桩基础工程课件

桩基础工程课件第一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

第二章桩基础工程

本章提要

本章内容包括建筑工程中常见的预制桩灌注桩系列施工工艺。系统介绍了钢筋砼预制桩锤击沉桩、泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩的施工工艺；着重分析了常见质量问题及产生的原因与预防措施，提出了安全技术及环境保护的要求和措施。简要介绍了静力压桩、射水沉桩、干作业成孔灌注桩、爆扩桩、大直径扩底灌注桩等工艺原理。第二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

学习要求（1）了解钢筋砼预制桩的制作、起吊、运输、堆放要求，静力压桩、射水沉桩的施工方法。（2）掌握锤击沉桩的施工工艺，桩锤选择、打桩顺序确定要求，质量问题产生的原因与质量保证技术措施；熟悉环境影响及解决办法。（3）熟悉泥浆护壁成孔灌注桩、套管成孔灌注桩的工艺原理和施工要点，常见质量问题及预防措施。（4）了解干作业成孔灌注桩、爆扩桩、大直径扩底灌注桩的施工方法。第三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

概述一般多层建筑物大多采用天然地基浅基础，它造价低、施工简便。如果天然地基土层较弱，可采用“挖、换、填、夯、压、挤、拌”等方法加固成人工地基。如果软弱土层深厚、上部结构荷载大，或对沉降和稳定有严格要求时，则需采用深基础。桩基础：深基础，由桩和承台（一般是低承台）组成。单就施工方法而言，桩分为预制桩和灌注桩两大类。预制桩：工厂或施工现场预制，运至桩位处，经锤击、振动、静压或水冲等工艺设置就位。预制桩可以是钢筋砼桩、木桩或钢桩等。灌注桩：直接在设计桩位成孔，下放钢筋笼（也有直接插筋或省缺钢筋的）、灌注砼成桩。根据成孔方法不同，可分为钻孔、沉管成孔、挖孔及冲孔等工艺。第四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

预制桩：钢筋砼预制桩、钢桩两类。

1．钢筋砼预制桩—实心方桩和预应力管桩特点：能承受较大的荷载、沉降变形小、施工速度快，工程中广泛应用。简况：实心方桩截面边长一般为200mm~600mm。单根桩的最大长度，一般在27m以内，30m以上的桩，须分段预制、接长。预应力管桩在工厂采用成套钢管胎膜用离心法生产，大大减轻桩的自重。桩外径多为400mm~500mm，壁厚为80~100mm,每节长度8m、10m、12m不等，桩段之间可用焊接或法兰螺栓联接，首节桩底端可设桩尖，亦可开口。

2．钢桩有钢管桩、H型钢桩及其他异型钢桩，一般在工厂制作。以下内容着重于预制钢筋砼实心方桩加以介绍。第一节(2.1)预制桩施工第五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.1.1预制桩的制作、起吊、运输和堆放

1．制作（1）方法并列法、间隔法、叠浇法、翻模法等，现场多采用叠浇法、间隔制作。

（2）制作程序现场布置→场地平整→浇地坪砼→支模→绑扎钢筋，安装吊环→浇筑桩砼→养护至30%强度拆模，支上层模，涂刷隔离层→重叠生产浇筑第2层桩→养护→起吊→运输→堆放→沉桩。（3）制作要求场地应平整、坚实，避免不均匀沉降。重叠层数≤4层。水平方向可采用间隔施工方法，桩与桩、桩与底模间应涂刷隔离剂，防止粘结。上层桩或邻桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%以后方可进行。主筋宜对焊连接，接头位置应相互错开。桩尖一般用钢板或粗钢筋制作，与钢筋骨架焊牢。桩顶设置钢筋网片，上下两端一定范围内的箍筋应加密。如图2-0。预制桩一般从通用图集中选取。第六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-0预制桩构造示意（a）预制方桩；b）管桩第七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

砼不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低C20），机械搅拌及振捣，由桩顶向桩尖连续浇筑，一次完成，严禁中断，洒水养护时间不少于7天。桩的制作偏差见表2-1。

2．起吊（1）强度：砼达设计强度的70%方可起吊；达到100%方可运输和打桩。如提前起吊，必须作强度和抗裂度验算，有保证措施。（2）吊点：桩抗弯能力低，起吊弯距是控制纵向钢筋的主要因素。起吊和搬运时，须平稳，不得损坏，吊点按起吊弯矩最小（或正负弯距相等）原则定。如无吊钩，捆绑钢丝绳与桩之间应加衬垫，以免损坏棱角。第八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-1桩的合理吊点位置（a）一点起吊（b）二点起吊（c）三点起吊第九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

3．运输打桩前，桩从制作处运到现场以备打桩，可根据打桩顺序随打随运，尽可能避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可直接用起重机吊运；当运距较大时，可采用大平板车或轻便轨道平台车运输。

4．堆放场地平整、坚实，排水畅通。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；对不同规格、不同材质的桩应分别堆放。第十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.1.2预制桩沉桩

方法：锤击法、振动法、静压法及水冲法等，以锤击法与静压法应用较多。

2.1.2.1锤击法

1．打桩设备桩锤、桩架及动力装置，选择时主要考虑桩锤与桩架。

（1）桩锤对桩施加冲击，打桩入土的主要机具。有落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等几种。

A．落锤卷扬机提起桩锤，后自由下落，夯击桩顶，使之入土。特点：落锤为铸铁块，重0.5～2.0t，构造简单，使用方便，费用低，但施工速度慢，效率低，桩顶易坏。适用：小直径钢筋砼预制桩或小型钢桩，软土层中应用多。第十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

B．汽锤以蒸气或压缩空气为动力进行锤击，前者需要配备一套锅炉设备对桩锤外供蒸汽。根据工作情况分为：单动汽锤与双动汽锤。单动汽锤：常用锤重为3~10t，冲击体只在上升时耗用动力，自重下降；冲击力较大，锤击数为25~30次/m，效率较高，能打各种桩。双动汽锤：一般重1~7t，其外壳（汽缸）固定在桩头上，锤在外壳内上下运动。冲击体的升降均由蒸汽或压缩空气推动。冲击次数100~200次/m，效率高。宜打各种桩，还可用于拔桩、打斜桩及水下打桩。第十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-2-1单动汽锤

图2-2-2双动汽锤

1—汽缸；2—活塞；3—活塞杆；

4—桩；5—活塞上部空腔

1—桩帽；2—汽缸；3—活塞；

4—活塞杆；5—进汽阀图2-3柴油锤构造示意

1—汽缸；2—油箱；3—活塞；4—储油箱；5—油泵；6—杠杆；7—环型头；8—接管；9—锤脚；10—顶尖第十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

C．柴油锤原理：利用柴油燃烧爆炸，推动锤体往复运动打击桩体。按构造分：筒式、活塞式和导杆式，重0.3~10t。特点：体积小、锤击能量大、打桩迅速，锤击次数40~80次/m，效率高。适用：常用于各类桩及各种土层，但不适于硬土和松软土作业。在过软的土中由于贯入度过大，燃油不易爆发，桩锤不能反跳，中断工作。由于振动、噪声、废气污染等公害，在城市中施工受到一定限制。第十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

D．液压锤分类：单作用液压锤和双作用液压锤。前者，冲击缸体通过液压装置提升后快速释放，自由下落打击桩体；后者，以液压驱使下落，冲击缸体能获得更大加速度、更高的冲击速度与冲击能量，因此，每一击能获得更大的贯入度。特点：液压锤具有很好的工作性能，且无烟气污染、噪声较低，软土中起动性比柴油锤有很大改善，但结构复杂、维修保养工作量大、价格高、作业效率比柴油锤低。第十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六桩锤选择：是关键！一选锤的类型，二选锤的重量。锤击应有足够的冲击能量，锤重应大于或等于桩重，实践证明，当锤重大于桩重的1.5~2.0倍时，效果比较理想。桩锤过重，易将桩打坏。桩锤过轻，锤击能很大一部分被村身吸收，回跃严重。施工中多采用“重锤轻击”方法，落距小、频率高，不易产生回跃与桩头受损，桩容易入土。锤重可参考表2-1进行选择。

（2）桩架作用：支持桩身、悬吊桩锤，引导桩和桩锤的方向，控制垂直偏差，还能起吊并小范围内移动桩。

A．桩架类型按行走方式：滚管式、轨道式、步履式及履带式等四种。第十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

1）滚管式桩架靠两根滚管在枕木上滚动及桩架在滚管上滑动完成其行走及位移。优点：结构比较简单、制作容易、成本低；缺点：平面转向不灵活、操作复杂。

2）轨道式桩架采用多电机分别驱动、集中操纵控制，能吊桩、吊锤、行走、回转移位，导杆能水平微调和倾斜打桩，并装有升降电梯为打桩人员提供良好的操作条件。但只能沿轨道开行，机动性能较差，施工不方便。

3）步履桩架通过两个可相对移动的底盘互为支撑、交替走步的方式前进，也可360度回转，不需铺设轨道，移动就位方便，打桩效率高。

4）履带式桩架以履带式起重机为底盘，增加立杆与斜杆用以打桩。具有垂直度调节灵活、稳定性好、装拆方便、行走迅速、适应性强、施工效率高等优点。适于各种预制桩和灌注桩施工，是目前常用的桩架之一。第十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

B．桩架的选择桩架选择应考虑下述因素：

1）桩的材料、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）桩锤的型式、尺寸及重量；

4）现场施工条件、打桩作业空间及周边环境；

5）施工工期及打桩速率。桩架的高度必须适应施工要求，它一般等于桩长+滑轮组高度+桩锤高度+桩帽高度+起锤移位高度（取1~2m）。第十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.打桩施工准备工作：清除障碍物，平整场地，定位放线，水电安装，安设桩机，确定打桩顺序等。桩基轴线定位点，应设在打桩影响之外，水准点至少2个以上。依据定位轴线，将图上桩位一一定出，并编号记录在案。

（1）打桩顺序打桩顺序合理与否，影响打桩速度、打桩质量及周围环境。通常有：由一侧向单一方向、自中间向两个方向、自中间向四周等。应结合地基土的挤压情况、桩距大小、桩机性能及工作特点、工期要求等因素综合确定。此外，根据设计标高及桩的规格，宜先深后浅、先大后小、先长后短，以减小后打桩对已打桩的影响。第十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-5打桩顺序（a）由一侧向单一方向；（b）自中间向两个方向；（c）自中间向四周

打桩导致土壤挤压。当桩的中心距大于或等于4倍桩径或边长时，打桩顺序与土壤的挤压关系不大，采用何种打桩顺序相对灵活。而当桩的中心距小于4倍桩径或边长时，挤土不均会很明显。如采用一侧向单一方向打桩，虽然桩机移动方便，作业效率高；但第二十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六它会使土壤向一个方向挤压，使后续桩难以入土，出现多种问题，无法保证桩基质量，特别是导致建筑物的不均匀沉降。若施工区毗邻建筑物或地下管线，应由被保护的一侧向另一方向施打，避免建筑物开裂或管线破裂。由于已打桩要预留一段在地面以上，影响了桩机的前进，因此，桩机移动一般是随打随后退。（2）打桩工艺打桩施工是确保桩基工程质量的重要环节。主要工艺过程如下：

场地准备→桩位确定→桩机就位→吊桩锤和桩帽→吊桩和对位→校正垂直→自重沉桩入土→固定桩帽和桩锤→校正垂直→打桩→接桩→送桩→截桩等。第二十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六吊桩：将桩垂直对准桩位中心，缓缓送下，插入土中。垂直偏差不得超过0.5%。然后固定桩帽和桩锤，使桩/桩帽/桩锤在同一铅垂线上。桩锤和桩帽间应加弹性衬垫，一般可用硬木、麻袋、草垫等。桩帽或送桩管与桩周围应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。打桩：宜“重锤低击”。刚开始，桩重心较高，稳定性不好，落距应较小，待桩入土至一定深度（约2m）且稳定后，再按规定的落距连续锤击。打桩不宜中断，否则，土固结而致桩难以打入。用落锤或单动汽锤时，最大落距不宜大于1m；用柴油锤时，应使锤跳动正常。打桩过程中，遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、位移时有严重回弹、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。如桩顶标高低于自然地面，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。第二十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

打桩过程中，应做好沉桩记录，以便验收。

（3）接桩接长方法：焊接法、浆锚法以及法兰接法三种.1）焊接法：应用最多。接桩时，上下节桩垂直无误后，先将四角点焊固定。施焊时，应两人同时于对角对称进行，防止不均匀焊接变形，焊缝应连续饱满。上、下桩段间如有空隙，应用铁片填实焊牢。接长后，中心线偏差不得大于10mm，节点弯曲矢高不得大于1‰桩长。2）法兰接法：是用法兰盘和螺栓联结，接桩速度快，多用于预应力管桩。3）浆锚法：上节桩预留锚筋、下节桩预留锚筋孔（孔径为锚筋的2.5倍），接桩时，上下正对，将熔化的硫磺胶泥注满锚筋孔和接头平面，然后将上节桩落下即可。该法对抗震不利，一级建筑桩基或承受上拔力的桩应谨慎选用，仅适用于软土层。第二十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-7法兰接桩节点构造

图2-8浆锚法接桩节点构造图2-6焊接法接桩节点构造1—法兰盘；2—螺栓；3—螺栓孔

1—主筋；2—锚筋孔1—4L50×5长200（拼接角钢）2—4-100×300×8（联结角钢）3—4L63×8长150（与立筋焊接）4—¢12（与L63×8焊）；5—主筋

第二十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

（4）打桩的质量控制1）质量检查内容：沉桩过程中每米进尺的锤击数、最后1m锤击数、最后三阵贯入度及桩尖标高、桩身垂直度以及桩位。2）打桩停锤的控制原则：摩擦桩：以设计标高控制为主，最后贯入度（最后三阵，每阵十击的平均入土深度，前提条件是打桩作业居与正常）为辅。端承桩：以最后贯入度控制为主，而桩端标高仅作参考；如贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值加以确认，必要时应通过实验或与有关单位会商确定。3）偏差控制：垂直允许偏差应在1%之内，平面位置允许偏差不得超过表2-3规定。（5）打桩对周围环境的影响及其防治不良影响主要有：挤土效应、噪声和振动等。第二十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

A．挤土效应：是指沉桩时，土体中产生很高的超孔隙水压力和土压力，使之侧向位移和向上隆起，使附近建筑物和市政管线发生变形，严重时甚至发生开裂或倾斜的严重事故。可采取的措施如下：1）预钻孔沉桩：可减少地基土变位30~50%，减少超孔隙压力值40~50%，孔深一般为1/3~1/2桩长，直径比桩径小50~100mm；2）砂井排水（查地基处理）：设置袋装砂井或塑料排水板以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井的直径一般为70~80mm，间距1~1.5m，深度10~12m。如采用塑料排水板，间距及深度也类似；3）采用井点或集水井降水：减小超孔隙水压力；4）选择合理的打桩设备、控制打桩速度和顺序，采用重锤轻击以及先开挖基坑后沉桩；第二十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

5）设置防挤防渗墙：采用钢板桩、地下连续墙等

B．振动：会导致相邻建筑物开裂、已沉桩上浮等危害。

可采取的措施如下：1）开挖防振防挤沟：防振沟一般宽0.5~0.8m，深度以沟边坡稳定考量，宜超过被保护物的埋深，该方法可以与砂井排水等结合使用；2）在桩锤与桩顶间加设特殊缓冲垫材或缓冲器；3）选用合理的桩锤，打桩顺序正确，打桩速度均匀，避免长时间中断作业；4）采用预钻孔、水冲、静压法相结合的工艺；5）设置减振壁（隔振设施）：深度为4~5m，壁厚为500~600mm，距沉桩区5~15m处，可减少振动1/3~1/10；第二十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

C．沉桩噪声：危害程度取决于音压的大小，住宅区应控制在70~75dB，工商业区可控制在70~80dB；当沉桩区音压高于80dB时，应采取减少噪声的防护措施。1）控制噪声源：如选用适当的沉桩方法和设备，改进桩帽、垫材以及夹桩器；2）采用消声罩将桩锤封隔起来；3）采用遮挡防护，遮挡壁高度一般以15m左右较为经济合理；4）时间控制防护：如午休和夜间停止沉桩，确保住宅区居民的正常生活和休息。第二十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.1.2.2静力压桩工艺原理：静力压桩是利用桩机自重及配重平衡沉桩阻力，在静压力的作用下将桩压入土中。特点及适用：施工中无振动、噪声、无空气污染；广泛应用于建筑、地下管线较密集的地区，但它一般只适用于软弱土层。静力压桩机分为：机械式与液压式两种，前者只用于压桩，后者既能压桩也可拔桩。第二十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-9机械式压桩

图2-10液压式压桩机

1—活动压梁；2—油压表；3—桩帽；4—上桩段；5—配重；6—底盘;7—轨道；8—预留锚筋；9—锚筋孔；10—导笼口；11—操作平台；12—卷扬机；13—滑轮组；14—桩架导向笼

1—操作室；2—桩3—支腿平台：4—导向架：5—配重；6—夹持装置；7—吊装拔杆；8—纵向行走装置；9—向行走装置第三十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.1.2.3射水沉桩工艺原理：是锤击沉桩的一种辅助方法。它利用高压水流从桩侧面或空心桩内部的射水管冲击桩尖附近土层，减少沉桩阻力。一般是边冲边打，在沉入最后1~2m时停止射水，用锤击至设计标高，以保证桩的承载力。适于：砂土和碎石土。

2.1.2.4振动沉桩工艺原理：是将桩与振动锤连接在一起，利用振动锤产生高频振动，激振桩身振动土体，使其内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。特点：振动沉桩施工速度快、使用维修方便、费用低，但其耗电量大、噪声大。适用：软土、粉土、松砂等土层，在硬质土层中不易贯入。

第三十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-11射水管构造

1—送桩管；2—弯管；3—胶管；4—桩管5—射水管；6—导向环；7—挡砂板

图2-12振动沉桩机

1—电动机；2—传动齿轮；3—轴；4—偏心块；5—箱壳；6—桩第三十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六2.1.3预制桩常见的质量问题及处理常遇质量问题：断桩，浮桩，滞桩，桩身扭转或位移，桩身倾斜或位移，桩急剧下沉等，其分析及处理方法可参考表2-4。

第三十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六第二节(2.2)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（也有直接插筋或省缺钢筋的）、灌注混凝土而成。类型：根据成孔工艺分为，干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔和爆扩成孔等。新工艺：夯扩成管灌注桩、钻孔压浆成桩等。特点及适用：灌注桩能适应各种地层的变化，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪声小，宜在建筑物密集地区使用。但与预制桩相比，存在操作要求严格、质量不易控制，成孔时排出大量泥浆，桩需养护检测后才能开始下道作业等。第三十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.2.1干作业成孔灌注桩工艺原理：是利用成孔机具、在地下水位以上的土层中成桩的工艺。目前常用螺旋钻机成孔，它是利用动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片旋转削土，土块沿螺旋叶片上升排出孔外，如图2-13。钻头：是钻进取土的关键装置，常用的有锥式钻头、平底钻头、耙式钻头，如图2-14。锥式钻头适用于粘性土；平底钻头适用于松散土层，耙式钻头适用于杂填土，其钻头边镶有硬质合金刀头，能将碎砖等硬块削成小颗粒。全叶片螺旋钻机成孔直径一般为300~600mm，钻孔深度8~12m。适用：粘土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层等土质。第三十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

主要施工要求：操作时要求钻杆垂直稳固、位置正确。应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。如发现钻杆摇晃或难以钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查排除。钢筋笼应一次扎好，小心放入孔内，防止孔壁塌土，并再次测量虚土厚度。混凝土应连续浇筑，每次浇筑高度控制在1.5m以内。第三十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-13步履式螺旋钻机

图2-14螺旋钻头

1—立柱；2—螺旋钻；3—上底盘；4—下底盘；5—回转滚轮；6—行车滚轮

（a）锥式钻头；（b）平底钻头；（c）耙式钻头

1—螺旋钻杆；2—切削片；3—导向尖；4—合金刀第三十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六2.2.2泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程：如图2-15所示。工艺原理：是利用原土自然造浆或人工造浆护壁，通过泥浆循环将被切削的土渣排除而成孔，再吊放钢筋笼，水下灌注混凝土成桩。不论地下水高或低的土层皆适用。

2.2.2.1施工要点1．埋设护筒护筒作用：固定桩位、钻头导向、保护孔口、维持水头、防止塌孔及地面水流入等。护筒设置：4~8mm厚钢板制成，内径应比钻头直径大10cm以上。设在桩位处，常用挖埋法埋设，深度：粘性土不宜小于1.0m；砂土：中不宜小于1.5m。孔口处用粘土密实封填。筒顶高出地面0.2~0.3m，泥浆面应保持高出地下水位1.0m以上。第三十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2．护壁泥浆泥浆作用：在桩孔内会吸附在孔壁上，甚至渗透进周围土孔隙中，避免内壁漏水，具有保持孔内水压稳定、保护孔壁、防止塌孔、排出土渣的作用。泥浆制备：制备泥浆—是由高塑性粘土或膨润土和水拌和的混合物，还可掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。自造泥浆—粘土中钻孔，可采用清水钻进原土自造泥浆护壁；砂土中钻孔，则注入制备泥浆。泥浆密度：注入的泥浆相对密度控制在1.1左右，排出泥浆的相对密度宜为1.2~1.4。第三十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

图2-15泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程图：

供泥

供水设泥浆池制备泥浆泥浆循环清渣

排渣

测定桩位埋设护筒桩机就位成孔清孔测量钻孔深度测量淀淀厚度安放钢筋骨架浇筑水下混凝土钻机移位混凝土养护清理桩头下入导管组装测试制钢筋笼输送混凝土制钢筋笼3．成孔机械：回转钻机、冲击钻、潜水钻机等，以前者应用最多。第四十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

（1）回转钻机成孔工艺原理：由动力装置带动钻机回转装置转动，可多档调速或液压无级调速，带动带有钻头的钻杆强制旋转，钻头切削土层成孔。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。按泥浆循环方式的不同，分正循环回转钻机和反循环回转钻机。正循环工艺：泥浆或高压水由空心钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入沉淀池，沉渣后的泥浆循环使用。该法是依靠泥浆向上的流动排渣，其提升力较小，孔底沉渣较多。反循环工艺：泥浆带渣流动的方向与循环工艺相反。启动砂石泵，在钻杆内形成真空，土渣被吸出流入沉淀池。反循环工艺由于泵吸作用，泥浆上升的速度较快，排渣能力大；但对土质较差或易塌孔的土层应谨慎使用。特点：设备性能可靠、噪声和振动较小、钻进效率高、钻孔质量好。适用：松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等多种地质条件，广泛比较应用。第四十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-16正循环成孔工艺

图2-17反循环成孔工艺

1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置

第四十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

（2）潜水钻机成孔工艺原理：潜水钻机是一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连一起，加以密封，下放至孔内水中切土成孔。采用正循环工艺注浆、护壁和排渣。适用：淤泥、淤泥质土、粘性土、砂土及强风化岩层，不宜用于碎石土。

（3）冲击钻机成孔工作原理：冲击钻机成孔是用动力将冲锥式钻头提升到一定高度，后自由下落，来冲击切削岩层，然后用淘渣筒排除渣浆。适用：岩层、卵漂石、砾石等岩土。第四十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-18潜水钻机示意图

图2-19冲击钻机示意图

1—钻头；2—潜水钻机；3—钻杆；4—护筒5—水管;6—卷扬机；7—控制箱

1—滑轮；2—主杆；3—钻头；4—斜撑；5—卷扬机；6—垫木第四十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六4．清孔清孔方法：钻孔达设计标高后，应测量沉渣厚度，立即组织清孔。以原土造浆的钻孔，清孔可用射水法，同时钻头只转不进，至泥浆相对密度降到1.1左右；注入制备泥浆的钻孔，采用换浆法清孔，至换出泥浆的相对密度降到1.15~1.25，即认为清孔合格。孔底剩余沉渣厚度控制：对端承桩不大于50mm；对摩擦端承桩及端承摩擦桩不大于100mm；对摩擦桩不大于300m。块状石子排除：孔底余留的卵石、碎石，可在转盘上焊绕网状钢丝绳，使钻具原位转动，石块便上升到绳网上面，提升钻杆即可排除。

5．浇筑混凝土清孔后，尽快吊放钢筋笼并水下浇筑砼（或插入钢筋）。浇筑高度超过桩顶设计标高约500mm，以便在凿除浮浆层后，保证桩顶标高和质量。质量控制：应避免出现夹渣、夹层、颈缩、断桩等质量问题；垂直度及平面位置偏差要按照规范的要求进行控制。第四十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六第四十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六2.2.3套管成孔灌注桩新工艺和桩型：（1）无桩靴夯扩灌注桩（2）多分支承力盘灌（3）钻孔压浆灌注桩

注：更多内容详本节后套管成孔灌注桩工艺原理：利用锤击沉管法或振动沉管法，将带有活瓣的钢制桩靴（图2-20）或钢筋砼预制桩尖的钢套管沉入土中，吊放钢筋笼，然后，灌注混凝土并分段拔管而成。分类：传统工艺按照设备不同，分为：

（1）锤击沉管灌注桩：用锤击法沉、拔管；（2）振动沉管灌注桩：用激振器沉、拔管。问题：两种方法的区别？工艺过程：示意图2-21第四十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-21套管成孔灌注桩工艺

（a）就位；（b）沉套管；（c）初灌砼；（d）吊放钢筋笼，灌注砼；（e）拔管成桩1—钢管；2—砼桩靴；3—桩第四十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六施工方法：单打法、复打法

单打工艺原理：（1）施工时，用桩架起吊钢套管，对准预埋在桩位处的活瓣桩尖（关闭活瓣）或钢筋砼预制桩尖。（2）套管与预制桩尖接触处垫以麻、绳等，防止水、泥渗入管内。（3）缓慢下放套管，自重压入土中。（4）套管顶端扣上桩帽，检查套管与桩锤是否共垂线，套管偏斜小于0.5%时，即可起锤沉套管。

（5）先低锤轻击，如无偏移，即正常施打，直至设计要求的贯入度或标高。（6）检查管内无泥浆或水进入，即可灌注砼。套管内砼应尽量灌满，然后开始拔管。管内砼应始终略高于地面。拔管要求：要均匀，保持连续低锤密击，不宜拔管过高。应控制拔管速度，对一般土层，不宜大于1m/min；在软弱土层或软硬土层交界处，控制在0.8m/min以内。随时观察砼落下的扩散情况，直到全管拔出为止。2.2.3.1锤击沉管灌注桩第四十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

砼达到设计强度的50%以上方可施打，防止因挤土与振动使桩桩桩身断裂。否则，立即复打或拔出重打。如果发现质量问题，可及时复打处理！复打作用：复打分全长复打和局部复打两种。是为了改善灌注桩的质量（如有质量问题）、扩大桩径和提高承载能力。复打工艺：在第一次灌注桩施工完毕（单打），拔出套管后，及时清除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位安好桩尖和套管，进行复打，使未凝固的砼向四周挤压扩大桩径，然后第二次浇注砼。拔管方法与单打相同。复打要求：前后两次沉管的轴线应重合；复打必须在第一次灌注的砼初凝之前进行；如属配筋桩，钢筋笼应在第二次沉管后灌注砼之前就位。施工记录：施工中应做好施工记录，包括：每米的锤击数和最后1m的锤击数，最后3阵，每阵10击的贯入度及落锤高度。适用：一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基。第五十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

2.2.3.2振动沉管灌注桩工艺原理：大多采用激振器（振动锤）沉管，其设备如图2-23，激振器、套管、活瓣桩尖可依次联结在一起，利用滑轮组能够整体提升（故能拔管和反插施工）。施工时，先安装好桩机、活瓣桩尖（关闭活瓣）或钢筋砼预制桩尖，对准桩位，徐徐放下套管，压入土中，开动激振器沉管。套管受到锤击压力作用，同时受振后与土体之间摩阻力减小，因此，能入土成孔。适用范围：除与锤击沉管灌注桩相同外，还包括稍密及中密的碎石土地基。沉管要求：严格控制最后两分钟的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩和当地的施工经验确定。施工方法：单打法、复打法或反插法！单打法：施工时，在沉入土中的套管内灌满砼，开动激振器，振动5~10s，开始拔管，边振边拔，每拔0.5~1m，停拔振动5~10s，如此反复，直至套管全部拔出。拔管速度：一般土层宜为1.2~1.5m/min，软弱土层中，宜为在0.6~0.8m/min。第五十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期六图2-23振动沉管设备示意图

1—振动器；2—漏斗；3—桩管；4—吊斗；5—枕木；6—机架；7—架底；8—卷扬机第五十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期六复打法：施工与锤击沉管灌注桩相同。反插法：施工时，套管内灌满砼后，先振动再开始拔管，每拔高度0.5~1.0m，向下反插深度0.3~0.5m。如此反复，并始终保持振动，直至套管全部拔出。在拔管过程中，应分段添加砼，保持管内砼面高于地面或地下水位1.0~1.5m，拔管速度应小于0.5m/min。反插法作用：能扩大桩径，使砼密实，从而提高桩的承载能力，适用于较差的软土地基。

2.2.3.3新型灌注桩（简介）

一、无桩靴夯扩灌注桩在普通锤击沉管灌注桩的基础上改进而成。

1、工艺特点在桩管内增加一根与外管等长的内夯管，内径小于外管。内夯管上端固定在柴油锤下部，下端用钢板封底。为止淤封底，另设一与外管同直径、高约13cm的加颈圈，以加长外管，从而在外管底部形成一个13cm的空腔，填充与桩身砼同等级的干砼，作为“软桩靴”以代替砼预制桩尖。锤击过程中，干砼受高压而形成致密的隔水层（所以能止淤封底）。干砼止淤封底是否可靠是成桩关键！利用内夯管能将桩端夯压成扩大头；在压密砼的同时，可使水泥浆压入桩侧土壤。第五十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期六2、优点设备简单，上马快，操作方便，可消除一般灌注桩的质量弊病；单桩承载能力可达1100KN，工程造价比一般砼灌注桩降低30-40%。同时能增大桩端支承面积，大大提高桩承载力，质量得以保证。

3、适用一般粘性土、淤泥质土、黄土、硬粘性土、有无地下水均可。国内外已有大量运用。

二、多分支承力盘灌注桩

1、工艺特点

在普通砼灌注桩的基础上根据承载能力要求，在桩身下部增加1-3道承力盘，在中部增加多个对称分支而成。

分支与承力盘的形成：普通方法成桩，用吊车吊入专用分支器，自上而下在设计分支部位，通过液压泵加压使分支器下端扩成伞形，对局部孔壁加压形成分支。在同一深度将分支器旋转45度连续压4次即成盘。

2、特点

（1）单桩承载力高，每立方米砼承载力fk＞350kN，为普通灌注桩的2-5倍，预制桩的８倍；（2）具有良好的承压和抗水平冲剪及抗拔能力，同等承载力下，桩长仅及普通灌注桩的1/-1/3，可节省20-30%的材料；

第五十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

（3）通过压分支，使地基强度大大提高，为天然地基的5-8倍，桩的持力层可不需落到坚硬土层或岩层；

3、优点施工速度快，成本低，缩短工期30%，节省资金15-30%；机械化程度高，操作维修方便。

4、适用粘性土、砂土、软土，有无地下水均可。国内已有大量运用。

三、钻孔压浆灌注桩（可略）

1、成孔采用长臂螺杆钻机钻孔，在钻杆纵向设有一个从上到下的高压灌注水泥浆系统（压力10-3-MPa），成孔达设计深度后，用压浆泵通过钻杆的芯管自孔底由下而上压注水泥浆；注浆同时，慢慢将钻杆提离地面，放入钢筋笼；插入一根直通孔底的压力注浆塑料管或钢管，向孔内投放粒径2-4cm碎石或卵石直至桩顶。再自孔底向上通过塑料管进行多次高压补浆，至浆液溢出孔口为止。

2、特点桩体致密，单桩承载能力高（为一般灌注桩的1.5-2倍），不用泥浆护壁，不需清孔，避免质量通病发生等。第五十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期六2.2.3.3常见质量问题及处理

1.断桩一般常见于地面下1～3m的软硬土层交接处。其裂痕呈水平或略倾斜，一般都贯通整个截面。产生原因：（1）桩距过小，邻桩施打时土的挤压所产生的水平横向推力和隆起上拔力的影响；（2）软硬土层间传递水平力大小不同，在交接处使桩受到较大的剪应力；（3）桩身砼终凝不久，强度弱，承受不了外力的影响。如：浅部土质松软，载重机动车辆行走碾压施工不久的桩体。避免断桩的对策：（1）桩的中心距宜大于3.5倍桩径；（2）打桩顺序合理（消除挤土不均或减少桩架行走与移动对新打桩的影响）；（3）采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响。断桩检查：

（1）在2～3m深度内可用木锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振。（2）动测法检测，用波形曲线和频波曲线图形判断桩的质量与完整程度。第五十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

断桩处理：将断桩段拔出，将孔清理干净后，略增大面积或加上铁箍联接，再重新灌筑砼补做桩身。

2．缩颈缩颈桩又称瓶颈桩，桩身局部范围截面缩小。产生原因：（1）在含水量大的粘性土中沉管时，土体受强烈扰动和挤压，产生很高的孔隙水压力，桩管拔出后，水压力便作用到新灌筑的砼桩上，使桩身发生颈缩现象；（2）拔管过快，砼量少或和易性差，使砼出管时扩散能力差等。处理措施：施工中应经常测定砼落下情况，发现问题及时纠正，一般可用复打法处理。

3．吊脚桩即桩底部砼隔空或砼中混进泥砂而形成松软层。

产生原因：预制钢筋砼桩尖强度不够，沉管时被破坏变形，水或泥砂进入桩管；或桩尖活瓣未及时打开。

处理措施：将桩管拔出，纠正桩尖或用砂回填桩孔后重新沉管。第五十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

4．桩管进水进泥

发生位置：常在地下水位高、饱和淤泥或粉砂土层中。产生原因：为桩尖活瓣闭合不严、预制钢筋砼桩尖被打坏或活瓣变形。

防治措施：拔出桩管，清除泥砂，整修桩尖活瓣，用砂回填后重打。地下水位高时，可等桩管沉至地下水位时，先灌入0.5m厚的水泥砂浆封底，再灌1m高混凝土增压，然后再继续。

5.桩位偏移产生原因：

放线定位错误或偏差过大；地下障碍物阻碍；软土地层中的群桩挤土效应；预埋桩尖被机动车行走压偏；桩机对位不准，桩管不垂直；现场地面不平整，使桩机机架歪斜；地面土质软弱，起拔桩管时，使桩机头部下陷而致桩管倾斜。防治措施：

（1）认真审阅图纸，复核桩位；（2）每日开工前应再根据基准轴线引点复核桩尖位置；（3）发现并排除浅部地下障碍物，深处无法排除者，应该提请修改设计桩位或进行加固补强；控制好桩管垂直度等。

6.其他问题桩砼强度低、砼离析、钢筋笼标高不符、单桩承载能力不达设计等第五十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期六工艺原理：爆扩成孔灌注桩是先用钻机（如干作业成孔）或人工挖孔成孔，孔底安放炸药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形成扩大头，清孔，吊放钢筋笼，浇注混凝土制成桩，如图2-24。图2-24爆扩灌注桩示意图

2.2.4爆扩成孔灌注桩第五十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期六综述：可以爆扩成型的地下水位以上的或很少地下水的粘性土，中密和密实的砂质土、碎石及风化岩石层。桩长一般为3~6m，最大不超过10m。扩大头直径D为2.5~3.5d。桩端爆扩大头能使桩的承载能力明显提高。具有成孔简单、节省劳力和成本低等优点。但检查质量不便，施工质量要求严格。施工要点：

（1）炸药用量（2-1）式中D—扩大头直径（m）；C—硝铵炸药用量（kg），见表2.5；K—土质影响系数，见表2.6。

（2）安放药包把确定的炸药量用塑料布紧密包扎成球形药包，一般放两个雷管，用并联法与引爆线路连接；用绳将药包吊放在桩孔底面中心，然后在其上填盖15~20cm厚砂。

第六十页，共六十六页，编辑于2023年，星期六

（3）灌压爆混凝土及引爆压爆砼灌入量为扩大头体积的一半，混凝土坍落度在粘性土层中宜为10~12cm，在砂土及人工填土中宜为12~14cm，骨料直径不宜大于25mm；砼灌注完毕后，应立即引爆，时间间隔不宜超过30min，否则容易出现砼拒落事故。引爆顺序：桩距大于爆扩影响间距时，可采用单爆方式；当桩距小于瀑扩影响间距时，宜采用联爆方式；相邻桩扩大头不在