土木工程施工技术桩基础工程

第二章地基处理与桩基础

学习重点、难点：

常见地基处理的施工原理和施工方法；钢筋混凝土预制桩和混凝土灌注桩施工及质量检验标准，泥浆护壁成孔灌注桩施工过程及方法。

.12024/7/8学习要求：熟悉地基处理的主要方法和施工工艺。

了解桩基础组成及分类；掌握预制桩施工顺序、注意事项、质量事故产生的原因和预防措施；了解静力压桩特点和施工方法；了解泥浆护壁成孔施工过程及工艺原理；掌握沉管灌注桩、大直径人工挖孔灌注桩的施工方法，常见质量事故的预防和处理，安全施工措施；了解预制桩、灌注桩质量检验标准。.22024/7/82.1

地基处理及加固1、地基定义：

建筑物基础底部下方一定深度与范围内的土层，承受由基础传来的建筑物荷载。2、地基要求：

1.均应保证具有足够的强度和稳定性。2.在荷载作用下地基土不发生剪切破坏或丧失稳定；3.不产生过大的沉降或不均匀的沉降变形，以确保建筑物的正常使用。.32024/7/83、地基分类：天然地基：不需人工加固处理，具有足够承载力的土层。人工地基：经过人工处理，达到承载力的土层。地基处理的方法主要有：换土处理：换土垫层法、强夯法、强夯置换法、排水固结法。加固补强：振冲法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、夯实水泥土桩法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、石灰桩法。.42024/7/8一、深基础：桩基础、墩基础、沉井基础、

沉箱基础、地下连续墙二、桩基础：若干根单桩+承台或承台梁

桩基(a)端承桩;(b)摩擦桩(a)(b).52024/7/81.桩基础分类：①按材料分类：木、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢桩②按受力情况分类：

摩擦型桩：桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受；

端承型桩：桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受；③按功能分类：竖向抗压桩、竖向抗拉桩、水平受荷桩及复合受荷桩④按施工方法分类：预制桩和灌注桩⑤按排土分类：

挤土桩：打入、静压、振动、预钻孔、沉管、拧入等

非挤土桩：钻孔、挖孔.62024/7/82.桩的发展：①提高承载力②向攻克桩成孔难点方向发展；③向低公害方向发展。

.72024/7/82.2

预制桩施工优点：（常规挤土）承载力大，施工速度快，质量好，工艺简单，

不受地下水影响。缺点：耗钢量大，端承型桩有接桩和截桩，硬土沉桩困难。截面形式：┏实心桩：方形，边长一般200～550mm┗空心桩：常圆形，离心法生产，有RC、PC、PTCPHC，外径300～1000mm单根桩长：由桩架的高度、运输决定施工包括:制作→（运输→堆放→）起吊→沉桩.82024/7/82.2.1预制桩的制作

混凝土强度等级不宜低于C30，一般为C40～C50制作：(1)叠浇法：一般≤4层，下层桩或邻桩混凝土达到30%fcuk，才能浇上层桩或邻桩(2)钢筋要求：允许偏差（接头、位置、间距等）(3)混凝土：由桩顶向桩尖连续进行，严禁中断(4)制作偏差，质量外观

长桩一般分节制作，工厂预制每节≤12m，现场

预制每节≤30m，注意节点位置。

.92024/7/8

钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工.102024/7/8

钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑.112024/7/8预应力混凝土管桩.122024/7/8采用先张法预应力工艺先张法采用离心工艺成型.132024/7/8离心成型的PC宜采用常压蒸养,PHC宜采用常压和高压蒸养.142024/7/82.2.2预制桩的起吊与运输1.预制桩的吊装强度

钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70%才可起吊；达到100%设计强度才能运输和打桩。若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。

2.预制桩的起吊搬运

桩在起吊搬运时，必须做到平稳，避免冲击和振动，吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按图示的位置捆绑。.152024/7/8桩的合理吊点位置(a)一点起吊;(b)两点起吊;(c)三点起吊0.707L0.293L0.207L0.207L0.586L0.145L0.145L0.355L0.355LL(a)(b)(c).162024/7/8

1.锤击沉桩

2.静力压桩

3.振动沉桩

4.水冲沉桩

2.2.4预制桩沉桩.172024/7/8一、锤击沉桩(打入桩)

(一)打桩机具:1.桩锤:落锤汽锤液压锤柴油锤单动汽锤双动汽锤

落锤(a)普通落锤;(b)自动挂钩落锤

打入桩施工.182024/7/8.192024/7/8.202024/7/8.212024/7/82.桩锤的选择:

桩锤宜重锤低击，锤重的选择应根据工程地质条件、桩的类型，结构，密集程度及施工条件，参照下表选用.锤型柴油锤(10kN)蒸汽锤(单动)(10kN)1.82.53.2473～4710

锤型资料

冲击部分重1.82.53.24.67.23～45.59

锤总重4.26.57.29.6183.5～4.56.711

锤冲击力

～200180～200300～400400～500600～1000

～230

～300350～400

常用冲程(m)1.8～2.30.6～0.80.5～0.70.4～0.6

适用桩规格

预制方桩，管桩的边长或直径(cm)30～4035～4540～5045～5555～6035～4540～4540～50

钢管桩直径(cm)ø40ø60ø90

粘性土

一般进入深度(m)1～21.5～2.52～32.5～3.53～51～21.5～2.52～3

桩尖可达到静力触探P2平均值(0.1Mpa)304050>50>50304050

砂土

一般进入深度(m)0.5～10.5～11～21.5～2.52～30.5～11～1.51.5～2

桩尖可达到标准贯入击数N值15～2520～3030～4040～455015～2520～3030～40

岩石(软质)

桩尖可进入深度(m)

强风化0.50.5～1.01～22～30.50.5～1中等风化

表层0.511～2

表层

锤的常用控制贯入度(cm/10击)2～33～54～83～5

设计单桩极限承载力(10kN)40～12080～160160～200300～500500～100060～140150～300250～400选择锤重参考表.222024/7/8(二)桩架:

桩架高度HH≥h1+h2+h3+h4+h5=桩长+桩帽高度+桩锤高度+滑轮组

高度+起锤工作余位高度(1～2m).232024/7/8(三)打桩顺序:

1.根据桩的密集程度:

(a)自中间向两侧对称进行(桩距≤4d)(b)自中间向四周进行(桩距≤4d)

(c)由一侧向单一方向进行(桩距>4d).242024/7/82.根据基础的设计标高：先深后浅3.根据桩的规格：先大后小，先长后短4.行走路线：┏顶打（摩擦型桩，端承型桩送桩）┗退打（端承型桩）(四)打桩施工:

1.工艺:清理场地→安装桩架→吊桩就位→打桩

贯入度:每锤击一次桩的入土深度.

最后贯入度:最后10击桩的平均入土深度..252024/7/8

2.桩的接头型式

321314565715d16d(a)(b)

桩的接头型式(a)、(b)焊接接合;(c)管式接合;(d)管桩螺栓接合;(e)硫磺砂浆锚筋接合1-角钢与主筋焊接;2-钢板;3-焊缝;4-预埋钢管;5-浆锚孔6-预埋法兰;7-预埋锚筋;d-锚栓直径(c)(d)(e).262024/7/8

（五）质量控制

A.当桩尖位于硬土层(如坚硬、硬塑的粘土、碎石土、中

密以上的砂土或风化岩等)时(端承型桩），以贯入度控

制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高为参考；当贯

入度已达到而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值。B.当桩尖位于软土层时（摩擦型桩），以桩尖设计标高控

制为主，贯入度为参考；C.当控制指标已符合要求，而其它指标与要求相差较大时，

应与有关单位研究处理。.272024/7/8D.打桩施工记录:

钢筋混凝土预制桩施工记录:施工单位工程名称施工班组桩的规格桩锤类型及冲击部分重量自然地面标高桩帽重量桩顶设计标高编号打桩日期桩入土每米锤击次数1234……落距(mm)桩顶高出或低于设计标高(m)最后贯入度(mm/10击)备注工程负责人:记录:.282024/7/8柴油锤施工打入预制桩第一节桩体.292024/7/8打入预制桩－电焊接桩

.302024/7/8打入预制桩末节桩体.312024/7/8二、静力压桩：

特点:无噪声、无振动、节约钢筋、可预估和验证桩承载力。1.静力压桩机机械式液压式.322024/7/8.332024/7/8

如:YZY650型——最大压入力为6500KN

ZYJ680型——额定压桩力为6800KN(a)(e)11215255321553215534(b)(d)(c)压桩架操作平台线地平线

压桩程序示意图(a)准备压第一段桩;(b)接第二段桩;(c)接第三段桩;(d)整根桩压平至地面;(e)采用送桩压桩完毕1-第一段;2-第二段;3-第三段;4-送桩;5-接桩处.342024/7/8静力压桩机

.352024/7/8三、先张预应力管桩：

D1

预应力管桩示意1-桩身;2-钢套箍;3-端头板;D-外径;t-壁厚3232t1.组成:桩身、端头板、钢套箍

2.分类

预应力管桩(代号PC桩):混凝土强度≥C60高强预应力管桩(代号PHC桩):混凝土强度≥C803.规格

外径300～1000mm，壁厚60～130mm每节桩长≤15m.362024/7/84.沉桩方式

锤击沉桩静力压桩24113（a）（b）（c）（d）（e）

预应力管桩施工工艺流程

(a)测量放样、桩机和桩就位对中调直;(b)锤击下沉;(c)电焊接桩;(d)再锤击、再接桩、再锤击;(e)收锤，测贯入度1-打桩机;2-打桩锤;3-桩;4-接桩.372024/7/8.382024/7/8.392024/7/8.402024/7/8.412024/7/8.422024/7/8.432024/7/8

2.3灌注桩施工

优点：节约钢筋、模板，无需接桩、截桩

缺点：技术间歇时间长，需严格控制施工质量项目适用范围泥浆护壁成孔冲抓冲击回转钻碎石土、砂土、粘土及风化岩潜水钻粘性土、淤泥、淤泥质土及砂土

干作业成孔螺旋钻地下水位以上的粘性土、砂土及人工填土钻孔扩底地下水位以上的坚硬、硬塑的粘性土及中密以上的砂土机动洛阳铲(人工)地下水位以上的粘性土、黄土及人工填土

套管成孔锤击振动可塑、软塑、流塑的粘性土，稍密及松散的砂土灌注桩适用范围.442024/7/82.3.1干作业成孔灌注桩(一)适用范围：地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实

以上的砂土及风化岩层。

不宜用于地下水以下的各类土及碎石土、淤泥

和淤泥质土。（二）钻孔机械

螺旋钻机钻扩机锥式钻头耙式钻头平底钻头动画.452024/7/8

液压步履式长螺旋钻机1-减速箱总成;2-臂架;3-钻杆;4-中间导向套;5-出土装置;6-前支腿;7-操纵室;8-斜撑;9-中盘;10-下盘;11-上盘;12-卷扬机;13-后支腿;14-液压系统.462024/7/8（a）（b）（c）（d）

钻扩机钻孔示意图(a)钻头;(b)钻孔;(c)扩孔;(d)机扩钻孔桩;.472024/7/8(三)要求：

1.钻杆垂直稳固位置正确，防止发生钻杆晃动引起径扩大2.钻孔灌注桩混凝土强度等级≥C15，水下灌注时≥C20;3.灌注桩混凝土应分层浇筑和振捣，每层高度不得大于1.5m;4.钻孔桩一定要处理孔底虚土。.482024/7/8

泥浆护壁成孔灌注桩（动画），适用于地下水位以下的各种土层。(一)施工工艺:

设泥浆池

制备泥浆┐┌→泥浆循环清渣↓↓

测定桩位→埋设护筒→桩机就位→成孔→清孔→安放钢筋笼→浇筑水下混凝土2.3.2泥浆护壁钻孔灌注桩.492024/7/8(二)埋设护筒：

作用——定位导向，保护孔口，维持水头

要求——直径≥钻头D+100mm（回转钻），D+200mm（冲击钻）

埋设深度——保证泥浆面高于地下水位1m以上;高于地面30～60cm;地表土层较好，开钻后不坍孔，可不埋设护筒GL1m以上护简入土深度护筒地下水位泥浆(a)GL1m以上护简入土深度地下水位泥浆(b)

地下水位与孔内水位的关系(a)地下水位较浅时；(b)地下水位较深时.502024/7/8(三)泥浆护壁：

1.作用——护壁、排渣、冷却、润滑

2.制备——①原土造浆：当土质为粘土和粉质粘土时，加清

水；排渣时泥浆比重为1.1～1.2。

②制备泥浆：粘性土(除去杂质)+水(+稳定浆)

干净泥浆比重1.1左右，排出泥浆1.2～1.4，当穿过砂夹卵石层或易

坍孔的土层1.3～1.5.512024/7/8(四)泥浆循环1、正循环施工法

泥浆经钻杆内腔流向孔底，将钻头切削破碎下来的钻渣岩屑，经钻杆与孔壁的环状空间，携带至地面。该施工方法设备简单轻便，适应狭小场地作业，操作简易，配套设备、器具较少，工程费用低，应用范围广。但对于桩孔直径较大（一般大于0.8m）、桩孔深度较深及易塌孔的地层，则效率较低、排渣能力较差，孔底沉渣多、孔壁泥皮厚；对含有卵石、砾石的地层不适用。.522024/7/82、反循环施工法

通过泵吸或射流抽吸，或送入压缩空气，使钻杆内腔形成负压与充气液桩形成压差，使经过钻杆与孔壁间的环空间隙流向孔底的泥浆，携带钻头切削下来的钻屑，由钻杆内腔高速返回地面泥浆池。由于泥浆上返速度快，排渣能力强，孔底水力流场合理，钻头始终处于新鲜土层或岩层面上切削、破碎，成孔效率高，排渣能力强，对孔壁的冲刷作用小，在孔壁上形成的泥皮相对较薄，成孔质量好。.532024/7/8

(五)成孔：

机械：1.回转钻——较松散粘土、粉质粘土、砂卵石层及其

它软质土层，直径600～1200mm2.冲击钻——粉质粘土、砂土、砾石、卵漂石及岩层

等，直径800、1000、1200等3.潜水钻——粘性土、淤泥、淤泥质土、砂土、风化

岩石等，直径500～1500mm，深达50m.542024/7/812345678

潜水钻1-泥浆管;2-防水电缆;3-电动机;4-齿轮减速器;5-密封装置;6-钻头;7-合金刃齿;8-钻尖回转钻.552024/7/8(六)水下灌注混凝土——导管法1.设备：导管、承料漏斗、提升机、球塞2.施工要求：①混凝土坍落度160～220mm

②钢筋骨架放入泥浆后4h内必须灌注混凝土.

③混凝土的实际灌注量不应小于计算体积.(a)300～5004>1.5m321(b)(c)(d)(e)(f)

滑阀式(隔水塞)导管法施工(a)安设导管(导管底部与孔底之间预留出300～500m空隙);(b)悬挂隔水塞(或滑阀)，使其与导水管面紧贴;(c)灌入混凝土;(d)剪断铁丝，隔水塞(或滑阀)下落孔底;(e)连续灌注混土，上提导管;(f)混凝土灌注完毕，拔出护筒1-漏斗;2-灌注混凝土过程中排水;3-测绳;4-隔水塞(或滑阀).562024/7/8(七)常见工程质量事故:

①孔壁坍塌

原因：A.碰撞孔壁；B.护筒周围未封紧密或埋设太浅C.泥浆面低于孔外水位或比重过低D.遇流砂、淤泥、破碎地层；在松软砂层进尺太快

预防：A.避免碰撞；B.注意保持水头

处理：A.轻度——加大比重；B.严重坍孔——用粘土、泥膏回填

②偏孔

原因：A.机械；B.土层软硬不匀；C.遇障碍物

预防：A.软硬土层低速钻进；B.倾斜面填以碎石、卵石

处理：A.检修机械；B.障碍物：钻机钻透，或低锤密击

打碎；C.偏斜过大：填以石子粘土，重钻，控

制钻速，在偏斜处上下反复扫平。.572024/7/82.3.3套管成孔灌注桩

(一)分类振动沉管灌注桩(振拔桩)锤击沉管灌注桩（动画）（动画）.582024/7/81234568(a)(b)(c)(d)(e)

振动沉管灌筑桩成桩工艺(a)桩机就位;(b)沉管;(c)上料;(d)拔出桩管;(e)在桩顶，部内混凝土内插入短钢筋并灌满混凝土1-振动锤;2-加压减振弹簧;3-加料;4-桩管;5-活瓣桩尖;6-上料斗;7-混凝土桩;8-短钢筋骨架(a)(b)(c)(d)(e)(f)

锤击沉管灌筑桩成桩工艺(a)就位;(b)沉入套管;(c)开始浇灌混凝土;(d)边锤击边拔管;(e)下钢筋笼，并继续浇灌混凝土;(f)成型.592024/7/8(二)施工工艺:

桩机就位→安装桩尖→吊放桩管、扣上桩帽→振动或

锤击沉管→放入钢筋笼→浇筑混凝土→拔管成桩(三)桩尖(桩靴):钢筋混凝土桩尖钢制活瓣桩尖12(a)(b)

桩靴示意图(a)钢筋混凝土桩靴;(b)钢活瓣桩靴1-桩管;2-活瓣.602024/7/8(四)复打法——扩大灌注桩:全部复打1.复打方式部分复打局部反插1234(a)1234(b)5134(c)

复打法示意图(a)全部复打;(b)，(c)局部复打1-单打桩;2-沉管;3-第二次浇筑混凝土;4-复打桩;5-预加1m.612024/7/8设计要求:提高桩的承载能力2.复打条件施工要求:处理工程事故桩管每次打入时，中心线应重合3.注意事项必须在第一次灌注的混凝土初凝前完成复打工作.622024/7/8(五)充盈系数f:

充盈系数——是指实际灌注混凝土体积与按设计桩身

直径计算体积之比.令:f==h

HD²

d²

式中:H——每次拔管高度;h——管内混凝土下落高度;D——套管外径;d——套管内径.HhDd.632024/7/8(六)常见的工程质量事故:(1)断桩：指桩身出现水平或略有倾斜且贯通全截面的裂缝

原因：①桩距过小；②桩混凝土终凝不久受振动或外力

措施：①桩中心距>3.5d；②新打桩应避免或减少干扰③跳打法

处理：拔除补作桩身(2)缩颈：亦称瓶颈，指桩身局部直径小于设计直径

原因：①含水量大的粘性土，孔隙水压力大②桩间距过小③拔管过快，管内混凝土少和易性差。

措施：①控制拔管速度；②管内混凝土尽量高；③可能部位反插法。

处理：复打法.642024/7/8(3)吊脚桩：指桩底部的混凝土隔空或混入泥沙，在桩底部

形成松软层。

原因：①预制桩尖质量差；②活瓣桩尖未及时张开。

措施：①严格控制桩尖质量；②密振慢抽，桩尖处多次反插；③停抽多振或密击。

处理：拔管填砂重沉（4）桩尖进水进泥:

原因：①地下水位高，含水量大的淤泥和粉砂土层②桩尖与桩管处接缝不严，或桩尖损坏

措施：①保证桩尖质量；②0.5m水泥砂浆+1m混凝土封底

处理：用砂回填重沉.652024/7/8

钻孔压浆灌注桩系用长臂螺旋钻机钻孔，在钻杆纵向设有一个从上到下的高压灌筑水泥浆系统(压力10～30MPa)，钻孔深度达到设计深度后，开动压浆泵，使水泥浆从钻头底部喷出，借助水泥浆的压力，将钻杆慢慢提起，直至出地面后，移开钻杆，在孔内放置钢筋笼，再另外放入一根直通孔底的压力注浆塑料管或钢管，与高压浆管接通，同时向桩孔内投放粒径20～40mm碎石或卵石直至桩顶，再向孔内胶管进行二次补浆，把带浆的泥浆挤压干净，至浆液溢出孔口，不再下降，桩即告全部完成。2.3.4钻孔压浆灌注桩.662024/7/8(a)1(b)(c)(d)(e)(f)(g)2774653

钻孔压浆灌筑桩工艺流程

(a)钻机就位;(b)钻进;(c)一次压浆(d)提出钻

杆;(e)下钢筋笼;(f)下碎石;(g)二次补浆1-长螺旋钻机;2-导流器;3-高压泵车;4-高压输浆

管;5-灰浆过滤池;6-接水泥浆搅拌桶;7-注浆管.672024/7/8(二)施工工艺:

钻机就位→第一次注浆，提钻→放钢筋笼和注浆管→填放碎(卵)石→第二次注浆(补浆)(一)机具设备:LZ(KL)型长螺旋钻机ACF型高压泵车SHC-H300型水泥注浆车组成.682024/7/8(三)优点：

①振动小，噪音低；②能在流砂、易塌孔和地下水的地质条件下成桩；③对周围土体有渗透加固作用，解决断桩、缩颈、

桩底虚土等，提高承载力；有局部膨胀扩径现象④无泥浆;⑤施工速度快，工期短;⑥单桩承载力高。.692024/7/8(四)缺点：

①无砂混凝土，水泥用量大；②桩身上部的混凝土密实度比下部差，静压试验有

发生桩顶压裂现象；③地面上水泥浆流失较多④遇到厚流砂层，不采取特殊措施，成桩较难；⑤脆性比普通RC桩较大。(五)适用范围：

各种土层，特别是在流砂、淤泥、砂卵石、塌孔和地

下水等各种复杂地质条件下顺利成桩.

.702024/7/82.3.5桩端、桩侧压力注浆桩一、作用:1.提高桩端的端承力2.提高桩侧摩擦力3.使桩上抬，提高桩侧摩擦力，形成“预应力”。4.减少日后竖向压缩变形。二、压浆参数

桩端压浆：┏闭式注浆(腔体)：注浆压力(控制)、注浆┃量、桩顶上抬量┗开式注浆(回浆管)：注浆量、注浆压力、

注浆速度.712024/7/8三、注浆方式：

连续注浆、二(多次)注浆、间歇性循环注浆四、施工程序：

成孔→放钢筋笼及桩侧注浆管、桩端压力装置→

浇筑混凝土→压力注浆→卸下注浆接头、成桩

压力注浆:

桩端——桩身混凝土达75%fcuk，1次、2次或多次注浆；

桩侧——时间：混凝土初凝后，或成桩1～2天、或7天后，

分多个注浆段时：自上而下或自下而上.722024/7/82.3.6人工挖孔灌注桩

人工挖孔和挖孔扩底灌筑桩(a)圆柱桩;(b)扩底桩;(c)、（d）扩底桩群布置(b)(c)(d)(a)>3dhh1

d1d1>1000>500hh1

200dd.732024/7/8（二）特点:

单桩承载力高，结构传力明确，沉降量小，可一柱一桩，不需要承台，不需要凿桩头。可直接检查直径、垂直度和持力土层情况。可多桩同时施工，速度快。但桩成孔工艺存在劳动强度较大，单桩施工速度较慢，安全性较差等问题。(一)分类：不扩底扩底（三）适用范围:

适用于桩直径0.8m以上，无地下水或地下水较少的粘

土、粉质粘土、含少量的砂、砂卵石、姜结石的粘土层采

用，特别适于黄土层使用。.742024/7/8（四）构造要求:

1.桩径d:一般为0.8～2.0m，最大可达3.5m

2.桩长H:一般在20m左右，最深可达40m

3.扩底d1:扩底直径d1=

1.3～3.0d，最大可达4.5d

构造要求::h=1:4h1≥d1-d2d1-d4

桩底宜挖成锅底形，锅底中心比四周低0.2m，根据试验，它比平底桩可提高承载力20%以上。.752024/7/8(五)施工：

放线，定桩位→挖第一节桩孔土方→支模浇筑第一节

混凝土护壁→……循环作业直至设计深度→检查持力层后

进行扩底→清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层→吊放

钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土

1.施工机具:

(1)挖土工具

(2)出土工具

(3)降水工具

(4)通风工具

(5)照明、通讯工具