第2章深基础工程

第2章深基础工程2.1钢筋混凝土预制桩施工2.2混凝土灌注桩施工2.3其他几种深基础工程施工2.4桩基础工程的施工质量、安全和环境保护问题第2章深基础工程图2-1桩基与预制桩构造a)端承桩b)摩擦桩c)预制方桩d)预制管桩1桩2承台3基础2.1钢筋混凝土预制桩施工2.1.1预制桩的制作、运输和堆放2.1.2混凝土预制桩的沉桩2.1.1预制桩的制作、运输和堆放1.混凝土实心桩预制混凝土实心桩大多做成方形断面，断面尺寸一般为(200mm200mm)(600mm600mm)。2.1.1预制桩的制作、运输和堆放图2-2吊点的合理位置a)1个吊点b)2个吊点c)3个吊点d)4个吊点2.混凝土管桩在工厂混凝土管桩采用成套钢管胎膜用离心法生产。2.1.2混凝土预制桩的沉桩1.锤击沉桩锤击沉桩也称打入桩，是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中。(1)沉桩设备及选用打桩所用的机具设备，主要包括桩锤、桩架及动力装置三部分。2.1.2混凝土预制桩的沉桩2.本表适用于2060m长钢筋混凝土预制桩及4060m长钢管桩，且桩尖进入硬土层有一定的深度。3)桩架的作用是支持桩身和桩锤，固定桩的位置，在打入过程中引导桩的方向，并保证桩锤沿着所要求的方向冲击桩。滚筒式桩架(图2-3)：行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动。优点是结构简单，制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多，适用于预制桩和灌注桩施工。多功能桩架(图2-4)：多功能桩架的机动性和适应性大，在水平方向可作360回转，导架可以伸缩和前后倾斜，底盘下装有铁轮，在轨道上行走，能应用各种桩锤。2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-3 滚筒式桩架1垫木2滚筒3底座4锅炉5卷扬机6桩架7龙门8桩帽9蒸汽锤10水平调整装置2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-4多功能桩架1枕木2钢轨3底盘4揽绳5挺杆6桩锤与桩帽7撑杆8回转平台9卷扬机10司机室2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-5履带式桩架1导架2桩锤3桩帽4桩5起重机2.1.2混凝土预制桩的沉桩覆带式桩架(图2-5)：以履带式起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成，移动方便，比多功能桩架更灵活。(2)打桩顺序的确定打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩受水平推挤而造成偏移和变位，或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩则难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。(3)沉桩沉桩过程包括场地准备(三通一平、清理障碍物)、桩位定位、桩架移动和定位、吊桩和定桩、打桩、接桩、送桩、截桩等。图2-6打桩顺序图a)从两侧向中间施打b)逐排打设c)自中部向四周打设d)由中间向两侧打设2.1.2混凝土预制桩的沉桩(4)接桩若需要的桩较长，当采取分节打桩时，须在现场进行接桩。2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-7 焊接法接桩节点构造2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-8 浆锚法接桩节点构造2.1.2混凝土预制桩的沉桩图2-9管桩法兰接桩节点构造1法兰盘2螺栓3螺栓孔2.1.2混凝土预制桩的沉桩图210顶压式压桩机示意图1桩架顶梁2导向滑轮3提升滑轮组4压梁5桩帽6钢丝绳7压桩滑轮组8卷扬机9底盘2.静力压桩施工静力压桩是在软土地基上，2.1.2混凝土预制桩的沉桩利用静力压桩机或液压压桩机用无振动的静压力(自重和配重)将预制桩压入土中的一种沉桩新工艺。图2-11液压静力压桩机1短船行走及回转机构2配重铁块3操作室4夹持与压桩机构5电控系统6液压系统7导向架8长船行走机构9支腿式底盘结构10液压起重机3.振动沉桩振动沉桩是借助固定于桩头上的振动沉桩机所产生的振动力，来抵抗桩和土壤颗粒之间的摩擦力，2.1.2混凝土预制桩的沉桩使桩在自重和机械力的作用下沉入土中的沉桩技术。2.2混凝土灌注桩施工2.2.1混凝土灌注桩的施工规定2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩2.2.3桩孔扩底常用方法2.2.4人工挖孔施工2.2.1混凝土灌注桩的施工规定1.成孔施工顺序的确定原则1)对土没有挤密作用的钻孔灌注桩和干作业成孔灌注桩应结合施工现场条件，按桩机移动的原则确定成孔顺序。2)对土有挤密作用和振动影响的冲孔灌注桩、沉管灌注桩、爆扩孔桩等，为保证邻桩不受影响造成事故，一般可结合现场施工条件确定成孔顺序。3)人工挖孔桩当桩净距小于2倍直径且小于2.5m时，桩应采用间隔开挖。2.桩孔结构的控制桩孔结构要素是桩孔直径、桩孔深度、护筒的直径和长度及其与地下水位的对应关系。3.钢筋笼的制作(1)钢筋笼的质量要求2.2.1混凝土灌注桩的施工规定(2)钢筋笼制作的准备工作(3)钢筋笼的制作制作钢筋笼，可采用专用工具，人工制作。(4)钢筋笼的运输、吊装钢筋笼在运输、吊装过程中，要防止钢筋扭曲变形(可在钢筋笼上绑扎直木杆)。4.混凝土的配制灌注桩应按试验确定的配合比进行配制。(1)导管法该法可用于孔内水下灌注。(2)串筒法该法用于孔内无水或渗水量小时的灌注。(3)护筒法该法用于孔内无水或能疏干时灌注。(4)混凝土泵其用于混凝土量大的灌注。2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩图2-12泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程图1.护筒埋设护筒是埋置在钻孔口的圆筒，用以固定桩孔位置，2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩保护孔口，防止塌孔及地面水流入，为钻头导向。2.制备泥浆泥浆在桩孔内会吸附在孔壁上，形成泥膜，避免内壁漏水，并保护筒内水压稳定。2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩图2-13护筒及钻孔3.成孔泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有钻孔、冲孔和抓孔三种。2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩(1)回转钻成孔回转钻成孔按排渣方式可有正循环钻孔和反循环钻孔两种。2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩图2-14正循环旋转钻孔(2)冲击钻成孔冲击钻成孔是把带刃的重钻头(冲锤)提高，2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩靠自由下落的冲击力来破碎岩层或冲挤土层，排出碎渣成孔。2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩(3)潜水钻成孔潜水电钻的动力装置沉入钻孔内，即防水密封式的电动机、变速组装在一起潜入泥浆中钻进。4.浇筑水下混凝土泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的浇筑是在泥浆中进行，故为水下混凝土浇筑。5.灌注桩施工应注意的事项及问题处理(1)灌注桩施工时应注意的事项灌注混凝土是灌注桩施工工序中最后一道关键性工序，其质量的好坏将严重影响灌注的质量。(2)灌注事故的处理2.2.3桩孔扩底常用方法1.人工挖孔扩底灌注桩宜在无地下水或含微量地下水的硬塑至坚硬黏性土、中密至密实砂土、碎石土及风化岩层的持力层中挖掘扩底。2.反循环钻孔扩底灌注桩反循环钻孔扩底法法的扩底钻具有上开式、下开式、扩刀滑降式及扩刀推降式四种，如图2-15所示。(1)上开式扩底桩孔钻完后，应在规定的扩底设计深度处，把扩底刀刃如伞似地反向打开进行扩底，扩底面应按设计尺寸逐步扩大，直至形成扩大头，如图2-15a所示。(2)下开式扩底桩孔钻完后，应在设计深度处将关闭的扩底刀刃徐徐打开扩底，直至形成扩大头，如图2-15b所示。(3)扩刀滑降式扩底桩孔钻完后，应在设计深度处扩幅刀刃沿着倾斜的固定导架下滑的同时，慢慢掘削成扩大头，如图2-15c所示。2.2.3桩孔扩底常用方法(4)扩刀推出式扩底桩孔钻完后，应在设计深度处把刀刃的作用面向外侧缓慢伸展，掘削成扩大头，如图2-15d所示。图2-15反循环钻扩底钻具形式a)上开式b)下开式c)扩刀滑降式d)扩刀推出式3.爆扩法适宜于可以爆扩成形的地下水位以上的或很少地下水的黏性土，中密和密实的砂质土、碎石及风化岩石层。2.2.3桩孔扩底常用方法图2-16 爆扩桩示意图1桩身2扩大头3桩台2.2.4人工挖孔施工1.施工机具人工挖孔施工机具比较简单，主要有电动机和提土桶、潜水泵、鼓风机、输风管、镐、锹、土筐、风镐、风钻、爆破材料，此外还有照明灯，对讲机、电铃等。2.施工工艺为了确保人工挖孔桩施工过程中的安全，必须考虑防止土体坍滑的支护措施。2.2.4人工挖孔施工图2-17人工挖孔桩构造图1护壁2主筋3箍筋4地梁5桩帽2.2.4人工挖孔施工1)按设计图样放线、定桩位。2)采取分段开挖土方，每段高度决定于土壁保持直立状态的能力，一般0.51.0m为一个施工段，开挖范围为设计桩芯直径加护壁的厚度；现浇钢筋混凝土时护壁厚度不少于(D10+5)cm，每步高1m，并有10.1的坡度。3)支设护壁模板高度取决于开挖土方施工段的高度，一般为1m，由活动钢模板(或木模板)组合而成。4)在模板顶放置的操作平台可用角钢和钢板制成半圆形，两个合起来即为一个整圆，用来临时放置混凝土和浇筑混凝土用。5)浇筑护壁混凝土要注意捣实，因它起着防止土壁坍陷与防水的双重作用。2.2.4人工挖孔施工6)当护壁混凝土达到1.2MPa，常温下约24h方可拆除模板，开挖下一段的土方，再支模浇筑护壁混凝土，如此循环直至挖到设计要求的深度。7)安放钢筋笼。8)当桩孔内渗水量不大时，抽除孔内积水后，用串筒法浇筑混凝土。2.3其他几种深基础工程施工2.3.1地下连续墙施工2.3.2沉井与沉箱基础施工2.3.3多层建筑工程的逆做法施工技术2.3.1地下连续墙施工1.地下连续墙的施工特点地下连续墙施工方法是利用专门的挖槽设备，沿深基础或地下构筑物周边开挖一条沟槽并用膨润土泥浆护壁，每单元槽段完成后，放入预制钢筋笼。2.地下连续墙的施工工艺地下连续墙的施工程序可分为三个阶段：准备工作阶段、成槽阶段和浇注混凝土阶段。(1)施工准备阶段该阶段包括：地质及水文情况调查，施工现场环境调查，编制施工组织设计，现场清理及平整，施工机具准备，泥浆制配，挖导沟、作导墙、注入泥浆。(2)墙体施工采用逐段施工法进行，包括：利用专用挖槽机械在充满泥浆的沟槽中进行挖槽施工；两端放入接头管或接头箱；将钢筋笼放入沟槽中，达设计高度；插入浇注混凝土导管，浇注混凝土；拔出接头管，完成一个单元槽段的墙体施工。2.3.1地下连续墙施工图2-18地下连续墙施工程序示意图a)成槽b)放入接头管c)放入钢筋笼d)浇注混凝土(3)建导墙导墙是沿地下连续墙中心线开挖的起导向、挡土、贮容泥浆作用的墙体。2.3.1地下连续墙施工图2-19导墙断面形式(4)挖槽挖槽是地下连续墙施工的主要工序。2.3.1地下连续墙施工(5)清槽单元槽段开挖到设计标高后，在插放接头管和钢筋笼之前，必须及时清除槽底淤泥和沉渣。(6)槽段的连接地下连续墙槽段长68m，槽段之间依靠接头联接，接头形式根据墙体接头受力情况和防渗要求进行选择，常用的接头有接头管、接头箱、隔板和预制构件四种接头。(7)钢筋笼安装钢筋笼在地面按设计要求预制，用起重机整段吊起，安放到已挖好的槽段中，钢筋笼外侧安装预制水泥砂浆滚轮，以保证留有足够的混凝土保护层。(8)浇注混凝土地下连续墙的混凝土浇筑作业是用导管在充满泥浆的深槽内进行的。2.3.2沉井与沉箱基础施工图2-20沉井施工顺序示意图2.3.3多层建筑工程的逆做法施工技术1.利用地下连续墙的施工以地下连续墙作为多层地下室的外墙，采用逆做法的施工程序是：先构筑建筑物周边的地下连续地和中间支承柱浇筑地下连续地顶部圈梁或柱杯口和第一层地下室顶板(地下连续墙顶的水平支撑)在顶板下挖土浇筑地下室各层楼板及隔墙；同时，在已完成的地下室顶板上进行地面以上各层结构施工浇筑地下室基础底板地面以上结构继续进行施工。2.3.3多层建筑工程的逆做法施工技术图2-21逆做法施工工艺示意图1地下连续墙2中间支承柱3地下室顶板4底板2.3.3多层建筑工程的逆做法施工技术2.无地下连续墙的逆做法施工无地下连续墙的逆做法施工过程可分为开敞施工和封闭施工两个阶段，如图2-22所示。1)开敞施工阶段的施工工序如下：降低地下水位钻孔浇筑或打入中间支承柱开挖顶盖土方修筑顶盖土模或支设模板绑扎顶盖结构钢筋浇筑顶盖结构混凝土做顶盖防水层回填土建造施工竖井或留设施工孔洞。2)封闭施工阶段的施工工序如下：分段开挖地下室侧墙土方侧墙分段支撑绑扎钢筋、浇筑混凝土开挖中间支承柱间的土方浇筑柱基础浇筑底板内部装修。2.3.3多层建筑工程的逆做法施工技术图2-22无地下连续墙逆做法施工程序示意图a)开敞施工阶段b)封闭施工阶段3)中间支承柱周围土体的开挖应严格按规定顺序进行，并及时构筑柱基。2.4桩基础工程的施工质量、安全和环境保护问题2.4.1桩基础工程的施工质量问题2.4.2桩基础工程安全技术2.4.3桩基础工程对环境的影响及防护措施2.4.2桩基础工程安全技术1)锤击法施工时，施工场地坡度不宜大于1，地耐力不小于85kPa，且地下应无障碍物。2)钻孔法施工时，应检查是否有卡杆现象，起吊钢丝是否牢固、卷扬机制动是否完好，信号设备是否明显。复习思考题1.保证钢筋混凝土预制桩施工质量的关键是什么?2.打桩顺序有几种?如何合理确定打桩顺序?3.吊桩时如何选择吊点?4.试分析桩锤产生回弹和贯入度变化的原因?5.试述静压桩的优点及适用范围。6.打桩质量有何要求?7.打桩对周围环境有什么影响?如何预防?8.灌注桩与预制桩相比有何优缺点?9.灌注桩分几种，如何成孔?10.泥浆的作用是什么?11.如何计算首批混凝土灌注量?12.灌注混凝土时，应注意哪些问题?复习思考题13.灌注混凝土时，常出现的事故有哪些?如何处理?14.地下连续墙施工的工艺流程及特点是什么?15.沉井基础施工的工序是什么?16.逆做法施工的特点是什么?