建筑施工教材-桩基础工程.ppt

第二章桩基础工程 通过本章的学习 应掌握混凝土预制桩的制作方法及质量要求 掌握正确的沉桩顺序 了解选择桩锤与桩架的方法 了解锤击沉桩与静力压桩的特点与适用范围 掌握锤击沉桩的方法及质量要求 了解静力压桩的特点 压桩和接桩方法 了解沉桩对周围环境的影响及预防措施 了解不同类型混凝土灌注桩施工工艺过程及适用范围 掌握泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺及质量要求 了解施工中常见的问题及处理方法 掌握沉管灌注桩施工方法 了解沉管灌注桩施工中常见的问题及处理方法 了解人工挖孔桩的施工工艺 精品资料网 桩的作用桩一般由桩和承台组成 其作用在于将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土层上 或使软弱土层挤压 以提高土壤的承载力和密实度 从而保证建筑物的稳定性和减少地基沉降 精品资料网 分类按承载性质分 如图 摩擦桩 摩擦桩 在极限承载力状态下 桩顶荷载由桩侧阻力承受 端承型摩擦桩 在极限承载力状态下 桩顶荷载主要由桩侧阻力承受 端承桩 端承桩 在极限承载力状态下 桩顶荷载由桩端阻力承受 摩擦型端承桩 在极限承载力状态下 桩顶荷载主要由桩端阻力承受 精品资料网 a 端承桩 b 摩擦桩 精品资料网 按桩的使用功能分 竖向抗压桩 竖向抗拔桩 水平受荷载桩 复合受荷载桩 按桩身材料分 混凝土桩 钢桩 组合材料桩 按成桩方法分 非挤土桩 部分挤土桩 挤土桩 按桩制作工艺分 预制桩和现场灌注桩 精品资料网 第一节预制桩施工 特点 能承受较大的荷载 坚固耐久 施工速度快 对周围环境影响较大 种类 一般有混凝土预制桩和钢桩 施工过程 制作起吊 运输堆放沉桩 精品资料网 一 预制桩的制作1 混凝土预制桩的制作预制桩在制作时 桩内应设纵向钢筋或预应力筋 或丝 和横向钢筋 或箍 以便承受桩在运输 起吊和下沉时产生的弯曲应力和冲击力 预制时应保证钢筋位置正确 纵向主筋长度不够时 应采用对焊 同一钢筋的两个接头距离应大于30倍主筋直径 但不小于500mm 主筋接头在同一截面内的数量不应超过50 桩身混凝土强度不应小于C30 混凝土的粗骨料应用粒径为5 40mm碎石或碎卵石 桩混凝土应用搅拌机拌制 机械振捣 由桩顶向桩尖连续浇筑一次完成 养护时间不得少于7d 精品资料网 现场预制桩多采用叠浇法间隔制作 预制场地应平整 坚实 不得产生不均匀沉降 桩与桩之间应涂刷隔离剂 以保证桩起吊时不互相粘结 桩的叠浇层数 应根据地面允许荷载和施工条件确定 但不宜超过四层 上层桩或邻桩的浇筑 须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度等级的30 后方可进行 精品资料网 二 预制桩的起吊 运输1 起吊预制桩达到设计强度等级的70 后方可起吊 起吊时应用吊索按设计规定的吊点位置进行吊运 如无吊环且设计又未作规定时 吊点的位置应满足起吊弯矩最小的原则 如下页图所示 钢丝绳与桩之间应加衬垫 以免损坏棱角 起吊时应平稳提升 避免摇晃 撞击和振动 精品资料网 a 一个吊点 b 二个吊点 c 三个吊点 d 四个吊点吊点的合理位置 精品资料网 2 运输打桩前 需将桩从预制厂 场 运至施工现场堆放或直接运至桩架前 达到设计强度的100 后才可以运输和沉桩 一般情况下 应根据打桩顺序和速度随打随运 可以避免二次搬运 运到施工现场的桩或在施工现场预制的桩 应有质量合格证 并按规定进行检查编号 如要长距离运输 可采用平板拖车 轻轨平台运输车 下页图 等 长桩搬运时 桩下要设置活动支座 经过搬运的桩 还应进行质量复查 精品资料网 用平台车运桩1 铁轨 2 平台车 3 桩 精品资料网 三 堆放桩堆放时 场地必须平整 坚实 桩按规格 桩号分类分层叠置 堆放层数不宜超过四层 支承点应设在吊点处 各垫木应在同一垂直线上 最下层垫木适当加宽 精品资料网 四 预制桩沉桩 一 锤击法1 打桩前的准备工作在打桩施工前 必须做好地基勘测与环境调查工作 编制预制桩沉桩的施工组织设计 清除施工现场障碍物 施工现场的场地平整以及施工现场的定位放线等准备工作 精品资料网 合理确定打桩顺序 由于打桩对土体的挤密作用 使先打的桩因受水平推挤而造成偏移和变位 或被垂直挤拔造成浮桩 而后打入的桩因土体挤密 难以达到设计标高或入土深度 或造成土体隆起和挤压 截桩过大 因此 进行群桩打入施工时 为了保证打桩工程质量 防止周围建筑物受土体挤压的影响 打桩前应根据桩的密集程度 桩的规格 长短和桩架的移动方便等因素来正确选择打桩顺序 精品资料网 当桩较密集时 桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径 应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打 自中部向四周打设由中间向两侧打设 精品资料网 当桩较稀疏时 桩中心距大于4倍桩边长或桩径 可采用上述两种打桩顺序 也可采用由一侧向另一侧单一方向施打的方式 即逐排打设 或由两侧同时向中间施打 逐排打设从两侧向中间打设 精品资料网 当桩规格 埋深 长度不同时 宜按先大后小 先深后浅 先长后短的方式进行施打 当一侧毗邻建筑物时 应从毗邻建筑物一侧向另一侧施打 精品资料网 2 预制桩的打设 1 锤击沉桩 打桩设备主要有桩锤 桩架以及动力装置三部分 桩锤 桩锤是对桩施加冲击力 把桩沉入土中的主要机具 桩锤有落锤 汽锤 单动和双动 柴油锤 液压锤和振动锤等 桩架 桩架的主要作用是在沉桩过程中保持桩的正确位置和在打桩过程中引导锤 桩的方向并保证桩锤按所要求的方向冲击桩体 精品资料网 动力装置 动力装置的配置取决于所选用的桩锤 当选用蒸汽锤时 则需配备蒸汽锅炉和卷扬机 桩锤和桩架的选用桩锤的类型选择应根据施工现场情况 机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择 桩锤类型选定后 还要确定桩锤的质量 精品资料网 桩架在选择时应考虑下列因素 桩的材料 材质和截面形状 尺寸 施工场地条件 作业环境和空间 选定的锤型 锤质量和尺寸 施工进度要求等 桩架的高度H应满足 H h1 h2 h3 h4式中 h1 桩长 h2 滑车组高度 h3 桩锤高度 h4 起锤所需的工作富余高度 1 2m 精品资料网 打桩工艺 打桩工艺包括 吊装就位 打桩 接桩 吊装就位 按既定的打桩顺序 先将桩架移动至设计所定的桩位处并用缆风绳等稳定 然后将桩运至桩架下 用桩架上的滑轮组 由卷扬机将桩提升为直立状态 对准桩位中心 缓缓放下插入土中 桩插入时垂直度偏差不得超过0 5 桩就位后 在桩顶安上桩帽 然后放下桩锤轻轻压住桩帽 桩锤 桩帽和桩身中心线应在同一垂直线上 精品资料网 在桩的自重和锤重的压力下 桩便会沉入一定深度 等桩下沉达到稳定状态后 再一次检查其平面位置和垂直度 校正符合要求后 即可进行打桩 为了防止击碎桩顶 应在混凝土桩的桩顶和桩帽之间 桩锤与桩帽之间放上硬木 麻袋等弹性衬垫作缓冲层 打桩 打桩开始时 应先采用小落距 0 5 0 8m 轻击桩顶 使桩正常沉入土中1 2m后 检查桩身垂直度以及桩尖偏移 当符合要求后 再逐渐增大至规定落距 直至将桩沉到设计要求的深度 精品资料网 接桩 当设计的桩较长 但由于打桩机高度有限或预制 运输等因素 只能采用分段预制 分段打入的方法 需在打桩现场的打入过程中将桩接长 接长预制钢筋混凝土桩的方法有焊接法 法兰盘连接法和浆锚法三种 质量要求打桩的质量主要是看能否满足贯入度或设计标高的要求以及打入后桩的偏差是否在规定的范围内 精品资料网 质量控制的原则是 桩尖位于坚硬 硬塑的粘性土 碎石土 中密以上的沙土或风化岩等持力层时 以贯入度控制为主 以桩尖进入持力层的深度或桩尖标高作为参考 贯入度已达到要求而桩尖标高未达到要求时 应继续锤击三阵 其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值 桩尖位于其他软土层时 以桩尖设计标高为主 贯入度作为参考 打桩时 如控制指标已符合要求 而其他指标与要求相差较大时 应会同有关单位研究处理 贯入度应通过试桩确定 或做打桩试验与有关单位确定 精品资料网 打沉中常见事故的分析 处理桩顶 桩身被打坏原因 桩顶受到冲击产生很高的局部应力 桩身混凝土保护层太厚 直接受冲击的是素混凝土 桩帽垫层材料选用不合适 或已被打坏 桩顶面和桩的轴线不垂直 桩处于偏心受力状态 过打 硬土层 最后贯入度太小 锤的落距过大 桩身混凝土强度不够 精品资料网 打歪原因 制作 桩顶不平 桩身混凝土凸肚 桩尖偏心 接桩不正 地质 有障碍物在土中 操作 初入土时歪斜 未纠正即施打 打不下原因 桩身被打坏 遇上钢渣 孤石 硬土层等 隔期打 停歇 精品资料网 一桩打下 邻桩上升原因 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 精品资料网 二 静力压桩法1 特点及原理原理 静力压桩是利用静压力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺 静力压桩机工作原理是在预制桩的压入过程中 以桩机重力 自重和配重 作为作用力 克服压桩过程中桩身周围的摩擦力和桩尖阻力 将桩压入土中 静力压桩适用于软土地区的桩基施工 精品资料网 特点 1 静力压桩 免去锤击应力 只需要满足吊桩弯矩 压桩和使用期间的受力要求 因此 其截面尺寸 混凝土强度等级及配筋量都可以减少 可节省钢材 混凝土量和降低施工成本 2 使用静力压桩无噪音 无振动 对周围环境的干扰和影响较小 特别适用于对噪音 振动有特殊要求的区域施工 如扩建工程 市区内基础工程 精密仪器车间的扩建 改建工程 精品资料网 3 静力压桩 桩顶不会承受锤击应力 可以避免桩顶破碎和桩身开裂 同时 压入桩所引起的桩周围土体隆起和水平位移比沉桩小得多 因而对土体结构的破坏程度和破坏范围要比锤击沉桩小 可以确保施工质量 提高施工速度 4 由于静力压桩的摩阻力与桩的承载力有线性关系 因此 不需要做试验试桩便可得出单桩承载力 精品资料网 第二节灌注桩施工 灌注桩 就是直接在桩位上钻孔或冲孔 然后灌注混凝土或钢筋混凝土而成 优点 施工方便 节约材料 可降低成本1 3 无振动 无挤土 噪音小 能用于地质土层变化较复杂的情况 缺点 操作要求较严 易发生颈缩 断裂现象 技术间歇时间较长 不能立即承受荷载 冬季施工困难较多 精品资料网 灌注桩施工方法 干作业成孔灌注桩 泥浆护壁成孔灌注桩 沉管灌注桩 爆扩成孔灌注桩 端夯扩沉管灌注桩 钻孔压浆成桩等 精品资料网 一 泥浆护壁成孔灌注桩是用泥浆保护孔壁 防止塌孔 排出土渣而成孔 也称湿作业成孔灌注桩 1 施工设备成孔机械有潜水钻机 冲击式钻机 冲抓锥等 在此主要介绍潜水钻机 潜水钻机是将电机 变速机构与底部钻头结合成一密封的专用钻孔机械 如下页图 精品资料网 这种机械体积小 质量轻 携带方便 桩架轻便 移动灵活 钻进速度快 0 3 2 0m min 钻机噪音小 钻孔效率高 精品资料网 2 施工方法用流程图表示泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺为 测定桩位 埋设护筒 桩机就位 成孔 清孔 安放钢筋骨架 浇筑水下混凝土 泥浆池 制备泥浆 泥浆循环清渣 钢筋骨架制作 吊运 安放 灌注混凝土 精品资料网 1 测定桩位根据设计图纸对桩位进行放线 严格控制桩位精度 是保证桩基础施工质量的前提条件 所有桩点一次性全部测放 复核 每天对预钻进桩点进行二次复核检查 确保桩位准确 桩点放线偏差应 10mm 采用4根木桩加钉小钉 即定位桩 十字法定位 如下页图所示 并防止车辆 机械 人员等碾压 踩踏移位 破坏 精品资料网 桩点定位图 精品资料网 2 埋设护筒护筒是用4 8mm厚钢板制作 内径应大于钻头直径100mm 上部宜开设1 2个溢浆孔 护筒的设置不仅仅起到桩孔定位及护口作用 在地下水位较高或水下施工中 还起到隔离水流渗入孔内的作用 埋设护筒时 先挖去桩孔处表土 将护筒埋土中 保证其准确 牢固 稳定 倾斜率 5 检查并控制护筒中心与桩中心点的偏差不得大于50mm 护筒与坑壁之间用粘土填实 必要时在面层铺设20mm厚水泥砂浆 以防漏水 精品资料网 护筒的埋设深度 在粘性土中不宜小于1 0m 砂土中不宜小于1 5m 护筒顶面应高于地面0 4 0 6m 并应保持孔内泥浆面高出地下水位1 0m以上 受水位涨落影响或水下施工的灌注桩 护筒应加高加深 保证泥浆面高出最高水位线1 5m以上 在正式施钻前 复核检查每一个桩中心与护筒中心偏差值 控制其在规范或设计要求范围内 精品资料网 3 桩机就位桩机就位时 精心调平 保证钻头中心与桩位中心相重合 偏差 20mm 垂直度偏差 1 并确保成孔机械在整个钻孔过程中的稳定性 避免其产生前倾和侧倾 以至影响桩孔的垂直度 为此 对于土质软弱的施工现场需要对地面进行适当的加固处理 并适当加大承重枕木的面积 精品资料网 4 成孔钻孔机具及工艺的选择 应根据桩型 钻孔深度 土层情况 泥浆排放及处理等条件综合确定 如果是端承为主的结构桩 地基土中含有碎石土 砂卵石 土层较坚硬及风化岩比较多 则适宜选用冲击机成孔方式 即冲孔桩 如果是利用桩身与土层的摩擦力进行承载 例如某些临时性的基坑支护桩等 在砂土 淤泥质土 粘性土等土层比较厚时 可选用潜水钻机成孔方式施工 即钻孔桩 精品资料网 正式施钻前应对桩中心 护筒位置 桩机等进行复核检查 确保无误 钻进应连续进行 密切注意地层变化 根据土层类别确定相应的转速 钻压及钻进速度 泥浆比重等施工参数 钻孔达到设计孔深后 用试孔器对孔深 孔径 垂直度进行实测检查 验收合格后方可进行下道工序 5 清孔当钻孔达到设计深度要求后 即应进行验孔和清除孔底沉渣 淤泥 以减少桩基的沉降量 提高承载能力 精品资料网 在灌注混凝土之前 孔底沉渣应符合下列规定 端承桩 50mm 摩擦端承 端承摩擦桩 100mm 摩擦桩 300mm 为此 在清孔过程中要不断置换泥浆 直至浇筑水下混凝土 并保持孔底500mm以内的泥浆比重应 1 25 孔底沉渣可用重锤法或X 2型沉渣仪检测 重锤法是依据手感来判断沉渣表面位置 然后凭测锤重量夯入沉渣的厚度作为测量值 重锤法要求经验丰富 否则测量误差较大 X 2型沉渣仪是利用测试探头和仪表量测 如下页图所示 精品资料网 沉渣厚度测定示意图 精品资料网 6 安放钢筋骨架钢筋笼制作 对于每一段钢筋笼来说规范中规定的各项指标都容易通过检查加以控制 但是由于每段钢筋笼的偏差可正可负 特别是对主筋间距和钢筋笼直径这两项指标 在两段钢筋笼于井口焊接时就会发生困难 为了克服这个困难 建议采用纵向钢筋定位模板进行钢筋笼的制作 制作时 箍筋与主筋隔点点焊 预制环形保护层垫块纵向设置间距5 6m一组 一组不少于4档 沿钢筋笼周围均匀分布 距笼顶2m另加设1道 垫块环径即为保护层厚度 环形垫块可以减少孔壁的刮伤及增加钢筋保护层的均匀性 精品资料网 钢筋笼的吊运 安装 为了防止钢筋笼在吊运过程中发生纵横向不可自动复原的变形 除了要求起吊的方法正确 不可采用错误的方法 特别注意下端不可拖地 之外 必要时还要采用临时加强刚度的措施 一般采用体直 质轻 便于安装的杉木杆 安装时注意杉木杆的大头朝上且吊运绳索连同钢筋 杉木杆一起捆绑 并要逐一检查保护层垫块是否完好 数量足够 否则补绑弧形垫块 精品资料网 钢筋笼竖直对准孔口中心后 要缓缓下放 力求不刮伤孔壁 为防止由于其摆动碰撞孔壁 至少要2人从垂直的不同方向护送至底 两段钢筋笼孔口焊接时 要保证其稳定性 同时为了防止由于温度骤变影响焊接质量 施焊结束后应自然冷却数分钟 验收焊接质量 如搭接长度 焊缝厚度 弯折角度 是否咬口 灼伤等 合格后 再继续下放 下放到位后 检查并控制笼顶标高偏差值在 100mm以内 然后再用吊杆安置牢固 严防下落和灌注混凝土时上浮 精品资料网 7 浇筑水下混凝土混凝土拌制 水下灌注混凝土的性质及拌制质量有如下一些特定要求 混凝土的强度应比设计强度提高5Mpa 混凝土的坍落度宜为18 22cm 并有一定的流动保持率 坍落度降至15cm的时间不宜小于1h 混凝土的初凝时间应满足整个灌注过程 从搅拌第1斗混凝土开始至灌注完最后1斗混凝土并拔出导管为止 一般为3 4h 如运输距离较远 一般宜在混凝土中掺加缓凝剂 精品资料网 导管安装 水下灌注混凝土常用导管法 导管壁厚不宜小于3mm 直径宜为200 250mm 直径偏差不超过2mm 导管分节长度视工艺要求确定 底管长度不宜小于4m 接头宜用法兰或双螺纹方扣快速连接 要求接头严密 不漏浆 不进水 使用前应试拼装 试压 试压水压力为0 6 1 0Mpa 导管安装好后 顶部高出泥浆面3 4m 底部距桩孔底0 3 0 5m 导管内设隔水栓 用细钢丝悬吊在导管下口 待导管内有足量混凝土时剪断钢丝 其被冲出 混凝土随即冲出导管 精品资料网 混凝土灌注 在施工中应该注意混凝土的浇灌速度 在初灌时 由于一部分混凝土与孔内的泥浆混合 所以灌注速度要快 防止堵管 在灌注过程中 应保证注浆顺利 当泥浆涌出孔口同时又要灌注混凝土 此时 导管在提升捣实混凝土时 不得猛提或超量提升 否则不但造成断桩 夹泥等事故 影响桩体质量 而且使孔壁泥皮质量不能得到保证 精品资料网 在灌注水下混凝土时 应注意如下一些问题 首灌量应能满足将导管的下口埋入混凝土的深度 0 8m 以保证完全排出导管内的泥浆并防止泥浆卷入混凝土中 混凝土应连续灌注 一气呵成 每次灌注间歇时间一般控制在15min之内 最多不得超过30min 每根桩灌注过程应尽可能控制在4 6h以内完成 灌注时要保持孔内混凝土面均匀上升 且保持上升速度 2m h 导管的提升速度应与混凝土上升速度相适应 精品资料网 3 质量要求1 护筒中心要求与桩中心偏差不大于50mm 其埋深在黏土中不小于1 0m 在砂土中不小于1 5m 2 泥浆比重在黏土和亚黏土中应控制在1 1 1 2 在较厚夹砂层应控制在1 1 1 3 在穿过砂夹卵石层或易于坍孔的土层中 泥浆比重应控制在1 3 1 5 3 孔底沉渣必须设法清除 端承桩 50mm 摩擦端承 端承摩擦桩 100mm 摩擦桩 300mm 4 水下浇注混凝土应连续施工 孔内泥浆用潜水泵回收到贮浆槽里沉淀 保证导管埋入深度 精品资料网 三 沉管灌注桩系采用与桩的设计尺寸相适应的钢管 即套管 在端部套上桩尖 桩靴 沉入土中后 在套管内吊放钢筋骨架 然后边浇筑混凝土边振动或锤击拔管 利用拔管时的振动捣实混凝土而形成所需要的灌注桩 这种施工方法适于在有地下水 流砂 淤泥的情况 根据沉管方法和拔管时振动不同 沉管灌注桩可分为锤击沉管灌注桩 振动沉管灌注桩 精品资料网 1 锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩是采用落锤 柴油锤或汽锤将钢桩管打入土中成孔 其施工工艺为 安放桩靴 吊放桩管在桩靴上 校正垂直度 锤击桩管至设计的贯入度或标高 检查成孔质量 放置钢筋骨架 浇灌混凝土 边锤击边拔出桩管 下页图 精品资料网 a 钢管打入