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3.8高层建筑桩基工程桩基础是高层建筑常用的一种基础，由桩和承台两部分组成。为什么需要桩基①竖向和水平荷载很大，地基软弱、地下水位高，天然地基承载力不足、沉降会过大；②地表软弱土层较厚，不宜用做基础持力层及土层厚薄不同或荷载变化可能引起不均匀沉降等情况需桩基。桩基础的特点承载能力大、沉降量小，稳定性好，可提高建筑物的抗震能力，可以提高低级基础的刚度并改变自振频率。3.8.1桩基础的类型•按桩的使用功能分类（1）竖向抗压桩（2）竖向抗拔桩（3）水平受荷桩（4）复合受荷桩•按桩的荷载传递机理分类（1）端承桩（2）摩擦桩•按成桩方法分类（1）非挤土桩（2）部分挤土桩（3）挤土桩•按桩身材料分类（1）混凝土桩（2）钢桩（3）木桩（4）组合材料桩•按桩的截面形状分类（1）方桩（2）圆桩（3）管桩（4）板桩•按桩径大小分类（1）小直径桩（2）中直径桩（3）大直径桩3.8.2钢筋混凝土预制桩施工一、桩的制作、起吊、运输和堆放1钢筋混凝土实心方桩钢筋混凝土实心桩，断面一般呈方形。桩身截面一般沿桩长不变。实心方桩截面尺寸一般200×200mm~600×600mm。优点长度和截面可在一定范围内根据需要选择，制作质量容易保证，承载能力高，耐久性好。钢筋混凝土实心桩由桩尖、桩身和桩头组成。如图8.1。图8.1钢筋混凝土实心桩材料要求强度等级要求；主筋及箍筋的确定：主筋一般为4~8根，直径12~25mm；箍筋直径为6~8mm，间距≦200mm；保护层厚度要求≧30mm。2钢筋混凝土管桩混凝土管桩一般在预制厂用离心法生产；混凝土管桩各节段之间的连接可以用角钢焊接或法兰螺栓连接；堆放层数不超过三层，底层管桩边缘应用楔形木块塞紧，以防滚动。优点用离心法成型，混凝土中多余的水分由于离心力而甩出，故混凝土致密，强度高，抵抗地下水和其它腐蚀的性能好。3桩的制作、起吊、运输和堆放（1）桩的制作较短的桩一般在预制厂制作，较长的桩一般在施工现场附近露天预制。①平整场地预制场地的地面要平整、夯实，并防止浸水沉陷。②支模板，绑扎钢筋对于两个吊点以上的桩，现场预制时，要根据打桩顺序来确定桩尖的朝向；桩的主筋上端以伸至最上一层钢筋网之下为宜，并应连成“┏─┓”形，这样能更好地接受和传递桩锤的冲击力，主筋必须位置正确，桩身混凝土保护层要均匀，不可过厚，否则打桩时容易剥落，桩身保护层厚不宜小于30mm。钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊。③浇筑混凝土预制桩的混凝土浇筑工作应由桩顶向桩尖连续浇筑，严禁中断，制作完成后，应洒水养护不少于7天。预制桩叠浇预制时，桩与桩之间要做隔离层，以保证起吊时不互相粘结。叠浇层数，应由地面允许荷载和施工要求而定，一般不超过四层，上层桩必须在下层桩的混凝土达到设计强度等级的30%以后，方可进行浇筑。见（图8.2）图8.2重叠法间隔施工1-侧模板；2-隔离剂或隔离层；3-卡具；Ⅰ-第一批浇筑桩；Ⅱ-第二批浇筑桩；Ⅲ-第三批浇筑桩④养护自然养护1个月；蒸汽养护时，应注意提早拆模后继续养护，使混凝土的水化作用充分完成。（2）桩的起吊、运输和堆放①起吊钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计强度等级的70%方可起吊，如提前吊运，必须采取措施并经过验算合格后才能进行。起吊时，必须合理选择吊点，防止在起吊过程中过弯而损坏。图8.3桩的吊点位置（a）（d）一点起吊；（b）两点起吊；（c）三点起吊；（e）、（f）管桩一点及两点起吊②桩的运输和堆放达到设计强度等级的100%才能运输和打桩，运输时，桩的支点与吊点一致。堆放的场地必须平整、坚实，避免产生不均匀沉降，堆放层数不超过4层。二、锤击沉桩（打入桩）施工预制桩的打入法施工，就是利用锤击的方法把桩打入地下，是预制桩最常用的沉桩方法。（1）打桩机具及选择打桩机具主要有打桩机及辅助设备。打桩机主要有桩锤、桩架和动力装置三部分。①桩锤作用：对桩施加冲击力，将桩打入土中。类型：落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、液压锤落锤一般由生铁铸成，利用卷扬机提升，以脱钩装置或松开卷扬机刹车使其坠落到桩头上，逐渐将桩打入土中，适用于普通粘性土和含砾石较多的土层中打桩，但打桩速度较慢，效率低。只有当使用其它锤型不经济或小型工程才使用。（图8.4）图8.4落锤单动汽锤单动汽锤的冲击部分为汽缸，活塞是固定于桩顶上的，动力为蒸气。具有落距小，冲击力大的优点，其打桩速度较自由落锤快，适用于打各种桩。但存在蒸汽没有被充分利用，软管磨损较快，软管与汽阀联接处易脱开等缺点。双动汽锤双动汽锤的冲击部分为活塞，动力是蒸汽。汽缸是固定在桩顶上不动的，而汽锤是在汽缸内，由蒸汽推动而上下运动。具有活塞冲程短，冲击力大，打桩速度快，工作效率高等优点。适用于打各种桩，并可以用于拔桩和水下打桩。（a）单动汽锤（b）双动汽锤1-活塞；2-汽缸；3-锤砧；4-桩；5-出汽口；6-进汽口；7-壳体；柴油锤柴油锤是以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将锤抬起，然后自由落下冲击桩顶。柴油锤打桩工效高，构造简单，移动灵活，使用方便，不需沉重的辅助设备，也不需从外部供给能源等优点。但施工噪音大、油滴飞散、排出的废气污染环境等缺点。不适用于在过硬或过软的土层中打桩。液压锤目前城市环境保护日益提高的情况下，我国研制出新型低噪音、无油烟、能耗省的打桩锤—液压锤。它是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，令其往返实现夯击作用，将桩沉入土中。②桩架作用：是支持桩身和桩锤，将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿着所要求的方向冲击。桩架的选择选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组的高度来确定。此外，还应留1~3m的高度做为桩锤的伸缩余地。桩架高度=桩长+桩锤高度+桩帽高度+滑轮组高度+（1~2m）的起锤工作余地常用的桩架形式：•滚动式桩架：行走靠两根钢滚筒在枕木上滚动，优点是结构比较简单，制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多。适用于预制桩和灌筑桩施工，图8.6。图8.6滚筒式桩架滚动式桩架、多功能桩架和履带式桩架。•多功能桩架：机动性和适应性很大，在水平方向可做360°旋转，导架可以伸缩和前后倾斜，底座下装有铁轮，底盘在轨道上行走。可适用于各种预制桩和灌筑桩施工。图8.7。图8.7多功能桩架•履带式桩架：以履带起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成，用以打桩。移动方便，比多功能桩架更灵活，可用于各种预制桩和灌筑桩施工。图8.8。图8.8履带式桩架③动力装置动力设备包括驱动桩锤用的动力设施，如卷扬机、锅炉、空气压缩机和管道、绳索和滑轮等。（2）打桩前的准备工作①处理障碍物②平整场地打桩前，应认真处理高空、地上和地下障碍物，如地下管线、旧有基础、树木杂草等。在建筑物基线以外4~6m范围内的整个区域或桩机进出场地及移动路线上，应作适当平整压实，并做适当坡度，保证场地排水良好。③材料、机具的准备，接通水电源桩机进场后，按施工顺序铺设轨道，选定位置架设桩机和设备，接通水电源，进行试机，并移机至桩位，力求桩架平稳垂直。④进行打桩试验沉桩前应作数量不少于2根桩的打桩工艺试验，用以了解桩的贯入度、持力层强度、桩的承载力，以及施工过程中遇到的各种问题和反常情况等。⑤确定打桩顺序打桩易出现的问题：a.由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩；b.后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。常用的打桩顺序：自两侧向中间打图8.9（a）逐排打设图8.9（b）自中间向四周打图8.9（c）自中间向两侧打图8.9（d）图8.9打桩顺序（a）从两侧向中间打（b）逐排打设（c）自中央向四周打（d）自中央向两侧打采用逐排打设，则土体向一个方向挤压，使地基土挤压的程度不均匀。这样可能使桩打入深度逐渐减少，会引起建筑物产生不均匀沉降。自两侧向中间打，则中间部分的土层挤压密实，使桩不易打入，并且打中间各桩时，已打的外侧各桩可能受挤压而升起。根据施工经验，打桩的顺序，以自中部向四周打，自中间向两侧打为最好。但桩距大于或等于四倍桩直径时，则打桩顺序关系不大，可采用由一侧向单一方向施打的方式（逐排打设）。这样，桩架单方向移动，打桩效率高。为减少挤土影响，确定沉桩顺序的原则应入下：a、从中间向四周沉设，由中及外；b、从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设，由近及远；c、先沉设入土深度深的桩，由深及浅；d、先沉设断面大的桩，由大及小。e、先沉设长度大的桩，由长及短。⑥垫木、桩帽和送桩桩锤与桩帽之间应放置垫木，以减轻桩锤对桩帽的直接冲击。垫木应采用硬杂木制作，为增加锤击次数，垫木上配置一道钢箍。在打桩时，若要使桩顶打入土中一定深度，则需设置送桩。（3）打桩打桩开始时，应先采用小的落距（0.5~0.8m）作轻的锤击，使桩正常沉入土中约1~2m后，经检查桩尖不发生偏移，再逐渐增大落距至规定高度，继续锤击，直至把桩打到设计要求的深度。打桩方式：“轻锤高击”和“重锤低击”。“轻锤高击”特点：动量小，冲击力大，容易损坏桩头，回弹大，不易打入土中；“重锤低击”特点：动量大，冲击力小，回弹小，桩头不易损坏，能较好地将桩打入土中。（4）打桩注意事项①打桩时必须对每根桩的施打，进行必要的数值测定和做好详细记录；②打桩时严禁偏打；③打桩入土的速度应均匀，连续施打，锤击间歇时间不要过长；④桩顶衬垫弹性应适宜；⑤打桩时如发现锤的回弹较大且经常发生，则表示桩锤太轻，此时应更换重的桩锤；⑥打桩过程中，如桩锤突然有较大的回弹，则表示桩尖可能遇到阻碍；⑦若发现桩已打斜，应将桩拔出，探明原因，排除障碍，用砂石填孔后，重新插入施打；⑧打桩时应尽量避免使用送桩。（4）接桩当桩的长度较大时，由于桩架高度以及制作运输等条件限制，往往需要分段制作和运输，沉桩时，分段之间就需要接头。应避免在桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中时接桩桩的接头要求：应有足够的强度，能传递轴向力、弯矩和剪力接桩方法：法兰连接（螺栓连接）、焊接法及浆锚法。前二者适用于各类土层，后者适用于软土层。①焊接法连接当桩沉至操作平台时，在下节桩上端部焊接4个63×8长150mm的短角钢，这四个短角钢与桩的主筋焊在一起，然后把上节桩吊起，在其下端把4个63×8长150mm的短角钢焊在主筋上，最后把上下两桩对准用4根角钢或扁钢焊接，使之成为一个整体图8.10。图8.10焊接接桩②浆锚法接桩可以采用硫磺胶泥或环氧树脂作为胶结剂的接桩工艺，接桩速度快，节约钢材，但接头承载能力不高。在上节桩的下端伸出钢筋，下节桩的上端设预留锚筋孔。接桩时，把上节桩伸出的4根锚筋，插入下节桩的预留孔中，孔内灌满硫蟥胶泥并热铺于桩的顶面，厚度约为1~2cm，胶泥灌注时间不得超过2分钟，然后将两节桩压紧，胶泥很快冷却硬化。如图8.11图8.11浆锚法③法兰连接（螺栓连接）在预制桩时，在桩的端部设置法兰，需接桩时用螺拴把它们连在一起，这种方法，施工简便，速度快。主要用于混凝土管桩。但法兰盘制作工艺复杂，用钢量大。三、静力压桩打桩机打桩施工噪音大，特别是在城市人口密集地区打桩，影响居民休息，为了减少噪音，可采用静力压桩。静力压桩是利用静压力将预制桩逐节压入土中的一种沉桩法。此法节约钢筋和混凝土，降低工程造价，而且施工时无噪音、无振动，无污染，对周围环境的干扰小，适用于软土地区、城市中心或建筑物密集处的桩基础工程。静力压桩构造图如图8.12所示。1—垫板；2—底盘；3—操作平台；4—加重物仓；5—卷扬机；6—上段桩；7—加压钢丝绳；8—桩帽；9—油压表；10—活动压梁；11—桩架；图8.12静力压桩机构造静力压桩在一般情况下是分段预制，为段压入、逐段接长。静力压入桩的原理：用吊机将预制桩吊入，对准桩位并调整垂直后，用4个夹持千斤顶将桩夹紧，然后开动两个主液压千斤顶同时加压，将压桩夹头连同预制桩一并往下压一个冲程，接着把4个夹持千斤顶松开，主液压千斤顶回程复位，重复上述操作。当桩压至接近设计标高时，不可过早停压，应使压桩一次成功，以免发生压不