第二章 桩基础工程

第二章深基础工程及地基处理第二章桩基础工程

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

桩基础的分类：

⑴按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩，也有采用木、组合材料的桩

⑵桩按承载性状可分为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。

⑶桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、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。

⑷按桩的施工方法，可分为预制桩和灌注桩两类。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。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。2.1预制混凝土桩施工一、桩的预制、起吊、运输、堆放桩的预制

场地平整、压实→场地地平作三七灰土或浇筑混凝土→支模→绑扎钢筋骨架、安设吊环→浇筑混凝土→养护至30%强度拆模→支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋→浇筑间隔桩混凝土→同法间隔制作第二层桩→养护至70%强度起吊→达100%强度后运输。

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、沉桩（打桩）前的准备工作（1）清除障碍物、平整场地。（2）材料机具准备，接通现场施工水、电源等。（3）检查桩的质量，将需用的桩按平面布置图堆放在打桩机附近，不合格的桩不能运至打桩现场。（4）按图纸布置进行测量放线，定出桩基轴线，测出每个桩位的实际标高。（5）准备好桩基工程施工记录和隐蔽工程验收记录表格，并安排好记录和监理人员等。（6）进行打桩试验。其目的是检验打桩设备及工艺是否符合要求，了解桩的贯入深度、持力层强度及桩的承载力，以确定打桩方案。

（7）打(沉)桩顺序：为减轻对邻近建筑物的破坏影响和桩入土后相互挤压，选定正确的施工顺序是有重要意义的。

三、锤击法沉桩(一）打桩机具（桩锤、桩架、动力装置）1.桩锤（落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤、振动锤等）落锤（1）落锤：锤重5-20KN，构造简单，使用方便，能随意调整落锤高度，生产率较低，对桩头损失较大。适用于施打小型桩，在软土层中应用较多。柴油锤(2)柴油锤:锤重3-100KN,40-80次/每分钟柴油锤适用于各种土层及各类桩型，也可打斜桩，但不能在过软的土层中施工，因沉入度过大，桩锤不能反跳，将会中断工作循环，同时污染严重。（3）蒸汽锤：A.单动式：上升靠动力，下降靠自重，冲击力较大，能打各种桩，锤重15-150KN，25-30次/分钟B.双动式：上升、下降均靠动力，需另配一套蒸汽设备，适宜于各种不同的桩，工作效率较高，可用于水下打桩和拔桩，锤重6-60KN，100-200次/分钟（4）液压锤：桩锤的上升和下降均由液压油控制，目前是较先进的打桩设备，施工无废气，无噪音，冲击频率高，可用于水下打桩及城市打桩，但其造价高，构造复杂。注：锤击沉桩时，宜采用“重锤轻击”。锤重的选择参考书上的表。2.桩架作用：悬吊桩锤并为桩锤导向,还能将桩吊升就位并在打桩过程中保持桩的垂直度。形式有：滚管式、轨道式、步履式和履带式桩架。桩架的选择应考虑的因素：①桩的数量、桩的截面形状及尺寸大小、桩的长度及接桩方式；②桩的数量、桩距及布置方式；③选用桩锤的形式、重量及尺寸；④工地现场条件、打桩作业空间及周边环境；⑤投入桩机数量及操作人员的素质；⑥施工工期及打桩速率。注：桩架的高度是选择桩架时就考虑的一个重要问题。3.动力设备为打桩提供动力(柴油机、蒸汽机、电机）。（1）落锤以电源为动力再配置电动卷扬机、变压器、电缆等；（2）蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力，配置蒸汽锅炉蒸汽绞盘等；（3）气锤以压缩空气为动力源，需配置空气压缩机、内燃机等；（4）柴油锤以柴油为能源，桩锤本身有燃烧室，不需外部动力设备。

（二）锤击沉桩施工

⑴打桩机就位后，将桩锤和桩帽吊起，然后吊桩并送至导杆内，垂直对准桩位缓缓送下插入土中，垂直度偏差不得超过0.5%，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。

⑵打桩开始时，锤的落距应较小，待桩入土至一定深度且稳定后，再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时，最大落距不宜大于1m，用柴油锤时，应使锤跳动正常。在打桩过程中，遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理。

某工地预制桩被挤断的照片,一个承台六根桩,有四~五根桩断掉,锤第二根桩挤断第一根,锤第三根挤断第二根桩

⑶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。

⑷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。

⑸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。（三）打(沉)桩控制1.位于一般土层的摩擦桩，以控制桩设计标高为主，贯入度作为参考。2.位于坚硬、硬塑的粘土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层的端承桩，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。3.当贯入度已达到，而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值。4.打桩时，如控制指标已符合要求，而其它的指标与要求相差较大时，应会同有关单位研究处理。（三）打(沉)桩常见问题及处理措施1.桩顶位移或上升涌起2.桩顶、桩身被打坏3.桩身倾斜4.沉桩达不到设计控制要求5.桩急剧下沉措施：１预钻孔沉桩2设置袋装砂井或塑料排水板3挖防振沟4采用合理的打桩顺序、控制打桩速度5设置隔离板桩或地下连续墙四、静压力桩施工

静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。五、水冲法桩施工六、振动法沉桩2.2混凝土灌注桩施工

灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺.

一、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，勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔，亦有用人工挖孔的。1、螺旋钻机成孔灌注桩2、人工挖孔灌注桩二、泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)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；冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。

泥浆护壁成孔灌注桩施工现场

泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺

⑴埋设护筒护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止塌孔的作用。

⑵泥浆制备护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。bac⑶成孔方法：泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有冲击钻成孔法a、冲抓锥成孔法b和潜水电钻成孔法c三种(下图）。桩定位，图中的孔为超前钻的孔冲孔桩开始施工冲击成孔

⑷安放钢筋笼

灌注桩钢筋冷挤压连接焊吊筋，防止浇筑砼时钢筋笼上浮三、套管成孔灌注桩1、工艺流程

套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴（下图）的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管时，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。下图为沉管灌注桩施工过程示意图。活瓣桩尖1—桩管；2—锁轴；3—活瓣沉管灌注桩施工过程a）就位；b）沉套管；c）初灌混凝土；d）放置钢筋笼、灌注混凝土；e）拔管成桩2、沉管的方法⑴锤击沉管锤击灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管，关闭活瓣或对准预先设在桩位处的预制混凝土桩靴，套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳，以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管，压进土中。套管上端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否在一垂直线上，套管偏斜不大于0.5%时，即可起锤沉套管。先用低锤轻击，观察后如无偏移，才正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，并检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。套管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，不宜拔管过高。拔管时应保持连续低锤密击不停。单打法复打法

⑵振动沉管振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管。施工前，先安装好桩机，将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，勿使偏斜，即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小，同时利用振动锤自重在套管上加压，套管即能沉入土中。单振法复振法反插法3、套管成孔灌注桩常遇问题和处理方法a颈缩颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。原因：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。当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。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50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。b断桩

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。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。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。c吊脚桩

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