基础工程施工技术

'目录第一章桩基础施工技术1第一节概述1一．桩基础的概念及适用条件1二．桩的分类1三．桩型和成桩工艺选择原则1第二节钻孔灌注桩施工技术1一．钻孔灌注桩的功能特点1二．施工设计及施工前的准备11.编写施工设计12.施工场地准备13.护筒制作和埋设14.泥浆配制与循环及处理系统2三．正循环回转钻进成孔工艺21.钻机的选择和改装22.泥浆泵的选择23.钻头的选择34.钻进工艺参数的选择3四．反循环回转钻进成孔工艺31.反循环实现方法3（1）泵吸反循环3（2）射流反循环3（3）气举反循环32.反循环钻进成孔技术要点4五．无循环回转钻进成孔工艺41.螺旋钻进42.钻斗钻进4六．冲击钻进成孔工艺和冲抓成孔工艺5七．清孔工艺51.抽浆法52.换浆法53.掏渣法54.砂浆置换法5八．灌注混凝土成桩工艺51.钢筋笼的制作和安放52.灌注工艺5第三节灌注桩其它施工方法6一．沉管灌注桩61.锤击沉管法62.振动沉管法6二．夯扩桩6三．爆扩桩6第四节钢筋混凝土预制桩施工6一．钢筋混凝土预制桩施工6II 1.锤击沉桩法62.静压沉桩法63.振动沉桩法6二．钢管桩施工6第二章桩基工程质量7第一节桩基施工质量检测71.桩孔质量检测72.桩位检测73.混凝土取样与强度测试74.钻孔取芯验桩7第二节桩基承载力检测71.影响桩基承载力的因素分析72.单桩承载力的确定方法83.单桩荷载试验84.桩的动测85.提高灌注桩承载力的技术方法8第三节灌注桩施工质量控制91.泥浆护壁成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法92.螺旋钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法93.钻斗钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法94.冲击钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法95.贝诺特（冲抓）成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法96.沉管灌注桩常遇问题及其原因和处理方法9II 第一章桩基础施工技术第一节概述一．桩基础的概念及适用条件二．桩的分类三．桩型和成桩工艺选择原则l重要的建筑物和对不均匀沉降敏感的建筑物，选择成桩质量稳定性好的桩型。l荷载大的建筑物，优选单桩承载力足够大的桩型；坚硬持力层优选大直径桩；深厚软土层地区优选长摩擦桩。l砂、砾层，采用挤土桩更有利，存在粉砂、细砂等夹层时，采用预制桩则应慎重。湿陷性黄土，采用小桩距挤土桩；膨胀土采用短扩底桩。l低渗透性的饱和软土采用挤土桩时考虑挤土效应。第二节钻孔灌注桩施工技术一．钻孔灌注桩的功能特点适用条件广，单桩承载力大，抗震性能好，建造费用低，施工噪音小，公害少二．施工设计及施工前的准备1.编写施工设计2.施工场地准备3.护筒制作和埋设-9- 护筒顶端高度：目的是使孔内水位高于地下水位而形成一定的水头，使孔壁在静水压力的作用下趋于稳定。在旱地施工时，护筒顶端应高出地面0.3m；水域施工时，高出施工水位1.0～1.5m；孔壁容易坍塌时，高出地下水位1.5～2.0m；当孔内有承压水时，高出稳定水位1.5～2.0m。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒的倾斜度偏差不得大于1%，注意采用不同的埋设方法。挖坑法：地下水位在地面以下超过1m时采用。l砂土：先在桩位处挖出比护筒外径大0.8～1.0m的圆坑，然后在坑底填筑50cm左右厚的粘土，分层夯实，以便护筒底口坐实。l粘土：坑的直径与上述相同，坑底挖平。l松散砂层：挖坑不易成型，可采用双层护筒，即在外层护筒那挖砂或射水使外层筒下沉到要求的深度，再在外层护筒内安设正式护筒。安放护筒时，通过定位的控制桩放样，把钻孔中心位置标于坑底，再把护筒吊放进坑内，用十字架在护筒顶部或底部找出护筒的中心，移动护筒，使护筒中心与钻孔中心位置重合。同时用水平尺或重锤校准护筒的垂直度。此后，在护筒周围对称地、均匀地回填粘土，并分层夯实。填筑法：地下水位较高，挖埋困难时采用。先填筑工作土台，然后挖坑埋设护筒。填筑土台的高度应使护筒顶端比施工水位（或地下水位）高1.5～2.0m。土台的边坡比1：1.5～2.0为宜。顶面平面尺寸应满足钻孔机具布置的需要，并便于施工操作。水域施工时，护筒沉至河床表面后，通过在护筒内射高压水、吸泥、抓泥和在护筒上压重、反拉或震打等方法使护筒埋设至要求的深度。4.泥浆配制与循环及处理系统通常要求用来造浆的粘土其胶体率不低于95％，含砂率不大于4％，造浆率不少于8m3/t。三．正循环回转钻进成孔工艺采用正循环回转钻进成孔，桩孔直径一般不宜大于1000mm。1.钻机的选择和改装钻孔直径大于800mm时，扭矩应大于5kN·m；桩孔直径大于1000mm时，扭矩大于12kN·m。2.泥浆泵的选择l离心式泥浆泵：流量大，简单，轻，便宜，但排出的流量随管道阻力的增加而减小，泥浆约浓，泥浆管道越长，钻孔越深，离心泵排出的流量就越小。l往复式泥浆泵：泵量基本不随管道阻力变化而变化。可并联，增大泥浆输出排量。-9- 1.钻头的选择2.钻进工艺参数的选择l钻压：松散地层钻进时，钻压以保证冲洗液畅通、钻渣清除及时为前提。l转速：常按钻头线速度到达0.8～1.6m/s来选取转速。一般均质地层为40～80r/m，较硬或非均质地层20～40r/m。l冲洗液量：有效排屑的冲洗液上返流速不小于0.3m/s，由此有效排屑的最小泵量值为Q=4.71*104(D2-d2)*0.3=1.413*104(D2-d2)。实则难以实现，一般采用反循环。四．反循环回转钻进成孔工艺1.反循环实现方法实现反循环的方法有直接压送法和抽吸法两大类。前者主要用于非漏失地层或小口径中心取样钻进。在大口径桩孔钻进中，多采用抽吸法，即泵吸反循环、气举反循环和射流反循环。（1）泵吸反循环通常孔深为50m以内效率较高。l内径：d=D/10，D为桩孔直径。通常d不小于100mm。l上返流速：v上返取2～4m/s，最低可取1.5m/s。孔壁与钻杆间流速为0.02～0.04m/s，最大不超过0.16m/s。（对比正循环的最低上返流速0.3m/s）l泵量：根据Q=v上返*πd2/4确定。l主动钻杆长度：压力最低点在水龙头上的弯管顶部，采用较短的主动钻杆，有利于保证该部位的压力不低于泥浆的汽化压力，通常不大于3.5m。（2）射流反循环l能抽吸液体和气体，不似泵吸反循环需启动装置。l结构简单，无运动部件，工作可靠，钻屑在循环系统中所经的管路畅通。l效率低，小于25％。l易堵塞吸水龙头和喷嘴。（3）气举反循环l压差，其中，混合器沉没深度；升液高度；-9- 冲洗液重度；三相流重度。l增大混合器的沉没深度，降低三相流的重度，增大风压和风量，降低升液高度将会提高驱动气举反循环的压力差，提高钻进效率。l空气压力，其中，供气管道压力损失（Mpa），一般为0.05～0.1。当空压机的额定气压选定后，可反算混合器的最大允许沉没深度。l压气量，其中，d钻杆内径（m）；v钻杆内混合流体上返速度（m/min）l尾管长度（混合室到钻头吸水口处的距离）L的安全钻进长度为l供风方式：大多采用并列供风方式。1.反循环钻进成孔技术要点中软岩层v线=1.4～1.7m/s；硬土层2.0～3.0m/s；砂砾卵石层1.2～2.2m/s；实际操作时以不蹩车，岩屑排出正常为宜。l岩屑突然减少或水量减小，及时提钻，减少孔底压力，解除循环管路不畅。l气举时，表压突然增大是管路堵塞或垮孔，突然降低是管路漏气或地层漏失。l孔内冒泡是外管漏气。l压力表值下降很多，排渣减少，进尺减慢，则可能是内管损坏。五．无循环回转钻进成孔工艺1.螺旋钻进粘性大的粘土层，钻进效率低，更不适于大粒径卵石层。不能在地下水位以下层位钻进，因为地下水使岩屑与钻具叶片的摩擦系数减少，岩屑易从叶片上滑落集于孔底，影响钻进。回次进尺一般不宜超过短螺旋钻头长度的2/3。（否则，在钻头上部将形成泥包，增加提钻阻力，严重时甚至提不动钻具。）使用钻具导向套，以防止钻杆中部弯曲。钻进软硬交互层时，适当控制进尺速度，以保证钻进平稳，钻孔不斜。2.钻斗钻进是土层钻大直径孔的有效方法，适用于软土和淤泥层。-9- 六．冲击钻进成孔工艺和冲抓成孔工艺冲击钻进能钻除黄土之外的各类地层，是卵砾石层钻进的最有效方法之一。七．清孔工艺1.抽浆法2.换浆法3.掏渣法4.砂浆置换法八．灌注混凝土成桩工艺1.钢筋笼的制作和安放为了保证钢筋笼不变形，宜采用两点起吊法。当钢筋笼吊至孔口时，应扶正并缓缓下入孔内，严禁摆动碰撞孔壁。2.灌注工艺海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土。有饰面要求的混凝土也不能用海水拌制。和易性包括流动性、粘聚性和保水性。为了保证混凝土灌注时保持较好的和易性，要求混凝土有较长的凝固时间。通常要求混凝土的初凝时间大于灌注时间的两倍。对于桩径、桩长大的桩，加入缓凝剂延长初凝时间。水下灌注水下混凝土，要求混凝土搅拌1h或45min内搅拌物的坍落度保持15cm。冬季施工若水温过低，水下混凝土的水化速度会减慢，凝固时间延长。慎用缓凝剂，避免离析分层。水下灌注混凝土一般是靠自重流动密实，因此不能用轻骨料，要求容重大于23～24kN/m3。为了使水下灌注混凝土有较好的和易性，水灰比在0.45～0.55。导管的深度导管的埋深对灌注质量影响很大。过笑，会使管外混凝土面上的浮浆沉渣夹裹卷入管内形成夹层；埋深过大，导管底口的起压力减小，管内混凝土不易流出，易产生堵管。-9- 第三节灌注桩其它施工方法一．沉管灌注桩管底端都是密封的，沉管的同时也成孔了。1.锤击沉管法2.振动沉管法二．夯扩桩是将桩端现浇混凝土通过夯击扩大为大头形的一种桩型。三．爆扩桩安放炸药后浇灌一定量的混凝土。爆扩桩在粘土层中使用效果较好，但在软土中不易成型，在碎石或砂土中也难于成型，持力层复杂，岩溶山洞、漂石较多地区不宜采用。一般当地基表层为弱土层、深度在2.5～7m以内，有较好的地基持力层时，在山区基岩起伏、土层厚薄不均时，可以考虑采用爆扩桩。第四节钢筋混凝土预制桩施工一．钢筋混凝土预制桩施工1.锤击沉桩法2.静压沉桩法3.振动沉桩法二．钢管桩施工分开口桩和闭口桩。-9- 第二章桩基工程质量第一节桩基施工质量检测1.桩孔质量检测2.桩位检测3.混凝土取样与强度测试4.钻孔取芯验桩第二节桩基承载力检测1.影响桩基承载力的因素分析如果地基土对桩的承载力大于桩身的材料强度值，则桩的承载力是根据桩身材料强度确定；如果地基土对桩的承载力小于桩身的材料强度值，则桩的承载力只能由地基土的强度和变形确定。影响因素l桩身所穿越土层的强度、变形性质和历史桩基的竖向承载力受桩身所穿越的全部土层的影响，而横向承载力主要受靠近地面的上部土层的影响。桩身土层在后期固结过程中产生的压缩变形有可能对桩身产生负向摩阻力。l桩端持力层的强度和变形性质桩端持力层对竖向承载力的影响程度随桩土刚度比增大而增大，随持力层与桩侧土层的刚度比增大而增大，随长径比增大而减小。l桩身与桩底的几何形状桩侧表面积与桩的体积之比越大，桩侧摩阻力所提供的承载力越高。竹节形，十字形等桩型可以提高摩阻力，而其抗弯截面模量与截面积的比值大，提高桩承受横向荷载和弯矩。l桩体材料强度桩端持力层为卵砾石层、基岩等承载力很大的地层时，桩体材料的强度有可能制约桩的竖向承载力。横向桩承载力很大程度上受桩体材料强度制约，桩径较粗、混凝土等级高、配筋率大。l群桩效应桩的排列、桩距、长径比、桩长与承台宽度等参数对承台、桩、土的相互作用和群桩承载力影响较大。应根据荷载、土质与土层分布、上部结构等特点进行综合分析，优化设计上述参数。l施工方法-9- 非饱和土特别是粉土、砂土中的打入预制桩，其桩侧摩阻力和桩端阻力斗因沉桩挤土效应而提高。采用泥浆护壁成孔的灌注桩，因高稠度的泥浆在桩侧表面与地基土层之间形成一层厚的泥皮，会大大降低桩侧摩阻力和结合强度，泥浆在孔底的沉渣过厚会导致桩端阻力明显降低。2.单桩承载力的确定方法3.单桩荷载试验4.桩的动测1.提高灌注桩承载力的技术方法目前提高灌注桩单桩竖向承载力常用的技术方法有扩底法和钻孔灌注桩后压浆法。同一地层中，桩端阻力与桩端底面积成正比。扩底钻头扩底法扩孔钻头扩底时的注意事项：扩底时应逐渐撑开扩刀，随时注意观察动力设备运转情况，视情况及时调节扩孔刀片的切削土量，防止出现超负荷现象。扩底时如遇漂石应停钻，待使用其他方法把漂石取出后再继续操作。扩底完成后，应立即进行清孔和灌注混凝土，以防钻孔垮塌。钻孔灌注桩后压浆法此法使桩底处的沉渣隐患得到根治，桩身得到补强，桩周土体得到密实，桩与桩周土体的粘结力得到提高，从而提高单桩承载力，一般可以提高30～90%。施工方法对单桩承载力的影响：l泥浆中的部分钻渣沉淀于孔底，影响钻孔灌注桩的承载力。l水下灌注易出现离析现象（水泥浆与骨料分离），在桩底产生“虚尖”、“干渣石”等弊端，使桩尖混凝土强度降低，造成灌注桩承载力不高。l泥浆护壁在孔壁形成一层泥皮，成桩后桩身与桩周土体之间隔夹的泥皮，将降低钻孔灌注桩的桩侧摩阻力。l桩身混凝土固结后有一定的收缩性，使桩身与桩周土体结合的紧密程度降低，从而降低桩侧摩阻力。l钻孔灌注桩成孔时，由于孔内充满泥浆，桩周与桩底土体受泥浆浸泡而软化，特别时在水敏性地层和成孔时间较长的情况下，将引起桩周土应力失效，降低桩身与桩周土体的摩擦力，从而影响钻孔灌注桩的承载力。后压浆工艺将产生以下效果：l压注的水泥浆液与桩底沉渣相结合形成混凝土，消除了桩底沉渣的影响。l压注的水泥浆充填由于离析而形成的“虚尖”、“干渣石”等，提高桩尖混凝土强度l桩底后压浆使桩底土体得到挤密，而且水泥浆渗入桩底土体内形成固结体，提高了桩底土体强度，从而提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。l灌注高压浆液，在桩底可形成向上的预应力，对端承桩有利。l桩侧高压压注浆液对桩周土体有挤压密实作用，并渗入桩周土体中，形成竹节状浆泡，具有竹节桩效应，提高桩侧摩阻力。-9- 在桩孔钻成之后，安放钢筋笼时，预设压浆管路，灌注桩身混凝土，凝固后压浆。压浆前进行注清水试验，证实管路畅通后再压浆。先桩侧后桩底，先群灌注，后群压浆。后压浆技术可使桩的承载力提高30～90%.第三节灌注桩施工质量控制1.泥浆护壁成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法2.螺旋钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法3.钻斗钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法4.冲击钻进成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法5.贝诺特（冲抓）成孔灌注桩常遇问题及其原因和处理方法6.沉管灌注桩常遇问题及其原因和处理方法-9-'