完整版建筑施工技术桩基础工程

第二章桩基础工程1：桩基础是用承台或梁将沉入土中的桩联系起来，以承受上部结构的一种常用的基础形式。当天然地基土质不良，不能满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时，常常采用桩基础将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土(岩)层上，以保证建筑物的稳定和减少其沉降量。同时，当软弱土层较厚时，采用桩基础施工，可省去大量的土方开挖、支撑、排(降)水设施，一般均能获得良好的经济效果。因此，桩基础在建筑工程中应用广泛。2：按桩的传力和作用性质，桩可分为端承桩和摩擦桩两种。1）：端承桩是穿过上部软弱土层而达到下部持力层(岩石、砾石层、砂层或坚硬土层)上的桩，上部结构荷载主要是由桩尖阻力来平衡。2）：摩擦桩是把建筑物的荷载传布在桩四周土中及桩尖下土中的桩，其大部分荷载靠桩四周表面与土的摩擦力来支承。(a)端承桩(b)摩擦桩桩的分类1－桩；2－承台；3－上部结构；4－软弱土层；5－下卧硬土层3：按桩身的材料来分有木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩和钢桩等。4：按桩的截面形状分为：实心桩和空腹桩。5：按桩的施工方式可分为预制桩和灌注桩两大类。1）：预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩，然后用沉桩设备将桩沉入(打、压、振)土中。钢筋混凝土预制桩(含预应力钢筋混凝土桩)施工速度快，适用于穿透中间层较软弱或夹有不厚的砂层、持力层埋置深度及变化不大、地下水位高、对噪声及挤土影响无严格限制的地区；2）：灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。灌注桩适用于严格限制噪声、振动、挤土影响、持力层起伏较大的地区。第一节预制桩施工一：钢筋混凝土预制桩1:钢筋混凝土预制桩(简称预制桩)是运用比较多的一种桩型，具有制作方便、质量可靠、材料强度高、耐腐蚀性强、承载力高、价格低等特点，但桩在施工时，对土的挤密压紧作用较严重，穿过厚沙层或硬土层较困难，桩截面有限且截桩困难。2:预制桩常用的截面形式有混凝土方形实心截面、圆柱体空心截面以及预应力混凝土管形截面。预制混凝土实心桩大多做成方形截面，边长通常为250～500mm。单根桩的最大长度根据打桩架的高度而定，一般在27m以内。如需打30m以上的桩，或者受运输条件所限，则将桩分为几段，在打桩过程中逐段接长。较短的桩多在预制厂生产，较长的桩一般在现场附近或打桩现场就地预制。钢筋混凝土方桩1－主筋；2－钢箍；3－钢筋网3:桩的预制预制桩在制作时，桩内应设纵向钢筋或预应力筋(或丝)和横向钢筋(或箍)，以便承受桩在运输、起吊和下沉时产生的弯曲应力和冲击力。预制时应保证钢筋位置正确，纵向主筋长度不够时，应采用对焊。同一钢筋的两个接头距离应大于30倍主筋直径，但不小于500mm，主筋接头在同一截面内的数量不应超过50％。桩身混凝土强度不应小于C30，混凝土的粗骨料应用粒径为5～40mm碎石或碎卵石，桩混凝土应用搅拌机拌制、机械振捣，由桩顶向桩尖连续浇筑，一次完成。养护时间不得少于7d。现场预制桩多采用叠浇法间隔制作，预制场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。桩与桩之间应涂刷隔离剂，以保证桩起吊时不互相粘结。桩的叠浇层数，应根据地面允许荷载和施工条件确定，但不宜超过四层。上层桩或邻桩的浇筑，须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度等级的30％后方可进行。预制桩的质量，除要满足规范的允许偏差外，还应符合以下条件：桩的表面应平整、密实，掉角的深度不应超过10mm，局部蜂窝和掉角的缺损总面积不得超过该桩全部表面积的0.5％，且不得过分集中；混凝土的收缩裂缝，其深度不得大于20mm，宽度不得大于0.25mm，横向裂缝长度不得超过边长的一半；桩顶和桩尖处不允许有蜂窝、麻面、裂缝和掉角。4:桩的起吊预制桩达到设计强度等级的70％后方可起吊，达到设计强度的100％后才可以运输和沉桩。如要提前起吊和沉桩，必须采取必要的措施并经验算合格后方可进行。起吊时应用吊索按设计规定的吊点位置进行吊运。如无吊环且设计又未作规定时，吊点的位置应满足起吊弯矩最小的原则，如图所示。钢丝绳与桩之间应加衬垫，以免损坏棱角。起吊时应平稳提升，避免摇晃、撞击和振动。(a)一个吊点；(b)二个吊点；(c)三个吊点；(d)四个吊点吊点的合理位置5:桩的运输打桩前，需将桩从预制厂(场)运至施工现场堆放或直接运至桩架前。一般情况下，应根据打桩顺序和速度随打随运，可以避免二次搬运。运到施工现场的桩或在施工现场预制的桩，应有质量合格证，并按规定进行检查编号。如要长距离运输，可采用平板拖车、轻轨平台运输车等。长桩搬运时，桩下要设置活动支座。经过搬运的桩，还应进行质量复查。用平台车运桩1－铁轨；2－平台车；3－桩6:桩的堆放桩堆放时，场地必须平整、坚实，桩按规格、桩号分类分层叠置，堆放层数不宜超过四层，支承点应设在吊点处，各垫木应在同一垂直线上，最下层垫木适当加宽。7:锤击法沉桩1):锤击法沉桩也称打桩，是利用桩锤下落到桩顶产生的冲击能而使桩沉入土中。在沉桩施工前，必须做好地基勘测与环境调查工作、编制预制桩沉桩的施工组织设计、清除施工现场障碍物、施工现场的场地平整以及施工现场的定位放线等准备工作。2):打桩设备主要有桩锤、桩架以及动力装置三部分。（1）桩锤。桩锤是对桩施加冲击力，把桩沉入土中的主要机具。桩锤有落锤、汽锤(单动和双动)、柴油锤、液压锤和振动锤等。a：落锤：为一铸铁块，质量一般为1～2t，用卷扬机提起桩锤，用脱钩装置或松开卷扬机刹车使其自由下落到桩顶上，利用锤重下降冲击桩顶，使桩沉入土中，如图所示。落锤构造简单，使用方便，冲击力大，能随意调整落距。但打桩速度慢，每分钟6～12次，效率低。落锤主要适用于打设木桩以及细长的混凝土桩，在一般土层及含砾石的土层均可使用。落锤单动汽锤双动汽锤柴油锤1－进汽孔；2－排汽孔；3－活塞；4－汽孔5－燃油泵；6－桩帽；7－桩b:汽锤：利用蒸汽或压缩空气的动力进行锤击。根据其工作情况又分为单动汽锤和双动汽锤。单动汽锤的冲击体在上升时消耗动力，下降时靠自重，这种锤冲击力大，结构简单，落距小，对设备和桩头的损伤较小，适用于打设各种类型的桩，常用锤质量为1.5～10t，每分钟锤击次数为25～30次。双动汽锤的冲击体升降均由动力推动，其冲击频率高，每分钟为100～200次，冲击力大，但设备笨重，移动较为困难，适用于打设各种桩，特别适用于打斜桩和拔桩，也可用于水下打桩，其锤质量为0.6～6t。C:柴油锤：利用汽缸内的燃油爆炸时的能量推动冲击部分(活塞等)向上运动，丧失速度后具有势能的冲击部分回落击桩。柴油锤需有桩架、动力等设备，但不需外界能源，机架轻、移动方便、打桩速度快，适用于打设钢板桩以及在软弱地基上打设混凝土桩，但不适用于在松软土或硬土中打桩。桩锤种类适用范围优缺点附注落锤1.宜打各种桩；2.土、含砾石的土和一般土层均可使用。构造简单、使用方便、冲击力大，能随意调整落距，但锤打速度慢，效率较低。落锤是指桩锤用人力或机械拉升，然后自由落下，利用自重夯击桩顶。单动汽锤适于打各种桩。构造简单、落距短，对设备和桩头不易损坏，打桩速度及冲击力较落锤大，效率较高。利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举，然后由锤的自重向下冲击沉桩。双动汽锤1.宜打各种桩，便于打斜桩；2.用压缩空气时可在水下打桩；3.用于拔桩。冲击次数多、冲击力大、工作效率高，可不用桩架打桩，但需锅炉或空压机，设备笨重，移动较困难。利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲，增加夯击能量。柴油锤1.宜用于打木桩、钢板桩；2.适于在过硬或过软的土中打桩。附有桩架、动力等设备，机架轻、移动便利、打桩快、燃料消耗少，有重量轻和不需要外部能源等优点。利用燃油爆炸，推动活塞，引起锤头跳动。振动桩锤1.宜于打钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土和土桩；2.用于砂土，塑性粘土及松软砂粘土；3.卵石夹砂及紧密粘土中效果较差。沉桩速度快，适应性大，施工操作简易安全，能打各种桩并帮助卷扬机拔桩。利用偏心轮引起激振，通过刚性连接的桩帽传到桩上。桩锤适用范围实践证明:当桩锤重大于桩重的1.5~2倍，能取得较好的效果。桩锤的类型选择应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条件来选择。桩锤类型选定后，还要确定桩锤的质量。1）计算法选择锤质量。按桩锤的冲击能初选锤质量：E≥0.025P式中E——桩锤的一次冲击动能(kN·m)；P——单桩设计荷载(kN)。在按上式选择桩锤时，还应按所要打设桩的质量，用以下经验公式复核后决定：式中M——锤质量(t)；C——桩质量(t)，包括送桩、桩帽和桩垫质量；K——适用系数，落锤K≤2.0；单动汽锤K≤3.5；双动汽锤和柴油锤K≤5.0。2)按施工经验选择锤质量。采用锤击沉桩时，为了防止桩受到过大的冲击能而产生过大的应力，导致桩顶破碎，应采用重锤低击的原则选择锤质量，通常可以按表2－1进行选用。锤质量与桩质量比值表(锤重/桩重)桩类别锤类别木桩钢筋混凝土桩钢管桩落锤2.00～4.000.35～1.501.00～2.00单动汽锤2.00～3.000.45～1.400.70～2.00双动汽锤1.50～2.500.60～1.801.50～2.50柴油锤2.50～3.501.00～1.502.00～2.50注：①锤质量系指锤体总质量；②桩质量系指除桩质量外还应包括桩帽质量；③桩长度一般不超过20m；④土质较软时建议采用下限值，土质较坚硬时建议采用上限值。（2）桩架。桩架的主要作用是在沉桩过程中保持桩的正确位置和在打桩过程中引导锤、桩的方向并保证桩锤按所要求的方向冲击桩体。常用的桩架有滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架，见图。桩架示意1－柴油桩锤；2－立桩；3－回转平台；4－撑杆；5－司机室；6－平衡重；7－底盘桩架在选择时应考虑下列因素：桩的材料、材质和截面形状、尺寸；是单节桩或多节桩，桩的连接形式与数量；施工场地条件、作业环境和空间；选定的锤型、锤质量和尺寸；施工进度要求等。桩架的高度H应满足：H≥h1+h2+h3+h4式中h1——桩长；h2——滑车组高度；h3——桩锤高度；h4——起锤所需的工作富余高度(1～2m)。（3）:打桩施工。1）打桩顺序。由于打桩对土体的挤密作用，使先打的桩因受水平推挤而造成偏移和变位，或被垂直挤拔造成浮桩，而后打入的桩因土体挤密，难以达到设计标高或入土深度，或造成土体隆起和挤压，截桩过大。因此，进行群桩打入施工时，为了保证打桩工程质量，防止周围建筑物受土体挤压的影响，打桩前应根据桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架的移动方便等因素来正确选择打桩顺序。当桩较稀疏时(桩中心距大于4倍桩边长或桩径)，可采用上述两种打桩顺序，也可采用由一侧向另一侧单一方向施打的方式(即逐排打设)，或由两侧同时向中间施打，如图(a)、(b)所示。在采用逐排打设时，桩架单方向移动，打桩效率高。但打桩前进方向一侧不宜有防侧移、防振动的建筑物、构筑物、地下管线等，以防止受土体挤压破坏。(a)逐排打设(b)从两侧向中间打设(c)自中部向四周打设(d)由中间向两侧打设当桩较密集时(桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径)，应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打，如图(c)、(d)所示。这样，打桩时土体由中间向两侧或四周均匀挤压，易于保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。当桩规格、埋深、长度不同时，宜按先大后小、先深后浅、先长后短的方式进行施打。在实际施工过程中，不仅要考虑打桩顺序，还要考虑桩架的移动是否方便。如果自然地面标高接近桩顶的设计标高，而持力层的标高不尽相同，预制桩不可能根据持力层标高的不同而设计各种尺寸和长度的桩，这样，打桩完毕后，其桩顶会高于地面，当桩顶高于桩架底面高度时，桩架不能向前移动到下一个桩位继续打桩，只能后退打桩，这就是所谓的“退打”，此时，桩不能预先布置在场内，只能采用随打随运。在打桩后，桩顶标高低于桩架底面高度，桩架可以向前移动来打桩，称为“顶打”，此时，只要场地允许，预制桩可以预先布置在场地内以便施工，同时可避免桩的二次搬运。2）吊桩就位。按既定的打桩顺序，先将桩架移动至设计所定的桩位处并用缆风绳等稳定，然