桩孔，然后将桩身随之插入(锤可置于桩顶，以增加下沉的重量)；一面射水，一面锤击(或振动)；射水锤击交替进行或以锤击或振动为主，射水为辅等。一般多采取射水与锤击联合使用的方式以加速下沉，亦可先用射水管冲孔至离桩设计深度约1 m左右，再将桩吊入孔内，用锤击打入到设计深度。3333射水法沉桩宜适用于砂土和碎石土。静力压桩法借助于专用桩架自重、配重或结构自重，通过压梁或压柱将整个桩架自重、配重或结构反力，并以卷扬机滑轮组或电动油泵液压方式架在桩顶或桩身上，当架给桩的静压力与桩的阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐沉入地基土中，如图2-11所示。这
12、种方法施工时无噪音、无振动、无污染，对周围环境的干扰小，不仅适用于软土地区、城市中心或建筑物密集处的桩基础工程，也适用于精密工厂的扩建工程。3434图2-11 静力压桩法35352.2.3 锤击桩施工工艺1打桩设备打桩设备主要由桩锤、桩架和动力装置三部分组成。桩锤对桩施加冲击力，将桩打入土中，主要有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤和液压锤等。桩架可用来支持桩身和桩锤，它能将桩吊到打桩位置，在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿着所要求的方向冲击。桩架的选用应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素，常用的桩架形式有滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架等。动力装置主要有卷扬机、空气压缩机等，它是给桩
13、锤提供动力的设施。36362打桩顺序打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩会被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩，而后打入的桩会由于难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，导致截桩过大。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物被破坏，打桩前应根据桩的密集程度、规格、长短、埋深以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打；根据基础的设计标高，宜先深后浅；根据桩的规格，宜先大后小，先长后短。37373打桩方法打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，先吊桩并送至导杆内
14、，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。在桩锤与桩帽、桩帽与桩之间应加设硬木、麻袋、草垫等弹性衬垫，桩帽或送桩帽与桩顶周围应有510 mm的间隙，以防损伤桩顶。打桩开始时，应先采用小的落距(0.50.8 m)作轻的锤击，使桩正常沉入土中约12 m后，经检查桩尖不发生偏移后再逐渐增大落距至规定高度，继续锤击，直至把桩打到设计要求的深度。锤击时宜采用“重锤低击”的方式，最大落距不宜大于1 m。3838在打桩过程中，遇到有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理。3
15、9394截桩在打完预制桩开挖基坑时，要按设计要求的桩顶标高，将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，需在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。40402.2.4 静力压桩施工工艺1压桩设备压桩机用液压静力压桩机，它有顶压式和抱压式两种，宜根据单节桩的长度选择。压桩机的主要部件有桩架底盘、压梁、桩帽、卷扬机、滑轮组、配置和动力设备等。2压桩顺序压桩顺序宜根据场地工程地质条件确定，并应符合下列规定：41 41(1)对于场地
16、地层中局部含砂、碎石、卵石的情况，宜先对该区域进行压桩。(2)当持力层埋深或桩的入土深度差别较大时，宜先施压长桩后施压短桩。42423压桩方法静压预制桩的施工一般采用分段压入、逐段接长的方法。其施工流程为：测量定位压桩机就位吊装喂桩桩身对中调直压桩接桩再压桩(送桩)终止压桩切割桩头。压桩时，先将桩起吊，对准桩位，将桩顶置于梁下，然后开动卷扬机牵引钢丝绳，逐渐将钢丝绳收紧，使活动压梁向下，将整个桩机的自重和配重荷载通过压梁压在桩项，如图2-12所示。4343压桩是通过主机的压桩油缸的伸程力将桩压入土中，压桩油缸的最大行程因压桩机型号的不同而有所不同，一般为1.52.0 m，每一次下压，桩的入土深
17、度约为1.52.0 m，然后再按照松夹具上升再夹紧再压的顺序反复进行，方可将一节桩压下去。当一节桩被压到其桩顶离地面0.81.0 m时，可进行接桩，如图2-13所示。4444 图2-12 静力压桩4545 图2-13 接桩4646当施压最后一节桩的桩顶面达到施工地面以上1.5m左右时，应再吊一节桩放在被压桩的顶面，不要将接头连接起来，一直下压直到桩顶面压至符合终压控制条件为止，然后将其上面的一节桩拔出来即可。4747终压条件有下面几条：(1)压桩至设计标高，压力值达到或大于桩承载力设计值时，可终压。(2)压桩至设计标高，压力值未达到桩承载力设计值时，应立即将情况报设计单位，由设计单位决定是否继
18、续压桩。(3)压力值达到桩承载力设计值的2倍，桩未压至设计标高时，应根据该桩位地勘资料与设计单位协商决定是否继续施压。48482.2.5 预制桩施工质量控制预制桩质量评定包括两个方面：一是能否满足设计规定的贯入度或标高的要求；二是沉桩后的偏差是否在施工规范允许的范围内。1贯入度或标高必须符合设计要求当桩端达到坚硬、硬塑的黏性土、碎石土，中密以上的粉土和砂土或风化岩等土层时，应以贯入度控制为主，将桩端进入持力层深度或桩尖标高作为参考；当贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值。4949桩端位于其他软土层时，应以桩端设计标高控制为主，将贯入度作为参
19、考。沉桩时如桩端达到设计标高而贯入度指标与要求相差较大，或者贯入度指标已满足，而标高与设计要求相差较大，这两种情况说明地基的实际情况与设计原来的估计或判断有较大的出入，属于异常情况，都应会同设计单位研究处理，以调整其标高或贯入度达到控制的要求。50502平面位置或垂直度必须符合施工规范要求桩沉入后，桩位的允许偏差应在施工质量验收规范的允许范围内。预制桩桩位的允许偏差必须使桩在提升就位时对准桩位，桩身要垂直；在施工时，必须使桩身、桩帽和桩锤(或压梁)三者的中心线在同一垂直轴线上，以保证桩的垂直入土；51 51短桩接长时，上下节桩的端面要平整，中心要对齐，如发现断面有间隙，应用铁片垫平焊牢；沉桩完
20、毕，基坑挖土时，应制订合理的挖土方案，以防挖土而引起桩的位移或倾斜。5252钢筋混凝土灌注桩直接在施工现场桩位上成孔，然后在孔内安放钢筋笼，最后浇筑混凝土而成。与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制、不需要接桩和截桩、节约钢材、振动小、噪声小等特点。2.3 钢筋混凝土灌注桩施工钢筋混凝土灌注桩施工53532.3.1 灌注桩的分类灌注桩按成孔的方法不同，可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。其中，钻孔灌注桩按施工条件不同，分为泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩；按成孔机械不同，分为潜水钻成孔灌注桩、冲击钻成孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌桩等。泥浆护壁成孔灌注桩适用于地下水
21、位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层，旋挖成孔灌注桩适用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层。长螺旋钻孔压灌桩适用于黏性土、粉土、砂土、填土、非密实的碎石类土、强风化岩。5454干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩适用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。在地下水位较高，有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、淤泥质土中不得采用人工挖孔灌注桩。沉管灌注桩适用于黏性土、粉土和砂土。55552.3.2 泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩利用泥浆护壁，钻孔时通过循环泥浆将钻头切削下的土渣排出孔外而成孔，而后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成。1工艺
22、流程泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程如下：测定桩位埋设护筒桩机就位、制备泥浆成孔清孔安放钢筋骨架浇筑水下混凝土。56562施工方法1)测定桩位平整清理好施工场地后，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，定出每根桩的位置并做好标志。施工前，桩位要检查复核，以防因外界因素影响而造成偏移。57572)埋设护筒护筒是泥浆护壁成孔灌注桩特有的一种装置，护筒的作用是：固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头方向。护筒可采用48 mm厚的钢板制成，内径比钻头直径大100 mm(当采用冲孔时，护筒内径应大于钻头直径200 mm)，上部开设12个溢浆孔。护
23、筒高度应能保持孔内泥浆面高出地下水位1.0 m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5 m以上，如图2-14所示。5858埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，再将护筒埋入土中，护筒顶面应高于地面0.5 m左右，其埋设深度在黏土中不宜小于1.0 m，在砂土中不宜小于1.5 m。受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩影响，护筒应加高加深，必要时应打入不透水层，其埋设如图2-15所示。护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心线的偏差不得大于50 mm，对位后应在护筒外侧填入黏土并分层夯实。5959 图2-14 护筒内泥浆面6060 图2-15 护筒埋设61 613)泥浆制备泥浆是此种方法不可缺少
24、的材料，泥浆有护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等作用，其中以护壁为主。除能自行造浆的黏性土层外，其他土层均应制备泥浆。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。泥浆制备方法应根据土质条件确定。在黏土和粉质黏土中成孔时，可注入清水，以原土造浆；在其他土层中成孔，泥浆可选用高塑性的黏土或膨润土制备。62624)成孔泥浆护壁成孔灌注桩的成孔方式有潜水钻成孔、冲击钻成孔、旋挖成孔等。(1)潜水钻成孔。潜水钻机是一种旋转式钻孔机，如图2-16所示，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔，注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外，如图
25、2-17所示。6363图2-16 潜水钻机6464图2-17 循环排渣方法6565正循环排渣法：在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，先利用泥浆泵压送高压泥浆，再经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，最后从护筒的溢流孔排出。反循环排渣法：砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。在钻孔达到设计深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指标应符合要求：对于端承桩，不应大于50 mm；对于摩擦桩，不应大于100 mm。6666对孔深较大的端承桩和粗粒土层中的摩擦桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔，也可根据土层情况采用正循环钻进，
26、反循环清孔。6767(2)冲击钻成孔。冲击钻成孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头(又称冲锤)提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种，前者所钻孔径较小、效率低、应用较少，后者钻孔直径大，有800 mm、1000 mm、1200 mm几种，图2-18为泵吸双循环冲击钻机。冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头(见图2-19)。6868冲击钻机就位后，校正冲锤中心使之对准护筒中心，在冲程0.40.8 m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉34 m以后，此时冲程可以提高到1.52.0 m，再转入正常冲击，随时测定并控制泥
27、浆相对密度。6969 图2-18 泵吸双循环冲击钻机7070 图2-19 十字型冲击钻头71 71图2-20 旋挖钻机7272冲击钻成孔时，应低锤密击，当表土为淤泥、细砂等软弱土层时，可加黏土块夹小片石反复冲击造壁，孔内泥浆面应保持稳定。进入基岩后，应采用大冲程、低频率冲击，当发现成孔偏移时，应回填片石至偏孔上方300500 mm处，然后重新冲孔。(3)旋挖成孔。旋挖成孔利用旋挖钻机(见图2-20)直接把土从孔中挖出，其工作原理是先利用发动机驱动、液压加压，使钻头切削土体，土被旋入提筒中后，再提出孔外，直接装入自卸汽车运出施工现场。7373此方法自动化程度和钻进效率高，钻头可快速穿过各种复杂地
28、层，在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。旋挖钻机与传统的潜水钻机相比，由于旋挖钻机的圆柱形钻头在提出泥浆液面时会使钻头下局部空间产生“真空”，同时由于钻头提升时，泥浆对护筒下部与孔眼相交部位孔壁的冲刷作用，很容易造成护筒底孔壁坍塌，因此对护筒周围回填土必须精心进行夯实。7474旋挖钻机成孔时应采用跳挖方式，钻斗倒出的土距离桩孔口的最小距离应大于6 m，并应及时清除。根据地层情况及地下水位埋深的不同，旋挖成孔也可以采用干作业成孔。75755)清孔当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔，目的是为了清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量，提高承载能力，确保桩基质量。清孔方法有空气
29、吸泥清孔、泥浆循环、抽渣筒排渣等。对于不易塌孔的桩孔，可采用空气吸泥清孔，管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。稳定性差的孔壁应采用泥浆循环或排渣筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.151.25。76766)安放钢筋骨架桩孔清孔符合要求后，必须马上安放钢筋骨架。吊放时，要防止扭转、弯曲和碰撞，要吊直扶稳，缓缓下落，避免碰撞孔壁。钢筋骨架下放到设计位置后，应立即固定。7)水下浇筑混凝土钢筋骨架固定以后，在4小时以内必须浇筑混凝土。7777图2-21 水下浇筑混凝土7878浇筑混凝土前，应安置导管或气泵管二次清孔，并进行孔位、孔径、
30、垂直度、孔深沉渣厚度等检验。水下混凝土浇筑常用导管法，浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量应保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8 m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，使混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中，如图2-21所示。水下灌注混凝土，其坍落度宜为180220 mm，含砂率宜为40%50%，可选用中粗砂，粗骨料的最大粒径应小于40 mm，宜掺外加剂。7979导管可采用钢管，壁厚不宜小于3 mm，直径宜为200250mm，直径制作偏差不应超过2 mm。导管的分节长度可视工艺要求而定，底管长度不宜小于4m，接头宜采用双螺纹方扣快速接头。使用的隔水栓应有良好的隔水性能，并应保证混凝土
31、顺利排出。隔水栓宜采用球胆或与桩身混凝土强度等级相同的细石混凝土制作。开始浇灌混凝土时，导管底部距孔底的距离宜为300500 mm，导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0.8 m，埋入混凝土深度宜为26 m，严禁将导管提出混凝土灌注面。8080灌注水下混凝土时必须连续施工，并应控制提拔导管的速度，要有专人测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差，填写水下混凝土灌注记录。最后一次灌注时，超灌高度宜为0.81.0m，凿除泛浆后必须保证暴露的桩顶混凝土强度等级达到设计要求。每次灌注后应对导管内部进行清理。81 812.3.3 干作业钻孔灌注桩干作业成孔是在无地下水或地下水很小，基本上不影响工程施工时成
32、孔，主要适用于北方地区和地下水位低的土层。其成孔设备为螺旋钻孔机，螺旋钻头见图2-22，施工示意图见图2-23。8282图2-22 螺旋钻头8383 图2-23 螺旋钻机钻孔灌注桩施工示意图(a)钻孔 (b)安放钢筋笼 (c)浇筑混凝土84841工艺流程干作业钻孔灌注桩的工艺流程是：场地清理测量放线定桩位桩机就位钻孔取土成孔清除孔底沉渣成孔质量检查验收吊放钢筋笼浇筑孔内混凝土。2施工注意事项干作业钻孔一般采用螺旋钻机钻孔，还可采用机扩法扩底。为了确保成桩后的质量，施工中应注意以下几点：(1)开始钻孔时，应保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起孔径扩大，增多孔底虚土。(2)发现钻杆摇晃、移动
33、、偏斜或难以钻进时，应提钻检查，排除地下障碍物，避免桩孔偏斜和钻具损坏。8585(3)钻进过程中，应随时清理孔口黏土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况时，应停止钻孔，同有关单位研究处理。(4)钻头进入硬土层时，易造成钻孔偏斜，可提起钻头上下反复扫钻几次，以便削去硬土。若纠正无效，可在孔中局部回填黏土至偏孔处0.5 m以上，再重新钻进。(5)成孔达到设计深度后，应保护好孔口，按规定验收，并做好施工记录。(6)孔底虚土应尽可能清除干净，可采用夯锤夯击孔底虚土或进行压力注水泥浆处理。(7)灌注混凝土前，应在孔口安放护孔漏斗，然后放置钢筋笼，并应再次测量孔内虚土厚度。86862.3.4 长螺旋钻孔压灌
34、桩长螺旋钻孔压灌桩是在长螺旋干钻法基础上发展的压灌混凝土桩成桩技术，其工作原理是把混凝土从钻杆中心压入孔中，成孔、成桩一机一次完成。8787图2-24 长螺旋钻孔压灌桩机8888长螺旋钻孔压灌桩采用长螺旋钻机(见图2-24)钻孔，至设计深度后提钻，灌注混凝土，安放钢筋笼并振捣成桩。其特点如下：(1)适应性强。该桩型适用于黏性土、粉土、填土等各种土质，能在有缩径的软土、流沙层、沙卵石层、有地下水等复杂地质条件下成桩。(2)桩身质量好。由于混凝土是从钻杆中心压入孔中，因此混凝土具有密实、无断桩、无缩颈等特点，并对桩孔周围土有渗透、挤密作用。8989(3)单桩承载力高。由于是连续压灌超流态混凝土护壁
35、成孔，因此对桩孔周围的土有渗透、挤密作用，提高了桩周土的侧摩阻力，使桩基具有较强的承载力、抗拔力、抗水平力，变形小，稳定性好。(4)机械投入少。钻机直接吊入钢筋笼，节省了吊车台班，减少了大型机械的投入量。90901施工工艺流程长螺旋钻孔空转清孔提钻200 mm通过长螺旋钻杆中心向内压力灌注混凝土(边提钻边压入)下钢筋笼(连同振动棒一同下入)振捣成桩。91 912施工操作要点1)钻孔(1)施工前利用经纬仪和尺子根据桩位图放桩位，并作好记号。(2)压灌钻机就位，保持其平整、稳固，在机架或钻杆上设置标尺，以便控制和记录孔深。(3)下放钻杆，使钻头对准桩位点，调整钻杆垂直度，然后启动钻机钻孔，达到设计
36、深度后空转清土。(4)钻进过程中不宜反转或提升钻杆。(5)在地下水位以下的砂土层中钻进时，钻杆底部活门应有防止进水的措施。92922)灌注混凝土(1)桩身混凝土坍落度宜为180220 mm，粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30 mm，可掺加粉煤灰或外加剂。(2)混凝土输送泵型号应根据桩径选择，泵管布置宜减少弯道，泵与钻机的距离不宜超过60 m。当气温高于30时，宜在泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间应洒水降温一次。(3)钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿1020秒，再缓慢提升钻杆，边灌注边提升，提升速度应视土层情况而定，且应与混凝土泵送量相匹配。9393(4)混凝土的泵送压灌应连续进行
37、，压灌时，料斗内混凝土的高度不得低于400 mm。3)成桩(1)混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度，钢筋笼插设宜采用专用插筋器。(2)成桩后，应及时清除钻杆及泵管内残留混凝土。94942.3.5 沉管灌注桩沉管灌注桩又叫套管成孔灌注桩，它利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，形成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，形成所需要的灌注桩。依据使用桩锤和成桩工艺的不同，沉管灌注桩可分为锤击沉管灌注桩、振动(振动冲击)沉管灌注桩和内夯沉管灌注桩等。9595这
38、类灌注桩的施工工艺是：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉入土中造成桩孔，然后放入钢筋笼，随后浇筑混凝土，最后拔出钢管，形成所需的灌注桩。沉管灌注桩对周围环境会产生噪音、振动、挤压等影响。1锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构等组成。锤击沉管桩适用于一般黏性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基，不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。96961)工艺流程定位埋设混凝土预制桩尖桩机就位锤击沉管灌注混凝土边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)成桩。2)施工方法根据土质情况和荷载要求，锤击沉管灌注桩的施工方法有单打法、复打法和反插法。(1)单
39、打法。单打法又称一次拔管法，拔管时，每提升0.51.0 m，振动510 s，然后再拔管0.51.0 m，这样反复进行，直至管全部拔出。(2)复打法。复打法是指在同一桩孔内连续进行两次单打。9797施工时，在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大，然后进行第二次浇筑混凝土成桩。复打法有全复打、半复打和局部复打之分。如果缺陷在下半段，则在第一次混凝土浇筑到半桩长时，另加1 m，开始复打；如果缺陷在上半段，则在第一次浇筑混凝土到顶后，将桩管打入1/2桩长，再第二次灌注
40、混凝土。9898对于饱和淤泥或淤泥质软土宜采用全桩长复打法。(3)反插法。反插法是钢管每提升0.5 m，再下插0.3 m，这样反复进行，直至拔出。3)施工要点(1)桩管、混凝土预制桩尖或钢桩尖的加工质量和埋设位置应与设计相符，桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。(2)沉管至设计标高后，应立即检查和处理桩管内的进泥、进水和吞桩尖等情况，并立即灌注混凝土。9999(3)当桩身配置局部长度钢筋笼时，第一次灌注混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，再灌至桩顶标高。第一次拔管高度应以能容纳第二次灌入的混凝土量为限。(4)拔管速度应保持均匀，对一般土层，拔管速度宜为1 m/min，在软弱土层或软硬土层交界
41、处拔管速度宜控制在0.30.8 m/min。(5)成桩后的桩身混凝土顶面应高于桩顶设计标高500 mm以内。100100(6)全长复打时，桩管入土深度宜接近原桩长，局部复打应超过断桩或缩颈区1 m以上。第一次灌注混凝土应达到自然地面，采用复打法应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。(7)混凝土的坍落度宜为80100 mm。1011012振动(振动冲击)沉管灌注桩振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击进行沉管，其施工过程为：桩机就位沉管上料拔管。振动沉管灌注桩的施工方法也有单打法、复打法和反插法。单打法可用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖；复打法和反插法可用于饱和土层。振动沉管灌注
42、桩的施工要点有：(1)必须严格控制最后30秒的电流和电压值，其值应按设计要求或根据试桩和当地经验确定。102102(2)桩管内灌满混凝土后，应先振动510秒再开始拔管，边振边拔，每拔出0.51.0 m时停拔，振动510秒，如此反复，直到桩管全部拔出。(3)在一般土层内，拔管速度宜为1.21.5 m/min，用活瓣桩尖时宜慢，用预制桩尖时可适当加快。(4)当采用反插法施工时，桩管灌满混凝土后，先振动再拔管，每次拔管高度0.51.0 m，反插深度0.30.5 m。(5)在拔管过程中应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1.01.5 m以上，拔管速度应小于0.5 m/min
43、。(6)在距桩尖1.5 m范围内，宜多次反插以扩大桩端部断面。1031033内夯沉管灌注桩内夯沉管灌注桩是在锤击沉管灌注桩基础上发展起来的一种施工方法，它是在原桩机的桩管内增加一根封底的内夯管，在机械作用下，内外管同步打入土内至设计要求深度，接着拔出内夯管，在外管内注入一定高度的混凝土后，放入内夯管，再将外管拔起相应高度，然后锤击内夯管，使外管内的混凝土夯出管外，再将内外管同步沉到规定深度，使桩端形成扩大头后拔出内管，在外管内灌注桩身所需的混凝土，然后将内管压在外管内的桩身混凝土面上，最后拔起外管成桩，如图2-25所示。104104这种夯扩桩桩身直径一般为400600 mm，扩大头直径在500
44、900 mm，桩长不宜超过20 m，适用于中低压缩性黏土、粉土、砂土、碎石土、强风化岩等。施工时，内夯管应比外管短100mm，内夯管底端可采用闭口平底或闭口锥底，见图2-26。105105 图2-25 内夯沉管灌注桩施工106106 图2-26 内外管及管塞107107外管封底可采用干硬性混凝土、无水混凝土配料，经夯击形成阻水、阻泥管塞，其高度可为100 mm。当内、外管间不会发生间隙涌水、涌泥时，可不采用上述封底措施。桩身混凝土宜分段灌注，拔管时内夯管和桩锤应施压于外管中的混凝土顶面，边压边拔。1081082.3.6 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩的桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼
45、、浇筑混凝土而成桩。人工挖孔灌注桩单桩的承载能力高，受力性能好，既能承受垂直荷载，又能承受水平荷载，具有机具设备简单、施工操作方便、占用施工场地小、无噪音、无振动、不污染环境、对周围建筑物影响小、施工质量可靠、可全面展开施工、工期缩短、造价低等优点。人工挖孔桩的孔径(不含护壁)不得小于0.8 m，且不得大于2.5 m，孔深不宜大于30 m。1091091施工机具(1)电动葫芦或手动卷扬机，提土桶及三脚支架。(2)潜水泵：用于抽出孔中积水。(3)鼓风机和输风管：用于向桩孔中强制送入新鲜空气。(4)镐、锹、土筐等挖土工具，若遇坚硬土层或岩石还应配备风镐等。(5)照明灯、对讲机、电铃等。110110
46、2施工工艺人工挖孔灌注桩的工艺流程为：场地整平放线、定桩位挖第一节桩孔土方第一节护壁施工在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线设置垂直运输架、安装电动葫芦(或卷扬机)、吊土桶、潜水泵、鼓风机、照明设施等第二节桩身挖土清理桩孔四壁、校核桩孔垂直度和直径重复第一节护壁工序，循环作业直至设计深度对桩孔直径、深度、持力层进行全面检查验收清理虚土、排除孔底积水吊放钢筋笼就位浇灌桩身混凝土。1111111)土方开挖桩孔采用分段开挖方式，每段高度取决于土壁的直立能力，一般为0.51.0 m，开挖直径为设计桩径加上两倍护壁厚度，挖土顺序是自上而下，先中间、后孔边。2)护壁施工人工挖孔桩的护壁常采用现浇混凝土护壁，
47、见图2-27、图2-28，也可采用钢护筒或采用沉井护壁等。当采用混凝土护壁时，应满足下列规定：(1)护壁模板高度取决于开挖土方每段的高度，一般为1m，由48块活动模板组合而成。112112(2)护壁厚度不宜小于100mm，一般取D/10+50mm(D为桩径)，且第一段井圈的护壁厚度应比以下各段增加100150 mm。(3)上下节护壁可用长为1m左右、直径不小于8mm的构造钢筋进行拉结，拉筋应上下搭接或拉接，上下节护壁的搭接长度不得小于50 mm。(4)护壁混凝土的强度等级不得低于桩身混凝土强度等级，应浇捣密实。根据土层渗水情况，可考虑使用速凝剂。每节护壁均应在当日施工完毕。113113(5)护
48、壁混凝土一般在浇筑24小时之后便可拆模，继续下一段的施工。(6)当护壁符合质量要求后，便可开挖下一段的土方，再支模浇筑护壁混凝土，如此循环，直至挖到设计要求的深度。114114 图2-27 混凝土护壁115115 图2-28 混凝土护壁施工图1161163)安放钢筋笼、浇筑混凝土孔底有积水时应先排除积水再浇混凝土，当混凝土浇至钢筋的底面设计标高时再安放钢筋笼，继续浇筑桩身混凝土，如图2-29所示。117117图2-29 安放钢筋笼1181183施工注意事项(1)当桩净距小于2倍桩径且小于2.5 m时，应采用间隔开挖，排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5 m，孔深不宜大于40 m。(2)每段挖土
49、后必须吊线检查中心线位置是否正确，桩孔中心线平面位置偏差不宜超过20 mm，桩的垂直度偏差不得超过1%，桩径不得小于设计直径。(3)挖土时如遇到松散或流砂土层，可减少每段开挖深度(取0.30.5 m)或采用钢护筒、预制混凝土沉井等作护壁，待穿过此土层后再按一般方法施工。流砂现象严重时，应采用井点降水处理。119119(4)浇筑桩身混凝土时，应注意清孔及防止积水，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，不留施工缝。为防止混凝土离析，宜采用串筒来浇筑混凝土。如果地下水穿过护壁流入量较大无法抽干，则应采用导管法浇筑水下混凝土。1201204安全措施(1)施工人员进入孔内必须戴安全帽，孔内有人作业时，孔上必须有
50、人监督防护。(2)孔内必须设置应急软爬梯供人员上下井。使用的电动葫芦、吊笼等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置，不得使用麻绳和尼龙绳吊挂或脚踏井壁凸缘上下。电动葫芦宜用按钮式开关，使用前必须检查其安全起吊能力。121121(3)每日开工前必须检测井下的有毒、有害气体，并应有相应的安全防范措施。桩孔开挖深度超过10 m时，应有专门向井下送风的设备，风量不宜少于25 L/s。(4)护壁顶面应高出地面100150mm，以防杂物滚入孔内，孔口四周要设护栏，护栏高度宜为0.8 m。(5)孔内照明要用12 V以下的安全灯或安全矿灯，使用的电器必须有严格的接地、接零和漏电保护器(如潜水泵等)。(6)挖出的土石