建筑施工技术教案

1、教 案（ 2010-2011 学年第 1学期）课程名称 建筑施工技术 适用专业 建筑工程 授课班级 10 建管1-2班 09建管14、12班任课教师 丁源 技术职称 高级工程师 2010年 9 月重 庆 城 市 职 业 学 院课 时 教 案讲 授 人丁源课 时10序 号1课题内容土方工程教学时间教学方法讲授教学课型理论 实验 习题实践 复习 其他教学手段多媒体教学教学目标知识目标了解土的性质和特点 ，熟悉土方量的计算方法，施工准备与辅助工作的内容，掌握基坑的开挖及土方回填及压实。能力目标熟悉土方量的计算方法，施工准备与辅助工作的内容任务定位教学重点土的工程分类，土方的工程量计算与土方的调配基坑

2、施工，土方机械化施工，土方回填及压实。教学难点场地设计平面的确定，土方工程量的计算，基坑的边坡处理及边坡支护，基坑降水。教 学 过 程 设 计课堂即时生成的问题与对策第一章 土方工程本章提要：本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点，土方工程机械化施工。在土方规划中，涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实，是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。第一节 概述一、土方工程的施工特点 土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之

3、一，它包括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。土石方施工的特点： 1：土石方施工工程量大、面广。 2：施工条件极为复杂。 3：劳动强度较大 。二、土的工程分类 1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)和粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)； ·2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土； 3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土

4、、红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响，才能选择正确的施工方法。 4：开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。三、土的工程性质（一）土的组成土由土的颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成；这三部分之间比例关系随周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同。如干燥、稍湿或很湿、密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土

5、的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。土的三相物质是混合分布的，用三相图表示。三相图中把颗粒、空气、水分别划分开。（二）土的物理性质1.土的可松性 土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示最初可松性系数KS    自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用最初可松性系数表示。   &

6、#160;                                  （1-1）    V1土在自然状态下的体积    V2土经开挖成松散状态下的体积    最终

7、可松性系数K/S    自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用最终可松性系数表示。                （1-2）    V1土在自然状态下的体积； V3土经回填压实后的体积     各类土的可松性系数参见表1-1。   

8、 表11  土的可松性系数    土的类别 KSKS/土的类别KSKS/一类土1.081.171.011.03五类土1.301.451.101.20二类土1.141.281.021.05六类土1.301.451.281.20三类土1.241.301.041.07七类土1.301.451.101.20四类土1.261.321.061.09八类土1.451.501.201.302.土的天然含水量在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率叫土的天然含水量，反映了土的干湿程度，用W表示；如公式 mwW= × 100% （1-3） ms 3.土

9、的天然密度和干密度 分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。如教材公式（1-4）（1-5）4.土的孔隙比和孔隙率孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小土越密实。如公式 VVe = (1-6)VSvvn= _ ×100% (1-7) V 5.土的压缩性 移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见表12。在松土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加1020计算松土方数。6.土的渗透系数土的渗透性系数表示单位时间

10、内水穿透土层的能力，以m/d表示。根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（砂土）和不透水性土（黏土）。它影响施工降水与排水的速度，如表1-2 四、场地设计平面的确定 场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。第二节 土方工程量的计算与土方调配一、 土方工程量的计算土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。1.平均高度法 (1） 四方棱柱体法。 四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为a的方格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值（2）：三角棱柱体

11、法。 三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。 (a)全挖或全填 b)有填有挖全挖或者全填二、 土方调配1. 划分土方调配区1)、划分土方调配区应该与房屋和构造物的平面位置相协调。2）、应满足施工主导机械的应用要求。3）、调配区的范围应该与土方的工程量计算用的方格网相协调。4）、根据具体情况可考虑就近借土或者就近弃土。2.计算土方的平均运距3、用表上作业法进行土方调配。第三节 基坑施工一、 施工准备1. 技术准备2. 编制施工方案3. 设置排水设施4. 修筑临时设施二、 基坑边坡及支护（一）。土方边坡 1：放坡开挖 土方边坡坡度

12、以其高度H与其底宽B之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏步形(图11) 式中 mB /H，称为坡度系数。 直线型 曲线形 踏步型2、边坡处理方法3、边坡加固（二）、土壁支护1、一般基坑支护2、深基坑支护三、基坑降水 土方开挖的过程中，当基坑的底面标高低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。所以必须采取措施做好降水和排水工作，降低坑内的水位。（一）、流砂现象 基坑挖土至地下水位以下，土质为细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。 流砂的防治：1、 在枯水期施工2、

13、打板桩法3、 水下挖土法4、 井点降低地下水位5、 地下连续墙降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井点降水法。（二）、集水坑降水法1:集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水坑，并在坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑，然后利用水泵抽水。2：集水坑的设置3：水泵的选用4：流砂及其防治（三）、井点降水1：井点降水是在基坑开挖前。与先在基坑周围埋设一定的滤水管，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基坑开挖过程中仍不断抽水，使挖的土始终保持干燥状态，从根本上防治流砂发生。2：方法 轻型井点 喷射井点 管井井点 深井井点 电渗井点3.特点 效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆

14、起、方便施工； 可能引起周围地面和建筑物沉降。 第四节 土方机械化施工土方工程施工机械的种类繁多，有推土机、铲运机、平土机、松土机、单斗挖土机及多斗挖土机和各种碾压、夯实机械等。在建筑工程施工中，以推土机、铲运机和挖掘机应用最广，也具有代表性。现将这几种机械的性能、适用范围及施工方法予以介绍。一、 推土机二、 铲运机三、 单斗挖土机第五节 土方的回填及压实一、 填方土料的选择和填筑的要求1、填方土料应符合设计要求，保证填方的强度与稳定性，选择的填料应为强度高、压缩性小、水稳定性好、便于施工的土、石料。如设计无要求时，应符合下列规定： （1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）

15、可用于表层下的填料。 （2）含水量符合压实要求的粘性土，可为填土。在道路工程中粘性土不是理想的路基填料，在使用其作为路基填料时必须充分压实并设有良好的排水设施。（3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方。 （4）淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理含水量。 2、 填土的方法 填土可采用人工填土和机械填土。人工填土一般用手推车运土，人工用锹、耙、锄等工具进行填筑，从最低部分开始由一端向另一端自下而上分层铺填。机械填土可用推土机、铲运机或自卸汽车进行。用自卸汽车填土，需用推土机推开推平，采用机械填土时，可利用行驶的机械进行部分压实工作。 填土必须分层进

16、行，并逐层压实。特别是机械填土，不得居高临下，不分层次，一次倾倒填筑。3、 压实方法   填土的压实方法有碾压、夯实和振动压实等几种。4、 影响填土压实的因素填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为：压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 1）. 压实功的影响 2）. 含水量的影响 3）. 铺土厚度的影响 思 考 题与 作 业1、简述土的工程分类。 2、试述土方工程量的计算方法。3、分析流砂产生的原因及处理方法。4、填土压实有哪几种方法？各有什么特点？教后反思课 时 教 案讲 授 人丁源课 时10序 号2课题内容桩基础工程教学时间教学方法讲授教学课型理论 实验 习题实践 复习 其

17、他教学手段多媒体板书结合教学教学目标知识目标端承桩、摩擦桩的概念。预制桩、灌筑桩的施工工艺及施工方法能力目标把握预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺任务定位教学重点预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺及施工方法教学难点预制桩与混凝土灌注桩的施工工艺教 学 过 程 设 计课堂即时生成的问题与对策第二章 桩基础工程第一节 概述 桩基础是广义深基础中的一种，利用承台和基础梁将深入土中的桩联系起来，以承受整个上部结构重量。 桩基础中桩的作用是借其自身穿过松软的压缩性土层，将来自上部结构的荷载传递至地下深处具有适当承载力且压缩性较小的土层或岩石上，或者将软弱土层挤压密实，从而提高地基土的承载力，以减少基础的沉降。承

18、台的作用则是将各单桩连成整体，承受并传递上部结构的荷载给群桩。桩基础不仅具有承载力大、沉降量小的特点，而且更便于实现机械化施工，尤其当软弱土层较厚，上部结构荷载很大，天然地基的承载能力又不能满足设计要求时，采用桩基础可省去大量土方挖填、支撑装拆及降水排水设施布设等工序，因而能获得较好的经济效果。 桩的种类较多，按桩上的荷载传递机理可分为端承桩和摩擦桩两种类型。端承桩是指在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受的桩；摩擦桩是指在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧摩阻力承受的桩。按桩身的材料可分为木桩、混凝土或钢筋混凝土桩、钢桩等。木桩自重小，具有一定的弹性，又便于加工、运输和施工，但承载力小，在

19、干湿变化的环境中易腐烂，只在木材产地使用；混凝土和钢筋混凝土桩坚固耐用，承载力大，可按需要的截面形状和长度制作，不受地下水位变化的影响，施工也方便，在土木工程中应用最为广泛；钢桩承载力高，设计灵活性大，桩长容易调节，运输较方便，但其耐腐蚀性能较差，且耗钢量大、成本高。按沉桩的施工方法可分为挤土桩(包括打入式和压入式预制桩)、部分挤土桩(包括预钻孔打入式预制桩和部分挤土灌注桩)、非挤土桩(各种非挤土灌注桩)和混合桩等四种类型。按桩的制作方法可分为预制桩和灌注桩。第二节 预制桩施工 预制桩是一种先预制桩构件，然后将其运至桩位处，用沉桩设备将它沉入或埋人土中而成的桩。预制桩主要有钢筋混凝土预制桩和钢

20、桩两类。采用预制桩施工，桩身质量易保证，施工机械化程度高，施工速度快，且可不受气候条件变化的影响。但当土层变化复杂时桩长规格较多，桩入土后易被冲压破损、变形而达不到设计标高。 预制桩施工流释如下1、桩的预制、起吊、运输与堆放 预制钢筋混凝土桩分实心桩和空腹桩，有钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。实心桩截面有三角形、圆形、矩形、六边形、八边形。为了便于预制一般做成正方形断面。断面一般为200mmX200 mm550 mmX 550 mm(图32)。单根桩的最大长度，一般根据打桩架的高度而定，目前单根桩通常在30 m以内，工厂预制时单根桩长一般在12 m以内。如需打设30m以上的桩，则将桩预制成几

21、段，在打桩过程中逐段接桩。空腹桩有空心正方形、空心三角形和空心圆形(即管桩)。管桩在工厂内采用离心法制成，外径一般有00mm、560 nlrll等数种。 钢桩通常有钢管桩、工字型钢极、H型钢桩等。1)桩的制作 钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土预制桩制作时应注意：粗骨料应采用540 mm碎石或卵石；钢筋骨架宜用点焊或绑扎，主筋用对焊或电弧焊连接，相邻两根主筋接头的间距应大于35dg(df为主筋直径)，且不小于500mm。桩顶钢筋网片位置要准确，混凝土保护层厚度要均匀，以确保钢筋骨架受力不偏心，使混凝土有良好的抗裂和抗冲击性能；桩尖短钢筋应对正桩身纵轴线，并伸出桩尖外50100 mm。 预制桩的制作有

22、并列法、间隔法、重叠法和翻模法等方法。底模和场地应平整坚实，防止浸水沉陷；上下层桩及桩与底模间应刷隔离剂，使接蚀面不粘结，拆模时不得损坏桩棱角；上层桩或邻桩必须待下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30后才能浇筑；混凝土应由桩顶向桩尖进行连续浇筑，不得中断，以保证桩身混疑土有良好的匀质性和密实性；制作完成后应及时浇水养护且不得少于7天。 预应力混凝土管桩一般由工厂用离心旋转法制作。管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩(混凝土等级不低于C50)和预应力高强混凝土管桩(混凝土等级不低于C 80)。预应力混凝土管桩代号为PC,预应力高强混凝土管桩的代号为PHC。管桩按外径(m)分为300、350、

23、400、450、500、550、600、800、1 000等规格，长度为715m，按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型。其混凝土有效预压应力值(Nmm2)分别为40、60、80、100。 预应力混凝土管桩应采用强度等级不低于425的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂，细度模数为2334，粗骨料应采用碎石，其最大粒径应不大于25mm，且应不超过钢筋净距的34。预应力钢筋应采用预应力混凝土用钢棒、预应力混凝土用钢丝，其保护层厚度不得小于25 mm。管桩接头宜采用端板焊接，端板的宽度不得小于管桩的壁厚，接头的端

24、面必须与桩身的轴线垂直。 骨架成型后，预应力钢筋间距偏差不得超过±5 mm螺旋筋的螺距偏差不得超过4-10 mm契立圈间距偏差不得超过±20 mm，垂直度偏差不得超过架立圈直径的140。 放张预应力筋时，预应力混凝土管桩的混凝土抗压强度不得低于35 MPa，预应力高强混凝土。第二节灌注桩施工在世界各国的深基础工程中，桩基是主要手段，而在桩基中应用最广泛的是混凝土灌注桩。在高层建筑中大直径混凝土灌注桩的应用越来越普遍，这是由于它具有一系列优点：(1)单桩承载力高，一根桩可以承受几百吨乃至几千吨，能满足高层建筑的框架结构、筒体结构和剪力墙结构体系的需要，由于单桩承载力高，可以作

25、到一根柱子下面只有一根桩，可以不作承台；(2)岩层埋藏较浅时，大直径灌注桩可以嵌入岩层一定深度，使桩更加结实牢固；(3)大直径灌注桩由于成孔直径大，施工时下放钢筋笼方便，灌注水下混凝土也易于保证质量；(4)大直径灌注桩既能承受较大的垂直荷载，也能承受较大的水平荷载，而且能嵌入地层一定深度，其抗震性能也较好，同时沉降也小，能防止不均匀沉降。 (5)灌注桩施工不存在沉桩挤土问题，振动和噪音均很小，对邻近建筑物、构筑物及地下管线、道路等的危害极小。 但是，混凝土灌注桩的成桩工艺较复杂，尤其是湿作业成孔时，成桩速度也较预制打入桩慢。且其成桩质量与施工好坏密切有关，成桩质量难以直观的进行检查。 大直径的

26、混凝土灌注桩，在我国高层建筑施工中得到愈来愈广泛的应用。北京、上海、天津、广州、深圳等地一些著名的高层建筑不少都是利用混凝土灌注桩。通过工程实践，在机械设备、成桩工艺和质量检测方面都取得长足的进步。 混凝土灌注桩的成孔，按设计要求和地质条件、设备情况，可采用钻、冲、抓和挖等不同方式。成孔作业还分为干式成孔(孔内无水)和湿式成孔(孔内有水)，分别采用不同的成孔设备和技术措施。湿式成孔时，需采用泥浆护壁，并用水下混凝土的浇筑方式浇筑桩身混凝土。 一、钻孔灌注桩施工 钻孔灌注桩施工可采用干式成孔或湿式成孔，成孔后吊放钢筋笼，灌注混凝土而成。施工时要保证设计要求的孔径、孔深和孔的垂直精度，并保证孔底松

27、士沉渣厚度满足规范要求。(一)干式成孔的钻孔灌注桩干式成孔用螺旋钻机(图5-10)，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。这种钻机效率高，无振动、无噪音，宜用于匀质粘性土，亦能穿透砂层。用螺旋钻机成孔时，钻机就位检查无误后使钻杆慢慢下移，当接触地面时开动电机，先用慢速钻进，以免钻杆晃动，又易于保证桩位和垂直度。遇硬土层亦应慢速钻进。钻至设计标高时，应在原位空转清土，停钻后提出钻杆弃土。钻出的土应及时清除，不可堆在孔口。钻进时如发现钻杆不正常的晃动或难以钻进，应立即提钻检查，排除障碍。钢筋笼宜一次整体吊入，如

28、过长亦可分段吊，两段焊接后再徐徐沉放孔内。吊放钢筋笼时严防碰撞孔壁。经检验合格后，应及时灌注混凝土，深度大于6m时靠混凝土下冲力自身砸实，小于6m者以长竹杆插捣，上面的2m用振动器捣实。螺旋钻孔灌注桩目前在国内外发展很快。除上述用干式成孔的螺旋钻机施工法之外，还有下述几种方法：1.大芯管、小叶片的螺旋钻机成桩法 这种钻机的钻杆芯管较粗，待钻至设计标高后，通过芯管下放钢筋笼，然后灌注混凝土，留下钻头、拔出钻杆即可。该法无振动、无噪音，是美国60年代开始使用的，现在欧、美一些国家仍在使用。 2日本的CTP工法 该法是用带普通螺旋钻杆的钻机成孔，待钻至设计深度后停钻，打开钻头底活门，然后边提钻杆边通

29、过中空的钻杆芯管向孔内泵送混凝土直至孔口，然后向孔内混凝土中压入或打人钢筋笼而成桩。该法日本从70年代开始应用，目前欧洲各国仍应用较多。但该法混凝土的泵送压力小于2MPa，且向已灌注混凝土的桩孔内压入钢筋笼较困难，因而应用受到一定的限制。 3钻孔压浆成桩法 该法是我国的一项专利。其工艺原理是：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浆为主剂的浆液，使液面升至地下水位或无坍孔危险的位置处，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。成桩的桩径3001000mm,深度可达50m。该法连续一次成孔，

30、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、地下水位高易坍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，比普通灌注桩约提高1倍以上。 该成桩工艺，自1985年以来已在国内几百个高难度基础工程中成功应用，累计达几十万延米，也引起世界上许多国家的重视，技术在国际上领先。 (二)湿式成孔的钻孔灌注桩 湿式成孔钻孔灌注桩的成孔，可用冲抓锥成孔机、斗式钻头成孔机、冲击式钻孔机、潜水电站、大直径旋入全套管护壁成孔钻机(贝诺托Benote钻机

31、)和工程水文地质回转钻机等。 1冲击式钻孔机成孔 该机主要用于岩土层中，施工时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后排除碎块后成孔。冲击式钻头重量一般为5003000kg，按孔径大小选用，多用钢丝绳提升。在孔口处埋设护筒，稳定孔口土壁及保持孔内水位，护筒内径比桩径大300400mm，护筒高1.52.0m，用厚68mm钢板制作，用角钢加固。掏渣筒用钢板制作，用来掏取孔内渣浆。2潜水电钻成孔 潜水电钻是近年来应用较广的一种成孔机械。它是将电机、变速机构加以密封，与底部的钻头连接在一起组成钻具。可潜入孔内作业，以正(反)循环方式将泥浆送人孔内，再将钻削下的土屑由循环的泥浆带出孔

32、外。潜水电钻体积小，重量轻，机动灵活，成孔速度较快，适用于地下水位高的淤泥质土、粘性土、砂质土等，换用合适的钻头亦可钻入岩层。钻孔直径约8001500mm，深度可达50m。它常用笼式钻头(图511)。 3.斗式钻头成孔机成孔斗式钻头成孔机国内尚无定型产品，多为施工单位自行加工。国外有定型产品，日本的加藤式(KATO)钻机即属此类，有20HR、20TH、50TH型号，钻孔直径5002000mm，钻孔深度60m。斗式钻头成孔机由钻机、钻杆、土斗、传动与减速装置等组成，如图5-12所示。钻机利用履带式桩机，钻杆由可伸缩的空心方钢管与实心方钢芯杆组成。芯杆的下端以销轴与斗式钻头相连。提起钻杆时，内、中

33、钻杆均收缩在外套杆内，钻孔取土时，随着钻孔深度的增加，先伸出中套杆，后伸出内芯杆。电动机通过齿轮变速箱减速后作用于方形钢钻杆上，控制工作转速为7rmin。 用此法成孔的施工过程如图5-13所示先开孔，斗式钻头装满土后提出钻孔卸于翻斗汽车，然后继续挖土，待其达到一定深度则安设护筒并输入护壁泥浆，然后正式开始钻孔。达到设计深度后仔细进行清碴，接下来吊放钢筋笼和用导管浇筑混凝土。用此法成孔的优点是：机械安装简单，工程费低；最宜在软粘土中开挖；无噪音、无振动；挖掘速度快。其缺点是：如土层中有压力较高的承压水时挖掘较困难；挖掘后桩的直径可能比钻头直径大1020；如不精心施工或管理不善，会产生坍孔。4大直

34、径旋人全套管护壁成孔(Benote)钻机成孔 贝诺特钻机首先用于法国，后来传至世界各地。它是利用一种摇管装置边摇动边压进钢套管，同时用冲抓斗挖掘土层。除去岩层，几乎所有的土质都可挖掘。该法是工大直径钻孔桩有代表性的三种方法之一，在国外应用较为广泛，我国在施工广州花园酒店的直径1200mm的灌注桩时，也曾使用过法国制造的贝诺特钻机。 贝诺特钻机的主要构造如图514所示，施工时先将套管垂直竖起并对准位置，然后用摇管装置1将套管2边摇动边压入。套管长度有6、4、3、2和1m等几种供选用，一般多选用6m，套管之间用锁口插销进行连接。 摇管装置(图5-15)由夹紧器、摇动装置、上面的链条滑车以及压进和拔

35、出用的千斤顶组成。施工时用摇动臂和专用的夹紧千斤顶将钢套管夹住，利用摇动千斤顶使钢套管在圆周方向摇动，同时尚可压进或拔出套管。由于摇动使套管与土层间的静摩擦消失，使套管借助自重和压进千斤顶的压力顺利地进行下沉。用贝诺特钻机挖土时，在压入钢套管后，用卷扬机将冲抓斗(一次抓土量为0.180.50m3 )放下与土层接触抓土，然后将其吊起至位置4(参见图5一14)，再向前推出至状态5，此时靠钢丝绳操纵使冲抓斗的抓瓣张开，使土落至砂土槽6上，装于翻斗车运出。如此反复进行挖土，直至挖到设计规定的深度为止。在钻孔达到设计深度后，清除钻碴，然后放下钢筋笼，用导管进行浇筑混凝土，并拔出套管。用贝诺特钻机施工时，

36、保证套管垂直非常重要，尤其是在埋设第一、二节套管时更应注意。 为了保证能垂直的埋设套管，首先应当注意贝诺特钻机本身是否水平。在软土地基上安装机械，即使开始时呈水平状态，但在起吊和竖立套管时，由于重心位置前移，容易造成前方向下倾斜。此时，就应在地面上满铺枕木以扩大支承面积。挖掘开始时，应随挖掘随测定套管是否垂直，一旦发现套管倾斜，就要拔出套管，重新调正贝诺特钻机的水平。为保证桩体垂直，第一、二节套管必须谨慎地加以埋设。用贝诺特钻机施工，会由于冲抓斗冲击、抓瓣抓土和地下水压力引起的翻砂等使桩尖处土层松软。也会由于套管刃脚与套管外围尺寸的差额、地下水及摇动套管等使桩周围的土层变松软，这对于砂性土尤为

37、显著。由于上述原因，使桩周围土层变松软的范围(塑性区域)为：为减少桩尖处土层的松软，在开挖时应使桩孔内的水位保持在地下水位以上，使地下水压不致产生翻砂现象，另外，桩尖处的土层应绝对避免超挖，还应该避免采用冲击方式挖掘桩尖处的土层。 贝诺特法的优点是： (1)相比较而言，无噪音、无振动；(2)除岩层外，其他任何土质均可适用；(3)在挖掘时，可确切地搞清楚持力层的土质，便于选定桩的长度；(4)挖掘速度快，挖深大，一般可挖至50m左右；(5)在软土地基中开挖，由于先行压入套管，不会引起坍孔；(6)由于有套管，在靠近已有建筑物处亦可进行施工；(7)可施工斜桩，可用搭接法施工柱列式地下连续墙。贝诺特法的

38、缺点是： (1)因为贝诺特钻机是大型机械，施工时需要占用较大的施工场地；(2)在软土地层中施工，尤其是在含地下水的砂层中挖掘，由于套管的摇动会使周围一定范围内的地基松软； (3)如地下水位以下有厚细砂层时(厚度5m以上)，由于套管摇动会使土层产生排水固结作用，往往因此而不能继续向下挖掘；(4)由于冲抓斗的冲击会使桩尖处持力层变得松软；(5)根据地质情况的不同，已挖成的桩径会扩大410。 5工程水文地质回转钻机成孔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。该钻机配以笼式钻头，可多档调速或液压无级调速，以泵吸或气举的反循环或正循环方

39、式进行钻进。它适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等各种地质条件。其施工程序如图5-16所示。 回转钻机成孔工艺应用较多，现分别详述如下。(1)正循环回转钻机成孔。正循环回转钻机成孔的工艺原理图如图5-17所示，其设备简单，将常用的地质钻机、水文钻机等稍加改装即可。操作简单、工艺成熟。当孔深不太深、孔径<800mm时钻进效果较好。当桩孔径较大时，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。如使泥浆返流速度达到0.200.35ms，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，难以挂出钻碴，孔壁泥皮厚度大，影响

40、成桩和渣孔，这是正循环回转钻机成孔的弊病。正循环成孔，专用钻机有GPS一10、XY5G、GJC40H等型号；改装后的钻机有SPJ-300、红星400、SPC一300H型等。 正循环回转钻机成孔的基本参数为：1)钻压：钻孔时，钻头是在钻压和回转扭矩作用下切削和破碎岩土而获得进尺切削下来的钻碴则由泥浆携出桩孔。为此，钻进时需有一定的钻压。钻压一般根据地层条件、钻杆与桩孔的直径差、钻头形式、切削刀具数目、钻具强度、设备能力等因素综合考虑确定。当用硬质合金钻进成孔时，每片切削刀具的钻压以8001200N或每颗合金的钻压取400600N为宜，可由此确定钻头的钻压。 2)转速：转速的选择除满足破碎岩土的扭

41、矩需要外，还要考虑钻头不同部位切削刀具的磨耗情况。一般按下式计算： 正循环回转钻机成孔时，根据岩土情况合理选择钻头和泥浆性能。下钻头后，先使其距孔底5080mm，开动泥浆泵，待泥浆循环35min后再启动钻机慢速回转，同时慢慢降下钻头，轻压慢转数分钟后逐渐增大转速和钻压而进入正常钻进。此时合理掌握和调整钻进的基本参数，不要随意提动钻具，掌握卷扬机钢丝绳的松紧度，减少水龙头晃动。加接钻杆时，先将钻头提离孔底，待泥浆循环35min后再拆卸加接钻杆。 正循环回转钻进由于需用相对密度大、粘度大的泥浆，加上泥浆上返速度小，排碴能力差，孔底沉碴多，孔壁泥皮厚，为了提高成孔质量，必须认真清孔。清孔的方法主要采

42、用泥浆正循环清孔和压缩空气清孔。用泥浆正循环清孔时，待钻进结束后将钻头提离孔底200500mm，同时大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，维持正循环30min以上，直到清除孔底沉碴和孔壁泥皮，泥浆含砂量小于4时为止。用压缩空气清孔时，用压缩空气机将压缩空气经送风管和混合器(图518)送至出水管，使出水管内的泥浆形成气液混合体，其重度小于孔内(出水管外)泥浆的重度，产生重度差。在该重度差作用下，管内的气液混合体上升流动，使孔内泥浆经出水管底进入出水管，并顺其流出桩孔将钻碴排出。同时不断向孔内补给含砂量少的泥浆(或清水)，形成孔内泥浆流动而达到清孔目的。调节风压即可获得较好的清孔效果。一般用风量69

43、m3min、风压07MPa的压缩空气机。出水管用100150mm左右的钢管，用法兰盘螺栓连接。混合器一般用1825mm的水管弯成，穿进出水管壁焊牢。混合器的下入深度，应满足L1/L20.60。 (2)反循环回转钻机成孔。反循环回转钻进是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，来冷却钻头并携带钻屑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，一般达23ms，多是正循环工艺泥浆上返速度的数十倍，因而提高排碴能力，保持孔内清洁，减少钻屑在孔底重复破碎的机会，能大大提高成孔效率。实践证明，反循环回转钻进成孔工艺是大直径成孔施工的一种有效的、先

44、进的成孔工艺。这种工艺50年代初期当时的联邦德国首先应用于煤田钻井，后引起各国的注意，60年代初传至日本应用于钻孔灌注桩成孔施工，使这一工艺日趋完善。我国于70年代初期就开始试验反循环钻进成孔工艺，后逐渐应用于工程实践。 反循环钻进成孔工艺(图5-19)，按钻杆内泥浆上升流动的动力来源、工作方式和工作原理的不同，分为泵吸反循环钻进、气举(压气)反循钻进和喷射(射流)反循环钻进三种。它们各有其特点和量佳孔深。 泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内泥浆上升而形成反循环。射流反循环是利用射流泵射出的高速液流产生负压，使钻杆内的泥浆上升而形成反循环。气举反循环是将压缩空气通过供气管送至井内的气

45、水混合器，使压缩空气与钻杆内的泥浆混合，形成重度小于1的三相混合液，在钻杆外环空间水柱压力作用下，使钻杆内三相混合液上升涌出地面，将钻碴排出孔外，形成反循环。 泵吸反循环和射流反循环驱动液体的压力一般不大于1个大气压，因此，它们都是浅孔时效率高，孔深大于80m时效率降低很多(图5-20)。而气举反循环钻杆内三相混合液的上升流速与钻杆内外液柱的重度差有关，因此孔浅时压力不足，三相混合液上升流速低，排碴能力差。当孔深增大后，只要增加供气量和供气压力，钻杆内的三相混合液就能获得理想的上升流速，从而提高钻进效率。因此，孔深在10m以内时气举反循环的钻进效率很差，孔深超过50m后，即能保证较高的钻进效率

46、(图5-20)。灌注桩施工中多用效率较高的泵吸反循环钻进工艺，因为在一般情况下钻孔深度不会太大，当然个别情况下例外，而且用泵吸反循环钻进工艺时，钻头寿命长、功率消耗少、钻进效率高。泵吸反循环时，泥浆上返速度快、排碴能力强，当钻头切入地层在回转扭力作用下一经松动，就很快被泥浆携带出来，不必重复破碎，因而钻头寿命长，钻进效率高，钻进成本也较低。此外，泵吸反循环时要求不断向孔内补给泥浆，并始终保持孔内水头压力比孔外地下水的水头压力大2m以上，该压差既可平衡地层压力，又可保持孔壁稳定；同时，由于泥浆下流速度低(一般小于03ms)，所以对孔壁的冲刷作用亦小。因此，采用泵吸反循环钻进时，对多数地层，只要能

47、保持2m以上的静水压力，就可用清水钻进。清孔钻进不用专门制备泥浆，孔壁泥皮薄，有利钻碴分离，孔底沉碴少，成孔质量好。采用反循环钻进工艺时，要注意正确选择下列基本参数：1)钻杆内径：钻杆内径取决于钻杆直径，钻杆内径大，能通过的钻碴颗粒直径也大，有利提高钻进效率，减少压力损失和扩大地层的适用范围。但钻杆内径大，要保证泥浆上返速度Va则泵量亦增大。同时在孔径较小时，过大的钻杆内径，会使补给泥浆的下流速度大，易冲刷孔壁，对孔壁稳定不利，故钻杆内径亦不可过大。一般可参考表5-4进行选择，但钻杆内径d不宜小于100mm，钻杆内径过小，稍大的钻碴进不去，或易产生卡堵现象，也不利于提高钻进效率。2)泥浆上返速

48、度：在反循环回转钻进中，钻碴是不规则的几何形体在有限的流动空间内运动的。为了分析的方便，先假定钻碴是几何形状规则的球体，当球体在无限大静止流体中自由下沉时，作用在球体上的力有重力W、浮力P和流体阻力R(图521)。由于流体阻力R与沉降速度的平方成正比，当沉降速度达到某一数值v0时，使w=P+R，球体即以恒定速度沉降，此恒定速度v0称为球形物体的自由沉降速度。 如果泥浆以小于v0速度向上运动时，则球体将下沉；如果泥浆以大于v0速度向上运动时，则球体将上升；如果泥浆以等于v0速度向上运动时，则球体将既不上升也不下降，在某一水平面上呈摆动状态。此时泥浆的速度称为该球体的自由悬浮速度。悬浮速度与沉降速

49、度数值相等、方向相反。球体的悬浮速度为：由于钻碴非球体，再考虑管壁影响等，则在泵吸反循环钻进中钻碴的自由悬浮速度：再考虑到一般d较大，钻碴表面粗糙且是群体，所以对vg打七折，而且ds=0.45d时悬浮速度最大，代入则得钻碴的悬浮速度： 为排除钻碴，泥浆上返速度va>vg，即钻碴上升速度vs=va-vg>0或va=vs+vg。由此可见，vg一定时，va大、vs亦大，钻碴排出快，钻进效率提高。但va亦不能过太，因为钻碴泥浆混合液通过钻杆内腔时的压力损失由三部分组成：由式(5-19)可看出，pf与va2成正比，va过大时pf较大，一般va>15ms即可钻进。国外认为va=34ms较

50、好，但国内经过实践发现此值过大，对孔壁冲刷厉害，不利于孔壁稳定，认为va=23ms较好，可使钻碴上升速度vs=11.5ms。3)砂石泵排量可按下式计算： 其他符号同前。 我国生产的砂石泵，进水口直径为100250mm，排量为150400m3/h，可根据式(5-21)合理选用。 4)主动钻杆长度H：主动钻杆长度H直接影响水龙头顶部最高点T至孔内液面的距离HL，而HL的大小又直接影响水龙头顶部最高点T处的压力，而此压力不得小于循环介质的汽化压力，以防引起气蚀现象，损坏水龙头和砂石泵。因此，主动钻杆长度不宜过长，但如果太短则加接钻杆时间长，不利提高钻进效率。在HL一定时，宜增大H。正常钻进时，当钻完

51、主动钻杆加接一根钻杆后HL最大(图5-22)，此时 HL=Ha+H+Hb+a (2-22)由式(2-22)可知，为了增大H，就要尽量降低钻机转盘的设计和安装高度Ha和尽量缩短水龙头的高度Hb。过去认为只要主动钻杆的长度不大于35m就可以起动砂石泵，实现反循环钻进以致常由于转盘安装高度过大而导致砂石泵起动困难，甚至无法起动。 5)泥浆液面(图5-23)：国内外实践证明，在第四系地层中钻进成孔，只要孔内水头压力比孔外地下水压力大2×104Pa以上，就能保证孔壁的稳定。即由式(5-23)可以看出，要满足静水压力的要求，可以单独增大H或a，或同时改变H和a。但a不应过大，最大不宜超过110&

52、#215;104Nm3，以防砂石泵起动困难和增大压力损失。但H过大会提高设备安装高度，且护筒埋深需加大，以防孔内泥浆顺护筒外侧反窜至地面，故须综合考虑。一般当L2m时，可用清水护壁；当1mL2m时，可提高护筒，设法提高孔内液位，使之高出地面1m左右，用清水或稀泥浆护壁；当L1m时，设法提高孔内水位1.5m，用泥浆护壁。若泥浆重度过大，影响钻进效率和难以解决泥浆反窜问题时，则可考虑加大护筒的埋深。6)钻压排碴能力强钻压可大；排碴能力弱钻压应小，以获得适应的钻进速度。钻压的大小取决于单颗切削工具切入岩土所要求的压力。7)转速：钻头线速度达到一定值时，再增加转速则钻进速度不增加或增加很少。转轴功率一

53、定时，增加转速会减小回转扭矩，对切削地层不利。转速按式(5-15)计算，取决于钻头线速度和钻头直径。 用反循环回转钻机成孔时，钻孔前需埋设好护筒，护筒起定位、保护孔口和维持水头压力等作。护筒内径比钻头直径大100mm，埋入土中深度不小于1m，护筒中心线同桩位中心线的偏差不得大于50mm，顶部开溢流口。钻机就位必须平整稳固，确保钻孔过程中不产生倾斜和移动。在粘土、粉质粘土层中钻孔，可清水钻孔，原土造浆护壁，泥浆相对密度控制在11左右，在砂层中钻孔要适当提高泥浆相对密度和牯度。要使孔内液面不低于护筒溢流口。钻孔时为防止缩径，对每一新开工程，须用井径仪测得孔径曲线资料，做为控制缩径的依据；钻孔时宜用

54、阶梯形保径钻头，对易缩径的土层可进行复钻。磨损过大的钻头要及时更换，允许偏差为-10mm。为防止超径，不准使用过于弯曲的钻杆，钻头连接应保证同心度。需根据土层种类选择合适的转速。为防止孔斜，钻机塔架要安置平稳、垂直。转盘保持水平；护筒不偏斜。水笼带我拉绳不应绷得过紧，防止把钻杆拉斜。钻孔的顺序要考虑有必要的间距，一般应不小于4m。钻进中的加压给进要随地层变化而及时调整。钢筋笼的制作、吊放和水下混凝土的拌制与浇筑都应符合相应的规定。思 考 题与 作 业教后反思课 时 教 案讲 授 人丁源（丁可植）课 时6序 号3课题内容砌筑工程教学时间教学方法讲授教学课型理论 实验 习题实践 复习 其他教学手段

55、多媒体教学教学目标知识目标了解各类砌筑的类型，砌筑方法，砌筑材料的制备与运输，小型砌块砌体施工。能力目标了解砌筑施工常用的工具的种类及使用；熟悉砌筑用脚手架与垂直运输工具的构造及要求；掌握砖砌体、小型砌块砌体的施工工艺及其施工质量标准。任务定位教学重点砌筑工具与脚手架；砌筑材料的制备与运输；砌筑体施工；小型砌块的施工。教学难点砌筑工具与脚手架；砌筑材料的制备与运输；砌筑体施工；小型砌块的施工。教 学 过 程 设 计课堂即时生成的问题与对策第四章 砌筑工程一、 材料准备砌块、水泥、砂、掺合料、拉结钢筋、顶埋件、木砖等。二、 施工机具搅拌机、手推车、磅秤、外用电梯、砖笼、胶皮管、筛子、大铲、瓦刀、扁子、托线板、线坠、小白线、卷尺、铁水平尺、皮数杆、小水桶、砖夹子、扫帚等。三、 作业条件1、 完成室外及房心回填土，基础工程结构施工完毕，并经有关单位验收合格。2、 弹好墙身线、轴线，根据现场砌块的实际规格尺寸，再弹出门窗洞口位置线，经验线符合设计图纸的尺寸要求，办完验收手续。3、 立皮数杆：用30×40m