桩基础学习知识类型及其适用条件.doc

-*【桩基础类型说明及适用条件】1.定义： 桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成。 2.作用： 是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上，或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。 3.分类： 按受力情况分：定 义图 示端成桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，上部结构荷载主要由岩层阻力承受；施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考摩擦桩完全设置在软弱土层中，将软弱土层挤密实，以提高土的密实度和承载能力，上部结构的荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受，施工时以控制桩尖设计标高为主，贯入度可作参考 按施工方法分：预制桩灌注桩定义 在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中的桩是在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架，再浇筑混凝土而成的桩分类可分为混凝土预制桩、钢桩和木桩；沉桩方式为锤击打入、振动打入和静力压入等种类繁多，大体可归纳为沉管灌注桩和钻（冲、磨、挖）孔灌注桩两类；采用套管或沉管护壁、泥浆护壁和干作业等方法成孔优点1.桩的单位面积承载力较高，由于其属挤土桩，桩打入后其周围的土层被挤密，从而提高地基承载力；2. 桩身质量易于保证和检查；适用于水下施工；3.桩身砼的密度大，抗腐蚀性能强；4.施工工效高。因其打入桩的施工工序较灌注桩简单，工效也高；1.适用于不同土层；2. 桩长可因地改变，没有接头；3. 仅承受轴向压力时，只需配置少量构造钢筋。需配制钢筋笼时，按工作荷载要求布置，节约了钢材(相对于预制桩是按吊装、搬运和压桩应力来设计钢筋)；4. 正常情况下，比预制桩经济；5. 单桩承载力大(采用大直径钻孔和挖孔灌注桩时)；6.振动小，噪声小；缺点1.预制桩单价较灌注桩高。预制桩的配筋是根据搬运、吊装和压入桩时的应力设计的，远超过正常工作荷载的要求，用钢量大。接桩时，还需增加相关费用；2. 锤击和振动法下沉的预制桩施工时，震动噪音大，影响周围环境，不宜在城市建筑物密集的地区使用，一般需改为静压桩机进行施工；3. 预制桩是挤土桩，施工时易引起周围地面隆起，有时还会引起已就位邻桩上浮；4. 受起吊设备能力的限制，单节桩的长度不能过长，一般为10余米。长桩需接桩时，接头处形成薄弱环节，如不能确保全桩长的垂直度，则将降低桩的承载能力，甚至还会在打桩时出现断桩；5. 不易穿透较厚的坚硬地层，当坚硬地层下仍存在需穿过的软弱层时，则需辅以其他施工措施，如采用预钻孔(常用的引孔方法)等；1. 桩身质量不易控制，容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象；2. 桩身直径较大，孔底沉积物不易清除干净(除人工挖孔灌注桩外)，因而单桩承载力变化较大；3. 一般不宜用于水下桩基；4.预制桩施工工艺4.1 预制桩分类定 义优 点缺 点备 注混凝土预制桩钢筋混凝土材料制作。分方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩两类。 1.承载力较高，受地下水变化影响较小；2.制作便利, 既可以现场预制,也可以工厂化生产；3.可根据不同地质条件，生产各种规格和长度的桩；4.桩身质量可靠，施工质量比灌注桩易于保证；施工速度快； 1.因设计范围内地层分布很不均匀,基岩持力层顶面起伏较大,桩的顶制长度较难掌握；2.打入时冲击力大,对预制桩本身强度要求高,其成本较高；钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型钢桩钢材料制作，常用的有开口或闭口的钢管桩以及H型钢桩等。1.重量轻，钢性好，装卸、运输方便，不易损坏；2.承载力高，桩身不易损坏，并能获得极大的单桩承载力；3.沉桩接桩方便，施工速度快；1.腐蚀性较差2.耗钢量大，工程造价较高3.打桩机设备比较复杂，振动及噪音较大；在沿海及内陆冲击平原，土质很厚（深达5060m）的软土层，采用一般桩基，沉桩需很大的冲击力，常规钢筋砼桩很难适应，此时多用钢桩木桩木桩常用松木、杉木制作。其直径（尾径）在160mm260mm之间，桩长一般为4m6m1.木材自重小，具有一定的弹性和韧性；2.便于加工、运输和设置， 1. 承载力很小，2. 在干湿交替的环境中极易腐烂等特点现在只在木材产地和某些应急工程中使用4.2打桩方法定 义特 点适用条件锤击法是用桩锤把桩击入地基的沉桩方法1.施工速度快，机械化程度高，适用范围广2.产生较大的振动、挤土和噪声，在城区和夜间施工有所限制3.引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起（故施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变形监测和施工控制，并采取周密的防护措施）适用于松软土地质条件和较空旷的地区振动法是在桩顶装上振动器，使预制桩随着振动下沉至设计标高1.产生较大的振动、挤土和噪声（施工时应考虑振动、噪音和挤土效应的影响）振动法适用于砂土地基，尤其在地下水位以下的砂土,受振动使砂土发生液化,桩易于下沉.振动法对于桩的自重不大的钢桩的沉桩效果最好。这种方法不适合一般的粘土地基静力压桩法是利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中1.无噪声、无振动2.挤土效应仍不可忽略1.持力层上覆盖为松软地层，无坚硬夹层。2持力层表面起伏变化不大，桩长易于控制。3水下桩基工程。4大面积打桩工程。由于压入桩的工效高，在桩数量多的情况下，可抵消静压桩价格较高的缺点，而取得经济效益。4.3施工准备（钢筋砼预制桩） 场地平整及周边障碍物处理 定桩位及埋设水准点，依据施工图设计要求，把桩基定位轴线桩的位置在施工现场准确地测定出来，并作出明显的标志。在打桩现场附近设置24个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。 桩帽、垫衬和送桩设备机具准备 4.4 钢筋砼预制桩的制作、运输及堆放 管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作，较长的方桩在打桩现场制作。 模板可以保证桩的几何尺寸准确，使桩面平整挺直；桩顶面模板应与桩的轴线垂直；桩尖四棱锥面呈正四棱锥体，且桩尖位于桩的轴线上；底模板、侧模板及重叠法生产时，桩面间均应涂刷好隔离层，不得粘结。 钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内数量不超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d0并不小于500mm。桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力，桩顶和桩尖钢筋配置应作特殊处理，钢筋骨架制作允许偏差应符合下表的规定：项目序号检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法主控项目1主筋距桩顶距离 5用钢尺量2多节桩锚固钢筋位置 5用钢尺量3多节桩预埋铁件 3用钢尺量4主筋保护层厚度 5用钢尺量一般项目1主筋间距 5用钢尺量2桩尖中心线 10用钢尺量3箍筋间距 20用钢尺量4桩顶钢筋网片 10用钢尺量5多节桩锚固钢筋长度 10用钢尺量 混凝土制作宜用机械搅拌、机械振捣；浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确，桩尖应对准纵轴线，纵向钢筋顶部保护层不宜过厚，钢筋网片的距离应正确，以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏。 钢筋混凝土预制桩的质量检验标准应符合下表的规定：项目序号检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值主控项目1桩体质量检验 按基桩检测技术规范 按基桩检测技术规范2桩位偏差 见本表 用钢尺量3承载力 按基桩检测技术规范 按基桩检测技术规范一般项目1砂、石、水泥、钢材等原材料(现场预制时) 符合设计要求 查出厂质保文件或抽样送检2混凝土配合比及强度(现场预制时) 符合设计要求检查称量及查试块记录3成品桩外形 表面平整、颜色均匀、掉角深度10mm，蜂窝面积小于总面积0.5% 直观4成品桩裂缝(收缩裂缝或起吊、装、堆放引起的裂缝) 深度20mm，宽度0.25mm，横向裂缝不超过边长的一半 裂缝测定仪，该基在地下水有侵蚀地区及锤击数超过500击的长桩不适用5成品桩尺寸：横截面边长桩顶对角线差桩尖中心线桩身弯曲矢高桩顶平整度 mmmmmmmm51010L/10001.010L/1000秒表测定用钢尺量用钢尺量7硫磺胶泥接桩：胶泥浇筑时间 浇筑后停歇时间 minmin7秒表测定秒表测定8桩顶标高 mm50水准仪9停锤标准 设计要求现场实测或查沉桩记录 钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70%才可起吊；达到100%设计强度才能运输和打桩。若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。 桩在起吊搬运时，必须做到平稳，避免冲击和振动，吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按下图所示的位置捆绑：4.5打桩设备 打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置4.6 打桩顺序 打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度(桩距大小)、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序，具体事宜见下表：逐段打设自中部向四周打设由中间向两侧打设打设图示适用条件1.桩的中心距大于4倍桩的边长或直径1.桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长2. 桩的中心距大于4倍桩的边长或直径1.桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长2. 桩的中心距大于4倍桩的边长或直径4.7 打桩过程中的注意点 桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。 打桩时，应密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。 在正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。 打桩时振动大，对土体有挤压作用，可能影响周围建筑物、道路及地下管线的安全和正常使用，施工过程中要有专人巡视检查，及时发现和处理有关问题。 严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。4.8 打桩质量要求 端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。 桩的承载力检验 打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合下表：序号项目名称允许偏差1盖有基础梁的桩：(1) 垂直基础梁的中心线(2) 沿基础梁的中心线 100+0.01H 150+0.01H 2桩数为13根桩基中的桩 1003桩数为416根桩基中的桩 1/2桩径或边长 4桩数大于16根桩基中的桩： (1)最外边的桩(2) 中间桩1/3桩径或边长 1/2桩径或边长4.9 桩头处理 在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身4.10桩施工记录 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，见下表所示：工程名称： 施工单位： 日 期： 天 气： 规格及长度： 桩锤类型： 冲击质量： 桩帽质量： 自然地面标高： 桩顶设计标高： 编号时间桩入土每米锤击次数落距（mm）桩顶低于或高于设计 标高（m）最后贯入度（mm/10击）备注12负责人： 记 录： 4.11打桩施工常见问题的分析 原因：1.钢筋混凝土预制桩制作质量问题2.沉桩操作工艺问题3.复杂土层问题 工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工 常见问题见下表：项 目原 因桩顶破碎1.打桩时，桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。2.在沉桩工艺方面，若桩垫材料选择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎桩身被打断1.制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不足2.在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物3.增大落距，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂桩身位移、扭转或倾斜1.桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制作原因2.桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的施工操作原因3.桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转或倾斜桩锤回跃，桩身回弹严重1.选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；2.桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹5. 灌注桩施工工艺5.1 灌注桩分类定 义优 点缺 点备 注钻（冲）孔灌注桩是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外施工过程中无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物及地下管线危害较小，且桩径不受限制泥浆沉淀不易清除，影响端部承载力的充分发挥，并造成较大沉降适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量提供了保障拔除套管时，如提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩；沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基人工挖孔灌注桩挖孔灌注桩是用人力挖土形成桩孔，并在向下推进的同时，将孔壁衬砌以保证施工安全，在清理完孔底后，浇灌混凝土施工时可在孔内直接检查成孔质量，观察地质土质变化情况；桩孔深度由地基土层实际情况控制，桩底清孔除渣彻底、干净，易保证混凝土浇筑质量对安全要求特高，如有害气体、易燃气体、空气稀薄等，尤其在有地下水时需边抽边挖，对漏电保护也有特殊要求。要适用于粘性土和地下水位较低的条件，最忌在含水砂层中施工，因易引起流砂坍孔，十分危险5.12 钻（冲）孔灌注桩施工工艺钻孔灌注桩施工工艺冲孔灌注桩施工工艺图 示所用设备螺旋钻机钻孔潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥施工准备在现场放线定位，现场放线定位，并埋设护筒。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔。成 孔钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程0.40.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉34m以后，冲程可以提高到1.52.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度验 孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况清 孔钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止沉放钢筋笼筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内浇 注 砼钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度5060cm1.泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。2.水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定3.将导管内及漏斗灌满混砼，量保证导管下端一次埋入混凝土面下0.8m以上，剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中5.13 沉管灌注桩施工工艺钻孔灌注桩施工工艺图 示分 类 锤击沉管灌注桩：利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩 振动沉管灌注桩：利用振动器振动沉管、拔管成桩原 理利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩施工工艺 单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.51.0m，振动510s，然后再拔管0.51.0m，这样反复进行，直至全部拔出。 复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。 翻插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出成孔顺序在施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响， 所以应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序： 间隔一个或两个桩位成孔 在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔 一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔问 题原 因处理方法颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，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%设计强度后，再进行下根桩的施工吊脚桩：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，形成松软层为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，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砼过量：指在桩施工时，砼所用量比平时大1倍以上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，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的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5.14 人工挖孔灌注桩施工工艺钻孔灌注桩施工工艺图 示护壁方法1.现浇混凝土护壁法 即分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。 桩孔采取分段开挖，每段高度取决于土壁直立状态的能力，一般0.51.0m为一施工段，开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度。 护壁施工段，即支设护壁内模板(工具式活动钢模板)后浇筑混凝土，其强度一般不低于C15，护壁混凝土要振捣密实；当混凝土强度达到1MPa(常温下约24h)可拆除模板，进入下一施工段。如此循环，直至挖到设计要求的深度2.沉井护壁法 当桩径较大，挖掘深度大，地质复杂，土质差(松软弱土层)，且地下水位高时，应采用沉井护壁法挖孔施工。 沉井护壁施工是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，井筒下捣制钢筋混凝土刃脚，然后在筒内挖土掏空，井筒靠其自重或附加荷载来克服筒壁与土体之间的摩擦阻力，边挖边沉，使其垂直地下沉到设计要求深度注意事项1.桩孔中心线平面位置偏差不宜超过50mm，桩的垂直度偏差不得超过0.5%，桩径不得小于桩设计直径。 2.挖掘成孔区内，不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。3.桩基础一定要坐落在设计要求的持力层上4.人工挖掘成孔应连续施工，成孔验收后立即进行混凝土浇筑。5.认真清除孔底浮渣余土，排净积水，浇筑过程中防止地下水流入。6.人工挖掘成孔过程中，应严格按操作规程施工。 7.井面设置安全防护栏，桩孔净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应间隔挖孔施工5.15 灌注桩施工质量要求 施工前应对水泥、砂、石子、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段也应进行检查； 桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m，桩的桩位偏差必须符合下表规定：序号成 孔 方 法桩径允许偏差(mm)垂直度允许偏差(%)桩位允许偏差(mm)13根、单排桩基垂直中心线方向和群桩基础的边桩条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩1泥浆护壁灌注桩 D1000mm 50 1000mm50 100+0.01H150+0.01H2套管成孔灌注桩 D500mm-20500mm1001503干作业成孔灌注桩 -201701504人工挖孔桩 混凝土护壁 +50 0.550150钢套管护壁 +501检查每根桩的实际灌注量6桩顶标高 mm+30-50水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体