施工技术要点-6桩基工程 .ppt

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1、第六章 桩基工程,第一节 概 述 桩基础是深基础的一种，上部荷载通过桩基传递到地基深处的持力层上。 据桩的材料不同有木桩、钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩、钢桩之分。,桩的施工方法有：预制桩和现场浇制桩。 预制桩的沉桩方式有： 锤击法沉桩 利用锤下落时的冲击能，克服桩长和桩周的阻力使桩下沉的锤击方式； 震动法沉桩 利用偏心块旋转产生的激震力带动桩上下震动，使之降低桩周和桩尖下土壤的阻力，使桩下沉的振动方式； 射水法沉桩 利用射水管喷出高压水束冲击破坏桩尖下的土壤结构，减小土壤对桩的阻力，桩在自重和压重作用下沉入土层中； 静压法沉桩 利用重物的静力作用，克服桩周和桩尖阻力使桩下沉的静压方式。,图

2、7-1 预应力管桩,图7-2 北京首都国际机场新航站楼T3B基础桩工程,图7-3 杭州湾跨海大桥桩基工程,图7-4 水上桩基施工,第二节 预制桩沉桩方式及设备选择,一、锤击法沉桩方式 (一)锤击法沉桩的原理及施工过程,原理：利用打桩锤冲击部分下落时的冲击力锤击桩头（图7-5），当冲击力超过桩侧面和桩尖部分土的阻力，破坏了桩和土的静力极限平衡状态，土体受到剪切破坏，桩即下沉。,锤击法沉桩施工工序：,准 备 工 作,检查标高及贯入度,卸 锤,桩临时固定及修补,施 打,套 锤 及 替 打,吊 桩 和 就 位,桩 架 移 位, ,(二)桩入土时的土壤变形,桩沉入土时，土壤受挤而变形 第圈：破坏圈 第圈

3、：挤实圈 第圈：扰动圈 第圈：影响圈,图7-6 桩沉时的土壤受挤变形,(三)沉桩设备及选择,沉桩有陆上沉桩及水上沉桩二种方式，它们的主要的沉桩设备是打桩锤、打桩架及其附属设备如替打、桩垫、桩帽等。 1桩锤 锤击法沉桩常用的桩锤有：蒸汽锤、柴油打桩锤、液压锤。,(1)蒸汽锤,单动锤由调整冲程来改变冲击能和频率大小； 双动锤通过调整汽阀进汽量来改变冲击能和频率大小。,图7-7 蒸汽锤,(2)柴油锤,图7-8 筒式柴油锤,图7-10 HD62柴油锤桩机,图7-9 HD50柴油锤桩机,(3)液压锤,图7-11 液压锤工作原理,图7-12 液压锤施工现场,液压锤对桩顶的瞬时冲击力小，桩不易破坏，而且超过

4、土壤阻力的压桩力作用在桩头上的持续时间长(见图713)，能量利用率高。,(4)桩锤的选择,单桩动力公式：,式中：PJ 单桩极限承载力(kN)； W 柴油锤冲击部分重力(kN)； h 冲击部分弹跳高度 (m),应实测； s 打桩最后一阵平均贯入度(m)。,满足克服沉桩阻力的要求。 满足沉桩速度和质量的要求。,在满足锤冲击能要求的前提下,锤选重些为好,因为沉桩时的冲击能一部分用在沉桩上,是有效的能量消耗,另外还有一部分能量消耗在锤的冲击回弹和桩垫、桩帽、桩等的变形上,是无效的能量消耗。用公式表示： E1 = E- E2 式中：E 锤的一次冲击能； E1有效能量消耗； E2无效能量消耗。,用冲击能量

5、的有效利用系数(KE)来表示能量的利用情况，则： KE 愈大，能量利用越充分，打桩的效果愈好。KE取决于桩重与锤冲击部分重量之比值。当锤的冲击能相同时，应选择冲击部分重量大些的锤，可提高KE值。在冲击能量一定时，桩身应力随锤重的增加而减少，单动锤比双动锤重，因而选用单动锤比双动锤能使桩下沉的深度更大。,2桩架(1)陆上打桩架,图7-14 陆上打桩架,图7-15 陆上打桩架施工现场,(2)水上打桩架 (打桩船),图7-16 打桩船,(3)打桩架的高度,式中： H桩架有效高度(水上打桩从水面 起算；陆上打桩从地面起算)； H1桩长(m)； H2桩锤及替打高度(m)； H3滑轮组高度(m)； H4安

6、全高度，一般水上打桩取 lm2m,陆上打桩取0.3m0.5m； H5施工水深(m)，陆上打桩H5=0。,3.替打及桩垫,替打，接在桩顶和桩锤之间，主要起缓冲作用，能减少对桩顶打击力，保护桩头。 桩垫，垫于桩顶与桩帽之间，起缓冲减震作用，降低桩身打桩拉应力，避免桩身产生裂缝；也减少桩头压应力，保护桩头不被破坏。,二、震动法沉桩方式,(一)震动法沉桩原理,1.由震动锤和桩组成震动体系，在震动体系震动作用下使土体形成共振，破坏土体平衡，桩在震动体系自重作用下下沉。,图7-18 振动沉桩示意图,图7-19 振动冲击式锤,图7-20 高频液压振动锤(400mmPHC管桩,桩深20m),(二)震动法沉桩的

7、主要参数及其选择,1震动锤的起振力P(激振力)，应能克服土壤对桩周围的阻力T ，即 式中：x 土壤弹性影响系数(主要受振动加速度的支配，振动加速度加大,将会使土壤产生液化现象,减少土壤的粘着阻力),当用低频震动锤下沉钢筋混凝土桩及管桩时, x=0.60.18,其他情况x=1； P 震动偏心块转动时产生的震动力(起震力或激振力),可以从震动锤的性能表中查出； T 土壤对桩周围的阻力。,2震动体系的震幅A要能超过桩下沉时所要的震幅止A0,桩才能下沉。震动体系的震幅A由下式求得: 式中： M桩偏心力距(kNm)； g 桩及桩锤的重量(kN)。,图7-21 桩下沉速度和震幅的关系图,5震动体系的重量Q

8、和起振力P要相协调，应满足下列要求： 根据经验，系数v1，v0按下述情况选取： 对于钢板桩 v10.15 v00.5 对于钢管桩 v10.3 v00.6 对于钢筋混凝土桩和管桩 v10.4 v01.0,三、射水法沉桩方式 (水冲法),(一) 射水法沉桩的原理： 在桩尖内或外部安装射水管，射水管喷出高压水束冲击破坏桩尖下的土壤结构，减少土壤对桩的阻力，桩在自重和压重作用下沉入土层中。,由于高压水束对土壤的破坏极大，土壤对桩的约束作用降到最小。 沉桩时桩位难以控制，而且土壤对桩侧摩阻力和对桩尖的阻力即使在经过一段时间的恢复后；也不能达到原有的程度，为了避免射水沉桩的负面作用，不单独采用射水沉桩，而

9、是用射水锤击的方式沉桩，即在锤击沉桩的过程中用射水配合，到距桩尖设计标高lm2m时，停止射水，单用锤击将桩沉入到设计标高。,(二) 射水法沉桩机具和施工,根据射水管的布置不同，有内冲内排、内冲外排以及外冲外排等几种沉桩的方法。,1.内冲内排法,将射水管安置在空心桩的中心，喷嘴不露出桩尖，在桩身内距桩尖lm左右，并通入压缩空气辅助向上排除泥渣水。采用这种方法时，若沉桩速度较快，桩尖在土壤内任一点停留时间较短，则土壤的破坏仅限于桩尖范围内，桩的承载能力较有保证，适合在黄土类土和粘 性土中沉桩。若在下沉过程中，遇到卵石或块石等障碍物，桩的方向就难以控制。,2内冲外排法,3外冲外排法,射水管从桩的空心

10、中穿过伸出桩尖20cm30cm，水冲搅乱的泥渣沿着桩周外壁向上排出。外排对土层破坏较严重，会降低桩的承载力，但砂性土承载力降低的程度要小些，外排的现场施工条件比内排要好。,将数根射水管(一般用二根)对称地置放于桩侧面，喷水管超过桩尖约20cm。泥渣水沿着桩周外壁向上排出。这种方法操纵方便，但对桩周土壤破坏较大，不适于在细微颗粒、土性不易恢复的土壤中沉桩。,4内外同时射水法,对于大口径的开口管桩，可采用内外冲水结合的方法。此时中心射水管的数目可多于一根，且沿管内壁布置。另外还布置空气吸泥机采用边冲边吸的方法。 用压气和压力水同时冲刷土壤。由于与空气混合的泥浆容重轻，能以较快的速度冲向地面，并使土

11、对桩的阻力大为减小，可以加速桩的下沉。 当采用水冲和震动相结合的方法时，震动锤的必要震幅可以减少一半。,四、静压法沉桩,利用重物的静力作用，克服桩周和桩尖阻力使桩下沉的静压方式。,这种压桩方法完全避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染，因此施工时具有无噪音、无振动和无污染，称为环保型打桩机。,图7-25 静力压桩机,第三节 沉桩定位,为了完好无损准确地将桩沉放到设计位置,包括桩的平面位置,必须在沉桩之前准确地定位。在沉桩过程中，要控制桩不偏位，沉桩结束时桩尖要落在设计标高上。 定位工作借助测量学的方法进行。,一、平面定位 直桩的平面定位,一般是控制桩的正面轴线和桩的一条边线或角线。,二、沉桩高

12、程控制,第四节 预制桩沉桩施工中的主要问题,一、吊 桩,钢筋混凝土桩长在20m以内的可用两点吊，20m以上的用三点或四点吊，用起重船起吊时可用三点吊，表71为吊运过程吊点位置及最不利弯矩的计算，图728为桩在预制厂内运输时用四点吊和沉桩时用三点、四点吊的情况。,图7-28 桩的起吊情况,二、沉桩高程控制,1土壤变形的影响 单桩(间距6D)不考虑,群桩(间距6D) 考虑。,图7-29 群桩不合理的施工顺序,2要使所有的桩都能打到 3要考虑到工程的分段 4要考虑打桩水位、水深、风和水流的影响 5尽量减少沉桩震动对岸坡的影响,图7-30 群桩的合理沉桩顺序,三、沉桩应力,（一）打桩时桩的受力情况分析

13、 锤击法沉桩过程中，当桩沉入不同土层时，桩身受力情况分析：,图7-31 桩身受力分析图,W,W,硬土层,硬土层,软土层,(二)沉桩应力及其影响因素,1锤击速度和锤重 2桩垫及桩垫刚度 桩垫刚度： 式中: A垫块面积(cm2)； Ec垫块弹性模量； hc垫块厚度(cm) 。 3桩型和桩的材质 4土质条件 5制桩质量和沉桩工艺,四、沉桩控制,1偏位控制,包括偏位控制、承载力控制和桩的裂损控制。,造成桩偏位的原因： (1)风、浪、水流的影响； (2)操作上的因素； (3)地形和土质方面的原因； (4)桩本身的原因。 减少桩偏位的措施： (1)合理安排工程进度,避开风、浪、水流的影响。 (2)采用有足

14、够定位精度的定位方法。 (3)掌握斜坡上打桩和打斜桩的规律。,2桩的极限承载力控制,桩沉完以后，应保证满足设计承载力的要求，一般是控制桩尖标高和打桩最后贯入度（最后一阵平均每击下沉量），即“双控”。在沉桩过程中要仔细掌握贯入度的变化和及时掌握桩下沉的标高情况。 贯入度在某种程度上反映了沉桩阻力或桩尖土层的软硬程度，在一定程度上反映桩承载力的大小。 在粘性土中沉桩，以标高控制为主，贯入度可作校核；桩尖在砂性土层或风化岩层时，以贯入度控制为主，标高作校核。,3桩的裂损控制,桩的裂损产生的原因，除了制造和起吊运输上以外，主要是由于沉桩过程打桩应力超过了桩允许应力所造成。 裂损控制就是要采取措施控制打

15、桩应力，消除产生超允许拉压应力的条件。 在沉桩以前，要检查所用的桩是否符合规范规定的质量标准。在沉桩过程中，选用合适的桩锤、合适的冲程、合适的桩垫材料，要随时查看沉桩情况。桩下沉结束后，要检查桩身完好情况。,第五节 就地浇制桩施工,就地浇制桩，是在预定桩位上钻一定直径的孔至设计深度，清理钻孔后放入钢筋笼，进行水下浇注混凝土，待混凝土达一定强度后，凿去桩头强度差的混凝土，即成混凝土就地浇制桩。 一、钻孔灌注桩 主要包括成孔和制桩两个过程，根据土质和钻孔方法不同可分为冲击钻钻孔法和旋转钻钻孔法。,(一)冲击钻钻孔法,适用于在坚硬岩层中钻孔，但效率较低。,施工顺序：,(二)旋转钻成孔法,利用钻机钻头

16、旋转切削土壤成孔。,图7-32 旋转钻机种类,旋转钻成孔法的施工顺序：,图7-33 旋转钻成孔法施工顺序,图7-34 旋转钻机,图7-35 旋转钻机施工,二、冲击振动灌注桩,一般用柴油锤将桩管或钢管打入土中成孔，然后灌注混凝土，抽出桩管而成。 冲击振动灌注桩要加强施工质量控制，往往会出现断桩和瓶颈等现象。,图7-36 冲击振动灌注桩机,三、扩孔桩,爆扩桩,先将钢管或混凝土管打入土中，在桩尖位置放入炸药和雷管，混凝土管内灌满塑性混凝土，随即进行爆破，爆破后桩尖土壤形成孔洞,图7-37爆扩孔桩,四、就地浇制桩施工中的主要技术问题,与预制桩相比，就地浇制桩的主要技术问题是质量不易控制，施工中稍有不慎，就可能造成施工质量问题，产生的质量问题如下： 1桩的垂直度超标，桩孔弯曲形成弯曲桩，中心距偏差大。 2桩的直径不能保证,易发生缩颈及超径问题。 3孔底沉渣沉淤较多。 4桩身混凝土浇注质量不好，形成缩颈断桩。,图7-38 桩基施工,