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第三章桩基础工程 学习重点 钢筋混凝土预制桩 混凝土灌注桩施工过程及方法 主要内容 桩的分类 预制桩制作 起吊 预制桩施工准备及施工方法 工艺流程 灌注桩施工工艺及方法 桩施工中的注意事项 1 桩基础组成 由沉入土中的桩和承台组成桩的材料 砼 钢 木或组合材料桩的作用 将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上 或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度 3 1概述 2 桩的分类 3 桩的分类 端承桩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 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 摩擦桩完全设置在软弱土层中 将软弱土层挤密实 以提高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 4 预制桩 是一种预先制作然后将其运至工地 并用沉桩设备将其沉入土中而成的桩按入土方法不同可分锤击桩 静力压桩 水冲沉桩 振动沉桩等灌注桩 是在桩位处成孔 然后放入钢筋骨架 再浇筑混凝土而成的桩按成孔方法不同有钻孔灌注桩 挖孔灌注桩 套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等 桩的分类 5 3 2预制桩施工 特点 坚固耐久 不受地下水或潮湿环境影响 能承受较大荷载 施工机械化程度高 进度快 能适应不同土层施工 桩基础一般由具有专业资质的公司施工 需编制专项施工方案 施工方案主要内容包括施工方法 施工机械 施工布署 打桩顺序 工期安排以及沉桩过程中的技术和安全措施等 6 钢筋混凝土预制桩分类 方形断面桩 实心方桩 空心方桩 圆形断面桩 空心管桩 钢筋混凝土预制桩施工流程 预制 运输 堆放 沉桩 验收 7 制作 原材料要求 粗骨料 细骨料 水泥 钢筋P62 3 2 1桩的预制 起吊 运输 堆放 桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力 桩顶和桩尖钢筋配置应作特殊处理 8 预应力管桩的生产在工厂内进行 利用高强螺旋肋的钢丝作为预应力筋 混凝土强度等级可达C60 C80 采用离心法生产 蒸汽养护 预应力混凝土管桩的桩端加强钢板套箍 管桩钢丝 螺旋箍筋 9 预应力混凝土管桩表示方法 PC 预应力混凝土管桩PHC 预应力高强混凝土管桩外径 300 350 400 450 500 550 600 800 1000mm砼强度 不低于C50或C80长度 单根长7 15m 可由几根构成混凝土有效预压应力值 4 0 A型 6 0 AB型 8 0 B型 10 0 C型 PC 300 70 A C60 8 8管桩理解 为预应力混凝土管桩 桩外径300mm 壁厚70mm 砼为C60 桩长16m 有效预应力值为4 0N mm2 10 起吊 运输 钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70 才可起吊 达到100 设计强度才能运输和打桩吊点 绑扎点的数量及位置按桩长而定 应符合起吊弯矩最小的原则 即跨中与吊点的弯矩相等的原则 当桩长大于13m时采用支点法 两支点设在离桩两端0 21L处 当桩长不大于13m时 可采用直接进行水平起吊 采用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊 11 堆放 不同直径管桩允许堆放层数不同 直径越大允许堆放层数越少 例550mm砼桩在现场堆放层数不宜超过4层堆放时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 12 试桩 定桩位 确定沉桩顺序1 试桩 不少于2根 确定施工参数 如贯入度等 2 定桩位 多用小木桩3 确定沉桩顺序 逐排 自中间向四周 分段 3 2 2沉桩准备 原则 先深后浅 先大后小 先长后短 13 3 2 2桩的沉设 预制桩沉设方法分类 锤击沉桩 振动沉桩 静力压桩 水冲沉桩 1 锤击沉桩 锤击沉桩又称打桩 是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力 使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种施工方法优点 施工速度快 机械化程度高 适用范围广 是混凝土预制桩常用的沉桩方法缺点 施工时噪声较大 且对地表层有振动 在城区和夜间施工有所限制 14 广州大学城工地柴油锤锤击沉桩 一般用在对周围居民影响不大的空旷地区 15 打桩设备及选择 打桩设备包括桩锤 桩架和动力装置等 1 桩锤桩锤分类 落锤 蒸汽锤 柴油锤 振动锤等落锤 一般用钢或铸铁制成 重0 5 2t 利用绳索或钢丝绳通过吊钩由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度 然后自由落下击打桩顶特点 费用低 但施工速度慢 效率低 桩顶易被打坏适用范围 小直径桩 在软土层中应用较多 16 蒸汽锤 是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械 有单动汽锤和双动汽锤两种 特点 打桩速度快 效率高适用范围 可用于打各种桩 也可在水下打桩并用于拔桩 常用于较软弱土层中打桩 17 柴油打桩锤 利用柴油爆炸时膨胀产生的压力将桩锤抬起 然后自由落下冲击桩顶把桩打入土中特点 速度快 施工性能好 但施工时振动大 噪声高 废气污染严重适用范围 适用于各种土层及各类桩型振动锤 是利用机械强迫振动 通过桩帽传到桩上使桩下沉 锤重选择应根据地质条件 工程结构 桩的类型 密集程度及施工条件等参考表3 1选用 锤重一般依设计选择 并经试桩确认 18 2 桩架桩架是支持桩身和桩锤 在打桩过程中引导桩的方向及维持桩的稳定 并保证桩锤沿着所要求方向冲击的设备 桩架高度 根据桩的长度 桩锤的高度及施工条件等选择桩架和确定桩架高度 桩长 桩锤高度 滑轮组高 桩帽及锤垫高度 起锤移位高度 1 2m 桩架按移动方式分类 轮胎式 履带式 轨道式等履带式桩架操作灵活 移动方便 适用于各种预制桩和灌注桩的施工 19 打桩 打桩工艺 桩机就位 第一节桩起吊就位 打第一节桩 第二节起吊就位 接桩 打桩至持力层或设计标高打桩原则 宜采用重锤低击 桩锤对桩头的冲击小 回弹也小 桩头不易损坏 大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上 桩能较快地沉入土中 桩开始打入时 应控制锤的落距 采用短距轻击 待桩入土一定深度 1 2m 稳定以后 再以规定落距施打 20 打桩过程中的注意事项 1 做好预制桩施工记录 打桩工程属隐蔽工程 施工中应做好每根桩的观测和记录 这是工程验收时检验质量的依据 21 打桩过程中的注意事项 2 严禁偏打 桩锤 桩帽 桩身轴线重合3 桩垫适宜4 速度均匀 连续施打5 桩架垂直平稳 桩帽与桩顶锁紧牢靠6 密切观察桩锤回弹 桩身下沉变化情况7 送桩 送桩器或桩送桩 一般不宜大于2m8 专人巡视检查周围建筑物 道路及地下管线的安全和正常使用情况 22 1 贯入度或设计标高质量要求贯入度 指锤击桩每10击进入的深度mm 用 mm 10击 表示最后贯入度 锤击桩最后10击桩的平均入土深度质量控制要求 端承桩以最后贯入度为主 桩端标高作参考 摩擦桩以桩端标高控制为主 贯入度作参考2 桩位偏差要求 不大于100 150mm3 桩垂直度偏差 不超过0 5 4 承载力检验 动载 静载试验符合要求 打桩质量要求与验收 23 打桩施工常见问题的分析 打桩施工中遇见的问题 桩顶破碎 桩身断裂 桩身位移 扭转 倾斜 桩锤跳跃 桩身严重回弹主要原因 钢筋混凝土预制桩制作质量 沉桩操作工艺 土层复杂等 24 1 桩顶破碎桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力 如果桩顶钢筋网片配置不当 混凝土保护层过厚 桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎 在沉桩工艺方面 若桩垫材料选择不当 厚度不足 桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎 2 桩身断裂制作时 桩身有较大的弯曲凸肚 局部混凝土强度不足 在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物 增大落距 反复过度冲击等都可能引起桩身断裂 25 3 桩身位移 扭转或倾斜桩尖四棱锥制作偏差大 桩尖与桩中心线不重合的制作原因 桩架倾斜 桩身与桩帽 桩锤不在同一垂线上的施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移 扭转或倾斜 4 桩锤跳跃 桩身回弹严重选择桩锤较轻 能引起较大的桩锤回跃 桩尖遇到坚硬的障碍物时 桩身则严重回弹 26 桩头的处理 截桩 打完预制桩开挖基坑时 按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去要求 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 27 桩头的处理 钢筋连接 当桩顶标高与设计要求相符时则不需要截桩 但为了桩与承台之间的连接 一般将4 6根钢筋焊于钢板上 再将此连接件固定在桩的上端空心桩砼灌芯 对于空心方桩或管桩 一般应按设计要求在桩顶一定长度的空心中灌注微膨胀混凝土 有利于桩与承台间的连接 28 2 静力压桩 静力压桩 在软土地基上 利用桩机本身产生的静压力将预制桩分节压入土中的一种沉桩方法特点 无噪声 无振动 施工简便 速度快适用范围 常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工 目前广泛应用于闹市中心建筑较密集的地区施工方法 采取分节压入 逐段接长的施工方法 当第一节桩压入土中 其上端距地面1m左右时将第二节桩接上 继续压入 29 吊桩 静力压桩机 30 连续压桩 31 压入一节 32 桩与桩管口焊接连接 接桩 33 3 接桩 接桩的主要方法 焊接法 法兰螺栓连接法 硫磺胶泥锚接法焊接法 在桩上下接头处预埋铁件 上下桩头对正后用金属现场焊牢连接适用范围 单桩设计承载力高 细长比大 桩基施工困难的桩 目前应用最多 34 硫磺胶泥锚接法 在下节桩预留垂直锚筋孔 上节预留伸出锚筋 将熔化的硫磺胶泥注满锚筋孔并溢出桩面 落下上桩头互相胶结适用范围 对抗震不利 仅用于软土层 35 3 3混疑土灌注桩施工 混凝土灌注桩 直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔 在孔内安放钢筋 灌注混凝土而成型的桩 特点 受地层变化影响小 一次成型不需要接桩 振动小 噪声小分类 按成孔方法分为钻孔灌注桩 泥浆护壁 干作业 人工挖孔灌注桩 沉管灌注桩等 36 桩成孔顺序要求 对土无挤密作用 成孔顺序无特殊要求对土有挤密作用 沉管灌注桩 爆破灌注桩 间隔1 2桩成孔 邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔 群桩基础的中间桩先成孔等检验方法 静载试验 承载力 低应变法 桩身 高应变法 桩身 承载力 声波透射法 桩身 钻芯法 桩身 等由具有相应检测资质的单位承担 并出具检测报告 37 施工工艺流程 测定桩位 埋设护筒 桩机就位 制备泥浆 机械成孔 泥浆循环出渣 清孔 安放钢筋笼 安设导管 浇筑水下混凝土 拔除护筒特点 稳定孔壁的机械钻孔方法 通过循环泥浆将切削碎的泥渣屑悬浮后排出孔外 适用范围广 3 3 1泥浆护壁成孔灌注桩 38 1 埋设护筒和制备泥浆 护筒制作 高2m左右 埋入1 1 5m 用厚4 8mm钢板制成 内径应大于钻头直径100 200mm护筒作用 定孔 保护孔口 防止地面水流入 防止塌孔 成孔时引导钻头的方向泥浆制备 用原土造浆或建专用泥浆池 用粘土或膨润土和水混合 制成相对密度为1 1 1 15的泥浆泥浆作用 保护孔壁 防止塌孔 排出土渣 冷却与润滑钻头 39 泥浆护壁钻孔灌注桩施工时 通常应埋设钢护筒 以起定位 保护孔口 存储泥浆和使其高于地下水位 埋设的钢护筒 40 钢护筒 水上搭操作平台 进行钻孔灌注桩施工 埋设钢护筒 41 护壁的泥浆有采用膨润土制浆 原土制浆等 其泥浆的比重应根据土质进行调整 维持孔壁一定的泥浆压力 不塌孔 泥浆池制浆 42 2 成孔 钻机就位后 校正钻具中心对准护筒中心 边钻孔边注入泥浆 泥浆液面高于地下水位1 0m以上 3 清孔 清孔即清除孔底沉渣 淤泥浮土 以减少桩基的沉降量 提高承载能力 清孔方法 对于稳定性较差的孔壁采用泥浆循环法清孔 原土造浆时清孔后的泥浆相对密度应控制在1 1左右 制备泥浆则控制在1 15 1 25 43 4 混疑土浇筑 水下混凝土浇筑常用导管法工艺 吊放钢筋笼 放入导管 导管及漏斗灌混凝土 剪断隔水栓或球塞 随浇混凝土随提升导管 拔除导管成桩混凝土材料要求 强度等级 高一等级 和易性 坍落度 粗细骨料 配合比 通过试验确定 钢筋笼吊放要求 保护层 加强箍筋其它要求 导管内及漏斗灌的混凝土量应保证导管下端一次埋入混凝土面以下0 8m以上 44 3 3 2干作业钻孔灌注桩 工艺 钻机就位 钻孔 清孔 吊放钢筋笼 浇筑混凝土适用条件 成孔深度内没有地下水的一般粘土层 砂土及人工填土地基 不适于有地下水的土层和淤泥质土 设备 一般采用螺旋钻机钻孔 螺旋钻头外径分别为 400mm 500mm 600mm 钻孔深度相应为12m 10m 8m 清孔 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 砼灌注 分层浇筑 分层捣实 每层厚度50 60cm 45 3 3 3人工挖孔灌注桩 人工挖孔灌注桩是采用人工挖掘方法成孔 放置钢筋笼 浇筑混凝土而成的桩基础 由桩身和扩大头组成 优点 桩身直径大 1m 5m 承载能力高 施工时可在孔内直接检查成孔质量 观察地质土质变化情况 桩底清孔除渣彻底 干净 易保证混凝土浇筑质量 缺点 开挖效率低 安全条件差 46 支护方法有现浇钢筋砼护壁 沉井护壁和钢套管护壁等 现浇护壁工艺 挖孔 挖土 运土 支护壁模板 搭设操作平台 浇护壁砼 向下继续挖孔 护壁 放钢筋笼 浇混凝土 辅助工程 降水 通风 说明 1 分段开挖 分段浇筑混凝土护壁 既能防止孔壁坍塌 同时起到防水作用 2 每段高度取决于土壁直立状态的能力 一般0 9 1 2m为一施工段 3 开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度 4 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 5 护壁厚150 300mm 上下段错位搭接 47 施工中应该注意的几个问题 1 位置及垂直度偏差 符合规范要求 2 挖掘成孔区内 不得堆放余土和建筑材料 并防止局部集中荷载和机械振动 3 桩基础一定要坐落在设计要求的持力层上 桩孔的挖掘深度应由设计人员根据现场地基土层的实际情况决定 4 桩井面应设置安全防护栏 48 3 3 4沉管灌注桩 沉管灌注桩 利用锤击打桩法或振动沉管法 将带有钢筋砼桩尖或带有活瓣式钢制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 形成所需要的灌注桩特点 施工设备简单 桩长可随实际地质条件确定 单桩承载力低 在软土中易产生颈缩 振动钢套管成孔灌注桩 49 工艺 桩架就位 沉钢套管 吊放钢筋骨架 浇筑混凝土 拔管成桩成孔顺序 间隔一个或两个桩位成孔 在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔 一个承台下桩数在5根以上者 中间的桩先成孔 外围的桩后成孔 50 1 振动沉管灌注桩 振动沉管灌注桩采用振动锤将钢套管沉入土中成孔 适用条件 一般粘性土 淤泥质土 淤泥 粉土 湿陷性黄土 松散至中密砂土 人工填土等施工过程 桩机就位沉管放钢筋笼上料浇砼拔管 边振边拔 51 施工方法 单打法 复打法 反插法等单打法 在沉入土中的套管内灌满砼 开动振动器 振动5 10s 开始拔管 边拔边振 每拔0 5 1 0m 停拔振动5 10s 如此反复进行 直至全部拔出 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 桩径扩大80 左右 反插法 在套管内灌满砼后 先振动再拔管 每次拔高0 5m 1 0m 向下反插0 3m 0 5m 如此反复进行 直至拔出 桩径扩大50 左右 52 施工要点及质量要求 砼坍落度 80 100mm 钢筋砼 或60 80mm 素砼 套管内砼高度 不少于2m施工顺序 桩中心距小于4倍套管外径 用跳打法或邻桩砼初凝前施工完毕 53 2 锤击沉管灌注桩 适用条件 一般粘性土 淤泥质土 砂土 人工填土地基等施工方法 A 桩尖与桩管接口处垫麻绳 或草绳 垫圈 以防地下水渗入管内 B 沉管时先用低锤轻击 观察无偏移后 再正常施打 C 拔管前 应先锤击套管 在测得混凝土确已流出套管时方可拔管 D 在管底未拔到桩顶设计标高之前 低锤密击不得中断 E 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 3m 0 8m min以内 F 可采用复打法 54 施工要点及质量要求 砼坍落度 80 100mm或60 80mm砼浇筑 连续浇筑 分层振捣 每层高度1 1 5m施工顺序 中心距小于5倍套管外径或2m 用跳打法或邻桩砼初凝前施工完毕施工记录 总锤击数和最后1m的锤击数 最后3阵 每阵10击的贯入度及落锤高度 防水方法 有地下水或泥浆时 在套管内先灌入1 5m左右封底砼再沉管 55