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第四章 桩基础工程
灌注桩是在施工现场的桩位上先成孔，然后在孔内灌注砼，或者加入钢筋后再灌注混凝土而形成。
分类：
混凝土灌注桩按成孔方法不同分为钻孔灌注桩、套管成孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、螺旋成孔灌注桩、冲击成孔灌注桩。根据各工艺不同，钻孔桩有正、反循环成孔;沉管桩有锤击沉管、振动沉管和夯扩沉管;螺旋成孔有长、短螺旋成孔。
第二节 灌注桩施工
一、泥浆护壁成孔灌注桩
原理：利用原土自然造浆或人工造浆浆液进行护壁，通过循环泥浆将被钻头切下的土块带出孔外成孔，然后安放钢筋笼，水下灌注混凝土成桩。
适用范围：地下水位较高的黏性土、粉土、砂土填土、碎石土及风化岩层。
1.施工工艺
测定桩位
埋设护筒
桩机就位
制备泥浆
泥浆循环出渣
机械钻孔
清孔
安放钢筋骨架
浇筑水下混凝土
2.分类
潜水钻机钻孔
正循环排渣法
反循环排渣法
冲击钻机钻孔
正循环
1-钻头；2-泥浆循环方向；3-沉淀池；4-泥浆池； 5-泥浆泵；6-水龙头；7-钻杆；8-钻机回转装置
反循环
1-钻头；2-新泥浆流向；3-沉淀池；4-砂石泵；5-水龙头；6-钻杆；7-钻杆回转装置；8-混合液流向；
3.施工要点
埋设护筒：护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒内径比钻头直径大100～200mm。
泥浆制备：控制泥浆的相对密度、黏度、含砂率、胶体率等指标。
清孔：保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上，控制孔底沉渣的厚度。
安放钢筋笼：避免碰壁，保持保护层厚度。
浇筑水下混凝土：用导管法浇筑，导管提升不宜过快，控制混凝土塌落度（160～220mm）。
回转钻机
钻头:
有柱头钻头和扩底钻头
对于扩大头桩，至设计标高后换扩大钻头
埋设护筒
泥浆制备
通过孔内的水头高度所形成的对孔壁的静压力来保护孔壁，泥浆与孔壁形成的泥皮，阻止孔外水向孔内渗流，起到护壁的作用。
钻进施工
清孔:一般用清水清孔，钻机只钻不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。
吊放钢筋笼:清孔后，尽快吊放钢筋笼
混凝土灌注：采用导管法水下混凝土灌注方法施工
二、干作业成孔灌注桩 （用于无地下水或已降水）
1.成孔机械：
螺旋钻－长：钻杆长10m以上,φ400～600
短：钻杆长3～5m，φ300～400
用长螺旋钻机钻孔，至设计深度后进行孔底清理，下钢筋笼，灌注混凝土成桩。其特点是成孔不用泥浆或套管护壁，施工无噪声、无振动，对环境无泥浆污染；机具设备简单，装卸移动快速，施工准备工作少，工效高，降低施工成本等。适用于地下水位以上的一般粘性土、砂土及人工填土地基。
钻扩机：钻孔径800～1200，扩孔径可达3.5m
步履式螺旋钻机
2.施工工艺
平整场地，挖排水沟→定桩位→钻机对位、校垂直→开钻出土→清孔→检查垂直度及虚土情况→放钢筋骨架→浇混凝土。
钻孔
螺旋钻孔机成桩工艺
放入钢筋骨架
浇筑混凝土
清孔
3.挤扩支盘灌注桩
钻扩桩仅将等截面钻孔灌注桩的底部扩大，扩支盘桩不仅在底部，而且在中间若干处将等截面钻孔灌注桩扩大，形成若干支盘的灌注桩。挤扩支盘灌注桩又称“多级扩盘桩”“多支盘钻孔灌注桩”、“挤扩多支盘DX灌注桩”，简称“DX”桩或支盘桩。
构造
主要机具——挤扩支盘桩成型机
成桩工艺
支盘桩的主桩施工与钻孔桩毫无区别,而承力盘和分支则是通过支盘成型机在主桩桩孔内挤扩成空腔后,充填混凝土而成的。
支盘桩的适应性强，可用于不同地质条件下的桩孔施工，其成桩工艺，有四种：
１）泥浆护壁成孔工艺（地下水位较高时）
２）干作业成孔工艺（当地下水位较深时）
３）水泥注浆护壁成孔工艺（干作业孔壁易坍塌时）
４）重锤捣扩成孔工艺（浅层软土、多层建筑）
√
放线定位
桩位复核
钻机就位
钻进成孔
吊入支盘成型机
挤扩支盘
下钢筋笼
测量标高
测量孔深
控制标高
下导管
二次清孔
水下灌注混凝土
砼养护
填写挤后孔深及挤扩压力值
设隔水栓
工艺流程
三、套（沉）管成孔灌注桩
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。
1.沉管灌注桩常采用的施工工艺
单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.5～1.0m，振动5～10s，然后再拔管0.5～1.0m，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。?
反插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。
2.沉管灌注桩的分类
锤击成管灌注桩
振动成管灌注桩
就位
沉入
浇筑
成型
边拔边浇
放入钢筋笼
继续浇筑
（1）锤击沉管灌注桩
钢筋混凝土桩尖
钢管活瓣桩尖
施工要点：
施工时，先将桩机就位，吊起桩管，垂直套入预先理好的预制混凝土桩尖，压入土中。
桩管与桩尖接触处应垫以稻草绳或麻绳垫圈，以防地下水渗入管内。当检查桩管与桩锤、桩架等在同一垂直线上，即可在桩管上扣上桩帽，起锤沉管。
先用低锤轻击，观察无偏移后方可进入正常施工，直至符合设计要求深度，并检查管内有无泥浆或水进入，即可灌注混凝土。桩管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管要均匀，第一次拔管高度控制在能容纳第二次所需灌入的混凝土量为限，不宜拔管过高。拔管时应保持连续密锤低击不停，并控制拔出速度。在管底未拔到桩顶计标高之前，倒打或轻击不得中断。拔管时应注意使管内的混凝土量保持略高于地而，直到桩管全部拔出地面。
（2）振动沉管灌注桩
施工工艺
施工要点：
注意打桩顺序。
拔管前，应先振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。
拔管时要均匀，保持连续振动，并控制拔管速度。
就位
振动沉管
放钢筋笼
灌注混凝土
拔钢管
3.沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法
（1）颈缩
现象：桩身的局部直径小于设计要求的现象。
原因：
拔管后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。
处理方法：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50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。
（2）断桩
现象：桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。
原因：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。
处理方法：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。
（3）吊脚桩
现象：桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上。
原因：
地下水压力大。
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。
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。
处理方法：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。
（4）混凝土灌注过量
现象：灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上。
原因：
孔底有洞穴
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。
处理方法：施工前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
四、爆扩灌注桩
步骤：成孔→放炸药→灌砂及压爆混凝土→引爆成扩大头→检查→置筋→灌筑混凝土。
炸药用量：依扩大头径及土质而定，可用计算、试验、查表三法。
爆扩桩施工工艺
钻孔
(直径50～60mm)
放炸药管
扩孔清土
放炸药包
灌混凝土
爆扩大头
放入钢筋骨架,灌注混凝土
桩身
坚土层
承台
混凝土垫层
扩大头
爆扩桩基础构造示意图
五、人工挖孔灌注桩
有些高层建筑、大型桥梁、重要的水利工程由于自重大，底面积小，对地基的单位压力很高，需要大直径的桩来承受，但却往往受到钻孔设备的限制而难以完成。在这种情况下，人们较多地采用了挖孔灌注桩。挖孔灌注桩的施工，是测量定位后开挖工人下到桩孔中去，在井壁护圈的保护下进行开挖，待挖到设计标高，桩底扩孔后，对基底进行验收，验收合格后下放钢筋笼，浇筑混凝土成桩。挖孔时如遇地下水，可使用潜水泵随时排除。挖孔桩的桩径一般为1m~3m，桩深20m~40m，最深可达60m~80m。每根桩的承载力为10000kN~40000kN，甚至可高达60000kN~70000kN。地下水位高涌水量大的土层不适用
应用场所
1）建筑场地不宜进行机械施工时；
2）其他桩型不能满足设计要求时；
3）使用人工挖孔桩造价明显优于其他桩型时；
安全要求：注意塌方、流沙、有害气体、防塌壁、须降水、通风、通讯、照明。
常用的井壁护圈有下列几种：
1．混凝土护圈
分段开挖，分段浇筑混凝土护圈，到达井底设计标高后，将钢筋笼放入，再浇筑桩基混凝土。现浇混凝土护壁厚度 D/10 + 5 (cm)
特点：设备简单，现场干净，噪音小，无挤土现象，速度快，可直接观察土层、 桩径不受限制。
工艺流程
场地平整→放线定桩位、放挖孔线→挖第一节桩土方→绑第一节护壁钢筋→支第一节护壁模板→浇第一节护壁混凝土及做护圈并拆除模板→在护壁上二次投测标高及桩位中心线→安装提升机→第二节桩身挖土→清理桩孔四壁、核对桩孔直径垂直度和中心轴线→绑第二节护壁钢筋→支第二节护壁→浇第二节护壁混凝土→重复以上施工直至设计要求深度，检查持力层情况后进行扩孔→对桩孔、持力层检查验收→清理孔底虚土、石渣，→排除积水→吊放钢筋笼就位→浇注桩芯混凝土。
2. 沉井护圈（如下图）
先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，然后在筒内挖土，井筒靠自重或附加荷载来克服筒壁与土壤之间的摩阻力，使其下沉至设计标高，再在筒内浇注混凝土。
施工工艺：制作安放刃脚→分节浇筑沉井和开挖下沉→（井内混凝土施工）
1）现浇带刃脚的钢筋混凝土圆或方形井筒，可设内隔墙，可竖向分段；
2）井筒内挖土或水力吸泥后，井筒靠自重逐步下沉，边挖边沉；
3）沉至设计标高后用素混凝土封底防水渗，浇钢筋混凝土底板，或内填；
4）若沉井为内空的地下结构物，则浇筑钢筋混凝土顶板。
3．钢套管护圈
在桩位处先用桩锤将钢套管强行打入土层中，再在钢套管的保护下，将管内土挖出，吊放钢筋笼，浇注桩基混凝土。待浇筑混凝土完毕，用振动锤和人字拔杆将钢管立即强行拔出移至下一桩位使用。这种方法使用于流砂地层，地下水丰富的强透水地层或承压水地层，可避免产生流砂和管涌现象，能确保施工安全。
六、桩基础过程质量检查及检测
打（沉）桩的质量控制及验收
灌注桩的质量控制及验收
桩的质量检测
桩基础质量验收资料
1.打沉桩的质量控制及检验
（1）打（沉）桩的质量控制
桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度作参考。
桩端达到坚硬、硬塑的黏性土等，以贯入度控制为主，桩端标高作参考。
贯入度已达到，桩端标高未达到时，继续锤击3阵，按每阵10击的贯入度不大于设计规定的数值为准。
振动法沉桩，以最后3次振动（加压），每次10min或5min，测出每分钟的平均贯入度，以不大于设计规定的数值为合格。
（2）打（沉）桩验收要求
对桩承载力的检验：桩的静荷载试验根数不少于总桩数的1％，且不少于3根；只有50根时，不少于2根。
桩身质量检验：高、低应变，不少于桩总数的15％，且每个承台不少于1根。
预制桩的检查，钢筋笼的检查。
施工中桩的垂直度、沉桩情况、桩顶完整状况、桩顶质量进行检查。
电焊接柱，抽10％作焊缝探伤检查。
2.灌注桩质量要求及验收
1）桩顶标高至少要比实际标高高出0.5m;桩位偏差:桩位允许偏差和桩的位置及成孔方法不同而不同。
2）孔深误差:测钻杆、套管长度或用重锤测实际孔深。
3） 桩体质量检查:应用动力法检测或钻芯取样至桩尖下500m。有设计要求的，按设计要求方法检测。
4）承载力:设计等级为甲级或地质条件复杂，成桩质量可靠性低的灌注桩，应采用静载荷试验，数量不少于总桩数1%，且不少于3根。总桩数少于50根时，为2根。对地质条件、桩型，成桩机具和工艺相同、同一单位施工的桩基。检验桩数不少于总桩数的5%，且不少于5根。
5）垂直度误差:人工挖孔混凝土护壁桩为<0.5%，其他桩为主<1%。检查护筒、钻杆的垂直度或吊垂检查或用探孔器检查。
6）桩径误差:套管成孔、干成孔的桩径为±20mm;泥浆护壁钻
孔为±50mm;人工挖孔为±50mm。用尺量或井径器检查。
7）泥浆比重(黏土、砂性土中)：1.15一1.20。用比重计测量。
8） 沉渣厚度：端承桩≤50mm。摩擦桩≤300mm。用沉渣仪或吊锤测量。
9）混凝土坍落度:水下灌注160一220mm；干灌注施工70一
100mm。灌注前或灌注过程中用坍落度仪测量。
10）钢筋笼安装深度，±100mm，尺量检查。
3.桩的质量检验
静载试验
动测法
静载法或动测法检查质量和单桩承载力
4.桩基础施工验收资料
桩基施工验收应包括下列资料：?
工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等。?
经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。
桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。
桩孔、钢筋、混凝土工程施工隐蔽记录及各分项工程质量检查验收单及施工记录。?
成桩质量检查报告。?
单桩承载力检测报告。?
基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。
小 结
桩基础是一种常用的深基础形式，当天然地基上的浅基础沉降量过大或地基承载力不能满足设计要求时，宜采用桩基础。明确工程地质勘察是桩基础设计与施工的重要依据。
锤击沉桩施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但噪音、振动和土体挤压都会对周围环境产生影响。施工中尽可能采用预防措施，减少噪音、振动公害。
灌注桩施工中包括有成孔、钢筋笼制作安装、清孔和灌注混凝土等施工过程，成桩工艺较复杂，湿作业成孔时成桩速度慢，其成桩质量与施工好坏密切相关，成桩质量难以直观的进行检查。在灌注桩施工方案中要对质量事故认真分析，并采取相应的预防措施。

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