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1、第二章 桩基础施工技术方法,2-1 概述 Q一 桩基的概念及适用条件桩是竖直或微倾斜的基础构件.桩基础是由若干根桩和承台组成.优先考虑桩的情况:f 1荷载大的建筑物 2滨河滨海地带建筑物 3计算沉降量大的建筑物 4地下水和施工水位高的建筑物 R,二 桩的分类,1 按材料分类:木桩.钢桩.钢筋混凝土桩2 按桩的受力情况分类一)抗压桩 端承桩 摩擦桩二)抗拔桩 如水下建筑抗浮桩、牵缆桩、输 电塔和微波发射塔基桩三)抗剪桩 基坑支护桩、抗滑桩、桥墩防护桩,3按工法分类,可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3大类型。再细分,桩的施工方法超过300种。施工方法的变化、完善、更新可以说是日新月异。,三 桩型
2、与成桩工艺选择原则,考虑的因素及遵循的原则：建筑物的特征(建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、建筑物的安全等级等)、工程地质条件(穿越土层、桩端持力层岩土特性)、水文地质条件(地下水类别、地下水位)、施工环境与施工技术（人员、机械设备）材料供应条件、造价以及工期等 进行技术经济分析比较,最后选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。,2-2 钻孔灌注桩施工技术,钻孔灌注桩是通过机械或人工钻掘成孔,然后在孔内放入钢筋骨架,灌注桩身混凝土而成的基桩.一、功能特点:1、适用性广 2、单桩承载力大 3、抗震性好 4、建造费用低 5、施工噪声小公害少 6、技术要求高 二、主要工艺流程 设计 测量安装 埋
3、设护筒 钻孔 清孔 装筋 二次清孔 灌注 养护,浙江省杭州市淳安县上江埠1号特大桥桩基6米直径的钻孔灌注桩正在向湖层深处不断推进，这是目前中国最大的钻孔桩。,三、施工设计及施工前的准备,1、设计内容：工程概况及设计要求 工艺方案和设备选型 施工力量部署 耗材供应 工艺技术（成孔与成桩工艺主要包括钻头、泥浆、灌注)验桩要求（28天后抽验5-10%大于4根）安全管理与质保措施 2、场地准备（三通一平）,3、埋设护筒（长1.5m、直径=钻头+2030cm)作用:a 控制桩位导向钻具 b 保护孔口 c 提高孔内水头高度 d 测量基准 埋设方法:挖埋法和填埋法4、泥浆配制 比重:1.021.3(反循环、
4、正循环、冲击)粘度:1630秒 泥浆净化:自然沉降、机械净化、化学净化,四 正循环回转钻进成孔工艺,由钻机带动钻具旋转钻进岩土,采用泥浆以正循环方式清孔排渣的成孔工艺.一)、主要设备 1、桩机（SPJ300、GPS-15）特性：低转速、大扭矩(口径800大于5KNm，口径1000大于12KNm）,GPS-15型钻孔直径0.81.5m孔深 50m扭矩18kNm主卷扬提升能力30kN,2、泥浆泵：离心泵（3PN）泵量108m/h扬程21m 往复泵：BW600/30 砂石泵,二)、钻头:,鱼尾钻头、三翼钻头、笼式钻头、组合牙轮钻头、钢粒钻头、金刚石钻头,钻头直径0.81.0中心管140mm支撑管30
5、mm翼板46片,三)、工艺规程,1钻压：硬土层：400600N/颗(合金）300500N/cm（牙轮）2转速：V=0.81.6m/s n=60V/3.14 D n=2080rpm,3泵量：,球形颗粒的自由沉降速度,重力:浮力:阻力:平衡方程:,球形颗粒的自由沉降速度,钻屑的悬浮速度计算须考虑的因素:1 管壁的影响 m近似等于2 2 颗粒形状的影响 形状系数:k=c1/c=1.17 3颗粒群的影响,钻屑的悬浮速度计算公式:,例:桩孔直径:800mm钻杆直径:127mm上返速度:0.3m/s泵量Q 8800L/min,桩基的承载力,桩基工程质量最重要的一个指标是桩的承载力。而单桩承载力极限值取决于
6、桩身的材料强度和地基土的支承力。如果地基土对桩的支承力大于桩身的材料强度值，则桩的承载力是根据桩身材料强度确定；如果地基土对桩的支承力小于桩身的材料强度值，则桩的承载力只能由地基土的强度和变形确定。,一、影响桩基承载力的因素分析,1）桩身所穿越土层的强度、变形性质和历史 2）桩端持力层的强度和变形性质 3）桩身与桩底的几何形状 4）桩体材料强度 5）群桩效应 桩的排列、桩距、桩的长径比、桩长与承台宽度等参数对承台、桩、土的相互作用和群桩承载力影响较大 6）桩的施工方法,二 单桩承载力的确定方法,直接法：静力荷载试验 桩的动测方法间接法：理论计算 经验公式 原位测试（静探、标贯、旁压）,三、单桩
7、荷载试验,（一）单桩垂直荷载试验 单桩垂直荷载试验的目的是为了确定单桩竖向（抗压）极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，还可直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。除对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验加至承载力设计值的1.52倍外，其余试桩均应加载至破坏。,1 试桩方法,1）慢速维持荷载法 此法是国内外沿用很久的方法，具体做法是按一定要求将荷载分级加到试桩上，每级荷载维持不变直至桩顶下沉量增量达到某一规定的相对稳定标准，然后继续加一级荷载，当达到规定的终止试验条件时，便停止加荷，再分级卸荷直至零载，试验周期37天
8、。,2）快速维持荷载法 试验加载不要求观测的下沉量的相对稳定，而以等时间间隔连续加载。采用快速维持加载法的基本依据是：快速加载下得到的极限荷载乘以一定的修正系数可转换慢速加载时的极限荷载；在设计荷载下，慢速法和快速法的桩顶下沉量相差不大，两者差值在5以内；慢速法的试验总待续时间长，且不易预估，而快速法的总持续时间短，且容易预估。,3）等贯入速率法（简单CRP法）此法特点是试验对荷载以保持桩顶按等速率贯入土中而连续施加，按荷载贯入量（即下沉量）曲线确定极限荷载。试验一般进行到累计贯入量5070mm，或设计荷载的3倍，或贯入量至少等于桩径的 15，或试桩系统的最大能力。试验在 l3h内就可完成。,
9、4）循环加载卸载试验法 此法在国外用得较为广泛，还可细分为：在慢速维持荷载法中以部分荷载进行加卸载循环；以慢速维持荷载法为基础对每一级荷载进行重复加卸载循环；以快速维持荷载法为基础对每一级荷载进行重复加卸载循环。,2 荷载装置,1）堆重平台装置 2）锚桩与反力梁荷载装置3）锚杆与反力梁荷载装置4）锚桩与堆重平台联合荷载装置 5）以现有构筑物作反力装置6）利用山体作反力装置,3、加载试验,1）荷载分级 荷载分级目前多为1020级。分级太少则绘成的曲线不利于分布，分级太多则试桩时间过长。国外荷载分级一般都在8级以上。加载可为等量加载或递变加载。等量加教时，每级荷载为预估极限荷载量的110115，第
10、一、第二级荷载可为15l8。根据现场试桩曲线的变化，在接近极限荷载时，可按银级荷载量的1/21/4施加。递变加载的荷载分级，可按试桩设计要求具体确定。,2）沉降稳定标准 目前国内工业与民用建筑、公路、铁路、梁试桩普遍采用的沉降稳定标准是：粘性土 沉降速率不大于0.1mm/h。砂性土 沉降速率不大于 0.2mmh。岩石 沉降速率不大干002mmh。符合上列标准，并连续出现两次以上，可视为下降停止并达到相对稳定，即可施加下一级荷载。此外，也可根据绘制的沉降一时间对数曲线尾部出现平缓直线段时，主体沉降已趋稳定。快速加载时，只要达到规定时间，就施加下一级荷载。采用等沉降速率法加载，只要沉降速率为0.l
11、0.5mm/h，而不考虑稳定与否，试验用间不得舒平变更沉降稳定标准。,3）终止加载条件 试压桩达到破坏即终止加载。一般根椐现场绘制的沉降一荷载曲线和沉降一时间对数曲线来确定桩是否破坏，或出现下列情况之一时，即可认为试压桩破坏：某级荷载作用下的沉降量为前一级荷载沉降量的5倍；某级荷载作用下的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的两倍，且经24小时沉降仍不稳定；，荷载超过极限荷载，经36小时沉降仍不稳定。桩的总沉降量超过规定值。,5 荷载试验结果分析,沉降荷载曲线（S-P曲线）,三、桩的动测,动力试桩是在桩顶给桩作用一动态力（动荷载），动态力可以是瞬态冲击力或稳态激振力。桩、土系统对动态力作用的反映称
12、为动力响应，用不同功能的传感器可以在桩顶上量测到不同的动力响应信号，如位移、速度或加速度响应信号。通过对信号的时域分析、频域分析或传递函数分析，可以判断桩身结构完整性和对单桩承载力的评价。根据作用在桩顶上动荷能量是否使桩土之间发生一定塑性位移或弹性位移，而把动力试桩分为高、低应变两种方法。,高应变法，作用在桩上能量大，应力和应变水平接近或达到工程桩的应力、应变水平，动荷载使桩克服土阻力产生贯入度，从而使桩、土之间产生塑性位移，桩对外的抗力主要通过位移产生，有了位移，桩侧和桩尖土阻力得到一定程度发挥，在桩顶量测到的桩、土响应信号包含有承载力因素，所以高应变动力试桩可以对单桩承载力进行判定，也可以
13、评价桩身结构完整性。低应变法，作用在桩顶上的动荷载力小于使用荷载，其能量小，只能使桩土产生弹性变形，一般情况只产生10-5动应变，它是通过应力波在桩身中传播和反射原理，对桩身结构完整性进行评价，根据振动理论对承载力进行推算。低应变法从原理上，不能直接得到承载力的推断，而是由实测动刚度和静、动对比的修正进行推算，因此带有很大的地区经验和人为因素。,地基处理与桩基施工技术的新进展,地基处理粉喷桩的大面积应用水泥粉煤灰碎石桩的拓展夯实水泥土桩地基的开拓应用土工合成材料地基的大量应用强夯的广泛应用和发展,桩基技术静力压桩迅速发展挤扩多分支承力盘灌注桩的大量应用钻孔压浆灌注桩的开拓和应用夯压成型灌注桩技
14、术的拓展钢桩的开拓应用,桩基础施工技术发展方向,桩的尺寸向长、大方向发展桩的尺寸向短、小方向发展 向攻克桩成孔难点方向发展 向低公害工法桩方向发展 向扩孔桩方向发展 向异型桩方向发展 向埋入式桩方向发展 向组合式工艺桩方向发展 向高强度桩方向发展 向多种桩身材料方向发展,谢谢！,按材料分类 按形状分类 按施工方法分类,可分为木桩、钢筋混凝土桩、钢桩及组合材料桩等。其中,钢筋混凝土桩又可分为普通钢筋混凝土桩(简称RC桩,混凝土强度等级为C15C40);预应力钢筋混凝土桩(简称PC桩,混凝土强度等级为C40C80)和预应力高强度混凝土桩(简称PHC桩,混凝土强度等级不低于C80)。钢桩又可分为钢管
15、桩、钢板桩和H型钢桩。组合材料桩中有钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。,可分为圆形桩(实心圆断面桩、空心圆断面桩和管桩)、角形桩(三角形桩、四角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩及外方内异形空心桩等)、异形桩(十字形桩、X形桩、楔形桩、扩底桩、桩身扩大桩、树根形桩、梯形桩、锥形桩、T形桩及波纹形锥形桩等)、螺旋桩、带扩大头的钢筋混凝土预制桩、多节桩、多分支承力盘桩、DX桩、凹凸形灌注桩等。,可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3大类型。再细分,桩的施工方法超过300种。施工方法的变化、完善、更新可以说是日新月异。,。,基于高层、超高层建筑物承载的需要,桩径越来越大,桩长越来越长。欧美及日本的
16、钢管桩长度已达100m以上,桩径超过2500mm;上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m的砂层,桩径为914.4mm;温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m以上,桩断面达600mm600mm;郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为10001100mm,桩长77.6m;南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3000mm,深度150m;厦门某工程人工挖孔桩长度为73m,桩径1.8m。,基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、增层以及补桩等需要,小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟。小桩(又称为微形桩或IM桩)实质上是小直径压力注浆桩,桩径为70250mm,桩长为820m。锚杆静压桩的断面
17、为200mm200300mm300mm;桩段长度取决于施工净空高度和机具情况,为1.03.0m,桩入土深度330m。,以日本为例,成立由64家基础公司组成的岩层削孔技术协会,研究开发出20余种大直径岩层削孔工法,其中长螺旋钻进成孔法3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。,筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点,但由于其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害)等缺点,在城区的住宅群及公共建筑群等施工中受到很大
18、限制,为此静压式钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐,国外已显现出用液压打桩锤取代筒式柴油锤的趋势。泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广泛地采用,但由于泥浆的使用使施工现场不文明,泥浆排除(称为二次公害)的困难,成为施工者头痛之事。因此钻斗钻成孔灌注桩,因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存,现场较为文明,在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型,国内此类桩型的采用亦日趋增多。贝诺特灌注桩由于环保效果好(噪声低、振动小、无泥浆污染与排放)、施工现场文明,在海内外广泛采用,我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%,昆明、温州及北京地区10余个工程
19、已成功地采用此类桩型。,北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩(桩身直径0.30.4m、扩底直径0.81.2m)的静载试验结果表明,与相同桩身直径的直孔桩相比,前者的极限荷载为后者的1.77.0倍,前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.43.0倍。大直径钻(挖)孔扩底桩具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著优点,在国内外得到广泛应用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上,日本的大直径钻扩桩工法近30种。扩孔的成型工艺除钻扩外,还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。,为了提高单桩承载力(桩侧摩阻力和桩端阻力)国内外大量发展异型桩。广义地说,异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面
20、异化桩。挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩,其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上。,钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式、压入式(静压式)和埋入式3种。前面提到筒式柴油锤冲击式(打入式)施工中存在一次公害。打入式和压入式设桩工艺在施工中产生挤土效应,使地基土隆起和水平挤动,不同程度地对邻近建筑物和地下管线产生不良影响。为了消除一次公害和挤土效应,日本在近20多年来开发出埋入式桩工法,共有60余种。所谓埋入式桩工法是将预制桩沉入到钻成的孔中后,采取某些手段增强桩承载力的工法的总称。北京地区采用的植桩法,即先用长螺旋钻成孔,穿过硬夹层或
21、可液化层,然后将预制桩放入孔内,最后锤击沉桩使桩端进入设计要求的持力层。,由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等,采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求,实践中经常出现组合式工艺桩。例如,钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺;桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺;预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打(或压入)等工艺。,随着对打入式预制桩的要求越来越高,诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求,RC桩便满足不了上述要求,故PC桩和PHC桩使用越来越多。,以灌注桩为例,桩身材料种类亦出现多样化趋势,如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩,如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩。,
