第2章桩基础工程

1、本章内容简介：本章内容简介： 钢筋混凝土预制桩的制作、起吊、运输和堆放 打桩机具及其选择，打桩施工 预制桩施工对周围环境的影响及预防措施 灌注桩及水下混凝土的施工。本章教学目标： 了解桩基础组成及分类； 熟悉钢筋混凝土预制桩的制作、起吊、运输堆放， 掌握沉桩方法、能确定打桩顺序和进行质量控制。 熟悉钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、冲孔灌注桩的工艺流程 掌握桩基施工中常见问题和处理方法。2.1 钢筋混凝土预制桩施工钢筋混凝土预制桩施工 本本 章章 内内 容容2.2 灌注桩施工灌注桩施工 n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。 n桩的作用是将上部建

2、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。 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。 桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种,如图2.1所示。 桩按施工方法分为预制桩和灌注桩v预制桩预制桩根据沉入土中的方法，可分打入桩、水冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等；v灌注桩灌注桩是

3、在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架，再浇筑混凝土而成的桩。灌注桩按成孔方法不同，有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、冲孔灌注桩、套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等。 钢筋混凝土预制桩钢筋混凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中，其特点：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。 钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型。知识窗钢筋混凝土预制桩钢筋混凝土预制桩钢筋混凝土预制桩有方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩。 钢筋混凝土预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩的类型、成孔过程对土的挤压情况、地质探测和试桩等资料，制定

4、施工方案。其主要内容包括：确定施工方法，选择打桩机械，确定打桩顺序，桩的预制、运输，以及沉桩过程中的技术和安全措施。知识窗场地平整及周边障碍物处理 定桩位及埋设水准点 依据施工图设计要求，把桩基定位轴线桩的位置在施工现场准确地测定出来，并作出明显的标志。在打桩现场附近设置24个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。 桩帽、垫衬和送桩设备机具准备 知识窗n管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作，较长的方桩在打桩现场制作。 n模板可以保证桩的几何尺寸准确，使桩面平整挺直；桩顶面模板应与桩的轴线垂直；桩尖四棱锥面呈正四棱锥体，且桩尖位

5、于桩的轴线上；底模板、侧模板及重叠法生产时，桩面间均应涂刷好隔离层，不得粘结。 2.1.1 2.1.1 桩的制作、起吊、运输和堆放桩的制作、起吊、运输和堆放 1）桩的制作钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内数量不超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d0并不小于500mm。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。钢筋骨架制作允许偏差应符合表2.1的规定。 项目类别允许偏差钢筋混凝土预制桩1横截面边长5mm2桩顶对角线之差10mm3保护层厚度5mm4桩身弯曲矢高不大于1桩长，且不大于20mm5桩尖中心线10mm6桩顶平面对桩中心线的

6、倾斜3mm7锚筋预留孔深0+20mm8浆锚预留孔位置5mm9浆锚预留孔径5mm10锚筋孔的垂直度1%钢筋混凝土管桩1直径5mm2管壁厚度 5mm3抽芯圆孔平面位置对桩中心线5mm4桩尖中心线10mm5下节或上节桩的法兰对中心线的倾斜2mm6中节桩两个法兰对桩中心线倾斜之和3mm 表2.1 制作钢筋混凝土预制桩的允许偏差桩的制作质量应符合下列要求：桩的表面应平整、密实，否则容易将桩打偏或打坏，掉角的深度不应超过10mm，且局部蜂窝和掉角的缺损总面积不得超过该桩总表面积的0.5%，并不得过分集中。 由于混凝土收缩产生的裂缝深度不得大于20mm，宽度不得大于0.25mm，横向裂缝长度不得超过边长的一

7、半（管桩或多角形桩不得超过直径或对角线的1/2）。 桩顶和桩尖处不得有蜂窝、麻面、裂缝和掉角。桩的制作允许偏差见表2.1。 2) 桩的起吊 钢筋混凝土预制桩应在混凝土强度达到设计强度等级的70时方可起吊，达到100%时才能运输和打桩。起吊时，吊点位置必须严格按设计位置绑扎。无吊环时，绑扎点的数量和位置视桩长而定，当吊点或绑扎点不大于3个时，其位置按正负弯矩相等原则计算确定；当吊点或绑扎点大于3个时，应按正负弯矩相等且吊点反力相等的原则确定吊点位置。 几种不同吊点位置如图2.2所示。3)桩的运输 桩的运输应根据打桩进度和打桩顺序确定，宜采用随打随运方法，这样可以减少二次搬运工作。 运桩之前，应检

8、查桩的混凝土质量、尺寸、桩靴的牢固性以及打桩中使用的标志是否齐全等。 当桩的运输距离较短时，可在桩的下面垫滚筒，用卷扬机拖动桩身前进；当运距较远时，可采用轻便轨道小平台车运输；对于工厂生产的短桩，可采用汽车运输。 桩在堆放运输中，垫木位置应与吊点位置相同，保持在同一平面上，并上下对齐。最下层垫木应适当加宽。4)桩的堆放 桩的堆放应遵守下列规定： 堆放场地应平整坚实，垫木之间距离应根据吊点确定，并应在同一竖直线上。 堆放管桩应在垫木上加三角木防止管桩滚动，最下层的垫木应加强。 堆放层数一般不宜超过4层，不同规格的桩应分别堆放。2.1.2 2.1.2 锤击沉桩锤击沉桩( (打入桩打入桩) )施工施

9、工 打入法打入法也称锤击法，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打桩施工方法。 锤击沉桩锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。 1) 1) 打桩机具及选择打桩机具及选择 打桩设备包括桩锤桩锤、桩架桩架和动力装置动力装置。 桩锤可选用落锤、汽锤、柴油打桩锤和振动锤。落锤一般由铸铁制成。有穿心锤和龙门锤两种，重0.22t。它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。汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械，有单

10、动汽锤和双动汽锤两种，如图如图2.32.3、图图2.42.4所示 。 柴油锤：一般分为导杆式和筒式两种，如图2.5所示。(1) (1) 桩锤桩锤 桩架的作用为吊桩就位，悬吊桩锤，打桩时引导桩身方向。桩架要求稳定性好，锤击准确，可调整垂直度；机动性、灵活性好，工作效率高。桩架高度应为：桩长+桩帽高度+桩锤高度+滑轮组高度+起锤工作伸缩的余位调节度（12m）。若桩架高度不满足，则桩可考虑分节制作，现场接桩，若采用落锤还应考虑落距高度。 常用桩架：一种是沿轨道或滚杠行走移动的多能桩架，另一种为装在履带式底盘上可自由行走的履带式桩架。如图2.6、图2.7所示。(2) (2) 桩桩架架(3)(3)动力设

11、备动力设备打桩机械的动力装置及辅助设备主要根据选定的桩锤种类而定。落锤以电源为动力，再配置电动卷扬机、变压器、电缆等；蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力，配置蒸汽锅炉、蒸汽绞盘等；气锤以压缩空气为动力源，需配置空气压缩机、内燃机等；采用柴油锤，以柴油为能源，桩锤本身有燃烧室，不需要外部动力设备。 2)2)打桩前的准备工作打桩前的准备工作 清除妨碍打桩施工的空间及地下障碍物，平整场地机具就位及接通水源、电源打桩试验确定打桩顺序，如图2.8所示。抄平放线，定桩位，设标尺 图2.8 打桩顺序(a)由中间向两侧对称施打； (b)由中间向四周施打 ；（c）由一侧单方向施打3 3） 打桩施工打桩施工（1）定锤吊

12、桩 打桩机就位后，先将桩锤和桩帽吊起，其锤底高度应高于桩顶，并固定在桩架上，以便进行吊桩。（2）打桩打桩应“重锤低击”，“低提重打”，以取得良好效果。 （3）打桩测量和记录 施工记录见表2.4.表2.4 钢筋混凝土预制桩施工记录 桩位平面图 施工单位工程名称打桩班组 桩规格及长度 桩锤类型及冲击部分重量 自然地面标高 桩锤重量 桩顶设计标高 编号打桩日期桩入土每米锤击次数落矩（cm）桩顶高出或低于设计标高（m）最后贯入度（cm/10击）备注1234 工程负责人： 制表： （4）注意事项在打桩过程中应经常用线锤及水平尺检查打桩架，如垂直度偏差超过1%，必须及时纠正，以免把桩打斜。打桩入土的速度应

13、均匀，锤击间歇的时间不要过长。应观察桩锤回弹情况，如经常回弹较大，说明桩锤太轻，不能使桩下沉，此时应更换重一些的桩锤。应随时注意贯入度的变化情况。用送桩打桩时，桩与送桩的纵轴线应在同一直线上。对于打斜桩，应将桩拔出，查明原因，排除障碍，用砂石填孔后，重新插入施打。若拔桩有困难，应会同设计单位研究处理，或在原桩位附近补一桩。4 4） 打桩质量要求打桩质量要求(1) 打桩质量要求端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。 打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合表2.4的规定。桩的承载力

14、检验 (2) 混凝土预制桩施工记录 打桩工程是隐蔽工程，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。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录，见表表2.52.5所示。表2.5 混凝土预制桩施工记录 在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。 知识窗(1) 桩顶

15、破碎 打桩时，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) 桩身被打断 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。知识窗(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

16、或倾斜。(4) 桩锤回跃，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。 知识窗桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。打桩时，应密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。在正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。 打桩时振动大，对土体有挤压作用，可能影响周围建筑物、道路及地下管线的安全和正常使用，施工过程中要有专人巡视检查，及时发现和处理有关问题。 严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。知识窗 在打完各种预制桩开

17、挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。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。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。 知识窗2.1.3 2.1.3 静力压桩静力压桩 静力压桩特别适合于软土地基和城市施工。其优点为无噪声、无振动、邻近有建筑物时也可进行压桩。除此之外，压桩与打桩相比还具有如下的优点：节约材料。压桩比打桩可节省混凝土，节省钢筋，降低造价。提高施工质量。打桩不仅桩顶而且桩身也常出现被打裂事故，压桩则可避免此类事故发

18、生。压桩所引起的桩周围土体隆起和水平挤动，造成桩移动等事故均较打桩小得多。1）压桩 压桩前应对土层土质情况了解清楚，并维修保养好压桩设备，以保证压桩时机械可靠运行（因故停息不宜超过2小时）。如果工艺上的必要停息（如接桩、套送桩等），应将桩尖停息在软土层中，以使启动阻力不致过大。 当需要接桩时，上下两节桩必须保持轴线一致，并使接桩时间尽量缩短，以免桩压不下去。 压桩机行驶道路的地基应有足够的承载力，必要时应加以处理。 压桩过程中，当桩尖遇上夹砂层时，压桩阻力会突然增大，这时以最大压桩力，忽压忽停的办法，可能使桩会缓慢地下沉。 当桩压至设计标高时，不可过早地停压，否则，在补压时会造成阻力过大而压不

19、下去。2）接桩（1）焊接连接（如图2.10所示） （2）浆锚连接（如图2.11所示） 图2.10 焊接接桩节点 图2.11 硫磺胶泥锚接接桩节点1连接角钢；2预埋垫板；3预埋钢板； 1上段桩；2锚筋孔；4主筋；5钢板；6角钢 3下段桩；4箍筋；5螺纹钢筋2.1.4振动沉桩振动沉桩 1)振动桩锤振动桩锤 振动桩锤（如图2.12所示）是一个箱体，在箱内装有左右两块偏心块，转速相等，旋转方向相反，工作时偏心块旋转的离心力水平分力相互抵消，垂直分力却叠加，形成垂直方向的振动力。2)振动沉桩振动沉桩振动沉桩施工与打桩相似，所不同的是用振动桩锤代替锤击桩锤。在振动沉桩过程中，如发现下沉速度突然减小，则可能

20、遇上硬层，应停止下沉。而将桩略为提升0.61.0m，重新快速振动冲下，有可能穿过硬层而继续下沉。为加速桩的下沉，可用水冲法配合。即在桩身旁插入一根与桩平行的射水管，管下端设有喷嘴。沉桩时用高压水（0.4N/mm2）经射水管喷射水，将桩尖下土壤冲刷，使土体松散，减少桩身下沉阻力。同时，射入的水流大部分又沿桩身表面涌出地面，进一步减小桩身摩阻力，促使桩身更快下沉，这样就使振动沉桩效率大大提高，当桩沉至离设计标高还有12m处时，应停止冲水，而单用振动桩锤将桩沉至设计标高,以免桩尖土被水冲刷而影响桩的承载能力。2.1.5 拔桩、截桩及桩头处理拔桩、截桩及桩头处理 1)拔桩拔桩 在打桩过程中,打坏的桩必

21、须拔出，拔桩的方法很多,要视桩的种类、大小和打入土中的深度不定期选择。 2）截桩及桩头处理截桩及桩头处理 各种预制桩，在打完桩之后，开挖基坑，按设计要求的桩顶标高，将桩头多余部分凿去。桩头可用人工或风动工具（如风镐等）亦可用无声爆破法来完成。无论用哪种方法均不得把桩身混凝土打裂，并保证桩身主筋伸入承台内。其锚固长度必须符合设计规定。一般桩身主筋伸入混凝土承台内的长度，受拉时不少于25倍主筋直径；受压时不少于15倍主筋直径。主筋上粘着的混凝土碎块要清除干净。2.1.6 预制沉桩施工对周围环境的影响及预防措施预制沉桩施工对周围环境的影响及预防措施1）噪音影响及防护（1）音源控制防护（2）遮挡防护（

22、3）控制打桩时间2）振动影响及防护3）土体挤压影响及防护 灌注桩是直接在桩位成孔，然后在孔内安放钢筋笼、浇混凝土成桩，与预制桩相比，其优点为：施工简便且经济,特别是人工挖孔桩；其缺点是操作要求严格，在沉管灌注桩中稍有疏忽，容易发生缩颈、断裂现象；技术间隔时间长，不能立即承受荷载。灌注桩按施工方法可分为：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩和爆扩灌注桩等多种。常用的是钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩。2.2.1 2.2.1 施工准备施工准备 1)定桩位和确定成孔施工顺序定桩位和确定成孔施工顺序对土没有挤密作用的桩，一般按现场条件和桩孔行走方便原则确定成孔顺序；对土有挤密作用和振动影响的桩

23、，采用以下顺序：间隔一个或二个桩位成孔；在邻近混凝土初凝前或终凝后成孔；一个承台下桩数在五根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔；同一个承台下的爆扩桩，可采用单爆或连爆法成孔。人工挖孔桩当桩净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应采用间隔开挖，排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m，孔深不大于30m。2)成孔深度的控制成孔深度的控制摩擦型桩：以设计桩长控制成孔深度；当采用锤击沉管法成孔时，桩管入土深度以标高为主，以贯入度控制为辅。端承桩：当采用钻孔、挖掘成孔时，必须保证桩孔进入设计持力层的深度；当采用锤击沉管法成孔时，沉管深度控制以贯入度为主，设计持力层标高对照为辅。3) 钢筋笼的制作钢筋笼的制

24、作钢筋笼的制作应符合以下规定：套管成孔的桩，应比套管直径小6080mm；用导管法灌注水下混凝土的桩，应比导管连接处的外径大100mm以上；钢筋笼在制作、运输和安装过程中，应采取措施防止变形，并应有保护层垫块；吊放入孔时，不得碰撞孔壁，灌注桩应采取措施固定钢筋笼的位置，避免钢筋笼受混凝土上浮力的影响而上浮。4) 混凝土的配制混凝土的配制 混凝土配制所用的材料与性能要选用合适。混凝土强度等级不得低于C15，每立方米混凝土的水泥用量不少于350kg，水下灌注混凝土时不得低于C20。坍落度要求是：水下灌注的混凝土为160220mm，干作业成孔的宜为80100mm，沉管灌注桩有配筋时为80100mm，素

25、混凝土宜为6080mm。2.2.2 2.2.2 钻孔灌注桩钻孔灌注桩 湿作业钻孔灌注桩施工工艺程序如图2.13所示。图2.13 湿作业钻孔灌注桩工艺流程图钻孔灌注桩是先用钻孔机械进行钻孔，然后在桩孔内放入钢筋笼钻孔灌注桩是先用钻孔机械进行钻孔，然后在桩孔内放入钢筋笼再灌混凝土。钻孔设备主要是螺旋钻机，如图再灌混凝土。钻孔设备主要是螺旋钻机，如图2.142.14所示所示。 图2.14 螺旋钻机示意图1导向滑轮；2钢丝绳；3龙门导架；4动力箱；5千斤顶支腿；6螺旋钻杆观看录像：螺旋钻孔。2.2.3 2.2.3 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩 1 1）施工工艺）施工工艺 场地平整架设电动葫芦、潜水泵、

26、鼓风机、照明灯具等放线、定桩位在桩孔原位制做沉井边挖土、边抽水，使沉井穿过流砂及淤泥质土层每下挖1米左右清理桩孔四壁，校核桩孔垂直度和直径支模板、浇混凝土拆模后继续下挖、支模、浇混凝土护壁，达到强度后拆模进入持力层一定深度，确认可作为持力层后进行扩大对桩孔直径、深度、扩大端尺寸、持力层进行全面验收排除孔底积水、放入串筒、浇灌桩身混凝土混凝土面上升到一定标高时放入钢筋笼架继续浇混凝土直至桩顶桩顶覆盖作养护。2 2）施工方法施工方法 （1）混凝土护圈挖孔桩 混凝土护圈挖孔桩，亦称为“倒挂金钟”的施工方法，即分段开挖、分段浇筑护圈混凝土，直至设计标高后，再将桩的钢筋骨架放入护圈井筒内，然后浇筑井筒桩

27、基混凝土,如图2.15所示。 护圈的结构为阶梯形，每阶高约1m，钢筋为1012mm，混凝土为C15，模板常用拚装式的弧形钢模。此外，也有采用喷锚砂浆护圈，即当井筒分段开挖后，随即在筒壁四周架立钢丝网，然后喷以砂浆，这种施工方法勿需模板。图2.15 混凝土护圈圈挖孔桩 1钢筋笼 ；2护壁；3混凝土桩（2）沉井护圈挖孔桩 沉井护圈挖孔桩如图2.16所示，是先在桩位制作钢筋混凝土井筒，然后在筒内挖土，井筒靠自重或附加荷载克服与土之间的摩阻力而下沉，沉至设计标高后，再在筒内浇筑钢筋混凝土而形成桩基础。 图2.16 沉井护圈挖孔桩 （3）钢套管护圈挖孔桩 钢套管护圈挖孔桩如图2.17所示，是在桩位地面上先打入钢套管，直至设计标高，然后再将套管内的土挖出，并浇筑混凝土，待桩基混凝土浇筑完毕，随即将套管拔出移至另一桩位使用。 钢套管由1216mm厚的钢板卷焊加工成型，其高度根据地质情