第二章桩基础工程

发布 2022-07-15 11:30:28 阅读 6171

一般多层建筑物当地基较好时多采用天然浅基础,它造价低、施工简便。如果天然浅土层较弱,可采用机械压实、强夯、堆载预压、深层搅拌、化学加固等方法进行人工加固,形**工地基。如深部土层也软弱,或建(构)筑物的上部荷载较大,而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等,则需采用深基础。

桩基础构造。

桩基础是一种常用的深基础形式,它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基,若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础,而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。

桩型与工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料**条件等,选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。

按材料分类。

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。

按功能分类。

按桩的使用功能分类可以分为竖向抗压桩(抗压桩);竖向抗拔桩(抗拔桩);水平受荷桩(主要承受水平荷载)以及复合受荷桩(竖向、水平荷载均较大)。

按承载性能分类。

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。

按施工方法分类。

按桩的施工方法,桩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。灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔,然后在孔内灌注混凝土而成。

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。

按挤土状况分类。

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 ( 预应力混凝土 ) 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。

2.2 预制桩施工。

预制桩主要有混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢管或型钢的钢桩等,预制桩能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快,是广泛应用的桩型之一,常用的为混凝土实心方桩和预应力混凝土空心管桩。钢桩一般均由钢厂生产,常用的形式为钢管或 h 型钢。

混凝土预制桩。

桩施工。制作。

混凝土方桩的截面边长多为 200~550 mm ,可做成单根桩或多节桩,单节长度应根据桩架高度、制作场地、运输和装卸能力而定。 应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。 如在工厂制作,为便于运输,单节长度不宜超过 12 m ;如在现场预制,长度不宜超过 30 m 。

桩的接头不宜超过 2 个。

混凝土强度等级不宜低于 c30 (静压法沉桩时不宜低于 c20 )。为防止桩顶击碎,浇注预制桩的混凝土时,宜从桩顶开始浇筑,并应防止另一端的砂浆积聚过多,桩身配筋与沉桩方法有关。锤击沉桩的纵向钢筋配筋率不宜小于 0.

8% ,压入桩不宜小于 0.4% ,桩的纵向钢筋直径不宜小于 14 mm ,桩身宽度或直径大于或等于 350 mm 时,纵向钢筋不应少于 8 根。桩顶一定范围内的箍筋应加密,并设置钢筋网片。

混凝土管桩是以离心法在工厂生产的,通常都施加预应力,直径多为 400~600 mm ,壁厚 80~100 mm ,每节长度 8~10 m ,其混凝土强度等级不宜低于 c40 。混凝土管桩的接头不宜超过 4 个,下节桩底端可设桩尖,亦可以是开口的。

为节省场地,现场预制方桩多用叠浇法制作,重叠层数取决于地面允许荷载和施工条件,一般不宜超过 4 层。场地应平整、坚实,不得产生不均匀沉降。桩与桩间应做好隔离层,桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。

上层桩或邻桩的浇筑,必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的 30% 以后方可进行。 钢筋骨架及桩身尺寸偏差如超出规范允许的偏差,桩容易被打坏。如为多节桩,上节桩和下节桩尽量在同一纵轴线上制作,使上下钢筋和桩身减少偏差。

桩的预制先后次序应与打桩次序对应,进行流水施工,以缩短施工工期。

吊运。混凝土预制桩的混凝土强度达到设计强度的 70% 方可起吊;达到 100% 方可运输。如提前起吊,必须采取措施并经验算合格方可进行。

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,一般节点的设置如图 2-1 所示。

图 2-1 桩的合理吊点。

a )一点起吊; b )两点起吊; c )三点起吊。

打桩前,桩从制作处运到现场前以备打桩,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,可采用轻便轨道小平台车运输。 堆放桩的地面必须平整、坚实,垫木间距应与吊点位置相同,各层垫木应上下对齐,并位于同一垂直线上,堆放层数不宜超过 4 层。

不同规格的桩,应分别堆放。

混凝土预制桩沉桩施工。

锤击法。静压法:

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。静力压桩适用于软弱土层,当存在厚度大于 2m 的中密以上砂夹层时,不宜采用静力压桩。

静力压桩机有机械式和液压式之分,根据顶压桩的部位又分为在桩顶顶压的顶压式的压桩机以及在桩身抱压的抱压式压桩机。目前使用的多为液压式静力压桩机,压力可达 6000 kn 甚至更大,图 2-6 是一种采用抱压式的液压静力压桩机。

图 2-6 液压式静力压桩机

1 一操纵室; 2 一电气控制台; 3 一液压系统; 4 一导向架; 5 一配重; 6 一夹持装置;

7 一吊桩把杆; 8 一支腿平台; 9 一横向行走与回转装置; 10 一纵向行走装置; 11 一桩

静力压桩压桩机应根据土质情况配足额定重量。施工中桩帽、桩身和送桩的中心线应重合,压同一根(节)桩应缩短停顿时间,以便于桩的压入。长桩的静力压入一般也是分节进行,逐段接长。

当第一节桩压入土中,其上端距地面 1m 左右时将第二节桩接上,继续压入。对每一根桩的压入,各工序应连续。其接桩处理与锤击法类似。

如压桩时桩身发生较大移位、倾斜;桩身突然下沉或倾斜;桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变时,则应暂停压桩,及时研究处理。

打桩设备。锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力,使桩沉到预定深度或达到持力层。这是最常用的一种沉桩方法。打桩机包括桩锤、桩架和动力装置。

桩锤。桩锤是对桩施加冲击,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。

落锤落锤构造简单,使用方便,能随意调整落锤高度。轻型落锤一般均用卷扬机拉升施打。落锤生产效率低、桩身易损失。落锤重量一般为 0.5~1.5 t ,重型锤可达数吨。

柴油锤柴油锤利用燃油**的能量,推动活塞往复运动产生冲击进行锤击打桩。柴油锤结构简单、使用方便,不需从外部**能源。但在过软的土中由于贯入度过大,燃油不易爆发,往往桩锤反跳不起来,会使工作循环中断。

此外,柴油锤作业时造成噪音和空气污染等公害,故在城市中施工受到一定限制。柴油锤冲击部分的质量有 2.0 t 、 2.

5 t 、 3.5 t 、 4.5 t 、 6.

0 t 、 7.2 t 等数种。每分钟锤击次数约 40~80 次。

可以用于大型混凝土桩和钢管桩等。

蒸汽锤蒸汽锤利用蒸汽的动力进行锤击。根据其工作情况又可分为单动式汽锤与双动式汽锤。单动式汽锤的冲击体只在上升时耗用动力,下降靠自重;双动式汽锤的冲击体升降均由蒸汽推动。

蒸汽锤需要配备一套锅炉设备。

单动式汽锤的冲击力较大,可以打各种桩,常用锤重为 3~10 t 。每分钟锤击数为 25~30 次。

双动式汽锤的外壳(即汽缸)是固定在桩头上的,而锤是在外壳内上下运动。因冲击频率高( 100~200 次 /min ),所以工作效率高。它适宜打各种桩,也可在水下打桩并用于拔桩。

锤重一般为 0.6~6 t 。

液压锤液压锤是一种新型打桩设备,它的冲击缸体通过液压油提升与降落。冲击缸体下部充满氮气,当冲击缸下落时,首先是冲击头对桩施加压力,接着是通过可压缩的氮气对桩施加压力,使冲击缸体对桩施加压力的过程延长,因此每一击能获得更大的贯入度。液压锤不排出任何废气,无噪音,冲击频率高,并适合水下打桩,是理想的冲击式打桩设备,但构造复杂,造价高。

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。

桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等决定,可参考表 2-1 进行选择。

桩架。桩架是支持桩身和桩锤,在打桩过程中引导桩的方向,并保证桩锤能沿着所要求方向冲击的打桩设备。桩架的形式多种多样,常用的通用桩架(能适应多种桩锤)有两种基本形式:

一种是沿轨道行驶的多能桩架;另一种是装在履带底盘上的桩架。

多能桩架(图 2-2 )由立柱、斜撑、回转工作台、底盘及传动机构组成。它的机动性和适应性很大,在水平方向可作 360° 回转,立柱可前后倾斜,底盘下装有铁轮,可在轨道上行走。这种桩架可适应各种预制桩,也可用于灌注桩施工。

缺点是机构较庞大,现场组装和拆迁比较麻烦。

图 2-3 履带式桩架。

1 一桩锤; 2 一桩帽; 3 一桩; 4 一立柱; 5 一斜撑; 6 一车体。

履带式桩架(图 2-3 )以履带式起重机为底盘,增加立柱和斜撑用以打桩。性能较好桩架灵活,移动方便,可适应各种预制桩施工,目前应用最多。

动力装置。动力装置的配置取绝决于所选的桩锤。当选用蒸汽锤时,则需配备蒸汽锅炉和卷扬机。

图 2-3 履带式桩架。

1 一桩锤; 2 一桩帽; 3 一桩; 4 一立柱; 5 一斜撑; 6 一车体。

打桩顺序。打桩顺序合理与否,会直接影响打桩速度、打桩质量及周围环境。当桩距小于 4 倍桩的边长或桩径时,打桩顺序尤为重要。

打桩顺序影响挤土方向。打桩向哪个方向推进,则向哪个方向挤土。根据桩群的密集程度,可选用下述打桩顺序:

由一侧向单一方向进行(图 2-4a );自中间向两个方向对称进行(图 2-4b );自中间向四周进行(图 2-4c )。第一种打桩顺序,打桩推进方向宜逐排改变,以免土朝一个方向挤压而导致土壤挤压不均匀,对于同一排桩,必要时还可采用间隔跳打的方式。对于密集桩群,应采用自中间向两个方向或向四周对称施打的顺序;当一侧毗邻建筑物或有其他须保护的地下、地面构筑物、管线等时,应由毗邻建筑物处向另一方向施打。

第二章桩基础工程

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