第二章 深基础工程(2)教材

第二章深基础工程2学时第一节

概述1.1浅基础的类型：浅基础：指基础埋置深度小于基础的宽度或小于5m深时的基础工程。按照受力状态不同分刚性基础和柔性基础。刚性基础：指用抗压极限强度比较大，而受弯、受拉极限强度较小材料所建造的基础。柔性基础：如钢筋混凝土基础，它抗压、抗弯、抗拉强度都很大。刚性基础不配置受力钢筋，但基础的宽高比B/H或刚性角α有一定限制即基础的挑出部分（从砖墙边缘至基础边缘）不宜过大。柔性基础需配置受力钢筋，基础宽度可不受宽高比的限制，主要用于建筑物上部结构荷载较大、地基较软的情况下。刚性基础柔性基础深基础----桩基础一.概述当天然地基土质不良，无法满足建筑物对地基变形和强度要求时，可采用桩基础。它是由若干根单桩组成，并在单桩的顶部用承台联结成一整体，如图2-10所示。作用：将上部建筑结构的荷载传递到深处承载力较大的土层上，或使软土层挤实，以提高土壤的承载力和密实度，保证建筑物的稳定和减少其沉降量。1.荷载传递的方式不同分类：（1）端承桩（2）摩擦桩2．按施工方法不同分类：（1）预制桩（2）灌注桩端承与摩擦桩区别受力不同：端承桩主要以桩尖阻力承担全部荷载，而摩擦桩主要靠桩身于土层的摩阻力承担全部荷载。施工控制不同：端承桩施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高作为参考。摩擦桩施工时以控制桩尖设计标高为主，贯入度可做参考。贯入度，指最后贯入度，施工中一般采用最后三次每击10锤的平均入土深度作为标准，由设计通过试桩确定。⑵按施工方法分类：锤击沉桩静力压桩振动沉桩水冲沉桩灌注桩干作业成孔泥浆护壁成孔套管成孔人工挖孔爆扩成孔预制桩

（3）按是否对地基土有挤密效果分类：

非挤土桩：干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；

部分挤土桩：长螺旋压灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H型钢桩；挤土桩：沉管灌注桩、沉管夯（挤）扩灌注桩、打入（静压）预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。第二节混凝土预制桩施工钢筋混凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中。特点：坚固耐久，不受地下水或潮湿环境影响，能承受较大荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层施工。钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型。钢筋混凝土预制桩有方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩。2.1制作、起吊、运输和堆放钢筋混凝土预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩的类型、成孔过程对土的挤压情况、地质探测和试桩等资料，制定施工方案。主要内容包括：确定施工方法，选择打桩机械，确定打桩顺序，桩的预制、运输，以及沉桩过程中的技术和安全措施较短的桩多在预制厂生产，较长的桩可在现场或现场附近制作。桩主筋应根据桩截面大小设计确定，主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内的数量，当采用闪光对焊和电弧焊时，不超过50%；同一根钢筋两个接头的间距应大于30d，并不小于500mm。预制桩箍筋直径为6～8mm，间距不大于200mm。预制桩骨架的允许偏差应符合规范的规定。混凝土的强度等级为C30～C40。现场制作混凝土预制桩时，混凝土浇筑应由桩顶向桩尖连续浇注捣实，一次完成，制作完后，养护的时间不少于7d。桩的起吊混凝土达到设计强度等级的70%后，方可起吊，达到设计强度等级的100%方可进行运输。桩在起吊时必须保证平稳，吊点位置和数目应符合设计规定（随桩长而异）。

桩的运输和堆放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，常用平板拖车，并且桩下要设置活动支座。经过搬运的桩，必须进行外观检查，如质量不符合要求，应视具体情况，与设计单位共同研究处理。桩的堆放场地必须平整坚实，垫木间距应根据吊点确定，并应设在同一垂线上，最下层垫木应适当加宽，堆放层数不宜超过四层。不同规格的桩，应分别堆放。2.2沉桩2.2.1锤击法锤击法是利用桩锤的冲击能量将桩沉入土中，锤击沉桩是钢筋混凝土预制桩最常用的沉桩方法。1.打桩设备及选择打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。桩锤—对桩施加冲击力，将桩沉入土中。桩架—将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求方向冲击。动力装置—提供沉桩的动力，包括启动桩锤用的动力设施，如卷扬机、锅炉、空气压缩机等。(1)桩锤的选择施工中常用的桩锤有：落锤、单动气锤、双动气锤、柴油锤和液压锤，其适用范围见(2)桩架的选择桩架的选择应考虑桩锤类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架高度一般按桩长+桩锤高度+滑轮组高+起锤移位高度+安全工作间隙等决定。常用的桩架有步履式桩架及履带式桩架两种。（1）步履式桩架如图2-12所示，液压步履式打桩机以步履方式移动桩位和回转，不需枕木和钢轨，机动灵活，移动方便，打桩效率高。（2）履带式桩架如图2-13所示，它以履带式起重机为底盘，并增加由导杆和斜撑组成的导架，性能比多功能桩架灵活，移动方便，适用范围较广。(3)动力装置打桩机械的动力装置是根据所选桩锤而定的。当采用空气锤时，应配备空气压缩机；当选用蒸汽锤时，则要配备蒸汽锅炉和绞盘。2打桩顺序的确定打桩顺序直接影响到桩基础的质量、施工速度及周围环境。 应根据桩的桩距大小、规格、长短、设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为：逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如图所示。当桩的中心距小于4倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打(图)，或由中间向四周施打当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设。bacd3打桩打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致。桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度(1～2m)稳定以后，再以规定落距施打。桩的施打原则是重锤低击，这样桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上，桩能较快地沉入土中。桩入土深度是否已达到设计位置，是否停止锤击，其判断方法和控制原则与桩的类型有关。

4打桩质量要求和测量记录端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。打(压)入桩(预制混凝土方桩、预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合表2.4的规定。表2.4预制桩(钢桩)桩位的允许偏差表2.5混凝土预制桩施工记录

2.2.2静力压桩静力压桩：利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工。广泛应用于闹市中心建筑较密集的地区。压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法；当第一节桩压入土中，其上端距地面1m左右时将第二节桩接上，继续压入。接桩的方法目前有三种：焊接法(图2.9)（应用最多）、法兰螺栓连接法、硫磺胶泥锚接法(图2.10)（对抗震不利，且仅用于软土层）。

2．静力压桩：是利用压桩机桩架自重和配重的静压力，将桩逐节压入土中。特点：节约钢筋、砼，降低造价，无噪音、无振动，对周围环境影响小。适用范围：软土地基、城市中心、建筑物密集处、精密工厂扩建等。压桩机械：机械式、液压式施工方法：分段压入L≤6m硫磺胶泥接桩3．振动沉桩：是利用振动箱的振动力将桩沉入土中。原理：偏心块→力传桩→桩传土→土松→

f↓→沉桩适用范围：粘土、松散砂土、软土，更适合打钢板桩。4．水冲沉桩：用高压水冲刷桩尖部土壤，减小桩下沉阻力。活动压梁油压表桩帽上段桩上段桩锚筋下段桩加压重物底盘轨道导笼口操作平台卷扬机加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼静力压桩机构造原理图全液压式静力压桩机压桩示意图第三节混凝土灌装桩施工钢筋混凝土灌注桩是直接在施工现场桩位上就地成孔，然后在孔内放入钢筋骨架浇注混凝土而成的桩。灌注桩根据成孔的方法不同，可分为干作业成孔，泥浆护壁成孔，套管成孔，爆扩成孔，人工挖孔等灌注桩。其适用范围如表2所示3.1干作业成孔灌注桩作业成孔灌注桩是先用钻机在桩位处进行钻孔，然后将钢筋骨架放入桩孔内，再浇筑混凝土而成的桩，如图2.11所示。螺旋钻开始钻孔时，应保持钻杆垂直，位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚土。在钻孔过程中，要随时清理孔口积土。如发现钻杆跳动，机架晃动，钻不进去或钻头发出响声时，说明钻机有异常情况，应立即停车，研究处理。当遇到地下水、塌孔、缩孔等情况时，应会同有关单位研究处理。当钻孔钻到预定深度后，先在原处空钻清土，然后停钻提起钻杆。桩孔钻成并清孔后吊放钢筋骨架,浇筑混凝土。混凝土浇筑时应随浇随振，每次高度不得大于1.5m。施工工艺：桩机就位→成孔→钢筋笼→浇砼→桩承台3.2泥浆护壁成孔灌注桩在地下水位较高的软土地区，采用干作业成孔灌注桩施工时往往造成成孔施工的困难，如塌孔、缩颈等质量事故，因此为保证成孔质量，需采用泥浆护壁措施，用泥浆保护孔壁防止塌孔和排出土渣形成桩孔。泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程，如图2-16所示。施工工艺：测定桩位→埋设护筒→桩基就位→成孔→清孔→

钢筋笼

→浇砼1.埋设护筒(1)护筒的作用固定桩孔位置，保护孔口，增加桩孔内水压，以防塌孔及成孔时引导钻头方向。(2)护筒的埋设埋设位置应准确稳定，护筒中心线与桩位中心线偏差不得大于50mm。护筒埋设应牢固密实，护筒与坑壁之间用粘土填实，以防漏水。护筒的埋设深度一般不宜小于1.0~1.5m。护筒顶面高于地面0.4~0.6m，并应保持孔内泥浆面高于地下水位1m以上，防止塌孔。当灌注桩混凝土达到设计强度25%以后，方可拆除护筒。2.制备泥浆（1）(1)护壁泥浆的作用泥浆在桩孔内吸附在孔壁上，将孔壁上空隙填塞密实，防止漏水，保持孔内的水压，可以稳固土壁，防止塌孔。泥浆具有一定的粘度，通过泥浆的循环可将切削下的泥渣悬浮后排出，起携砂、排土的作用。泥浆对钻头有冷却和润滑的作用，提高钻孔速度。(2)泥浆的制备在粘性土和粉质粘土中成孔时，采用自配泥浆护壁，即在孔中注入清水，使清水和孔中钻头切削来的土混合而成。在砂土或其它土中钻孔时，应采用高塑性粘土或膨润土加水配制护壁泥浆。2.制备泥浆（2）(3)泥浆的比重要求施工中应经常测定泥浆比重，并定期测定浓度、含水率和胶体率等指标，对施工中废弃的泥浆、渣应按环保的有关规定处理。名称粘土或粉质砂土或较厚夹砂层砂夹卵石或易塌孔土层比重1.1~1.21.1~1.31.3~1.53.成孔(1)潜水钻机成孔潜水钻机的工作部分由封闭式防水电机、减速机和钻头组成，工作部分潜入水中，如图2-17所示。这种钻机体积小，重量轻、桩架轻便、移动灵活，钻进速度快（0.3~2m/min），噪音小，钻孔直径600~1500mm，钻孔深度可达50m。适用于地下水位高的淤泥质土、粘性土、砂土等土层中成孔。(2)回转钻机成孔回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动，从而使钻杆带动钻头转动，由钻头切削土壤，这种钻机性能可靠，噪音和振动小，效率高、质量好。适用于松散土层，粘性土层，砂砾层，软硬岩层等各种地质条件。(3)冲击钻成孔冲击钻是把带钻刃的重钻头（又称冲抓）提高，靠自由下落的冲击力来削切土层或岩层，排出碎渣成孔。它适用于碎石土、砂土、粘性土及风化岩层等，桩径可达600～1500mm。(4)冲抓锥成孔冲抓锥成孔是将冲抓锥头提升到一定高度，锥斗内有压重铁块和活动抓片，下落时抓片张开，钻头自由下落冲入土中，然后开动卷扬机拉升钻头，此时抓片闭合抓土，将冲抓锥整体提升至地面卸土，依次循环成孔。如图2-18所示，适用于松散土层，如腐植土、砂土、粘土等。(5)成孔过程的排渣方法（1）

抽渣筒排渣，如图2-19所示，构造简单，操作方便，抽渣时一般需将钻头取出孔外，放入抽渣筒，下部活门打开，泥渣进入筒内，上提抽渣筒，活门在筒内泥渣的重力作用下关闭，将泥渣排出孔外。(5)成孔过程的排渣方法（2）◆泥浆循环排渣——正循环排渣法。正循环排渣法是泥浆由钻杆内部沿钻杆从端部喷出，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，经沉淀的泥浆流入泥浆池由泵注入钻杆，如此循环，沉淀的泥渣用泥浆车运出场外，如图2-20所示。(5)成孔过程的排渣方法（3）◆泥浆循环排渣——反循环排渣法反循环排渣法是泥浆由孔口流入孔内，同时砂石泵沿钻杆内部吸渣，使钻下的土渣由钻杆内腔吸出并排入沉淀池，沉淀后流入泥浆池。反循环工艺排渣效率高。如图2-21所示。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。4.清孔当钻孔达到设计要求深度后，应进行成孔质量的检查和清孔，清除孔底沉渣、淤泥，以减少桩基的沉降量，保证成桩的承载力。清孔可采用泥浆循环法或抽渣筒排渣法。如孔壁土质较好不易塌孔时，也可用空气吸泥机清孔。清孔后的泥浆相对密度，当在粘土中成孔时，泥浆比重应控制在1.1左右，土质较差时应控制在1.15～1.25。在清孔过程中必须随时补充足够的泥浆，以保持浆面的稳定，一般应高于地下水位1.0m以上。清孔满足要求后，应立即安放钢筋笼，浇筑混凝土。5.浇筑水下混凝土泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的浇筑是在泥浆中进行的，故为水下浇筑混凝土。常用的方法主要有：导管法和泵送混凝土。如图2-22所示。(三)套管成孔灌注桩套管成孔灌注桩是利用锤击或振动方法将带有桩尖（桩靴）的桩管（钢管）沉入土中成孔。当桩管打到要求深度后，放入钢筋骨架，边浇筑混凝土，边拔出桩管而成桩，其施工工艺过程，如图2-23所示.套管成孔灌注桩使用的机具设备与预制桩施工设备基本相同。单打锤击沉管灌注桩过程1.桩靴与桩管桩靴可分为钢筋混凝土预制桩靴和活瓣式桩靴如图2-24所示两种，其作用是阻止地下水及泥砂进入桩管，因此，要求桩靴应具有足够强度，开启灵活，并与桩管贴合紧密。桩管一般采用无缝钢管，直径φ270～600mm。其作用是形成桩孔，因此，要求桩管具有足够的刚度和强度。2.成孔常用的成孔机械有振动沉管机和锤击沉桩机，由于成孔不排土，而靠沉管时把土挤压密实，所以群桩基础或桩中心距小于3～3.5倍的桩径，应制定合理的施工顺序，以免影响相邻桩的质量。

3.混凝土浇筑与拔管浇筑混凝土和拔起桩管是保证质量的重要环节。当桩管沉到设计标高后，停止振动或锤击，检查管内无泥浆或水进入后，即放入钢筋骨架，边灌注混凝土边进行拔管，拔管时必须边振（打）边拔，以确保混凝土振捣密实。拔管速度必须严格控制。当采用振动沉桩时，桩尖为预制的，不宜大于4m/min，如采用活瓣桩尖时，不宜大于2.5m/min；当采用锤击沉管时，宜控制在0.8~1.2m/min。拨管时根据承载力的要求不同，拨管可分别采用单打法，复打法和反插法。(1)单打法单打法，即一次拨管法，拨管时每提升0.5～1.0m，振动5～10s后，再拨管0.5～1.0m，如此反复进行，直至全部拨管完毕为止。(2)复打法复打法是在同一桩孔内进行两次单打，或根据需要进行局部复打，如图2-25所示。复打桩施工程序为：在第一次沉管，浇筑混凝土，拨管完毕后，清除桩管外壁上的污泥，立即在原桩位上再次安设桩靴，进行第二次复打沉管，使第一次浇筑未凝固的混凝土向四周挤压以扩大桩经，然后再浇筑第二次混凝土，拨管方法与单打桩相同。施工时应注意：两次沉管轴线应重合，复打桩施工必须在第一次浇筑的混凝土初凝以前；完成第二次混凝土的浇筑和拨管工作；钢筋骨架应在第二次沉管后放入桩管内。图2-25复打法示意图复打法：⑴目的：提高桩的质量或使桩径扩大，提高桩的承载能力。⑵要求：①二次沉管的轴线一致；

②必须在第一次灌注的砼初凝以前全部完成。检查方法：用吊砣检查管内有无泥浆或渗水，并测孔深。用测锤或浮标检查砼的下降。(3)反插法反插法，即将桩管每提升0.5～1.0m，再下沉0.3～0.5m，在拨管过程中分段浇筑混凝土，使管内混凝土始终不低于地表面，或高于地下水位1.0~1.5m以上，如此反复进行，直至拨管完毕。拨管速度不应超过0.5m/min。套管成孔灌注桩的承载力比同等条件的钻孔灌注桩提高50～80%。单打桩截面比沉入的钢管扩大30%，复打桩扩大80%，反插桩扩大50%左右。因此，套管成孔灌注桩具有用小钢管浇筑出大断面桩的效果。套管成孔灌注桩施工中的常见质量问题（1）(1)灌注桩混凝土中部有空隔层或泥水层、桩身不连续：主要是由于钢管的管径较小，混凝土骨料粒径过大，和易性差，拔管速度过快造成。预防措施：应严格控制混凝土的坍落度不小于5～7cm，骨料粒径不超过3cm，拔管速度不大于2m/min，拔管时应密振慢拔。(2)缩颈：是指桩身某处桩径缩减，小于设计断面。产生的原因是在含水率很高的软土层中沉管时，土受挤压产生很高的空隙水压，拔管后挤向新灌的混凝土，造成缩颈。因此施工时应严格控制拔管速度，并使桩管内保持不少于2m高的混凝土，以保证有足够的扩散压力，使混凝土出管压力扩散正常。(3)断桩：主要是桩中心距过近，打邻近桩时受挤压；或因混凝土终凝不久就受振动和外力作用所造成。故施工时为消除临近沉桩的相互影响，避免引起土体竖向或横向位移，最好控制桩的中心距不小于4倍桩的直径。如不能满足时，则应采用跳打法或相隔一定技术间歇时间后再打邻近的桩。(4)吊脚桩：是指桩底部混凝土隔空或混进泥砂而形成松软层。其形成的原因是预制桩尖质量差，沉管时被破坏，泥砂、水挤入桩管。(四)爆扩成孔灌注桩爆扩成孔灌注桩又称爆扩桩，它是用钻孔或爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土压爆，然后引爆，使孔底形成扩大头，此时，孔内混凝土落入孔底空腔内，再放置钢筋骨架，浇筑桩身混凝土而制成的灌注桩，如图2-26所示。爆扩桩在粘性土层中使用效果较好，但在软土及砂土中不易成型。桩长（H）一般为3～6m，最大不超过10m。扩大头直径D为2.5～3.5d。这种桩具有成孔简单、节省劳力和成本低等优点。但检查质量不便，施工时要求较严格。(五)人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩（以下简称人工挖孔桩）是指采用人工挖掘方法进行成孔，然后安装钢筋笼，浇筑混凝土成为支承上部结构的桩。人工挖孔桩的优点：设备简单；施工现场较干净；噪音小，振动小，对施工现场周围的原有建筑物影响小；施工速度快，可按施工进度要求决定同时开挖桩孔的数量，必要时，各桩孔可同时施工；土层情况明确，可直接观察到地质变化情况，桩底沉渣能清除干净，施工质量可靠。人工挖孔桩的尺寸要求人工挖孔桩的直径除能满足设计承载力的要求外，还应考虑施工操作的要求，故桩径不宜小于800mm，桩底一般都扩大，扩底尺寸按下式进行控制。当采用现浇混凝土护壁时，人工挖孔桩构造，如图2-27所示。护壁厚度≥50+D/10（mm）（其中D为桩径），每步高1m，并有100mm放坡。图2-27人工挖孔桩构造图(1)施工机具电动葫芦和提土桶。用于施工人员上下和材料与弃土的垂直运输用。潜水泵。用于抽出桩孔中的积水。鼓风机和输风管。用于向桩孔强制送入新鲜空气。镐、锹、土筐等挖土工具。若遇到坚硬的泥土或岩石，还需准备风镐等。照明灯、对讲机、电铃等。◆按设计图纸放线、定桩位。◆开挖土方。◆支设护壁模板。◆在模板顶放置操作平台。◆浇筑护壁混凝土。◆拆除模板继续下一段的施工。◆排除孔底积水，浇筑桩身混凝土。(2)施工工艺(3)挖孔桩施工中应注意的几个问题◆桩孔的质量要求必须保证。◆注意防止土壁坍落及流砂事故。◆浇筑桩身混凝土时，应注意清孔及防止积水。◆必须制订好安全措施。沉管灌注桩桩靴第三节地下连续墙地下连续墙是基础