桩基工程2.doc

第二章 桩基工程内容简介 在土木工程建设中，近年来各种大型建筑物，构筑物日益增多，规模愈来愈大，对基础工程的要求越来越高。为了有效地把结构的上部荷载传递到周围土层的土壤深处承载能力较大的土层上，桩基础被广泛应用到土木工程中。(图示) 按照施工方法的不同，桩可分为预制桩和灌注桩。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩，如钢筋混凝土桩、钢桩、木桩等，然后用沉桩设备将桩打入、压入、振入、高压水冲入或旋入土中。灌注桩是在施工现场的桩位上先成孔，然后在孔内灌注混凝土，或者加入钢筋后再灌注混凝土而形成。根据成孔方法的不同可分为钻、挖、冲孔灌注桩，套管灌注桩和爆扩桩等。桩基础的使用可以在施工中省去大量土方支撑和排水降水设施，施工方便，且一般均能获得良好的技术经济效果。窗体底端第一节 预制桩施工预制桩包括钢筋混凝土方桩、管桩、钢管桩和锥形桩，其中以钢筋混凝土方桩和钢管桩应用较多。其沉桩方法有锤击沉桩、振动沉桩和静力沉桩等，其中又以锤击沉桩应用较为普遍。本节以钢筋混凝土方桩为例介绍沉桩的施工工艺，其它桩形施工方法类似，不再重复。 一、 钢筋混凝土预制桩的制作、运输和堆放 （一）桩的制作 (图示)钢筋混凝土预制桩一般在预制厂制作，较长的桩在施工现场附近露天预制。桩的长度主要取决于运输条件及桩架高度，一般不超过30m。如桩长超过30m，可将桩分成几段预制，在打桩过程中接桩。混凝土预制方桩的截面边长为25cm55cm。桩所用混凝土强度等级不宜低于30MPa。混凝土浇筑应由桩顶向桩尖连续进行，严禁中断。桩顶和桩尖处不得有蜂窝、麻面、裂缝和掉角。桩的制作偏差应符合规范的规定。（二）桩的起吊、运输和堆放 起吊：吊点位置的选择随桩长而异。（图示）运输：当运距不大时，可采用滚筒、卷扬机等拖动桩身运输；当运距较大时可采用小平台车运输。运输过程中支点应与吊点位置一致。 堆放：桩在施工现场的堆放场地应平整、坚实，并不得产生不均匀沉陷。堆放时应设垫木，垫木的位置与吊点位置相同，各层垫木应上、下对齐，堆放层二.锤击沉桩的施工方法 (一) 打桩机械 (图示) 打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。 在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。 施工中常见的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油汽锤和振动桩锤。桩锤的适用范围及优缺点。 选择桩锤应根据地质条件、桩的类型、桩身结构强度、桩的长度、桩群密集程度以及施工条件因素来确定，其中尤以地质条件影响最大。土的密实程度不同所需桩锤的冲击能量可能相差很大。实践证明:当桩锤重大于桩重的1.5倍2倍时,能取得较好的效果。 窗体底端二.锤击沉桩的施工方法 (一) 打桩机械 (图示) 打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。 在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。 施工中常见的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油汽锤和振动桩锤。桩锤的适用范围及优缺点。 选择桩锤应根据地质条件、桩的类型、桩身结构强度、桩的长度、桩群密集程度以及施工条件因素来确定，其中尤以地质条件影响最大。土的密实程度不同所需桩锤的冲击能量可能相差很大。实践证明:当桩锤重大于桩重的1.5倍2倍时,能取得较好的效果。 二.锤击沉桩的施工方法 (一) 打桩机械 (图示) 打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。 在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。 施工中常见的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油汽锤和振动桩锤。桩锤的适用范围及优缺点。 选择桩锤应根据地质条件、桩的类型、桩身结构强度、桩的长度、桩群密集程度以及施工条件因素来确定，其中尤以地质条件影响最大。土的密实程度不同所需桩锤的冲击能量可能相差很大。实践证明:当桩锤重大于桩重的1.5倍2倍时,能取得较好的效果。 4.打桩过程中常遇到的问题 由于桩要穿过构造复杂的土层，所以在打桩过程中要随时注意观察，凡发生贯入度突变、桩身突然倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等应暂停施工，及时与有关单位研究处理。 施工中常遇到的问题是： (1) 桩顶、桩身被打坏：与桩头钢筋设置不合理、桩顶与桩轴线不垂直、混凝土强度不足、桩尖通过过硬土层、锤的落距过大、桩锤过轻等有关。 (2)桩位偏斜：当桩顶不平、桩尖偏心、接桩不正、土中有障碍物时都容易发生桩位偏斜，因此施工时应严格检查桩的质量并按施工规范的要求采取适当措施，保证施工质量。 (3)桩打不下：施工时，桩锤严重回弹，贯入度突然变小，则可能与土层中夹有较厚砂层或其他硬土层以及钢渣，孤石等障碍物有关。当桩顶或桩身已被打坏，锤的冲击能不能有效传给桩时，也会发生桩打不下的现象。有时因特殊原因，停歇一段时间后再打，则由于土的固结作用，桩也往往不能顺利地被打入土中。所以打桩施工中，必须在各方面作好准备，保证施打的连续进行。 (4)一桩打下邻桩上升：桩贯入土中，使土体受到急剧挤压和扰动，其靠近地面的部分将在地表隆起和水平移动，当桩较密，打桩顺序又欠合理时，土体被压缩到极限，就会发生一桩打下，周围土体带动邻桩上升的现象。 三、静力压桩 (图示) 静力压桩是在均匀软弱土中利用压桩架（型钢制作）的自重和配重，通过卷扬机的牵引传到桩顶，将桩逐节压入土中的一种沉桩方法。这种沉桩方法无振动、无噪音、对周围环境影响小，适合在城市中施工。 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，并使接桩时间尽可能的缩短，否则，间歇时间过长会由于压桩阻力过大导致发生压不下去的事故。当桩接近设计标高时，不可过早停压，否则，在补压时也会发生压不下去或压入过少的现象。 压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时，压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力而使桩机上抬。这时可以最大的压桩力作用在桩顶，采取停车再开、忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下沉穿过砂层。如果工程中有少量桩确实不能压至设计标高而相差不多时，可以采取截去桩顶的办法。 压桩与打桩相比，由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及其配筋只要满足吊装弯矩和使用期受力要求就可以，因而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。 第二节 灌注桩施工 灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土的一种成桩方法。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，因而具有节约材料、成本低廉、施工不受地层变化的限制、无需接桩及截桩等优点。但也存在着技术间隔时间长，不能立即承受荷载，操作要求严，在软土地基中易缩颈、断裂，在冬季施工较困难等缺点。 灌注桩的施工方法，常用的有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩和爆扩成孔灌注桩等多种。 一、钻孔灌注桩 钻孔灌注桩是利用钻孔机在桩位成孔，然后在桩孔内放入钢筋骨架再灌混凝土而成的就地灌注桩。它能在各种土质条件下施工，具有无振动、对土体无挤压等优点。常用的施工方法根据地质条件的不同可分为干作业成孔灌注桩和湿作业成孔灌注桩。 （一）干作业成孔灌注桩 干作业成孔灌注桩适用于成孔深度内没有地下水的情况，成孔时不必采取护壁措施而直接取土成孔。 干式成孔一般采用螺旋钻机，它由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。由螺旋钻头切削土体，切下的土随钻头旋转并沿螺旋叶片上升而排出孔外。 当螺旋钻机钻至设计标高时，在原位空转清土，停钻后提出钻杆弃土，钻出的土应及时清除，不可堆在孔口。钢筋骨架绑好后，一次整体吊入孔内。如过长亦可分段吊，两段焊接后再徐徐沉放孔内。钢筋笼吊放完毕，应及时灌注混凝土。灌注时应分层捣实。 螺旋钻机成孔效率高、无振动、无噪音，宜用于匀质粘土层，亦能穿透砂层，成孔直径一般为400600mm，成孔深度在12m以内。目前，螺旋钻孔灌注桩在国内外发展很快，除上述施工方法以外，还有若干种新的施工工艺，与之相应的成孔桩径和桩深也都有提高。 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。 这种施工工艺的原理是：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喷注制备好的以水泥为主剂的浆液，使液面升至地下水位或无塌孔危险的位置处，提出全部钻杆后，向孔内沉放钢筋笼和骨料至孔口，最后再由孔底向上高压补浆，直至浆液达到孔口为止。 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、无护壁泥浆排污的优点，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，还有局部膨胀扩径现象，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300mm1000mm，深度可达50m。 （二）湿作业成孔灌注桩 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，钻具磨损发热及沉渣问题。常用的湿作业成孔机械有冲抓锥成孔机、斗式钻头成孔机、冲击式钻孔机、潜水电钻、大直径旋入全套管护壁成孔钻机和工程水文地质回转钻机等，其中回转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，质量好。适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软岩层等地质条件。(施工程序图) 回转钻机钻孔前，应先在孔口处埋设护筒，护筒的作用是固定桩孔位置、保护孔口、防止塌孔、增加桩孔内水压。护筒由3mm5mm钢板制成，其内径比钻头直径大100mm，埋在桩位处，其顶面应高出地面或水面400mm600mm，周围用粘土填实。 钻孔过程中应向桩孔内注入泥浆，泥浆的作用是将土中空隙渗填密实，避免孔内漏水，同时泥浆比水重，也加大了护筒内水压，对孔壁起到支撑作用，因而可以防止塌孔。另外，泥浆还能起到携碴、冷却机具和切土润滑等作用。泥浆的制备通常在挖孔前搅拌好，钻孔时输入孔内；有时也采用向孔内输入清水，一边钻孔，一边使清水与钻削下来的泥土拌和形成泥浆。泥浆的性能指标如相对密度、粘度、含砂量、PH值、稳定性等要符合规定的要求。泥浆的选料既要考虑护壁效果，又要考虑经济性，尽可能使用当地材料。根据泥浆入孔的方向不同，可将湿作业成孔工艺分为正循环回转钻机成孔和反循环回转钻机成孔两种施工方法。正循环成孔设备简单，操作方便，工艺成熟，当孔深不太深，孔径小于 800cm时钻进效率高。当桩径较大时，钻杆与孔壁间的环形断面较大，泥浆循环时返流速度低，排碴能力弱。如使泥浆返流速度增大到0.20m/s0.35m/s，则泥浆泵的排量需很大，有时难以达到，此时不得不提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大，稠度大，难以排出钻碴，孔壁泥皮厚度大，影响成桩和清孔。反循环成孔是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带沉碴由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。由于钻杆内腔断面积比钻杆与孔壁间的环状断面积小得多，因此，泥浆的上返速度大，一般可达2 m/s 3m/s多，是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而可以提高排碴能力，保持孔内清洁，减少钻碴在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。这种成孔工艺是目前大直径成孔施工的一种有效的先进的成孔工艺，因而应用较多。钻孔达到要求的深度后为防止灌注桩沉降加大、承载力降低，要清除孔底沉淀物（沉渣等），这个过程称为清孔。当孔壁土质较好，不易塌孔时，可用空气吸泥机清孔，同时注入清水，清孔后泥浆相对密度应控制在1.1左右；孔壁土质较差时，宜用泥浆循环清孔，清孔后的泥浆相对密度控制在1.151.25之间。施工及清孔过程中应经常测定泥浆的相对密度。 湿作业成孔灌注桩施工中容易发生的质量问题及处理方法是： 1. 塌孔在成孔过程中或成孔后，有时在排出的泥浆中不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，这是塌孔的迹象。其形成原因主要是土质松散、泥浆护壁不好、护筒水位不高等所致。如发生塌孔，应探明塌孔位置，将砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物回填到塌孔位置1m2m，如塌孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实再重新钻孔。 2.缩孔是指孔径小于设计孔径的现象。是由于塑性土膨胀造成的，处理时可反复扫孔，以扩大孔径。 3斜孔桩孔成孔后发现较大垂直偏差，是由于护筒倾斜和位移、钻杆不垂直、钻头导向部分太短、导向性差、土质软硬不一、或遇上孤石等原因造成。斜孔会影响桩基质量，并会造成施工上的困难。处理时可在偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，直至把孔位校直；或在偏斜处回填砂粘土，待沉积密实后再钻。 根据不同的成孔工艺，湿作业成孔钻孔直径约500mm2000mm，钻孔深度可达60m。 钻孔灌注桩混凝土标号一般不低于C15，骨料不宜大于30mm。混凝土的坍落度，当水下灌注时，以18cm20cm为宜，在干土层桩孔中灌注时，以8cm10cm为宜。为了改善混凝土的和易性，可在其中掺入减水剂和粉煤灰等掺和料。所用水泥标号不宜低于425号，每立方米混凝土的水泥用量不小于35