桩基础工程教学课件PPT.ppt

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1、桩基础工程 第一节 预制桩施工 第二节 灌注桩施工 1 v桩基础是深基础应用最多的一种基 础形式，它由若干个沉入土中的桩 和连接桩顶的承台或承台梁组成。 v桩的作用是将上部建筑物的荷载传 递到深处承载力较强的土层上，或 将软弱土层挤密实以提高地基土的 承载能力和密实度。 2 桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种(图4.1) v端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的 桩，上部结构荷载主要由岩层阻力承受；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 可作参考。 v摩擦桩完全设置在软弱土层中，将软弱土层挤压 密实，以提高土的密实度和承载能力，上部结构 的荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土

2、之间的摩 擦阻力共同承受，施工时以控制桩尖设计标高为主 ，贯入度可作参考。 3 4 桩按施工方法分为预制桩和灌注桩 v预预制桩桩根据沉入土中的方法，可分打入桩、水 冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等； v灌注桩桩是在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架， 再浇筑混凝土而成的桩。灌注桩按成孔方法不 同，有钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、冲孔灌注桩 、套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等。 5 第一节第一节 预制桩施工预制桩施工 预预制桩桩：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。 应

3、用：钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的 一种桩型。 6 预制桩有方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩。 7 8 常用沉桩方法：锤击法（打入法）沉 桩；静力压桩；振动沉桩；射水沉桩 。 9 10 钢筋混凝土预制桩制作混凝土浇筑 11 预制管桩外形 12 桩头 13 截桩 14 垫层施工 15 垫层 16 承台钢筋 17 承台模板 18 承台和地基梁浇筑混凝土后 19 承台细部 20 四 打入法施工 打入法也称锤击法，是利用桩锤落到桩顶上的冲击力 来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力 层的一种打桩施工方法。 锤击锤击 沉桩桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速 度快，机械化程度高，适用

4、范围广，但施工时有冲撞噪 声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。 （一）打桩设备及选择 打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置。 21 (1) 桩锤桩锤 桩锤可选用落锤、汽锤、柴油打桩锤和振动锤。 落锤一般由铸铁制成。有穿心锤和龙门锤两种，重 0.22t。它利用绳索或钢丝绳 通过吊钩由卷扬机沿 桩架导杆提升到一定高度，然后自由落下击打桩顶( 如图2.4) 。 汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械，有 单动汽锤和双动汽锤两种(如图2.5) 。 22 23 24 柴油打桩锤利用燃油爆炸来推动活塞往返运动进行 锤击打桩，柴油桩锤与桩架、动力设备配套组成柴 油打桩机。 振动锤是利用机械强迫振动

5、，通过桩帽传到桩上使 桩下沉。 25 (2) 桩桩架 桩架是支持桩身和桩锤（吊桩就位，悬吊桩锤），在打桩过 程中引导桩的方向及维持桩的稳定，并保证桩锤 沿着所要求 方向冲击的设备。 桩架一般由底盘、导向杆、起吊设备、撑杆等组成。 根据桩的长度、桩锤的高度及施工条件等选择桩 架和确定桩 架高度。桩架高度=桩长+桩帽高度+桩锤高度+滑轮组高+起 锤工作伸缩的余位调节度 桩架用钢材制作，按移动方式有履带式、轨道式多功能桩架等 。 履带式桩架(图图2.6)以履带式起重机为主机，配备桩架工作装 置而组成。操作灵活，移动方便，适用于各种预制桩和灌注 桩的施工。 26 多功能桩架：沿轨道行驶，可作360回转

6、 ，导架可 伸缩和倾斜。 优点：可适应各种预制桩，也可用于灌注桩施工 缺点：是机构较庞大，现场组装和拆迁比较麻烦 27 钢筋混凝土预制桩施工钢管桩施工 28 打斜桩 海上打桩 29 多功能桩架 履带式桩架 30 31 (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。 32 （1）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。 （2）桩基轴线的定位点及水准点的设置： 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

7、据此检查桩位的偏差以及桩的入土深度。 （二）打桩前的准备工作 33 （1）确定打桩顺序的原因：土体挤密，偏移 变位 浮桩。 （2）什么时候尤需确定打桩顺序：当桩的中心距小于4倍桩径 时，打桩顺序尤为重要。 （三）打桩顺序的确定 34 打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据 桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计 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2.7所示。 v当桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长时 ，应由中 间向两侧对称施打(图图2.7(c)，或由中间向四

8、周施打 (图2.7(b)。 v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(图图2.7(a) 。 35 根据基础的设计标 高和桩的规格，宜按先深后浅、先大 后小、先长后短的顺序进行打桩。 36 v打桩质量包括两个方面的内容: 一是能否满足贯入度或标高的设计要求； 二是打入后的偏差是否在施工及验收规范允许范 围以内。 v摩擦桩的入土深度控制：以标高为主，最后贯入 度作为参考 v端承桩的入土深度控制：以最后贯入度为主，标 高作为参考 （四）打桩的质量控制 37 （五） 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

9、短距轻击；待桩 入土一定深度(12m)稳定以后，再以规定落距施打。 桩的施打原则是重锤锤低击击，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。 38 （六） 打桩施工常见问题的分析 在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶 破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃， 桩身严重回弹等。 发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、 沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。 工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题

10、，均应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单 位 共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应 的技术措施后，方可继续施工。 39 (1) 桩顶破碎 打桩时，桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部 应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、 桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量 问题都会引起桩顶破碎。在沉桩工艺方面，若桩垫材料选 择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会 引起桩顶破碎。 (2) 桩身被打断 制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不 足，在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物，增大落距 ，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂。 40 (3) 桩

11、身位移、扭转或倾斜 桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制 作原因，桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的 施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转 或倾斜。 (4) 桩锤回跃，桩身回弹严重 选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；桩尖遇到坚 硬的障碍物时，桩身则严重回弹。 41 五 静力压桩 静力压桩是利用无噪声、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。 静力压桩(图图2.8)利用压桩架的自重和配重，通过卷扬 机牵引，由钢丝绳 、滑轮和压梁，将整个桩机的重力 (8001500kN)反压在桩顶上，以克服桩身下沉时与土 的摩擦力，迫使预制桩下沉。 压桩

12、施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法。 接桩的方法目前有三种：焊接法(图2.9)、法兰螺栓连 接法、硫磺浆锚法(图2.10；现场图 片)。 42 静力压桩机 43 44 45 46 打入预制桩第一节桩体 47 打入预制桩电焊接桩 48 浆锚法接桩 49 打入预制桩末节桩体 50 六 振动法沉桩 振动法是利用振 动锤沉桩，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。 51 七 水冲法沉桩（射水沉桩） v水冲法沉桩是利用高压水流冲刷桩尖下面的土 壤，以减少桩表面与土之间的摩擦力和桩下

13、沉 的阻力，使桩在自重或锤击作用下，沉入土中 ，射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时 使用，具体选择应视土质情况而定。 v必须注意，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。 52 （1）灌注桩： 就地成孔 安放钢筋笼 灌注混凝土 （2）灌注桩分类（根据成孔工艺不同）分为： 干作业成孔的灌注桩；泥浆护壁成孔灌注桩 套管成孔灌注桩； 爆扩成孔灌注桩等 （3）灌注桩的特点 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

14、可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。 第二节第二节 灌注桩施工灌注桩施工 53 干作业成孔灌注 桩适用于成孔深 度内没有地下水 的情况，成孔时 不必采取护壁措 施而直接取土成 孔。 干作业成孔一般 采用螺旋钻机 一、干作业成孔灌注桩 54 二、泥浆护壁成孔灌注桩 1.泥浆护壁成孔是用成孔机械成孔，在成孔过程 中由泥浆保护孔壁并排出土渣。 2.适用范围：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。 3.泥浆作用：具有保护孔壁、防止塌孔、排出土 渣以及冷却与润滑钻头的作用。泥浆一般需专门配 制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造 泥浆 4.成孔机械： （1）回转钻机；（2

15、）潜水钻机；（3）冲击钻 其中以回转钻机应用最多 55 冲 击 转 机 56 1.机械成孔 （1）回转钻机成孔 工作原理：动力装置 回转装置转动 钻杆转动 由钻头切削土壤（切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔） 分类：正循环回转钻机 反循环回转钻机：携带土渣量较大（对孔深大于 30m的端承型桩，宜采用反循环） 回转钻机成孔施工过程 埋设护筒 钻孔第一次清孔 吊放钢筋笼第二次清孔 灌注混凝土 57 钻孔灌注桩-护筒埋设 58 钻孔灌注桩钻孔 59 钻孔灌注桩-钢筋笼吊装 60 钻孔灌注桩混凝土浇筑 61 钻孔灌注桩-泥浆运输车辆 62 63 步履式螺旋钻机 64 （2）潜水钻机成孔 潜水钻机是一

16、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 下的土渣排出孔外。 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。 潜水钻机 65 （3）冲击钻成孔 v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，然后用掏渣筒来掏取 孔内的渣浆 v还有一种冲抓锥，锥头内 有重铁块和活动抓片，下 落时松开卷扬机刹车，抓 片张开，锥头自由下落冲 入土中，然后开动卷扬机 拉升锥头，此时抓片闭合 抓土，将冲抓锥整体提升 至地面卸土

17、，依次循环成 孔 。 冲击钻机 66 2.施工工艺 用流程图表示泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺为 ： 测定桩位 埋设护筒 桩机就位 成孔 清孔 安放钢筋骨架 浇筑水下混凝土 泥浆池，制备泥浆 泥浆循环清渣 钢筋骨架制作 吊运、安放 灌注混凝土 清孔 67 （1）测定桩位 根据设计图纸对桩位进行放线，严格控制桩位精度，是 保证桩基础施工质量的前提条件。所有桩点一次性全部测 放、复核，每天对预钻进桩点进行二次复核检查，确保桩 位准确，桩点放线偏差应10mm,采用4根木桩加钉小钉（ 即定位桩）十字法定位，如下页图所示，并防止车辆、机 械、人员等碾压、踩踏移位、破坏。 桩点定位图 68 （2）埋设护筒 6

18、9 （3）桩机就位 桩机就位时，精心调平，保证钻头中心与 桩位中心相重合，偏差20mm；垂直度偏差 1%，并确保成孔机械在整个钻孔过程中的稳定 性，避免其产生前倾和侧倾，以至影响桩孔的 垂直度。为此，对于土质软弱的施工现场需要 对地面进行适当的加固处理，并适当加大承重 枕木的面积。 70 （4）成孔 钻孔机具及工艺的选择，应根据桩型、钻 孔深度、土层情况、泥浆排放及处理等条件综 合确定。如果是端承为主的结构桩，地基土中 含有碎石土、砂卵石、土层较坚硬及风化岩比 较多，则适宜选用冲击钻机成孔方式，即冲孔 桩；如果是利用桩身与土层的摩擦力进行承载 ，例如某些临时性的基坑支护桩等，在砂土、 淤泥质土

19、、粘性土等土层比较厚时，可选用潜 水钻机成孔方式施工，即钻孔桩。 71 （5）安放钢筋骨架 钢筋笼的安放：钢筋笼竖直对准孔口中心 后，要缓缓下放，两段钢筋笼孔口焊接时，要 保证其稳定性，下放到位后，检查并控制笼顶 标高偏差值在100mm以内，然后再用吊杆安置 牢固，严防下落和灌注混凝土时上浮。 72 （6）清孔 安放钢筋笼后，应立即清孔，清除孔底的 沉渣，淤泥，以减少桩基的沉降量。清孔方法 ：射水法、置换法和空气吸泥法等。 在灌注混凝土之前，孔底沉渣应符合下列 规定：端承桩50mm；摩擦端承、端承摩擦桩 100mm；摩擦桩300mm。为此，在清孔过程 中要不断置换泥浆，直至浇筑水下混凝土，并

20、保持孔底500mm以内的泥浆比重应1.25。 孔底沉渣可用重锤法或X-2型沉渣仪检测 。重锤法是依据手感来判断沉渣表面位置，然 后凭测锤重量夯入沉渣的厚度作为测量值。重 锤法要求经验丰富，否则测量误差较大。X-2 型沉渣仪是利用测试探头和仪表量测。如下图 所示 73 （7）浇筑水下混凝土 水下灌注混凝土（常用导管法）： 导管内设隔水栓，用细钢丝悬吊在导管下口，待导管内 有足量混凝土时剪断钢丝，其被冲出，混凝土随即冲出导管 。 混凝土灌注： 在施工中应该注意混凝土的浇灌速度。初灌时，灌注速 度要快，防止堵管。在灌注过程中，应保证注浆顺利，导管 在提升捣实混凝土时，不得猛提或超量提升，否则不但造成

21、 断桩、夹泥等事故，影响桩体质量。 水下混凝土浇筑应注意的问题： 首灌量应将导管的下口埋入混凝土的深度0.8m； 混凝土应连续灌注，一气呵成，每次灌注间歇时间一 般控制在15min之内，最多不得超过30min； 灌注时要保持孔内混凝土面均匀上升，且保持上升速 度2m/h。导管的提升速度应与混凝土上升速度相适应。 74 三、套管成孔灌注桩 v套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法和振动打桩法，将 带有桩尖的钢套管沉入土中，然后灌注混凝土并拔管 而成。 v分类： 1）锤击灌注桩 适用范围：一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基 。 施工过程：就位、沉套管、开始灌注混凝土、下钢筋骨架 继续浇注混凝土、拔管

22、成型。 2）振动灌注桩 适用范围：除宜用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工 填土地基，还适用于稍密及中密的碎石土地基。 振动灌注桩施工方法：单打法、反插法、复打法。 75 混凝土桩靴（桩尖） 76 77 78 v（二）爆扩成孔灌注桩 v爆扩成孔灌注桩是用钻孔爆扩成孔，孔底放入炸 药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形 成扩大头，再放入钢筋笼，浇筑桩身混凝土。 v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36m，最大 不超过10m。扩大头直径D为2.53.5d。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，施工质量要求严格。 79 （三）

23、挖孔灌注桩 v在土木工程中，有些高层建筑、大型桥梁、重要的水 利工程由于自重大，底面积小，对地基的单位压力很 高，需要大直径的桩来承受，但却往往受到钻孔设备 的限制而难以完成。在这种情况下，人们较多地采用 了挖孔灌注桩 v挖孔灌注桩的施工：是测量定位后开挖工人下到桩孔 中去，在井壁护圈的保护下，直接进行开挖，待挖到 设计标高，桩底扩孔后，对基底进行验收，验收合格 后下放钢筋笼，浇筑混凝土成桩。挖孔时如遇地下水 ，可使用潜水泵随时将水排除。挖孔桩的桩径一般为 1m3m，桩深20m40m，最深可达60m80m。每根桩的 承载力为10000kN40000kN，甚至可高达 60000kN70000kN 80