土木工程施工(上)-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L50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；重上下层桩间及桩与底模之间刷隔离剂；叠下层需达到30%设计强度后上层方可浇筑；法连续浇筑，不得留施工缝；浇水养护不少于7d。（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抄平放线平整场地定桩位沉桩试验确定沉桩顺序。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”。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。导杆式柴油锤筒式柴油锤广州大学城工地锤击沉桩（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。行走机构：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）•悬挂履带式打桩架以履带起重机为底盘，用吊臂2悬吊桩架立柱6，立柱6下面与车体1通过支撑叉7相连接。由于桩架、桩锤的重量较大，重心高且前移，容易使起重机失稳。所以通常在车体上增加一些配重。立柱在吊臂端部的安装比较简单。为了能方便的调整立柱的垂直度，立柱下端与车体支撑连接一般都是采用丝杠和液压式等伸缩可调的机构。缺点：横向稳定性较差，立柱的悬挂不能很好的保持垂直。这一点限制了不能用于打斜桩。•三点式履带桩架同样是以履带式起重机为底盘，但在使用时必须作较多的改动。首先要拆除吊臂，增加两个斜撑，斜撑2下端用球铰支持在液压支腿的横梁上使两个斜撑的下端在横向保持较大间距，构成稳定的三点支撑结构，如图所示。三点式桩架在性能上是比较理想的，工作幅度小，具有良好的稳定性，其次还可通过斜撑的伸缩使立柱倾斜，以适应打斜桩的需要。简易桩架悬挂履带式桩架滚管式桩架轮式桩架步履式桩架桁式打桩架全液压履带式三支点打桩架（3）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。重要概念•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?√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）振动沉桩作业图振动沉桩工作效率决定于振幅，离心力和静压力，振幅是决定沉桩速度的主要因素。静压力对桩的下沉也有很大的影响，只有当静压力（包括桩的自重）超过某值时才发现沉桩现象，振动沉桩机必须有足够的重量，必要时还应附加配重。振动沉斜桩作业图DZM系列液压振动锤(配挖掘机用)（5）特点、优缺点特点通过振动器的振动，减小桩和周围土体的摩擦力，在桩自重和附加压力作用下沉桩。优点：噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，操作安全，结构简单、铺助设备少、重量轻、体积小、对桩头的作用力均匀而使桩头不易损坏等特点，还可以用来拔桩。缺点适于砂质粘土、砂土、软土地区施工，不宜用于砾石和密实的粘土层。如用于砂砾石和粘土层中，需配以水冲法辅助施工。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。顶压式静力压桩机吊桩接桩（管口焊接）连续压桩压入一节预应力管桩静压桩施工过程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挤土成孔取土成孔套管成孔—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（2）灌注桩成孔顺序取土成孔——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。（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。重点优点无振动、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。3.3.1.1泥浆护壁成孔灌注桩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钻进施工埋设护筒浆池泥浆运输车辆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。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