第2章桩基础工程.ppt

1、了解泥浆护壁成孔的施工工艺和工艺原理；掌握沉管灌注桩和大直径人工挖孔灌注桩的施工方法，常见质量事故的预防和处理，以及安全施工措施；了解预制桩和灌注桩的质量检验标准。桩基础是深基础的一种常见形式，它由几根埋入土中的桩和连接桩顶的承台组成。桩可以由混凝土、钢或复合材料制成。桩的作用：将上部结构的荷载传递到承载力强的深层土层，或挤压软土层，提高地基土的承载力和密实度。直径不超过250毫米的桩称为小直桩；250毫米800毫米的桩称为中等直径桩。直径大于或等于800毫米的桩称为大直径桩。根据受力情况，桩可分为两种类型：端承桩和摩擦桩(图2.1)。端承桩穿过软土层到达硬土层或岩层，上部结构的荷载主要由岩层

2、阻力承担；施工中主要控制贯入度，桩尖进入持力层的深度或桩尖标高可作为参考。摩擦桩完全设置在软土层中，对软土层进行压实，以提高土的密实度和承载力。上部结构的荷载由桩端阻力和桩侧与地基土之间的摩擦阻力承担。桩尖设计标高主要在施工过程中控制，贯入度可作为参考。根据施工方法，桩分为预制桩和灌注桩。根据沉入土中的方法，可分为打入桩、水冲桩、振动桩和静力桩；灌注桩是在桩位上钻孔，然后浇注钢筋骨架，浇注混凝土而成的桩。根据成孔方法的不同，有钻孔灌注桩、挖孔桩、冲孔桩、套管成孔桩和爆扩成孔桩。2.1钢筋混凝土预制桩施工，本章概述，本章内容，2.2混凝土灌注桩施工，2.1掺有可疑土的钢筋混凝土预制桩施工，钢筋混

3、凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备沉入设计位置的土中。特点：坚固耐用，不受地下水或潮湿环境影响，能承受重荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层的施工。钢筋混凝土预制桩是目前我国广泛使用的一种桩型。钢筋混凝土预制桩包括方形实心截面桩和圆柱形空心截面桩。钢筋混凝土预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩型、成孔过程中的挤土、地质勘探和试桩，制定施工方案。主要内容包括：施工方法的确定、打桩机械的选择、打桩顺序的确定、桩的预制和运输以及沉桩过程中的技术和安全措施。2.1.1施工准备、场地平整、周围障碍物的处理、桩的定位和水准点的埋设：根据施工图设计要求，在施工现场准确测量桩基定位

4、轴线的位置，并做好明显标志。在桩位附近设置24个水准点，对桩位进行水准测量，并以此作为检测桩贯入深度的依据。桩基轴线的锚点和水准点应设置在不受打桩影响的地方。准备桩帽、护筒、送桩设备和工具等。长度在10m以内的管桩和方桩在预制厂制造，长方桩在打桩现场制造；预应力混凝土空心管桩一般在工厂加工。模板：保证桩的几何尺寸准确，使桩面平直；桩顶模板应垂直于桩的轴线；桩尖的棱锥面为正棱锥，桩尖位于桩的轴线上；生产过程中表2.1预制桩钢筋骨架质量检验标准。混凝土生产应采用机械搅拌和机械振动。在浇筑混凝土过程中，应严格保证钢筋位置正确，桩尖应与纵向轴线对齐，纵向钢筋顶端的保护层不应过厚，钢筋网片之间的距离应正

5、确，防止锤击过程中桩顶损坏和混凝土剥落。采用分层生产时，上部桩和相邻桩必须在下部桩和相邻桩的混凝土强度达到设计强度的30%后浇筑。浇筑后立即加强养护，防止混凝土收缩引起裂缝，养护时间不少于7d。预制混凝土桩的混凝土强度等级不应低于C30。钢筋混凝土预制桩的质量检验标准应符合表2.2的规定。表2.2钢筋混凝土预制桩质量检验标准，钢筋混凝土预制桩吊装前应达到设计强度的70%；只有当设计强度达到100%时，才能进行运输和打桩。如果提前吊装，必须采取措施，并经验算合格后方可进行。起吊和运输桩时，必须平稳，避免撞击和振动；吊点和绑扎点的数量和位置应根据桩长确定，桩长应符合最小起吊力矩的原则，并可根据图2

6、.3所示的位置进行绑扎。现场堆放的混凝土桩数量不应超过4根；堆放时，垫木的间距应与吊点的间距相同，每层垫木应位于同一条垂直线上。2.1.3打桩法，又称锤击法，是一种利用桩锤落在桩顶的冲击力，克服土对桩的阻力，使桩下沉到预定深度或到达持力层的打桩施工方法。锤击沉桩是预制混凝土桩常用的沉桩方法，具有施工速度快、机械化程度高、适用范围广的优点。然而，施工过程中地面会产生碰撞噪音和振动，这限制了城市地区和夜间的施工。2.1.3.1打桩设备及选型，包括桩锤、桩架和动力装置等。(1)可选择落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤和振动锤。落锤通常由铸铁制成。重量是0.22吨.用卷扬机通过吊钩用绳索或钢丝绳沿桩架的导杆

7、将其提升到一定高度，然后自由下落撞击桩顶(如图2.4所示)。成本低，但施工速度慢，效率低，桩顶容易破碎；适用于小直径桩，广泛应用于软土中。蒸汽锤是一种由高压蒸汽或压缩空气驱动的打桩机，包括单作用蒸汽锤和双作用蒸汽锤(如图2.5所示)。可用于各种打桩、水下打桩和拔桩。柴油打桩锤：利用冲击体在气缸内的冲击力和燃烧压力，推动锤体对桩体进行敲击和夯实。速度快，施工性能好。适用于各种土层和桩型。然而，在施工过程中，振动大，噪音高，废气污染严重。振动锤是一种机械强迫振动，通过桩帽传递给桩，使桩下沉。锤重应根据地质条件、工程结构、桩型、密度和施工条件进行选择。表2.3锤重选择表，(2)桩架桩架是支撑桩体和锤

8、的设备，在打桩过程中引导桩的方向，保持桩的稳定性，保证桩锤的冲击在要求的方向。桩架一般由底盘、导杆、起重设备、撑杆等组成。根据桩的长度、桩锤的高度和施工条件，选择桩架，确定桩架的高度。桩架高度=桩长、桩锤高度、滑轮组、桩帽高度、提锤和移位高度，桩架为钢制，移动方式包括轮胎式、履带式和履带式。履带桩架(图2.6)由履带组成根据桩的密度，打桩顺序一般分为三种：分段打桩、中间向四周打桩、中间向两边打桩，如图2.7所示。当桩的中心距离小于桩的直径或边长的4倍时，应从中间向两边对称打入(图2.7(c)，或从中间向两边对称打入(图2.7(b)。当桩的中心距大于桩的边长或直径的4倍时，可采用上述两种方法，或

9、在一个方向上逐排铺设桩(图2.7(a)。根据设计标高和桩的规格，打桩应按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行。2.1.3.3打桩及打桩机械就位后，桩架应垂直稳定，导杆中心线应与打桩方向一致。开始打桩时，应控制锤的下落距离，并采用短丝锥；桩埋入一定深度(12米)并稳定后，按规定的下落距离打入。打桩的原理是重锤低击，这样桩锤对桩头的冲击小，反弹小，桩头不易损坏，大部分能量用于克服桩身与土体的摩擦和桩尖的阻力，使桩能迅速沉入土中。桩的深度是否达到设计位置以及是否停止锤击与桩的类型有关。2.1.3.4打桩质量要求及测量记录：(1)当打桩质量要求端承桩的最终贯入度不大于设计规定的贯入度值时，桩端设计标

10、高可作为参考；当摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，可作为贯入度的参考。打入(压入)桩(预制混凝土方桩、预应力管桩、钢桩)的桩位偏差必须符合表2.4的规定。桩承载力检验，表2.4预制桩(钢桩)桩位允许偏差，(2)预制混凝土桩打桩工程施工记录为隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观察和记录，这是工程验收质量检验的依据。所有观测数据应记录在预制混凝土桩的施工记录中，如表2.5所示。表2.5 2.1.3.5预制混凝土桩施工记录打桩施工常见问题分析。打桩施工过程中会遇到各种问题，如桩顶断裂、桩身断裂、桩身位移、扭转和倾斜、桩锤跳动、桩身严重回弹等。产生这些问题的原因有三个：钢筋混凝土预制桩的制造质量、沉桩

11、作业技术和复杂的土层。工程和施工验收规范规定，如果在打桩过程中遇到上述问题，应立即暂停打桩。施工单位应与勘察设计单位研究，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。(1)桩顶破损。桩顶直接受到锤击，导致局部应力较高。如果桩顶钢筋网布置不当，混凝土保护层过厚，桩顶平面不垂直于桩顶中轴线，桩顶不平整，会造成桩顶断裂。在沉桩工艺方面，如果桩垫材料选择不当，厚度不够，桩锤偏心打入或打入距离过大，也会造成桩顶破碎。(2)桩身断裂时，桩身弯曲隆起较大，局部混凝土强度不足。沉桩时，桩尖会遇到硬土或圆石等障碍物，增加下落距离，反复过度撞击等。这可能导致桩体断裂。(3)桩身位移、扭转或倾

12、斜，桩尖处锥体制造偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制造原因，桩架倾斜的施工操作原因，桩身与承台和桩锤不在同一垂线上，桩尖遇到孤石都会引起桩身位移、扭转或倾斜。（严禁非施工人员进入打桩现场；经常检查桩机的正常运行和桩架的稳定性，严格按照操作规程进行施工，确保安全。2.1.3.7桩头处理，基坑开挖各种预制桩后，根据设计要求的桩顶标高将桩头多余部分切除。切割桩头时，不应损伤桩身，桩身主筋应伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高低于设计标高时，在桩位上挖一个喇叭口，凿除桩头处的混凝土，剥去主筋，焊接至设计要求的长度，用承台钢筋绑扎，用与承台同强度等级的混凝土浇筑延伸桩体。2.1.4静压桩：利用无噪音、

13、无振动的静压将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基沉桩施工。静压桩(图2.8)广泛应用于市中心建筑密集的地区。一般采用分段打桩、分段加长的施工方法。当第一根桩压入土中，其上端距地面约1米时，连接第二根桩，继续压入。目前桩的连接方法有三种：焊接法(图2.9)(最常用)、法兰螺栓连接法、硫磺水泥锚固法(图2.10)(不利于抗震，仅用于软土层)。2.2、混合土灌注桩的施工，灌注桩：通过机械或人工在桩位上直接钻孔，并在孔内放置钢筋，灌注混凝土而成的桩。与预制桩相比，钻孔灌注桩不受地层变化的限制，不需要扩桩和切割，节省钢材，具有低振动、低噪音的特点。根据成孔方法，钻孔灌注桩分为：泥浆护壁钻孔灌注桩、沉管

14、钻孔灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔钻孔灌注桩等。2.2.1干钻孔灌注桩施工工艺如图2.11所示。螺旋钻通常用于在干作业中钻孔。钻头外径分别为400毫米、500毫米和600毫米，钻孔深度分别为12米、10米和8米。适用于成孔深度内无地下水的一般粘土层、砂土和人工填土地基，不适用于有地下水的土层和淤泥质土。钻机就位后，将钻杆垂直对准桩位中心，先慢后快地开始钻进，以减少钻杆的晃动，及时纠正钻孔的偏差或位移。钻孔至规定的要求深度后，应清理孔底。清孔的目的是清除孔内的浮土和虚土，减少桩的沉降。方法是钻机在原来的深度空转以清除土壤，然后停止旋转并提升钻机以卸载土壤。钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、数量、间

15、距和主筋保护层应符合设计规定，并应绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋插入孔内，同时防止污物杂物掉入孔内。钢筋骨架就位后，应立即浇筑混凝土，防止塌孔。浇筑时，应分层浇筑并压实，每层厚度为5060厘米。2.2.2泥浆护壁钻孔灌注桩是一种利用泥浆保护和稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆悬浮切割的污泥，并将其排出孔外。它适用于有地下水和无地下水的土层。成孔机械：潜水钻机、冲击钻机、旋挖钻机等。泥浆护壁钻孔灌注桩的施工过程包括测量桩位、埋设套管、放置桩机、准备泥浆、机械成孔、泥浆回渣、清孔、放置钢骨架和灌注水下混凝土。2.2.2.1嵌入衬垫和准备泥浆。钻孔前，放线就位，根据桩位挖出桩孔表层土，埋设护筒。内衬高约2米，上部有12个溢流孔泥浆注入后，孔内的切土颗粒和石渣通过正循环或反循环排渣方式排出孔外。潜孔钻机成孔排渣有两种方式：正循环排渣和泵送反循环排渣，如图2.13所示。正循环排渣法泥浆从钻杆内部注入，从钻杆底部喷出，携带土渣沿孔壁向上钻，将土渣带出孔口，流入沉淀池，沉淀出的泥浆流入泥浆池，然后注入钻杆，从而循环。正循环过程依靠向上流动的泥浆来提