滕玉雷桩基工程施工质量控制与管理 (2)

第一章.绪论1.1引言万丈高楼平地起，基础必须要牢固。桩基础是建筑工程，桥梁工程，港口工程和海洋工程中的主要基础形式之一，在我国有着广泛的应用。基础工程是一门实践性和理论性都很强的学科。进而基础工程施工质量控制与管理就更显得尤为重要。如某些房屋基础由于设计和施工不当出现沉降过大活不均匀沉降，给国家和人民造成了巨大损失。1.2背景○1从人类有记载历史以前到19世纪中、末期，主要桩型为木桩。人类最早使用的木桩，主要是凭其四肢和体力攀折大自然中的树木枝干打入土中，后来才逐渐借助于最原始的石器工具砍树伐木打入土中而成桩。桩在中国起源于距今6000~7000年的新石器时代。中国的考古专家于1973年和1978年相继在长江下游以南浙江省东部余姚市的河姆渡村发觉了新石器时代的文化遗址，出土了占地约4万m2的木桩和木结构遗存。经鉴定，其浅层第二三文化层大约距今6000年，深层第四文化层大约距今7000年。这是太平洋西岸迄今发现的时间最早的一处文化遗址，也是环太平洋地区迄今发现的规模最大、最具有典型意义的一处文化遗址和木桩遗址。考古研究表明，中国有很多地方存在着先人利用木桩支撑房屋、桥梁、高塔、码头、海塘或城墙的遗址；另一方面也可以从一些出土的墓砖、随葬品或古画、古籍等历史文物中领略数千年以前的木桩建筑物的风貌。大约至20世纪20年代或稍晚一些，上海即使是三四层的房屋，对地基的承载力有疑问时也常用木桩，一般都是几米长，不超过15米，其大头直径约300mm，小头直径约50mm。至30年代初，在多层或高层建筑及重型结构物中由于上部荷载的需要和打桩机具的改进，开始采用长达30m的木桩，其直径相应增大。到了19世纪后期，钢、水泥和混凝土相继问世，并且生产了混凝土桩和钢筋混凝土桩。中国随之于20世纪20年代开始采用钢筋混凝土预制桩和灌注桩，从而出现了木桩、混凝土桩和钢桩三者并举的时期，视工程具体条件分别选用。有的工程，例如著名的杭州钱塘江大桥（建成于1937年），则在一项工程中同时采用了木桩和钢筋混凝土预制桩。○2从建国以后到改革开放之前，我国的桩基发展处于一个起步的阶段。在这个阶段沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩以及预制桩等成为主要应用的桩型。20世纪20~30年代已出现沉管灌注混凝土桩。上海在30年代修建的一些高层建筑的基础，就曾采用沉管灌注混凝土桩，如Franki桩和Vibro桩。到了50年代开始生产预制钢筋混凝土桩，多为方桩。○31979年改革开放至今，随着国民经济的持续高速增长，中国出现了大规模的用桩时期。采用桩基础的高层超高层超过了数万栋。如上过海金茂大厦，采用钢管桩基础，公布桩1061根，桩长83米。近年来，出了广泛应用的现场浇注钢筋混凝土桩、工厂化预应力管桩和钢桩以外，一些新理论、新桩型、新工艺、新技术得到了研发和应用，如出现了现场浇注的挤扩支盘灌注桩、DX挤扩桩、工工厂化生产的预应力管桩竹节桩、桩端后注浆技术、大直径筒桩、载体桩、螺旋桩、高压旋喷桩及刚柔复合桩、长短桩组合等桩基新技术。1.3目的及意义桩基工程是工业与民用建筑、交通、港航、市政和地下工程等专业的专业必修课或选修课。桩基础也是我国现阶段广泛使用的主要基础形式之一。合理的是用桩基础既能有效地控制建筑物沉降变形，又能提高建筑物的抗震性能，从而确保建筑物的长期安全使用。但由于种种原因，目前各种地质条件下地基基础事故层出不穷，对国家和人民的财产造成了重大损失，所以我们很有必要做好桩基基础工程的安全与质量控制。在一般房屋基础工程中，桩基础以承受垂直的轴向荷载为主。桩基通过作用于桩端的端承力和桩侧土层向上的摩阻力来支承上部抗压轴线荷载的能力，称之为桩的竖向抗压承载力。桩基工程的理论研究包括各种类型桩在荷载作用下的受力机理，各种类型桩的沉降计算方法，各种桩基设计的理论等。通过对桩基工程的研究，使桩基根据不同的工程地质条件、不同的荷载特点和不同的施工方法及不同的用途，可以发挥各种不同的用途。通过桩侧表面与桩周土的接触，将荷载传递给桩周土体获得桩侧阻力，同时随着上部荷载的增大痛过桩将荷载传递给深层的桩端岩土层获得桩端阻力，从而根据设计需要安全的支撑上部建筑物的荷载。1.4研究的发展状况从我国正在研究和应用的各种桩型可以发现，他们具有不同的制桩材料并存，不同的制桩工艺并存，大中小直径并存，锤击与静压施工方法并存，机械成孔与人工挖孔并存，最新的接近国际先进水平的工艺与最古老的传统工艺并存等一系列特色。可以说凡世界各地在桩发展的历史过程中所出现的具有代表性的桩型乃至现代最先进的桩型，几乎都在中国各地有所应用，或者有所改进，推陈出新。从成桩工艺的的发展过程看，最早使用的桩基施工方法是打入发。打入的工艺从手锤到自由落锤，然后发展到蒸汽驱动、柴油驱动和压缩空气为动力的各种打桩机。值得欣喜的是近年的工程实践推动了一些传统桩型和新桩型的发展。桩端压力注浆技术效果好、速度快、可以节省大量成本，减少建筑物的整体沉降和不均匀沉降；挤扩支盘灌注桩，由于其对摩擦型桩的桩测摩擦力的提高效果很好且经济效益明显，近几年也得到了广泛发展，它适用于粘性土为主的摩擦性桩基；就地取材碎石型锤击灌注桩，由于现场锤击成孔、现场碎石浇注被广泛应用于残坡积的土层加固基础中；大直径钻埋空心桩在已钻好的大直径孔内放预制桩壳，形成空心桩，而大直径和预拼工艺也是当前桥梁深桩基础工程的发展趋势。桩基向大直径超长发展，随着高层、超高层建筑物以及跨江、跨海特大桥梁的建设，上部结构对桩基础承载力与变形的要求越来越高，桩径越来越大，桩长越来越长，使桩出现了向超长、大直径方向发展的趋势。如上海环球世贸中心、金茂大厦都采用桩长超过80米的钢管桩，温州世贸中心采用了80~120m不等的钻孔灌注桩杭州钱塘江六桥采用钻孔灌注桩更长达130m。桩基向工厂化制作方向发展，近年来，一些类型的的桩正向着工厂化生产的趋势发展，而工厂化生产也促使这些桩型在工程建设中被广泛地大规模使用。如先张法预应力混凝土管桩在我国使用已有十余年。随着建筑业蓬勃的发展，管桩以工厂化生产、产品质量稳定、施工速度快、施工中无泥浆污染、施工周期短及经济性价比好等优点，在国内基础中，尤其在沿海软土地区的多层和小高层建筑工程中被应用。桩基向组合桩方向发展，由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，近年来，实践中经常出现组合式工艺桩。刚柔复合桩组合，刚性桩一般采用混凝土桩且是长桩，打到较好的持力层，柔性桩一般采用水泥搅拌桩且为短桩、摩擦桩型。刚性桩起到控制沉降的作用，柔性桩起到变形协调的作用。长短桩组合，及即桩身材料同为混凝土桩，但根据上部荷载的特点和地质条件选择不同的桩长和不同的持力层。咬合桩组合，可以是灌注混凝土桩之间的咬合；可以是混凝土桩与水泥搅拌桩之间的咬合；可以是预制桩与水泥搅拌桩之间的咬合；也可以是预制桩与现场建筑混凝土桩之间的咬合。桩长度方向上的组合，即一根单桩中上部桩为混凝土桩，下部桩为钢桩，这样有利于将桩打入持力层较硬的岩土层中。桩基础是一种既古老又现代，在高层建（构）筑物和重要土木工程结构中被大量、广泛应用的基础形式。随着人类和恶劣自然环境的抗争，远古的治水活动得以大规模开展，为了堵水人们先将圆木打入水中的泥里，竖立的圆木之间再搭设横木和填筑土石，使木质的桩基有了工程意义。为了躲避猛兽的袭击，人们将多根木头铅直打入土中，在打入土中的木头上绑上新的木头接高，接高的木头高度合适后，人们将木头的顶端用横木密集地连接起来建成了原始房屋的底板，继续斜向搭接木头建成了原始房屋的屋盖，屋盖上铺上草建成了原始房屋的防雨的屋面层，这时真正意义上的桩基就形成了。有史记载，我们的祖先在6000多年前就开始使用木桩作为桥梁和建（构）筑物的基础（木桩成为干阑式建筑的支承构件），浙江河姆渡遗址考古发掘出的规则排列的圆形和矩形木桩就是一个典型的例证。另外，还有秦代的渭桥、隋朝郑州的昭化寺、五代时的杭州湾大海堤、南京的石头城、上海的龙华塔等。20世纪30年代建造的当时上海的最高建筑上海国际饭店采用的仍然是木桩基础。随着近代科学技术的进步，混凝土和钢铁材料的出现以及制造业的进步使桩基技术的发展突飞猛进，从桩的几何尺寸到单桩承载力，从成桩工艺与设备到桩型与应用范围，都发生了巨大的发展变化，显示出桩基技术蓬勃发展的生机和广阔的发展前景。桩基础取代传统的基础形式，大大提升了各类基础设施建造的技术、经济和效率水平（比如以往跨越江、河、湖、海的桥基多采用沉箱、沉井、围堰施工，现在则多采用大直径灌注桩、预制桩和钢桩，长36km的世界第一跨海大桥杭州湾大桥等大型桥梁工程、海上采油平台、输油管支架、栈桥等不采用桩基其建造难度简直不可想象）。桩基技术的进步也促进了相关领域的发展，形成了不同领域相互渗透、相互交融的格局（比如由圆形钻孔灌注桩到机挖矩形、异形桩，再进一步发展成为地下连续墙，其功能也由竖向承载发展为侧向支挡与地下永久性墙体结合。又如复合地基领域，将各种柔性桩增强体引入刚性桩增强体，形成刚性桩复合地基，进而发展为刚性、柔性桩结合；长短桩结合的复合地基，拓宽了复合地基的适用范围和设计优化思路）。目前，桩的种类、桩基的形式、桩基的施工工艺和设备以及桩基的理论与设计方法都有了极大的进步与发展，应用最为广泛的钢筋混凝土桩基础（预制桩、钻孔灌注桩）在工业与民用建筑、桥梁、铁路、水利、机场、港工等各工程领域随处可见，上海浦东88层、高420.5m的金贸大厦的桩基础的入土深度已超过80m，桩基础事实上已经成为松软深厚地基上高层建筑的主要基础形式。尽管如此，桩基工程仍面临许多未弄清的、需要进一步研究与探讨的问题。桩基础常被归类为深基础。当上部建（构）筑物荷载较大、适合于作持力层的土层埋藏较深、用天然浅基础或仅作简单的地基加固仍无法满足要求时，人们就不得不采用深基础方案。深基础主要包括桩基础、沉井和地下连续墙等，深基础中桩基础的应用最为广泛。竖向承载的桩基础的功能是通过桩身侧壁摩阻力和桩端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上，以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。桩基础又称桩基，是指由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的群桩基础或由柱与桩直接联结的单桩基础。1.5方法和内容桩基工程是一门实践性很强的学科，对于桩基工程问题的研究涉及了许多的学科，包括数学、物理学、化学、土力学、工程地质学、岩石力学材料力学等。桩基工程学研究的内容也很多，主要包括桩基工程勘察。单桩和群桩在竖向荷载作用下的受力性状、桩基沉降计算、水平受荷桩、桩基础设计、桩基础工程施工、支护桩设计、桩基工程试验与检测等内容。桩基工程研究的是桩的受力机理——计算理论、方法——施工工艺——勘察检测——事故处理等一系列问题，需需要充分结合工程实际进行分析。第二章.施工质量控制与安全管理2.1桩基础施工准备1.现场勘探现场勘探包括探掘、钻探、触探、物探等四大类。在工程地质勘探中，钻探是目前最常用、最广泛、最有效的手段。他利用钻探设备和工具，从钻孔中取出土石试样，以测定物理力学性质，鉴定和划分地层。触探和物探既是勘探方法，同时也是一种测试手段。触探可以确定地基土的物理力学性质，选择桩基持力层和确定桩的承载力。物探如地质雷达可以探明古河道的界面以及地下障碍物等。深基坑支护工程勘探点的布置：勘探范围为支护结构可能设置的地段，在开挖边界外的1~2倍基坑开挖深度范围内，布置勘探点。对于软土，勘探范围应当适当扩大。勘探点应布置在基坑周围，间距视地层复杂程度而定，一般20`30m左右。勘探孔的深度应满足整体稳定性等的验算要求，一般应不小于基坑开挖深度的2~2.5倍。基坑支护工程的设计与施工都会碰到地表浅层土，因而对其勘察要求更应详细一些。上海地区浅层土常会遇到暗浜、暗塘、暗井、古河道及地下障碍物，常见的填土为素土或垃圾土。如果回填前没有清除水草和浜土，则往往含有大量的有机质。杭州、宁波等有的地方建筑垃圾的填土达2~5m，有些以炉渣或生活垃圾填成，有机质含量较多。2.施工场地及周围状况调查施工场地的状况。a.施工场