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1、第二章 深基础工程及地基处理基本内容:预制桩的生产工艺过程,预制桩施工设备、施工工艺及质量控制方法;灌注桩(钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩)施工工艺、常见质量缺陷及预防处理;地下连续墙施工工艺、护壁泥浆的功能、混凝土的浇筑;各种地基处理方法(振冲法、旋喷法、深层搅拌法、灰土挤密法)、原理及施工工艺。基本要求:1.了解钢筋混凝土预制桩的预制、起吊、运输及堆放方法。2.掌握锤击法施工的全过程和施工要点(打桩设备、打桩顺序、方法和质量控制)。3.掌握泥浆护壁灌注桩和干作业成孔灌注桩的施工要点。4.掌握套管成孔灌注桩施工工艺和质量控制方法。5.了解地下连续墙的施工过程和施工工艺要点。6.自学各
2、种地基处理方法、原理及施工工艺。重点:钢筋混凝土预制打入桩和灌注桩施工。难点:钢筋混凝土预制桩沉桩工艺及质量控制方法;灌注桩施工工艺、常见质量缺陷及预防处理。深度和广度:达到能制定锤击沉入钢筋混凝土预制桩、灌注桩施工方案,分析常见质量缺陷及预防处理;简介墩基础、沉井基础、管柱基础的施工方法。 概述 在土建、交通、水利工程中,当天然的地基的强度和变形不能满足工程要求时,需要对地基进行人工处理,以满足工程建设的需要,保证建筑安全可靠。地基处理方法众多,对每一个具体的工程往往都有其特殊性。常用的地基处理方法有:排水固结法,振密、挤密法,置换及拌入法,灌浆法,加筋法和托换法等当作为地基的土层软弱,建筑
3、物对其变形与稳定要求较高时,就必须采用深基础。常见的深基础有:桩基础,沉井基础,沉箱基础,地下连续墙等 桩基础的分类: 按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩,也有采用木、组合材料的桩 桩按承载性状可分为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。 桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、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
4、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 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。 按桩的施工方法,可分为预制桩和灌注桩两类。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。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。2.1 预制混凝土桩施工一、桩的预制、起吊、运输、堆放桩的预制 场地压实、平整场地地平作三七灰土或浇筑混凝土支模绑扎钢筋骨架、安设吊环浇筑混凝土养护至30 %强度拆模支间隔端头模板、刷
5、隔离剂、绑钢筋浇筑间隔桩混凝土同法间隔制作第二层桩养护至70%强度起吊达100%强度后运输。预制桩制作 桩的起吊 桩在起吊和搬运时,必须平稳,并且不得损坏。吊点应符合设计要求,一般吊点的设置如下图所示。 桩的运输 打桩前,桩从制作处运到现场准备打桩,并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式,在运距不大时,可用起重机吊运;当运距较大时,可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放 堆放桩的地面必须平整、坚实,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,堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩,应分别堆放。二、沉桩(打桩)前的准备工作(1)清除障碍物、平整场地。 (2)材料机具准备,接通现场
6、施工水、电源等。 (3)检查桩的质量,将需用的桩按平面布置图堆放在打桩机附近,不合格的桩不能运至打桩现场。 (4)按图纸布置进行测量放线,定出桩基轴线,测出每个桩位的实际标高。(5)准备好桩基工程施工记录和隐蔽工程验收记录表格,并安排好记录和监理人员等。(6)进行打桩试验。其目的是检验打桩设备及工艺是否符合要求,了解桩的贯入深度、持力层强度及桩的承载力,以确定打桩方案。 (7)打(沉)桩顺序: 为减轻对邻近建筑物的破坏影响和桩入土后相互挤压,选定正确的施工顺序是有重要意义的。 三、锤击(一)打桩机具(桩锤、桩架、动力装置)1.桩锤(落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤)振动打桩桩锤选择 桩锤是对桩
7、施加冲击,将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤,目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时,为防止桩受冲击应力过大而损坏,力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击,锤击功能很大一部分被桩身吸收,桩不易打入,且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格等参考下表进行选择,如能进行锤击应力计算则更为科学。 2.桩架多能桩架履带式桩架3.动力设备(1)落锤以电源为动力再配置电动卷扬机、变压器、电缆等;(2)蒸汽锤以高压饱和蒸汽为驱动力,配置蒸汽锅炉蒸汽绞盘等;(3)气锤以压缩空气为动力源,需配置空气压缩机、内燃机等;(4)柴油锤以柴油为能源,桩锤本身有燃烧室,不需外部动力设备。 锤击沉桩施
8、工 打桩机就位后,将桩锤和桩帽吊起,然后吊桩并送至导杆内,垂直对准桩位缓缓送下插入土中,垂直度偏差不得超过0.5%,然后固定桩帽和桩锤,使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上,确保桩能垂直下沉。在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫,桩帽和桩顶周围四周应有510mm的间隙,以防损伤桩顶。 打桩开始时,锤的落距应较小,待桩入土至一定深度且稳定后,再按要求的落距锤击。用落锤或单动汽锤打桩时,最大落距不宜大于1m,用柴油锤时,应使锤跳动正常。在打桩过程中,遇有贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝或破碎等异常情况时,应暂停打桩,及时研究处理。 如桩顶标高低于自然土面,则需用送桩管将桩送
9、入土中时,桩与送桩管的纵轴线应在同一直线上,拔出送桩管后,桩孔应及时回填或加盖。 多节桩的接桩,可用焊接或法兰锚接。目前焊接接桩应用最多。接桩的预埋铁件表面应清洁,上、下节桩之间如有间隙应用铁片填实焊牢,焊接时焊缝应连续饱满,并采取措施减少焊接变形。接桩时,上、下节桩的中心线偏差不得大于10mm,节点弯曲矢高不得大于1桩长。 打桩过程中,应做好沉桩记录,以便工程验收。打桩工程是隐蔽工程,施工中应做好每根桩的观测和记录,这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录,见表所示。打(沉)桩控制1.桩端位于一般土层时,以控制桩端设计标高为主,贯入度作为参考。2.桩端位于坚硬、硬
10、塑的粘土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,以贯入度控制为主,桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考。3.当贯入度已达到,而桩尖标高未达到时,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;桩尖位于其它软土层时,以桩尖设计标高控制为主,贯入度可作参考。 4.打桩时,如控制指标已符合要求,而其它的指标与要求相差较大时,应会同有关单位研究处理。 贯入度是指每锤击一次桩的入土深度,而在打桩过程中常指最后贯入度,即最后一击桩的入土深度。实际施工中一般是采用最后10击桩的平均入土深度作为其最后贯入度。测量最后贯入度应在下列正常条件下进行:桩锤的落距应符合规定;桩帽和弹性衬垫等正常;锤击没
11、有偏心;桩顶没有破坏或破坏处已凿平。四、 静压力桩施工 静力压桩是利用静压力将桩压入土中,施工中虽然仍然存在挤土效应,但没有振动和噪音,适用于软弱土层和邻近有怕振动的建(构)筑物的情况。 静力压桩机有机械式和液压式之分,目前使用的多为液压式静力压桩机,压力可达5000kN,如下图示。2.2 混凝土、钢筋混凝土灌注桩施工 灌注桩是直接在桩位上就地成孔,然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层,无需接桩,施工时无振动、无挤土、噪音小,宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格,施工后需较长的养护期方可承受荷载,成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同,分为干作业成孔的灌注桩、泥
12、浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快,还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺. 一、泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎 ( 砾 ) 石土及风化岩层;以及地质情况复杂,夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层,冲孔灌注桩除适应上述地质情况外,还能穿透旧基础、大孤石等障碍物,但在岩溶发育地区应慎重使用。 泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺 埋设护筒 护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具,其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头,防止塌孔的作用。 泥浆制
13、备 护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物,还可在其中掺入其他掺合剂,如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。在原先已经支护的地面上冲孔成桩,容易冲到锚杆和锚索,造成钢筋笼下不去 安放钢筋笼 浇注水下混凝土 浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。因为当混凝土直接与水接触穿过水层时,骨料和水泥很快将产生分离,骨料很快沉入水底,而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态,当其下沉时,已凝结硬化。因此水下混凝土的浇注,必须在与周围环境水隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法很多。最常用的是导管法。导管法采用的主要机具有:导管、漏斗和储料斗、 隔水塞。 2.2.3套管成孔灌注桩工艺流程 套管成孔灌注桩是利
14、用锤击打桩法或振动沉桩法,将带有钢筋混凝土桩靴(又叫桩尖)或带有活瓣式桩靴(左图)的钢套管沉入土中,然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时,则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管时,称为锤击沉管灌注桩;利用激振器的振动沉管、拔管时,称为振动沉管灌注桩。右图为沉管灌注桩施工过程示意图。 沉管的方法 锤击灌注桩施工时,用桩架吊起钢套管,关闭活瓣或对准预先设在桩位处的预制混凝土桩靴,套入桩靴。套管与桩靴连接处要垫以麻、草绳,以防止地下水渗入管内。然后缓缓放下套管,压进土中。套管上端扣上桩帽,检查套管与桩锤是否在一垂直线上,套管偏斜不大于0.5%时,即可起锤沉套管。先用低锤轻击,
15、观察后如无偏移,才正常施打,直至符合设计要求的贯入度或沉入标高,并检查管内有无泥浆或水进入,即可灌注混凝土。套管内混凝土应尽量灌满,然后开始拔管。拔管要均匀,不宜拔管过高。拔管时应保持连续低锤密击不停。 振动沉管 振动灌注桩采用振动锤或振动冲击锤沉管,其设备见下图。施工前,先安装好桩机,将桩管下端活瓣合起来或套入桩靴,对准桩位,徐徐放下套管,压入土中,勿使偏斜,即可开动激振器沉管。桩管受振后与土体之间摩阻力减小,同时利用振动锤自重在套管上加压,套管即能沉入土中 (3)套管成孔灌注桩常遇问题和处理方法a 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
16、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5070mm。拔管时应采用复打法,并严格控制拔管的速度。b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
17、度后,再进行下根桩的施工。c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:当地下水压力大时,或预制桩尖被打坏,或桩靴活瓣缝隙大时,水及泥浆进入套筒钢管内,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“密击慢拔”的方法,对桩脚底部进行局部翻插几次,然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料,防止地下水及泥浆的渗入。d混凝土灌注过量 如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上,这可能是由于孔底有洞穴,或者在饱和淤泥中施工时,土体受到扰动,强度大大降低,在混凝土
18、侧压力作用下,桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此,施工前应详细了解现场地质情况,对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时,应先打试桩。若发现混凝土用量过大时,应与设计单位联系,改用其他桩型。三、人工挖孔灌注桩施工机具 垂直运输工具:单轨电动葫芦配提升金属架与轨道,活底提土吊桶。 排水机具:潜水泵。 通风设备:鼓风机和送风管。 挖掘工具:镐、锹、土筐等。 此外,还有井内外照明,电铃等设备 施工工艺 按设计图纸放线、定桩位。 开挖场。 支护模板 在模板顶放置操作平台。 浇筑护壁混凝土。 拆除模板继续下一段的施工。 安放钢筋。 排除孔底积水。五、干作业成孔灌注桩 在软塑土层,含水量大时,可用疏纹叶片钻杆,以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中,或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆,缓慢地均匀地钻进。操作时要求钻杆垂直,钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时,可能是遇到石块等异物,应立即停机检查。钻进速度应根据电流值变化及时调整。在钻进过程中,应随时清理孔口积土,遇到塌孔、缩孔等异常情况,应及时研究解决。适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质,勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔,亦有用洛阳铲成孔的。