第2章桩基工程

第2章桩基础工程桩基础：是用承台或梁将沉入土中的桩联系起来，以承受上部结构的一种常用的基础形式。当天然地基土质不良，不能满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时，常常采用桩基础将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土(岩)层上，以保证建筑物的稳定和减少其沉降量。同时，当软弱土层较厚时，采用桩基础施工，可省去大量的土方开挖、支撑、排(降)水设施，一般均能获得良好的经济效果。因此，桩基础在建筑工程中应用广泛。2.1概述桩基础构造桩基础包括：桩体和承台。荷载传递路径：上部结构承台桩地基桩的分类按荷载传递机理分：端承桩、摩擦桩。桩端阻力桩侧阻力1）：端承桩是穿过上部软弱土层而达到下部持力层(岩石、砾石层、砂层或坚硬土层)上的桩，上部结构荷载主要是由桩尖阻力来平衡。2）：摩擦桩是把建筑物的荷载传布在桩四周土中及桩尖下土中的桩，其大部分荷载靠桩四周表面与土的摩擦力来支承。按材料分木桩、砂石（灰）桩—加固地基（排水固结、挤密土层）（钢筋）混凝土桩、钢管桩—承载力大。按沉桩方法分挤土桩—打入式和压入式预制桩，无需预先成孔。部分挤土桩—预钻孔打入式预制桩和部分挤土灌注桩。非挤土桩—非挤土灌注桩。混合桩等。按施工方法分预制桩—预制→运输→打桩灌注桩（即现浇桩）—成孔→安放钢筋笼→浇注混凝土1）预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩，然后用沉桩设备将桩沉入(打、压、振)土中。钢筋混凝土预制桩(含预应力钢筋混凝土桩)施工速度快，适用于穿透中间层较软弱或夹有不厚的砂层、持力层埋置深度及变化不大、地下水位高、对噪声及挤土影响无严格限制的地区；2）灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。灌注桩适用于严格限制噪声、振动、挤土影响、持力层起伏较大的地区。第一节钢筋混凝土预制桩施工有实心方桩和离心管桩两种实心桩为方形断面，边长一般为250～550mm。管桩是在工厂离心法成型的空心圆柱形预制桩，直径有Ø400～Ø500等几种。桩长：一般在27m以内混凝土强度等级：不宜低于C30钢筋：对称配筋，锤击沉桩时纵向钢筋配筋率不宜小于0.8%，压入桩不宜小于0.4%◆常用桩型主要施工过程：桩的预制、运输和沉入。钢筋混凝土桩制作流程支模板绑扎钢筋，安设吊环支上层膜，涂刷隔离剂浇筑第二层桩混凝土养护养护至30%强度后拆模（2）桩的起吊、运输混凝土强度要求应在混凝土强度达到70％设计强度后方可起吊，达到100％后方可运输和沉桩。桩的吊点布置确定原则：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。常见的吊点位置如下图示：桩的堆放堆放不得超过四层；上下层间设置垫木（按吊点位置确定间距、上下对齐）地面平整坚实，设有排水坡度。分类堆放沉桩前的准备工作清除障碍物平整场地沉桩试验抄平放线定桩位确定沉桩顺序。沉桩顺序确定的原则从中间向四周沉没，由中及外；从靠近建筑物最近的桩位起，由近及远；先深后浅,先大后小，先长后短。结合考虑“退沉桩”还是向前“顶沉桩”。2.3桩的沉设主要方法：锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩、水冲沉桩预制桩施工机械主要有以下三类：打桩机—锤击沉桩打桩机由桩锤和桩架组成，靠桩锤冲击桩头，使桩在冲击力的作用下贯入土中，故又称冲击式打桩机。根据桩锤驱动方式不同，可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。振动沉拔桩机—振动沉桩振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。静力压桩机—静力沉桩静力压桩机采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下压入至所需深度。锤击沉桩是利用桩锤下落时的瞬时冲击机械能，克服土体对桩的阻力，使其静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。锤击沉桩是预制桩最常用的沉桩方法。该法施工速度快，机械化程度高，适应范围广，现场文明程度高，但施工时有挤土、噪音和振动等公害，对城市中心和夜间施工有所限制。2.3.1锤击沉桩打桩所用的机具设备：桩锤、桩架及动力装置桩锤类型：有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油打桩锤和振动锤等。桩架选择：考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。常用的桩架形式有下列三种：滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架（1）桩锤落锤—适用于粘土或含砂石较多的地基土；柴油锤•工作原理：单缸二冲程自由活塞式发动机以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将桩锤抬起，然后自由落下冲击桩顶。如此循环反复运动，将桩打入土中。•分类：导杆式、筒式。•特点：不需另带动力设备，但污染大，噪音大。•适用：大型的混凝土桩和钢管桩，除过软地基外可打各种桩。落锤柴油锤柴油锤导杆式柴油锤筒式柴油锤广州大学城工地锤击沉桩桩锤（2）桩架作用：吊桩就位、固定桩位置、承受桩锤和桩的重量、打桩过程中引导锤和桩的方向，并保证桩锤能够沿着所要求的方向冲击桩体。分类：塔式、直式、悬挂式、三点支撑履带行走式。行走机构：滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。桩架高度：=桩长+滑轮组高（2m）+锤高+桩帽高+安装空隙（0.5m）•悬挂履带式打桩架以履带起重机为底盘，用吊臂2悬吊桩架立柱6，立柱6下面与车体1通过支撑叉7相连接。由于桩架、桩锤的重量较大，重心高且前移，容易使起重机失稳。所以通常在车体上增加一些配重。立柱在吊臂端部的安装比较简单。为了能方便的调整立柱的垂直度，立柱下端与车体支撑连接一般都是采用丝杠和液压式等伸缩可调的机构。缺点：横向稳定性较差，立柱的悬挂不能很好的保持垂直。这一点限制了不能用于打斜桩。•三点式履带桩架三点式桩架在性能上是比较理想的，工作幅度小，具有良好的稳定性，其次还可通过斜撑的伸缩使立柱倾斜，以适应打斜桩的需要。简易桩架悬挂履带式桩架轮式桩架滚管式桩架步履式桩架桁式打桩架全液压履带式三支点打桩架锤击桩动画（4）打桩注意事项隐蔽工程及时做好记录严禁偏打桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫平整均匀，构造合适桩顶衬垫弹性应适宜延长锤击作用时间和应力波波长，降低锤击应力值，从而提高打击效率和降低桩的损坏率。连续施打、入土速度均匀，不得间歇过长避免土的固结作用，使继续打桩阻力增大，不易打入土中桩锤回弹过大且经常发生,应更换重锤。打桩过程中出现的问题桩锤突然有较大的回弹表明桩端遇阻，须减小锤的落距。桩下沉突然加大可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身破坏等，应停止进行处理。送桩时桩身和送桩轴线一致打斜应拔出，用砂石填孔，重新插入施打。若拔桩困难，应在原桩附近再补打一桩。尽量避免送桩桩头爆裂环氧树脂补桩桩上的裂缝.（5）打桩质量要求与验收贯入度或标高必须符合设计要求最后贯入度：在正常条件下进行（桩顶没有破坏、锤击没有偏心、锤落距符合规定、桩帽与弹性垫层正常），最后10击内桩的平均入土深度。•桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、碎石土、中密以上的粉土和砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩端进入持力层深度或桩尖标高可作为参考；•当贯入度达到而桩端标高未到时应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值（一般在30-50mm）；•桩端位于其它软土层时，以桩端设计标高控制为主，贯入度可作为参考。重要概念平面位置或垂直度必须符合施工规范要求•平面位置偏差不得大于100-150mm；•垂直度偏差不得超过0.5%；•桩身、桩帽、桩锤三者在同一垂直轴线上；•短桩接长的端面应平整，中心对齐；•挖土应制定合理的挖土方案，防止桩体位移或倾斜。打入桩桩基工程的验收必须符合施工规范要求•当桩顶设计标高与施工场地标高相同时，在打桩完毕后进行；•需送桩时，每桩至设计标高后应先中间验收，待打桩完开挖至设计标高后再作全面验收。•提交的资料：桩位测量放线图；工程地质报告；材料试验记录；桩的制作与打入记录；桩位竣工平面图；桩的静载各和动载试验及确定桩贯入度的记录。2.3.2静力压桩工作原理依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。特点噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难。顶压式静力压桩机静力压桩动画预应力管桩静压桩施工过程吊桩接桩（管口焊接）连续压桩压入一节3.2.3.3振动沉桩（1）工作原理：其主要装置为振动器，利用振动器所产生的激振力，使桩身产生高频振动。这时桩在其自重或很小的附加压力作用下沉入土中，或是在较小的提升力作用下而拔出土。（2）振动器工作原理振动器产生激振力的方法如下：振动器都是采用机械式，由两根装有偏心块的轴组成。这两根轴上装有相同的偏心块，但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力，在水平方向上的分力互相抵消，而其垂直方向上的分力则迭加起来。（3）振动沉桩作业图振动沉桩工作效率决定于振幅，离心力和静压力，振幅是决定沉桩速度的主要因素。静压力对桩的下沉也有很大的影响，只有当静压力（包括桩的自重）超过某值时才发现沉桩现象，振动沉桩机必须有足够的重量，必要时还应附加配重。振动沉斜桩作业图DZM系列液压振动锤(配挖掘机用)特点通过振动器的振动，减小桩和周围土体的摩擦力，在桩自重和附加压力作用下沉桩。优点：噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，操作安全，结构简单、铺助设备少、重量轻、体积小、对桩头的作用力均匀而使桩头不易损坏等特点，还可以用来拔桩。缺点适于砂质粘土、砂土、软土地区施工，不宜用于砾石和密实的粘土层。如用于砂砾石和粘土层中，需配以水冲法辅助施工。2.3.4沉桩对周边环境的影响及防治（1）对环境的影响锤击法、振动法沉入预制桩—施工时产生噪音、振动冲击、废气，并引起土体挤压隆起位移，影响原有建筑和地下管线等。（2）防治措施采用预钻孔桩，防止挤土影响。采用机械或人工成孔灌注桩。设置防振沟，基坑支护。在有条件的城市，明令禁止锤击法或振动法沉桩。