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1、学习领域二 桩基础工程学习领域二 桩基础工程课题1 概述目的要求了解: 桩基础的工作特点熟悉：高承台桩基础、低承台桩基础的概念。掌握：端承桩、摩擦桩的概念。预制桩、灌筑桩的概念。讲授重点 端承桩、摩擦桩的概念。预制桩、灌筑桩的概念。讲授难点 端承桩、摩擦桩的概念，灌筑桩的概念。讲授内容一、桩基础的工作特点桩基础是一种既古老又现代高层建筑物和重要建筑物工程中被广泛采用的基础形式。桩基础的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。如图2-1（教材P56图21）所示。 高承台桩基础 低承台桩基础图2-1 桩基础桩基础具有承载力高，

2、沉降量小而均匀，沉降速率缓慢等特点。它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用，已广泛用于房屋地基、桥梁、水利等工程中。二、桩基础的分类工程中的桩基础，往往由数根桩组成，桩顶设置承台，把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给桩。图2-11、按承台位置的高低分高承台桩基础承台底面高于地面，它的受力和变形不同于低承台桩基础。一般应用在桥梁、码头工程中。低承台桩基础承台底面低于地面，一般用于房屋建筑工程中。2、按承载性质不同端承桩是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。摩擦桩是指沉入软弱土层一定深度通

3、过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩擦桩的作用。3、按桩身的材料不同钢筋混凝土桩可以预制也可以现浇。根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。钢桩常用的有直径2501200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩、接桩都较方便，但消耗钢材多，造价高。我国目前只在少数重点工程中使用。如上海宝山钢铁总厂工程中，重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914.4mm和600mm，长60mm左右的钢管桩。 木桩目前已很少使用，只在某些加固工程或能就地取材临时工程中使用。

4、在地下水位以下时，木材有很好的耐久性，而在干湿交替的环境下，极易腐蚀。砂石桩主要用于地基加固，挤密土壤。淮北职业技术学院东校区1#、2#住宅楼就是采用的碎石桩，桩的直径533mm ，平面呈三角形，间距1100 mm 。淮北职业技术学院西校区教学楼也是采用的碎石桩。灰土桩主要用于地基加固。4、按桩的使用功能分竖向抗压桩竖向抗拔桩水平荷载桩复合受力桩5、按桩直径大小分小直径桩 d 250mm中等直径桩 250mm d 800mm大直径桩 d 800mm6、按成孔方法分非挤土桩 泥浆护壁灌筑桩、人工挖孔灌筑桩，应用较广。部分挤土桩先钻孔后打入。挤土桩 打入桩。7、按制作工艺分预制桩钢筋混凝土预制桩是

5、在工厂或施工现场预制，用锤击打入、振动沉入等方法，使桩沉入地下。灌筑桩又叫现浇桩，直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌筑混凝土而成桩。与预制桩相比，可节省钢材，在持力层起伏不平时，桩长可根据实际情况设计。8、按截面形式分方形截面桩制作、运输和堆放比较方便，截面边长一般为250550mm。圆形空心桩是用离心旋转法在工厂中预制，它具有用料省，自重轻，表面积大等特点。国内铁道部门已有定型产品，其直径有300mm、450mm和550mm，管壁厚80mm，每节长度自2m12m不等。课题2 预制桩施工目的要求 了解: 钢筋混凝土管桩的构造，常用的桩架形式，打桩注意事项，打桩中

6、常见问题的分析和处理方法，静力压桩方法，熟悉： 钢筋混凝土实心方桩运输和堆放，各种类型的桩锤，打桩施工时对临近建筑物的影响及预防措施，掌握：钢筋混凝土实心方桩构造及施工要点，打桩顺序，打桩方法，打桩质量要求与验收，接桩方法与要求讲授重点 钢筋混凝土实心方桩构造及施工要点，打桩顺序，打桩方法，打桩质量要求与验收。讲授难点 接桩方法与要求。讲授内容 一、桩的制作、起吊、运输和堆放1、钢筋混凝土实心方桩钢筋混凝土实心桩，断面一般呈方形。桩身截面一般沿桩长不变。实心方桩截面尺寸一般为200200mm600600mm 。钢筋混凝土实心桩桩身长度：限于桩架高度，现场预制桩的长度一般在2530m以内。限于运

7、输条件，工厂预制桩，桩长一般不超过12m，否则应分节预制，然后在打桩过程中予以接长。接头不宜超过2个。钢筋混凝土实心桩的优点：长度和截面可在一定范围内根据需要选择，由于在地面上预制，制作质量容易保证，承载能力高，耐久性好。因此，工程上应用较广。钢筋混凝土实心桩由桩尖、桩身和桩头组成。图2-2。 图22混凝土预制桩材料要求：钢筋混凝土实心桩所用混凝土的强度等级不宜低于C30（30N/mm2）。采用静压法沉桩时，可适当降低，但不宜低于C20，预应力混凝土桩的混凝土的强度等级不宜低于C40，主筋根据桩断面大小及吊装验算确定，一般为48根，直径1225mm；不宜小于14，箍筋直径为68mm，间距不大于

8、200mm，打入桩桩顶23d长度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片。预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm。桩尖处可将主筋合拢焊在桩尖辅助钢筋上，在密实砂和碎石类土中，可在桩尖处包以钢板桩靴，加强桩尖。2、钢筋混凝土管桩混凝土管桩一般在预制厂用离心法生产。桩径有300、400、500mm等，每节长度8m、10m、12m不等，接桩时，接头数量不宜超过4个。管壁内设12mm22mm主筋10根20根，外面绕以6mm螺旋箍筋，多以C30混凝土制造。混凝土管桩各节段之间的连接可以用角钢焊接或法兰螺栓连接。由于用离心法成型，混凝土中多余的水分由于离心力而甩出，故混凝土致密，强度高，抵抗地下水和其它

9、腐蚀的性能好。混凝土管桩应达到设计强度100%后方可运到现场打桩。堆放层数不超过三层，底层管桩边缘应用楔形木块塞紧，以防滚动。3、桩的制作、起吊、运输和堆放桩的制作较短的桩一般在预制厂制作，较长的桩一般在施工现场附近露天预制。预制场地的地面要平整、夯实，并防止浸水沉陷。对于两个吊点以上的桩，现场预制时，要根据打桩顺序来确定桩尖的朝向，因为桩吊升就位时，桩架上的滑轮组有左右之分，若桩尖的朝向不恰当，则临时调头是很困难的。预制桩叠浇预制时，桩与桩之间要做隔离层（可涂皂脚、废机油或粘土石灰膏），以保证起吊时不互相粘结。叠浇层数，应由地面允许荷载和施工要求而定，一般不超过四层，上层桩必须在下层桩的混凝

10、土达到设计强度等级的30%以后，方可进行浇筑(图23)。 图23 重叠法间隔施工1侧模板；2隔离剂或隔离层；3卡具；第一批浇筑桩；第二批浇筑桩；第三批浇筑桩；桩的主筋上端以伸至最上一层钢筋网之下为宜，并应连成“ ”形，这样能更好地接受和传递桩锤的冲击力。主筋必须位置正确，桩身混凝土保护层要均匀，不可过厚，否则打桩时容易剥落，桩身保护层厚不宜小于30mm。钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊。主筋接头配置在同一截内的数量，当采用闪光对焊和电弧焊时，不得超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d,且不小于500 mm 。预制桩的混凝土浇筑工作应由桩顶向桩尖连续浇筑，严禁中断，制作完

11、成后，应洒水养护不少于7天。制作完成的预制桩应在每根桩土标明编号及斜作日期，如设计不理设吊环，则应标明绑扎点位置。预制桩的几何尺寸允许偏差为：横截面边长5mm；桩顶对角线之差10mm；混凝土保层厚度5mm；桩身弯曲矢高不大于01桩长；桩尖中心线10mm；桩顶面平整度小于2mm。预制桩制作质量还应符合下列规定：(1)桩的表面应平整、密实，掉角深度小于10mm，且局部蜂窝和掉角的缺损总面积不得超过该桩表面全部面积的05，同时不得过分集中；(2)由于混凝土收缩产生的裂缝，深度小于20mm，宽度小于0.25 mm；横向裂缝长度不得超过边长的一半；桩的起吊、运输和堆放钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计强

12、度等级的70%方可起吊，达到设计强度等级的100%才能运输和打桩。如提前吊运，必须采取措施并经过验算合格后才能进行。起吊时，必须合理选择吊点，防止在起吊过程中过弯而损坏。教材第58页图2-4为预制桩吊点合理位置图。当吊点少于或等于3个时，其位置按正负弯矩相等的原则计算确定。当吊点多于3个时，其位置按反力相等的原则计算确定。长2030m的桩，一般采用3个吊点。 图24 桩的吊点位置（a）（d）一点起吊；（b）两点起吊；（c）三点起吊；（e）、（f）管桩一点及两点起吊二、锤击沉桩（打入桩）施工预制桩的打入法施工，就是利用锤击的方法把桩打入地下。是预制桩最常用的沉桩方法。（一）打桩机具及选择打桩机具

13、主要有打桩机及辅助设备。打桩机主要有桩锤、桩架和动力装置三部分。1、桩锤作用：对桩施加冲击力，将桩打入土中。类型：落锤、 单动汽锤、 双动汽锤、 柴油锤、 液压锤落锤：一般由生铁铸成，利用卷扬机提升，以脱钩装置或松开卷扬机刹车使其坠落到桩头上，逐渐将桩打入土中。落锤重量为520KN，构造简单，使用方便，故障少。适用于普通粘性土和含砾石较多的土层中打桩。但打桩速度较慢，效率低。提高落锤的落距，可以增加冲击能，但落距太高又会击坏桩头，故落距一般以12m为宜。只有当使用其它锤型不经济或小型工程才使用。单动汽锤：单动汽锤的冲击部分为汽缸，活塞是固定于桩顶上的，动力为蒸气。其工作过程和原理是：将锤固定于

14、桩顶上，用软管连接锅炉阀门，引蒸气入汽缸活塞上部空间，因蒸气压力推动而升起汽缸，当升到顶端位置时，停止供汽并排出汽体，汽锤则借自重下落到桩顶上击桩。如此反复循环进行，逐渐把桩打入土中。汽缸只在上升时耗用动力，下落完全靠自重。单动汽锤的锤重30150KN，具有落距小，冲击力大的优点，其打桩速度较自由落锤快，适用于打各种桩。但存在蒸汽没有被充分利用，软管磨损较快，软管与汽阀联接处易脱开等缺点。双动汽锤：双动汽锤的冲击部分为活塞，动力是蒸汽。汽缸是固定在桩顶上不动的，而汽锤是在汽缸内，由蒸汽推动而上下运动。其工作过程和原理是：先将桩锤固定在桩顶上，然后将蒸汽由汽锤的汽缸调节阀进入活塞下部，由蒸汽的推

15、动而升起活塞，当升到最上部时，调节阀在压差的作用下自动改变位置，蒸汽即改变方向而进入活塞上部，下部汽体则同时排出。如此反复循环进行而逐渐把桩打入土中。双动汽锤的桩锤升降均由蒸汽推动，当活塞向下冲时，不仅有其自身重量，而且受到上部汽体向下的压力，因此冲击力较大。双动汽锤的锤重0.66t(6160KN)，具有活塞冲程短，冲击力大，打桩速度快，工作效率高等优点。适用于打各种桩，并可以用于拔桩和水下打桩。国外常用的有英国BSP国际基础有限公司，美国的雷蒙德、瓦尔 、科林-MKT，德国的门克等制造商制作的各种型号的单动汽锤。 图25 落锤 图26单动汽锤 图27 双动汽锤1活塞；2汽缸；3锤砧；4桩；5

16、出汽口；6进汽口；7壳体；柴油锤：柴油锤是以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将锤抬起，然后自由落下冲击桩顶，同时汽缸中空气压缩，温度骤增，喷嘴喷油，柴油在汽缸内自行燃烧爆发，使汽缸上抛，落下时又击桩进入下一循环。如此反复循环进行，把桩打入土中。根据冲击部分的不同，柴油锤可分为导杆式、活塞式和管式三大类。导杆式柴油锤的冲击部分是沿导杆上下运动的汽缸，筒式柴油锤的冲击部分则是往复运动的活塞图28。 图28柴油锤类型示意图（a）杆式柴油锤（b）筒式柴油锤 1活塞；2汽缸柴油锤打桩工效高，构造简单，移动灵活，使用方便，不需沉重的辅助设备，也不需从外部供给能源等优点。但施工噪音大、油滴飞散

17、、排出的废气污染环境等缺点。不适用于在过硬或过软的土层中打桩。因为土很松软时，对于桩的下沉没有多大阻力，以致气缸向上抛起的距离很小，当汽缸再次降落时，不能保证燃料室中的气体压缩到发火的程度，柴油锤停止工作。柴油锤多用于打木桩、钢板桩及长度在12m以内的钢筋混凝土桩。国外常用的柴油锤多为英国BSP国际基础有限公司、日本石川岛播磨和三菱、法国的德尔马、美国的林可贝尔提、荷兰的赫提等制造商制造的柴油锤。 液压锤目前城市环境保护日益提高的情况下，我国研制出新型低噪音、无油烟、能耗省的打桩锤液压锤。它是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，令其往返实现夯击作用，将桩沉入土中。2、桩架、作用是支持桩身和桩

18、锤，将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向，保证桩锤沿着所要求的方向冲击。、桩架的选择选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所用滑轮组的高度来确定。此外，还应留13m的高度做为桩锤的伸缩余地。桩架高度 = 桩长 + 桩锤高度 + 桩帽高度 + 滑轮组高度 + （12m）的起锤工作余地常用的桩架形式有以下三种：滚筒式桩架：行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动，优点是结构比较简单，制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多。适用于预制桩和灌筑桩施工，图29。多功能桩架：多功能桩架的机动性和适应性很大，在水平方向可做3600旋转，

19、导架可以伸缩和前后倾斜，底座下装有铁轮，底盘在轨道上行走。这种桩架可适用于各种预制桩和灌筑桩施工。图210。 图29 滚筒式桩架 图210多功能桩架 图211 履带式桩架1垫木；2滚筒；3底座；4锅炉；5卷扬机；6桩架；7龙门；8蒸汽锤；9桩帽；10缆风绳；履带式桩架：以履带起重机为底盘，增加导杆和斜撑组成，用以打桩。移动方便，比多功能桩架更灵活，可用于各种预制桩和灌筑桩施工。图211。3、动力装置动力设备包括驱动桩锤用的动力设施，如卷扬机、锅炉、空气压缩机和管道、绳索和滑轮等。打桩机的动力装置，主要根据所选的桩锤性质而定。选用蒸汽锤则需配备蒸汽锅炉；用压缩空气来驱动，则需考虑电动机的或内燃机

20、的空气压缩机；用电源作动力，则应考虑变压器容量和位置、电缆规格及长度、现场供电情况等。（二）打桩前的准备工作1、处理障碍物打桩前，应认真处理高空、地上和地下障碍物，如地下管线、旧有基础、树木杂草等。此外打桩前应对现场周围（一般10米以内）的建筑物作全面检查，如有危房或危险构筑物，必须预以加固，不然由于打桩振动，可造成倒塌。2、平整场地在建筑物基线以外46m范围内的整个区域或桩机进出场地及移动路线上，应作适当平整压实，并做适当坡度，保证场地排水良好。否则由于地面高低不平，不仅使桩机移动困难，降低沉桩生产率，而且难以保证使就位后的桩机稳定和入土的桩身垂直，以致影响沉桩质量。3、材料、机具的准备，接

21、通水电源桩机进场后，按施工顺序铺设轨道，选定位置架设桩机和设备，接通水电源，进行试机，并移机至桩位，力求桩架平稳垂直。4、进行打桩试验又叫沉桩试验。沉桩前应作数量不少于2根桩的打桩工艺试验，用以了解桩的贯入度（什么叫贯入度）、持力层强度、桩的承载力，以及施工过程中遇到的各种问题和反常情况等。没有打过桩的地方先打试桩是必要的，通过实践来校核拟定设计方案，确定打桩方案，保证质量措施和打桩技术要求。因此试桩必须细致地进行，根据地质勘探钻孔资料，选择桩位以能代表工程所处的地质条件，打试桩时，要做好详细的施工记录，画出各土层深度、打入各土层的锤击次数，最后精确的测量贯入度。5、确定打桩顺序打桩时，由于桩

22、对土体的挤密作用，先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物破坏，打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。常用的打桩顺序一般有下面几种：自两侧向中间打 图2-12（a）逐排打设 图2-12（b）自中间向四周打 图2-12（c）自中间向两侧打 图2-12（d） 图212打桩顺序 （a）从两侧向中间打（b）逐排打设（c）自中央向四周打（d）自中央向两侧打采用逐排打设，则土体向一个方向挤压，使地基土挤压的程度

23、不均匀。这样可能使桩打入深度逐渐减少，会引起建筑物产生不均匀沉降。自两侧向中间打，则中间部分的土层挤压密实，使桩不易打入，并且打中间各桩时，已打的外侧各桩可能受挤压而升起。根据施工经验，打桩的顺序，以自中部向四周打，自中间向两侧打为最好。但桩距大于或等于四倍桩直径时，则打桩顺序关系不大，可采用由一侧向单一方向施打的方式（逐排打设）。这样，桩架单方向移动，打桩效率高。为减少挤土影响，确定沉桩顺序的原则应入下：a、从中间向四周沉设，由中及外；b、从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设，由近及远；c、先沉设入土深度深的桩，由深及浅；d、先沉设断面大的桩，由大及小。e、先沉设长度大的桩，由长及短。打桩顺序

24、确定后，还需考虑桩架是往后“退打桩”还是向前“顶打桩”。当打桩地面标高接近桩顶设计标高时，打桩后实际上每根桩还会高出地面。这是由于桩尖持力层的标高不可能完全一致。而预制桩又不能设计成各不相同的长度，因此桩顶高出地面是不可避免的。在此情况下，桩架只能采取往后退行打桩的方法。由于往后退行，桩不能事先将桩布置在地面，只能随打桩随运桩。如打桩后桩顶的实际标高在地面以下时，桩架则可以采取往前顶打的方法。此时只要场地允许，所有的桩都可以事先布置好，避免桩的场内二次搬运。6、抄平放线，定桩位，设标尺在沉桩现场或附近区域，应设置数量不少于2个的水准点，以作抄平场地标高和检查桩的入土深度之用。根据建筑物的轴线控

25、制桩，按设计图纸要求定出桩基础轴线（偏差值应20mm）和每个桩位（偏差值应10mm）。定桩位的方法，是在地面上用小木桩或撒白灰点标出桩位（当桩较稀时使用），或用设置龙门板拉线法定出桩位（当桩较密时使用）。其中龙门板拉线法可避免因沉桩挤动土层而使小木桩移动，故能保证定位准确。同时也可作为在正式沉桩前，对桩的轴线和桩位进行复核之用。打桩施工前，应在桩架或桩侧面设置标尺，以观测、控制桩的入土深度。7、垫木、桩帽和送桩桩锤与桩帽之间应放置垫木，以减轻桩锤对桩帽的直接冲击。垫木应采用硬杂木制作，为增加锤击次数，垫木上配置一道钢箍。垫木下为桩帽，桩帽由扁钢焊成，其内孔尺寸视桩截面而定，一般不大于桩截面尺寸

26、12厘米，深度为1/21/3桩的边长或直径。图213在打桩时，若要使桩顶打入土中一定深度，则需设置送桩。（图214）送桩大多用钢材制作，其长度和截面尺寸应视需要而定。用送桩打桩时，待桩打至自然地面上 0.5m左右，把送桩套在桩顶上，用桩锤击打送桩顶部，使桩顶没入土中。 图213 桩帽图 214送桩器（三）打桩打桩开始时，应先采用小的落距（0.50.8m）作轻的锤击，使桩正常沉入土中约12m后，经检查桩尖不发生偏移，再逐渐增大落距至规定高度，继续锤击，直至把桩打到设计要求的深度。打桩有“轻锤高击”和“重锤低击”两种方式。这两种方式，如果所做的功相同，而所得到的效果却不相同。轻锤高击，所得的动量小

27、，而桩锤对桩头的冲击力大，因而回弹也大，桩头容易损坏大部分能量均消耗在桩锤的回弹上，故桩难以入土。相反，重锤低击，所得的动量大，而桩锤对桩头的冲击力小，因而回弹也小，桩头不易被打碎，大部分能量都可以用来克服桩身与土壤的摩阻力和桩尖的阻力，故桩很快入土。此外，又由于重锤低击的落距小，因而可提高锤击频率，打桩效率也高，正因为桩锤频率较高，对于较密实的土层，如砂土或粘性土也能较容易地穿过，所以打桩宜采用“重锤低击”。（四）打桩注意事项1、打桩属隐蔽工程，为确保工程质量，分析处理打桩过程中出现的质量事故和为工程质量验收提供必要的依据。因此打桩时必须对每根桩的施打，进行必要的数值测定和做好详细记录。其施工记录表格形式见表21。表21 混凝土预制桩施工记录施工单位： 工程名称： 施工班组： 桩规格及长度： 桩锤类型及冲击部分重量： 自然地面标高： 桩帽重量： 桩顶设计标高 工程负责人： 记录： 2、打桩时严禁偏打，因偏打会使桩头某一侧产生应力集中，造成压弯联合作用，易将桩打坏，为此，必须使桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫要平整均匀，构造合适。3、桩顶衬垫弹性应适宜，如果衬垫弹性合适会使桩顶受锤击的作用时间及锤击引起的应力波波长延长，而使锤击应力值降低，从而提高打桩效率并降低桩的损率。故在施打过程中，对