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第二章 桩基础工程 第一节 桩基础概述一、 桩基础的组成和作用桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成。 桩基础的构造要求：（一）桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm，主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于钢筋直径(级钢)的30倍，钢筋直径(级钢的级钢)的35倍。（二）扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍，不应大于桩身直径的3倍。（三）桩底进入持力层的深度，根据地质条件，荷载及施工工艺确定，宜为桩身直径的1-3倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土,岩溶以及震陷液化等影响，嵌岩灌注桩周边嵌及完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5m.。（四）预制桩的混凝土强度等级不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力桩不应低于C40。桩的作用是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。二、桩基础的分类（一）桩按受力情况端承桩和摩擦桩两种（如图）1、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。2、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。（二）桩按施工方法预制桩：预制成桩沉桩（用沉桩设备打入或压入）；灌注桩：直接成孔（钻孔、挖孔）安放钢筋笼浇筑混凝土第二节 预制桩基础根据沉桩方法分为：(1)锤击沉桩法以桩锤的冲击力将桩打入软土。 (2)静力压桩法80120t压桩机，适软弱土层。 一、预制桩的制作、运输和堆放（一）制作 1、类型：（1）方桩：（截面边长多为250550mm），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。桩的接头不宜超过两个。（2）管桩：直径多为400600mm，壁厚80100mm，每节长度810m，用法兰连接，桩的接头不宜超过4个，下节桩底端可设桩尖，亦可以是开口的。参考035G409预应力混凝土管桩。1）代号：采用先张法工艺制作的预应力高强混凝土管桩（代号PHC），预应力混凝土管桩（代号PC）)，预应力风混凝土薄壁管桩（代号PTC）。2）管桩按外径划分有以下规格：PHC桩：300、400、500、550、 600、 800、1000PC桩： 300、400、500、550、 600PTC桩：300、350、400、450、 500、 550、600分类：按桩身混凝土有效预压应力值或抗弯性能分为A、AB、B、C四种类型。桩尖：十字型a，开口型b2、要点：（1）所用材料应有合格证明和检验资料及砼配合比资料。砼强度等级、钢材等级应符合设计要求和有关标准。（2）予制场地必须平整、坚实；支模平整牢靠、尺寸准确。（3）钢筋骨架主筋连接宜用对焊或电弧焊，主筋接头配置应满足规范要求。并符合钢筋焊接及验收规范。（4）钢筋骨架允许偏差应符合验收规范的规定。（见下表）（5）桩的单节长度除考虑桩架高度、制作场地、运输装卸能力外，尚应符合规范接桩、接头数的限制。（6）浇注砼时，宜从桩顶开始，并应防止另一端的砂浆积聚过多。（7）对锤击予制桩，其粗骨料宜为540。（8）重叠法制桩时，要防止相邻桩间及底模间的粘连，上层桩浇注砼需在下层桩和邻桩达到一定强度后进行，（大于设计强度的3%），叠层不超过4层。（9）桩的表面应平整、密实、制作误差应误合施工规范的要求。（10）采用工厂生产的成品桩时，进场后应进行外观及尺寸检查、检查质保证明资料。二、预制桩打桩工艺流程（一）施工准备1、材料要求（1）预制钢筋混凝土桩：规格质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂 合格证。（2）焊条（接桩用）：型号、性能必须符合设计要求和有关标准的规定，一般宜用E4303牌号。（3）钢板（接桩用）：材质、规格符合设计要求，宜用低碳钢。 主要机具有：打桩机、电焊机、桩帽、运桩小车、索具、钢丝绳、钢垫板或槽钢， 以及木折尺等。2、打桩设备 打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。（1）桩锤落锤：构简、使便、锤高可调；效率低，桩损大。锤重0.51.5t，动力卷扬机、人。柴油锤：(导杆式、筒式) 构简、使便、自供能源、适于中型桩；锤重0.126.0t；不适过软过硬土、噪音大、污染，4080次/分。蒸汽锤：单动升耗能、自重降，力大慢1.515t，2530次/分；双动式双向耗能，效率高，0.66t；100200次/分；可打可拔。液压锤：无噪、无污、频率高，复杂、价高。油气二压施力长，贯入度大。（2）桩架作用： 支撑锤桩 吊桩就位 打桩导向类型 （常用）：多功能桩架：机动适应性好；大而装拆运麻烦。 履带式桩架：移动方便，适用范围广。 步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。3、作业条件 （1）桩基的轴线和标高均已测定完毕，并经过检查办了预检手续。桩基的轴线和高 程的控制桩，应设置在不受打桩影响的地点，并应妥善加以保护。（2）处理完高空和地下的障碍物。如影响邻近建筑物或构筑物的使用或安全时，应 会同有关单位采取有效措施，予以处理。（3）根据轴线放出桩位线，用木橛或钢筋头钉好桩位，并用白灰作标志，以便于施 打。（4）场地应碾压平整，排水畅通，保证桩机的移动和稳定垂直。（5）打试验桩。施工前必须打试验桩，其数量不少于2 根。确定贯入度并校验打桩 设备、施工工艺以及技术措施是否适宜。（6）要选择和确定打桩机进出路线和打桩顺序，制定施工方案，作好技术交底。 （二）工艺流程1、如下框图：2、测量定位根据设计图纸编制工程桩测量定位图，并保证轴线控制点不受打桩时振动和挤土的影响，保证控制点的准确性。根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样1020根桩位，在桩位中心点地面上打入一支6长约3040cm的钢筋，并用红油漆等标示。桩机移位后，应进行第二次核样，核样根据轴线控制网点所标示工程桩位坐标点（X、Y值），采用极坐标法进行核样，保证工程桩位偏差值小于10mm，并以工程桩位点中心，用白灰按桩径大小画一个圆圈，以方便插桩和对中。工程桩在施工前，应根据施工桩长在匹配的工程桩身上划出以米为单位的长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩入土深度及记录每米沉桩锤击数。打桩顺序：3、桩机就位为保证打桩机下地表土受力均匀，防止不均匀沉降，保证打桩机施工安全，采用厚度约23cm厚的钢板铺设在桩机履带板下，钢板宽度比桩机宽2m左右，保证桩机行走和打桩的稳定性。桩机行走时，应将桩锤放置于桩架中下部以桩锤导向脚不伸出导杆末端为准。根据打桩机桩架下端的角度计初调桩架的垂直度，并用线坠由桩帽中心点吊下与地上桩位点初对中。 4、管桩起吊，对中和调直管桩应由吊车将桩转运至打桩机导轨前，管桩单节长20m转运采用专用吊钩勾住两端内壁直接进行水平起吊，管桩单节长20m应采用四点吊法转运。管桩摆放平稳后，在距管桩端头0.21L处，将捆桩钢丝绳套牢，一端拴在打桩机的卷扬机主钩上，另一端钢丝绳挂在吊车主钩，打桩机主卷扬向上先提桩，吊车在后端辅助用力，使管桩与地面基本成4560角向上提升，将管桩上口喂入桩帽内，将吊车一端钢丝绳松开取下，将管桩移至桩位中心。对中：管桩插入桩位中心后，先用桩锤自重将桩插入地下3050cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。调直：用经纬仪（直桩）和角度计（斜桩）测定管桩垂直度和角度。经纬仪应设置在不受打桩机移动和打桩作业影响的位置，保证两台经纬仪与导轨成正交方向进行测定，使插入地面时桩身的垂直度偏差不得大于0.5。5、打桩打第一节桩时必须采用桩锤自重或冷锤（不挂档位）将桩徐徐打入，直至管桩沉到某一深度不动为止，同时用仪器观察管桩的中心位置和角度，确认无误后，再转为正常施打，必要时，宜拔出重插，直至满足设计要求。正常打桩宜采用重锤低击，锤重根据设计图纸及地质钻探资料选择。打桩顺序应根据桩的密集程度及周围建（构）筑物的关系： a、若桩较密集且据周围建（构）筑物较远，施工场地开阔时宜从中间向四周进行。b、若桩较密集场地狭长，两端距建（构）筑物较远时，宜从中间向两端进行。c、若桩较密集且一侧靠近建（构）筑物时，宜从毗邻建（构）筑物的一侧开始，由近及远地进行。d、根据桩入土深度，宜先长后短。e、根据管桩规格，宜先大后小。f、根据高层建筑塔楼（高层）与裙房（低层）的关系，宜先高后低。6、接桩当管桩需接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩尖落在厚粘性土层中接桩。管桩接桩，采用焊接接桩，其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.51.0m。下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，接桩时上下节桩应保持顺直，中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于1桩长。管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，存有缝隙，可用厚度不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。焊接时宜由三个电焊工在成120角的方向同时施焊，先在坡口圆周上对称点焊46点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，每层焊接厚度应均匀。焊接层数不得少于三层，采用普通交流焊机的手工焊接时第一层必须用3.2mm电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条（4mm或5mm）施焊；采用自动及半自动保护焊机的应按相应规程分层连续完成。焊接时必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层，坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须每层检查，焊缝应饱满连续，不宜有夹渣、气孔等缺陷，满足钢结构工程施工质量验收规范中二级焊缝的要求。 焊接完成后，需自然冷却不少于1min后才可继续锤击，夏天施工时温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。对于抗拔及高承台桩，其接头焊缝外露部分应作防锈处理。防锈处理可采用沥青漆涂刷，待焊缝稍冷却后开始涂刷，共涂刷两遍，每遍厚度约0.5mm，两遍涂刷间隔时间约为1min。涂刷在桩接头铁件上下桩身5cm的范围内。7、送桩根据设计桩长接桩完成并正常施打后，应根据设计及试打桩时确定的各项指标来控制是否采取送桩。送桩前应保证桩锤的导向脚不伸出导杆末端，管桩露出地面高度宜控制在0.30.5m。送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。在管桩顶部放置桩垫，厚薄均匀，将送桩器下口套在桩顶上，采用仪器调正桩锤、送桩器和桩三者的轴线在同一直线上。送桩完成后，应及时将空孔回填密实。8、检查验收在桩帽侧壁用笔标示尺寸，以厘米为单位，高度宜为试桩标准制定最后每阵贯入度的45倍。将经纬仪架设在不受打桩振动影响的位置上对管桩贯入度进行测量。最后，用收锤回弹曲线测绘纸绘出管桩的回弹曲线，再从回弹曲线上量出最后三阵贯入度。当采用送桩时测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的最后贯入度予以修正。根据设计及试打桩标准确定的标高和最后三阵贯入度来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。打桩过程中，遇下列情况之一应暂停打桩，及时会同有关部门解决： a、贯入度突变；b、桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；c、桩身突然倾斜、跑位；d、地面明显隆起，临桩上浮或位移过大；e、PC桩总锤击数超过2000，PHC桩总锤击数超过2500；f、桩身回弹曲线不规则。9、管桩基础工程验收程序当桩顶设计标高与施工现场标高基本一致时，可待全部管桩施打完毕后一次性验收。当桩顶设计标高低于施工现场标高需要送桩时，在送桩前应进行质量评定；待全部管桩施工完毕并开挖到设计标高后，再进行竣工验收，绘制打桩工程竣工图。（三）质量标准1、施工前应检查进入现场的成品桩，接桩用电焊条等产品质量。2、施工过程中应检查桩的贯入度情况、桩顶完整状况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间。重要工程应对电焊接头做10的焊缝探伤检查。3、施工结束后，应作桩体质量检验及承载力检验。 （四）常见问题及处理方法预应力管桩施工即打即隐蔽的工程，出现问题无法在施工完成之后再进行整改，只能采取补桩等措施补救，因此，必须在施工过程中严格控制质量，每一步骤都要按照标准严格进行。1、桩体倾斜产生原因：（1）施打前未按要求双向校核垂直度。 （2）遇有地下障碍物。（3）场地不平整，桩机底盘不稳固水平。 防治措施：（1）施打前，应按要求在桩机的正方和垂直的管桩侧面双向架设经纬仪或线坠，垂直度满足要求（小于0.5L）后方可起锤，打入约1m左右再用仪器校 核一次桩的中心位置和垂直度，确认无误后方可正常施打。（2）地下障碍物如果较浅，可以先将桩拔出，清除障碍物后，将坑填实填平，重新放点打桩；如果障碍物较深，无法处理，可会同监理、业主、设计院等单位商议解决办法，更改桩位。本工程在施工和邻近工程交接处的桩基时，也出现了此类情况。由于邻近工程基坑支护采用了水泥搅拌桩的形式，而且因为放线偏差，进入了本工程的施工范围，因此在施工该范围管桩时，出现了几次桩体倾斜的情况，经过和业主、设计院协商，采用了更改桩位的方法进行施工。（3）场地应平整坚实，一般不宜大于9，符合桩机行走条件。桩机下方应垫好枕木，保持桩机底盘稳固水平。2、焊缝不饱满，接桩处开裂产生原因：未按规定进行焊接作业，未分层焊接。防治措施：（1）接桩前，对连接部位上的杂质、油污、水份等必须清理干净，保证连接部件清洁。 （2）接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预埋件应平整服贴。焊接层数不得少于三层，焊接时必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层，坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm。3、贯入度剧变产生原因：（1）地质情况不明，地下存在有空洞、溶洞、夹层、古墓等。（2）地下持力岩层起伏大。（3）桩身破碎断裂。防治措施：（1）在施打过程中，出现贯入度突然变大的情况，应立即停止施工，会同监理、业主、设计院等单位研究处理，可采取超前钻等方法，先探明桩位处的地质情况，将空洞、溶洞等先用中砂或粘土等填塞密实后再重新打桩，或改用其他形式的基础处理方法。（2）在即将收锤时，遇到贯入度突然加大的情况，一般均因地下持力岩层起伏大导致桩身折断或桩身自自身破碎造成的。这种情况下，采用从桩身内孔吊灯和吊重物检查桩身的完整看是由何种原因造成。如是因地质起伏大造成的，则需采用特殊桩尖，采用嵌岩力强的桩尖进行施工。本工程就是因为地质起伏大，也出现了几根桩在施打过程中桩身破碎断裂的情况，这是由于桩尖在嵌岩过程中，顺着岩面滑落导致桩身折断。 桩身自身破碎的防治，则需对进场的管桩质量进行检查，采购质量合格的管桩。管桩桩身强度必须达到100时方可使用。同时，在施打过程中，要控制好总锤击数，PC桩总锤击数不得超过2000击，PHC桩总锤击数不得超过2500击。4、地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大产生原因：（1）桩基础密集，土饱和密实，桩间距较小，在沉桩时土被挤到极限密实度而向上隆起，相邻的桩被浮起。（2）在软土地基施工较密集的群桩时，由于沉桩引起的孔隙水压力把相邻的桩推向一侧或浮起。防治措施：（1）采用“植桩法”（先钻孔，钻透硬夹层，将桩插入孔内，打至设计要求）以减少土的挤密及孔隙水压力的上升。（2）采用开口型桩尖，让部分土体进入桩空腔内，减少土体挤密；同时采用“跳打法”施工，控制每天打桩根数，同一区域内不宜超过12根桩。本工程在大剧院处有一个105根桩的承台，就是采取了这种方法，避免了这种情况的发生。（3）采用井点降水、砂井或盲沟等降水或排水措施。（4）沉桩期间不得同时开挖基坑，沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖，相隔时间应视具体地质情况、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙水压力消散情况来确定，一般应在两周左右。5、桩身断裂桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度突然增大。产生原因：（1）桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入过程中桩身发生倾斜或弯曲。（2）桩入土后，遇到大块坚硬的障碍物，把桩尖挤向一侧。（3）稳桩不垂直，打入地下一定深度后，再用走架方法校正，使桩身产生弯曲。（4）两节以上桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。（5）制作桩的砼强度不够，桩在堆放、吊运过程中产生裂纹或断裂未被发现。防治措施：（1）施工前应对桩位下的障碍物清理干净，必要时对每个桩位用钻探了解。对桩构件要进行检查，发现桩身弯曲超过规定（L/1000）或桩尖不在桩纵轴线上的不宜使用。（2）在稳桩过程中如发现桩不垂直应及时纠正，桩压入一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移架方法来校正。接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作要求执行。（3）桩在堆放、吊运过程中，应严格按照有关规定执行，发现桩开裂超过有关验收规定时不得使用。6、桩顶掉角、碎裂产生原因：（1）预制的混凝土配比不良，施工控制不严，振捣不密实或养护时间短，养护措施不足（2）桩顶面不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层过厚。（3）桩顶与桩帽的接触面不平，桩沉入时不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶面局部受集中应力而掉角。（4）沉桩时，桩顶衬垫已损坏，未及时更换。（5）桩锤过大，跳动过高防治措施：（1）桩制作时，要振捣密实，桩顶的加密箍筋要保证位置准确；桩成型后要严格加强养护。（2）沉桩前应对桩构件进行检查，检查桩顶有无凹凸现象，桩顶面是否垂直于轴线，桩尖有否偏斜，对不符合规范要求的桩不宜使用，或经过修补等处理后才能使用。（3）检查桩帽与桩的接触面处是否平整，如不平整应进行加垫等处理才能施工。（4）沉桩时稳桩要垂直，桩顶要有衬垫，如衬垫失效或不符合要求时要更换。（5）施工时应根据地质条件，桩断面尺寸及形状，合理选择桩锤。并