工程施工桩基础工程课件

第二章 深基础工程及地基处理第第2章章 桩基础工程桩基础工程 基本内容：预制桩的生产工艺过程，预制桩施工设备、施工工艺及质量控制方法；灌注桩（钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩）施工工艺、常见质量缺陷及预防处理；地下连续墙施工工艺、护壁泥浆的功能、混凝土的浇筑；各种地基处理方法（振冲法、旋喷法、深层搅拌法、灰土挤密法）、原理及施工工艺。基本要求：1.了解钢筋混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法。2.掌握锤击法施工的全过程和施工要点（打桩设备、打桩顺序、方法和质量控制）。3.掌握泥浆护壁灌注桩和干作业成孔灌注桩的施工要点。4.掌握套管成孔灌注桩施工工艺和质量控制方法。5.了解地下连续墙的施工过程和施工工艺要点。6.自学各种地基处理方法、原理及施工工艺。重点：钢筋混凝土预制打入桩和灌注桩施工。难点：钢筋混凝土预制桩沉桩工艺及质量控制方法；灌注桩施工工艺、常见质量缺陷及预防处理。深度和广度：达到能制定锤击沉入钢筋混凝土预制桩、灌注桩施工方案，分析常见质量缺陷及预防处理；简介墩基础、沉井基础、管柱基础的施工方法。在土建、交通、水利工程中，当天然的地基的强度和变形不能满足工程要求时，需要对地基进行人工处理，以满足工程建设的需要，保证建筑安全可靠。地基处理方法众多，对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有：排水固结法，振密、挤密法，置换及拌入法，灌浆法，加筋法和托换法等当作为地基的土层软弱，建筑物对其变形与稳定要求较高时，就必须采用深基础。常见的深基础有：桩基础，沉井基础，沉箱基础，地下连续墙等 概述2.12.1桩基础施工桩基础施工桩基础是一种常采用的深基础形式，由承台和桩组成。伴随现代建筑的发展，桩基础形式也得到了更深的发展和出现了新型桩基础工艺。一、桩基础的分类一、桩基础的分类1、按承载性分摩擦桩：桩端没有荷载传给地基，桩顶荷载有桩侧阻力承担。端承桩：桩顶荷载有桩端阻力承受端承摩擦桩：桩端有一定承载力，主要靠桩侧阻力承受摩擦端承桩：有一定桩侧阻力，主要靠桩端承载2、按桩的使用功能分竖向抗压桩：由桩端阻力和桩侧摩阻力共同承受上部荷载。竖向抗拔桩：承受上拔力的桩，与桩侧摩阻力的方向相反。水平受荷桩：承受水平荷载为主的桩。复合受荷桩：同时承受竖向和水平荷载作用的桩。3、按桩身材料分砼桩、钢桩、组合材料桩（钢管砼桩）4、按成桩对环境的影响分挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩5、按桩径大小分6、按成桩方法分预制桩：在地面制作桩身，然后采用锤击、振动或静压等方法将桩沉至设计标高。灌注桩：在设计桩位用钻、冲或挖等方法成孔，然后在孔中放入钢筋笼浇筑砼而成的桩。钻孔灌注桩是一种基本的工程结构基础桩。钻孔灌注桩是一种基本的工程结构基础桩。钻孔灌注桩的钢筋笼钻孔灌注桩的钢筋笼成型成型 超声波检测桩身质量超声波检测桩身质量的预埋钢管的预埋钢管泥浆护壁钻孔灌注桩施工时，通常应埋设钢护筒，以起定位、保护泥浆护壁钻孔灌注桩施工时，通常应埋设钢护筒，以起定位、保护孔口、存储泥浆和使其高于地下水位。孔口、存储泥浆和使其高于地下水位。埋设的钢护筒埋设的钢护筒护壁的泥浆有采用膨润土制浆、原土制浆等，其泥浆的比重应根据护壁的泥浆有采用膨润土制浆、原土制浆等，其泥浆的比重应根据土质进行调整，维持孔壁一定的泥浆压力，不塌孔。土质进行调整，维持孔壁一定的泥浆压力，不塌孔。泥浆池制浆泥浆池制浆 桥梁基础的钻孔灌注桩施工现场。桥梁基础的钻孔灌注桩施工现场。钻孔灌注桩的施工现场若管理不善，易造成泥浆到处流淌，钻孔灌注桩的施工现场若管理不善，易造成泥浆到处流淌，现场文明施工不够。现场文明施工不够。混凝土混凝土料斗料斗浇筑混凝土浇筑混凝土导管导管钻孔灌注桩的钻头由施工作业队根据土质、以往的施工经验加工制钻孔灌注桩的钻头由施工作业队根据土质、以往的施工经验加工制作，通常在端部焊接合金刀头，增加耐磨性和切削土的能力。作，通常在端部焊接合金刀头，增加耐磨性和切削土的能力。运至施工现场的预应力混凝土管桩。运至施工现场的预应力混凝土管桩。吊桩吊桩 静力压桩机静力压桩机 桩与桩管口焊接连接（接桩）桩与桩管口焊接连接（接桩）连续压桩。连续压桩。压入一节。压入一节。广州大学城工地柴油锤捶击沉桩，一般用在对周围居民影响不广州大学城工地柴油锤捶击沉桩，一般用在对周围居民影响不大的空旷地区。大的空旷地区。振动钢套管成孔灌注桩振动钢套管成孔灌注桩人工挖孔灌注桩吊钢筋笼人工挖孔灌注桩吊钢筋笼钢护筒钢护筒水上搭操作平台，进行钻孔灌注桩施工，埋设钢护筒。水上搭操作平台，进行钻孔灌注桩施工，埋设钢护筒。2.2 2.2预制桩施工预制桩施工灌注桩和预制桩相比有何优缺点：灌注桩和预制桩相比有何优缺点：1、优点：（1）配筋少，节约钢材。（2）无接桩、截桩之苦。（3）无打桩时的振动和噪音，可临近建筑物。（4）可扩底以提高承载力。（5）无运输问题。2、缺点：（1）施工速度慢。（2）施工质量难于控制。一、钢筋砼预制桩一、钢筋砼预制桩 常用截面形式为方形实心、圆柱体空心、预应力管桩，边长250550mm。工厂预制长度不宜超过12m，现场制作长度不宜超过30m。也有使用空心管桩的。（一）钢筋砼预制桩的制作、起吊、运输和堆放 注意以下几个要点：注意以下几个要点：1.1.预预制制桩桩大大多多数数是是在在施施工工现现场场采采用用平平卧卧叠叠浇浇法法制制作作。重重叠叠层层数数一一般般不宜超过不宜超过4 4层。桩与桩之间应做好隔离层。层。桩与桩之间应做好隔离层。2.2.主筋连接宜用对焊主筋连接宜用对焊 3.3.混凝士浇筑，应用桩顶向桩尖连连续进行，严禁中断。混凝士浇筑，应用桩顶向桩尖连连续进行，严禁中断。4.4.当当桩桩的的混混凝凝士士强强度度达达到到设设计计强强度度的的70%70%方方可可起起吊吊；达达到到100%100%方方可可运运输和打桩。输和打桩。5.5.吊点应符合设计要求吊点应符合设计要求 (如图如图2-1)2-1)6.6.应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。7.7.堆堆放放桩桩的的地地面面必必须须平平整整、坚坚实实，垫垫木木间间距距应应与与吊吊点点位位置置相相同同，各各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过四层。层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过四层。预制桩制作桩的起吊桩在起吊和搬运时，必须平稳，并且不得损坏。吊点应符合设计要求，一般吊点的设置如下图所示。80多米的“长腿”被吊起，通过打桩机插入海底 桩的吊点位置图桩的吊点位置图桩的运输打桩前，桩从制作处运到现场准备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放堆放桩的地面必须平整、坚实，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，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。（二）打桩机械设备1、桩锤2、桩架3、动力设备（三）钢筋混凝土预制桩的沉桩方法 1、锤击法（1）打桩设备：包括桩锤、桩架和动力装置。桩锤桩锤种类种类锤重锤重(t)(t)击打频率击打频率(次次/min)/min)动力动力特点及适用范围特点及适用范围落锤落锤0.51.5重重锤达数吨锤达数吨12人力或人力或卷扬机卷扬机构造简单，使用方便，能随意调整构造简单，使用方便，能随意调整锤高。效率低、桩身损坏较大。锤高。效率低、桩身损坏较大。柴油锤柴油锤0.126.04080柴油机柴油机结构简单，使用方便。但在软土中结构简单，使用方便。但在软土中由于贯人度过大，桩锤反弹不起来，由于贯人度过大，桩锤反弹不起来，会熄火。另一缺点是噪音和空气污会熄火。另一缺点是噪音和空气污染。染。单动汽锤单动汽锤3102530蒸汽蒸汽冲击力大，可打各种桩。冲击力大，可打各种桩。双动汽锤双动汽锤0.66.0100200蒸汽蒸汽频率高，效率高。可打各种桩。也频率高，效率高。可打各种桩。也可在水下打桩和用于拔桩。可在水下打桩和用于拔桩。液压锤液压锤0.66.080150液压液压是一种新型打桩设备。频率高，效是一种新型打桩设备。频率高，效率高，无噪音。并适合水下打桩。率高，无噪音。并适合水下打桩。单构造复杂，造价高。单构造复杂，造价高。桩架：支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向。通用桩架有两种基本形式，一种是轨道行走式多功能桩架，另一种是履带式打桩架。（2）打桩施工：A.打桩前应做好以下准备工作：清除地上地下障碍物，平整场地，定位放线，安装打桩机等。B.打桩顺序：打桩顺序合理与否，将直接影响打桩速度和质量。打桩顺序决定土的挤密方向。可行的打桩顺序共有三种，见下图（图2-2）当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要。图图2-22-2第一种打桩顺序，打桩的推进方向宜逐排改变，以免朝一个方向压土，导致土壤挤压不均匀。对同一排桩，必要时可以采用间隔跳打的方式；对大面积的桩群，宜采用后二种打桩顺序，以免土壤受到严重的挤压，使桩难以打入，或使先打入的桩受到挤压而倾斜。大面积的桩群多分成几个区域，由多台打壮机采用合理的打桩顺序同时进行打设。某工地600预制桩被挤断的照片,一个承台六根桩,有四五根桩断掉,打的时候收锤无问题,锤第二根桩挤断第一根,锤第三根挤断第二根桩C.打桩方法 注意以下几个要点：桩与桩帽、桩锤应在同一垂直线上，并应在桩锤与桩帽之间加弹性衬垫；打桩开始时，锤的落距应较小，等桩入土一定深度稳定后，再按正常落距锤击；应选择重锤低击；如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上，拔出送桩管后，桩孔应及时回填或加盖。在打桩过程中，如遇下列异常情况，应暂停打桩，及时研究，查明原因：a.贯入度突变；b.桩身突然发生倾斜、位移；c.桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎；d.桩锤严重回弹。打桩过程中应做好纪录，以便工程验收。多节桩的接桩，可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁，上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢，焊接时焊缝应连续饱满，并采取措施减少焊接变形。接桩时，上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1桩长。打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。打桩工程是隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观测和记录，这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录，见表所示。D、打桩的质量控制：端承桩应以贯入度控制为主，桩尖标高作为参考。而摩擦桩应以桩尖设计标高控制为主，贯入度作为参考；打桩过程应连续进行，不宜中断。否则由于土的固结作用，会使桩难以打入；在邻近建筑物打桩时，为防止因土体挤密而使周围土体 隆起、位移或振动，可采取预钻孔取土打桩、挖防振沟等措施。2 2、静力压桩：、静力压桩：无振动，无噪音，适用于软土地基和在城市中邻近建筑物施工。利用桩架自重和压重，或者采用静力压桩机，压力可达400t。静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判断，但因土质不同，桩的终止压力不等于单桩承载力，故断，但因土质不同，桩的终止压力不等于单桩承载力，故要通过静载对比试验来确定一个系数，利用系数和终止压要通过静载对比试验来确定一个系数，利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力标准值。如不满足设计要求，应力，求出单桩竖向承载力标准值。如不满足设计要求，应采取送桩加深处理或补桩，保证桩基施工质量。采取送桩加深处理或补桩，保证桩基施工质量。3 3、振动沉桩（图、振动沉桩（图2-62-6）4 4、水冲沉桩：、水冲沉桩：（图（图2-2-7 7）振动沉拔桩锤振动沉拔桩锤振动打桩振动打桩2.32.3灌注桩施工灌注桩施工先成孔，再在孔内放入钢筋笼灌注砼而成。根据成孔先成孔，再在孔内放入钢筋笼灌注砼而成。根据成孔方法：钻孔、挖孔、冲孔、套管成孔和爆扩灌注桩方法：钻孔、挖孔、冲孔、套管成孔和爆扩灌注桩（一）钻孔灌注桩1 1、干作业成孔灌注桩：、干作业成孔灌注桩：适用于地下水位较低，在成孔深度内无地下水的土质。常用的成孔方式有螺旋钻机成孔和人工挖孔。在钻孔过程中，如发现钻杆摇晃或难以钻进时，可能是遇到石块，应停机检查。成孔直径一般为300600mm，钻孔深度812m。在桩孔内浇筑砼时，应分层浇筑振捣，每次浇筑高度不得大于1.5m。如为扩底桩，则需于桩底部用扩孔刀片切削扩孔。2 2、泥浆护壁成孔灌注桩：、泥浆护壁成孔灌注桩：是用泥浆保护孔壁，防止塌孔和排出土渣而成孔,对地下水位高或低都适用。多用于含水量高的软土地区。（1）回转钻机成孔用回转钻机成孔，根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。（如图2-7，2-8）在泥浆护壁成孔方法中，另外还有采用潜水钻机成孔、冲击钻和冲抓钻成孔的。护筒的作用：在杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位处埋设护筒，其作用是定位、保护孔口、维持水头等。护筒内径比钻头大10cm，埋入土中不小于1.01.5m。在钻孔的过程中，保持护筒内的泥浆液面高于地下水位。泥浆的作用：在粘土中钻孔，可采用清水钻进，自造泥浆护壁，在沙土中钻孔，则应注入制备的泥浆钻进（泥浆一般由膨润土制作，密度控制在1.1左右）。其作用是护壁、携带土渣、润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等。在钻进的过程中，应注意施工中常遇到的孔壁坍陷和钻孔偏斜等问题。砼浇筑要求：考虑采用导管法在泥浆中浇灌砼，对砼强度的影响。砼强度比设计强度提高5MPa，和易性好，流动度大且缓凝。水泥号、卵石粒径、中粗砂、水灰比、砂率、坍落度、初凝时间等。砼浇筑顺序：砼浇筑顺序：砼初灌量：必须经过计算，保证完全排除导管内的泥浆，并使导管出口埋深不小于0.8m的流态砼中，防止泥浆入砼中。砼浇筑施工要点：a.砼要连续浇注，控制在46h内，保证砼的均匀性。间歇时间控制在15min内，不得超过30min。b.浇灌是要保持孔内砼面均匀上升，速度不大于2m/h。浇灌速度3035m3/h,导管提升速度与砼相适应，导管在砼中的插入不小于1.5m。c.在砼浇灌过程中，随时探测砼面得实际标高，计算砼上升高度，导管下口与砼的相对位置，统计砼量及时做好记录。d.拌和好的砼应在1.5h内浇筑完成，夏季应在1h内，否则应掺缓凝剂，砼浇灌至顶部3m时，可稀释泥浆，或将导管埋深为1m适当放慢浇灌速度，提高砼排除泥浆。e.砼应浇灌到设计桩顶标高以上规定的高度，保证设计桩顶标高以下砼的质量。（二）套管成孔灌注桩：（二）套管成孔灌注桩：利用锤击法或振动法将一带有钢筋混凝土桩靴或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中然后灌注混凝土并拔管而成孔。图图2-9（1）锤击套管成孔灌注桩：如果采用预制钢筋砼桩靴，在套管与桩靴的连接处，要用麻、草绳填塞，第一起缓冲作用，防止桩靴被打坏。第二防止地下水渗入套管。施工过程见图（2-10），并应注意以下几点：图图2-10先用低锤轻击，无偏移后再正常施打；管内砼应尽量灌满；应使管内砼略高于地面；套贯与桩锤应在同一垂线上；沉管达到设计要求后，检查管内有无进水或泥沙；拔管速度应控制在1m/min以内；拔管要均匀，并保持连续密锤低击，以产生振动力振实砼；当桩距较小时应间隔跳打，中间空出的桩需待邻桩砼达到设计强度的50%后，方可施打；为提高桩的质量和承载能力，可采用复打法扩大桩径。复打法施工必须在第一次灌注的砼初凝之前进行，并应保持前后两次沉管的轴线重合。（2）振动灌注桩：采用激振器或振动冲击锤沉管。振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。（3）套管成孔灌注桩施工中常见的质量问题：断桩：A.可能原因：由于桩距过小，再加上桩身砼终凝不久，强度弱，在邻桩施打时，因土的挤压所产生的水平推力和隆起上拔力，以及软硬土层间传递水平力大小不同，对桩产生剪应力。B.检测方法 断处在地下23m以内时，可用木锤敲击桩头侧面，同时用脚踩在桩头上，如桩已断，会感到浮振。对深处断桩，目前只能采用开挖的办法检查。C.处理措施 拔去断桩，清孔后重新浇筑。瓶颈桩：A.可能原因 由于在含水量大的粘性土中沉管时，土体受强烈挤压，产生很高的孔隙水压力。当套管拔出后，这种水压力便作用到新浇筑的砼桩上，产生颈缩。也可能是由于拔管速度过快，砼出管时的扩散不够。B.检测方法 在施工中应经常测定砼的落下情况。C.处理措施 采用复打法。吊脚桩：指桩底部砼隔空，桩尖松软不成形。A.可能原因 由于预制砼桩靴被打坏而挤入套管内，拔管时砼不能及时出管扩散。或由于金属活动瓣桩靴未能及时打开而造成。B.检测方法 在施工中应及时观察砼的下落情况。C.处理措施 拔出套管，孔中填砂重打。桩靴进水或进泥沙：A.可能原因 由于地下水位高，土中含水量大。桩靴变形或桩靴损坏。B.检测方法 随时在套管内吊入线锤检测。C.处理措施 拔出套管，孔中填砂重打。（三）挖孔灌注桩（三）挖孔灌注桩 常用护壁施工：现浇砼护壁、钢套管护壁 人工挖孔灌注桩的安全措施（四）砼灌注桩的质量检验标准（四）砼灌注桩的质量检验标准地下连续墙地下连续墙一、地下连续墙的施工过程：地下连续墙在高层建筑的深基础施工中，以及大型地下设施施工中广泛使用。它既可以作为深基础的支护结构，又可以作为建筑物地下室的外墙。优优点点既挡土又挡水，施工时无振动，噪音低，适合任何土质。缺点缺点成本高，施工技术复杂，需配备专用设备。地下连续墙的施工过程如图2-13：图图2-132-13地下连续墙的施工工艺：1、导墙：用作挖墙导向，防止槽段上口塌方，存储泥浆和作为测量的基准。导墙多为现浇钢筋砼墙，深12m，顶面高出地面，以免地面水流入槽段。2、挖槽：槽宽一般为600mm，800mm，1000mm。挖槽按单元槽段进行，并且是在泥浆中进行的。挖至设计标高后要进行清孔。3、泥浆：用来护壁，防止塌方。4、浇筑砼：用导管法进行水下浇筑砼。墩基础墩基础墩基础又称大直径人工挖孔灌注桩，直径在15m之间，多为一柱一桩。施工时无噪音，无振动，易于查明地基土质土层分布和成孔质量。也便于底部扩孔。人工开挖过程中为防止塌方造成事故，可制作现浇钢筋砼护圈，并应注意通风、照明和排水工作。图图2-14沉井基础沉井基础 沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状钢筋砼结构，多用于重型设备基础、桥墩、水泵站、取水结构、超高层建筑物基础等。图图2-15沉井的施工见图（2-15）。先在地面上铺设砂垫层，设置枕木，制作钢板或角钢刃脚后浇筑第一节沉井，待其达到一定重量和强度后，抽去枕木，在井筒内边挖土边下沉，下沉到设计标高后，用砼封底，如果浇筑钢筋砼底板，则构成地下结构。井筒是沉井的外壁，在下沉过程中起挡土作用，同时还需有足够的重量克服筒壁与土之间的摩擦力和刃脚底部土的阻力，使沉井能在自重作用下逐步下沉。在沉井施工时要注意均衡挖土，平稳下沉，如有倾斜应及时纠偏。