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项目2 地基与基础工程
任务四 灌注桩基础施工
4.3 沉管灌注桩
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。
利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩 (图2.18)；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩(图2.19)。
在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响， 施工中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（跳打）；?
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。
为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。
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。?
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。
复打法是在当第一次沉管浇筑混凝土时，发现浇筑量大于设计浇筑量时，说明桩孔内有空洞，才采取的补救措施。先将孔内的钢筋笼拔出，再次沉管施工。
1 锤击沉管灌注桩
锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土和人工填土地基，其施工过程见图2.20所示。
锤击沉管施工工艺流程图
锤击沉管灌注桩施工要点：
桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。
拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。
桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。
在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。
桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。
2 振动沉管灌注桩
振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。
其施工过程为：
桩机就位
沉管
上料
拔管
3 沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法
(1) 颈缩
颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。
原因：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。
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
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。
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
吊脚桩是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。
原因：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。
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
如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这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。
因此，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。
4.4 人工挖孔大直径灌注桩
大直径灌注桩是采用人工挖掘方法成孔，放置钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩基础，也称墩基础。它由承台、桩身和扩大头组成(图2.21)，穿过深厚的软弱土层而直接坐落在坚硬的岩石层上。
优点是桩身直径大，承载能力高；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。
1 人工挖掘成孔护壁方法施工
坍落的支护措施有现浇混凝土护壁、沉井护壁、喷射混凝土护壁等。
1、现浇混凝土护壁法施工
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0.5～1.0m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。
1）护壁施工
护壁又称为护圈，是挖孔桩成孔期间边掘边浇筑的圆台形现浇砼构件。
作用：支护土壁，防治土方塌陷，保护工人挖土安全。
施工要点：
a、挖土定位与对中。
先定圆心，再按孔位确定开挖范围
将定位轴线的标记移到第一段砼护壁口
第一段砼护壁应高出地面100～200mm，这样可以防止大量的地面水流入桩孔内，又可便于保护定位轴线的标志。
用自制的十字架和线锤对桩的垂直度和偏斜程度控制。
b、孔内挖土
挖土顺序：从圆心向四周挖进
c、护壁模板
d、浇筑混凝土
2）桩身施工
a、验槽、清孔：桩孔挖到设计标高和规定的持力层要求后，应立即清孔（清理软土、淤泥、杂质等）、验槽（桩的基底尺寸、标高、垂直偏差等）和混凝土的封底工作。
b、钢筋笼就位：在地面上加工制作绑扎成型，在一次起吊就位。
2、沉井护壁法施工
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。
2 施工中应该注意的几个问题
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。
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。
桩基础一定要坐落在设计要求的持力层上，桩孔的挖掘深度应由设计人员根据现场地基土层的实际情况决定。
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。?
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。
人工挖掘成孔过程中，应严格按操作规程施工。
井面应设置安全防护栏，当桩孔净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应间隔挖孔施工。
4.5 灌注桩施工质量要求及完全技术
灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋骨架制作及安放、混凝土搅拌及灌注等三个施工过程的质量检查。
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。
1 成孔质量检查及要求
(1)桩的桩位偏差必须符合表2.6的规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。
(2) 灌注桩成孔深度的控制要求
锤击套管成孔，桩尖位于坚硬、硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土、风化岩土层时，应达到设计规定的贯入度；桩尖位于其他软土层时，桩尖应达到设计规定的标高。?
泥浆护壁成孔、干作业成孔，应达到设计规定的深度。
灌注桩的沉渣厚度：当以摩擦力为主时，不得大于150mm；当以端承力为主时不得大于50mm。
表2.6 灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差
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)
1～3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 D≤1000mm ±50 <1 D/6，且不大于100 D/4，且不大于150
D>1000mm ±50 100+0.01H 150+0.01H
2 套管成孔灌注桩 D≤500mm -20 <1 70 150
D>500mm 100 150
3 干作业成孔灌注桩 -20 <1 70 150
4 人工挖孔桩 混凝土护壁 +50 <0.5 50 150
钢套管护壁 +50 <1 100 200
2 钢筋笼制作及安放要求
钢筋笼制作时，要求主筋沿环向均匀布置，箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求。主筋与箍筋之间宜采用焊接连接。加劲箍应设在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据施工工艺要求，所设弯钩不得向内圈伸露，以免妨碍施工。
钢筋笼主筋的保护层允许偏差：水下灌注混凝土桩为±20mm；非水下灌注混凝土桩为±10mm。?
钢筋笼制作、运输、安装过程中，应采取措施防止变形，并应有保护层垫块(或垫管、垫板)。吊放入孔时，应避免碰撞孔壁。灌注混凝土时，应采取措施固定钢筋笼的位置。?
3 混凝土搅拌与灌注
(1) 混凝土搅拌主要检查材料质量与配比计量、混凝土坍落度；灌注混凝土应检查防止混凝土离析的措施、浇筑厚度及振捣密实情况。
(2)灌注桩各工序应连续施工。钢筋笼放入泥浆后，4h内必须灌注混凝土。?
(3)灌注后，桩顶应高出设计标高0.50m。灌注桩的实际浇筑混凝土量不得小于计算体积。?
(4)浇筑混凝土时，同一配比的试块，每班不得少于1组；泥浆护壁成孔的灌注桩，每根不得少于1组。
(5) 混凝土灌注桩的质量检验标准应符合表2.7、表2.8的规定。
表2.7 混凝土灌注桩钢筋笼质量检验标准
项 序 检　查　项　目 允许偏差或允许值(mm) 检查方法
主
控
项
目 1 主筋间距 ±10 用钢尺量
2 长 度 ±100 用钢尺量
一
般
项
目 1 钢筋材质检验 设计要求 抽样送检
2 箍筋间距 ±20 用钢尺量
3 直径 ±20 用钢尺量
表2.8 混凝土灌注桩质量检验标准
项 序 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 桩位 见表2.6 基坑开挖前量护筒、开挖后量桩中心
2 孔深 Mm +300 只深不浅，用重锤测，或测钻杆、套管长度，嵌岩桩应确保进入设计要求的嵌岩深度
3 桩体质量检验 按基桩检测技术规范。 按基桩检测技术规范
4 混凝土强度 设计要求 试件报告或钻芯取样送检
5 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 垂直度 见表2.6 测套管或钻杆，或用超声波探测，干施工时吊垂球
2 桩径 见表2.6 井径仪或超声波检测，干施工时用钢尺量，人工挖孔桩不包括内衬厚度
项 序 检查项目 允许偏差或允许值(mm) 检查方法
单位 数值
一
般
项
目 3 泥浆面标高 (高于地下水位) M 0.5~1.0 目测
4 沉渣厚度：端承桩
摩擦桩 mm
mm ≤50
≤150 用沉渣仪或重锤测量
5 混凝土坍落度：水下灌注 干施工 mm
mm 160~220
70~100 坍落度仪
6 钢筋笼安装深度 mm ±100 用钢尺量
7 混凝土充盈系数 >1 检查每根桩的实际灌注量
8 桩顶标高 mm +30
-50 水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体
4 施工验收资料
桩基施工验收应包括下列资料：?
(1) 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。?
(2) 经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。
(3) 桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。
(4) 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。?
(5) 成桩质量检查报告。?
(6) 单桩承载力检测报告。?
(7) 基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。
5 桩基础工程安全技术
(1) 桩基础工程施工区域，应实行封闭式管理，进入现场的各类施工人员，必须接受安全教育，严格按操作规程施工，服从指挥，坚守岗位，集中精力操作。?
(2) 按不同类型桩的施工特点，针对不安全因素，制定可靠的安全措施，严格实施。?
(3) 对施工危险区域和机具(冲击、锤击桩机，人工挖掘成孔的周围，桩架下)，要加强巡视检查，对于有险情或异常情况时，应立即停止施工并及时报告，待有关人员查明原因，排除险情或加固处理后，方能继续施工。
(4) 打桩过程中可能引起停机面土体挤压隆起或沉陷，打桩机械及桩架应随时调整，保持稳定，防止意外事故发生。?
(5) 加强机械设备的维护管理，机电设备应有防漏电装置。?
本 章 小 结
(1) 准确计算土石方量是选择合理施工方案和组织施工的前提，场地较为平坦时宜采用方格网法；当场地地形较复杂或挖填深度较大、断面不规则时，宜采用断面法。
(2) 土方的开挖、运输、填筑压实等施工过程应尽可能地采用机械施工，以减轻繁重的体力劳动，提高生产效率，加快施工进度。熟悉推土机、单斗挖土机的型号、性能、特点和提高生产效率的措施，可以有效的降低成本。
(3) 基坑(槽)的土方开挖涉及到边坡稳定、基坑支护、降低地下水位、防止流砂、土方开挖方案等一系列问题。在施工实践中，要针对工程中的具体情况，拿出多个方案比较，择优选取。
(4) 为保证填方工程满足强度、变形和稳定性方面的要求，既要正确选择填土的土料，又要合理选择填筑和压实方法。填土密实度以设计规定的控制干密度或规定的压实系数为检查标准。
(5) 在组织土方工程机械化综合施工时，必须使主导机械与辅助机械台数相互配套、协调工作。
(6) 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。
(7) 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。
(8) 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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