【第7次课】 教学目的：通过本次课教学使学生掌握桩基础的组成、特点和

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1、【第7次课】教学目的：通过本次课教学使学生掌握桩基础的组成、特点和适用条件，桩基础的类型和构造。教学重点：桩基础的类型。教学难点：柱桩与摩擦桩的概念。板书 讲解第三章 桩基础第一节 概述 当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足结构物对地基强度、变形和稳定性方面的要求时，往往需要采用深基础。 桩基础是一种历史悠久而应用广泛的深基础型式。近代随着工业技术和工程建设的发展，桩的类型和成桩工艺、桩的设计理论和设计方法、桩的承载力与桩体结构的检测技术等诸方面均有迅速的发展，以使桩与桩基础的应用更为广泛，更具有生命力。它不仅可作为建筑物的基础型式，而且还可应用于软弱地基的加固和地下支档结构物。一、桩基础的

2、组成与特点桩基础组成： 桩 桩在平面排列上可成为一排或几排桩身可全部或部分埋入地基土中，当桩身外露在地面上较高时，在桩之间应加设横系梁，以加强各桩的横向连系。承台 承台将所有桩的顶部由联成一整体并传递荷载。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构，如图3-1所示。 桩基础的作用： 是将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基持力层中去，承台将各桩联成一整体共同承受荷载。桩是基础中的柱形构件，其作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，把桩基坐落在更硬或更密实或压缩性较小的地基持力层上。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力将荷载传递到桩周土层中去，如图3-1b)所示。 桩基础优点

3、： 它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础板书 讲解中具有耗用材料少、施工简便等特点。 在深水河道中，可避免(或减少)水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善劳动条件。伴随着工业化水平不断提高，桩与桩基础不仅便于工厂化生产和机械化施工，而且能适应于不同的水文地质条件和承受不同荷载性质的上部结构。二、桩基础的适用条件 第一、 荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时; 第二、 河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时; 第三、 当地基计算沉降过人或结构物对不均匀沉降敏

4、感时，采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层，将荷载传到较坚实(低压缩性)土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀; 第四、 当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工 第五、 地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。 当上层软弱土层很厚，桩底不能达到坚实土层时，就需要用较多、较长的桩来传递荷载，且这时的桩基础沉降量较大，板书 讲解稳定性也稍差;当覆盖层很薄时，桩的稳定性也会有问题，就不一定是最佳的基础形式，应经过多方面的比较才能确定优选的方案。 因此，在考虑桩基础适用时，必须根据上部结

5、构特征与使用要求，认真分析研究建桥地点的工程地质与水文地质资料，考虑不同桩基类型特点和施工环境条件，经多方面比较，精心设计，慎重选择方案。第二节 桩和桩基础的类型及构造一、根据桩的受力条件分类1柱桩与摩擦桩 柱桩： 桩穿过较松弱土层，桩底支承在岩层或硬土层(如密实的大块卵石层)等实际非压缩性土层时，基本上依靠桩底土层抵抗力支承垂直荷载，这种桩称为-（支承桩）如图3-2a)所示。按我国习惯，柱桩是专指桩底直接支承在基岩上的桩，此时因桩的沉降甚微，认为桩侧摩阻力可忽略不计，全部垂直荷载由桩底岩层抵抗力承受。但对于较长的支承桩，因受荷后桩身弹性压缩较大，将在桩侧产生摩阻力，故设计时尚应考虑。 摩擦桩

6、： 桩穿过并支承在各种压缩性土层中，主要依靠桩侧土的摩阻力支承垂直荷载，这种桩称为-，如图3-2b)所示。一般情况下，摩擦桩除桩侧土的摩阻力支承垂直荷载外，桩底土层抵抗力也支承部分垂直荷载。 柱桩承载力较大，基础沉降小，较安全可靠，但若岩层埋置很深，沉桩困难，就需要采用摩擦桩。柱桩和摩擦桩由于它们在地基土中的工作条件不同，它们与土共同作用特点也就不一样，因此在设计计算时所采用的方法和有关参数也不一样，这将在本章第四、五节中阐述。2竖直桩与斜桩 (按桩轴方向分)竖直桩 水平外力和外力矩不大、桩的自由长度(即地面以上的桩身长度)不长、桩身较粗时，多采用竖直桩桩基单向斜桩多向斜桩 斜桩的特点是能承受

7、较大的水平荷载，但需要有相应的施工设备和工艺。板书 讲解3桩墩 桩墩： 通过在地基中成孔后灌注混凝土形成的大口径断面柱形深基础，即以单个桩墩代替群桩及承台。端承桩墩 桩墩基础底端可支于基岩之上。摩擦桩墩 桩墩基础底端可嵌入基岩或较坚硬土层之。几何特征：直柱形扩底桩墩 (在桩墩底土较坚硬的情况下，为使桩墩底承受较大的荷载，也可将桩墩底端尺寸扩大而做成)桩墩断面形状 常为圆形，其直径不小于0.8m。桩墩结构 一般为钢筋混凝土结构钢套筒或钢核桩墩 当桩墩受力很大时也可用钢套筒或钢核桩墩（图3-4）受力分析： 与基桩相类似，但由于桩墩断面尺寸较大而具有较高的竖向承载力和可承受较大的水平荷载。对于扩底桩

8、墩还具有抵抗较大上拔力的能力。优点： 在于墩身面积小、美观、施工方便、经济，但它受力大、纵向稳定性较差、对地基要求也高， 适用： 对于上部结构传递的荷载较大，且要求基础墩身面积较小时的情况，可考虑桩墩深基础方案。所以在选定方案时，尤其受较大船撞力的河流中应用此类型桥墩更应注意。板书 讲解二、按施工方法分类(一)沉桩(预制桩) 施工方法： 将各种预先制好的桩(主要是钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩，也有钢桩或木桩)以不同的沉桩方式(设备)沉入地基内达到所需要的深度。预制桩是按设计要求在地面良好条件下制作(长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造分节制作)，桩体质量高，可大量工厂比生产，加速施工

9、进度。适用： 一般土地基，但较难沉入坚实地层。沉桩有明显的排挤主体作用，应考虑对邻近结构(包括邻近基桩)的影响。在运输、吊装和沉桩过程中应注意避免损坏桩身。1打入桩(锤击桩)施工方法： 是通过锤击(或以高压射水辅助)将预制桩沉入地基。适用： 桩径较小(一般直径在0.6m以下，但国内最大管桩直径已达lm)，地基土质为可塑状粘性土、砂性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。问题： 有较大的振动和噪声，在城市建筑密集地区施工，须考虑对环境的影响。2振动下沉桩 施工方法： 将大功率的振动打桩机安装在桩顶，一方面利用振动以减小土对桩的阻力，另方面用向下的振动力使桩沉入土中。适用：

10、于可塑状的粘性土和砂土，用于上的抗剪强度受振动时有较板书 讲解大降低的砂土等地基和自重不大的钢桩，其效果更为明显。沉桩困难时可采用射水辅助振动沉桩。3静力压桩 施工方法： 借助桩架自重及桩架上的压重，通过液压或滑轮组提供的静反力(图3-5)将预制桩压入土中的桩。适用： 较均质的可塑状粘性土地基，对于砂土及其他较坚硬土层，由于压桩阻力大而不宜采用。优缺点： 静力压桩在施工过程中无振动、无噪声，并能避免锤击时桩顶及桩身的损伤，但较长桩分布压入时受压桩架高度的限制，使接头变多会影响压桩的效率。(二)灌注桩概念： 灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后浇筑钢筋混凝土或混凝土而成的桩。灌注桩可选择适当的钻具

11、设备和施工方法而适用于各种类型的地基土，并可做成较大直径以提高桩的承载力，可避免预制桩打桩时对周围土体的挤压影响和振动及噪声对周围环境的影响。但在成孔成桩过程中应采取相应的措施和方法保证孔壁的稳定和提高桩体的质量。1钻、挖孔灌注桩钻孔灌注桩：施工方法： 用钻(冲)孔机具在上中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水的水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。优点： 钻孔灌注桩的施工设备简单，操作尚方便，缺点： 由于泥浆的排放处理，在城市中的应用有时会受到一定的限制。适用： 各种粘性土、

12、砂性土，也适用于碎、卵石类土和岩层。对于易坍孔土质及可能发生流沙或有承压水的地基，施工难度较大，施工前应做试桩以取得经验。国内钻孔灌注桩的应用日益广泛，我国施工的钻孔灌注桩最大深度已达百余米。 挖孔灌注桩施工方法： 依靠人工(用部分机械配合)或机械在地基中挖出桩孔，然后浇筑板书 讲解钢筋混凝土或混凝土所形成桩。特点： 是不受设备限制，施工简单。挖孔桩桩径较大，一般大于1.4m;为确保施工安全，挖孔深度不宜太深。能直接检验孔壁和孔底土质以保证桩的质量。为增大桩底支承力，可用开挖办法扩大桩底。适用： 无水或渗水量小的地层，对可能发生流沙或含较厚的软粘土层地基，这种施工方法较为困难(需要加强孔壁支撑

13、)。2沉管灌注桩施工方法： 沉管灌注桩系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝士的桩尖或带有活瓣式桩尖(沉管时桩尖闭合，拔管时活瓣张开)的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌注混凝土边拔套管而形成的灌注桩，也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝士并拨出套管成桩。特点： 由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病。但桩的直径较小，常用的尺寸在0.6m以下，桩长常在2Om以内。在软粘土中，由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。适用： 粘性土、砂性土、砂土地基。3爆扩桩

14、爆扩桩系指就地成孔后，用炸药爆炸扩大孔底，浇灌混凝土而成的桩，其施工程序如图3-6所示。这种桩扩大桩底与地基土的接触面积，提高桩的承载能力。爆扩桩宜用于持力层较浅，以在粘土中成型并支承在坚硬密实土层上为最理想的采用条件。(三)管柱施工方法： 它是将预制的大直径(直径15m左右)钢筋混凝土或预应力混凝土或钢管柱(实质上是一种巨型分节装配的管桩，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m、8m和l0m，接头用法兰盘和螺栓联接)，用大型的振动桩锤沿导向结构振动下沉到基岩(一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉)，然后在管内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管柱嵌固于岩层，如图3-7所示。板书 讲解特点

15、和适用： 大跨径桥梁的深水基础，或在右面起伏不平的河床上的基础，管柱基础可以在深水及各种覆盖层条件下进行，没有水下作业和不受季节限制，但施工需要有振动沉桩锤、凿岩机、起重设备等大型机具，动力要求也高，所以在一般公路桥梁中较少采用。 三、高桩承台和低桩承台（按承台位置分）高桩承台基础（简称高桩承台）高桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以上。基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上(称为桩的自由长度)承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，可避免或减少水下作业，施工较为方便，且经济。然而，高桩承台基础刚度较小，在水平力作用下，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无上来共同承

16、受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都将大于在同样水平外力作用下的低桩承台，在稳定性万面低桩乐台也较高桩承台好。近年来由于大直径钻孔灌注桩的采用，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台在桥梁基础工程中已得到广泛采用。板书 讲解低桩承台基础 (简称低桩承台) 低桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以下。低桩承台则基桩全部沉入土中(桩的自由长度为零)。 四、不同桩身材料的桩及其构造（一） 就地灌注钢筋混凝土桩的构造桩型： 钻、挖孔灌注桩、沉管灌注桩。混凝土： 标号不低于20号，对仅承受竖直力的基桩可用15号(但水下灌注的混凝土仍不应低于20号)。 设计直径： 钻孔灌注桩一般为0.801.

17、5Om，挖孔灌注桩不宜小于1.2Om，沉管灌注桩一般为0.300.60m。桩内钢筋： 应按照内力和抗裂性的要求布设。长摩擦桩应该根据桩身弯矩分布情况分段配筋。短摩擦桩和柱桩也可按桩身最大弯矩通长均匀配筋。当按内力计算桩身不需要配筋时也应在桩顶35m内设置构造钢筋。孔内钢筋不设弯钩，以利水下混凝土的灌注。为了保证钢筋骨架有一定的刚性,便于吊装及保证主筋受力后的纵向稳定，主筋不宜过细过少(直径不宜小于14mm，每根桩不宜少于8根)。箍筋应适当加强，箍筋直径一般不小于8mm，中距为200400mm。对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔2.02.5m设置一道加强箍筋(直板书 讲解径为1

18、4l8mm)，如图3-9所示。钢筋保护层厚度一般不应小于50mm。 钻、挖孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌入深度可根据受力情况计算确定，并不得小于0.5m。大直径的空心钢筋混凝土就地灌注桩， 是进一步发挥材料的潜力，节约水泥的措施。就地灌注桩常用的含筋率为0.2%0.6%，较一般预制钢筋混凝土实心桩、管桩和管柱均低。(二)钢筋混凝土预制桩1普通钢筋混凝土桩桩的截面： 方形，生产、制作、运输和堆放方便。截面边长一般为0.30.5m。桩的长度： 取决于沉桩设备，一般在2530m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩时在现场连接到所需长度。桩身混凝土： 不低于25号，桩身配筋：

19、 应按起吊、运输、沉桩和使用各阶段的内力要求通长配筋。主筋直径一般为1925mm，根数一般为8根，最小含筋率不小于0.8%。箍筋直径为68mm，其间距为l00200mm，而桩的两端处应加密，间距一般为50mm。由于桩尖穿过土层时直接受到正面阻力，应在桩尖处把所有的主筋弯在一起并焊在一根蕊棒上。桩头直接受到锤击，故在桩顶需放方格网片三层以加增桩头强度。钢筋保护层厚度不小于35mm。桩内需预埋直径为2025mm的钢筋吊环，吊点位置通过计算确定。如图3-10所示。接头： 长桩分节制作在现场接桩时，桩的接头的可靠性是很重要的，必须保证接头有足够的强度。钢筋混凝土桩的接头一般采用焊接钢板接头，图3-11

20、当预制桩采用静压桩方式沉桩时，桩的接头有时可采用硫磺胶泥接桩，接头为上节桩伸出锚筋插入下节桩的锚孔，并灌入熔化的硫磺胶泥，冷却后即牢固粘结。这种接头结构简单，较经济，但其现场拌制质量受人为因素大，长期效果也待检验，对受大较重要的桥梁桩基宜用钢板接头。板书 讲解2钢筋混凝土管桩和管柱生产： 管桩由预制工厂以离心旋转机生产，实质上是一种大直径薄壁钢筋混凝土或预应力混凝土圆管节，在工厂分节制成，沉桩时逐节用螺栓接长。类型： 普通钢筋混凝土预应力混凝土 大多用规格： 直径为400、50、600、800、1000mm，管壁厚度分为80、100、110、130mm，混凝土标号为2540号。每节长度为415

21、m，两端装有连接法兰盘以供现场用螺栓连接(也有采用焊接接头)。最下一节底端一般设置桩尖，桩尖内部可预留圆孔，以便安装射水管辅助沉桩。 管柱： 我国常用的管柱直径1.501.80m，一般采用预应力混凝土管柱。(三)钢桩 类型： 钢管型 常用H型钢桩优点： 钢桩具有强度高，能承受强大的冲击力和获得较高的承载力;其设计的灵活性大，壁厚、桩径的选择范围大，便于割接，桩长容易调节;轻便易于搬运，沉桩时贯入能力强、速度较快可缩短工期，且排挤土最小，对邻近建筑影响小，也便于小面积内密集的打桩施工。缺点： 用钢最大，成本昂贵，在大气和水士中具有钢材腐蚀性。目前，我国只在一些重要工程中使用。钢管桩的规格： 分段

22、长度按施工条件确定，不宜超过1215m常用直径为4001000mm。钢管桩的设计厚度由有效厚度和腐蚀厚度两部分组成。有效厚度为管壁在外力作用下所需要的厚度，可按使用阶段的应力计算确定。腐蚀厚度为建筑物在使用年限内管壁腐蚀所需要的厚度，可通过钢桩的腐蚀情况实测和调查确定，无实测资料时可参考表3-1确定。 钢桩防腐处理可采用外表涂防腐层，增加腐蚀余量及阴极保护。板书 讲解当钢管桩内壁同外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。钢管桩按桩端构造：开口桩 开口钢管桩穿透土层的能力较强，但沉桩过程中桩底端的土将涌入钢管内腔形成土蕊。当土蕊的自重和惯性力及其与管内壁间的摩阻力之和超过底面土反力时，将阻止进一步涌大而形

23、成土塞，此时开口桩就像闭口桩一样贯入土中，土蕊长度也不再增长。土塞形成和土蕊长度与地基土性质和桩径密切有关，它对桩端承载力和桩侧挤土程度均会有影响，在确定钢管桩承载为时应考虑这种影响(详见本章第四节，。开口桩进入砂层时的闭塞效应较明显，宜选择砂层作为开口桩的持力层，并使桩底端进入砂层一定深度。闭口桩 (四)木桩木桩常用挺直的杉木或松木做成桩径(梢头)一般为14026Omm:桩长为48m。木桩桩顶应加设铁箍，以保护桩顶不被打裂。桩尖削成棱锥形，常加铁桩靴，如图3-13所示。 木桩自重小，具有一定的弹性和韧性，便于加工、运输和施工，但木桩的承载能力很小，且在干湿交替的环境中极易腐烂，并有材料的供应

24、问题，因此只在盛产木材地区修筑或抢修桥梁以及建造施工便桥时采用。(五)承台(盖梁)的构造及桩与承台的联结 承台的平面尺寸和形状： 根据上部结构(墩、合身)底部尺寸和形状，以及基桩的平面布置而定，一般采用矩形、圆形和园端形。排架桩式墩台盖梁的平面形状一般为矩形，平面尺寸应根据支座尺寸及布置情况而定。 承台厚度： 保证承含有足够的强度和刚度，公路桥梁多采用钢筋混凝土或混凝土刚性承台(承台本身材料的变形远小于其位移)，其厚度不宜小于1.5m。混凝土标号不宜低于15号。对于盖梁和柱式墩台的承台应验算其强度并设置必要的钢筋，承台盖梁厚度也可不受上述限制。 桩和承台的连结： 钻、挖孔灌注桩现都采取柱顶主筋

25、伸入承台，此时桩身仲入承台长度一般只为15020omm(当为盖梁时，桩身可板书 讲解不伸入)。如图3-14a)、b)所示。伸入承台的桩顶主筋可做成喇叭形(约与竖直线倾斜15;若受构造限制，主筋也可不做成喇叭形)，伸入承台的钢筋应有符合钢筋混凝土结构规范的锚固长度，一般应不小于60Omm，并设箍筋。对于不受轴向拉力的沉桩可不破桩头，将桩直接埋入承台内，如图3-14c)所示。桩顶直接埋入承台的长度，对于普通钢筋混凝土及预应力混凝土桩，当桩径(或边长)小于0.6m时不应小于2倍桩径或边长;当桩径为0.61.20m时不应小于1.2m;当桩径大于1.2m时，埋入长度不应小于桩径。 承台的配筋： 受力情况

26、是比较复杂的，为了使承台受力较为均匀并防止承台因桩顶荷载作用发生破碎和断裂，应在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网如图3-15a)所示，钢筋在纵桥向和横桥向每lm宽度内可采用钢筋截面积12001500mm(此项钢筋直径常为1418mm，应弯起锚固)，钢筋网在越过桩顶钢筋处不截断，并应与桩顶主筋连结。钢筋网也可根据基桩和墩台的布置，按带状布设，如图3-15b)。低桩承台有时也可不设钢筋网。【思考题】1 桩基础有何特点，它适用于什么情况?2 柱桩和摩擦桩受力情况有什么不同?你认为各种条件具备时，哪种桩应优先考虑采用？3 桩基础内的基桩，在平面布设上有什么基本要求?4 高桩承台和低桩承台各有什么优缺点

27、，它们各自适用于什么情况?【第8次课】教学目的：通过本次课教学使学生掌握钻孔灌注桩的施工技术。教学重点：钻孔灌注桩的施工过程、方法、注意事项等。教学难点：浇筑水下混凝土的要求。板书 讲解第三节桩基础的施工 一、钻孔灌注桩的施工 施工过程： 钻孔灌注桩施工应根据土质、桩径大小、入土深度和机具设备等条件选用适当的钻具和钻孔方法，以保证能顺利达到预计孔深，然后清孔、吊放钢筋笼架、灌注水下混凝土。设备：旋转钻冲击钻冲抓钻(一)准备工作1。准备场地 施工前应将场地平整好，以便安装钻架进行钻孔。当墩台位于无水岸滩时钻架位置处应整平夯实，清除杂物，挖换软土;场地有浅水时，宜采用土或草袋围堰筑岛(如图3-17

28、c)。当场地为深水或陡坡时，可用木桩或钢筋混凝土桩搭设支架，安装施工平台支承钻机(架)。深水中在水流较平稳时，也可将施工平台架设在浮船上，就位锚固稳定后在水上钻孔。水中支架的结构强度、刚度和船只的浮力、稳定都应事前进行验算。 2埋置护筒 护筒的作用是:(1) 固定桩位，并作钻孔导向；(2) 保护孔口，防止孔口土层坍塌;(3) 隔离孔内外表层水，并保持钻孔内水位高出施工水位 以稳固孔壁。板书 讲解对护筒的要求：埋置护筒要求稳固、准确。护筒制作要求坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成，如图3-16所示。护筒内径应比钻头直径稍大，旋转钻须增大0.10

29、.2m，冲击或冲抓钻增大0.20.3m（如图3-17a）护筒的埋设形式：上埋式下埋式(适于旱地或浅水筑岛埋置如图3-17b)、c)下沉理设(适于深水埋置如图3-17d)。埋置护筒时注意事项： (1) 护筒平面位置应埋设正确，偏差不宜大于5Omm; (2) 护筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。在无水地层钻孔，因护壁顶部设有溢浆口，因此筒顶也应高出地面0.20.3m; (3) 护筒底应低于施工最低水位(一般低于0.10.3m即可)。深水下沉理设的护筒应沿导向架借自重、射水、震动或锤击等方法将护筒下沉至稳定深度;入土深度:粘性土应达到0.5lm，砂性土则34m; (4)下理式及上埋

30、式护筒挖坑不宜太大(一般比护筒直径大1.00.60m)，护筒四周应夯填密实的粘土，护筒底应埋置在稳定的粘土层中，否则也应换填粘土并夯密实，其厚度一般为0.50m。3制备泥浆 泥浆作用：(1)在孔内产生较大的悬浮液压力，可防止坍孔;(2)泥浆向孔外土层渗漏，在钻迸过程中，由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外水流切断，能稳定孔内水位;(3)泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。因此在钻孔过程中，孔内应保持一定稠度的泥浆，一般比重以1.11.3为宜，在冲击钻进大卵石层时可用1.4以上，粘度为1025s，含砂率小于6%。在较好的粘土层中钻孔，板书 讲解也可灌入清水，使钻

31、孔时孔内自造泥浆，达到固壁效果。调制泥浆的粘土塑性指数不宜小于15。4安装钻机或钻架 钻架： 生产的定型旋转钻机和冲击钻机都附有定型钻架，其他一般常用还有木制和钢制的四脚架(图3-18)、三脚架或人字扒杆。 在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机(架)必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。钻机(架)安装就位时，应详细测量，底座应用枕木垫实塞紧，顶端应用缆风绳固定平稳，并在钻孔过程中经常检查。 (二)钻孔1.钻孔方法和钻具(1) 旋转钻进成孔 施工方法： 利用钻具的旋转切削土体钻进，并在钻进的同时常采用循环泥浆的方法护壁排渣，继续钻进成孔。泥浆循环的程序：正循环： 在钻进的同时，泥浆泵将泥

32、浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷人钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆仍进入泥浆池循环使用，如图3-19所示。板书 讲解反循环： 将泥浆用泥浆泵送至钻孔内，然后从钻头的钻杆下口吸进，通过钻杆中心排出到沉淀池，泥浆沉淀后再循环使用。反循环钻机的钻进及排渣效率较高，但在接长钻杆时装卸较麻烦，如钻渣粒径超过钻杆内径(一般为120mm)易堵塞管路，则不宜采用。钻头的构造：正循环旋转机有鱼尾锥(图3-20a)、圆柱形钻头(图3-20b)、刺猬钻头(图3-20c)反循环钻头为三翼空心钻(图3-21)。潜水电钻： 其特点是钻头与动力(电动机)联成一体，电动机直

33、接驱动钻头旋转切土，能量损耗小而效率高，但设备管路较复杂，旋转电动机及变速装置均须密封安装在钻头与钻杆之间。其钻进成孔方法与正循环法相同，在钻头端部喷出高速水流冲刷土体，以水力排渣。 (2) 冲击钻进成孔 施工方法： 利用钻锥(重为1035kN)不断地提锥、落锥反复冲击孔底土层，把土层中的泥砂、石块挤向四壁或打成碎渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用掏渣筒取出。重复上述过程冲击钻进成孔。 主要机具： 定型的冲击式钻机(包括钻架、动力、起重装置等)、冲击钻头、转向装置和掏渣筒等，也可用30一5OkN带离合器的卷扬机配合钢、木钻架及动力组成简易冲击机。 钻头： 一般是整体铸钢做成的实体钻锥，钻刃为十字形采用

34、高强度耐磨钢材做成，底刃最好不完全平直以加大单位长度上的压重，如图3-23所示(图中p=7090#=160一170。)。冲击时钻头应有足够的重量，适当的冲程和冲击频率，以使它有足够的能量将岩块打碎。 冲锥每冲击一次旋转一个角度，才能得到圆形的钻孔。因此在锥头和提升钢丝绳连接处应有转向装置，常用的有合金套或转向环，以保证冲锥的转动，也避免了钢丝绳打结扭断。 掏渣筒： 用以掏取孔内钻渣的工具，如图3-24所示，用3Omm左右厚的钢板制作，下面形阀门应与渣筒密合以防止漏水漏浆。 适用： 含有漂卵石、大块石的土层及岩层，也能用于其他土层。成孔板书 讲解深度一般不宜超过50m。(3) 冲抓钻进成孔 施工

35、方法： 用兼有冲击和抓土作用的冲抓锥，通过钻架，由带离合器的卷扬机操纵。靠冲锥自重(重为102OkN)冲下使抓土瓣锥尖张开插入土层，然后由卷扬机提升锥头收拢抓土瓣将土抓出，弃土后继续冲抓钻进而成孔。2钻孔注意事项(1) 在钻孔过程中，始终要保持钻孔护筒内水位要高出筒外1一1.5m的水位差和护壁泥浆的要求(泥浆比重为1.11.3、粘度为1025.5、含砂率6%等)，以起到护壁固壁作用，防止坍孔。若发现漏水(漏浆)现象，应找出原因及时处理。(2) 在钻孔过程中，应根据土质等情况控制钻迸速度、调整泥浆稠度，以防止坍孔及钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等情况发生。(3) 钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以

36、避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻。(4) 钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质等情况迸行检验，合格后立即清孔、吊放钢筋笼，灌注混凝土。(三)清孔及装吊钢筋骨架清孔目的： 除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，保证灌注的钢筋混凝土质量，保证桩的承载力。 清孔的方法：1抽浆清孔 用空气吸泥机吸出台钻渣的泥浆而达到清孔。由风管将压缩空气输进排泥管，使泥浆形成密度较小的泥浆空气混合物，在水柱压力下沿排泥管向外排出泥浆和孔底沉渣，同时用水泵向孔内注水，保持水位不变直至喷出清水或沉渣厚度达设计要求为止，适用于孔壁不易坍塌，各种钻孔方法的柱桩和摩擦桩如图3-26;

37、2掏渣清孔 用掏渣筒掏清孔内粗粒钻渣，适用于冲抓、冲击成孔的摩擦桩;3换浆清孔 正、反循环旋转机可在钻孔完成后不停钻、不进尺，继续循环换浆清渣直至达到清理泥浆的要求。它适用于各类土层的摩擦桩。板书 讲解清孔要求： 浇注混凝土前孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25、含砂率8%、粘度28s(见建筑桩基技术规范JGJ94-94)。钢筋笼骨架要求： 钻孔桩的钢筋应接设计要求预先焊成钢筋笼骨架，整体或分段就位，吊入钻孔。 钢筋笼骨架吊放前应检查孔底深度是否符合要求;孔壁有无妨碍骨架吊放和正确就位的情况。钢筋骨架吊装可利用钻架或另立扒杆进行。吊放时应避免骨架碰撞孔壁，并保证骨架外混凝土保护层厚度，应

38、随时校正骨架位置。钢筋骨架达到设计标高后，牢固定位于孔口。钢筋骨架安置完毕后，须再次进行孔底检查，有时须进行二次清孔，达到要求后即可灌注水下混凝土。(四)灌注水下混凝土1灌注方法及有关设备导管法的施工过程（如图3-27所示）将导管居中插入到离孔底0.300.40m(不能插入孔底沉积的泥浆中)导管上口接漏斗，在接口处设隔水栓，以隔绝混凝士与导管内水的接触在漏斗中存备足够数量的混凝土放开隔水栓使漏斗中存备的混凝土连同隔水栓向孔底猛落，将导管内水挤出，混凝土从导管下落至孔底堆积，并使导管埋在混凝土内，此后向导管连续灌注混凝土。导管下口埋入孔内混凝土内11.5m深以保证钻孔内的水不可能重新流入导管。随

39、着混凝土不断由漏斗、导管潜入钻孔，钻孔内初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆不断被顶托升高，相应地不断提升导管和拆除导管，直至钻孔灌注混凝土完毕。有关设备导管： 是内径0.200.40m的钢管，壁厚34mm，每节长度12m，最下面一节导管应较长，一般为34m。导管两端用法兰盘及螺栓连接，并垫橡皮圈以保证接头不漏水，如图3-28所示，导管内壁应光滑，内径大小一致，连接牢固在压力下不漏水。板书 讲解隔水栓： 常用直径较导管内径小2030mm的木球，或混凝土球、砂袋等，以粗铁丝悬挂在导管上口或近导管内水面处，要求隔水球能在导管内滑动自如不致卡管。木球隔水栓构造如图3-27所示。目前也有采用在漏斗与导管

40、接头处设置活门来代替隔水球，它是利用混凝土下落排出导管内的水，施工较简单但需有丰富操作经验。首批灌注的混凝土数量： 要保证将导管内水全部压出，并能将导管初次埋入1l.5 m深。按照这个要求计算第一斗连续浇灌混凝土的最小用量，从而确定漏斗的尺寸大小及储料槽的大小。漏斗和储料槽的最小容量(m3)为(参看图3-27b): V=h1 d2/4+HcD2/4式中: Hc- 导管初次埋深加开始时导管离孔底的间距(m); h1- 孔内混凝土高度Hc时，导管内混凝土柱与导管外水压平衡所需高度(m)，h1=Hww/c 其中：Hw - 孔内水面到混凝土面的水柱高(m); w、c- 孔内水(或泥浆)及混凝土的容重;

41、 d、D- 导管及桩孔直径(m); 漏斗顶端至少应高出桩顶(桩顶在水面以下时应比水面)3m，以保证在灌注最后部分混凝土时，管内混凝土能满板书 讲解足顶托管外混凝土及其上面的水或泥浆重力的需要。2对混凝土材料的要求为保证水下混凝土的质量，设计混凝土配合比时，要将混凝土标号提高20%;混凝土应有必要的流动性，以坍落度表示;坍落度宜在180220mm范围内;每m，混凝土水泥用量不少于360kg，水灰比宜用0.50,6，并可适当提高含砂率(宜采用40%50%)使混凝土有较好约和易性;为防卡管，石料尽可能用卵石，适宜直径为530mm，最大粒径不应超过40mm。 3灌注水下混凝土注意事项 (1) 混凝土拌

42、合必须均匀，尽可能缩短运输距离和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故; (2) 灌注混凝土必须连续作业，一气呵成，避免任何原因的中断灌注，因此混凝土的搅拌和运输设备应满足连续作业的要求，孔内混凝土上升到接近钢筋笼架底处时应防止钢筋笼架被混凝土顶起; (3) 在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，提管时控制和保证导管埋入混凝土面内有35m深度。防止导管提升过猛，管底提离混凝土面或埋入过浅，而使导管内进水造成断桩夹泥。另方面也要防止导管埋入过深，而造成导管内混凝土压不出或导管为混凝土埋住凝结，不能提升，导致中止浇灌而成断桩; (4) 灌注的桩顶标高应比设计值预加一定的高

43、度，此范围的浮浆和混凝土应凿除，以确保桩顶混凝土的质量，预加高度一般为0.5m，深桩应酌量增加。待桩身混凝上达到设计强度，按规定检验后方可灌注系梁、盖梁或承台。 【思考题】1 如何保证钻孔灌注桩的施工质量?2 钻孔灌注桩成孔时，泥浆起什么作用?制备泥浆应控制哪些指标? 3 钻孔灌注桩有哪些成孔方法，各适用什么条件?【第9次课】教学目的：通过本次课教学使学生掌握挖孔灌注桩、沉管灌注桩、打入桩和水中桩基础的施工技术。教学重点：挖孔灌注桩、沉管灌注桩、打入桩和水中桩基础的施工过程及注意事项。教学难点：水中桩基础的施工的方法。板书 讲解 二、挖孔灌注桩的施工 1开挖桩孔 一般采用人工开挖，开挖之前应清

44、除现场四周及山坡上悬石、浮土等排除一切不安全的因素，做好孔口四周临时围护和排水设备、孔口应采取措施防止土石掉入孔内，并安排好排土提升设备，布置好弃土通道，必要时孔口应搭雨栅。 挖土过程中要随时检查桩孔尺寸和平面位置，防止误差。并注意施工安全，下孔人员必须配戴安全帽和安全绳，提取土渣的机具必须经常检查。孔深超过lOm时，应经常检查孔内二氧化碳浓度，如超过0.3%应增加通风措施。孔内如用爆破施工，应采用浅眼爆破法，且在炮眼附近要加强支护，以防止震坍孔壁。桩孔较深时，应采用电引爆，爆破后应通风排烟，经检查孔内无毒后施工人员方可下孔。应根据孔内渗水情况，注意做好孔内排水工作。 2护壁和支撑 挖孔桩开挖

45、过程中，开挖和护壁两个工序，必须连续作业，以确保孔壁不坍。应根据地质、水文条件、材料来源等情况因地制宜选择支撑和护壁方法。桩孔较深，土质相对较差，出水量较大或遇流砂等情况时，宜采用就地灌注混凝土护壁，如图3-2%)，每下挖12m灌注一次，随挖随支。护壁厚度一般采用0150.2Om，混凝土为1520号，必要时可配置少量的钢筋，也可采用下沉预制钢筋混凝土护壁。如土质较松散而渗水量不大时，可考虑用木料作框架式支撑或在木框架后面铺木板作支板书 讲解撑，如图3-29b)。木框架或木框架与木板间应用扒钉钉牢木板后面也应与上面塞紧。如土质尚好，渗水不大时也可用荆条、竹笆作护壁，随挖随护壁，以保证挖土安全进行

46、。3吊装钢筋骨架及灌注桩身混凝土 挖孔到达设计深度后，应检查和处理孔底和孔壁情况，清除孔壁、孔底浮土，孔底必须平整，土质及尺寸符合设计要求，以保证基桩质量。吊装钢筋笼架及需要时灌注水下混凝土有关事项可参阅钻孔灌注桩有关部分。 三、沉管灌注桩的施工 沉管灌注桩无论是采用锤击打桩设备沉管，还是采用振动打桩设备沉管，其施工过程如图3-30所示。 注意事项：1套管开始沉入土中，应保持位置正确，如有偏斜或倾斜应即纠正;2拔管时应先振后拔，满灌慢拔，边振边拔。在开始拔管时应测得桩靴活瓣确已张开，或钢筋混凝土确已脱离，灌入混凝土已从套管中流出，方可继续拔管。拔管速度宜控制在每分钟1.5m之内，在软土中不宜大

47、于每分钟0.8m。边振边拔以防管内混凝土被吸往上拉而缩颈，每拔起0.5m，宜停拔，再振动片刻，如此反复进行，直至将套管全部拨出。3在软土中沉桩时，由于排土挤压作用会使周围土体侧移及隆起，有可能挤断邻近已完成但混凝土强度还不高的灌注桩，因此桩距不宜小于3一3.5倍桩径，宜采用间隔跳打的施工方法，避免对邻桩挤压过大。4由于沉管的挤压作用，在软粘土中或软、硬土层交界处所产生的孔隙水压力较大或侧压力大小不一而易产生混凝土桩缩颈。为了弥补这种现象可采取扩大桩径的复打措施，即在灌注混凝土并拨出套管后，立即在原位重新沉管再灌注混凝土。复打后的桩，其横截面增大，承载力提高，但其造价也相应增加，对邻近桩的挤压也

48、大。板书 讲解四、打入桩的施工打入桩靠桩锤的冲击能量将桩打入土中，因此桩径不能太大(在一般土质中桩径不大于0.6m)，桩的入土深度在一般土质中不超过40m，否则打桩设备要求较高，而打桩效率较低。打入桩主要为钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩。主要设备和施工中应注意问题(一)桩锤坠锤： 坠锤是最简单的桩锤，它是由铸铁或其他材料做成的锥形或柱形重块，锤重220kN，用绳索或钢丝绳通过吊钩由人力或卷扬机沿桩架杆提升，然后使锤自由落下锤击桩顶，如图3-31所示。坠锤打桩效率低，每分钟仅能打数次，但设备简单，适用于小型工程中打木桩或小直径的钢筋混凝土桩。单动汽锤单动汽锤是利用蒸气或压缩空气将桩锤沿桩架顶起提升

49、，而下落则靠锤自由落下锤击脏顶，如图3-32a)所示。单动汽锤的重力为10一100kN，每分钟冲击20一40次，冲程为1.5m左右。单动汽锤是一种常用的桩锤，适用于打钢桩和钢筋混凝土桩等各种桩。双动汽锤双动汽锤也是利用蒸气或压缩空气的作用将桩锤(冲击部分)在双动汽锤的外壳即汽缸(固定在桩头上)内上下运动，锤击桩板书 讲解顶。其锤重3一1OkN，冲击频率高，每分钟可冲击百次以上，冲程数百毫米，打桩效率高，但一次冲击动能较小。它适用于打较轻的钢筋混凝土桩、钢板桩等各类桩，不仅可用以打桩，还可用于拔桩，在生产中得到广泛使用柴油锤。 柴油锤实际上是一个柴油汽缸，工作原理同柴油机，利用柴油在汽缸内压缩发

50、热点燃而爆炸将汽缸沿导向杆顶起，下落时锤击桩顶，如图3-32b)所示。柴油锤除杆式柴油锤外，还有筒式柴油锤，均为常用，其机架设备较轻，移动方便，燃料消耗少，效率也较高。锤型大、小均有，常用锤重20一72kN，每分钟冲击50一60次，冲程1.8一2.3m，可打钢桩或钢筋混凝土桩等各种桩。 打入桩施工时，应适当选择桩锤重量，桩锤过轻，桩难以打下，效率太低，还可能将桩头打坏。但桩锤过重，则各种机具、动力设备都需加大，不经济。锤重与桩重的比值一般不宜小于表3-2(二)桩架桩架的作用： 装吊桩锤、插桩、打桩、控制桩锤的上下方向。桩架的组成： 它包括导杆(又称龙门，控制桩和锤的插打方向)、起吊设备(滑轮组

51、、绞车、动力设备等)、撑架(支撑导杆)及底盘(承托以上设备)、移位行走部件等组成。板书 讲解桩架的要求： 桩架在结构上必须有足够的强度、刚度和稳定性，保证在打桩过程中桩架不会发生移动和变位。桩架的高度应保证桩吊立就位的需要和锤击的必要冲程。桩架的类型： 很多，常用的是钢桩架，有与柴油锤或汽锤成套配备的，也有自制的。柴油锤都带有型钢拼装式的桩架，比较轻巧，易于移动。钢桩架拼装，一般均先拼装底盘，逐步向上安装。桩架移动换位可在底盘托板下面垫上滚筒或铺设钢轨，或桩架为自行移动配置轮子、履带，并利用自身动力装置牵引移动或行走。 钢制万能打桩架(图3-33)的底盘带有转合和车轮(下面铺设钢轨)，撑架可以

52、调整导向杆的斜度，因此它能沿轨道移动，能在水平面作360。旋转，能打斜桩，施工方便，但桩架本身笨重，拆装运输较困难。(三)桩的吊运预制的钢筋混凝土桩由预制场地吊运到桩架内，在起吊、运输堆放时，都应该按照设计计算的吊点位置起吊(一般吊点在桩内预埋直径为2025mm的钢筋吊环，或以油漆在桩身标明)，否则桩身受力情况与计算不符，可能引起桩身混凝土开裂。 预制的钢筋混凝土桩主筋一般是沿桩长按设计内力均匀配置的。桩吊运(或堆放)时的吊点(或支点)位置，是根据吊运或堆放时桩身产生的正负弯矩相等的原则确定的，这样较为经济。一般长度的桩，水平起吊常采用两个吊点，按上述原则确定吊点的位置应位于0.207l处，如图3-34a)所示，这时，MA= MB = MAB =0.0214ql2 插桩吊立时，常为单点起吊，根据同样原则，单吊点位置应位于0.293l处，如图3-34b)所示，这时，MC = MCD =0.0429ql2 对于较长的桩为了减小内力、节省钢材，有时采用多点起吊。此时应根据施工的实际情况，考虑桩受力的全过程，合理布置吊点位置，并确定吊点上的作用力的大小与方向，然后计算桩身内力与配筋，或验算其吊运时的强度。板书 讲