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1、 桩 基 础 工 程第2章 桩基础工程v2.1 概 述v2.2 预制桩施工v2.3 灌注桩施工v 本章小结2.1 概 述v 一般多层建筑物当地基较好时多采用天然浅基础，它造价低、施工简便。v 如果天然浅土层较弱，可采用机械压实、强夯、堆载预压、深层搅拌、化学加固等方法进行人工加固，形成人工地基。v 如深部土层也软弱，或建（构）筑物的上部荷载较大，而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等，则需采用深基础。2.1 概 述v 一、桩基础构造与特点u1.构造：由基桩和连接于桩顶的承台或梁共同承担上部结构的重量。n 若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出
2、地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。u2.特点：n 承载力高、沉降量小而均匀，能承受竖向力、水平力、上拔力、振动力等，施工速度快、质量好。建筑桩基通常为低承台桩基础；而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。2.1 概 述v 二、桩基础的分类u3.按施工方法分类：预制桩 木 桩 混凝土桩 钢 桩 锤击沉桩静力压桩振动沉桩水冲沉桩灌注桩 干作业成孔 人工挖孔 螺旋钻钻孔 洛阳铲成孔爆扩桩泥浆护壁成孔 回转钻机成孔 潜水钻机成孔 套管成孔 锤击成孔 振动锤成孔 2.2 预制桩施工v2.2.1 混凝土预制桩u一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放u二、沉桩施工2.2.1 混凝土预制桩v 常用的两种
3、桩型：u混凝土实心方桩u预应力混凝土空心管桩一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放v1.砼预制桩的制作u（1）截面：n 混凝土方桩的截面边长多为250550mm；n 预应力管桩常用的直径为400600mm。u（2）长度：n 单根桩或多节桩的单节长度，应根据桩架高度、制作条件、场地、运输和装卸能力等确定。n 如在工厂制作，长度不宜超过12m；如在现场预制，长度不宜超过 30m。一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放v1.砼预制桩的制作u（3）混凝土强度等级n 不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低于C20）。u（）桩身配筋n 锤击沉桩的纵向钢筋配筋率不宜小于0.8%，静力压入桩不宜小于 0.4%；n 桩
4、的纵向钢筋直径宜不小于14mm，桩身宽度或直径大于或等于350mm 时，纵向钢筋不应少于8根。n 桩顶一定范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片。一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放v1.砼预制桩的制作钢筋混凝土预制桩制作钢筋、模板施工（预制厂制作）一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放v2.起吊与运输 u（1）砼强度要求：n 当桩的混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊；n 达到100%方可运输和打桩。u（2）合理吊点：（正负弯矩值相等则均小）n 一点起吊n 两点起吊n 三点起吊+MM宜采用随打随运，减少二次搬运一、砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放v3.堆放 u（1）堆放桩的地面必须平整、坚实；u
5、（2）垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上；u（3）堆放层数不宜超过4层；u（4）不同规格的桩，应分别堆放。二、沉桩施工v 静力压桩法：u静力压桩利用压桩架的自重和配重，通过卷扬机牵引，由钢丝绳、滑轮和压梁，将整个桩机的重力(8001500kN)反压在桩顶上，以克服桩身下沉时与土的摩擦力，迫使预制桩下沉；二、沉桩施工v 静力压桩法：u具有无噪声、无振动优点，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工，且广泛应用于闹市中心建筑较密集的地区。二、沉桩施工v 振动法：u以振动桩机带桩振动，减少土与桩间摩阻；沉桩和拔桩都较快；u特别适应于适砂土。二、沉桩施工v1.锤击法施工v2.静力压桩v3.
6、打桩的公害1.锤击法施工锤击沉桩v（1）打桩机械v（2）打桩前的准备工作v（3）打桩顺序 v（4）打桩方法要点v（5）打桩的质量控制v（6）常见事故的分析、处理施工录像（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）v1）桩锤u 桩锤种类u 桩锤的选择n 用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，应采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。n 锤重可根据土质、桩的规格、密集程度、单桩竖向承载力等进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）v2）桩架u桩架的作用是悬吊桩锤，并为桩锤导向，它还能起吊桩并可在小范围内移动桩位
7、。u桩架的高度是选择桩架时需考虑的一个重要问题。（1）打桩机械（桩锤、桩架、动力装置）v2）桩架u履带式桩架n 履带式桩架以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。n 其性能灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。（3）打桩顺序 v 打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，以及周围环境。u桩入土深度不一，导致不均匀沉降；u 难打易碎；u 邻桩移位倾斜。应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。（3）打桩顺序 v 1）避免挤土影响u打桩顺序影响挤土方向，打桩向哪个方向推进，则向哪个方向挤土。u根据桩群的密集程
8、度，可选用下述打桩顺序：n 1)当桩中心距4 倍桩径时，可按施工方便顺序打：l 宜逐排改变方向，避免朝同一个方向挤土；l 必要时间隔跳打。（4）打桩方法要点v 工艺顺序：u设置标尺桩架就位吊桩就位扣桩帽、落锤、脱吊钩低锤轻打正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。（4）打桩方法要点v1）控制入土时的垂直度u插入土中的垂直度偏差不得超过0.5%，桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。v2）桩头保护u在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有510mm的间隙，以防损伤桩顶。（4）打桩方法要点v3）打桩u开始时锤的落距应较小，桩入土稳定后，再按要求打桩，最大落距不宜大于1m
9、；u在打桩过程中，遇有贯入度剧变、或其他异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理；u如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，打桩完成后桩孔应及时回填或加盖。（4）打桩方法要点v4）接桩u混凝土桩的接桩可用焊接、法兰接以及硫磺胶泥锚接三种方法；u钢桩一般均用焊接法。打入预制桩 电焊接桩（4）打桩方法要点v5）桩头的处理u 在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。u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。v6）施工记录u打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。（5）打桩的质量控制v1）垂直度控制u桩的垂直偏差应控制在1%之内；v2
10、）平面位置的允许偏差基础形式 允许偏差 单排或双排桩的条形桩基 垂直于条形桩基纵轴线方向 100mm+0.01 H平行于条形桩基纵轴线方向 150mm+0.01 H承台桩数为13 根 100mm 桩数为416 根 1/3 桩径或1/3 边长 桩数大于16根 最外边的桩 1/3 桩径或1/3 边长中间桩1/2 桩径或1/2 边长（6）打桩中常见事故的分析、处理 在 打桩 施 工过 程 中 会 遇见 各 种 各样 的问题，例 如桩顶破 碎，桩 身 断 裂，桩 身 位 移、扭转、倾 斜，桩 锤 跳 跃，桩身严重回弹等。发 生这 些问题 的 原 因 有钢 筋 混 凝 土预 制桩 制 作质 量、沉桩操作
11、工艺和复杂土层等三个方面的原因。工 程 及 施 工验 收规 范规 定，打桩过 程 中 如 遇 到 上 述问题，都应 立 即暂 停 打桩，施 工单 位应 与 勘 察、设计单位 共 同 研 究，查 明 原 因，提 出 明 确 的 处 理 意 见，采 取相应的技术措施后，方可继续施工。（6）打桩中常见事故的分析、处理v1)桩顶、桩身被打坏u 桩顶受到冲击产生很高的局部应力；u 桩身混凝土保护层太厚，直接受冲击的是素混凝土；u 桩帽垫层材料选用不合适，或已被打坏；u 桩顶面和桩的轴线不垂直，桩处于偏心受力状态；u 过打：硬土层，最后贯入度太小，锤的落距过大；u 桩身混凝土强度不够。（6）打桩中常见事故
12、的分析、处理v2）打歪 u 制作：桩顶不平，桩身混凝土凸肚，桩尖偏心，接桩不正；u 地质：有障碍物在土中；u 操作：初入土时歪斜，未纠正即施打。v3）一桩打下，邻桩上升u在软土中，当布桩较密，打桩顺序又欠合理时，发生一桩打下，将造成邻桩上升，或将邻桩拉断，或引起周围土坡开裂，建筑物裂缝。2.静力压桩v（1）静力压桩的机械u机械式和液压式活动压梁油压表桩帽上段桩上段桩锚筋下段桩加压重物底盘轨道导笼口操作平台卷扬机加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼静力压桩机构造原理图压桩与打桩相比，由于避免了锤击应力，桩的断面和配筋可以减小，同时压桩引起的桩周土体和水平挤动也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的沉桩方法。
13、2.静力压桩v（2）静力压桩的施工u1）压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法，其上端距地面1m左右时将第二节桩接上，继续压入；u2）压桩施工时应随时注意使桩保持轴心受压，接桩时也应保证上下接桩的轴线一致，；u3）当桩接近设计标高时，不可过早停压；2.静力压桩v（3）终压条件u1）根据现场试压桩的试验结果确定终压力标准；u2）参考条件相似工地的施工经验；u3）终压时可连续复压，复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定，一般不宜超过3次；静力压桩3.打桩的公害v（1）公害u挤土、震动、噪音、大气污染等。v（2）防止措施u（1）防止挤土影响 n 挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔、
14、设置隔离板桩或地下连续墙；n 取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。u（2）防止震动、噪音、大气污染等n 选择合适的打桩方法，如静力压桩、灌注桩等。2.3 灌注桩施工v 概念：u灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。v 特点：u灌注桩能适应各种地层的变化，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。u但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。2.3 灌注桩施工v2.3.1 灌注桩的成孔u一、干作业成孔 u二、泥浆护壁成孔 u三、套管成孔u三、成孔质量u四、后注浆工法2.3.1 灌注桩的成孔v 成孔方法u
15、干作业成孔 u泥浆护壁成孔 u套管成孔 一、干作业成孔灌注桩v1.成孔方式：u机械钻孔(扩底)和人工挖孔v2.适用范围：u干作业成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。v3.成孔机械：u目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。一、干作业成孔灌注桩v4.成孔要求u钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，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。u钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。n 清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。n 方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。一、干作业成孔灌注桩v5.人工挖孔u安装井圈护壁，并且
16、随挖、随验、随浇注混凝土；u注意孔底通风；u挖至设计标高时，孔底不应积水，终孔后应清理好护壁上的淤泥和孔底残碴、积水，然后进行隐蔽工程验收。u验收合格后，应立即封底和浇注桩身混凝土。二、泥浆护壁成孔灌注桩v1.概念u泥浆护壁成孔是用钻机成孔的同时，用泥浆保护孔壁并排出土碴。v2.适用范围：u它不论地下水位高低都能适用，一般用于地下水位以下土的成孔。v3.成孔机械：u回转钻机、潜水钻机、冲击钻机等。二、泥浆护壁成孔灌注桩v4.泥浆u（1）泥浆作用n 泥浆具有保护孔壁、防止塌孔、排出土碴以及冷却与润滑钻头的作用。u（2）泥浆的组成n 泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻碴原土自造泥浆
17、。n 护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。二、泥浆护壁成孔灌注桩v4.泥浆u（3）泥浆性能要求n 护壁泥浆应达到一定的性能指标，泥浆的性能指标如表2.5所示。项 次 项 目 性能指标 检验方法 1 相对密度 1.051.25 泥浆密度计2 粘度 18-25s500/700mL 漏斗法3 含砂率 98%量杯法5 失水量 30mL/30min 失水量仪6 泥皮厚度 13mm/30min 失水量仪7 静切力1min 23Pa10min 510Pa 静切力计8 稳定性 0.03g/cm2 9pH 值7-9PH 试纸二、泥浆护壁成
18、孔灌注桩v5.施工工艺施工准备测量放线桩机就位钻孔检查、清孔浇注混凝土、成桩造浆 循环埋设护筒安放钢筋骨架二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（1）测定桩位、埋设护筒：n 护筒：l 68mm 厚钢板，比孔口大100200mm，深11.5m，顶部开设12个溢浆口，周围用粘土密封。二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（1）测定桩位、埋设护筒：n 作用：l 定位；l 保护孔口；l 防止地面水流入，维持水头，防止塌孔；l 成孔时引导钻头的方向等。二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（2）泥浆循环方式 a）正循环 b）反循环 图 2-15 泥浆循环成孔工艺1 一钻头；2 一泥浆循环方向；3 一沉淀
19、池；4 一泥浆池；5 一泥浆泵；6 一砂石泵；7 一水阀；8 一钻杆；9 一钻机回旋装置 二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（2）泥浆循环方式n 正循环方式：泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。操作简单，当孔不太深，孔径 800mm 时，钻进效果好。二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（2）泥浆循环方式n 反循环方式：泥浆由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出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。泥浆上返速度快，排渣能力强，钻
20、进效率高，孔壁稳定，孔底沉渣少，成孔质量可靠。二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺钻进施工：二、泥浆护壁成孔灌注桩v 5.施工工艺u（3）检查n 钻进过程中，要保证护筒内水位高于地下水位；排除的泥浆密度应在1.21.4t/m3。u（4）清孔n 方式：泥浆循环方式、空气吸泥机。n 时间：分两次进行。l 钻到设计标高时，用循环换浆法清孔；l 灌注混凝土前，泵吸反循环清孔。n 检查：清孔后，检查孔底沉渣厚度，孔内泥浆密度等。二、泥浆护壁成孔灌注桩v5.施工工艺u（5）放置钢筋笼、水下浇筑混凝土n 第二次清孔后0.5小时以内，采用导管法浇注。u（6）废泥浆的处理 n 靠沉淀池沉淀一段时间，再用抓斗或人
21、工挖出，放在场地上进行自然脱水，然后再装车外运至指定的弃土堆场。n 或者将初步沉淀后的厚质的废泥浆用密封的罐车外运，倒入暂无影响的坑和低洼地内。三、套（沉）管成孔v 套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。活瓣桩尖1-桩管；2-锁轴；3-活瓣 三、套（沉）管成孔沉管灌注桩桩靴沉管灌注桩机械三、套（沉）管成孔三、套（沉）管成孔v1.工艺过程就位沉管 浇筑 成型 边拔边浇放入钢筋笼继续浇筑三、套（沉）管成孔v1.工艺过程u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、反插法等施工工艺。n
22、 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。n 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。n 反插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。三、套（沉）管成孔v2.锤击沉管灌注桩u（1）适用范围：适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基。u（2）锤击沉管灌注桩施工要点：n1）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。n2）沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打；n3）拔管前，应先锤
23、击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。三、套（沉）管成孔v2.锤击沉管灌注桩u（2）锤击沉管灌注桩施工要点：n4）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。n5）在管底未拔到桩顶设计标高前，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。n6）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；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。三、套（沉）管成孔v3.振动沉管灌注桩u振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击
24、沉管。u适用于稍密及中密的碎石土；u其施工过程为：n 桩机就位n 沉管 n 上料 n 拔管三、套（沉）管成孔v 4.沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法u(1)颈缩n 颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。n 产生原因：l 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。l 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。n 处理方法：l 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。l 拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。三、套（沉）
25、管成孔v 4.沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法u(2)断桩 n 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。n 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。n 处理方法：施工时，控制中心距离不小于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60%设计强度后，再进行下根桩的施工。三、套（沉）管成孔v 4.沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法u(3)吊脚桩 n 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。n 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
26、，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。n 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。本章小结v 1.了解钢筋混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法。v 2.掌握锤击法施工的全过程和施工要点（打桩设备、打桩顺序、方法和质量控制）。v 3.掌握泥浆护壁灌注桩和干作业成孔灌注桩的施工要点。v 4.掌握套管成孔灌注桩施工工艺和质量控制方法。本章小结v 重点：钢筋混凝土预制打入桩和灌注桩施工。v 难点：钢筋混凝土预制桩沉桩工艺及质量控制方法；灌注桩施工工艺、常见质量缺陷及预防处理。v 深度和广度：达到能制定锤击沉入钢筋混凝土预制桩、灌注桩施工方案，分析常见质量缺陷及预防处理。