基坑工程、砌体工程、脚手架工程、模板工程和混凝土

6建筑施工技术本章主要介绍桩基工程、基坑工程、砌体工程、脚手架工程、模板工程和混凝土工程的分类、施工方法和施工要求。在常见建筑工程的基础上，又介绍了适合高层建筑的施工方法、施工设备、新型建筑材料施工等方面的内容，突出了适应现代建筑施本章提要本章内容6.1基础与基坑工程6.2砌体与脚手架工程6.3混凝土结构工程6.1基础与基坑工程桩是指深入土层的柱型构件，称为基桩。由基桩与连接桩顶的承台组成桩基础，简称桩基。若桩身全部埋入土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基。桩基的主要作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层，如图6.1。6.1.1柱基工程6.1.1.1概述按桩的功能不同分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩。其中竖向抗压桩又可按承载性状不同分为摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩及端承桩四种。按成桩有无挤土效应，分为挤土桩、部分挤土桩及非挤土桩三类。按成桩方法分为预制桩与灌注桩两种。其中预制桩由木桩、混凝土预制桩(RC桩)，发展到空心桩(PC桩)、预应力混凝土管桩、螺旋形混凝土桩、结节形混凝土桩、钢桩等。沉桩方法有锤击法、振动法、静压法及射水法等。目前我国普通混凝土预制桩截面尺寸可达600mm×600mm，预应力管桩最大直径已达1300mm，预制桩沉桩深度可达70m以上。按桩径大小分为大直径桩(d≥800mm)、中等直径桩(250mm＜d＜800mm)和小直径桩(d≤250mm)。图6.1桩基础示意图1—持力层；2—桩；3—桩基承台；4—上部建筑物；5—软弱层预制桩具有结构坚固耐久、桩身质量易于控制、成桩速度快、制作方便、承载力高，并能根据需要制成不同尺寸、不同形状的截面和长度，且不受地下水位的影响、不存在泥浆排放问题等特点，是建筑工程最常用的一种桩型。（1）预制混凝土实心方桩是最常用的桩型之一。断面尺寸一般为200mm×200mm～600mm×600mm，见图6.2。6.1.1.2预制柱施工单节桩的最大长度，根据打桩架的高度而定，一般在27m现场制桩一般采用重叠法间隔制作，见图6.3。重叠层数应根据地面允许荷载和施工条件确定。但不宜超过四层。桩与桩之间应做好隔离层。上层桩或邻桩的浇注，应在下层桩或邻桩混凝土达到设计强度的30%以后方可进行。由于重叠法施工需待上层桩混凝土到龄期后整堆桩才能起吊使用，故也可将桩制成阶梯状，见图6.4所示预制桩钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊或电弧焊。主筋接头配置在同一截面内的数量应符合下列①当采用闪光对焊和电弧焊时，不得超过50%；②相邻两根主筋接头截面的距离应大于35d（d为主筋直径），且不小于500mm。预制桩混凝土粗骨料应使用碎石或开口卵石，粒径宜为5～40mm。混凝土强度等级常用C30～C40，宜用机械搅拌，机械振捣，由桩顶向桩尖连续浇筑捣实，一次完成。混凝土预制桩达到设计强度的70%后方可起吊，达到设计强度100%后方可进行运输。如提前吊运，必须验算合格。桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，可按下述方法确定：当吊点不超过3个时，可按正负弯矩相等原则计算确定，当吊点多于3个时，则应按反力相等的原则确定，见图6.5。（2）沉桩方法预制桩沉桩方法主要有锤击沉桩、静压沉桩、振动沉桩和水冲沉桩锤击沉桩又称打入法，是利用桩锤下落时的瞬时所产生的冲击机械能，克服土体对桩的阻力，使其静压力平衡状态遭到破坏，导致桩体下沉，达到新的静压平衡状态，如此反复地锤击桩头，桩身也就不断地下沉。静压沉桩是借助专用桩架上的压重，通过卷扬机滑轮组或液压系统施加压力在桩顶或桩身上，当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐压入地基中。振动沉桩的原理是借助固定于桩头的振动沉桩机所产生的振动力，以减少桩与土壤颗粒之间的摩擦力，使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。振动沉桩机系由电动机、弹簧支撑、偏心振动块和桩帽组成。水冲沉桩法，就是利用高压水流冲刷桩尖下面的土壤，以减少桩表面与土壤之间的摩擦力和桩下沉时的阻力，使桩身在自重或锤击作用下，很快沉入土中，见图6.6。射水停止后，冲松的土壤沉落，又可将桩身压紧。水冲沉桩设备，除桩架、桩锤外，还需要高压水泵和射水管。（3）沉桩顺序群桩施工时，为了保证打桩工程质量，防止周围建筑物受挤土的影响，打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短和桩架移动方向来正确选择打桩顺打桩顺序一般分为逐排打设、自边缘向中央打设、自中央向边缘打设和分段打设当桩较密集（桩中心距小于四倍桩边长或桩径）时，应由中间向两侧对称施打或由中间向四周施打，如图6.7（c）、（d）当桩较稀疏（桩中心距大于四倍桩边长或桩径）时，可采用上述两种顺序，也可采用由一侧向单一方向施打的方式(即逐排打设)或由两侧同时向中间施打，如图6.7(a)、(b)。当桩规格、埋深、长度不同时，宜先大后小、先深后浅、先长后短施打。（4）良好的接头构造形式，不仅应满足足够的强度、刚度及耐腐蚀性要求，而且还应符合制造工艺简单，质量可靠，接头连接整体性强与桩材其他部分应具有相同断面和强度，在搬运、打入过程中不易损坏，现场连接操作简便迅速等条件。此外也应做到接触接头的连接方法有焊接法、浆锚法、法兰法三①焊接法接桩适用于单桩承载力高、长细比大、桩基密集或须穿过一定厚度较硬土层、沉桩较困难的桩。焊接法接桩的节点构造如图6.8所示。②浆锚法接桩可节约钢材，操作简便，接桩时间比焊接法要大为缩短。在理论上，浆锚法与焊接法一样，施工阶段节点能够安全地承受施工荷载和其他外力；使用阶段能同整根桩一样工作，传递垂直压力或拉应力。如图6.9所示。③法兰法接桩主要用于混凝土管桩，如图6.10所示，由法兰盘和螺栓组成，接桩速度快，但法兰盘制作工艺较复杂，用钢量大。法兰盘接合处可加垫沥青纸或石棉板。接桩时，将上下节桩螺栓孔对准，然后穿入螺栓，并对称地将螺帽逐步拧紧。如有缝隙，应用薄铁片垫实，待全部螺帽拧紧，检查上下节桩的纵轴线符合要求后，将锤吊起，关闭油门，让锤自由落下锤击一次，然后复紧一次螺帽，并用电焊点焊固定；法兰盘和螺栓外露部分涂上防锈油(5)打桩质量控制打桩质量主要指偏差是否在允许范围内，最后贯入度与沉桩标高是否满足设计要求，以及桩顶、桩身是否被打坏。桩的入土深度的控制：摩擦桩以标高为主，最后贯入度（桩下沉至设计标高时的最后三阵，每阵10击的平均入土深度）作为参考；端承桩以最后贯入度为主，标高作为参考。测量最后贯入度应在下列正常条件下进行：桩顶没有破坏；锤击没有偏心；（6）预制桩施工对环境效应主要表现在挤土问题以及打桩的噪声、振动等对周围环境、邻近建筑物及地下管线的不利影响。挤土效应及振动对周围环境不利影响表现轻则为：使建筑物的粉刷脱落，墙体和地坪开裂；重则使圈梁和过梁变形、门窗起闭困难、邻近的地下管线破损或断裂、路基变形、邻近结构物基础被推移、周围开挖基坑坍塌或推移增大等。1）根据实测表明，地面隆起量与打桩速率、桩数有直接的关系，打桩速率越快，隆起量也越大。在挤土桩施工区内，可根据基础平面形状、桩数、桩径、桩长、桩距、地质条件、地下水位高低情况、施工期等诸因素，合理选择以下几种措施，①预钻孔沉桩法根据施工实践经验，采用预钻孔沉桩法可明显改善挤土效应，地基明显改善,地基土变位可减少30%～50%，超孔隙水压力值可减少40%～50%，并可减少对已沉入桩的挤推和上浮，也有利于减少对周围环境的影响。预钻孔直径一般取桩径的70%左右，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定，预钻孔深度宜取桩长的1/3～1/2②采用降低地下水位或改善地基土排水特性的方法通常采用井点或集水井降水措施，或采用袋装砂井、砂桩、碎砂石桩、塑料排水板等排水措施，减少和及时疏导由沉桩引起的超静孔隙水压力，防止砂土液化或提高邻近地基土体的强度以增大其对地基变位的约束作用，从而减少地基变位的影响范围。一般采用砂井等排水措施，可降低超孔隙水压力40%左右，袋装砂井直径一般为70～80mm，间距1～1.5m，深度10～12m③采用合理的沉桩顺序和工艺合理安排沉桩顺序、控制沉桩速率、重锤轻击以及先开挖基坑后沉桩等措施，对减缓超静孔隙水压力的积聚、超孔隙水的消散及减少影响范围、土体变位，减轻对周围环境的影响程度等，都有明显④设置防挤防震沟对于消除浅层的水平挤压作用，减少土体变位及影响范围，隔断打桩产生的地震波，减缓沉桩对周围环境的影响也具有显著的作用。一般沟宽采用0.5～0.8m，深度宜超过被保护的附近管线和基础埋深为好，同时要根据土质合理放坡，避免沉桩引起⑤设置防挤、防渗墙在沉桩区域周围设置防挤、防渗墙壁可有效地限制沉桩引起的变位及超孔隙水压力对邻近建筑物的影响。防挤、防渗墙可采用打钢板桩，地下连续墙或水泥搅拌桩壁，旋喷、粉喷加固壁等，宜结合2)沉桩振动危害影响程度不仅与桩锤锤击能量、桩锤锤击频率、离沉桩区的距离有关，而且取决于沉桩区的地形、地基土的成层状态和土质、邻近建筑物的结构形式及其规模大小、重量和陈旧程度、为了缩短沉桩振动影响时间和减少振动影响程度，可在沉桩施工中采用特殊缓冲垫材或缓冲器，合理选择低振动强度和高施工频率的桩锤，采取桩身涂覆减少摩阻力的材料以及与预钻孔法、掘削法、水冲法、静压法相结合的沉桩施工工艺，控制沉桩施工顺序(由近向远)3）打桩噪音及防护在沉桩过程中会产生一定的噪音，噪音在空气中以平面正弦波传播，并按音源距离对数值呈线性衰减。一般以音压单位dB来衡量噪音的强弱及其危害程度。噪音的危害不仅取决于音压大小，而且与持续时间有关。沉桩施工工艺不同，噪音音压也有所不同。见图6.11和图6.12。住宅区噪音一般应控制在70～75dB，在工商业区噪音可控制在75～80dB。当沉桩施工噪音高于80dB时，应采取减小噪音的处一般可采取以下几种基本防护措施：①音源控制防护如锤击法沉桩可按桩型和地基条件选用冲击能量相当的低噪音冲击锤，振动法沉桩选用超高频振动锤和高速微振动锤，也可采用预钻孔辅助沉桩法、振动掘削辅助沉桩法、水冲辅助沉桩法等工艺。同时可改进桩帽、垫材以及夹桩器来取得降低噪音的效果。在柴油锤锤击法沉桩施工中，还可用桩锤式②遮挡防护在打桩区和受音区之间设置遮挡壁可增大噪音传播回折路线，并能发挥消音效果，显著增大噪音传播时的衰减量。通常情况下遮挡壁高度不宜超过音源高度和受音区控制高度，一般宜为15m左右比较③时间控制防护控制沉桩施工时间，午休和晚上停止沉桩施工，以尽可能减小对打桩区邻近住宅区的噪音危害，确图6.2混凝土预制桩图6.3重叠法间隔施工示意图图6.4阶梯状预制桩图6.5(a)1个吊点；(b)2个吊点；(c)3个吊点；(d)4个吊点图6.6水冲沉桩1—桩架；2—桩锤；3—桩；4—射水管；5—高压水图6.7打桩顺序(a)从两侧向中间打设；(b)逐排打设；(c)自中部向四周打设；(d)由中间向两侧打设图6.8焊接法接桩节点构造图6.9浆锚法接桩节点构造1—锚筋；2—锚筋孔图6.101—法兰盘；2—螺栓；3—螺栓孔图6.11噪音音压和人能经受的允许时间图6.12打桩噪音与距离的关系民锤击法施工时，施工场地应按坡度不大于1%、地耐力不小于85kPa的要求进行平整、压实，地下应无障碍物。在基坑和围堰内沉桩，要配备足够的排水设备。桩锤安装时，应将桩锤运到桩架正前方2m以内，不得远距离斜吊。用桩机吊桩时，必须在桩上拴好溜绳，严禁人员处于桩机与桩之间。起吊2.5m以外的混凝土预制桩，应将桩锤落在下部，待桩吊近后，方可提升桩锤。严禁吊桩、吊锤、回转或行驶同时进行。6.1.1.3桩基工程安全技术卷扬机钢丝绳应经常处于油膜状态，防止硬性摩擦，钢丝绳的使用及报废标准应按有关规定执行。遇有大雨、雪、雾和六级以上大风等恶劣气候，应停止作业。当风速超过七级或有强台风警报时，应将桩机顺风停置，并增加缆风绳，必要时，应将桩架眠放到地面上。施工现场电器设备外壳必须保护钻孔法施工时，应检查有否发生卡杆现象，起吊钢丝是否牢固，卷扬机刹车是否完好，信号设备是否明显。钻