桩基础设计与施工

1、桩基础设计与施工桩基础设计与施工 建艺分院建筑工程系2目录任务1 桩的分类与管桩施工任务2 灌注桩施工与特点任务3 单桩承载力与基桩检测任务4 桩基础验算36. 2灌注桩施工工艺与要点灌注桩施工工艺与要点4F钻孔灌注桩施工工艺；钻孔灌注桩施工工艺；F沉管灌注桩的施工工艺；沉管灌注桩的施工工艺；F灌注桩的质量控制；灌注桩的质量控制；5灌注桩施工 优 点： 能适应土层变化、做成大直径、大深 度、无挤土、无噪声、无振动、节约 钢材 缺 点： 桩身质量难保证、泥浆处理6一、钻孔灌注桩 定义利用钻孔机械钻出桩孔并在孔中浇筑混凝土而成的桩。 分类干作业成孔灌注桩 泥浆护壁钻孔灌注桩 工艺特点：无振动、无挤

2、土、噪声小、对周围建筑物影响小；工程案例：上海市某汽车大厦钻孔灌注桩施工方案7l 泥浆护壁成孔灌注桩 定义：钻孔过程中注入泥浆保护孔壁防止坍孔，然后浇筑混凝土而成的桩。适用于：适用于：地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层，以及地质情况复杂、夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层。 8（1）工艺流程工艺流程 确定桩位埋设护筒钻机就位（制备泥浆）-钻孔（泥浆循环清渣）-清孔-下钢筋笼-安装导管-水下浇筑混凝土-拔出护筒 9护筒护筒就就位位成成孔孔浇浇筑筑钢筋笼钢筋笼放导管放导管成成型型钻头钻头泥浆泥浆钻杆钻杆泥浆泵泥浆泵钻机钻机导管导管钢筋笼钢筋笼砼砼浇注漏斗浇注漏斗10泥浆护壁

3、成孔灌注桩施工程序图泥浆护壁成孔灌注桩施工程序图质质 量量 检检 查查 吊吊 放放 钢钢 筋筋 笼笼 吊吊 放放 导导 管管 第第 二二 次次 清清 孔孔 灌灌 注注 桩桩 施施 工工泥泥 浆浆 沉沉 淀淀 池池 泥泥 浆浆 处处 理理 排排 放放 制制 备备 护护 壁壁 泥泥 浆浆 钢钢 筋筋 笼笼 制制 作作 桩桩 机机 就就 位位 测测 定定 桩桩 位位 埋埋 设设 护护 筒筒 钻钻 孔孔 第第 一一 次次 清清 孔孔 钻孔灌注桩施工工艺11 冲抓钻冲抓钻 冲击钻冲击钻 潜水电钻潜水电钻 回转钻回转钻用于碎石土、砂土、粘性用于碎石土、砂土、粘性土、风化岩土、风化岩用于粘性土、淤泥、砂土用

4、于粘性土、淤泥、砂土（2） 成孔机械成孔机械12冲击钻作业示意图冲击钻作业示意图13潜水钻机图潜水钻机图1-钻头；钻头；2-潜水钻机；潜水钻机；3-电缆；电缆；4-护筒；护筒；5-水管；水管；6-滚轮；滚轮；7-钻杆；钻杆；8-电缆电缆盘；盘；9、10-卷扬机；卷扬机；11-电压表；电压表；12-开关开关 14（3）施工准备）施工准备1. 现场准备地下、地面、空中、抄平放线定桩位 （1）场地准备场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；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）； 2. 技术

5、准备沉桩试验、确定打桩顺序 正式施工前应作不小于2根桩的沉桩工艺试验，了解桩的沉入时间、标高、贯入度、承载力及施工中可能出现的问题。同时也是对图纸设计的检验。 15如何确定施工顺序？ 挤土、桩机移动方便； 无挤土时，一般按桩机路线最短； 有挤土时，每隔12个桩孔成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；群桩中先中间桩现成孔；爆扩桩先小桩后大桩；16 (4)护壁泥浆护壁泥浆 泥浆作用： 护壁原理-注入的泥浆比重1.1-1.15（水的比重），比地下水位高，能平衡地下水压力，并对孔壁形成一种液态支撑；粘粒渗入孔四周，使周围土孔隙减少，并在孔内壁表层形成一层泥皮，可保护孔壁。 泥浆除护壁作用外，还有携渣，

6、润滑和冷却钻头，减少钻进阻力的作用。 17 泥浆的组成与性能： 地基土为粘土时可用原土直接在孔中造浆； 地基土为砂土或有砂夹层时，要专门造浆。 泥浆可用高粘性土或膨润土加水制备。 泥浆性能要求有9项： 1、相对密度1.051.25 2、粘度825s 3、含砂率 98% 5、 失水量30mL/30min 6、 泥皮厚13mm/30min 7、 静切力 1min 23Pa 10min 510Pa 8、 稳定性 0.03g/cm2 9、 pH值 7918 泥浆循环泥浆循环正循环回旋钻机成孔工艺 泥浆由钻杆内部注入孔底，从钻杆底部喷出，携渣出孔，沉淀（好的泥浆再注入钻杆，沉淀的土渣排出）反循环回旋钻机

7、成孔工艺 泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔内，由砂石泵在钻杆内形成真空，将土渣从钻杆内吸出流向沉淀池。此法排渣快。孔深大于30m的端承型桩宜用。 19水龙头水龙头钻杆钻杆钻机回转装钻机回转装置置泥浆泵泥浆泵泥浆池泥浆池沉淀池沉淀池泥浆循环方向泥浆循环方向钻头钻头砂石泵砂石泵钻头钻头新泥浆流向新泥浆流向沉淀池沉淀池水龙头水龙头钻杆钻杆钻机回转钻机回转装置装置泥浆循泥浆循环方向环方向 泥浆循环成孔工艺泥浆循环成孔工艺20o 泥浆循环o 泥浆循环的方式：n 正循环：适合小直径孔（ 0.8m)正循环的优缺点：n 优点：设备简单、操作方便、小孔径效率较高n 缺点：泥浆反流速度低、排渣能力弱反循环的优缺

8、点：n 与正循环相反21（5）钻孔灌注桩施工要点）钻孔灌注桩施工要点a .护筒： 作用是：防止孔口土壁坍塌、定桩位、存贮泥浆并使浆面高于地下水位。 护筒做法：可用钢板，埋入土中不宜小于1m（粘土）、1.5m（砂土），内径比钻头直径大100以上，顶面高出地面0.4-0.6m，上部设1-2个溢水口。 护筒施工要求：中心与桩位中心的偏差 50mm。护筒外侧粘土填塞。施工期间泥浆面高出地下水位1m以上。22o （5）钻孔灌注桩施工要点）钻孔灌注桩施工要点o 1.护筒埋设o 护筒用46mm厚钢板加工制作，高1.52m。直径比钻头大100mm，开设12个溢浆口，埋入土中 1m；o 护筒的作用：定位、保护孔

9、口，维持水位高差等重要作用。o 2.泥浆o 泥浆的作用：护壁、排渣、降温o 制作及性能要求：o 粘土中成孔：注入清水，以原土造浆。泥浆比重：1.11.3o 其它土层（砂土、类砂层、砂卵石）：优质粘土造浆，泥浆比重：1.21.523o 3.泥浆池和沉淀池o 泥浆池和沉淀池的池面标高应比护筒顶低0.51m以利泥浆回流畅顺。o 位置布置合理（防止妨碍吊机和钻机行走）o 泥浆池容量为每孔的排渣量o 沉淀池容量为每孔的排渣量的1.52倍o 4.施工时应有专人清理泥浆池和沉淀池。保证泥浆泵的正常工作。24o 5.钻机钻进速度控制o 应根据： 土层类别 孔径大小 来确定钻进速度 供浆量o 淤泥和淤泥质土中：

10、一般1m/mino 松散砂层：3m/ho 硬土层或岩石层：以钻机不发生跳动为准o 6.桩孔排渣可采用泥浆循环或抽渣筒。o 7.钻孔桩入岩每进100mm取样一次。25o 8.清孔应按下列规定进行o 到达设计深度后，可以使钻头空转不进尺，循环换浆。o （1）原土造浆，泥浆比重在1.1左右o （2）砂土层或砂夹卵石层，泥浆比重在1.151.25左右o （3）清孔后的沉渣厚度o 端承桩：100mmo 摩擦桩：360kg/m3 o 方法：导管法 目的防止混凝土中水泥被水带走，又可防止泥浆进入混凝土内形成软弱夹层，减少混凝土离析现象。28o 隔水栓o 预制混凝土块（四周加橡皮封圈）o 橡胶球胆o 软木塞2

11、9o 导管法施工要点o 1.吊导管入桩孔顶部高于泥浆面34m底部距桩孔底0.30.5mo 2.浇筑混凝土o （1）导管内灌入足量混凝土，保证能埋管500600mm后剪断导柱塞铅丝。o （2）连续浇筑混凝土，边浇筑边拔管，提管时保证混凝土埋入1m。o （3）一直浇筑直到桩顶为止。30泥浆护壁成孔灌注桩施工程序图泥浆护壁成孔灌注桩施工程序图质质 量量 检检 查查 吊吊 放放 钢钢 筋筋 笼笼 吊吊 放放 导导 管管 第第 二二 次次 清清 孔孔 灌灌 注注 桩桩 施施 工工泥泥 浆浆 沉沉 淀淀 池池 泥泥 浆浆 处处 理理 排排 放放 制制 备备 护护 壁壁 泥泥 浆浆 钢钢 筋筋 笼笼 制制

12、作作 桩桩 机机 就就 位位 测测 定定 桩桩 位位 埋埋 设设 护护 筒筒 钻钻 孔孔 第第 一一 次次 清清 孔孔 钻孔灌注桩施工工艺31o （7）施工质量要求）施工质量要求o 成桩质量检查：o 1.成孔和清孔 成孔的中心位置、孔深、孔径、垂直度、孔底沉渣厚度o 2.钢精笼制作及要求 钢筋规格、连接质量、制作偏差及安放的实际位置o 3.混凝土搅拌及灌注32o （8）常见工程质量问题及处理）常见工程质量问题及处理o1.孔壁坍塌o处理方法（1）坍塌段用石子粘土投入，重新开钻。o（2）使用冲孔机时，填入混和料后低锤密击，造成坚固孔壁后，再正常冲击。o2.偏孔：孔位偏移或孔身倾斜o原因：桩架不稳固

13、、导杆不垂直。土层软硬不均o处理方法（1）桩架重新安装牢固、平稳垂直。o（2）如偏移过大，应填入石子粘土重新成孔。o（3）如有探头石，可用岩钻除去或低锤将石击碎。o（4）遇基岩倾斜，投入毛石于低处再开钻或密打33o 3.孔底隔层o 原因：清孔不彻底 浇筑混凝土或安放钢筋笼时碰撞孔壁造成塌孔落土。o 4.夹泥或软弱夹层 ：桩身混凝土混进泥土或形成浮浆泡沫软弱土层。o 原因（1）浇筑混凝土时孔壁坍塌。o （2）导管下口埋入混凝土高度太小，泥浆被喷翻，掺入混凝土中。o 5.流砂：成孔时发现大量流砂涌塞孔底o 处理：可抛入碎砖石、粘土。用锤冲入流砂层，阻止流砂涌入。 34二、套管成孔灌注桩（打拔管）

14、用锤击或振动的方法，将钢套管（带混凝土桩靴/钢活瓣桩尖）打入土中到规定深度后，在管内浇筑混凝土（放钢筋笼），随后边拔管边灌注，利用拔管时的锤击或振动使混凝土密实。 适用于粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土。 35活瓣桩尖活瓣桩尖1桩管；2锁轴；3活瓣36沉管方法：锤击、振动、静压均可沉管方法：锤击、振动、静压均可就就位位沉沉管管浇浇筑筑振动振动拔管拔管浇灌浇灌放钢筋笼放钢筋笼成成型型（一）、沉管灌注桩施工过程（一）、沉管灌注桩施工过程37 沉管灌注桩设备沉管灌注桩设备1滑轮组；2振动器；3漏斗；4桩管；5吊斗；6枕木；7机架；8拉索；9架底；10卷扬机 38 设备简单，桩长按地质要求（灵活），

15、较经济。承载力低，软土中易颈缩，有挤土、振动、噪音，对临近建筑物有危害。 施工工艺流程：安桩架吊桩套管、关闭活瓣或套入桩靴沉钢套管吊放钢筋笼浇混凝土拔管成桩。 （二）、沉管灌注桩特点：（二）、沉管灌注桩特点：391、锤击沉管灌注桩(1)(1)单打法单打法：为防地下水进入套管内，在桩尖与套管连接处加垫圈密封（稻草绳/麻绳）；校正套管垂直度0.5%；打好后，用吊铊检查孔内泥浆及渗水情况；将混凝土灌入钢套管内，灌满套管后开始拔管；控制好拔管速度（保持管内砼2m高，砼面略高于地面），拔管速度均匀，宜1m/min，低锤密击，直至全部拔出。(2)(2)复打法复打法（在复打时放入钢筋笼）：拔出后立即清除套管

16、外壁泥污，在原桩位（位置与第一次重合）放桩靴，作第二次成孔灌注。 可见，复打法使复打法使桩径扩大，承载力提高。还可以减少打桩中出现的某些质量问题（如颈缩）。 40(3)(3)施工要求施工要求： 砼C20，配筋时塌落度80-100，无筋时60-80，碎石粒径40，预制桩尖砼C30，桩尖中心与套管中心重合。 砼连续浇，分层振捣，每层1-1.5m，试块1组，从拌制砼到最后拔出套管初凝时间。在群桩中，当桩的中心距4d时，要防止因挤土使前面的桩发生桩身断裂，防止方法：套管的打入要在邻桩砼初凝前完成，或用跳打法，跳过（未打）的桩在邻桩砼强度达50%后方可再打。41 如沉桩时发现套管内有水及泥浆，则先在管内

17、灌1.5m高封底砼，再沉管。 严格控制最后3阵（每阵10击）的灌入度。记录好每根桩的总锤击数、最后1m沉入的锤击次数。 42锤击沉管灌注桩施工要点：v桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。 v拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。v桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。 43v在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出

18、为止。v桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。 442、振动沉管灌注桩 与锤击法的不同之处在于激振器振动，使桩与土间的摩阻力减小，从而使桩下沉。（1）单打法：宜用于含水量较小的土层、宜用预制桩靴。复打法、反插法用于饱和土层。在灌满砼后，先振5-10s，再拔管，边振边拔，每拔0.5-1m，停拔并振5-10s，拔管速度1.2-1.5m/min，在软弱土中0.6-0.8m/min。（2 2）反插法）反插法：每次拔管0.5-1m，向下反插0.3-0.5m，边灌砼边拔套管，砼面高于地下水位1-1.5m，拔管速度0.5m/mi

19、n。反插使桩的截面增大，承载力提高。 活瓣之间缝隙严密。453、灌注桩钢筋笼与砼施工1、吊放钢筋笼：笼长12m时，分段制作，段-段以焊接连接，每隔2m在主筋外侧加1直径12的加强环箍筋以防变形，保护层60-80（可用定位钢筋焊与骨架上），绑在桩架或护筒上临时固定。定准钢筋笼位置。2、吊放导管、浇水下混凝土（导管法）导管200-250，壁厚3，宜用法兰连接，接头处密封。46 混凝土要求：C20，和易性好，塌落度150-220，中粗砂，砂率40-45%，粗骨料最大粒径不宜40，1/3最小净距，素砼粗骨料最大粒径1/4d，并不宜70mm。钢筋笼放入后4h内必须浇筑，连续不断，贯入混凝土量计算体积，直

20、径1m的桩每根试块不少于1组。 开始灌注时，隔水栓距孔底300-500，料斗中要有足够的砼储备量，管底埋进砼0.8m以上，浇筑过程中保持埋入2m以上，要求设专人测量导管内外砼高差，填写浇筑纪录。 砼要连续浇筑，每根桩浇筑总时间不超过初凝时间。桩顶不得偏低，将来将顶部薄弱部分凿除。 47沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法 (1) 颈缩v颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。 v当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。 v当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁

21、机填充过来，也会形成颈缩。v处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在5070mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。48(2) 断桩 v断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。 v原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。 v处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。 49(3) 吊脚桩 v吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。

22、v原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。v处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。 50(4) 混凝土灌注过量 如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱

23、和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。 51三、灌注桩施工质量要求及验收资料三、灌注桩施工质量要求及验收资料 灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋骨架制作及安放、混凝土搅拌及灌注等三个施工过程的质量检查。施工前应对水泥、砂、石子、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段也应进行检查。 52成孔质量检查及要求成孔质量检查及要求(1)桩的桩位偏差必须符合表表1的规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。 (2) 灌注桩成孔深度的控制要求v锤击套管成孔，桩尖位于坚硬、硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土、风化岩土层时

24、，应达到设计规定的贯入度；桩尖位于其他软土层时，桩尖应达到设计规定的标高。v泥浆护壁成孔、干作业成孔，应达到设计规定的深度。v灌注桩的沉渣厚度：当以摩擦力为主时，不得大于150mm；当以端承力为主时不得大于50mm。 53表1 灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差 序号成 孔 方 法 桩径允许偏差(mm) 垂直度允许偏差(%) 桩位允许偏差(mm) 13根、单排桩基垂直中心线方向和群桩基础的边桩 条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩 1泥浆护壁灌注桩 D1000mm 50 1000mm50 100+0.01H150+0.01H2套管成孔灌注桩 D500mm-20500mm1001503干作业成

25、孔灌注桩 -201701504人工挖孔桩 混凝土护壁 +50 0.550150钢套管护壁 +50110020054施工验收资料施工验收资料桩基施工验收应包括下列资料：(1) 工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等。(2) 经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。(3) 桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。55(4) 桩孔、钢筋、混凝土工程施工隐蔽记录及各分项工程质量检查验收单及施工记录。(5) 成桩质量检查报告。(6) 单桩承载力检测报告。(7) 基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。56桩基础工程安全技术桩基础工程安全技术(1) 桩基础工程施工区域，应实行封闭式管理，进入现场的各类施工人员，必须接受安全教育，严格按操作规程施工，服从指挥，坚守岗位，集中精力操作。(2) 按不同类型桩的施工特点，针对不安全因素，制定可靠的安全措施，严格实施。57(3) 对施工危险区域和机具(冲击、锤击桩机，人工挖掘成孔的周围，桩架下)，要加强巡视检查，对于有险情或异