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1、第3章 桩基础工程,3.1 概述 桩基础构造 桩基础包括：桩体和承台。 荷载传递路径： 上部结构 承台 桩 地基 桩的分类 按荷载传递机理分：端承桩、摩擦桩。,桩端阻力,桩侧阻力,按材料分 木桩、砂石（灰）桩加固地基（排水固结、挤密土层） （钢筋）混凝土桩、钢管桩承载力大。 按沉桩方法分 挤土桩打入式和压入式预制桩，无需预先成孔。 部分挤土桩预钻孔打入式预制桩和部分挤土灌注桩。 非挤土桩非挤土灌注桩。 混合桩等。 按施工方法分 预制桩预制运输打桩 灌注桩（即现浇桩）成孔安放钢筋笼浇注混凝土,3.2 混凝土预制桩施工 主要施工过程：桩的预制、运输和沉入。,（2）桩的起吊、运输,混凝土强度要求 应
2、在混凝土强度达到70设计强度后方可起吊，达到100后方可运输和沉桩。 桩起吊验算 问：桩起吊时承受的荷载远小于使用阶段承受的上部结构荷载，因此可不进行桩的起吊验算？,答：关键是起吊阶段和使用阶段桩的内力性质不同，使用阶段主要为轴压力，起吊阶段为弯矩。 内力性质不同，则不可比较大小,桩的吊点布置,确定原则：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。 常见的吊点位置如下图示：,桩的堆放,堆放不得超过四层； 上下层间设置垫木（按吊点位置确定间距、上下对齐） 地面平整坚实，设有排水坡度。 分类堆放,3.2.2 沉桩前的准备工作,清除障碍物 平整场地 沉桩试验 抄平放线 定桩位 确定沉桩顺序。 沉桩顺序确定的
3、原则 从中间向四周沉没，由中及外； 从靠近建筑物最近的桩位起，由近及远； 先深后浅,先大后小，先长后短。 结合考虑“退沉桩”还是向前“顶沉桩”。,3.2.3 桩的沉设,主要方法：锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩、水冲沉桩,预制桩工机械主要有以下三类： 打桩机锤击沉桩 打桩机由桩锤和桩架组成，靠桩锤冲击桩头，使桩在冲击力的作用下贯入土中，故又称冲击式打桩机。根据桩锤驱动方式不同，可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。 振动沉拔桩机振动沉桩 振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。 静力压桩机静力沉桩 静力压桩机采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下压入至所需
4、深度。,3.2.3.1 锤击沉桩 （1）桩锤 落锤适用于粘土或含砂石较多的地基土； 蒸汽锤（单动气锤、双动气锤 ）适用于各种桩； 电磁锤,柴油锤,工作原理： 单缸二冲程自由活塞式发动机以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将桩锤抬起，然后自由落下冲击桩顶。如此循环反复运动，将桩打入土中。 分类： 导杆式、筒式。 特点： 不需另带动力设备，但污染大，噪音大。 适用： 大型的混凝土桩和钢管桩，除过软地基外可打各种桩。,落锤,柴油锤,柴油锤,振动沉拔桩锤,振动打桩,导杆式柴油锤,筒 式 柴 油 锤,广州大学城工地锤击沉桩,桩 锤,（2）桩架,作用： 吊桩就位、固定桩位置、承受桩锤和桩的重量
5、、打桩过程中引导锤和桩的方向，并保证桩锤能够沿着所要求的方向冲击桩体。 分类： 塔式、直式、悬挂式、三点支撑履带行走式。 行走机构： 滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。 桩架高度： =桩长+滑轮组高（2m）+锤高+桩帽高+安装空隙（0.5m）,悬挂履带式打桩架 以履带起重机为底盘，用吊臂2悬吊桩架立柱6，立柱6下面与车体1通过支撑叉7相连接。由于桩架、桩锤的重量较大，重心高且前移，容易使起重机失稳。所以通常在车体上增加一些配重。立柱在吊臂端部的安装比较简单。为了能方便的调整立柱的垂直度，立柱下端与车体支撑连接一般都是采用丝 杠和液压式等伸缩可调的机构。 缺点：横向稳定性较差，立
6、柱的悬挂不能很好的保持垂直。这一点限制了不能用于打斜桩。,三点式履带桩架 同样是以履带式起重机为底盘，但在使用时必须作较多的改动。首先要拆除吊臂，增加两个斜撑，斜撑2下端用球铰支持在液压支腿的横梁上使两个斜撑的下端在横向保持较大间距，构成稳定的三点支撑结构，如图所示。 三点式桩架在性能上是比较理想的，工作幅度小，具有良好的稳定性，其次还可通过斜撑的伸缩使立柱倾斜，以适应打斜桩的需要。,简 易 桩 架,悬 挂 履 带 式 桩 架,轮 式 桩 架,滚管式桩架,滚管式桩架,步 履 式 桩 架,桁 式 打 桩 架,全液压履带式三支点打桩架,锤击桩动画,（4）打桩注意事项,隐蔽工程及时做好记录 严禁偏打
7、 桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫平整均匀，构造合适 桩顶衬垫弹性应适宜 延长锤击作用时间和应力波波长，降低锤击应力值，从而提高打击效率和降低桩的损坏率。 连续施打、入土速度均匀，不得间歇过长 避免土的固结作用，使继续打桩阻力增大，不易打入土中 桩锤回弹过大且经常发生,应更换重锤。,桩锤突然有较大的回弹 表明桩端遇阻，须减小锤的落距。 桩下沉突然加大 可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身破坏等，应停止进行处理。 送桩时桩身和送桩轴线一致 打斜 应拔出，用砂石填孔，重新插入施打。若拔桩困难，应在原桩附近再补打一桩。 尽量避免送桩,桩头爆裂,环氧树脂补桩,桩上的裂缝.,某工地600预制桩被挤断的照片,一
8、个承台六根桩,有四五根桩断掉,打的时候收锤无问题,锤第二根桩挤断第一根,锤第三根挤断第二根桩,（5）打桩质量要求与验收 贯入度或标高必须符合设计要求 最后贯入度：在正常条件下进行（桩顶没有破坏、锤击没有偏心、锤落距符合规定、桩帽与弹性垫层正常），最后10击内桩的平均入土深度。 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，以贯入度控制为主，桩端进入持力层深度或桩尖标高可作为参考； 当贯入度达到而桩端标高未到时应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值（一般在30-50mm）； 桩端位于其它软土层时，以桩端设计标高控制为主，贯入度可作为参考。,问：摩擦桩
9、以设计标高控制为主，贯入度作为参考? 端承桩以贯入度控制为主，设计标高作为参考?,重要概念,平面位置或垂直度必须符合施工规范要求 平面位置偏差不得大于100-150mm； 垂直度偏差不得超过0.5%； 桩身、桩帽、桩锤三者在同一垂直轴线上； 短桩接长的端面应平整，中心对齐； 挖土应制定合理的挖土方案，防止桩体位移或倾斜。 打入桩桩基工程的验收必须符合施工规范要求 当桩顶设计标高与施工场地标高相同时，在打桩完毕后进行； 需送桩时，每桩至设计标高后应先中间验收，待打桩完开挖至设计标高后再作全面验收。 提交的资料：桩位测量放线图；工程地质报告；材料试验记录；桩的制作与打入记录；桩位竣工平面图；桩的静
10、载各和动载试验及确定桩贯入度的记录。,3.2.3.2 静力压桩,工作原理 依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。 特点 噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。 适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难。,顶压式静力压桩机,静力压桩动画,预应力管桩静压桩施工过程,吊桩,接桩（管口焊接）,连续压桩,压入一节,静力压桩视频,压桩施工前,应了解施工现场土层土质情况，检查桩机设备，以免压桩时中途中断施工，造成土层固结，使压桩困难，如果桩需要停歇，则应考虑将桩尖停歇在软弱土层中，以使压桩启动时阻力不致过大。压桩机
11、自重大，行驶路基必须有足够的承载力，必要时应对路基进行加固处理。 压桩时，应始终保持桩轴心受压，若有偏移应立即纠正，接桩应保证上下节桩轴线一致，并应尽量减少每根桩的接头个数。一般不宜超过4个接头。施工中，若压阻力超过压桩能力，使桩架上抬倾斜时，应立即停压，查明原因。 当桩压至接近设计标高时，不可过早停压，应使压桩一次成功，以免发生压不下或超压现象。工程中有少数桩不能压至设计标高，此时可将桩顶截去。如初压时桩身发生较大移位、倾斜；压入过程中桩身突然下沉或倾斜；桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变时，应暂停压桩，及时研究处理。 当桩较密集，或地基为饱和淤泥、淤泥质土和黏性土时，应设置塑料排水板、袋装砂井消
12、减超孔压或采取引孔等措施。在压桩施工过程中应对桩数10%的桩设置上涌和水平偏位观测点，定时检测桩的上浮量及桩顶水平偏位量，若上涌和偏位值较大，应采取复压等措施。,压桩质量控制,钢管桩有强度高, 重量轻, 搬运方便,在沉桩时能承受较大的冲击力贯入很深土层, 以达到要求的持力层或提供较大的表面摩阻。桩头修整和桩身接长都比较容易。,钢 桩,钢管桩在深水中并进入水下深厚土层后, 桩的上部具有较大弹性和韧力, 其抵抗风浪拍打和飘浮物冲击的能力甚强, 适用于高桩承台为基础的结构物。因此, 在浅海平台、港口泊位、码头等水工结构物采用钢桩更为普遍。,3.2.3.3 振动沉桩,（1）工作原理：其主要装置为振动器
13、，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。,（2）振动器工作原理,振动器产生激振力的方法如下：振动器都是采用机械式，由两根装有偏心块的轴组成。这两根轴上装有相同的偏心块，但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力，在水平方向上的分力互相抵消，而其垂直方向上的分力则迭加起来。,（3）振动沉桩 作业图,振动沉桩工作效率决定于振幅，离心力和静压力，振幅是决定沉桩速度的主要因素。,静压力对桩的下沉也有很大的影响，只有当静压力（包括桩的自重）超过某值时才发现沉桩现象 ，振动沉桩机必须有足够的重量，必要时还应附
14、加配重。,振动沉斜桩 作业图,DZM系列液压振动锤 (配挖掘机用),（5）特点、优缺点,特点 通过振动器的振动，减小桩和周围土体的摩擦力，在桩自重和附加压力作用下沉桩。 优点： 噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，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。 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。,3.2.3.4 沉桩对周边环境的影响及防治 （1）对环境的影响 锤击法、振动法沉入预制桩施工时产生噪音、振动冲击、废气，并引起土体挤压隆起位移，影响原有建
15、筑和地下管线等。 （2）防治措施 采用预钻孔桩，防止挤土影响。 采用机械或人工成孔灌注桩。 设置防振沟，基坑支护。 在有条件的城市，明令禁止锤击法或振动法沉桩。,主要施工过程：成孔、安放钢筋笼和混凝土浇注。,3.3.1 钻孔灌注桩 根据钻头是否在含水层中施工，分为： 泥浆护壁钻孔灌注桩和干作业钻孔灌注桩。 优点 无振动、无挤土、噪音小，对周边建筑物影响小，适宜于硬、半硬、硬塑和软塑粘性土。 缺点 承载力低，沉降量大。,重点,3.3.1.1 干作业成孔灌注桩施工,施工方法 利用钻孔机械（机动或人工）在桩位处进行钻孔，待钻孔深度达到设计要求后，立即进行清孔，然后钢筋笼吊入桩孔中，再浇注混凝土而成的
16、桩。 适用条件 适用于地下水位以上的干土层中桩基的成孔施工。 成孔方式 螺旋钻成孔螺旋钻机 （利用钻头的刃口切削土，并沿螺旋输送土） 钻孔扩底钻孔扩机 人工成孔机动或人工洛阳铲,长螺旋钻孔机出土状态,长螺旋钻孔机,短螺旋钻孔机,短螺旋钻孔机出土状态,3.3.1.2 泥浆护壁成孔灌注桩,泥浆材料 泥浆主要是膨润土或粘土和水的混合物。,孔内泥浆液面高于地下水位以上1m，泥浆的相对密度为1.1-1.15，排出时为1.2-1.4。 泥浆的作用 泥浆产生的液柱压力可平衡水压力，并对孔壁有一定的侧压力，成为孔壁的一种液态支撑； 泥浆中胶质颗粒在泥浆压力下，渗入孔壁表面孔隙中，形成一层泥皮，从而可防止塌孔，护壁。 灌进的泥浆比重小，排出的比重大，从而携渣排出泥土。 泥浆还具有润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。,正循环动画,反循环动画,成孔方法：泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法有冲击钻成孔法a、冲抓锥成孔法b和潜水电钻成孔法c三种(下图）。,b
