土木工程施工技术(吴水根).ppt

2020/6/5,1,土木工程施工技术,同济大学土木工程学院建筑工程系建筑施工教研室,吴水根二00二年十月,2020/6/5,2,第一讲工程桩的施工,2020/6/5,3,桩基础概述：根据传力和作用性质不同分为端承型桩和摩擦型桩两大类1、摩擦型桩：是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力受力的桩，根据桩侧阻力分担荷载的大小，磨擦型桩又分为磨擦桩和端承磨擦桩两种。2、端承型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受，桩侧阻力相对桩端阻力而言较小，或可忽略不计的桩。根据桩端阻力发挥的程度和分担荷载的比例，又可分为端承桩和磨擦端承桩两种,2020/6/5,4,根据材料不同分为：砼桩、钢桩、和组合材料桩等砼桩又分为预制桩和灌注桩两类。钢桩有钢管桩、H型钢桩和工字型钢桩等。组合材料桩是用两种材料组合的桩，如钢管桩内填充砼等形式的组合桩。根据成桩方法不同分为：挤土桩（如打入式预制桩）、部分挤土桩（如钻孔打入式预制桩）和非挤土桩（如钻孔灌浇桩）等三种。,2020/6/5,5,第一章钢筋混凝土预制打入桩施工,2020/6/5,6,1-1、预制桩的制作，起吊，运输,堆放制作：叠浇4层，下层砼30%强度后筑上层（邻桩30%设计强度）并连续浇筑。起吊、运输、堆放:（1、100%强度后才可起吊，100%强度后才可运输（打桩）；2、堆放搁置点与吊点上下一致且4层）,2020/6/5,7,1-2、设备1.桩锤落锤构造简单，使用方便。轻锤重0.51.5t,重锤可达数吨。柴油锤利用燃油爆炸的能量，推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。重量有0.12，0.6，1.2，1.8，2.5，4.0，6.0t等数种，锤击次数次min.可用于大型混凝土桩和钢管桩等。,2020/6/5,8,蒸汽锤-利用蒸汽的动力进行锤击。单动可打各种桩，重310t,双动因冲击频率高（次min）,工作效率高。适宜打各种桩，也可在水下打桩并用于拔桩。重0.66t液压锤-一种新型的打桩设备。构造复杂，造价高。,2020/6/5,9,桩锤选择根据现场情况及现有打桩设备条件,确定桩锤类型后,还要选择桩锤重量,锤重的选择应根据地质条件,桩的类型与规格,桩的密集程度,单桩极限承载力及现场施工条件等因素综合考虑确定,其中地质条件影响最大.,2020/6/5,10,1)按桩锤冲击能选择E25P式中E-锤的一次冲击动能(kNm)P-单桩的设计荷载(kN)2)按桩重量复核K=(Q+q)/E式中K-适用系数双动汽锤、柴油打桩锤K5.0单动汽锤K3.5落锤K2.0Q-锤重（kN）；q-桩自重（包括送桩、桩帽与桩垫）（kN）；3)按经验选择桩锤,2020/6/5,11,2020/6/5,12,注:1、适用于预制桩长2040m、钢管桩长度4060m，且桩尖进入硬土层一定深度。不适用于桩尖处于软土层的情况。2、标准贯入击数N值为未修正的数值。3、本表仅供选锤参考，不能作为设计确定贯入度和承载力的依据。,2020/6/5,13,4)校核锤重与桩重之比：按规范规定，桩锤的重量应大于或等于桩的重量。当桩重力大20kN时，可采用比桩轻的锤，但亦不能小于桩重的75%，一般桩锤的重量大于桩重的1.52倍时,能取得良好的效果。,2020/6/5,14,桩锤选用实例某工程为预制钢筋混凝土桩（=2500kg/m2），桩的长度、截面及单桩设计荷载可查表，送桩及桩帽的重量为200kg，根据土质条件采用柴油打桩机，试按冲击能E值、适用系数K选择桩锤，并用桩重与锤重合宜比进行校核(柴油打桩锤的技术数据见表1、2,1,2020/6/5,15,2,2020/6/5,16,2,2020/6/5,17,2,2020/6/5,18,0.940.75,2020/6/5,19,2.架桩桩架是支持桩身和桩锤，打桩时引导桩的方向的打桩设备。A.多能桩架（立柱、斜撑、回转工作台和底盘及传动机构组成）稳定性好，起吊能力大，可打较长（30m）的桩等优点，但桩架占地大，行走、装拆麻烦。B.履带式桩架履带式起重机为底盘+立柱+斜撑。移动方便，可适用各种桩施工，应用最多、行走方便、机动灵活。,2020/6/5,20,1-3打桩1)打桩顺序A.先深后浅，先大后小，先长后短B.密集桩群：自中间向两个方向或四周对称施打C.毗邻建筑物：远离建筑物D.逐排打，自中央向四边打，分段打（D3d粗骨料B.加劲箍：主筋外侧、主筋不放弯钩，所设弯钩不向内园伸露（免妨导管工作）C.内径应比导管接头外径大100以上D.搬运和吊装防止变形，安放对准孔位，避免碰撞，就位后立即固定E.主筋保护层允许偏差（水下浇捣20，非水下浇捣10）粗骨料：卵石or碎石dmax50,1/3d主筋净距（沉管桩）；70，1/4d0（素砼桩）试块：d0(桩径)1m：1组/根；1组/台班,2020/6/5,37,2-2、泥浆护壁钻孔灌注桩1、泥浆的制备和处理制备：1）、自行造浆2）、制备泥浆：高塑性粘土；膨润土泥浆护壁：1）、施工期间的泥浆面应高出地下水位1m,水位涨落时，应高出最高水位1.5m以上2）、清孔时不断置换泥浆3）、浇砼前，孔底500以内，p1.25，含砂率8%，粘度28s,2020/6/5,38,2、正反循环钻孔灌注桩1）H30m的端承型桩采用反循环工艺成孔或清孔2）护筒：A、准确、稳定、护筒中心与桩位中心的偏差50B、内径钻头直径+100，其上部宜开设12个溢浆孔C、埋设深度：1.0m（粘土中），1.5m（砂土中）3）钻进速度：A、松软土层：根据泥浆补给情况控制B、硬层或岩层中：以钻孔不发生跳动为准4）清孔：A、泥浆指标p1.25，含砂率8%，粘度28sB、孔底沉碴（端承桩50；摩擦端承，端承摩擦桩100；摩擦桩300）,2020/6/5,39,3、水下浇注砼钢笼吊放隐藏工程验收水下浇注砼l配合比：1）好的和易性，坍落度180220，水泥用量360kg/m32）砂率40%45%，中粗砂，dmax0.5m4）连续施工：每根桩的浇注时间按初盘砼的初凝时间5)控制最后一次灌注量，桩顶不得偏低，泛浆高度须保证暴露的桩顶砼达到强度设计值。,2020/6/5,41,2-3沉管灌注桩施工2-3-1锤击沉管桩1、施工方法：单打法、复打法及反插法2、施工规定：1).群桩和桩中心距小于4倍桩径的桩基提出相应技术措施（保证相邻桩身质量）2).预制桩尖或钢桩尖加工质量和埋设位置与设计相符且桩管与桩尖密封良好3).每米锤击数和最后一米锤击数及准确测量最后三阵，每阵十锤的贯入度及落锤高度。4).灌注砼沉管至标高立即灌砼（先灌至笼底；放钢笼；再灌砼至桩顶标高）,2020/6/5,42,l拔管：第一次应控制在能容纳第二次所需灌入的砼量为限速度要均匀:1m/min(一般土层)；0.30.8m/min（软弱土层或软硬土层交界处）l倒打、轻击不中断（单动汽锤50次/min；自由落锤40次/min）l砼充盈系数1.0，否则宜全长复打或局部复打（超1m以上长度）对可能有断桩或缩颈桩l全长复打：A.第一次至自然地面B.随拔管随清泥土（管壁和地面上）C.轴线重合复打，且应于第一次砼初凝之前完成D.有钢筋时，坍落度80100，素砼6080,2020/6/5,43,2-3-2振动、振动冲击沉管灌注桩的施工l施工方法：A.单打法：适用于含水量较小的土层，宜采用预制桩尖B.反插法，复打法：适用于饱和土层l拔管速度：一般土层1.21.5m/min(活瓣宜慢；预制桩尖可快)，软弱土层0.60.8m/minl反插法：A.灌满砼后先振动后拔管，0.51.0m/次，0.30.5m/次（反插），拔管中分段添加砼，保证管内砼面（A、不低于地表面，B、高于地下水位1.01.5m以上），拔管速度0.5m/minB.桩尖处1.5m范围内，宜多次反插以扩大桩的端部断面C.穿过淤泥夹层时，应当放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度，在流动性淤泥中不宜使用反插法。,2020/6/5,44,2-4干作业成孔灌注桩A、钻孔（扩底）灌注桩的施工；B、人工挖孔灌注桩的施工）(略),2020/6/5,45,沉管灌注桩常遇问题断桩、缩颈、桩靴进水进泥及吊脚桩断桩：地面以下1-3m的不同软硬土层交接处原因：A、桩距过小，挤压水平横向推力和隆起上拔力影响产生剪应力水平裂缝措施：a.桩距3.5倍桩径;b.跳打法或控制时间法;减少对邻桩的影响。缩颈（瓶颈桩）：在含水量大的粘性土中沉管时，土体受强制扰动和挤压，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后对新浇砼产生挤压导致缩颈；拔管过快，砼量少或和易性差均会产生此现象。处理：复打法,2020/6/5,46,桩靴进水、进泥：地下水位高，含水量大的淤泥和粉砂土层处理：1、拔出桩管，修复改正桩靴缝隙后，用砂回填桩孔重打2、地下水量大时，桩管沉到地下水位时，用水泥砂浆灌入管内约0.5m作封底，并再灌1m高砼然后打下。吊脚桩：桩底部的砼隔空，或砼中混进了泥砂而形成松软层的桩。原因：预制桩靴被打坏而挤入套管内，拔管时桩靴未及时被砼压出或桩靴活瓣未及时张开，如发现问题应将套管拔出，填砂重打。,2020/6/5,47,2020/6/5,48,第三章钢桩的施工,2020/6/5,49,3-1钢桩的制作1.材料应符合设计并有出厂合格证和试验报告2.现场制作应有平整的场地及挡风防雨的措施3.制作允许偏差1)外径或断面尺寸（桩端部0.5%外径或边长；桩身1%外径或边长）2)长度0；矢高1%桩长；端部平整度2（H型桩1）3)端部平面与桩身中心线的倾斜值24.分段长度1)满足桩架的有效高度、制作场地条件、运输与装卸能力且15m2)避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩5.有侵蚀性或腐蚀性土层应防腐处理,2020/6/5,50,3-2钢桩的焊接1.焊接规定：1)端部浮锈，油污等脏物须清除，保持干燥；下节桩顶经锤击后的变形部分应割除2)焊接时应校正垂直度，对口间隙为23mm3)焊丝或焊条应烘干4)焊接应对称进行5)焊接应用多层焊、钢管桩各层焊缝的接头应错开，焊渣应清除。6)T00或雨雪天，须有可靠的焊接质量保证措施。7)焊毕1min后才可锤击,2020/6/5,51,8)验收：A.每个接头常规检查a.上下节桩错口：钢管桩外径7003mm，7002mm；H型钢桩1mmb.咬边深度（焊缝）0.5c.加强层高度（焊缝）0+2d.加强层宽度（焊缝）0+3B.5%接头做超声，探伤检查3个（同一工程）C.或2%接头做X拍片，探伤检查3个（同一工程）,2020/6/5,52,3-3运输和堆存1、场地平实，排水畅通2、桩的两端应适当保护，钢管桩应设保护圈3、搬运时应防止桩体撞击而造成桩端桩体损坏或弯曲4、钢桩应按规格、材质分别堆放，堆放层数不宜太高，支点合理，防止滚动钢管桩：900，三层H型钢桩：六层600，四层400，五层,2020/6/5,53,3-4、沉桩1.预制桩打入标准均适用于钢桩2.钢管如锤击沉桩有困难，可在管内取土助沉3.H型钢桩断面刚度较小，锤重4.5t,锤击中预防横向失稳4.持力层较硬时，H型钢桩不宜送桩5.有大块石等回填物，插桩前应清除保证沉桩质量。,2020/6/5,54,第四章桩基工程质量及验收,2020/6/5,55,4-1成桩质量检查1、灌注桩的成桩质量检查主要包括成孔及清孔、钢笼制作及安放、砼搅制及灌注等三个工序。砼：一般采用商品砼。搅制应对厚材料质量与计量，砼配合比，坍落度、砼强度等级进行检查。钢笼：钢筋规格，焊条规格，品种，焊口规格，焊缝长度，焊缝外观和质量，主筋和箍筋的制作偏差等进行检查。成孔：中心位置，孔深，孔径，垂直度，孔底沉渣厚度，钢笼安放的实际位置等进行认真检查，并纪录。,2020/6/5,56,2、预制桩和钢桩质量检查主要包括制桩，打入（静压）深度，停锤标准，桩位及垂直度检查预制桩按标准图、设计图制作，偏差应符合要求沉桩：每米进尺锤击数，最后1m锤击数，最后三阵贯入度及桩尖标高，桩身（架）垂直度等。检测：一级建筑桩基和地质条件复杂或成桩质量可靠性较低的桩基工程，应进行成桩质量检测。（动测，钻取岩芯，预埋超声检测）偏差：相应规定。,2020/6/5,57,4-2单桩承载力检测1、根据工程重要性，地质条件，设计要求和工程施工情况进行单桩静载荷试验和可靠的动力试验。2、工程桩未进行单桩静载试验的一级建筑桩基；地质条件复杂，桩的施工质量可靠性低，确定单桩竖向承载力的可靠成性低，桩数多的二级建筑桩基。应进行单桩竖向承载力检测：同一条件下的数量1%总桩数且3根(50根以内2根)3、动测即可：工程桩施工前已进行单桩静载试验的一级建筑桩基属于上面情况范围外的二级建筑桩基三级建筑桩基作为静载试验的辅助检测,2020/6/5,58,4-3基桩及承台工程验收资料1、桩顶标高与施工场地标高A.相近时，应待成桩完毕后验收；B.“低于”时，应待开挖到设计标高后进行验收2、基桩验收资料1)地质报告，桩基施工图，图纸会审纪要，设计变更单及材料代用通知单2)施工组织统计，施工方案及其变更情况3)桩径测量放线图，及其桩径线复核签证单4)成桩质量检查报告5)单桩承载力检测报告6)基桩竣工平面图及桩顶标高图,2020/6/5,59,3、承台验收包括资料1)承台钢筋，砼的施工与检查记录2)桩头与承台的锚筋，边桩离承台边缘距离，承台钢筋保护层记录3)承台厚度，长宽记录及外观情况描述等,2020/6/5,60,第二讲地基处理及基础托换,2020/6/5,61,概述1、选择方案前应完成下列工作1)搜集详细的工程地质，水文地质及地基基础设计资料等2)据设计要求或天然地基存在的主要问题确定地基处理的目的，处理的范围及处理后要求达到的各项技术指标3)结合工程情况，了解本地区地基处理经验和施工条件及其他地区相似场地上同类工程的地基处理经验和使用情况。,2020/6/5,62,2、方案选择时考虑上部结构，基础和地基的共同作用，并经技经比较选用地基处理方案或加强上部结构和处理地基相结合的方案3、处理方法的确定步骤：1)据结构类型、荷重大小及使用要求，结合地形地貌，地层结构，地质条件，地下水环境情况和对邻近建筑的影响等。（初选方案）2)分别从加固原理，适用范围，预期处理效果，材料来源及消耗，机具条件，施工进度和对环境的影响等进行技经分析和对比。（选择最佳方案）,2020/6/5,63,3)对选定的方法，按建筑物的安全等级和场地复杂程度，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。若达不到设计要求，应查原因，采取措施或修改设计。4、处理后的地基，其承载力标准值的修正应使基础宽度的地基承载力修正系数应取零，基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。,2020/6/5,64,4、处理后的地基，其承载力标准值的修正应使基础宽度的地基承载力修正系数应取零，基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。5、技术人员应掌握相应工程的处理目的，加固原理和质量标准，做好质量控制和监测并记录；施工中做好质量监理；施工期间进行沉降观测，重要建筑物须于使用中继续观测,2020/6/5,65,6、具体方法：换填法土或灰挤密桩法预压法砂石桩法强夯法深层搅拌法振冲法高压喷射注浆法托换法（桩式，灌浆，基础）,2020/6/5,66,第一章地基处理技术,2020/6/5,67,11.注浆法特点:1)应用广泛，新建、改建和扩建工程中均有应用2)水泥系与水玻璃系占主导地位。3)电子监测如注浆压力、浆液调度、进浆量，提高工效，控制注浆工程和质量。4)理论不足,2020/6/5,68,适用范围：处理砂土、粉性土，粘性土和一般填土层，以提高地基土的强度和变形模量，控制沉降。在桩侧和桩底进行水泥注浆以提高单桩承载力深基坑开挖中，对支护桩的后侧及基坑底面注浆，可形成挡水帷幕防渗作用。对结构物及文物的修补和修复。在地铁和敷设地下管道工程中，用注浆法加固粉砂和淤泥质地层。,2020/6/5,69,1-1-1.注浆法设计注浆设计前必须通过调查研究，设计包括注浆材料的选择、初凝时间、注浆量和压力、注浆孔布置和注浆顺序等。1.注浆浆液注浆法处理软土的浆液材料可选用以水泥为主的悬浊液，也可选用水泥和不玻璃的双液混合液。后者具有凝结时间快的特点，在有地下动水流的情况下，应采用双液水泥浆。浆液的初凝时间应根据地基土质条件决定。在砂土地基注浆中，一般使用的浆液初凝时间为520min；在粘性土中劈裂注浆时，一般浆液初凝时间为12h。,2020/6/5,70,2.注浆量注浆量取决于地基土性质和浆液的渗透性等因素。在进行大规模注浆施工时，宜在施工现场进行试验注浆以决定注浆量。一般粘性土地基中的浆液注入率为15%20%。3.注浆压力注浆按其在土中的流动方式可分为渗透注浆、压密注浆及劈裂注浆。渗透注浆是指浆液以自然渗透方式渗入土体孔隙中的注浆方法，它往往只能在孔隙较大且贯通性良好的土中进行，如土的渗透系数小于10.5cm/s数量级的土层中，一般难以实现。,2020/6/5,71,压密注浆是用压力将很稠的浆液灌入预先在土层中钻进的孔中（图1-1）。,图1-1,2020/6/5,72,劈裂注浆则是通过压力将地层中原有裂隙或孔隙张开，形成扩张的裂隙与孔隙，使浆液灌入其中（图1-2）。,图1-2,2020/6/5,73,在实际注浆中，往往是多种形式同时出现，而以某一形式为主而已。不同注浆形式其注浆压力亦不同。对劈裂注浆，在注浆的范围内应尽量减小注浆压力。注浆压力的选用应根据土层的性质及其埋深确定。在砂土中的经验数值是0.20.5Mpa；在粘性土中为0.20.3Mpa。压密注浆的注浆压力主要取决于浆液材料的稠度。如采用水泥砂浆液，坍落度可在2575mm左右，注浆压力可选定在17Mpa范围内。坍落度较小，注浆压力可取上限值。如采用水泥-水玻璃双液快凝浆液，则注浆压力应小于1Mpa。,2020/6/5,74,4.布孔及注浆顺序注浆孔的布置原则应能使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体，注浆孔间距可控制在12m，但应保证每孔注浆的影响半径相互搭接。注浆点上的覆盖土厚度应大于2m。注浆时应采用先外围后内部的注浆施工方式，以形成封存密区，提高浆液加固效果。如注浆范围以外有边界约束条件时，也可采用自内侧开始顺次往处侧注浆方法。,2020/6/5,75,1-1-2.注浆法施工1.施工准备注浆法施工的场地事先应予平整，除干钻法外，应沿外孔位置开挖沟槽与集水坑，以保持场地干燥。2.工艺流程（1）阀管注浆阀管亦称袖阀管，它是由塑料花管及橡皮套组成。塑料花管内径50mm，每隔一定距离（330-500mm）钻一组小孔，即注浆孔。在每组注浆孔（纵向100mm范围）的外部包裹12层橡皮套，它在沉管时可防止泥浆进入管内；注浆时又保证浆液在一定压力下冲开，使浆液灌入土层中；而当停止灌浆，橡皮套又回缩封住注浆口，防止土层中流体进入管中起到了“阀门”作用，而其形状又似“袖子”，故又称袖阀管（图1-3）。,2020/6/5,76,图1-3,2020/6/5,77,塑料阀管注浆法施工可按下列步骤进行（图1-4）。,图1-4,2020/6/5,78,Aa.钻孔；b当钻孔钻到设计深度后，从钻杆内灌入封闭泥浆；c插入塑料单向阀管到设计深度。当注浆孔较深时，阀管中应加入水，以减小阀管插入土层时的弯曲。d待封闭泥浆凝固后，在塑料阀管中插入双向密封注浆芯管再进行注浆；e注浆完毕后，用清水冲洗塑料阀管中的残留浆液。对于不宜用清水冲洗的场地，可用纯水玻璃浆或陶土浆灌满阀管内。,2020/6/5,79,（2）花管注浆花管注浆是用带孔的钢质花管（图1-5）打入或钻孔插入土中，再用压力浆浆液注入花管中，浆液从孔中灌入土层，随后边提升或沉下花管并连续注浆，在土中形成加固土，提高地基强度。该方法施工简单，但注浆时易发生沿管壁冒浆现象，无法进行“封顶”注浆。,图1-5,2020/6/5,80,花管注浆法施工可按下列步骤进行（图1-6）。,图1-6,2020/6/5,81,a钻孔沉管或采用振动法将花管压入土层。若采用钻孔法，应从钻杆内灌入封闭泥浆，然后插入花管；b如钻孔中有封闭泥浆，则应待闭泥浆凝固后，再移动花管自下向上（或自上向下）进行注浆。3.施工要点钻孔法施工的注浆孔的钻孔孔径一般为70100mm，垂直偏差应小于1%。当钻到设计深度后，必须通过钻杆注入封闭泥浆，直到孔口溢出泥浆方可提杆。当提杆至中间深度时，应再次注入封闭泥浆，最后完全提出钻杆。封闭泥浆的7d立方体搞压强度宜为qu=0.30.5Mpa，浆液粘度为80s90s。,2020/6/5,82,注浆管上拔时宜使用拔管机。塑料阀管注浆时，注浆芯管每次上拔高度应为330mm；花管注浆时，花管每次上拔或下沉高度宜为500mm。注浆的流量一般为710L/min，对充填型灌浆，流量可适当加快，但也不宜大于20L/min。在满足强度要求的前提下，可用磨细粉煤灰或普通粉煤灰部分代替水泥，掺入量应通过试验确定，一般掺入量约为水泥重量的20%50%。为了改善浆液性能，可在浆液拌制时加入如下外加剂：a.水玻璃：它可加速浆体凝固，其模数应为3.03.3。水玻璃掺量应通过试验确定，一般为水泥用量的0.5%3%。b.表面活性剂：它可提高浆液扩散能力和可泵性，一般掺量为水泥用量的0.3%0.5%。c.膨润土：它可提高浆液均匀性和稳定性，防止固体颗料离析和沉淀，其掺加量不宜大于水泥用量的5%。,2020/6/5,83,施工中，如注浆中途发生地面冒浆现象应立即停止注浆，调查冒浆原因；如系注浆孔封闭效果欠佳，可待浆液凝固后重复注浆；如系地层灌注不进，则应结束注浆。,2020/6/5,84,1-2深层搅拌法水泥土搅拌桩复合地基是通过水泥加固土(搅拌桩)与桩间土共同承载,由于水泥加固土的无侧限抗压强度比原状土大大提高,一般比原状土提高几十倍乃至几百倍,因此复合地基承载力也相应有所提高,通常可提高3050%.水泥土深层搅拌法适用于处理淤泥，淤泥质土，粉土和含水量