第二章桩基础工程及地基处理.

第2章桩基础工程在土建、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。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。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L50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。（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。•。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•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。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。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。•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。􀂋•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）滚管式桩架悬挂履带式桩架步履式桩架桁式打桩架（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。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。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。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。（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。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。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。（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。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。吊桩连续压桩接桩（管口焊接）压入一节液压式静力压桩机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——机动或人工洛阳铲短螺旋钻孔机出土状态长螺旋钻孔机出土状态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。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。泥浆护壁钻孔灌注桩施工现场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。吊放钢筋笼钻进施工混凝土浇注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。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。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。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。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