樁基礎工程講義6.ppt

2019/10/30,1,第3節(jié) 樁基礎工程,概述 3.1 預制樁施工 3.2 灌注樁施工,2019/10/30,2,概述,高層建筑荷載大，占地面積小，在軟土地基地區(qū)施工，大多采用樁基、箱基，或者樁基加箱基。如我國天津、上海、寧波、福州、廣州、深圳等沿海一帶軟土地基地區(qū)廣泛采用。,2019/10/30,3,過去以預制樁為主，除鋼筋混凝土方樁外，還采用預應力混凝土樁、鋼管樁等，有的預應力鋼筋混凝土樁，長度達70余米。上海88層金茂大廈用的鋼管樁為1412，樁長65m，送樁18m；,2019/10/30,4,近年來，灌注樁得到很大發(fā)展，有沖孔、鉆孔、挖孔等，且大直徑鉆孔灌注樁愈來愈受到重視，發(fā)展較快；此外，還發(fā)展了一些新的成樁工藝，如鉆孔壓漿成樁法等。同時，在預防沉樁對周圍環(huán)境的影響及灌注樁的質量檢驗等方面都有長足的進步。,2019/10/30,5,1. 樁基礎構造 樁基礎是一種常用的深基礎形式，它由基樁和連接于樁頂?shù)某信_共同組成。若樁身全部埋于土中，承臺底面與土體接觸，則稱為低承臺樁基，若樁身上部露出地面而承臺底位于地面以上，則稱為高承臺樁基。建筑樁基通常為低承臺樁基礎，而在橋梁、碼頭工程中常用高承臺樁基礎。,概述,樁基礎構造 樁基礎包括：樁體和承臺。 荷載傳遞路徑：,上部結構,承臺,樁,地基,樁的分類 按荷載傳遞機理分：端承樁、摩擦樁。,樁端阻力,樁側阻力,2019/10/30,7,樁基礎,按受力 性質分,端承樁,摩擦樁,按材料分,鋼筋砼樁,預應力鋼筋砼樁,復合地基樁,按制作 方法分,預制樁,現(xiàn)澆樁,人工成孔灌注樁,機械成孔灌注樁,摩擦樁,端承摩擦樁,摩擦端承樁,端承樁,木樁,鋼樁,鉆孔灌注樁,沖孔灌注樁,挖孔灌注樁,沉管灌注樁,爆擴樁,3. 樁的類型,2019/10/30,8,樁基礎分類 按材料分類 混凝土樁、鋼樁，也有采用木、組合材料的樁。 按使用功能分類 豎向抗壓樁（抗壓樁）、豎向抗拔樁（抗拔樁）、水平受荷樁（主要承受水平荷載）、復合受荷樁（豎向、水平荷載均較大）。,概述,2019/10/30,9,按承載性能分類 摩擦型樁和端承型樁， 前者又分為摩擦樁、端承摩擦樁；后者又分為端承樁、摩擦端承樁。 摩擦樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁側阻力承受；端承摩擦樁樁頂荷載則主要由樁側阻力承受。端承樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁端阻力承受； 摩擦端承樁樁頂荷載則主要由樁端阻力承受。,2019/10/30,10,按施工方法分類 預制樁、灌注樁。 預制樁是在工廠或施工現(xiàn)場制成的各種形式的樁，用沉樁設備將樁打入、壓入或振入土中，或有的用高壓水沖沉入土中。 灌注樁是在施工現(xiàn)場的樁位上用機械或人工成孔，然后在孔內灌注混凝土而成。根據(jù)成孔方法的不同分為挖孔、鉆孔、沖孔灌注樁，沉管灌注樁和爆擴樁等。,2019/10/30,11,按擠土狀況分類 非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁。 沉管法、爆擴法施工的灌注樁、打入（或靜壓）的實心混凝土預制樁、閉口鋼管樁或混凝上管樁 屬于擠土樁。 沖擊成孔法、鉆孔壓注法施工的灌注樁、預鉆孔打入式預制樁、混凝土 ( 預應力混凝土 ) 管樁、 h 型鋼樁、敞口鋼管樁等屬 于部分擠土樁；干作業(yè)法、泥漿護壁法、套管護壁法施工的灌注樁屬非擠土樁。,2019/10/30,12, 3.1 預制樁施工,預制樁包括混凝土預制樁、鋼樁兩種。 混凝土預制樁常用的有鋼筋混凝土實心方樁、預應力混凝土空心管樁。 鋼樁有鋼管樁、h型鋼樁、其他異性鋼樁。 沉樁方法有錘擊沉樁、振動沉樁、靜力沉樁和水沖法等。 本節(jié)以鋼筋混凝土方樁為例介紹沉樁的施工工藝，其它樁形施工方法類似，不再重復。,2019/10/30,13,預制樁的制作,場地應平整、堅實，不得產生不均勻沉降； 疊澆層數(shù)4層，上下層及鄰樁之間應做好隔離層，混凝土的澆筑應待下層或鄰樁設計強度達到30以上方可進行； 樁所用混凝土強度等級不宜低于c30;預應力樁不宜低于c40； 樁的縱向鋼筋配筋率：錘擊沉樁不宜小于0.8%，靜力壓樁不宜小于0.6%；樁頂范圍內的箍筋應加密，并設置鋼筋網(wǎng)片；主筋位置必須正確，保護層不得過厚； 鋼筋接長用對焊，接頭錯開； 混凝土由樁頂至樁尖連續(xù)澆筑，嚴禁中斷； 樁頂應制作平整。,2019/10/30,14,鋼筋混凝土預制樁制作鋼筋、模板施工,2019/10/30,15,2019/10/30,16,預制樁的起吊、運輸、堆放,預制樁的起吊,混凝土強度： 起吊移位 70設計強度； 運輸、打樁 100設計強度。 運輸： 合理設置吊點：吊點間的跨中彎矩與吊點處負彎矩相等。,2019/10/30,17,2. 預制樁運輸,3. 預制樁堆放,堆放地點應平整堅實，排水通暢； 墊木間距應與吊點位置相同，各層墊木應位于同一垂直線上； 堆放層數(shù)不宜過多，一般不宜超過4層； 避免二次搬運。,吊、運平穩(wěn)，避免損壞。 當運距不大時，可采用滾筒、卷揚機等拖動樁身運輸； 當運距較大時可采用小平臺車運輸。 運輸過程中支點應與吊點位置一致。,2019/10/30,18,預制樁沉樁,（1）打樁機械,打樁機具主要包括樁錘、樁架和動力裝置三個部分。 樁錘是對樁施加沖擊力，將樁打入土中的機具； 樁架的作用是將樁吊到打樁位置，并在打樁過程中引導樁的方向，保證樁錘能沿要求的方向沖擊； 動力裝置包括驅動樁錘及卷揚機用的動力設備。,1.錘擊沉樁的施工方法,2019/10/30,19,2019/10/30,20,施工中常見的樁錘有落錘、蒸汽錘（單動汽錘、雙動汽錘）、柴油汽錘和液壓錘。,落錘 是指樁錘用人力或機械拉升，然后自由落下，利用自重夯擊樁頂。 優(yōu)缺點： 構造簡單、使用方便、沖擊力大，能隨意調整落距，但錘打速度慢，效率較低、樁身易損失。 落錘重量一般為 0.51.5 t ，重型錘可達數(shù)噸 適用范圍 適宜打各種樁；粘土、含礫石的土和一般土層均可使用。,2019/10/30,21,優(yōu)缺點： 構造簡單、落距短，對設備和樁頭不易損壞，打樁速度及沖擊力較落錘大，效率較高。 適用范圍 適于打各種樁。,b. 單動汽錘,單動汽錘工作原理圖,利用蒸汽或壓縮空氣的壓力將錘頭上舉，然后由錘的自重向下沖擊沉樁。只在上升時耗用動力，下降靠自重；,2019/10/30,22,雙動汽錘工作原理圖,c. 雙動汽錘,利用蒸汽或壓縮空氣的壓力將錘頭上舉及下沖，增加夯擊能量。,優(yōu)缺點： 沖擊次數(shù)多、沖擊力大、工作效率高，可不用樁架打樁，但需鍋爐或空壓機，設備笨重，移動較困難。 適用范圍 適宜打各種樁，便于打斜樁；使用壓縮空氣時可在水下打樁；可用于拔樁。,2019/10/30,23,d. 柴油錘,利用燃油爆炸，推動活塞，引起錘頭跳動。,優(yōu)缺點： 附有樁架、動力等設備，機架輕、移動便利、打樁快、燃料消耗少，有重量輕和不需要外部能源等優(yōu)點。 適用范圍 最宜用于打木樁、鋼板樁；不適于在過硬或過軟的土中打樁。,導桿式柴油錘 工作原理圖,2019/10/30,24,2019/10/30,25,e. 振動樁錘,利用偏心輪引起激振，通過剛性連接的樁帽傳到樁上。,優(yōu)缺點： 沉樁速度快，適應性大，施工操作簡易安全，能打各種樁并幫助卷揚機拔樁。 適用范圍 適宜于打鋼板樁、鋼管樁、鋼筋混凝土和土樁；宜用于砂土，塑性粘土及松軟砂粘土；在卵石夾砂及緊密粘土中效果較差。,2019/10/30,26,jzz75振動樁機，功率43.5kw，最大沉樁直徑0.50m，最大沉樁深度31m，適用于振動沉管灌注樁施工。,2019/10/30,27,2019/10/30,28,在選擇打樁機具時，應根據(jù)地基土壤的性質、工程的大小、樁的種類、施工期限、動力供應條件和現(xiàn)場情況確定。,2019/10/30,29,樁架,作用： 支撐錘樁 吊樁就位 打樁導向 類型 （常用）： 多功能樁架（沿軌道行駛的） ：機動適應性好；大、裝拆運麻煩。 履帶式樁架（裝在履帶底盤上） ：移動方便，適用范圍廣。 步履式樁架：移動方便，穩(wěn)定性好,適應性強。,2019/10/30,30,履帶式樁架,多功能樁架,2019/10/30,31,（2）打樁施工,a. 準備工作 （1）場地準備：清除地上、地下障礙物，平整、壓實場地，設置排水溝； （2）放軸線、定樁位、設置水準點 （2個）； （3）確定打樁順序：擠土直接影響打樁進度、施工質量以及周圍環(huán)境。 （4）接通現(xiàn)場的水、電管線，準備好施工機具；做好對樁的質量檢驗。 （5）進行打樁試驗：2根，檢驗工藝、設備是否符合要求。,2019/10/30,32,b.打樁順序,防止土向一個方向擠壓，這樣有可能最后打入的樁難打或者樁的入土深度減少，直接影響打樁進度和施工質量。 打樁順序是否合理，還應考慮擠土對周圍環(huán)境（如建筑物）的影響。,2019/10/30,33,（1) 當樁中心距4倍樁徑時， 可：自中間向四周打設； 由中心向兩側對稱打； 分段對稱打。 （2) 當樁中心距4倍樁徑時，可按施工方便打； （3) 當樁的規(guī)格不同時，先大后小，先長后短； （4) 當樁尖設計標高不同時，先深后淺。,2019/10/30,34,c.打樁工藝,工藝順序： 設置標尺樁架就位吊樁就位扣樁帽、落錘、脫吊鉤低錘輕打正式打（接樁，截樁，靜、動載試驗，承臺施工）。 要點： 采用重錘低擊，開始要輕打； 連續(xù)施打，減少回彈固結； 注意貫入度變化，做好打樁記錄（編號、每米錘擊數(shù)、樁頂標高、最后貫入度）； 如遇異常情況（貫入度劇變；樁身突然傾斜、位移、回彈；樁身嚴重裂縫或樁頂破碎），暫停施打，與有關單位研究處理。,2019/10/30,35,常見問題分析,打壞 打歪 打不下,2019/10/30,36,樁頂、樁身打壞的原因和處理,1、打樁時，樁的頂部 由于直接受到沖擊而 產生很高的局部應力 -頂部的配筋應 做特別的處理。,2019/10/30,37,2、樁身的混凝土保護層太厚-主筋需擺正 3、樁墊材料選用不合適或打壞-采用材質均勻、強度高、彈性好的樁墊 4、樁的頂面與樁的軸線不垂直，局部受沖擊-保證垂直度，及時糾正,2019/10/30,38,5、過打現(xiàn)象。（由于樁尖通過硬層等原因，使樁下沉速度慢而施打時間長，錘擊次數(shù)多或沖擊能量過大）-分析土質，改善操作方法 6、樁身的混凝土強度不高，或未達到養(yǎng)護期，影響了樁的強度。-加鋼夾箍用螺栓拉緊焊牢,2019/10/30,39,打歪的原因和處理,1、原因 （1）樁頂不平、等樁的質量問題， （2）與操作有關，如：初入土時，樁身就歪斜，未及時糾正就施打。,2019/10/30,40,2、處理方法 1、保證打樁機的導架的垂直度 2、樁尖要對準樁位，樁頂和樁帽要正確結合 3、剛打時，要采用小落距，邊打邊檢查，穩(wěn)定后在按要求的落距打 4、樁頂不平，產生樁尖偏心-保證樁的質量,2019/10/30,41,打不下的原因和處理方法,1、樁頂或樁身已打壞，無法有效地傳遞荷載 -拔出樁，與設計部門協(xié)商，再做處理。,2019/10/30,42,2、土層中夾有較厚的砂層或其它硬土層，或者遇上鋼渣、孤石等障礙物，仍進行盲目施打。 -同設計勘探部門共同研究解決,2019/10/30,43,3、由于土的固結作用，使樁身周圍的土與樁牢固結合，鋼筋混凝土樁變成了直徑很大的土樁而承受荷載，很難繼續(xù)將樁打下去-應在準備條件完善的前提下，保證連續(xù)施打 4、一樁打下，鄰樁上升。（由于樁身土體受到擠密和擾動，容易造成近地面的地表面隆起和水平移動-改變打樁的順序，由中間向兩邊對稱施打或中間向四周施打,2019/10/30,44,樁頂破碎 打樁時，樁頂直接受到樁錘的沖擊而產生很高的局部應力，如果樁頂鋼筋網(wǎng)片配置不當、混凝土保護層過厚、樁頂平面與樁的中心軸線不垂直及樁頂不平整等制作質量問題都會引起樁頂破碎。在沉樁工藝方面，若樁墊材料選擇不當、厚度不足，樁錘施打偏心或施打落距過大等也會引起樁頂破碎。 樁身被打斷 制作時，樁身有較大的彎曲凸肚，局部混凝土強度不足，在沉樁時樁尖遇到硬土層或孤石等障礙物，增大落距，反復過度沖擊等都可能引起樁身斷裂。,2019/10/30,45,(3) 樁身位移、扭轉或傾斜 樁尖四棱錐制作偏差大，樁尖與樁中心線不重合的制作原因，樁架傾斜，樁身與樁帽、樁錘不在同一垂線上的施工操作原因以及樁尖遇孤石等都會引起樁身位移、扭轉或傾斜。 (4) 樁錘回躍，樁身回彈嚴重 選擇樁錘較輕，能引起較大的樁錘回躍；樁尖遇到堅硬的障礙物時，樁身則嚴重回彈。,d 打樁注意事項,隱蔽工程及時做好記錄,嚴禁偏打,樁錘、樁帽和樁身軸線重合，襯墊平整均勻，構造合適,樁頂襯墊彈性應適宜,延長錘擊作用時間和應力波波長，降低錘擊應力值，從,而提高打擊效率和降低樁的損壞率。,連續(xù)施打、入土速度均勻，不得間歇過長,避免土的固結作用，使繼續(xù)打樁阻力增大，不易打入土,中,樁錘回彈過大且經常發(fā)生,應更換重錘。,樁錘突然有較大的回彈,表明樁端遇阻，須減小錘的落距。,樁下沉突然加大,可能遇到軟土層、洞穴或樁尖、樁身破壞等，應停,止進行處理。,送樁時樁身和送樁軸線一致,打斜,應拔出，用砂石填孔，重新插入施打。若拔樁困難,，應在原樁附近再補打一樁。,盡量避免送樁,2019/10/30,48,打入預制樁第一節(jié)樁體,打入預制樁電焊接樁,打入預制樁末節(jié)樁體,2019/10/30,49,（3）打樁的質量控制,1）滿足承載力要求： 端承樁控制最后貫入度為主(參考標高) 摩擦樁控制沉樁標高為主(參考最后貫入度) 2）偏差: 樁位偏差：排樁偏軸100，順軸150mm； 群樁 1/3樁徑或邊長； 垂直偏差 1 % ; 3）樁不受損： 樁頂、樁身不打壞，樁頂下1/3樁長內無水平裂縫。,2019/10/30,50,2.靜力壓樁,靜力壓樁是在均勻軟弱土中利用壓樁架（型鋼制作）的自重和配重，通過卷揚機的牽引傳到樁頂，將樁逐節(jié)壓入土中的一種沉樁方法。這種沉樁方法無振動、無噪音、對周圍環(huán)境影響小，適合在城市中施工。,吊樁 連續(xù)壓樁,接樁（管口焊接） 壓入一節(jié),預應力管樁靜壓樁施工過程,2019/10/30,52,靜力壓樁機構造原理圖,活動壓梁,油壓表,樁帽,上段樁,上段樁錨筋,下段樁,加壓重物,底盤,軌道,導籠口,操作平臺,卷揚機,加壓鋼絲繩滑輪組,樁架導向籠,2019/10/30,53,11,全液壓式靜力壓樁機壓樁示意圖,2019/10/30,54,2019/10/30,55,液壓式靜力壓樁機,2019/10/30,56,2019/10/30,57,壓樁過程中，當樁尖碰到夾砂層時，壓樁阻力可能突然增大，甚至超過壓樁能力而使樁機上抬。這時可以最大的壓樁力作用在樁頂，采取停車再開、忽停忽開的辦法，使樁有可能緩慢下沉穿過砂層。如果工程中有少量樁確實不能壓至設計標高而相差不多時，可以采取截去樁頂?shù)霓k法。,壓樁與打樁相比:,由于避免了錘擊應力，樁的混凝土強度及其配筋只要滿足吊裝彎矩和使用期受力要求就可以，因而樁的斷面和配筋可以減小; 壓樁引起的擠土也小的多，因此壓樁是軟土地區(qū)一種較好的沉樁方法。,振動沉樁,（1）工作原理：其主要裝置為振動器，利用振動器所產 生的激振力，使樁身產生高頻振動。這時樁在其自重或很 小的附加壓力作用下沉入土中，或是在較小的提升力作用 下而拔出土。,（2）振動器工作原理,振動器產生激振力的方法如下：振動器都是采用機械式，由兩根裝有偏 心塊的軸組成。這兩根軸上裝有相同的偏心塊，但兩根軸相向轉動。這時兩 根軸上的偏心塊所產生的離心力，在水平方向上的分力互相抵消，而其垂直 方向上的分力則迭加起來。,（3）振動沉樁,作業(yè)圖,振動沉樁工作效率決定于 振幅，離心力和靜壓力， 振幅是決定沉樁速度的主 要因素。,靜壓力對樁的下沉也有很 大的影響，只有當靜壓力 （包括樁的自重）超過某值 時才發(fā)現(xiàn)沉樁現(xiàn)象 ，振動沉 樁機必須有足夠的重量，必 要時還應附加配重。,振動沉斜樁,作業(yè)圖,dzm系列液壓振動錘,(配挖掘機用),（5）特點、優(yōu)缺點,特點,通過振動器的振動，減小樁和周圍土體的摩擦力，,在樁自重和附加壓力作用下沉樁。,優(yōu)點：,噪音小，不產生廢氣，沉樁速度快，施工簡便，操,作安全，結構簡單、鋪助設備少、重量輕、 體積小、對 樁頭的作用力均勻而使樁頭不易損壞等特點，還可以用 來拔樁。,缺點,適于砂質粘土、砂土、軟土地區(qū)施工，不宜用于礫石 和密實的粘土層。如用于砂礫石和粘土層中，需配以水 沖法輔助施工。,2019/10/30,64,水沖法沉樁（射水沉樁）,射水沉樁方法往往與錘擊（或振動）法同時使用，具體選擇應視土質情況而定。 必須注意，不論采取任何射水施工方法，在沉入最后階段11.5m至設計標高時，應停止射水，用錘擊或振動沉入至設計深度，以保證樁的承載力。,預制樁施工對環(huán)境的影響及其防護措施 預制樁施工對環(huán)境效應主要表現(xiàn)在擠土問題以及打樁的噪聲、振動等對周圍環(huán)境、鄰近建筑物及地下管線的不利影響。 擠土效應及振動對周圍環(huán)境不利影響表現(xiàn)輕則為：使建筑物的粉刷脫落，墻體和地坪開裂；重則使圈梁和過梁變形、門窗起閉困難、鄰近的地下管線破損或斷裂、路基變形、鄰近結構物基礎被推移、周圍開挖基坑坍塌或推移增大等。,1）擠土效應及保護 根據(jù)實測表明，地面隆起量與打樁速率、樁數(shù)有直接的關系，打樁速率越快，隆起量也越大。 在擠土樁施工區(qū)內，可根據(jù)基礎平面形狀、樁數(shù)、樁徑、樁長、樁距、地質條件、地下水位高低情況、施工期等諸因素，合理選擇以下幾種措施，達到消除或減少擠土效應對周圍環(huán)境的影響。,預鉆孔沉樁法 根據(jù)施工實踐經驗，采用預鉆孔沉樁法可明顯改善擠土效應，地基明顯改善,地基土變位可減少30%50%，超孔隙水壓力值可減少40%50%，并可減少對已沉入樁的擠推和上浮，也有利于減少對周圍環(huán)境的影響。 預鉆孔直徑一般取樁徑的70%左右，深度視樁距和土的密實度、滲透性而定，預鉆孔深度宜取樁長的1/31/2，應隨鉆隨打。,鉆孔法施工時，應檢查有否發(fā)生卡桿現(xiàn)象，起吊鋼絲是否牢固，卷揚機剎車是否完好，信號設備是否明顯。鉆孔樁的孔口必須加蓋。成樁附近嚴禁堆放重物。施工過程應隨時查看樁機施工附近地面有無開裂現(xiàn)象，防止機架和護筒等發(fā)生傾斜或下沉。每根樁的施工應連續(xù)進行，如因故停機，應及時提上鉆具；保護孔壁，防止造成塌孔事故。,采用降低地下水位或改善地基土排水特性的方法 通常采用井點或集水井降水措施，或采用袋裝砂井、砂樁、碎砂石樁、塑料排水板等排水措施，減少和及時疏導由沉樁引起的超靜孔隙水壓力，防止砂土液化或提高鄰近地基土體的強度以增大其對地基變位的約束作用，從而減少地基變位的影響范圍。 一般采用砂井等排水措施，可降低超孔隙水壓力40%左右，袋裝砂井直徑一般為7080mm，間距11.5m，深度1012m。,采用合理的沉樁順序和工藝 合理安排沉樁順序、控制沉樁速率、重錘輕擊以及先開挖基坑后沉樁等措施，對減緩超靜孔隙水壓力的積聚、超孔隙水的消散及減少影響范圍、土體變位，減輕對周圍環(huán)境的影響程度等，都有明顯的效果。,設置防擠防震溝 對于消除淺層的水平擠壓作用，減少土體變位及影響范圍，隔斷打樁產生的地震波，減緩沉樁對周圍環(huán)境的影響也具有顯著的作用。一般溝寬采用0.50.8m，深度宜超過被保護的附近管線和基礎埋深為好，同時要根據(jù)土質合理放坡，避免沉樁引起溝壁坍塌。,設置防擠、防滲墻 在沉樁區(qū)域周圍設置防擠、防滲墻壁