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1、混凝土灌注桩基础工程混凝土灌注桩基础工程第1页，本讲稿共51页n n根据成孔方法的不同可以分为：钻孔灌注桩、套管成孔灌注桩、人工挖孔灌注桩和爆扩成孔灌注桩等。n n灌注桩与预制桩相比由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及配筋只要满足使用要求就可以，因而具有节省钢材、降低造价、无需接桩及截桩等优点。第2页，本讲稿共51页第3页，本讲稿共51页（一）（一）钻孔灌注桩钻孔灌注桩 n n干作业钻孔灌注桩适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔。目前干式成孔一般采用螺旋钻机，亦有用洛阳铲成孔的。1 1、干作业钻孔灌注桩、干作业钻孔灌注桩 第4页，本讲稿共51页(1)(1)螺旋
2、钻机成孔螺旋钻机成孔n n螺旋钻机（如图螺旋钻机（如图2 21010所示）成孔效率高、无振动、无噪音，所示）成孔效率高、无振动、无噪音，宜用于匀质粘土层，亦能穿透砂层。宜用于匀质粘土层，亦能穿透砂层。n n全叶片螺旋钻机成孔直径一般为全叶片螺旋钻机成孔直径一般为300300600mm600mm，钻孔深度为，钻孔深度为8 820m20m。n n成孔时螺旋钻机利用动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片成孔时螺旋钻机利用动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片旋转切削土体，切下的土随钻头旋转并沿螺旋叶片上升旋转切削土体，切下的土随钻头旋转并沿螺旋叶片上升而排出孔外，在软塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片而排出孔外，在软
3、塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆。量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆。第5页，本讲稿共51页图2-10 步履式螺旋钻机1-上底盘；2-下底盘；3-回转滚轮；4-行车滚轮；5-钢丝滑轮；6-回转轴；7-行车油缸；8-支盘第6页，本讲稿共51页第7页，本讲稿共51页n n测定桩位 钻机就位 钻孔至规定要求深度 清孔 安放钢筋骨架 浇筑混凝土。n n螺旋钻机施工过程见图2-11。施工工艺施工工艺 第8页，本讲稿共51页第9页，本讲稿共51页n n钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，
4、开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。n n操作时要求钻杆垂直，钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查。在钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。1)1)钻孔钻孔第10页，本讲稿共51页 钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。钻出的土应及时清除，不可堆在孔口。2 2）清孔）清孔第11页，本讲稿共51页 钢筋骨架绑好后，一次整体吊入孔内。如过长可分段吊，两段焊接后再徐徐沉放孔内。3 3）安放钢筋笼）安放钢筋笼第
5、12页，本讲稿共51页第13页，本讲稿共51页 钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度5060cm。4 4）浇筑混凝土）浇筑混凝土第14页，本讲稿共51页(2)(2)钻孔压灌混凝土桩钻孔压灌混凝土桩n n目前，螺旋钻孔灌注桩在国内外发展很快，我国技术人员近年发展的钻孔压浆成孔法较好的解决了不同地质土层中螺旋钻机成孔的诸多技术难题，是一种先进的施工工艺。第15页，本讲稿共51页钻孔压灌桩工艺原理钻孔压灌桩工艺原理n n先用螺旋钻机钻孔至预定深度，通过钻杆芯管利用钻头处的喷嘴向孔内先用螺旋钻机钻孔至预定深度，通过钻杆芯管利用钻头处的喷嘴向孔内自下而上高压
6、喷注制备好的混凝土，使混凝土升至地下水位或无塌孔自下而上高压喷注制备好的混凝土，使混凝土升至地下水位或无塌孔危险的位置处，提出全部钻杆后，向孔内沉放钢筋笼。危险的位置处，提出全部钻杆后，向孔内沉放钢筋笼。n n该法连续一次成孔，多次由下而上高压注浆成桩，具有无振动、该法连续一次成孔，多次由下而上高压注浆成桩，具有无振动、无噪音、无护壁泥浆排污的无噪音、无护壁泥浆排污的优点优点，又能在流砂、卵石、地下水位高、，又能在流砂、卵石、地下水位高、易塌孔等复杂地质条件下顺利成孔成桩，而且由于高压注浆时水泥浆易塌孔等复杂地质条件下顺利成孔成桩，而且由于高压注浆时水泥浆的渗透扩散，解决了断桩、缩颈、桩间虚土
7、等问题，还有局部膨胀扩的渗透扩散，解决了断桩、缩颈、桩间虚土等问题，还有局部膨胀扩径的特点，因此单桩承载力由摩擦力、支承力和端承力复合而成，比径的特点，因此单桩承载力由摩擦力、支承力和端承力复合而成，比普通灌注桩的承载力大大提高。该法成桩的桩径为普通灌注桩的承载力大大提高。该法成桩的桩径为300mm300mm1000mm1000mm，深，深度可达度可达50m50m。第16页，本讲稿共51页n n软土地基的深层钻进，会遇到地下水问题。采用泥浆护壁湿作软土地基的深层钻进，会遇到地下水问题。采用泥浆护壁湿作业成孔能够解决施工中地下水带来的孔壁塌落，钻具磨损发热业成孔能够解决施工中地下水带来的孔壁塌落
8、，钻具磨损发热及沉渣问题。泥浆护壁成孔是通过循环泥浆将切削碎的泥石渣及沉渣问题。泥浆护壁成孔是通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。n n成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻、冲抓锥成孔等，成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻、冲抓锥成孔等，其中其中回转钻机回转钻机是目前灌注桩施工用得最多的施工机械，该钻机是目前灌注桩施工用得最多的施工机械，该钻机配有移动装置，设备性能可靠，噪音和振动小，效率高，质量配有移动装置，设备性能可靠，噪音和振动小，效率高，质量好。适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软岩层等地质条件
9、。好。适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软岩层等地质条件。2 2、湿作业成孔灌注桩施工、湿作业成孔灌注桩施工 第17页，本讲稿共51页n n泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：测定桩位 埋设护筒 桩机就位 制备泥浆 机械(潜水钻机、冲击钻机等)成孔 泥浆循环出渣 清孔 安放钢筋骨架 浇筑水下混凝土。第18页，本讲稿共51页（1 1）埋设护筒和制备泥浆）埋设护筒和制备泥浆 钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。护筒高2m左右，上部设12个溢浆孔，是用厚48mm钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径200mm。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌
10、孔，成孔时引导钻头的方向。第19页，本讲稿共51页第20页，本讲稿共51页第21页，本讲稿共51页在钻孔过程中，向孔中注入相对密度为1.11.5的泥浆，使桩孔内孔壁土层中的孔隙渗填密实，避免孔内漏水，保持护筒内水压稳定；泥浆相对密度大，加大了孔内的水压力，可以稳固孔壁，防止塌孔；通过循环泥浆可将切削的泥石渣悬浮后排出，起到携砂、排土的作用。第22页，本讲稿共51页（2 2）成孔）成孔 回回转转钻钻机机是是由由动动力力装装置置带带动动钻钻机机的的回回转转装装置置转转动动，由由钻钻头头切切削削土土壤壤。切切削削形形成成的的土土渣渣，通通过过泥泥浆浆循循环环排排出出桩桩孔孔。根根据据泥泥浆浆循循环环
11、方方式式的的不不同同，分分为为正正循循环环和和反反循循环环。正正循循环环回回转转钻钻机机成成孔孔的的工工艺艺如如图图2-15a2-15a所所示示，泥泥浆浆由由钻钻杆杆内内部部注注入入，并并从从钻钻杆杆底底部部喷喷出出，携携带带钻钻下下的的土土渣渣沿沿孔孔壁壁向向上上流流动动，由由孔孔口口将将土土渣渣带带出出流流入入沉沉淀淀池池，经经沉沉淀淀的的泥泥浆浆流流入入泥泥浆浆池池再再注注入入钻钻杆杆，不不断断循循环环。当当孔孔深深不不太太深深，孔孔径径小小于于800mm800mm时时钻钻进进效效率率比较高比较高。第23页，本讲稿共51页第24页，本讲稿共51页图图2-15 2-15 泥浆循环成孔工艺泥
12、浆循环成孔工艺（a a）正循环；（）正循环；（b b）反循环）反循环1-1-钻头；钻头；2-2-泥浆循环方向；泥浆循环方向；3-3-沉淀池；沉淀池；4-4-泥浆池；泥浆池；5-5-泥浆泵；泥浆泵；6-6-砂石泵；砂石泵；7-7-水龙头；水龙头；8-8-钻杆；钻杆；9-9-钻机回转装置钻机回转装置第25页，本讲稿共51页反循环回转钻机成孔反循环回转钻机成孔n n反循环回转钻机成孔的工艺反循环回转钻机成孔的工艺如图如图2-15b2-15b所示。泥浆由所示。泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，由砂石钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸泵在钻
13、杆内形成真空，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后流入泥浆池再流入出至地面而流向沉淀池，沉淀后流入泥浆池再流入钻孔。钻孔。n n反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放土渣的能力强。这种成孔工艺是目前大直径成孔施工的一种有效的成孔工这种成孔工艺是目前大直径成孔施工的一种有效的成孔工艺，因而应用较多。艺，因而应用较多。对孔深大于对孔深大于30m30m的端承型桩，宜采的端承型桩，宜采用反循环。用反循环。第26页，本讲稿共51页（3 3）清孔）清孔 钻钻孔孔达达到到要要求求的的深深度度后后为为防防止止灌灌注注桩桩沉沉降降加加大大、承承载载
14、力力降降低低，要要清清除除孔孔底底沉沉渣渣，这这个个过过程程称称为为清清孔孔。以以原原土土造造浆浆的的钻钻孔孔，清清孔孔可可用用射射水水法法，此此时时钻钻具具只只转转不不进进，待待泥泥浆浆比比重重降降到到1.11.1左左右右即即认认为为清清孔孔合合格格；注注入入制制备备泥泥浆浆的的钻钻孔孔，可可采采用用换换浆浆法法清清孔孔，至至换换出出泥泥浆浆的的比比重重小小于于1.151.15时时方方为为合合格格，在在特特殊殊情情况况下下泥泥浆浆比比重重可可以以适适当当放放宽宽。施施工工及及清孔过程中应经常测定泥浆的相对密度。清孔过程中应经常测定泥浆的相对密度。第27页，本讲稿共51页（4 4）水下浇筑混疑
15、土）水下浇筑混疑土 n n清清孔孔后后，应应尽尽快快吊吊放放钢钢筋筋骨骨架架并并灌灌注注混混凝凝土土。泥泥浆浆护护壁壁成成孔孔灌灌注注混混凝凝土土的的浇浇筑筑是是在在水水中中或或泥泥浆浆中中进进行行的的，故故称称为为浇浇筑筑水水下下混混凝凝土土。水水下下混混凝凝土土浇浇筑筑常常用用导管法导管法(图图图图2.172.17)。n n水水下下混混凝凝土土宜宜比比设设计计强强度度提提高高一一个个强强度度等等级级，必必须须具具备备良良好好的的和和易易性性，配合比应通过试验确定。配合比应通过试验确定。n n浇浇筑筑时时，先先将将导导管管内内及及漏漏斗斗灌灌满满混混凝凝土土，其其量量保保证证导导管管下下端端
16、一一次次埋埋入入混混凝凝土土面面以以下下0.80.81.3m1.3m，然然后后剪剪断断悬悬吊吊隔隔水水栓栓的的钢钢丝丝，混混凝凝土土拌拌和和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。n n水水下下灌灌注注混混凝凝土土至至桩桩顶顶时时，应应适适当当超超过过桩桩顶顶设设计计标标高高，以以保保证证在在凿凿除除含含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。第28页，本讲稿共51页第29页，本讲稿共51页（二）（二）套管成孔灌注桩套管成孔灌注桩套管成孔灌注桩是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)
17、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)，造成桩孔，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，便形成所需要的灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩(图2.18)；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩(图2.19)。第30页，本讲稿共51页第31页，本讲稿共51页第32页，本讲稿共51页套管成孔灌注桩施工工艺套管成孔灌注桩施工工艺桩机就位 埋桩尖 沉套管 放置钢筋笼 灌注混凝土 拔管成桩第33页，本讲稿共51页沉管灌注桩施工图片（预制桩尖）第34页，本讲稿共51页沉管灌注桩施工图片（活瓣桩尖）第35页，本讲稿共
18、51页1 1、锤击沉管灌注桩、锤击沉管灌注桩 锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基，其施工过程见图图2.22.20 0所示。动画第36页，本讲稿共51页v桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。v拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。v桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。锤击沉管灌注桩施工要点锤击沉管灌注桩施工要点第37页，本讲稿共51页v在管底未拔到桩顶
19、设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。v桩的中心距在4倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；即间隔一个或两个桩位成孔；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。锤击沉管灌注桩施工要点锤击沉管灌注桩施工要点第38页，本讲稿共51页振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。施工前，先安装好桩机，将桩管下端活瓣合拢或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在套管上加压，套管即能沉入土中。动画2 2、振动沉管灌注桩、振动沉管灌注桩 第39页，本讲稿
20、共51页为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。v单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.51.0m，振动510s，然后再拔管0.51.0m，这样反复进行，直至全部拔出。v复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。v反插法：钢管每提升0.51m，再下插0.30.5m，这样反复进行，直至拔出。3 3、套管成孔灌注桩的施工方法套管成孔灌注桩的施工方法第40页，本讲稿共51页4 4、套管成孔灌注桩容易出现的质量问题及处理方法、套管成孔灌注桩容易出现的质量问题及处理方法 (1)颈缩
21、 动画v颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。v当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。v当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。v处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在5070mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。第41页，本讲稿共51页 断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。v原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。v处理方法：施工时，控制中心距离不小
22、于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到50%设计强度后，再进行下根桩的施工。(2)(2)断桩断桩 第42页，本讲稿共51页吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。产生原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。动
23、画(3)(3)吊脚桩吊脚桩 第43页，本讲稿共51页 如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。(4)(4)混凝土灌注过量混凝土灌注过量 第44页，本讲稿共51页（三）人工挖孔大直径灌注桩（三）人工挖孔大直径灌注桩 n大大直直径径灌灌注注桩桩是是采采用用人人工工挖挖掘掘方方法法成成孔孔，放放置置钢钢筋筋笼笼，浇浇筑筑混混凝
24、凝土土而而成成的的桩桩基基础础，也也称称墩墩基基础础。它它由由承承台台、桩桩身身和和扩扩大大头头组组成成(图图图图2.212.212.212.21)，穿穿过过深深厚厚的的软软弱弱土土层层而而直直接接坐坐落落在坚硬的岩石层上。在坚硬的岩石层上。n优优点点是是桩桩身身直直径径大大，承承载载能能力力高高；施施工工时时可可在在孔孔内内直直接接检检查查成成孔孔质质量量，观观察察地地质质土土质质变变化化情情况况；桩桩孔孔深深度度由由地地基基土土层层实实际际情情况况控控制制，桩桩底底清清孔孔除除渣渣彻彻底底、干干净净，易易保保证证混混凝凝土浇筑质量。土浇筑质量。第45页，本讲稿共51页第46页，本讲稿共51
25、页（1 1）人工挖孔护壁方法施工）人工挖孔护壁方法施工 常用的支护措施有现浇混凝土护壁、沉井护壁、钢套管护壁等。1)现浇混凝土护壁法施工 v即分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。v桩孔采取分段开挖，每段高度取决于土壁直立状态的能力，一般0.51.0m为一施工段，开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度。v护壁施工段，即支设护壁内模板(工具式活动钢模板)后浇筑混凝土，其强度一般不低于C15，护壁混凝土要振捣密实；当混凝土强度达到1MPa(常温下约24h)可拆除模板，进入下一施工段。如此循环，直至挖到设计要求的深度。第47页，本讲稿共51页第48页，本讲稿共51页v当桩
26、径较大，挖掘深度大，地质复杂，土质差(松软弱土层)，且地下水位高时，应采用沉井护壁法挖孔施工。v沉井护壁施工是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，井筒下捣制钢筋混凝土刃脚，然后在筒内挖土掏空，井筒靠其自重或附加荷载来克服筒壁与土体之间的摩擦阻力，边挖边沉，使其垂直地下沉到设计要求深度。2 2）沉井护壁法施工 第49页，本讲稿共51页3 3）钢套管护圈）钢套管护圈n n当采用钢套管护圈时当采用钢套管护圈时(图图2-30)2-30)。是在桩位先测量定位并。是在桩位先测量定位并构筑井圈后，用桩锤将钢套管强行打入土层中至设计标构筑井圈后，用桩锤将钢套管强行打入土层中至设计标高，再在钢套管的保护下，将套管内的
27、土挖出并进行底高，再在钢套管的保护下，将套管内的土挖出并进行底部扩孔，吊放钢筋笼，浇筑桩基混凝土，待混凝土浇筑部扩孔，吊放钢筋笼，浇筑桩基混凝土，待混凝土浇筑完毕，用振动锤和人字拔杆将钢管立即强行拔出移至下完毕，用振动锤和人字拔杆将钢管立即强行拔出移至下一桩位使用。亦可边浇筑，边拔套管，以减少阻力。钢一桩位使用。亦可边浇筑，边拔套管，以减少阻力。钢套管由套管由121216mm16mm厚的钢板卷焊而成，长度由设计需求厚的钢板卷焊而成，长度由设计需求而定。采用这种方法施工，可穿越流砂等强透水层，而定。采用这种方法施工，可穿越流砂等强透水层，可避免产生流砂和管涌现象，能保证施工安全进行。可避免产生流砂和管涌现象，能保证施工安全进行。第50页，本讲稿共51页(2)(2)人工挖孔灌注桩施工工艺人工挖孔灌注桩施工工艺n n采用现浇混凝土分段护壁的人工挖孔桩的施工工艺流程如下：按设计图纸放线、定桩位开挖土方测量控制支设护壁模板在模板顶放置操作平台浇筑护壁混凝土拆除护壁模板继续下一段的施工排除孔底积水钢筋笼吊放浇筑桩身混凝土。第51页，本讲稿共51页