施工技术要点-6桩基工程

第六六章章桩桩基基工工程程第一一节节概述述桩基基础础是是深深基基础础的的一一种种，，上上部部荷荷载载通通过过桩桩基基传传递递到到地地基基深深处处的的持持力力层层上上。。据桩桩的的材材料料不不同同有有木木桩桩、、钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩和和预预应应力力钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩、、钢钢桩桩之之分分。。桩的的施施工工方方法法有有：：预预制制桩桩和和现现场场浇浇制制桩桩。。预制制桩桩的沉沉桩桩方方式式有有：：①锤击击法法沉沉桩桩利用用锤锤下下落落时时的的冲冲击击能能，，克克服服桩桩长长和和桩桩周周的的阻阻力力使使桩桩下下沉沉的的锤锤击击方方式式；；②震动动法法沉沉桩桩利用用偏偏心心块块旋旋转转产产生生的的激激震震力力带带动动桩桩上上下下震震动动，，使使之之降降低低桩桩周周和和桩桩尖尖下下土土壤壤的的阻阻力力，，使使桩桩下下沉沉的的振振动动方方式式；；③射水水法法沉沉桩桩利用用射射水水管管喷喷出出高高压压水水束束冲冲击击破破坏坏桩桩尖尖下下的的土土壤壤结结构构，，减减小小土土壤壤对对桩桩的的阻阻力力，，桩桩在在自自重重和和压压重重作作用用下下沉沉入入土土层层中中；；④静压压法法沉沉桩桩利用用重重物物的的静静力力作作用用，，克克服服桩桩周周和和桩桩尖尖阻阻力力使使桩桩下下沉沉的的静静压压方方式式。。图7-1预应应力力管管桩桩

图7-2北京京首首都都国国际际机机场场新新航航站站楼楼T3B基础础桩桩工工程程

图7-3杭州州湾湾跨跨海海大大桥桥桩桩基基工工程程图7-4水上上桩桩基基施施工工第二二节节预预制制桩桩沉沉桩桩方方式式及及设设备备选选择择一、、锤锤击击法法沉沉桩桩方方式式(一)锤击击法法沉沉桩桩的的原原理理及及施施工工过过程程原理理：：利利用用打打桩桩锤锤冲冲击击部部分分下下落落时时的的冲冲击击力力锤锤击击桩桩头头（（图图7-5），，当当冲冲击击力力超超过过桩桩侧侧面面和和桩桩尖尖部部分分土土的的阻阻力力，，破破坏坏了了桩桩和和土土的的静静力力极极限限平平衡衡状状态态，，土土体体受受到到剪剪切切破破坏坏，，桩桩即即下下沉沉。。锤击击法法沉沉桩桩施施工工工工序序：：准备备工工作作检查查标标高高及及贯贯入入度度卸锤桩临临时时固固定定及及修修补补施打套锤锤及及替替打打吊桩桩和和就就位位桩架架移移位位→→→→→→→→→→→→→(二)桩入入土土时时的的土土壤壤变变形形桩沉沉入入土土时时，，土土壤壤受受挤挤而而变变形形第Ⅰ圈：破坏坏圈圈第Ⅱ圈：挤实实圈圈第Ⅲ圈：扰动动圈圈第Ⅳ圈：影响响圈圈图7-6桩沉沉时时的的土土壤壤受受挤挤变变形形(三)沉桩桩设设备备及及选选择择沉桩桩有有陆陆上上沉沉桩桩及及水水上上沉沉桩桩二二种种方方式式，，它它们们的的主主要要的的沉沉桩桩设设备备是是打打桩桩锤锤、、打打桩桩架架及及其其附附属属设设备备如如替替打打、、桩桩垫垫、、桩桩帽帽等等。。1．桩桩锤锤锤击击法法沉沉桩桩常常用用的的桩桩锤锤有有：：蒸蒸汽汽锤锤、、柴柴油油打打桩桩锤锤、、液液压压锤锤。。(1)蒸汽汽锤锤单动动锤锤由由调调整整冲冲程程来来改改变变冲冲击击能能和和频频率率大大小小；；双动动锤锤通通过过调调整整汽汽阀阀进进汽汽量量来来改改变变冲冲击击能能和和频频率率大大小小。。图7-7蒸汽汽锤锤(2)柴油油锤锤

其工作原理是利用锤的冲击部分下落时的冲击能量使桩下沉。

蒸汽锤、柴油锤的冲击能用下式计算：

式中：

W—锤冲击部分重量；

H—冲程；

η—效率,与锤形和桩的倾斜度有关。

图7-8筒式式柴柴油油锤锤图7-10HD62柴油油锤锤桩桩机机图7-9HD50柴油油锤锤桩桩机机(3)液压压锤锤图7-11液压压锤锤工工作作原原理理图7-12液压压锤锤施施工工现现场场液压压锤锤对对桩桩顶顶的的瞬瞬时时冲冲击击力力小小，，桩桩不不易易破破坏坏，，而而且且超超过过土土壤壤阻阻力力的的压压桩桩力力作作用用在在桩桩头头上上的的持持续续时时间间长长(见图图7－13)，能能量量利利用用率率高高。。(4)桩锤的选选择单桩动力力公式：：式中：PJ—单桩极限限承载力力(kN)；W—柴油锤冲冲击部分分重力(kN)；h—冲击部分分弹跳高高度(m),应实测；；s—打桩最后后一阵平平均贯入入度(m)。①满足克服服沉桩阻阻力的要要求。②满足沉沉桩速度度和质量量的要求求。在满足锤锤冲击能能要求的的前提下下,锤选重些些为好,因为沉桩桩时的冲冲击能一一部分用用在沉桩桩上,是有效的的能量消消耗,另外还有有一部分分能量消消耗在锤锤的冲击击回弹和和桩垫、、桩帽、、桩等的的变形上上,是无效的的能量消消耗。用用公式表表示：E1=E-E2式中：E—锤的一次次冲击能能；E1—有效能量量消耗；；E2—无效能量量消耗。。用冲击能能量的有有效利用用系数(KE)来表示能能量的利利用情况况，则：：KE愈大，能能量利用用越充分分，打桩桩的效果果愈好。。KE取决于桩桩重与锤锤冲击部部分重量量之比值值。当锤的冲冲击能相相同时，，应选择择冲击部部分重量量大些的的锤，可可提高KE值。在冲冲击能量量一定时时，桩身身应力随随锤重的的增加而而减少，，单动锤锤比双动动锤重，，因而选选用单动动锤比双双动锤能能使桩下下沉的深深度更大大。2．桩架(1)陆上打桩桩架图7-14陆上打桩桩架图7-15陆上打桩桩架施工工现场(2)水上打桩桩架(打桩船)图7-16打桩船(3)打桩架的的高度式中：H—桩架有效效高度(水上打桩桩从水面面起算；陆陆上打桩桩从地面面起算)；H1—桩长(m)；H2—桩锤及替替打高度度(m)；H3—滑轮组高高度(m)；H4—安全高度度，一般般水上打打桩取lm~2m,陆上打桩桩取0.3m~0.5m；H5—施工水深深(m)，陆上打打桩H5=0。3.替打及桩桩垫替打，接接在桩顶顶和桩锤锤之间，，主要起起缓冲作作用，能能减少对对桩顶打打击力，，保护桩桩头。桩垫，垫垫于桩顶顶与桩帽帽之间，，起缓冲冲减震作作用，降降低桩身身打桩拉拉应力，，避免桩桩身产生生裂缝；；也减少少桩头压压应力，，保护桩桩头不被被破坏。。二、震动动法沉桩桩方式(一)震动法沉沉桩原理理1.由震动动锤和和桩组组成震震动体体系，，在震震动体体系震震动作作用下下使土土体形形成共共振，，破坏坏土体体平衡衡，桩桩在震震动体体系自自重作作用下下下沉沉。图7-18振动沉沉桩示示意图图图7-19振动冲冲击式式锤图7-20高频液液压振振动锤锤(φ400mmPHC管桩,桩深20m)(二)震动法法沉桩桩的主主要参参数及及其选选择1．震动动锤的的起振振力P(激振力力)，应能能克服服土壤壤对桩桩周围围的阻阻力T，即式中：：x—土壤弹弹性影影响系系数(主要受受振动动加速速度α的支配配，振振动加加速度度加大大,将会使使土壤壤产生生液化化现象象,减少土土壤的的粘着着阻力力),当用低低频震震动锤锤下沉沉钢筋筋混凝凝土桩桩及管管桩时时,x=0.6～0.18,其他情情况x=1；P—震动偏偏心块块转动动时产产生的的震动动力(起震力力或激激振力力),可以从从震动动锤的的性能能表中中查出出；T—土壤对对桩周周围的的阻力力。2．震动动体系系的震震幅A要能超超过桩桩下沉沉时所所要的的震幅幅止A0,桩才能能下沉沉。震震动体体系的的震幅幅A由下式式求得得:式中：：M—桩偏心心力距距(kN·m)；g—桩及桩桩锤的的重量量(kN)。A0振幅A下沉速度v图7-21桩下沉沉速度度和震震幅的的关系系图3.震动锤的频率n必须大于自重作用下桩能够自由下沉时的频率n0,即:

而

式中：P—起振力(kN)；M—桩锤偏心矩(kN·m)。4.在桩尖处的单位压力F必须超过所需要的力F0

式中：Q—震动体系的重量，包括桩及锤重(kN)；

A—桩截面积(cm2)；F0—必需的单位压力值。5．震动体体系的的重量量Q和起振振力P要相协协调，，应满满足下下列要要求：：根据经经验，，系数数v1，v0按下述述情况况选取取：对于钢钢板桩桩v1＝0.15v0＝0.5对于钢钢管桩桩v1＝0.3v0＝0.6对于钢钢筋混混凝土土桩和和管桩桩v1＝0.4v0＝1.0三、射射水法法沉桩桩方式式(水冲法法)(一)射水法法沉桩桩的原原理：：在桩尖尖内或或外部部安装装射水水管，，射水水管喷喷出高高压水水束冲冲击破破坏桩桩尖下下的土土壤结结构，，减少少土壤壤对桩桩的阻阻力，，桩在在自重重和压压重作作用下下沉入入土层层中。。由于高高压水水束对对土壤壤的破破坏极极大，，土壤壤对桩桩的约约束作作用降降到最最小。。沉桩时时桩位位难以以控制制，而而且土土壤对对桩侧侧摩阻阻力和和对桩桩尖的的阻力力即使使在经经过一一段时时间的的恢复复后；；也不不能达达到原原有的的程度度，为为了避避免射射水沉沉桩的的负面面作用用，不不单独独采用用射水水沉桩桩，而而是用用射水水—锤击的的方式式沉桩桩，即即在锤锤击沉沉桩的的过程程中用用射水水配合合，到到距桩桩尖设设计标标高lm～2m时，停停止射射水，，单用用锤击击将桩桩沉入入到设设计标标高。。(二)射水法法沉桩桩机具具和施施工根据射射水管管的布布置不不同，，有内内冲内内排、、内冲冲外排排以及及外冲冲外排排等几几种沉沉桩的的方法法。1.内冲内内排法法将射水水管安安置在在空心心桩的的中心心，喷喷嘴不不露出出桩尖尖，在在桩身身内距距桩尖尖lm左右，，并通通入压压缩空空气辅辅助向向上排排除泥泥渣水水。采采用这这种方方法时时，若若沉桩桩速度度较快快，桩桩尖在在土壤壤内任任一点点停留留时间间较短短，则则土壤壤的破破坏仅仅限于于桩尖尖范围围内，，桩的的承载载能力力较有有保证证，适适合在在黄土土类土土和粘粘性土中中沉桩桩。若若在下下沉过过程中中，遇遇到卵卵石或或块石石等障障碍物物，桩桩的方方向就就难以以控制制。2．内冲冲外排排法3．外冲冲外排排法射水管管从桩桩的空空心中中穿过过伸出出桩尖尖20cm～30cm，水冲冲搅乱乱的泥泥渣沿沿着桩桩周外外壁向向上排排出。。外排排对土土层破破坏较较严重重，会会降低低桩的的承载载力，，但砂砂性土土承载载力降降低的的程度度要小小些，，外排排的现现场施施工条条件比比内排排要好好。将数根根射水水管(一般用用二根根)对称地地置放放于桩桩侧面面，喷喷水管管超过过桩尖尖约20cm。泥渣渣水沿沿着桩桩周外外壁向向上排排出。。这种种方法法操纵纵方便便，但但对桩桩周土土壤破破坏较较大，，不适适于在在细微微颗粒粒、土土性不不易恢恢复的的土壤壤中沉沉桩。。4．内外外同时时射水水法对于大大口径径的开开口管管桩，，可采采用内内外冲冲水结结合的的方法法。此此时中中心射射水管管的数数目可可多于于一根根，且且沿管管内壁壁布置置。另另外还还布置置空气气吸泥泥机采采用边边冲边边吸的的方法法。用压气气和压压力水水同时时冲刷刷土壤壤。由由于与与空气气混合合的泥泥浆容容重轻轻，能能以较较快的的速度度冲向向地面面，并并使土土对桩桩的阻阻力大大为减减小，，可以以加速速桩的的下沉沉。当采用用水冲冲和震震动相相结合合的方方法时时，震震动锤锤的必必要震震幅可可以减减少一一半。。四、静静压法法沉桩桩利用重重物的的静力力作用用，克克服桩桩周和和桩尖尖阻力力使桩桩下沉沉的静静压方方式。。这种压压桩方方法完完全避避免了了锤击击打桩桩所产产生的的振动动、噪噪音和和污染染，因因此施施工时时具有有无噪噪音、、无振振动和和无污污染，，称为为环保保型打打桩机机。图7-25静力压压桩机机第三节节沉沉桩桩定位位为了完完好无无损准准确地地将桩桩沉放放到设设计位位置,包括桩桩的平平面位位置,必须在在沉桩桩之前前准确确地定定位。。在沉沉桩过过程中中，要要控制制桩不不偏位位，沉沉桩结结束时时桩尖尖要落落在设设计标标高上上。定位工工作借借助测测量学学的方方法进进行。。一、平平面定定位直桩的的平面面定位位一般是是控制制桩的的正面面轴线线和桩桩的一一条边边线或或角线线。二、沉沉桩高高程控控制第四节节预预制制桩沉沉桩施施工中中的主主要问问题一、吊吊桩桩钢筋混混凝土土桩长长在20m以内的的可用用两点点吊，，20m以上的的用三三点或或四点点吊，，用起起重船船起吊吊时可可用三三点吊吊，表表7—1为吊运运过程程吊点点位置置及最最不利利弯矩矩的计计算，，图7—28为桩在在预制制厂内内运输输时用用四点点吊和和沉桩桩时用用三点点、四四点吊吊的情情况。。

项目

吊点数二点吊四点吊吊点位置弯矩计算公式吊索垂直桩轴M=0.2130ql2M=0.0774ql2吊索不垂直桩轴桩不浸水M=0.2130ql2桩浸水M=0.2451ql2L≤30mM=0.1598ql230m≤L<36mM=0.1686ql2图7-28桩的起起吊情情况二、沉沉桩高高程控控制1．土壤壤变形形的影影响单桩(间距>6D)不考虑虑,群桩(间距<6D)考虑。。图7-29群桩桩不不合合理理的的施施工工顺顺序序2．要要使使所所有有的的桩桩都都能能打打到到3．要要考考虑虑到到工工程程的的分分段段4．要要考考虑虑打打桩桩水水位位、、水水深深、、风风和和水水流流的的影影响响5．尽尽量量减减少少沉沉桩桩震震动动对对岸岸坡坡的的影影响响图7-30群桩桩的的合合理理沉沉桩桩顺顺序序三、、沉沉桩桩应应力力（一一））打打桩桩时时桩桩的的受受力力情情况况分分析析锤击击法法沉沉桩桩过过程程中中，，当当桩桩沉沉入入不不同同土土层层时时，，桩桩身身受受力力情情况况分分析析：：图7-31桩身身受受力力分分析析图图WW硬土土层层硬土土层层软土土层层拉应力压应力(二)沉桩桩应应力力及及其其影影响响因因素素1．锤锤击击速速度度和和锤锤重重2．桩桩垫垫及及桩桩垫垫刚刚度度桩垫垫刚刚度度：：式中中:A———垫块块面面积积(cm2)；Ec———垫块块弹弹性性模模量量；；hc———垫块块厚厚度度(cm)。3．桩桩型型和和桩桩的的材材质质4．土土质质条条件件5．制制桩桩质质量量和和沉沉桩桩工工艺艺四、、沉沉桩桩控控制制1．偏偏位位控控制制包括括偏偏位位控控制制、、承承载载力力控控制制和和桩桩的的裂裂损损控控制制。造成成桩桩偏偏位位的的原原因因：：(1)风、、浪浪、、水水流流的的影影响响；；(2)操作作上上的的因因素素；；(3)地形形和和土土质质方方面面的的原原因因；；(4)桩本本身身的的原原因因。。减少少桩桩偏偏位位的的措措施施：：(1)合理理安安排排工工程程进进度度,避开开风风、、浪浪、、水水流流的的影影响响。。(2)采用用有有足足够够定定位位精精度度的的定定位位方方法法。。(3)掌握握斜斜坡坡上上打打桩桩和和打打斜斜桩桩的的规规律律。。2．桩桩的的极极限限承承载载力力控控制制桩沉沉完完以以后后，，应应保保证证满满足足设设计计承承载载力力的的要要求求，，一一般般是是控控制制桩桩尖尖标标高高和和打打桩桩最最后后贯贯入入度度（（最最后后一一阵阵平平均均每每击击下下沉沉量量）），，即即“双控控”。在在沉沉桩桩过过程程中中要要仔仔细细掌掌握握贯贯入入度度的的变变化化和和及及时时掌掌握握桩桩下下沉沉的的标标高高情情况况。。贯入入度度在在某某种种程程度度上上反反映映了了沉沉桩桩阻阻力力或或桩桩尖尖土土层层的的软软硬硬程程度度，，在在一一定定程程度度上上反反映映桩桩承承载载力力的的大大小小。。在粘粘性性土土中中沉沉桩桩，，以以标标高高控控制制为为主主，，贯贯入入度度可可作作校校核核；；桩桩尖尖在在砂砂性性土土层层或或风风化化岩岩层层时时，，以以贯贯入入度度控控制制为为主主，，标标高高作作校校核核。。3．桩桩的的裂裂损损控控制制桩的的裂裂损损产产生生的的原原因因，，除除了了制制造造和和起起吊吊运运输输上上以以外外，，主主要要是是由由于于沉沉桩桩过过程程打打桩桩应应力力超超过过了了桩桩允允许许应应力力所所造造成成。。裂损损控控制制就就是是要要采采取取措措施施控控制制打打桩桩应应力力，，消消除除产产生生超超允允许许拉拉压压应应力力的的条条件件。。在沉沉桩桩以以前前，，要要检检查查所所用用的的桩桩是是否否符符合合规规范范规规定定的的质质量量标标准准。。在在沉沉桩桩过过程程中中，，选选用用合合适适的的桩桩锤锤、、合合适适的的冲冲程程、、合合适适的的桩桩垫垫材材料料，，要要随随时时查查看看沉沉桩桩情情况况。。桩桩下下沉沉结结束束后后，，要要检检查查桩桩身身完完好好情情况况。。第五五节节就就地地浇浇制制桩桩施施工工就地地浇浇制制桩桩，是是在在预预定定桩桩位位上上钻钻一一定定直直径径的的孔孔至至设设计计深深度度，，清清理理钻钻孔孔后后放放入入钢钢筋筋笼笼，，进进行行水水下下浇浇注注混混凝凝土土，，待待混混凝凝土土达达一一定定强强度度后后，，凿凿去去桩桩头头强强度度差差的的混混凝