第3章基础工程施工

《土木工程施工》之《土木工程施工》教材编写组2009-08第3章基础工程施工【实际问题】某小区工程共有20幢商住楼，分布有多层、高层、联排别墅等建筑物，占地79888m2，总建筑面积为244919m2。该工程范围内岩土层地质概况自上而下分别为：杂填土，粉质粘土，淤泥，含泥中粗砂，饱和，卵石，强风化花岗岩，中风化花岗岩，场地内地下稳定水位埋深在4.8~5.0m。设计采用PHC高强度预应力管桩作为桩基础，全区共有4395根管桩，其中φ400-95A型管桩3673根，φ500-125AB型管桩722根。该工程西、南面为道路，东、北为民房、工厂且距离较近。那么，在管桩施工中，该采用何种沉桩方法？如何控制沉桩质量？怎样才能加快工程进度，又不致对周围环境造成影响？3.1.1浅基础的类型按受力特点分：刚性基础和柔性基础按构造形式分：独立基础、带形基础、交梁基础、筏板基础等按材料不同分：砖、石、灰土、混凝土、毛石混凝土、钢筋混凝土等3.1浅基础施工形式：带形基础和独立基础做法：基础下部需做成大放脚等高大放脚：两皮一收，各收进1/4砖长；不等高大放脚：两皮一收与一皮一收相间隔，各收进1/4砖长；3.1.2砖基础施工形式：阶梯形和梯形要求：基础的顶面宽度比墙厚大200mm，即每边宽出100mm。每阶高度一般为300mm~400mm，并至少砌二皮毛石。上下错缝、内外搭接。3.1.3石基础施工浇筑混凝土时应分层进行对阶梯型基础：每一阶梯内分层浇筑捣实。对锥形基础：随浇随安装斜面部分的模板，注意边角处砼的密实。对独立基础：连续浇筑。毛石混凝土基础：为节约水泥，在浇筑砼时，可投入25%左右的毛石。3.1.4混凝土和毛石混凝土基础施工1.条形基础组成：垫层、钢筋砼底板、大放脚工序：支模、扎筋、浇筑、养护、拆模等注意事项：保护层厚度：35mm（有垫层）、70mm（无垫层）模板：位置准确、支撑牢靠混凝土：分层捣实、浇水养护3.1.5钢筋混凝土基础施工2.杯形基础注意事项：杯口模板尺寸和位置准确、利于柱子安装杯底比设计标高底50mm，便于安装柱子时进行调整弹线（对中线、标高控制线）3.筏型基础组成：底板、地梁等类型：梁板式和平板式注意事项：砼浇筑方向应平行于次梁长度方向；平板式则平行于基础长边方向。一次性浇筑完成。若不能，则留施工缝。施工缝位置：梁板式——次梁中部1/3跨度范围内平板式——平行于底板短边且不在柱脚范围内4.钢筋混凝土箱形基础组成：底板、顶板、外墙、内隔墙等注意事项：内外墙与顶板分次支模浇筑，外墙接缝处设榫接或止水带。底板、顶板和内外墙宜连续浇筑。基础长度超过40m，宜设置后浇带。底板厚，要按大体积砼的浇筑要求进行。基础完成后，及早回填、减少暴露时间。3.2.1桩基础组成和类型1、组成：桩和承台2、类型（1）按受力性质分摩擦桩端承桩3.2浅基础施工（2）按材料分：木、钢、混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土（3）按形状分：方、圆、多边、管（4）按直径大小分：小桩（d≤250mm）、中等直径桩（250mm＜d＜800mm）、大直径桩（d≥800mm）（5）按成桩时挤土状况分挤土桩（预制桩、沉管灌注桩等）非挤土桩（干作业成孔灌注桩、泥浆护壁灌注桩、人工挖孔桩等）部分挤土桩（预钻孔打入式预制桩等）（6）按桩的制作工艺分预制桩（打入法、静力压桩法、振动法、水冲法、旋入法）灌注桩（钻孔、沉管、人工挖孔、爆扩）1.预制桩的制作、运输和堆放1）钢筋砼预制桩的制作、运输和堆放制作预制厂生产、现场预制重叠法：叠制≯4层，上下隔离，下层或邻桩砼达到30％再上层或邻桩；钢筋接长用对焊，接头错开，同一根钢筋两个接头的距离＞35d且≮500；混凝土由顶至尖连续浇筑，注意养护与保护；3.2.2预制桩施工运输（1）混凝土强度：起吊移位――≮70％设计强度运输、起吊就位――≮100％设计强度（2）起吊点确定：原则——正负弯矩值相等一点吊――距顶0.31L(L=5~10m)，距顶0.29L（L＝11～16m）；两点吊――距顶、距尖0.207L；（3）吊、运平稳，避免损坏堆放高度不超过4层；地面坚实、平整，垫长枕木；支承点在吊点位置，垫木上下对齐。2）预应力管桩的制作、运输和堆放制作：工厂离心旋转法PC桩：≥C60HPC桩：≥C80管桩:300、350、400、450、500、550、600、800、1000等规格，长度为7~15m按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力值分:A型、AB型、B型和C型。运输：达到设计强度100％。堆放：不超过3层，楔形木块塞紧。3）钢管桩的制作、运输和堆放制作：无缝钢管或钢板卷焊，工厂制作d＝400～1000，壁厚6～50，节长12～15m桩端形式：开口型、闭口型防腐处理堆放：场地平整、坚实、排水通畅。φ900的钢管桩不宜超过3层，φ600的钢管桩不宜超过4层，φ400的钢管桩不宜超过5层，木楔塞牢。预制桩沉桩方法：锤击法：以桩锤的冲击力将桩打入软土。振动法：以振动桩机带桩振动，减少土与桩间摩阻，沉拔快，适砂土。水冲法：高压射水（桩侧或桩内）冲孔下沉，留1～2m打入或振入。适坚硬土、砂石层。静力压桩法：80～120t压桩机，适软弱土层钻孔锤击法：钻孔（留1～2m）、注浆护壁、提钻、插桩、锤击。用于坚硬土层。2.锤击沉桩施工特点：速度快，机械化程度高，适用广；有噪音、振动、挤土等公害，不宜在医院、学校、居民区等城镇人口密集地区施工。1）打桩设备桩锤作用：施加冲击力，打桩入土。落锤：构简、使便、锤高可调；效率低，桩损大。锤重0.5～2t，动力卷扬机。蒸汽锤：单动－升耗能、自重降，力大慢；1.5～15t，60～80次/分；双动式－双向耗能，效率高，0.6～6t；100～200次/分；可打可拔。柴油锤：(导杆式、筒式)构简、使便、自供能源、适于中型桩；锤重0.22～15t；不适过软过硬土、噪音大、污染，40～80次/分。液压锤：低噪、无污、频率高，复杂、价高。油气二压施力长，贯入度大。桩架作用：支撑锤桩吊桩就位打桩导向类型（常用）：滚筒式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。多功能桩架：机动适应性好；大而装拆运麻烦。履带式桩架：移动方便，适用范围广。其它设备动力设备、桩帽及衬垫材料、送桩器履带式桩架多功能桩架2）打桩前的准备工作(1)场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；(2)放轴线、定桩位、设置水准点（≮2个）；(3)进行打桩试验：≮2根，检验工艺、设备是否符合要求。(4)确定打桩顺序：目的：避免邻桩移位倾斜；难打易碎；入土深度不一，导致不均匀沉降；当桩中心距4倍桩径时，①自中央向四周环绕或放射打；②由中心向两侧对称打；③分段对称打；当桩中心距4倍桩径时，可按施工方便顺序打；当桩的规格不同时，先大后小，先长后短；当桩尖设计标高不同时，先深后浅。施工程序：桩机就位→吊桩→插桩→打桩→接桩→送桩→截桩要点：桩锤与桩帽、桩帽与桩之间应设弹性衬垫桩插入时的垂直度偏差不超过0.5%桩锤、桩帽和桩身在同一中心线上打桩时应采用“重锤低击”注意贯入度变化，做好打桩记录（编号、每米锤击数、桩顶标高、最后贯入度…）3）打桩施工工艺接桩焊接法：适于各种土层；接头强度较高，接头承载力大，施工操作时间长。法兰接法：适于各种土层；操作时间较短，耗钢量较大。浆锚法：适于软弱土层。操作简单，节约钢材，时间短，接头承载力不高。焊接法法兰接法浆锚法1）满足承载力要求：端承桩－控制最后贯入度为主(参考标高)摩擦桩－控制沉桩标高为主(参考最后贯入度)2）偏差:桩位偏差：排桩―偏轴≯100，顺轴≯150mm；群桩－≯1/3桩径或边长；垂直偏差≯1%；3）桩不受损：桩顶、桩身不打坏，桩顶下1/3桩长内无水平裂缝。打桩质量5）打桩常见质量问题及处理桩顶、桩身被打坏原因：桩头钢筋设置不合理、桩顶与桩轴线不垂直、混凝土强度不足、桩尖通过过硬土层、锤的落距过大、桩锤过轻等有关。桩位偏斜原因：桩顶不平、桩尖偏心、截桩不正、土中有障碍物等桩打不下去原因：土层中夹有较厚砂层、硬土层以及障碍物；桩顶或桩身被打坏，锤的冲击能不能有效传给桩；打桩间歇过长，土产生固结等。一桩打下邻桩升起原因：桩距较小，打桩顺序欠合理等。6）打桩对周围环境的影响及预防措施噪音：桩顶、桩帽上加垫缓冲材料；改用其他打桩机械振动：防震沟、设钢板桩、重锤轻击等挤土：①预钻孔沉桩：钻比桩径小50～100mm的孔，1/3～1/2桩长；②合理安排打桩顺序、控制打桩速度③挖防震沟④降低超静孔隙水压力：井点降水、设置砂井或塑料排水板⑤设置防挤防渗墙：设隔离板桩或地下连续墙空气污染：3.静力压桩利用压桩机以无振动的静压力（自重和配重）将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。适于软土地基。压桩设备：方式：顶压式箍压式前压式吊桩静力压桩机活动压梁油压表桩帽上段桩上段桩锚筋下段桩加压重物底盘轨道导笼口操作平台卷扬机加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼静力压桩机构造原理图全液压式静力压桩机压桩示意图1－14.振动沉桩原理：借助固定于桩头上的振动沉桩机所产生的振动力，以减少桩与土颗粒之间摩擦力，使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。适于：砂石、黄土、软土、压粘土。5.水冲沉桩原理：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，使桩在自重或锤击作用下，沉入土中。适于：砂土、砾石或坚硬的土层。直接在施工现场桩位上成孔，然后放入钢筋笼再浇筑砼而成桩。特点：适用性强、无需接桩、桩长、桩径不受限制，但工艺复杂。3.2.3灌注桩施工灌注桩按成孔方法：钻孔法——一般土层沉管法——土质差、水位高爆扩法——土质好（粘性）、无地下水人工挖孔法——桩径大、土较好1.钻孔灌注桩1）干作业成孔灌注桩适用于地下水位以上的干土层中桩基成孔施工。施工工艺钻孔放入钢筋骨架浇筑混凝土清孔螺旋钻孔机成桩工艺钻机：螺旋钻－长：钻杆长10m以上,φ400～600短：钻杆长3～5m，φ300～400钻扩机：钻孔径800～1200，扩孔径可达3.5m质量要求：垂直度容许偏差1％；孔底虚土厚度：摩擦桩≤100mm端承桩≤50mm步履式螺旋钻机2.泥浆护壁成孔灌注桩适用于含水量较高的软土地区。施工工艺：（1）埋设护筒作用：固定桩孔位置；保护孔口；维持孔内水头，防止塌孔；引导钻头方向。埋设的钢护筒（2）泥浆制备作用：护壁；携砂排土；切土润滑；冷却钻头等。原土造浆；高塑性粘土或膨润土造浆；泥浆池制浆（3）成孔方法回转钻机成孔适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等地质。按排渣方式分：正循环和反循环正循环：泥浆返流速度慢，携带土渣直径小，排渣能力差，适于孔深不超过40m的桩。反循环：泥浆返流速度快，携带土渣直径大，排渣能力强，适于孔深大于40m的桩。水龙头钻杆钻机回转装置泥浆泵泥浆池沉淀池泥浆循环方向钻头砂石泵钻头新泥浆流向沉淀池水龙头钻杆钻机回转装置泥浆循环方向潜水钻成孔适于淤泥、粉质粘土、砂土、砂卵石及风化岩层。冲击钻成孔适于粉质粘土、砂卵石层、坚实土层、岩层等。冲抓锥成孔适于较松散粘土、粉质粘土、砂卵石层及软质土层。潜水钻机冲击钻机冲抓锥斗（4）清孔孔壁土质较好：空气吸泥机清孔，清后比重1.1左右孔壁土质较差：反循环排渣清孔，清后比重1.15~1.25孔底沉渣允许厚度：端承桩≤50mm摩擦桩≤300mm摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100mm（5）放钢筋笼分段制作、分段吊放，主筋接头相互错开500mm。每隔2m焊φ12加强环箍筋。吊放时应垂直，平稳下放，避免碰壁。（6）水下浇筑混凝土导管法在埋管500～600mm后剪断导柱塞铅丝；提管时保证混凝土埋入≮1m；浇筑后的桩身砼应超过桩顶设计标高0.5m。沉管灌注桩施工过程a