桩基础工程及地基处理

关于桩基础工程及地基处理

在土建、交通、水利工程中，当天然的地基的强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要，保证建筑安全可靠。地基处理方法众多，对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有：排水固结法，振密、挤密法，置换及拌入法，灌浆法，加筋法和托换法等当作为地基的土层软弱，建筑物对其变形与稳定要求较高时，就必须采用深基础。常见的深基础有：桩基础，沉井基础，沉箱基础，地下连续墙等。

概述第2页,共61页，2024年2月25日，星期天

桩基础的分类：⑴按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩，也有采用木、组合材料的桩

⑵桩按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承摩擦桩桩顶荷载则主要由桩侧阻力承受。端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受；摩擦端承桩桩顶荷载则主要由桩端阻力承受。

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⑶桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上管桩属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、H型钢桩、敞口钢管桩等属于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。

⑷按桩的施工方法，可分为预制桩和灌注桩两类。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。灌注桩。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。第4页,共61页，2024年2月25日，星期天2.1预制桩施工1.砼预制桩的制作预制桩有实心桩与空心桩。工厂预制桩长一般不超过12m；工地预制不超过30m，且桩长L<50倍桩截面边长或直径。（1）桩的制作方法—并列法、间隔法、重叠法。重叠法的要求：翻模法重叠不超过四层；底模和场地应平整坚实，防止浸水沉陷；上下层桩间及桩与底模之间刷隔离剂；下层需达到30%设计强度后上层方可浇筑；连续浇筑，不得留施工缝；浇水养护不少于7d。第5页,共61页，2024年2月25日，星期天第6页,共61页，2024年2月25日，星期天（2）制作流程

场地压实、平整→场地地平作三七灰土或浇筑混凝土→支模→绑扎钢筋骨架、安设吊环→浇筑混凝土→养护至百分之30%强度拆模→支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋→浇筑间隔桩混凝土→同法间隔制作第二层桩→养护至70%强度起吊→达100%强度后运输。。

第7页,共61页，2024年2月25日，星期天2.1.2预制桩的起吊、运输1.预制桩的起吊混凝土强度要求：应在混凝土强度达到70％设计强度后方可起吊，达到100％后方可运输和沉桩。起吊要求：桩在起吊和搬运时，必须平稳，并且不得损坏。桩的吊点布置原则：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。吊点应符合设计要求，一般吊点的设置如下图所示第8页,共61页，2024年2月25日，星期天第9页,共61页，2024年2月25日，星期天2.预制桩的运输打桩前，桩从制作处运到现场前备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放

堆放桩的地面必须平整、坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。

第10页,共61页，2024年2月25日，星期天2.1.3预制桩的堆放堆放不得超过四层；上下层间设置垫木（按吊点位置确定间距、上下对齐）；地面平整坚实，设有排水坡度。第11页,共61页，2024年2月25日，星期天2.1.4预制桩沉桩主要方法：锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩、水冲沉桩。预制桩施工机械主要有以下三类：打桩机—锤击沉桩打桩机由桩锤和桩架组成，靠桩锤冲击桩头，使桩在冲击力的作用下贯入土中，故又称冲击式打桩机。根据桩锤驱动方式不同，可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。振动沉拔桩机—振动沉桩振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。静力压桩机—静力沉桩静力压桩机采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下压入至所需深度。第12页,共61页，2024年2月25日，星期天沉桩前的准备工作：清除障碍物平整场地沉桩试验抄平放线定桩位确定沉桩顺序。第13页,共61页，2024年2月25日，星期天1.锤击法打桩机具；桩锤、桩架、动力装置1）桩锤：落锤、柴油锤、蒸汽锤、液压锤第14页,共61页，2024年2月25日，星期天2）桩架作用：吊桩就位、固定桩位置、承受桩锤和桩的重量、打桩过程中引导锤和桩的方向，并保证桩锤能够沿着所要求的方向冲击桩体。分类：塔式、直式、悬挂式、三点支撑履带行走式。行走方式：滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。桩架高度=桩长+滑轮组高（2m）+锤高+桩帽高+安装空隙（0.5m）第15页,共61页，2024年2月25日，星期天滚管式桩架悬挂履带式桩架第16页,共61页，2024年2月25日，星期天步履式桩架桁式打桩架第17页,共61页，2024年2月25日，星期天（2）打桩施工1）打桩顺序从中间向四周，由中及外；从靠近建筑物最近的桩位起，由近及远；先深后浅；先大后小；先长后短。第18页,共61页，2024年2月25日，星期天第19页,共61页，2024年2月25日，星期天2）打桩方法

打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。打桩开始时，锤的落距应较小，待桩入土至一定深度且稳定后，再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时，最大落距不宜大于1m，用柴油锤时，应使锤跳动正常。在打桩过程中，遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理。第20页,共61页，2024年2月25日，星期天

如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上，拔出送桩管后，桩孔应及时回填或加盖。

第21页,共61页，2024年2月25日，星期天3）接桩方法

砼桩的接桩，可用焊接、法兰接和硫磺胶泥锚接三种方法。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁，上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢，焊接时焊缝应连续饱满，并采取措施减少焊接变形。接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。

第22页,共61页，2024年2月25日，星期天（3）打桩的质量控制1.贯入度或标高1.）桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度作为参考。2.）桩端位于坚硬、硬塑的粘土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。3.）当贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值；桩尖位于其它软土层时，以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。4.）打桩时，如控制指标已符合要求，而其它的指标与要求相差较大时，应会同有关单位研究处理。第23页,共61页，2024年2月25日，星期天

贯入度是指每锤击一次桩的入土深度，而在打桩过程中常指最后贯入度，即最后一击桩的入土深度。实际施工中一般是采用最后10击桩的平均入土深度作为其最后贯入度。测量最后贯入度应在下列正常条件下进行：桩锤的落距应符合规定；桩帽和弹性衬垫等正常；锤击没有偏心；桩顶没有破坏或破坏处已凿平。2.平面位置或垂直度•平面位置偏差不得大于100-150mm；•垂直度偏差不得超过0.5%；•桩身、桩帽、桩锤三者在同一垂直轴线上；•短桩接长的端面应平整，中心对齐；•挖土应制定合理的挖土方案，防止桩体位移或倾斜。第24页,共61页，2024年2月25日，星期天3.打入桩桩基工程的验收•当桩顶设计标高与施工场地标高相同时，在打桩完毕后进行；•需送桩时，每桩至设计标高后应先中间验收，待打桩完开挖至设计标高后再作全面验收。•提交的资料：桩位测量放线图；工程地质报告；材料试验记录；桩的制作与打入记录；桩位竣工平面图；桩的静载各和动载试验及确定桩贯入度的记录。第25页,共61页，2024年2月25日，星期天（4）打桩对周边的影响及其防治1.预钻孔沉桩；2.设置袋装砂井或塑料排水板；3.挖防震沟；4.采取合理的打桩顺序，控制打桩速度；5.设置隔离板桩或地下连续墙。第26页,共61页，2024年2月25日，星期天2.静力压桩法

静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达8000kN，如下图示。第27页,共61页，2024年2月25日，星期天吊桩连续压桩接桩（管口焊接）压入一节第28页,共61页，2024年2月25日，星期天液压式静力压桩机第29页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2灌注桩施工

灌注桩：是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。

特点：灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。

分类：根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺

第30页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.1干作业成孔灌注桩

施工方法：利用钻孔机械（机动或人工）在桩位处进行钻孔，待钻孔深度达到设计要求后，立即进行清孔，然后钢筋笼吊入桩孔中，再浇注混凝土而成的桩。适用条件适用于地下水位以上的干土层中桩基的成孔施工。成孔方式螺旋钻成孔——螺旋钻机（利用钻头的刃口切削土，并沿螺旋输送土）钻孔扩底——钻孔扩机人工成孔——机动或人工洛阳铲第31页,共61页，2024年2月25日，星期天短螺旋钻孔机出土状态长螺旋钻孔机出土状态第32页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2泥浆护壁钻孔灌注桩

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。

第33页,共61页，2024年2月25日，星期天1.护壁泥浆

泥浆：主要是膨润土或粘土和水的混合物。

要求：孔内泥浆液面高于地下水位以上1m，泥浆的相对密度为1.1-1.15，排出时为1.2-1.4。

作用：

•泥浆产生的液柱压力可平衡水压力，并对孔壁有一定的侧压力，成为孔壁的一种液态支撑；

•泥浆中胶质颗粒在泥浆压力下，渗入孔壁表面孔隙中，形成一层泥皮，从而可防止塌孔，护壁。

•灌进的泥浆比重小，排出的比重大，从而携渣排出泥土。

•泥浆还具有润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。第34页,共61页，2024年2月25日，星期天泥浆护壁钻孔灌注桩施工现场第35页,共61页，2024年2月25日，星期天

2.施工工艺

⑴埋设护筒护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止塌孔的作用。

⑵泥浆制备护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。

⑶成孔方法泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有：回转钻成孔法、冲击钻成孔法、潜水钻成孔法。

第36页,共61页，2024年2月25日，星期天吊放钢筋笼钻进施工第37页,共61页，2024年2月25日，星期天混凝土浇注第38页,共61页，2024年2月25日，星期天

⑷安放钢筋笼长度为桩长的1/2-1/3当全长超过12m时分段制作。接头错开500，同一截面不超过50%，每2m焊12加强环，有60-80钢筋保护层措施（定位钢筋环、定位垫块）。

⑸浇注水下混凝土水下混凝土浇筑最常用的是导管法。导管法采用的主要机具有：导管、漏斗和储料斗、隔水塞。导管口先用球塞堵住，导管口下沉至底表上约300mm处；初灌的砼应满足导管口埋入砼500mm以上，管内砼顶面高出地下水面2.5m左右；初灌剪断铁丝、球塞被砼顶出）；提升导管0.5-3m/h。

第39页,共61页，2024年2月25日，星期天第40页,共61页，2024年2月25日，星期天旋挖钻机施工方法介绍一.工艺原理旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进的施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧的工程项目。

旋挖钻机成孔施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘性、淤泥土层中施工，回转阻力大，钻进效率低，容易糊钻。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地层。第41页,共61页，2024年2月25日，星期天第42页,共61页，2024年2月25日，星期天第43页,共61页，2024年2月25日，星期天第44页,共61页，2024年2月25日，星期天第45页,共61页，2024年2月25日，星期天二.主要机具设备旋挖钻机、自卸汽车、吊车、挖掘机、混凝土导管、隔水栓、储料斗等。第46页,共61页，2024年2月25日，星期天三.施工工艺流程

钻机就位开孔→设置护筒并注入泥浆→旋挖钻进→清孔→下放钢筋笼→插入混凝土导管→二次清孔→灌注混凝土成桩→拔出导管→拔出护筒

由流程图可知，旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标的泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。第47页,共61页，2024年2月25日，星期天四.施工工艺1.机械就位、护筒埋设

对施工场地应平整处理,保证旋挖钻机底座场地平整、夯实,避免在钻进过程中钻机产生沉陷。

桩位确定后,利用十字线放出四个控制桩位,并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。

护筒埋设:护筒由厚度4-6mm钢板制成,护筒直径比桩基孔径大100-150mm,每节护筒长度1.5-3.0m,护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。

旋挖钻机在埋设护筒时,应由人工进行辅助配合,护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。

第48页,共61页，2024年2月25日，星期天2.泥浆制备

因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用,为此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层,地面水位较高的特点,调制出良好泥浆的各项性能指标尤为重要。

泥浆相对密度:1.05-1.10,粘度:18-22s,砂率≤2%,泥皮厚度:<2mm,PH值:大于7。

施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆的各项性能指标,确保泥浆对孔壁的撑护作用,避免发生施工事故。

第49页,共61页，2024年2月25日，星期天3.钻孔施工

旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后,调整钻杆垂直度,注入调制好的泥浆,然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后,旋转钻斗并施加压力,将土挤入钻斗内,仪表自动显示筒满时,钻斗底部关闭,提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部,保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁,反复循环直至成孔。

第50页,共61页，2024年2月25日，星期天4.控制钻斗钻进、提升速度

旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度,避免钻进尺度较大,造成埋钻事故。

若钻机升降钻斗时速度过快,钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁,再加上钻斗下部产生较大负压作用,造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度,一般钻斗升降速度保持在0.75-0.80m/s。当钻斗粉砂层或亚砂土层时,其升降速度应更加缓慢。

第51页,共61页，2024年2月25日，星期天5.钻进施工时出现卡埋钻的控制措施

卡埋钻是旋挖钻机最易发生的施工事故,因此,施工过程中应采取积极主动的措施加以预防。当钻机施工时出现卡埋钻现象时,采取切实可行的措施及时进行处理施工事故。

处理卡埋钻的方法如下:直接起吊法:采用吊车直接向上起吊即可。钻斗周围疏通法:即用水下切割或反循环等方法,清理钻筒周围沉渣,然后起吊即可。

第52页,共61页，2024年2月25日，星期天6.施工注意事项

1）由于钻机设备较重,施工场地必须平整、宽敞,并有一定硬度,避免钻机发生沉陷。

2）钻机施工中检查钻斗,发现侧齿磨怀,钻斗封闭不严时必须及时整修。

3）泥浆初次注入时,垂直向桩孔中间进行入浆,避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部,致使护筒底部土质松散。

4）因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象,在钻机施工时应严格一次钻进深度。

5）钢筋笼或探孔器向孔内放置时,应由吊车吊起,将其垂直、稳定放入孔内,避免碰坏孔壁,使孔壁坍塌,在砼浇筑时出现废桩事故。

6）根据不同地质情况,必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标,确保泥浆对孔壁的撑护作用。

第53页,共61页，2024年2月25日，星期天3.施工中常见问题处理

护筒冒水•原因——埋设护筒时周围填土不密实，或碰动护筒•处理——粘土填实加固；严重下沉或位移的返工重埋。孔壁缩颈•易发生处——在软土地区，尤其地下水位高，软硬土层交界处。•现象——钻杆上提或下放钢筋笼时受阻•原因——泥浆相对密度不当、桩间距过密，成桩施工间隔太短，钻头磨损过大。•处理——泥浆相对密度控制在1.15左右，施工跳开1-2个桩位钻孔，成桩间隔72h以上，定期更换钻头。第54页,共61页，2024年2月25日，星期天孔壁塌陷•现象——孔内冒水泡，筒内水位突然下降。•原因——土质松散，泥浆不良（泥浆过稀或质量指标失控）；泥浆吸出量过大，护筒内水位高度不够，碰撞孔壁。•处理——如钻进中塌孔，保持孔内水位，加大泥浆相对密度，减少泥浆排除量，以稳定孔壁；严重者回填砂与粘土混合物至塌孔位以上1-2m，沉积稳定后重钻。钻孔倾斜•原因——钻杆不直，土质松软不一，遇上孤石或旧基础等。•