建筑桩基础工程施工课件.ppt

'第二章桩基础2.1概述 第二章桩基础2.1概述 2.1概述1.定义桩基础是一种常用的深基础形式，它由桩和承台组成。如下图： 2.相关构造(1)桩身配筋长度①受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。②桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化层。③坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。④桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3。 (2)承台承台厚度不宜小于30cm，承台周边与桩的净距不小于0.5倍桩径、混凝土强度等级不低于C15。梁式承台的纵向配筋不宜小于φ10，箍筋不小于φ6；板式承台配筋不宜小于φ8@200。钢筋保护层不小于5cm。桩顶与承台的连接应满足传递水平力的要求，桩顶嵌入承台的长度不小于5cm。主筋伸人承台的长度不小于30d(Ⅰ级钢)和35d(Ⅱ级和Ⅲ级钢)。 2.1.1桩的类型按桩承载性状分类摩擦型桩摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承桩摩擦端承桩 按桩的施工方法分类预制桩木桩混凝土桩混凝土方桩预应力混凝土管桩钢桩钢管桩H型钢桩灌注桩干作业成孔人工挖孔螺旋钻钻孔洛阳铲成孔泥浆护壁成孔回转钻机成孔潜水钻机成孔套管成孔锤击成孔振动锤成孔爆扩桩 按桩径大小分类小直径桩d≤250mm中等直径桩250mm＜d＜800mm大直径桩D≥800mm 按桩的设置效应分类非挤土桩部分挤土桩挤土桩 2.1.2桩的布置桩的布置需符合下列要求：(1)桩的中心距①桩的最小中心距应符合下表中的规定。 土类与成桩工艺排数不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩基其他情况非挤土和部分挤土灌注桩3.0d2.5d挤土灌注桩穿越非饱和土3.5d3.0d穿越饱和土4.0d3.5d挤土预制桩3.5d3.0d打入式敞口管桩和H型钢桩3.5d3.0d桩的最小中心距注：d——圆桩直径或方桩边长 ②扩底灌注桩除应符合上表的要求外，尚应满足下表的规定。成桩方法最小中心距钻、挖孔灌注桩1.5D或D+1m(当D＞2m时)沉管夯扩灌注桩2.0D (2)注意排列基桩的荷载重心。(3)适当布置布置桩位。(4)同一结构单元宜避免采用不同类型的桩。(5)应选择较硬土层作为桩端持力层。 2.2混凝土预制桩2.2.1混凝土预制桩的制作、起吊、运输和堆放2.2.1.1制作1.截面：混凝土方桩的截面边长多为300~500mm；预应力管桩直径一般为300~800mm，常用的为400~600mm。 2.长度：如在工厂制作，长度不宜超过12m；如在现场预制，长度不宜超过30m。3.混凝土强度等级不宜低于C30(静压法沉桩时不宜低于C20)。4.桩尖：桩尖都做成楔形截面，且截面中心放一根φ22或φ25的粗钢筋，为保证桩尖混凝土不开裂，对该范围内的箍筋加密。 5.桩身配筋：与沉桩方法有关。桩身宽度或直径大于或等于350mm时，纵向钢筋不应少于8根。6.桩顶：为了在打桩时保护桩顶不被打碎，在顶部250mm高度范围内放置几片钢筋网片，纵筋顶部保护层厚度不宜过厚，同时对该范围内的箍筋加密。 方桩的叠浇法制作重叠层数：一般不宜超过4层。场地要求：场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。隔离剂：桩与桩之间应做好隔离层，桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。浇筑时间：上层桩或邻桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%后方可进行。灌筑混凝土时应由桩项往桩尖方向进行，并应连续浇灌，不得中断。 钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工(预制厂制作) 钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑(工地现场制作) 2.2.1.2起吊与运输当桩的混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊；达到100%方可运输和打桩。起吊吊点：吊点应符合设计要求，一般节点的设置如图2-1所示。 2.2.1.3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。 2.2.2预制桩沉桩施工2.2.2.1锤击法1.设备打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。（1）桩锤①落锤②电动振动锤③柴油锤④蒸汽锤 （单动、双动）⑤液压锤 用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考表2-1进行选择，如能进行锤击应力计算则更为科学。 表2-1锤重选择表锤型柴油锤202535456072锤的动力性能冲击部分重(t)2.02.53.54.56.07.2总重(t)4.56.57.29.615.018.0冲击力(kN)20002000~25002500~40004000~50005000~70007000~10000常用冲程(m)1.8~2.3桩的截面混凝土预制桩的边长或直径(cm)25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩的直径(cm)40609090~100持力层粘性土粉 土一般进入深度(m)1.0~2.01.5~2.52.0~3.02.5~3.53.0~4.03.0~5.0静力触探比贯入度平均值(Mpa)345>5砂 土一般进入深度(m)0.5~1.00.5~1.51.0~2.01.5~2.52.0~3.02.5~3.5标准贯入击数N(未修正)15~2520~3030~4040~4545~5050常用的控制贯入度cm/10击2~33~54~8设计单桩极限承载力kN400~1200800~16002500~40003000~50005000~70007000~10000 (2)桩架桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向，并保证桩捶能沿着所要求方向冲击的打桩设备。①多能桩架（图2-2）图2-2多能桩架 ②履带式桩架（图2-3）以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。性能较多能桩架灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。图2-3履带式桩架1—桩锤；2—桩帽；3—桩；4—立柱；5—斜撑；6—车体 (3)动力装置动力装置的配置取决于所选的桩锤。当选用蒸汽锤时，则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。 2打桩前的准备工作打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地;定位放线；设置供电、供水系统；安装打桩机等。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地点，水准点设置不少于2个。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。 打桩顺序根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：由一侧向单一方向进行（图2-4a）；自中间向两个方向对称进行（图2-4b）；自中间向四周进行（图2-4c）。图2-4 打桩顺序a）由一侧向单一方向进行；b）由中间向两个方向进行；c）由中间向四周进行 打桩方法要点打桩机就位→吊桩并送至导杆内（垂直度偏差不得超过0.5%）→固定桩帽和桩锤打桩开始时，锤的落距应较小，桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时。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。打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。 打桩的质量控制打桩的质量检查包括桩的偏差、最后贯入度与沉桩标高，桩顶、桩身是否打坏以及对周围环境有无造成严重危害。 打桩的公害打桩时，引起桩区及附近地区的土体隆起和水平位移虽然不属打桩本身的质量问题，但由于邻桩相互挤压导致桩位偏移，会影响整个工程质量。如在已有建筑群中施工，打桩还会引起临近已有地下管线、地面交通道路和建筑物的损坏和不安全。为此，在邻近建筑物（构筑物）打桩时，应采取适当的措施，如挖防振沟、砂井排水（或塑料排水板排水）、预钻孔取土打桩、采取合理打桩顺序、控制打桩速度等。 2.2.2.2静力压桩静力压桩是利用静压力将桩分节压入土中，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7000kN，如图2-5示。图2-5 液压式静力压桩机1—操纵室；2—电气控制台；3—液压系统；4—导向架；5—配重；6—夹持装置；7—吊桩把杆；8—支腿平台；9—横向行走与回转装置；10—纵向行走装置；11—桩 静力压桩机 2.2.2.3振动法沉桩振动法是利用振动锤沉桩(图2-7),将桩与振动锤连接在一起，振动锤产生的振动力通过桩身带动土体振动，使土体的内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。该方法在砂土中施工效率较高。图2-7 振动锤1—振动器；2—弹簧；3—竖轴；4—横梁；5—起重环；6—吸振 2.2.2.4水冲法沉桩(射水沉桩)射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时使用，具体选择应视土质情况。必须注意，不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段1~1.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。 射水沉桩的设备包括：水泵、水源、输水管路和射水管。射水管内射水的长度(L)应为桩长(L1)、射水嘴伸出桩尖外的长度(L2)和射水管高出桩顶以上高度（L3）之和，即L=L1+L2+L3。射水管的布置见图2-6。图2-6 射水沉桩的射水管1—送桩管；2—加强的圆钢；3—弯管；4—胶管；5—桩管；6—射水管；7—保险钢丝绳；8—导向环；9—挡砂板 2.2.3接桩及桩头处理当上部荷载较大时，桩的长度往往很长，有些高层建筑桩长超过60m，然而沉桩机械对桩长是有限制的，解决沉长桩的最好办法就是将长桩分节制作，逐节沉人，因而存在一个桩节之间的连接问题，但接头总数不宜超过3个。目前国内普通钢筋混凝土预制方桩的常连接方法行两种：焊接法和浆锚法。 1.焊接法(适合各种土层)焊接接桩节点1—连接角钢；2—预埋垫板；3—预埋钢板；4—主筋；5—钢板；6—角钢 2.浆锚法(适合软土地基)硫磺胶泥锚接接桩节点1—上段桩；2—锚筋孔；3—下段桩；4—箍筋；5—螺纹钢筋 2.2.4质量控制与检验（一）预制方桩制作的质量标准与检验方法（1）钢筋骨架及预制方桩制作的允许偏差预制桩钢筋骨架的允许偏差及检验方法 预制方桩制作允许偏差及检验方法 （2）预制桩的外观质量检查①桩表面观感质量。②桩表面的收缩裂缝③在桩顶和桩尖的要求。 （二）打桩的质量标准与检验方法（1）桩位允许偏差及检验方法预制桩（钢桩）桩位的允许偏差 （2）按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为-50~-100mm。（3）斜桩倾斜度的偏差，不得大于倾斜角（桩纵向中心线与铅垂线的夹角）正切值的15%。（4）打桩的控制原则：端承型桩——贯入度控制为主，标高控制为辅摩擦型桩——标高控制为主，贯入度控制为辅 灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。钻孔灌注桩套管成孔灌注桩按成孔方法有：人工挖孔灌注桩爆扩成孔灌注桩2.3灌注桩 2.3.1钻孔灌注桩干作业成孔灌注桩根据成孔方式不同有：湿作业成孔灌注桩（泥浆护壁成孔） 2.3.1.1干作业成孔灌注桩干作业成孔灌注桩适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔。图2-10 步履式螺旋钻机1—上底盘；2—下底盘；3—回转滚轮；4—行车滚轮；5—钢丝滑轮；6—回转轴；7—行车油缸；8—支盘 2.3.1.2泥浆护壁成孔(湿作业)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，不论地下水位高或低的土层皆适用。多用于含水量高的软土地区。施工工艺：制备泥浆泥浆循环排渣测定桩位→埋设护筒→桩机就位→成孔→清孔→安放钢筋笼→浇筑水下混凝土 1.埋设护筒(1)护筒：3~5mm厚钢板制成的圆筒，内径应比钻头直径大10cm(2)埋设要求：粘土≥1m深度：砂土≥1.5m中心：与桩位中心重合顶面：高于地面0.4~0.6m 图2-11 围堰筑岛埋设护筒1—夯填粘土；2—护筒图2-12 搭设平台固定护筒1—护筒；2—工作平台；3—施工水位；4—导向架；5—支架 钻孔灌注桩---护筒埋设 (3)护筒的作用：①固定桩孔位置②防止地面水渗入③保护孔口④增高桩孔内水压力，防止塌孔⑤成孔时引导钻头方向 2.制备泥浆(触变泥浆)(1)作用：①泥浆形成的泥皮填堵了土壁上的孔隙，保持护筒内水压稳定。②保护孔壁、防止塌孔③通过循环泥浆携砂、排土④冷却和润滑钻头 (2)制备方法①原土造浆：泥浆容重控制在1.1~1.2t/m3。②泥浆池中配制：用塑性指数I≥17的粘土。砂土中：1.1~1.3t/m3容重控制容易塌孔的土层中：1.3~1.5t/m3 钻孔灌注桩----泥浆运输车辆 3.泥浆护壁成孔成孔机械有回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。 (1).回转钻机成孔回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。 (2).潜水钻机成孔潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔(图2-13)。图2-13 潜水钻机1—钻头；2—潜水钻机；3—电缆；4—护筒；5—水管；6—滚轮支点；7—钻杆；8—电缆盘；9—卷扬机；10—控制箱 (3)．冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔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，然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆（图2-14）。图2-14 冲击钻机1—滑轮；2—主杆；3—拉索；4—斜撑；5—卷扬机；6—垫木；7—钻头 (4)．冲抓锥（图2-15）锥头内有重铁块和活动抓片，下落时松开卷扬机刹车，抓片张开，锥头自由下落冲入土中，然后开动卷扬机拉升锥头，此时抓片闭合抓土，将冲抓锥整体提升至地面卸土，依次循环成孔。图2-15 冲抓锥 钻孔灌注桩---钻进施工 (5).泥浆循环正循环回转钻机成孔的工艺如图2-16a所示。图2-16 泥浆循环成孔工艺a）正循环1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置 反循环回转钻机成孔的工艺如图2-16b所示。图2-16 泥浆循环成孔工艺b）反循环1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置 4.清孔(亦可在安放钢筋笼之后再进行一次)作用：①把孔底泥渣清理干净，保证实际有效孔深满足设计要求。②减少桩基础的沉降量射水法清孔方法：置换法(泥浆循环方法)空气吸泥机法 清孔质量控制：①端承桩≤50mm沉渣厚度②摩擦端承、端承摩擦桩≤100mm③摩擦桩≤300mm 5.安放钢筋笼(1)钢筋笼的制作①场地要求；②主筋帮扎；③分段制作；④设置加劲箍。 ⑤钢筋笼的制作允许偏差应符合下表要求混凝土灌注桩钢筋笼制作允许偏差及检验方法 (2)钢筋笼的安放与连接(焊接)①钢筋笼吊放；②钢筋笼主筋保护层；措施：一般在钢筋笼周围主筋上每隔一定间距设置混凝土垫块，混凝土垫块根据保护层厚度及孔径设计。要求：主筋混凝土保护层厚度不应小于50mm(水下浇注混凝土桩)，或不应小于30mm(非水下浇注混凝土桩)。允许偏差：水下浇注混凝土桩±20mm非水下浇注混凝土桩±10mm 钻孔灌注桩---钢筋笼吊装 6.灌注混凝土(1)混凝土材料①混凝土的强度等级不应低于设计要求；一般不低于C15②坍落度要符合施工要求③骨料粒径要求：：对于沉管灌注桩：不宜大于50mm，并不得大于钢筋间最小净距的16；对于素混凝土桩：不得大于桩径的1／4，并不宜大于7mm。 (2)水下灌注混凝土(导管法)一般应在钢筋笼吊放后4小时内进行。原因：如不及时浇注：①钢筋表面形成泥皮，影响混凝土与钢筋的粘结力；②泥浆沉淀，造成孔底虚土过后和坍孔。导管构造：壁厚≥3mm，直径宜微200~250mm，导管分节制作，底管不宜小于4m。导管内设隔水塞，用细钢丝悬吊在导管的下口。 浇注步骤：①导管内灌入混凝土②剪断悬吊隔水塞的钢丝，边浇边拔管。浇注时注意事项：①拔管不宜过快，应保证导管埋入混凝土中2~6m,严禁导管拔出混凝土面。②水下混凝土必须连续施工，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制。可参见下表 ③混凝土浇注面应超过设计标高300~500mm，并凿除浮浆，必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计要求。水下混凝土适当浇注时间 钻孔灌注桩---混凝土浇筑 2.3.2套管成孔灌注桩1.工艺流程套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。图2-17 活瓣桩尖1—桩管；2—锁轴；3—活瓣 图2-18 沉管灌注桩施工过程a）就位；b）沉套管；c）初灌混凝土；d）放置钢筋笼、灌注混凝土；e）拔管成桩1—钢管；2—桩靴；3—桩 2.套管成孔沉管方法(1)锤击沉管锤击灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，关闭活瓣或对准预先设在桩位处的预制混凝土桩靴，套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在一垂直线上，套管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉套管。沉管灌注桩桩靴 (2)振动沉管振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管，其设备见图。施工前，先安装好桩机，将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。图2-19 沉管灌注桩设备1—滑轮组；2—振动器；3—漏斗；4—桩管；5—吊斗；6—枕木；7—机架；8—拉索；9—架底；10—卷扬机 2.3.3人工挖孔灌注桩1.定义：人工挖孔灌注桩法是指在桩位采用人工挖掘方法成孔，然后安放钢筋笼、灌注混凝土而成基桩的方法。通常扩大桩底尺寸形成扩底灌注桩。2.特点：单桩承载力高，结构传力明确，沉降量小；可作支撑、抗滑、锚拉、挡土等用；可直接检查桩直径、垂直度和持力层情况，桩质量可靠；施工机具设备简单，工艺简单，施工无振动、无噪音、无污染环境；可多桩同时进行，施工速度快；但劳动强度大，单桩施工速度较慢、安全性较差。 3.适用范围无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土、含少量的砂、砂卵石姜结石的粘土层采用，特别适于黄土层使用。对有流砂、地下水位较高、涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层，不宜采用。此类情况可采用钢套管护壁人工挖孔。4.构造要求(1)桩径：800~2000mm，最大直径可达3500mm；(2)桩长：一般20m左右，最深可达40m； (3)扩底：当要求增大承载力，可进行扩底，桩底宜挖成锅底形，锅底中心比四周低200mm。扩底直径大小按(d1-d)/2:h=1:4，h1≥(d1-d)/4进行控制。(4)桩距：两桩中心距不应小于3d，两桩扩大头净距不小于1m，上下设置不小于0.5m；(a)圆柱桩；(b)扩底桩；(c)、(d)扩底桩群布置 (5)配筋：支撑桩——配筋率0.4%，配筋长度一般为1/2桩长，且不小于10m；抗滑、锚固、挡土桩——按全长或2/3桩长配置，由计算确定。桩混凝土强度等级不应低于C20。(6)支护措施：一般直径1.2m以上桩孔需设置。支护方法有：现浇混凝土护壁和钢套管护壁等。 1)现浇混凝土护壁：边开挖土方边修筑混凝土护壁，每节高0.9~1.0m。护壁的结构型式为斜阶形。当深度不大，地下水少，土质也较好时，可利用砖石(半砖)砌筑护壁。开挖基本程序：放线定位→开挖土方→测量控制→构筑混凝土护壁→挖土至设计标高→基底验收→安放钢筋笼→浇注混凝土。 现浇混凝土护壁人工挖孔桩施工(a)在护壁保护下开挖土方；(b)支模板浇注混凝土护壁；©浇注桩身混凝土 2)钢套管护壁：对于流砂地层、地下水丰富的强透水地带或承压水地层，必须应用钢套筒护壁，护壁需设置井圈(1/4或1/2砖)，井圈顶面应比场地高出150~200mm。开挖基本程序：放线定位并构筑井圈→安放打桩架→打入钢套管→挖土至钢套管下口→基底验收→安放钢筋笼→浇注混凝土，拔出钢套管。见下图 钢套管护壁人工挖孔桩施工(a)修筑井圈；(b)打入钢套管；©在钢套管护壁下开挖土方；(d)桩底扩孔；(e)浇注桩身混凝土、拔出钢套管1—井圈；2—链式电动葫芦；3—小型机架；4—钢套管'