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第二章桩基础工程•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。•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。1-柱；2-承台梁；3-承台；4-桩；5-桩基持力层桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种(图2－1)端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，并将上部结构荷载直接传给桩端的坚硬土层的桩。摩擦桩沉入软弱土层一定深度，将上部结构的荷载传布到四周土中和桩端下的土中，主要是靠桩身侧面与土之间的摩擦阻力承受上部结构荷载的桩。桩按施工方法分为预制桩和灌注桩预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。灌注桩是在桩位上直接成孔，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，人工挖孔桩等。2.3.1钢筋混凝土预制桩2.3.1钢筋混凝土预制桩灌注桩混凝土浇筑灌注桩的截桩一、沉管灌注桩沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。（动画）利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩。沉管灌注桩桩靴a）活瓣桩尖；b）桩靴图2-16活瓣桩尖及桩靴1一桩管；2一锁轴；3一活瓣；4—桩靴（一）锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基，其施工过程见图2.20所示。锤击沉管灌注桩施工要点：桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。拔管前，应先锤击套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；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。桩顺序依次为：①→⑤→③→⑦→②→⑥→④→⑧。（二）振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩采用振动桩锤沉管或振动冲击沉管。其施工过程为：桩机就位沉管上料拔管为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.5～1.0m，振动5～10s，然后再拔管0.5～1.0m，这样反复进行，直至全部拔出。复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。（动画）翻插法：钢管每提升0.5～1.0m，再下插0.3～0.5m，这样反复进行，直至拔出。（三）沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法(1)颈缩颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。原因：当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。(2)断桩断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。检查：在浅层(2～3m），可用重锤敲击桩头侧面，如断桩会感到浮振，如深层，用动测或开挖检查。一经发现，先拔出断桩，将孔清理后，略增大面积或加铁箍连接，再重新浇混凝土补做桩身。(3)吊脚桩吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。原因：预制桩尖质量差，强度不足，沉管时被打坏而挤入桩管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法。桩靴严格检查质量。（一）干作业钻孔灌注桩（动画）二、钻孔灌注桩施工干作业钻孔灌注桩－－用于无地下水或已降水1、施工流程：场地清理→定桩位→桩机就位→钻孔取土成孔→孔底清理→成孔质量检查验收→安放钢筋笼→放混凝土串筒→浇灌混凝土2、施工机械（1）螺旋钻机成孔通过动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片旋转削土，土块沿螺旋叶片提升排出孔外。配有多种钻头，以适应不同土层。图2-14步履式螺旋钻机1一上底盘；2一下底盘；3一回转滚轮；4一行车滚轮；5一钢丝滑轮；6一回转轴；7一行车油缸；8一支架2.3.3灌注桩施工（2）钻扩机成孔开始钻孔时，钻杆和钻头顺时针方向旋转钻进土中，切下的土由套管中的螺旋叶片送至地面。当钻孔达到设计深度时，操纵液压阀使钻头徐徐撑开，边旋转边扩孔，切下的土也由套管内的螺旋叶片送至地面，直至达到设计要求为止。钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50～60cm。（二）泥浆护壁成孔灌注桩（动画）泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。成孔机械有潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥等。施工工艺流程：测定桩位→埋设护筒→桩机就位→制备泥浆→成孔→清孔→安放钢筋骨架→浇筑水下混凝土1、测定桩位2、埋设护筒钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。护筒是用厚4～8mm钢板制成的圆筒，其内径比钻头直径大100～200mm，顶面高出地面0.4～0.6m，上部设1～2个溢浆孔。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，维持孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。钻孔灌注桩-护筒埋设3、泥浆制备⑴泥浆的作用在冲击正循环水法施工中，泥浆主要作用为护壁与排碴，另外还有冷却和润滑钻头、悬浮砂砾防止水下混凝土灌注前沉淀过快，控制沉碴厚度的作用。故应重视对泥浆的控制。护壁作用：泥浆比重较水大且形成了孔内外水头差，能对孔壁产生正压，并在孔壁上形成一层泥皮，故起到护壁作用。说明：泥皮的负作用是降低了桩周的摩擦力，对于第四纪地层中的摩擦桩，当孔壁能自稳时，应推荐使泵吸反循环方式清水钻进。排碴作用：泥浆具有较高的粘性，能将砂砾悬浮起来，通过泥浆循环带出孔外。⑵泥浆的控制泥浆来源：原位造浆与外购制浆，制浆原料最好的是膨润土,但原料有限,通常使用粘土。粘土性能现场判别方法：A.自然风干后，用手不易掰开捏碎；B.干土破碎时，断面有尖锐的棱角；C.水浸湿后有粘滑感，加水和成泥后，容易搓成1mm的细长泥条，用手指捻，感觉砂粒不多，浸水后能大量膨胀；3、泥浆制备泥浆检测：合格的粘土性能应达到：胶体率≥95%，含砂≤4%，造浆能力≥2.5l/kg。3、泥浆制备泥浆配制性能指标泥浆性能新配制循环泥浆废弃泥浆检验方法粘性土砂性土粘性土砂性土粘性土砂性土比重（g/cm3）1.04~1.051.06~1.08＜1.10＜1.15＞1.25＞1.35比重计粘度（s）20-2425-30＜25＜35＞50＞60漏斗计含砂率（%）＜3＜4＜5＜7＞8＞11洗砂瓶PH值8-98-9＞8＞8＞14＞14试纸4、成孔（1）回旋钻机成孔回旋钻机是由动力装置带动钻机的回旋装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土渣，通过泥浆循环排出桩孔。图2-10回旋钻机1－座盘；２－斜撑；３－塔架；４－电机；５－卷扬机；６－塔架；７－转盘；8—钻杆；9—泥浆输送管；10—钻头排渣有正循环排渣和泵举反循环排渣两种方式。（动画）正循环排渣法:在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。泵举反循环排渣法:钻头回转切削碎岩石，利用泵吸、气举和喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，并夹带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外。a）正循环；b）反循环图2-15泥浆循环成孔工艺1一钻头；2一泥浆循环方向；3一沉淀池；4一泥浆池；5一泥浆泵；6一砂石泵；7一水阀；8一钻杆；9一钻机回旋装置泥浆池由制浆池（储浆池）和循环沉淀池组成。对于正循环施工泥浆池的大小通常是桩孔体积的两倍（非共用泥浆池），沉淀池一定要比储浆池深0.5m。泥浆循环：由泥浆泵通过软管将泥浆输进孔底，带同钻渣经护筒的出浆口流出，溢进泥浆槽，返回沉淀池中净化，再通过滤网流入泥浆循环池再供使用。施工要点：在施工的过程中要经常清除沉淀池中的钻渣，充分发挥沉淀池的沉淀作用，确保泥浆的质量，同时也减少了泥浆运输量。(2)潜水钻机成孔潜水钻机成孔示意图如图2－15所示。潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。图2-15潜水钻机1一钻头；2一潜水钻3一电缆；4一护筒；5一水管；6一滚轮支点；7一钻杆8一电缆盘；9一卷扬机10一控制箱(3)冲击钻成孔冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔(图2.14)。冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头(图2.15)。掏渣采用抽筒，用以掏取孔内岩屑和石渣，也可进入稀软土、流砂、松散土层排土和修平孔壁。抽筒为底部设有活门的钢筒，由钢绳牵引向下运动时，活门被泥浆顶开，孔底泥浆进入抽筒，提升时自动关闭，往复数次，抽筒内就装满了含大量钻渣的稠泥浆，即可提出孔口，倒入排渣沟。冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。由于冲击锤自由下落时导向不严格，扩孔率大，实际成孔直径比设计桩径要增大10％～20％。图2-14冲击钻机1一滑轮；2一主杆；3一拉索；4一斜撑；5一卷扬机；6一垫木7一钻头(4)冲抓锥成孔冲抓锥(图2－19)锥头上有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头便自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。冲抓锥成孔施工过程、护筒安装要求、泥浆护壁循环等与冲击成孔施工相同。适用于有坚硬夹杂物的粘土、砂卵石土和碎石类土，但遇到坚硬土层时宜换用冲击钻施工。5、清孔验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。泥浆护壁成孔清孔时，对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15～1.25。6、吊装钢筋笼钢筋笼一般在工地制作，制作时要求主筋环向均匀布置，箍筋直径及间距，主