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1、2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,1,第2章 桩基础工程,概述2.1 预制桩施工2.2 灌注桩施工,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,2,1.桩基础构造桩基础是一种常用的深基础形式，它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，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础，而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。,概述,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,3,桩基础分类按材料分类混凝土桩、钢桩，也有采用木、组合材料的桩。按使用功能分类竖向抗压桩（抗压桩）、竖向抗拔
2、桩（抗拔桩）、水平受荷桩（主要承受水平荷载）、复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。按承载性能分类摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承摩擦桩桩顶荷载则主要由桩侧阻力承受。端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受；摩擦端承桩桩顶荷载则主要由桩端阻力承受。,概述,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,4,按施工方法分类预制桩、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。灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然
3、后在孔内灌注混凝土而成。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。按挤土状况分类 非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上管桩 属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土(预应力混凝土)管桩、H 型钢桩、敞口钢管桩等属 于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,5,2.1 预制桩施工,预制桩包括混凝土预制桩、钢桩两种。混凝土预制桩常用的有钢筋混凝土实心方桩、预应力混凝土空心管桩。钢桩有钢管
4、桩、H型钢桩、其他异性钢桩。沉桩方法有锤击沉桩、振动沉桩和静力沉桩等。本节以钢筋混凝土方桩为例介绍沉桩的施工工艺，其它桩形施工方法类似，不再重复。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,6,2.1.1 预制桩的制作,场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；叠浇层数4层，上下层及邻桩之间应做好隔离层，混凝土的浇筑应待下层或邻桩设计强度达到30以上方可进行；桩所用混凝土强度等级不宜低于C30;预应力桩不宜低于C40；桩的纵向钢筋配筋率：锤击沉桩不宜小于0.8%，静力压桩不宜小于0.6%；桩顶范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片；主筋位置必须正确，保护层不得过厚；钢筋接长用对焊，接头错开；混
5、凝土由桩顶至桩尖连续浇筑，严禁中断；桩顶应制作平整。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,7,2.1.2 预制桩的起吊、运输、堆放,预制桩的起吊,混凝土强度：起吊移位 70设计强度；运输、打桩 100设计强度。运输：合理设置吊点：正负弯矩值基本相等。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,8,2.预制桩运输,3.预制桩堆放,堆放地点应平整坚实，排水通畅；垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上；堆放层数不宜过多，一般不宜超过4层；避免二次搬运。(录像),吊、运平稳，避免损坏。当运距不大时，可采用滚筒、卷扬机等拖动桩身运输；当运距较大时可采用小平台车运输。运
6、输过程中支点应与吊点位置一致。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,9,4 钢管桩的制作、运输和堆放。钢管桩一般使用无缝钢管，也可采用钢钣卷板焊接而成，一般在工厂制作。按卷板制作工艺区分，有直缝钢管桩和螺旋缝钢管桩两种。钢管桩的直径为4003000mm,管壁厚度为650mm。一般由一节上节桩、若干节中节桩与一节下桩组成。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,10,钢管桩桩端有开口型和闭口型两种。为使开口型桩端穿透硬土层或含漂砾土层而不过于损伤桩端，可用焊接圆形补强环对桩端作增厚处理（图2-25b）,或用焊接十字肋对桩端作补强处理(图2-25c)。闭口型桩端是在桩端带
7、上桩靴，多用于端承桩,常有平底型、尖端型和下端缩小型(图2-25d、e、f)。钢管桩的头部承受桩锤通过桩帽传来的冲击力，根据冲力和地基阻力的大小，钢管桩的头部可以采用开口或补强的方法。补强方法有补强环、补强环加十字肋和补强板三种（图2-18）。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,11,图 2-18,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,12,钢管桩在地下的腐蚀率约为0.050.03mm/y，处于海水或海底土层中的腐蚀率可为0.15mm/y，所以对钢管桩的防腐处理尤为重要。防腐处理方法有：外表面涂防腐层(如防腐油漆、环氧煤焦油和聚氨酯类涂料等)、增加腐蚀余量和阴极保护
8、等。当钢管桩内壁与外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,13,钢管桩堆放场地应平整、坚实、排水畅通；两端应设保护圈，防止搬运时因桩体撞击而造成桩端、桩体损坏或弯曲变形；应按规格、材质分别堆放，堆放高度不宜太高，一般为35层，以防止受压变形；支点设置应合理，钢管桩两侧面应用木楔塞牢，防止滚动。钢管桩一般按两点起吊，在起吊、堆放、运输过程中，应尽量避免碰撞，防止管料破损、管端变形和损伤。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,14,2.1.3 预制桩沉桩,（1）打桩机械,打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩
9、打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。,1.锤击沉桩的施工方法,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,15,施工中常见的桩锤有落锤、蒸汽锤（单动汽锤、双动汽锤）、柴油汽锤和液压锤。,落锤 是指桩锤用人力或机械拉升，然后自由落下，利用自重夯击桩顶。优缺点：构造简单、使用方便、冲击力大，能随意调整落距，但锤打速度慢，效率较低、桩身易损失。落锤重量一般为 0.51.5 t，重型锤可达数吨 适用范围 适宜打各种桩；粘土、含砾石的土和一般土层均可使用。,2023/2/1,济南大学城市环境
10、岩土工程研究所,16,优缺点：构造简单、落距短，对设备和桩头不易损坏，打桩速度及冲击力较落锤大，效率较高。适用范围 适于打各种桩。,B.单动汽锤,单动汽锤工作原理图,利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举，然后由锤的自重向下冲击沉桩。只在上升时耗用动力，下降靠自重；,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,17,双动汽锤工作原理图,C.双动汽锤,利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲，增加夯击能量。,优缺点：冲击次数多、冲击力大、工作效率高，可不用桩架打桩，但需锅炉或空压机，设备笨重，移动较困难。适用范围 适宜打各种桩，便于打斜桩；使用压缩空气时可在水下打桩；可用于拔桩。,2023/2
11、/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,18,D.柴油锤,利用燃油爆炸，推动活塞，引起锤头跳动。,优缺点：附有桩架、动力等设备，机架轻、移动便利、打桩快、燃料消耗少，有重量轻和不需要外部能源等优点。适用范围 最宜用于打木桩、钢板桩；不适于在过硬或过软的土中打桩。,导杆式柴油锤 工作原理图,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,19,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,20,E.振动桩锤,利用偏心轮引起激振，通过刚性连接的桩帽传到桩上。,优缺点：沉桩速度快，适应性大，施工操作简易安全，能打各种桩并帮助卷扬机拔桩。适用范围 适宜于打钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土和土桩；宜用于砂
12、土，塑性粘土及松软砂粘土；在卵石夹砂及紧密粘土中效果较差。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,21,在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,22,桩架,作用：支撑锤桩 吊桩就位 打桩导向类型（常用）：多功能桩架（沿轨道行驶的）：机动适应性好；大、装拆运麻烦。履带式桩架（装在履带底盘上）：移动方便，适用范围广。步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,23,（2）打桩施工,A.准备工作（1）场地准备：清除地上、地下障碍
13、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）确定打桩顺序：挤土直接影响打桩进度、施工质量以及周围环境。（4）接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。（5）进行打桩试验：2根，检验工艺、设备是否符合要求。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,24,B.打桩顺序,防止土向一个方向挤压，这样有可能最后打入的桩难打或者桩的入土深度减少，直接影响打桩进度和施工质量。打桩顺序是否合理，还应考虑挤土对周围环境（如建筑物）的影响。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,25,（1)当桩中心距4倍桩径时，可：自中间向四周打设；由中心
14、向两侧对称打；分段对称打。（2)当桩中心距4倍桩径时，可按施工方便打；（3)当桩的规格不同时，先大后小，先长后短；（4)当桩尖设计标高不同时，先深后浅。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,26,C.打桩工艺,工艺顺序：设置标尺桩架就位吊桩就位扣桩帽、落锤、脱吊钩低锤轻打正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。要点：采用重锤低击，开始要轻打；连续施打，减少回弹固结；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）；如遇异常情况（贯入度剧变；桩身突然倾斜、位移、回弹；桩身严重裂缝或桩顶破碎），暂停施打，与有关单位研究处理。,2023/2/1,济南大学城市
15、环境岩土工程研究所,27,（3）打桩的质量控制,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。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,28,（4）打桩对周边环境的影响及其防治,1）打桩对周边环境的影响 振动、噪音、挤土、孔隙水压力增大,2）防治,预钻孔沉桩袋装砂井或塑料排水板 挖防震沟 重锤低击 控制打桩速度和打桩顺序 静力压桩水冲法辅助打桩,2023/2/1,济南大学城市环境岩土
16、工程研究所,29,D接桩接桩。当施工设备条件对桩的限制长度小于桩的设计长度时，需采用多节桩段连接而成。多节桩段使垂直承载能力和水平承载能力受其影响，桩的贯入阻力也有所增大。影响程度主要取决于接头的数量、结构形式和施工质量。规范规定混凝土预制桩接头不宜超过两个，预应力管桩接头数量不宜超过四个。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，而且也应符合制造工艺简单、质量可靠、接头整体性强、具有相同断面和强度、在运输打入过程中不易损坏、现场连接操作简便迅速等条件，此外，还应做到接触紧密，以减少锤击能量损耗。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,30,接头的连接方法有：焊
17、接法、浆锚法、法兰法三种类型，常用焊接法。1）焊接法。焊接法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。混凝土方桩焊接法接桩的节点构造如图2-37所示。上、下节桩对准后，将桩锤降下，压紧桩顶，节点间若有间隙，用铁片垫实焊牢；施焊前，节点部位预埋件与角铁要除去锈迹、污垢，保持清洁；焊接时，先将四角点焊固定，再次检查位置正确后，由两人对角同时对称施焊，以减少焊接变形。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,31,图 2-37,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,32,预应力高强混凝土管桩焊接法接桩的节点构造如图2-38所示。应使上下节端
18、头板对齐，采用电弧焊或二氧化碳保护焊，由两人同时对称施焊。应分层施焊，各层焊缝接头错开，焊渣应清除，焊缝高度应高出端头 板边缘，焊接完毕，冷却1min后方可继 续沉桩。,图 2-38,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,33,钢管桩焊接法接桩的节点构造如图2-39所示。接桩时，首先要清除上下节桩接触端上下3050mm内的铁锈、油污等杂质，保持干燥；下节桩顶经锤击后的变形部分应削除；上下节桩应校正垂直度，对口的间隙为23mm；接头焊接应对称进行；应分层施焊，各层焊缝的接头应错开，焊渣应清除；接头焊接完毕，冷却1min后方可锤击。焊接接头应按总数的10%做焊缝探伤检查。,2023/2
19、/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,34,图 2-39,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,35,2）浆锚法。浆锚法节约钢材、操作简便、接桩时间比焊接法大为缩短，一般在混凝土方桩中使用。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。但在实际施工中，浆锚法受原材料质量、操作工艺等因素的影响，出现接桩质量缺陷的机率较高，故应谨慎使用。一般适用于软土层，且对一级建筑桩基或承受拔力的桩宜慎重选用。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,36,浆锚法接桩节点构造如图2-40所示。接桩时，首先将上节桩对
20、准下节桩，使锚筋插入锚筋孔（孔径为锚筋直径的2.5倍），放落上节桩身，使其结合紧密。然后将上节桩上提约200mm（以锚筋不脱离锚筋孔为度），安设好施工夹箍（由四块木板，内侧用人造革包裹40mm厚的树脂海绵块而成），将加热熔化的硫磺胶泥（温度控制145左右）注满下节桩的锚筋孔和接头平面上，再将上节桩放落，当硫磺胶冷却并拆除施工夹箍后即可继续沉桩。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,37,图 2-40,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,38,硫磺胶泥是一种热塑冷硬性胶结材料，它是由胶结料、细骨料、填充料和增韧剂熔融搅拌混合而成。其质量配合比（%）为：硫磺水泥 粉砂聚
21、硫780胶4411411。现场一般采用半成品的硫磺胶泥。为保证硫磺胶泥接桩质量，应做到：锚筋刷清并调直；锚筋孔内应有完好螺纹，无积水、杂物和油污；接桩时接点的平面和锚筋孔内应灌满胶泥；灌注时间不得超过2min；灌注后停歇时间应符合表2-1规定。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,39,表2-1 硫磺胶泥灌注后需停歇的时间间隔,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,40,2.静力压桩,静力压桩是在均匀软弱土中利用压桩架（型钢制作）的自重和配重，通过卷扬机的牵引传到桩顶，将桩逐节压入土中的一种沉桩方法。这种沉桩方法无振动、无噪音、对周围环境影响小，适合在城市中施工。,2
22、023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,41,静力压桩机构造原理图,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,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,42,压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时，压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力而使桩机上抬。这时可以最大的压桩力作用在桩顶，采取停车再开、忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下沉穿过砂层。如果工程中有少量桩确实不能压至设计标高而相差不多时，可以采取截去桩顶的办法。,压桩与打桩相比:,由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及其配筋只要满足吊装弯矩和使用期受
23、力要求就可以，因而桩的断面和配筋可以减小;压桩引起的挤土也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的沉桩方法。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,43,3.振动沉桩振动沉桩是借助于桩顶上的振动锤所产生的振动力，以减小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。振动锤（图2-42）系由电动机、弹簧支承、偏心振动块和桩帽组成。振动锤内的偏心振动块分左右对称两组，其旋转速度相等，方向相反。当工作时，两组偏心块离心力的水平分力相抵消，但垂直分力则相叠加，形成垂直方向（向上或向下）的振动力。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,44,图 2-42,2023/2/
24、1,济南大学城市环境岩土工程研究所,45,由于桩与振动机是刚性连接在一起，故桩也随着振动力沿垂直方向上下振动而下沉。振动沉桩法主要适用于砂石、黄土、软土和亚粘土地基，在饱和砂土中的效果更为显著，但在砂砾层中采用时，需配以水冲法。沉桩工作应连续进行，以防间歇过久难以沉。,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,46,4.水冲沉桩水冲沉桩法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（图2-43）。射水停止后，冲松的土壤沉落，又可将桩身压紧。,图 2-33,2023/2/1,济南大学城市环境岩土工程研究所,47,水冲沉桩设备除桩架、桩锤外，还需要高压水泵和射水管。施工中应使射水管的末端经常处于桩尖以下0.30.4m处。当桩沉落至最后12m时，不宜再用水冲，应用锤击将桩打至设计标高，以免冲松桩尖的土壤，影响桩的承载力。水冲法适用于砂土、砾石或其他较坚硬土层，特别对于打设较重的混凝土桩更为有效。但在附近有旧房屋或结构物时，由于水流的冲刷将会引起周边沉陷，故在采取措施前，不得采用此法。,
