济南大学土木建筑学院课件

2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院1第第2 2章章 桩基础工程桩基础工程 概述概述2.1 预制桩施工预制桩施工2.2 灌注桩施工灌注桩施工2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院21.桩基础构造桩基础是一种常用的深基础形式，它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基，若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础，而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。概述2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院3桩基础分类按材料分类混凝土桩、钢桩，也有采用木、组合材料的桩。按使用功能分类 竖向抗压桩（抗压桩）、竖向抗拔桩（抗拔桩）、水平受荷桩（主要承受水平荷载）、复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。按承载性能分类 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。概述2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院4按施工方法分类预制桩、灌注桩。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而成。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。按挤土状况分类 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(预应力混凝土)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。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院5 2.1 预制桩施工预制桩施工 预制桩预制桩包括混凝土预制桩、钢桩两种。包括混凝土预制桩、钢桩两种。混凝土预制桩常用的有钢筋混凝土实心方桩、预应力混凝土空混凝土预制桩常用的有钢筋混凝土实心方桩、预应力混凝土空心管桩。心管桩。钢桩有钢管桩、钢桩有钢管桩、H H型钢桩、其他异性钢桩。型钢桩、其他异性钢桩。沉桩方法沉桩方法有锤击沉桩、振动沉桩和静力沉桩等。有锤击沉桩、振动沉桩和静力沉桩等。本节以钢筋混凝土方桩为例介绍沉桩的施工工艺，其它桩形施本节以钢筋混凝土方桩为例介绍沉桩的施工工艺，其它桩形施工方法类似，不再重复。工方法类似，不再重复。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院62.1.1 预制桩的制作预制桩的制作 场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；叠浇层数叠浇层数 4层，上下层及邻桩之间应做好隔离层，混凝土的浇层，上下层及邻桩之间应做好隔离层，混凝土的浇筑应待下层或邻桩设计强度达到筑应待下层或邻桩设计强度达到30以上方可进行；以上方可进行；桩所用混凝土强度等级不宜低于桩所用混凝土强度等级不宜低于C C30;预应力桩预应力桩不宜低于不宜低于C C40；桩的纵向钢筋配筋率：锤击沉桩不宜小于桩的纵向钢筋配筋率：锤击沉桩不宜小于0.8%，静力压桩不宜，静力压桩不宜小于小于0.6%；桩顶范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片；主筋；桩顶范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片；主筋位置必须正确，保护层不得过厚；位置必须正确，保护层不得过厚；钢筋接长用对焊，接头错开；钢筋接长用对焊，接头错开；混凝土由桩顶至桩尖连续浇筑，严禁中断；混凝土由桩顶至桩尖连续浇筑，严禁中断；桩顶应制作平整。桩顶应制作平整。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院7钢筋混凝土预制桩制作钢筋、模板施工2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院82.1.2 预制桩的起吊、运输、堆放预制桩的起吊、运输、堆放预制桩的起吊预制桩的起吊（混凝土强度：混凝土强度：起吊移位起吊移位 7070设计强度；设计强度；运输、打桩运输、打桩 100100设计强度。设计强度。（运输：运输：（合理设置吊点：正负弯矩值基本相等。合理设置吊点：正负弯矩值基本相等。+MM2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院92.预制桩运输预制桩运输3.预制桩堆放预制桩堆放堆放地点应平整坚实，排水通畅；堆放地点应平整坚实，排水通畅；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；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；堆放层数不宜过多，一般不宜超过堆放层数不宜过多，一般不宜超过4层；层；避免二次搬运。避免二次搬运。吊、运平稳，避免损坏。吊、运平稳，避免损坏。当运距不大时，可采用滚筒、卷扬机等拖动桩身运输；当运距不大时，可采用滚筒、卷扬机等拖动桩身运输；当运距较大时可采用小平台车运输。当运距较大时可采用小平台车运输。运输过程中支点应与吊点位置一致。运输过程中支点应与吊点位置一致。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院102.1.3 预制桩沉桩预制桩沉桩（1）打桩机械）打桩机械打桩机具主要包括打桩机具主要包括桩锤、桩架桩锤、桩架和和动力装置动力装置三个部分。三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。1.1.锤击沉桩的施工方法锤击沉桩的施工方法2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院112022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院12 施工中常见的施工中常见的桩锤桩锤有落锤、蒸汽锤（单动汽锤、双动汽锤）、有落锤、蒸汽锤（单动汽锤、双动汽锤）、柴油汽锤和液压锤。柴油汽锤和液压锤。落锤落锤 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。顶。优缺点：优缺点：构造简单、使用方便、冲击力大，能随意调整落距，但锤打构造简单、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、桩身易损失。速度慢，效率较低、桩身易损失。落锤重量一般为落锤重量一般为 0.51.5 t 0.51.5 t，重型锤可达数吨，重型锤可达数吨 适用范围适用范围 适宜打各种桩；粘土、含砾石的土和一般土层均可使用。适宜打各种桩；粘土、含砾石的土和一般土层均可使用。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院13优缺点：优缺点：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。适用范围适用范围 适于打各种桩。B.B.单动汽锤单动汽锤单动汽锤工作原理图单动汽锤工作原理图 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。只在上升时耗用动力，下降靠自重；2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院14双动汽锤工作原理图双动汽锤工作原理图C.双动汽锤双动汽锤 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。优缺点：优缺点：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。适用范围适用范围 适宜打各种桩，便于打斜桩；使用压缩空气时可在水下打桩；可用于拔桩。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院15D.柴油锤柴油锤利用燃油爆炸，推动活塞，引起锤头跳动。优缺点：优缺点：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。适用范围适用范围 最宜用于打木桩、钢板桩；不适于在过硬或过软的土中打桩。导杆式柴油锤导杆式柴油锤 工作原理图工作原理图2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院162022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院17E.振动桩锤振动桩锤 利用偏心轮引起激振，通过刚性连接的桩帽传到桩上。优缺点：优缺点：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。适用范围适用范围 适宜于打钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土和土桩；宜用于砂土，塑性粘土及松软砂粘土；在卵石夹砂及紧密粘土中效果较差。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院18JZZ75振动桩机，功率振动桩机，功率43.5kW，最大沉桩直径，最大沉桩直径0.50m，最大沉桩深度，最大沉桩深度31m，适用于振动沉管灌注桩施工。，适用于振动沉管灌注桩施工。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院192022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院20锤 型柴 油 锤202535456072锤的动力性能冲击部分重（t）2.02.53.54.56.07.2总重（t）4.56.57.29.615.018.0冲击力（kN）2 0002 0002 5002 5004 0004 0005 0005 0007 0007 00010 000常用冲程（m）1.82.3桩的截面混凝土预制桩的边长或直径（cm）253535404045455050555560钢管桩的直径（cm）40609090100持力层粘性土粉 土一般进入深度（m）1.02.01.52.52.03.02.53.53.04.03.05.0静力触探比贯入度平均值（MPa）3455砂 土一般进入深度（m）0.51.00.51.51.02.01.52.52.03.02.53.5标准贯入击数N（未修正）1525203030404045455050常用的控制贯入度（cm/10击）23 3548 设计单桩极限承载力（kN）4001 2008001 6002 5004 0003 0005 0005 0007 0007 00010 000在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院21桩架桩架作用：作用：支撑锤桩支撑锤桩 吊桩就位吊桩就位 打桩导向打桩导向类型类型 （常用）：（常用）：多功能桩架多功能桩架（沿轨道行驶的）（沿轨道行驶的）：机动适应性好；大、装拆运麻烦。机动适应性好；大、装拆运麻烦。履带式桩架（履带式桩架（装在履带底盘上装在履带底盘上）：移动方便，适用范围广。：移动方便，适用范围广。步履式桩架：移动方便，稳定性好步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。适应性强。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院22履带式桩架履带式桩架多功能桩架多功能桩架2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院23（2）打桩施工）打桩施工A.准备工作准备工作（1）场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；）场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；（2）放轴线、定桩位、设置水准点）放轴线、定桩位、设置水准点（2个）；个）；（3）确定打桩顺序：挤土直接影响打桩进度、施工质量以及周围环境。）确定打桩顺序：挤土直接影响打桩进度、施工质量以及周围环境。（4）接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。（5）进行打桩试验：）进行打桩试验：2根，检验工艺、设备是否符合要求。根，检验工艺、设备是否符合要求。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院24B.打桩顺序打桩顺序 防止土向一个方向挤压，这样有可能最后打入的桩难打或者桩的入土防止土向一个方向挤压，这样有可能最后打入的桩难打或者桩的入土深度减少，直接影响打桩进度和施工质量。深度减少，直接影响打桩进度和施工质量。打桩顺序是否合理，还应考虑挤土对周围环境（如建筑物）的影响。打桩顺序是否合理，还应考虑挤土对周围环境（如建筑物）的影响。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院25（1)1)当桩中心距当桩中心距 4 4倍桩径时，倍桩径时，可：可：自中间向四周打设自中间向四周打设；由中心向两侧对称打；由中心向两侧对称打；分段对称打。分段对称打。（2)2)当桩中心距当桩中心距 4 4倍桩径时，可按施工方便打；倍桩径时，可按施工方便打；（3)3)当桩的规格不同时，先大后小，先长后短；当桩的规格不同时，先大后小，先长后短；（4)4)当桩尖设计标高不同时，先深后浅。当桩尖设计标高不同时，先深后浅。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院26C.打桩工艺打桩工艺工艺顺序：工艺顺序：设置标尺设置标尺桩架就位桩架就位吊桩就位吊桩就位扣桩帽、落锤、脱吊钩扣桩帽、落锤、脱吊钩低低锤轻打锤轻打正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。要点：要点：采用重锤低击，开始要轻打；采用重锤低击，开始要轻打；连续施打，减少回弹固结；连续施打，减少回弹固结；注意贯入度变化，做好打桩记录（编号、每米锤击数、桩顶标注意贯入度变化，做好打桩记录（编号、每米锤击数、桩顶标高、最后贯入度高、最后贯入度）；）；如遇异常情况（贯入度剧变；桩身突然倾斜、位移、回弹；桩如遇异常情况（贯入度剧变；桩身突然倾斜、位移、回弹；桩身严重裂缝或桩顶破碎），暂停施打，与有关单位研究处理。身严重裂缝或桩顶破碎），暂停施打，与有关单位研究处理。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院27打入预制桩第一节桩体打入预制桩电焊接桩打入预制桩末节桩体2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院28（3）打桩的质量控制）打桩的质量控制1 1）满足承载力要求：）满足承载力要求：端承桩控制最后贯入度为主端承桩控制最后贯入度为主(参考标高参考标高)摩擦桩控制沉桩标高为主摩擦桩控制沉桩标高为主(参考最后贯入度参考最后贯入度)2 2）偏差）偏差:桩位偏差：桩位偏差：排桩排桩偏轴偏轴100100，顺轴，顺轴150mm150mm；群桩群桩 1/3桩径或边长；桩径或边长；垂直偏差垂直偏差 1%;3 3）桩不受损：）桩不受损：桩顶、桩身不打坏，桩顶下桩顶、桩身不打坏，桩顶下1/31/3桩长内无水平裂缝。桩长内无水平裂缝。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院29（4）打桩对周边环境的影响及其防治）打桩对周边环境的影响及其防治1）打桩对周边环境的影响打桩对周边环境的影响 振动、噪音、挤土、孔隙水压力增大振动、噪音、挤土、孔隙水压力增大2）防治防治 预钻孔沉桩预钻孔沉桩袋装砂井或塑料排水板袋装砂井或塑料排水板 挖防震沟挖防震沟 重锤低击重锤低击 控制打桩速度和打桩顺序控制打桩速度和打桩顺序 静力压桩静力压桩水冲法辅助打桩水冲法辅助打桩2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院302.2.静力压桩静力压桩静力压桩静力压桩是在均匀软弱土中利是在均匀软弱土中利用压桩架（型钢制作）的自用压桩架（型钢制作）的自重和配重，通过卷扬机的牵重和配重，通过卷扬机的牵引传到桩顶，将桩逐节压入引传到桩顶，将桩逐节压入土中的一种沉桩方法。这种土中的一种沉桩方法。这种沉桩方法无振动、无噪音、沉桩方法无振动、无噪音、对周围环境影响小，适合在对周围环境影响小，适合在城市中施工。城市中施工。2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院31静力压桩机构造原理图静力压桩机构造原理图活动压梁活动压梁 油压表油压表桩帽桩帽上段桩上段桩上段桩锚筋上段桩锚筋下段桩下段桩加压重物加压重物底盘底盘轨道轨道导笼口导笼口操作平台操作平台卷扬机卷扬机加压钢丝绳滑轮组加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼桩架导向笼2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院3211全液压式静力压桩机压桩示意图全液压式静力压桩机压桩示意图2022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院332022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院342022-10-7济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院35 压桩过程中，当压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层桩尖碰到夹砂层时，压桩阻力可能突然增时，压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力而使桩机上抬。这时可以最大的压桩力作大，甚至超过压桩能力而使桩机上抬。这时可以最大的压桩力作用在桩顶，采取停车再开、忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下用在桩顶，采取停车再开、忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下沉穿过砂层。如果工程中有少量桩确实不能压至设计标高而相差沉穿过砂层。如果工程中有少量桩确实不能压至设计标高而相差不多时，可以采取截去桩顶的办法。不多时，可以采取截去桩顶的办法。压桩与打桩相比压桩与打桩相比:由于避免了由于避免了锤击应力锤击应力，桩的混凝土强度及其配筋只要满足吊，桩的混凝土强度及其配筋只要满足吊装弯矩和使用期受力要求就可以，因而桩的断面和配筋可以装弯矩和使用期受力要求就可以，因而桩的断面和配筋可以减小减小;压桩引起的压桩引起的挤土挤土也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的沉桩方法。沉桩方法。