同济大学土木工程施工ppt课件第02章桩基工程.ppt

2 1,第二章 桩基础工程,第一节 桩的作用和形式 桩因其承载力高，变形小，稳定性好等诸多特点，在当今的工程设计中有着广泛应用。桩种类繁多，可根据传力性质、制作方法、成桩工艺、断面形式、制作材料等，桩有着不同的分类。根据桩的作用，在工程界通常将桩分为：建筑物（构筑物）的基础深基坑的围护结构,2 2,一、建筑物（构筑物）的基础天然地基上部荷载不大、土层较好时，浅基础复合地基浅土层较弱或有软弱下卧层，也可采用搅拌、旋喷、压密注浆等方法进行浅层地基处理 桩基础上部荷载较大，且有沉降要求时 桩，按照施工方法不同，分为：,预制桩,灌注桩,钢桩：钢管桩 、H型钢桩 ；,混凝土桩：混凝土方桩 、 预应力混凝土管桩 ，,干成孔桩：人工挖孔桩、螺旋钻机成孔桩、爆破成孔桩，,泥浆护壁钻孔桩：回旋钻机成孔 、潜水钻机成孔 ，树根桩，,钢套管成孔桩：沉管灌注桩 。,2 3,1. 预制桩 预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩或空心方桩、钢管桩、H型钢桩等），用沉桩设备讲桩打入、压入、冲入或者振入土中。 预制桩的施工工艺成熟、质量稳定、造价适中，广泛被使用在建筑工程中。,2 4,2. 灌注桩 灌注桩是在施工现场通过钻孔、冲孔、挖孔、沉管等方法在桩位上成孔，然后在孔内灌注混凝土而形成桩。 灌注桩的承载力较大，尤其钻孔灌注桩的施工对周边环境影响较小，是在城市建设中被选的主要桩基础形式。,2 5,3. 复合地基 复合地基，是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料。加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。 复合地基可有效提高基础承载力，降低造价，而且工期短、工艺简单，沉降小。地基承载力具有可补性，上部结构的设计、施工条件可得到大大改善，所以适用于多种土层。,2 6,二、深基坑围护结构中的桩基坑围护，是指在软弱土质、高地下水位的地区，为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑围护结构的主要作用是支撑土壁，此外部分围护结构还兼起隔水帷幕的作用。基坑围护结构根据其受力状态可分为重力式围护结构和非重力式围护结构。,2 7,1. 重力式围护结构的桩重力式围护结构通常以挡墙的自重和刚度保护基坑侧壁，既挡土又挡水，常见形式有水泥土搅拌桩和土钉墙等预制桩的施工工艺成熟、质量稳定、造价适中，广泛被使用在建筑工程中。,水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩） 是通过搅拌桩基将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。用于围护结构的水泥土其水泥掺量通常为12%15%（单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比），水泥土的强度可达0.81.2MPa,其渗透系数很小，一般不大于10-6cm/s。由于水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既有挡土作用又有隔水作用。它适用于46m深的基坑。当基坑深度超过6m后，桩基宽度较大，经济性不佳，应采用桩锚体系挡土结构。,2 8,水泥土墙（如下图）通常布置成格栅式，格栅置换率（加固土的面积：水泥土墙的总面积）为0.60.8。墙体的宽度B和插入深度hd，是根据基坑开挖深度h估算的，一般B=（0.60.8）h， hd=（0.81.2）h。,2 9,2. 排桩与板墙式围护结构中的桩 排桩与板墙式围护结构是指由排桩（有时加隔水帷幕）或地下连续墙等作为基坑围护挡墙，有时另设内支撑或加外拉的土层锚杆。其常见的桩基形式有（钻孔）灌注桩、（钢）板桩、SMW工法、地下连续墙等。,（1）钻孔灌注桩，是指在工程现场通过机械钻孔在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。 围护结构中灌注桩常用直径为6001200，做成排桩挡墙。该挡墙刚度大，抗弯强度高，变形小，适应性好，不需很大工作场地，振动小，噪音低。钻孔灌注桩排桩形式，见右图。,2 10,（2）钢板桩围护，是指在基坑边坡中直接打入钢板桩形成连续钢板桩墙，既起到挡土作用又起到止水帷幕的作用。 钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，通常形式有平板式和波浪式两种。钢板桩之间由于锁口或钳口的连接，使桩连接牢固，形成整体，同时也具有良好的隔水效果。钢板桩截面面积小，易于打入，施工快速，波浪形截面抗弯能力强，且钢板桩可以在施工完毕后拔出重复使用，但是缺点在于一次性投入较大。常见钢板桩形式如下图。,2 11,（3）SMW工法，是一种劲性复合围护结构，通过专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，将H型钢或其他型材（此劲性材料可在施工完毕后拔出重复使用）插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。其优点是构造简单，止水性能好，工期短，造价低，环境污染小。,2 12,（4）地下连续墙，是利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内放置钢筋笼，浇注混凝土而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。其优点是刚度大，既挡土又挡水，施工无振动，噪音低，可用于各种土质，缺点是造价高，施工工艺复杂，施工中的泥浆对环境有污染。,2 13,3. 止水帷幕 止水帷幕是指在基坑围护中设置于挡土墙外侧用于阻截或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采用的连续止水体。其常见的桩基形式有（三轴、或二轴）搅拌桩、高压旋喷桩和压密注浆等。 （1）水泥土搅拌桩，三轴或二轴搅拌桩施工是利用水泥作为加固剂，使用搅拌机械，在地基深部将软土、水和水泥进行强制搅拌，当混合体硬结后形成桩体。施工时相邻的桩体相互搭接，使得桩与桩之间连成整体，从而起到提高地基的承载能力形成止水帷幕。该帷幕阻挡了基坑周边的水进入基坑。搅拌桩连续施工工序见下图。,2 14,（2）高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，从而起到截水作用。其优点是施工占地少、振动小、噪音较低，但容易污染环境，成本较高，对于不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。,（3）压密注浆，是利用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或化学浆液，使得土体内形成新的网装骨架结构，将土体挤密，从而改善了土体防渗性能。,2 15,第二节 混凝土预制桩一、 混凝土预制桩的制作、起吊、运输和堆放1. 制作生产方式：混凝土预制方桩多数是在打桩现场或附近就地预制， 较短的桩亦可在预制厂生产，预应力管桩则均在工厂生产；,截面：方桩的截面边长多为250550mm， 预应力管桩直径一般为400600mm；形式：单根桩、或多节桩；单节桩长度：（根据桩架高度、制作场地、运输和装卸能力而定） 工厂制作，长度不宜超过 12m， 现场预制，长度不宜超过 30m；混凝土强度等级：不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低于C20）。,2 16,方桩的叠浇法制作要求：为节省场地，现场预制方桩多用叠浇法制作，重叠层数：取决于地面允许荷载和施工条件，一般不宜超过4层；场地要求：场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；隔离剂：桩与邻桩、底模（底部的桩）间的接触面不得发生粘结；浇筑时间：上层桩或邻桩的浇筑，须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强 度的30%后方可进行。,2 17,2. 起吊与运输的要求： 当桩的混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊； 达到100%方可运输和打桩。 起吊吊点，应符合设计要求， 一般吊点的设置图所示。,混凝土强度要求,3. 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。,2 18,二、 锤击法施工 1. 设备 ： 包括桩锤、桩架和动力装置。 2. 桩锤及选择,重锤轻击：用锤击沉桩时，力求采用此方法。（如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩受冲击应力过大而损坏、而桩却不易打入。）锤重选择：应根据土质、桩的规格等进行选择。,2 19,课程内容,2 20,3. 桩架 （1）多能桩架，如图 多能桩架的机动性和适应性很大，水平方向可作360回转，立柱可前后倾斜，可在轨道上行走。但其机构较庞大，工作效率较低。,2 21,（2）履带式桩架，如图履带式桩架以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑用以打桩。性能灵活，移动方便，可适应各种预制桩施工，目前应用最多。,2 25,4. 打桩施工 （1）打桩前的准备工作准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物； 平整施工场地;定位放线； 设置供电、供水系统； 安装打桩机等。定位： 桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地点，水准点设置不少于2个。在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。,2 26,（2）打桩顺序 影响打桩速度、打桩质量，及周围环境。 当桩的中心距小于4倍桩径时，打桩顺序尤为重要。 打桩的挤土影响：后期打入的桩在挤土影响下，会造成先期打入桩的偏移。,根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：,2 27,（3）打桩方法要点打桩机就位后，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510mm的间隙，以防损伤桩顶。,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。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。,2 28,（4）打桩的质量控制 打桩的质量检查内容：桩的偏位、垂直度偏差， 最后贯入度与沉桩标高， 桩顶、桩身的完好性， 施工对周围环境的危害性。,质量验收依据：建筑地基基础工程施工质量验收规范GB 50202-2002,桩位放样：允许偏差：单桩：10mm；群桩：20mm。打（压）入桩的桩位偏差（预制混凝土方桩、管桩，钢桩），必须符合桩位的允许偏差的规定。桩的垂直偏差应控制在1%之内。斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15%（倾斜角系桩的纵向中心线与铅垂线间夹角）。,2 29,预制桩（钢桩）桩位的允许偏差（mm）,2 30,打桩的控制：对于端承型桩，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。如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。桩尖位于软土层的摩擦型桩，应以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。,2 31,三、 静力压桩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。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达50008000KN。,抱箍式静力压桩机,顶压式静力压桩机,2 35,压桩一般是分节压入，逐段接长。为此，桩需分节预制。当第一节桩压入土中，其上端距地面2m左右时将第二节桩接上，继续压入。对每一根桩的压入，各工序应连续。如初压时桩身发生较大移位、倾斜；压入过程中桩身突然下沉或倾斜；桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变时，应暂停压桩，及时研究处理。,2 36,四、 水冲法沉桩（射水沉桩）射水沉桩法的选择：在砂夹卵石层或坚硬土层中，一般以射水为主，以锤击或振动为辅。当下沉较深或土层较密实，可用锤击或振动，配合射水；不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段11.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。射水沉桩的设备包括：水泵、水源、输水管路和射水管。,2 37,五、 振动法沉桩原理：将桩与振动锤连接在一起，振动锤产生的振动力通过桩身带动土体振动，使土体的内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。该方法在砂土中施工效率较高。,2 38,六、 水中沉桩码头、桥梁等基础沉桩施工。,2 39,第三节 灌注桩施工一、灌注桩 是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。,灌注桩的优点：适应各种地层的变化，宜在建筑物密集地区使用； 无需接桩，桩的承载力较大； 施工时无振动、无挤土、噪音小。灌注桩的缺点：操作要求严格，施工条件复杂、影响质量因素多； 桩身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。,2 40,二、干作业成孔灌注桩 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。,螺旋钻机成孔,2 42,三、 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碴而成孔，不论地下水位高或低的土层皆适用。多用于含水量高的软土地区。泥浆的作用：具有保护孔壁、防止塌孔、排出土碴以及冷却与润滑钻头。泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻碴原土自造泥浆。成孔机械：回转钻机、潜水钻机、冲击钻等，其中以回转钻机应用最多。,2 43,1. 回转钻机成孔回转钻机：由动力装置带动钻机的回转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土碴，通过泥浆循环排出桩孔。,回转盘,主钻杆,钻头,泥浆管、水龙头,钻孔灌注桩施工现场：,15型钻机,10型钻机,钻杆,钻机成孔,钢筋笼的吊装、安放,钢格构柱,钢筋笼,混凝土浇筑料斗,混凝土浇筑,2 50,泥浆循环的方式：正循环和反循环。 根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉碴厚度等 进行选择，但对孔深大于30m的端承型桩，宜采用反循环。,钻孔灌注桩施工现场：,泥浆储存罐,泥浆沉淀池（废浆）,泥浆循环池,2 52,泥浆正循环：泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土碴沿孔壁向上流动，由孔口将土碴带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进行循环。沉淀的土碴用泥浆车运出排放。泥浆反循环：泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后，由砂石泵在钻杆内形成真空，使钻下的土碴由钻杆内腔吸出至地面而流向沉淀池，沉淀后再流入泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，排放的土碴能力大。泥浆的组成：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。,2 53,护筒：在陆地上杂填土或松软土层中钻孔时，应在桩位孔口处理设护筒，以起定位、保护孔口、维持水头等作用。护筒制作：用钢板，内径应比钻头直径大10cm，埋入土中深度通常不宜小于1.01.5m，特殊情况下埋深需要更大。在护筒顶部应开设12个溢浆口。护筒使用：在钻孔过程中，应保持护筒内泥浆液面高于地下水位。,护筒于水中埋设：在水深小于3m的浅水处，亦可适当提高护筒顶面标高，以减少筑岛填土量，如图。如岛底河床为淤泥或软土，宜挖除换以砂土；若排淤换土工作量大，则可用长护筒，使其沉入河底土层中。在水深超过3m的深水区，宜搭设工作平台（可为支架平台、浮船、钢板桩围堰、木排、浮运薄壳沉井等），下沉护筒的定位导向架与下沉护筒，见图。,护筒埋设、桩中心定位,溢浆口,2 55,2 56,钻孔灌注桩施工工艺：灌注桩在施工前，宜进行试成孔。钻孔灌注桩的桩孔钻进，达到设计桩底标高。成孔后，须利用钻杆第一次清孔，保证桩底沉渣厚度小于规定值。钢筋骨架吊放，避免钢筋笼插斜碰撞孔壁。桩身混凝土灌注，采用混凝土浇筑导管，并利用导管第二次清孔；用垂直导管水下灌筑法浇筑混凝土至桩顶时，且适当超过桩顶设计标高，以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。施工后的灌注桩的平面位置及垂直度都需满足规范的规定。,2 57,2. 潜水钻机成孔潜水钻机时一种旋转式钻孔机械，其动力、变速机构和钻头连在一起，加以密封，因而可以下放至孔中地下水位以下进行切削土壤成孔。用正循环工艺输入泥浆，进行护壁和将钻下的土碴排出孔外。潜水钻机成孔，亦需先埋设护筒，其他施工过程皆与回转钻机成孔相似。,2 58,3冲击钻成孔冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔时将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，然后用掏碴筒来掏取孔内的碴浆。,2 59,四、 套管成孔灌注桩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，则在浇注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。,2 60,桩架,振动锤,沉管,桩机底座,桩靴,2 61,沉管灌注桩施工过程示意图：,2 62,1.锤击沉管法沉管安插：用桩架吊起钢套管，关闭活瓣、或对准并套入预先埋设在桩位处的预制混凝土桩靴。保证套管与桩锤在一垂直线上，套管偏斜小于0.5%。锤击沉管：先用低锤轻击，观察无偏移后，正常施打，直至符合设计要求的贯入度或沉入标高，保证管内无泥浆或水进入。混凝土灌筑：混凝土应尽量灌满套管。拔管中探测混凝土落下扩散情况，保持管内的混凝土略高于地面，直到全管拔出为止。拔管：拔管时保持连续密锤低击沉管，控制拔出速度。,桩的中心距小于5倍桩管外径或小于2m时，均应跳打。中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后方可施打，以防止因挤土而使前面的桩发生桩身短裂。,2 63,2振动沉管 振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管。,沉管时，必须严格控制最后的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩和当地的施工经验确定。 振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。 单打施工时，在沉入土中的套管内灌满混凝土，开动激振器，振动510s，开始拔管，边振边拔。每拔0.51m，停拔振动510s，如此反复，直到套管全部拔出。在一般土层内拔管速度宜为1.21.5m/min，在较软弱土层中，不得大于0.8m/min。,2 64,反插法施工时，在套管内灌满混凝土后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.51.0m，向下反插深度0.30.5m。如此反复进行并始终保持振动，直至套管全部拔出地面。反插法能使桩的截面增大，从而提高桩的承载能力，宜在较差的软土地基上应用。 复打法要求与锤击灌注桩相同。 振动灌注桩的适用范围除与锤击灌注桩相同外，并适用于稍密及中密的碎石土地基。,