第3章桩基工程

'第3章桩基础工程 3.1概述桩基础构造桩基础包括：桩体和承台。荷载传递路径：上部结构承台桩地基桩的分类按荷载传递机理分：端承桩、摩擦桩。桩端阻力桩侧阻力 按材料分木桩、砂石（灰）桩—加固地基（排水固结、挤密土层）（钢筋）混凝土桩、钢管桩—承载力大。按沉桩方法分挤土桩—打入式和压入式预制桩，无需预先成孔。部分挤土桩—预钻孔打入式预制桩和部分挤土灌注桩。非挤土桩—非挤土灌注桩。混合桩等。按施工方法分预制桩—预制→运输→打桩灌注桩（即现浇桩）—成孔→安放钢筋笼→浇注混凝土 3.2混凝土预制桩施工主要施工过程：桩的预制、运输和沉入。3.2.1桩的预制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—并列法、间隔法、重叠法、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。重叠法 （2）桩的起吊、运输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。桩起吊验算问：桩起吊时承受的荷载远小于使用阶段承受的上部结构荷载，因此可不进行桩的起吊验算？×答：关键是起吊阶段和使用阶段桩的内力性质不同，使用阶段主要为轴压力，起吊阶段为弯矩。内力性质不同，则不可比较大小 桩的吊点布置确定原则：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。常见的吊点位置如下图示： 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。 3.2.2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。沉桩顺序确定的原则从中间向四周沉没，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。结合考虑“退沉桩”还是向前“顶沉桩”。熟练掌握 3.2.3桩的沉设主要方法：锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩、水冲沉桩预制桩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。 3.2.3.1锤击沉桩（1）桩锤落锤—适用于粘土或含砂石较多的地基土；蒸汽锤（单动气锤、双动气锤）—适用于各种桩；电磁锤 柴油锤工作原理：单缸二冲程自由活塞式发动机以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将桩锤抬起，然后自由落下冲击桩顶。如此循环反复运动，将桩打入土中。分类：导杆式、筒式。特点：不需另带动力设备，但污染大，噪音大。适用：除过硬，过软地基外可打各种桩。 导杆式柴油锤 广州大学城工地锤击沉桩 （2）打桩工艺吊桩就位打桩轻锤高击动量小，锤对桩头冲击大，回弹大，桩头容易损坏、桩难以入土。重锤低击动量大，锤对桩头冲击小，回弹小，桩头不易被打碎、桩能很快入土；落距小，效率高。打桩宜采用重锤低击 （4）打桩注意事项隐蔽工程及时做好记录严禁偏打桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫平整均匀，构造合适桩顶衬垫弹性应适宜延长锤击作用时间和应力波波长，降低锤击应力值，从而提高打击效率和降低桩的损坏率。连续施打、入土速度均匀，不得间歇过长避免土的固结作用，使继续打桩阻力增大，不易打入土中桩锤回弹过大且经常发生,应更换重锤。 桩锤突然有较大的回弹表明桩端遇阻，须减小锤的落距。桩下沉突然加大可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身破坏等，应停止进行处理。送桩时桩身和送桩轴线一致打斜应拔出，用砂石填孔，重新插入施打。若拔桩困难，应在原桩附近再补打一桩。尽量避免送桩 （5）打桩质量要求与验收贯入度或标高必须符合设计要求最后贯入度：在正常条件下进行（桩顶没有破坏、锤击没有偏心、锤落距符合规定、桩帽与弹性垫层正常），最后10击内桩的平均入土深度。桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、碎石土、中密以上的粉土和砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩端进入持力层深度或桩尖标高可作为参考；当贯入度达到而桩端标高未到时应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值（一般在30-50mm）；桩端位于其它软土层时，以桩端设计标高控制为主，贯入度可作为参考。问：摩擦桩以设计标高控制为主，贯入度作为参考?端承桩以贯入度控制为主，设计标高作为参考?重要概念√√ 平面位置或垂直度必须符合施工规范要求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。打入桩桩基工程的验收必须符合施工规范要求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。 3.2.3.2振动沉桩（1）工作原理：其主要装置为振动器，利用振动器所产生的激振力，使桩身产生高频振动。这时桩在其自重或很小的附加压力作用下沉入土中，或是在较小的提升力作用下而拔出土。 （2）振动器工作原理振动器产生激振力的方法如下：振动器都是采用机械式，由两根装有偏心块的轴组成。这两根轴上装有相同的偏心块，但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力，在水平方向上的分力互相抵消，而其垂直方向上的分力则迭加起来。 3.2.3.3静力压桩工作原理依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。特点噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难。顶压式静力压桩机 预应力管桩生产 运至施工现场的预应力混凝土管桩。东南大学土木工程学院施工教研室 吊桩静力压桩机 预应力管桩 3.2.3.4沉桩对周边环境的影响及防治（1）对环境的影响锤击法、振动法沉入预制桩和套管成孔法沉入灌注桩—施工时产生噪音、振动冲击、废气，并引起土体挤压隆起位移，影响原有建筑和地下管线等。泥浆护壁成孔灌注桩—泥浆中含有水泥成份，PH在10-12。（2）防治措施采用预钻孔桩。采用机械或人工成孔灌注桩。设置防振沟，基坑支护。在有条件的城市，明令禁止锤击法或振动法沉桩。 3.3混凝土灌注桩施工主要施工过程：成孔、安放钢筋笼和混凝土浇注。（1）灌注桩分类—按照成孔设备和成孔方法分类套管成孔—锤击和振动灌注桩爆扩成孔—爆扩灌注桩钻孔成孔—泥浆护壁和干作业成孔灌注桩挖孔成孔—人工挖孔桩挤土成孔取土成孔 取土成孔——成孔对周边土壤无挤密或冲击作用按成孔设备行走最方便的线路等现场条件确定。挤土成孔——成孔对周边土壤有挤密或冲击作用每隔1～2个桩位成孔；在邻桩初凝前或终凝后成孔；群桩基础中，先中间桩后周围桩；同一桩基的爆扩桩，先浅后深。（2）灌注桩成孔顺序 （3）灌注桩成孔控制深度套管成孔——必须保证设计桩长。摩擦桩——以标高控制为主，以贯入度（或贯入速度）为辅。端承桩——以贯入度（或贯入速度）控制为主，以标高为辅。钻孔成孔——保证桩孔进入硬土层达到设计深度，清理孔底沉渣。 3.3.1钻孔灌注桩根据钻头是否在含水层中施工，分为：泥浆护壁钻孔灌注桩和干作业钻孔灌注桩。优点无振动、无挤土、噪音小，对周边建筑物影响小，适宜于硬、半硬、硬塑和软塑粘性土。缺点承载力低，沉降量大。重点 3.3.1.1泥浆护壁成孔灌注桩 钻孔灌注桩是一种基本的工程结构基础桩。钻孔灌注桩的钢筋笼成型超声波检测桩身质量的预埋钢管东南大学土木工程学院施工教研室 泥浆护壁钻孔灌注桩施工时，通常应埋设钢护筒，以起定位、保护孔口、存储泥浆和使其高于地下水位。埋设的钢护筒东南大学土木工程学院施工教研室 护壁的泥浆有采用膨润土制浆、原土制浆等，其泥浆的比重应根据土质进行调整，维持孔壁一定的泥浆压力，不塌孔。泥浆池制浆东南大学土木工程学院施工教研室 桥梁基础的钻孔灌注桩施工现场。东南大学土木工程学院施工教研室 钻孔灌注桩的施工现场若管理不善，易造成泥浆到处流淌，现场文明施工不够。混凝土料斗浇筑混凝土导管东南大学土木工程学院施工教研室 钻孔灌注桩的钻头由施工作业队根据土质、以往的施工经验加工制作，通常在端部焊接合金刀头，增加耐磨性和切削土的能力。东南大学土木工程学院施工教研室 泥浆材料泥浆主要是膨润土或粘土和水的混合物。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。泥浆的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。 清孔端承桩沉渣厚度不得大于50mm，摩擦端承和端承摩擦沉渣不得大于100mm，摩擦桩不大于300mm。吊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）水下浇筑砼导管口先用球塞堵住，导管口下沉至底表上约300mm处首次灌注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左右开管（剪断铁丝、球塞被砼顶出）提升导管0.5-3m/h 埋设护筒钻进施工 泥浆运输车辆浆池 吊放钢筋笼混凝土浇注 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。重点掌握 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。处理——改用慢转速，提动钻头扫孔纠正；严重者回填砂与粘土混合物至偏斜处以上1-2m，沉积稳定后重钻。 3.3.1.2干作业成孔灌注桩施工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 长螺旋钻孔机出土状态长螺旋钻孔机 短螺旋钻孔机短螺旋钻孔机出土状态 3.3.2人工挖孔桩 3.3.3套管成孔灌注桩施工方法将带有预制混凝土桩尖或钢活瓣桩尖的钢套管沉入土中，待沉到规定深度后，立即在管内浇筑混凝土或管内放入钢筋笼后浇注混凝土，随后拔出钢套管，并利用拔管时的冲击或振动使混凝土振捣密实而形成桩。分类——按照沉管方法分锤击沉管灌注桩振动沉管灌注桩预制混凝土桩尖 3.3.3.1锤击沉管灌注桩施工方法单打法沉管成孔吊放钢筋笼浇注混凝土边浇边振动拔管混凝土振捣密实成桩复打法——扩大桩直径，提高混凝土密实度和承载力沉管成孔浇注混凝土边浇边振动拔管第二次沉管、浇注混凝土、拔管成桩 注意事项浇砼前应检查管内有无泥浆或进水，少量时可用干水泥灰。锤击沉管灌注桩桩身混凝土强度不低于C20，预制钢筋混凝土桩尖强度不低于C30。桩尖和套管中心重合，两者之间垫缓冲材料。桩身混凝土应连续浇注，分层振捣密实。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的砼量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查砼面的下降情况。拔管速度要均匀，对一般土层以1为宜，在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3-0.8为宜。在管底未拔到桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。 砼充盈系数（实际灌注砼体积与按设计桩身直径计算体积之比）不得小于1.0，成桩后的桩身砼顶面标高应至少高出设计标高500mm。无论单打法还是复打法施工，混凝土从拌制到拔管结束，不得超过混凝土初凝时间。锤击沉管成桩宜按桩基施工顺序依次退打，桩中心距在3.5倍桩管外径以内或小于2m时均应跳打，以防止土体挤压而断桩。中间空出的桩需待邻桩砼强度达到设计强度标准值的50%以后方可施工。当为提高承载力或补救缺陷而采用复打法施工时，复打应在初次浇筑的砼初凝之前完成，前后两次沉管的轴线必须重合。 3.3.3.2振动沉管灌注桩注：振动沉管与振动沉桩原理相同施工方法单打法沉管成孔浇注满混凝土振动拔管混凝土振捣密实成桩反插法——扩大桩直径，提高承载力沉管成孔浇注满混凝土振动拔管0.5～1.0m套管反插反复拔管和反插成桩复打法——与锤击沉管灌注桩相同沉管成孔浇注混凝土边浇边振动拔管第二次沉管、浇注混凝土、拔管成桩 套管灌注桩施工过程中发生断桩、瓶颈桩、吊脚桩和桩尖进水进泥等问题的处理1）断桩断桩一般都发生在地面以下软硬土层的交接处，并多数发生在粘性土中，砂土及松土中则很少出现。处理方法是经检查发现有断桩后，应将断桩段拔去，略增大桩的截面面积或加箍筋后，再重新浇注混凝土。2）瓶颈桩瓶颈桩是指桩的某处直径缩小形似“瓶颈”，其截面面积不符设计要求。多数发生在粘性大、土质软弱、含水率高，特别是饱和的淤泥或淤泥质软土层中。处理方法是，施工中应经常检查混凝土的下落情况，如发现有颈缩现象，应及时进行复打。 3）吊脚桩吊脚桩是指桩的底部混凝土隔空或混进泥砂而形成松散层部分的桩。处理方法是，如发现有吊脚步桩，应将套管拔出，填砂后重打。4）桩尖进水进泥桩尖进水进泥常在地下水位高或含水量大的淤泥和粉泥土土层中沉桩时出现。处理方法是，将套管拔出，清除管内泥砂，修整桩尖钢活瓣变形缝隙，用黄砂回填桩孔后再重打；若地下水位较高，待沉等至地下水位时，先从套管内灌入0.5m厚度的水泥砂浆作封底，再灌1m高度混凝土增压，然后再继续下沉套管。 3.3.4爆扩灌注桩爆扩灌注桩包括两部分：桩柱和扩大头 重温旧梦4本章知识要点：1概念（打桩的贯入度）最后贯入度——打桩施工中最后10击内桩的平均入土深度。2掌握知识点(1)预制桩沉桩顺序——由中及外、由近及远、由深及浅、由大及小（2）钻孔灌注桩施工的泥浆——泥浆的作用、泥浆的材料及密度（3）钻孔灌注桩施工常见的问题及处理——护筒冒水、孔壁颈缩、孔壁塌陷、钻孔倾斜（4）套管灌注桩施工常见的问题及处理——断桩、瓶颈桩、吊脚桩、桩尖进水'