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1、1,桩基工程,一、桩基及其作用,桩基构成：桩+承台（可为独立、条形、筏、箱）,有高、低两种，前者用于桥梁、码头，后者用于建筑桩基,荷载传递路径：,上部结构,承台,桩,地基,3,桩的作用：,（1）将荷载传至硬土层（图4-1a），或分配到较大的深度范围（图4-1b），以提高承载力。,4,（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。,5,（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（图4-1c）（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩（图4-1b）（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。,6,所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同基坑支护、地基处理并为
2、土木工程三大热点。,桩基古已应用。上海龙华塔，7层，40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代(AD220-280),重建于宋代AD977年,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。,7,二、桩的类型,按承台与地面相对位置分,低承台桩基,高承台桩基,按桩轴线方向分,斜桩,竖直桩,叉桩,2023/2/10,8,桩基础,按受力性质分,端承桩,摩擦桩,按材料分,钢筋砼桩,预应力钢筋砼桩,复合地基桩,按制作方法分,预制桩,现浇桩,人工成孔灌注桩,机械成孔灌注桩,摩擦桩,端承摩擦桩,摩擦端承桩,端承桩,木桩,钢桩,钻孔灌注桩,冲孔灌注桩,挖孔灌注桩,沉管灌注桩,爆扩桩,二、桩的类型,9,1、
3、按材料分：木、钢、钢筋混凝土,木桩水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源不足，应少用,钢桩本身强度高，易加工，接头容易，运输方便，但造价是混凝土的3-4倍，用于海洋平台及陆上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩。,钢砼桩取材方便，价格便宜，耐久性好，可预制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，是主要研究对象。,（一）桩的分类,10,2、按桩的制作方法分,预制桩质量易保证、现场整洁、用时间少，但配筋由运输、打桩控制，配筋率较大，长度不可过大，现场接桩、截桩难。,11,灌注桩钻孔、放钢筋笼、浇砼。尺寸灵活，还可扩头，配筋率可以小，但现场脏，质量难保证，如断桩、缩颈、露筋、清底不充分等。,12,
4、3、按设置效应分是否挤土,挤土桩打入或压入，预制桩或沉管灌注桩。挤土使土密实，但打入有噪声，挤土会发生漂桩，还会破坏周边设施,非挤土桩钻、挖孔桩，桩长、桩径可较大，可穿越硬土层。无挤密效果，但有些土（饱和软粘土）本不可挤密。,部分挤土桩钻小口径孔，再打入，或钢管、砼管桩,13,4、按荷载传递方式分,14,(一)摩擦桩,(二)端承桩,15,5、按直径大小分一般直径桩、微桩、大直径桩,微桩（树根桩）d800mm，往往是端承，一柱一桩，人工挖孔,一般直径桩(250d800mm),3.1 预制桩施工,2023/2/10,16,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
5、应力混凝土空心管桩。钢桩有钢管桩、H型钢桩、其他异性钢桩。,沉桩方法有锤击沉桩、振动沉桩、静力沉桩和水冲法等。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。,预制混凝土方桩的施工过程主要包括预制桩的制作，预制桩的起吊、运输和堆放，预制桩的接桩以及预制桩的沉桩四个方面内容。,预制桩的制作,2023/2/10,17,场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；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
6、焊，接头错开；混凝土由桩顶至桩尖连续浇筑，严禁中断；桩顶应制作平整。,2023/2/10,18,钢筋混凝土预制桩制作钢筋、模板施工,2023/2/10,19,预制桩的起吊、运输、堆放,2023/2/10,20,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。吊点：合理设置吊点：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。,2.预制桩运输,2023/2/10,21,3.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。,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
7、桩身运输；当运距较大时可采用小平台车运输。运输过程中支点应与吊点位置一致。,预制桩沉桩锤击沉桩的施工方法,2023/2/10,22,（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。,锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。,2023/2/10,23,2023/2/10,24,施工中常见的桩锤有落锤、蒸汽锤（单动汽锤
8、、双动汽锤）、柴油汽锤、振动桩锤和液压锤。打桩宜重锤低击。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。,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 适宜打木桩及细长尺寸的混凝土桩；粘土、含砾石的土和一般土层均可使用。,B.单动汽锤,2023/2/10,25,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；最适宜于
9、套管法打就地灌注混凝土桩。,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；,C.双动汽锤,2023/2/10,26,双动汽锤工作原理图,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。,D.柴油锤,2023/2/10,27,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
10、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,2023/2/10,28,E.振动桩锤,2023/2/10,29,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，不适宜打斜桩。适用范围 适宜于打钢板桩、钢管桩、长度在15米以内的打入式灌注桩；宜用于砂土，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。,JZZ75振动桩机，功率43.5kW，最大沉桩直径0.50m，最大沉桩深度31m，适用于振动沉管灌注桩施工。,2023/2/10,30,2023/2/
11、10,31,桩架,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。,2023/2/10,32,桩架作用：支撑锤桩 吊桩就位 打桩导向桩架一般由底盘、导向杆、起吊设备、撑杆等组成。根据桩的长度、桩锤的高度及施工条件等选择桩架和确定桩架高度。桩架高度=桩长+桩帽高度+桩锤高度+滑轮组高起锤移位高度,2023/2/10,33,履带式桩架,多功能桩架,动力装置,打桩机械的动力装置是根据所选桩锤而定的。当采用空气锤时，应配备空气压缩机；当选用 蒸汽锤时，则要配备蒸汽锅炉和绞盘。,34,打
12、桩施工准备,A.施工准备（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，修建现场临时道路；（2）设置防震措施（3）放轴线、定桩位、设置水准点（2个），应设置在不受打桩影响的地点；（4）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；（5）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；（6）进行打桩试验：2根，检验工艺、设备是否符合要求。,2023/2/10,35,济南大学土木建筑学院济南大学城市环境岩土工程研究所,B.打桩顺序,打桩时，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；而后打入的桩难以达到设计标高
13、或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物破坏，打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为：逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如下图所示,2023/2/10,36,2023/2/10,37,（1)当桩中心距4倍桩径时，可：自中间向四周打设；由中心向两侧对称打；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。,38,采用逐排打设，则土体向一个方向挤压，使地基土挤压
14、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。,39,为减少挤土影响，沉桩顺序的原则：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。,C
15、.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，确认桩身、桩架及桩锤等垂直一致，方可用正常落距打桩；连续施打，特别在较厚的粘土、粉质土层中，每根桩要连续施工，中间停歇时间不可太久；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。,2023/2/10,40,41,（1）定锤吊桩桩机就位后，先将桩锤和桩帽吊起，其锤底高度应高于桩顶，并固定在桩架上，以便进行吊桩。吊桩
16、是用桩架上的滑轮组和卷扬机将桩吊成垂直状态送人龙门导杆内。桩提升离地时，应用拖拉绳稳住桩的下部，以免撞击桩架和临近的桩。桩送人导杆内后要稳住桩顶，先使桩尖对准桩位，扶正桩身，然后使桩插入土中。桩就位后，在桩顶放上桩垫，套上桩帽，桩帽上放人锤垫后降下桩锤轻轻压住桩帽。桩锤底面，桩帽上、下面和桩顶都应保持水平。桩锤、桩帽和桩身中心线应在同一直线上，尽量避免偏心。桩插入土时应校正其垂直度，偏差不超过05；在桩的自重和锤重作用下，桩沉入土中一定深度而达到稳定，这时应再校正一次垂直度，即可进行打桩。,42,（2）打桩打桩开始时，应先采用小的落距（0.50.8m）作轻的锤击，使桩正常沉入土中约12m后，经
17、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。打桩有“轻锤高击”和“重锤低击”两种方式。这两种方式，如果所做的功相同，而所得到的效果却不相同。轻锤高击，所得的动量小，而桩锤对桩头的冲击力大，因而回弹也大，桩头容易损坏大部分能量均消耗在桩锤的回弹上，故桩难以入土。相反，重锤低击，所得的动量大，而桩锤对桩头的冲击力小，因而回弹也小，桩头不易被打碎，大部分能量都可以用来克服桩身与土壤的摩阻力和桩尖的阻力，故桩很快入土。此外，又由于重锤低击的落距小，因而可提高锤击频率，打桩效率也高，正因为桩锤频率较高，对于较密实的土层，如砂土或粘性土也能较容易地穿过，所以打桩宜采
18、用“重锤低击”。,43,(3)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。一般混凝土预制桩接头不宜超过2个，预应力管桩接头不宜超过4个，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。桩的接头应有足够的强度，能传递轴向力、弯矩和剪力，接桩方法有：法兰连接、角钢连接及浆锚法。前二者适用于各类土层，后者适用于软土层。,法兰,44,桩制作,45,桩制作,编钢筋龙,46,47,如图为焊接法接桩节点构造。当桩沉至操作平台时，在下节桩上端部焊接4个638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，在其下端把四
19、个638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,48,49,打桩质量控制1、桩端位于一般土层时（摩擦桩），以控制桩端设计标高为主，贯入度作参考。2、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，应以贯入度控制为主，桩端进入持力层深度或桩尖标高作参考。3、若贯入度已达到而桩端标高未达到时，应继续锤击3阵，其每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值。必要时施工控制贯入度应通过实验与有关单位会商确定。,质量问题,桩顶、桩身被打坏桩位偏斜桩打不下一桩打邻桩上升,50,51,在预制桩施工过程中，常会发生一些问题，如桩顶碎裂、桩
20、身断裂、桩顶位移或上升涌起、桩身倾斜、沉桩达不到设计控制要求以及桩急剧下沉等，当发生这些问题时，应综合分析其原因，并提出合理的解决方法,52,预制桩的其他沉桩方法,振动沉桩静力压桩水冲沉桩,53,54,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。,振动沉斜桩,作业图,DZM系列液压振动锤,(配挖掘机用),优点：,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。,噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，
21、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。,优缺点,静力压桩,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。,58,59,60,2023/2/10,61,62,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。,利用高压水流冲刷桩尖下的土壤，以减少桩表面与土之间的摩擦力，使桩身在自重或锤击作用下，很快沉入土柱。射水停止后，冲松的土壤沉落，又可将桩身压紧。施工时射水管的末端经常处于桩尖以下0.3-0.4m。当桩落至最后1-2m时，不宜再用水冲，应用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。适用于砂土、砾石或其他坚硬的土层。,63,水冲沉桩法,
