高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介課件

1、高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介高層建筑灌注樁施工方法簡(jiǎn)介高層建筑灌注樁施工方法簡(jiǎn)介高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 在世界各國(guó)的深基礎(chǔ)工程中，樁基是主要手段，而在樁基中應(yīng)用最廣泛的是混凝土灌注樁。在高層建筑、橋梁工程中大直徑混凝土灌注樁的應(yīng)用越來(lái)越普遍，這是由于它具有一系列優(yōu)點(diǎn)： (1)單樁承載力高，一根樁可以承受幾百?lài)嵞酥翈浊?，能滿(mǎn)足高層建筑的框架結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)體系的需要，由于單樁承載力高，可以作到一根柱子下面只有一根樁，可以不作承臺(tái)； (2)巖層埋藏較淺時(shí)，大直徑灌注樁可以嵌入巖層一定深度，使樁更加結(jié)實(shí)牢固； (3)大直徑灌注樁由于成孔直徑大，施工時(shí)下放鋼筋籠方便，灌注水下混凝土也易于保證

2、質(zhì)量； (4)大直徑灌注樁既能承受較大的垂直荷載，也能承受較大的水平荷載，而且能嵌入地層一定深度，其抗震性能也較好，同時(shí)沉降也小，能防止不均勻沉降。 (5)灌注樁施工不存在沉樁擠土問(wèn)題，振動(dòng)和噪音均很小，對(duì)鄰近建筑物、構(gòu)筑物及地下管線(xiàn)、道路等的危害極小。 但是，混凝土灌注樁的成樁工藝較復(fù)雜，尤其是濕作業(yè)成孔時(shí)，成樁速度也較預(yù)制打入樁慢。且其成樁質(zhì)量與施工好壞密切有關(guān)，成樁質(zhì)量難以直 高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介觀(guān)的進(jìn)行檢查。 大直徑的混凝土灌注樁，在我國(guó)高層建筑施工中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。北京、上海、天津、廣州、深圳等地一些著名的高層建筑不少都是利用混凝土灌注樁。通過(guò)工程實(shí)踐，在機(jī)械設(shè)備、成樁工藝

3、和質(zhì)量檢測(cè)方面都取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。 混凝土灌注樁的成孔，按設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)條件、設(shè)備情況，可采用鉆、沖、抓和挖等不同方式。成孔作業(yè)還分為干式成孔(孔內(nèi)無(wú)水)和濕式成孔(孔內(nèi)有水)，分別采用不同的成孔設(shè)備和技術(shù)措施。濕式成孔時(shí)，需采用泥漿護(hù)壁，并用水下混凝土的澆筑方式澆筑樁身混凝土。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 鉆孔灌注樁施工可采用干式成孔或濕式成孔，成孔后吊放鋼筋籠，灌注混凝土而成。施工時(shí)要保證設(shè)計(jì)要求的孔徑、孔深和孔的垂直精度，并保證孔底松士沉渣厚度滿(mǎn)足規(guī)范要求。(一)干式成孔的鉆孔灌注樁 干式成孔用螺旋鉆機(jī)(圖5-10)，它由主機(jī)、滑輪組、螺旋鉆桿、鉆頭、滑動(dòng)支架、出土裝置等組成。由螺旋鉆頭切削土

4、體，切下的土隨鉆頭旋轉(zhuǎn)并沿螺旋葉片上升而排出孔外。這種鉆機(jī)效率高，無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，宜用于勻質(zhì)粘性土，亦能穿透砂層。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 用螺旋鉆機(jī)成孔時(shí)，鉆機(jī)就位檢查無(wú)誤后使鉆桿慢慢下移，當(dāng)接觸地面時(shí)開(kāi)動(dòng)電機(jī)，先用慢速鉆進(jìn)，以免鉆桿晃動(dòng)，又易于保證樁位和垂直度。遇硬土層亦應(yīng)慢速鉆進(jìn)。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)在原位空轉(zhuǎn)清土，停鉆后提出鉆桿棄土。鉆出的土應(yīng)及時(shí)清除，不可堆在孔口。鉆進(jìn)時(shí)如發(fā)現(xiàn)鉆桿不正常的晃動(dòng)或難以鉆進(jìn)，應(yīng)立即提鉆檢查，排除障礙。 鋼筋籠宜一次整體吊入，如過(guò)長(zhǎng)亦可分段吊，兩段焊接后再徐徐沉放孔內(nèi)。吊放鋼筋籠時(shí)嚴(yán)防碰撞孔壁。 經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)灌注混凝土，深度大于6m時(shí)靠混凝土下沖力自

5、身砸實(shí)，小于6m者以長(zhǎng)竹桿插搗，上面的2m用振動(dòng)器搗實(shí)。 螺旋鉆孔灌注樁目前在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。除上述用干式成孔的螺旋鉆機(jī)施工法之外，還有下述幾種方法： 1.大芯管、小葉片的螺旋鉆機(jī)成樁法，這種鉆機(jī)的鉆桿芯管較粗，待鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，通過(guò)芯管下放鋼筋籠，然后灌注混凝土，留下鉆頭、拔出鉆桿即可。該法無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，是美國(guó)60年代開(kāi)始使用的，現(xiàn)在歐、美一些國(guó)家仍在使用。 高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 2日本的CTP工法 該法是用帶普通螺旋鉆桿的鉆機(jī)成孔，待鉆至設(shè)計(jì)深度后停鉆，打開(kāi)鉆頭底活門(mén)，然后邊提鉆桿邊通過(guò)中空的鉆桿芯管向孔內(nèi)泵送混凝土直至孔口，然后向孔內(nèi)混凝土中壓入或打人鋼筋籠而成樁。該法日本從70年

6、代開(kāi)始應(yīng)用，目前歐洲各國(guó)仍應(yīng)用較多。但該法混凝土的泵送壓力小于2MPa，且向已灌注混凝土的樁孔內(nèi)壓入鋼筋籠較困難，因而應(yīng)用受到一定的限制。 3鉆孔壓漿成樁法 該法是我國(guó)的一項(xiàng)專(zhuān)利。其工藝原理是：先用螺旋鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度，通過(guò)鉆桿芯管利用鉆頭處的噴嘴向孔內(nèi)自下而上高壓噴注制備好的以水泥漿為主劑的漿液，使液面升至地下水位或無(wú)坍孔危險(xiǎn)的位置處，提出全部鉆桿后，向孔內(nèi)沉放鋼筋籠和骨料至孔口，最后再由孔底向上高壓補(bǔ)漿，直至漿液達(dá)到孔口為止。成樁的樁徑3001000mm,深度可達(dá)50m。 該法連續(xù)一次成孔，多次由下而上高壓注漿成樁，具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)護(hù)壁泥漿排污的優(yōu)點(diǎn)，又能在流砂、卵石、地下水位高易

7、坍孔等復(fù)雜地質(zhì)條件下順利成孔成樁，而且由于高壓注漿時(shí)水泥漿的滲透擴(kuò)散，解決了斷樁、縮頸、樁間虛土等問(wèn)題，還有局部膨脹擴(kuò)徑現(xiàn)象，因此單樁承載力由摩擦力、支承力和端承力復(fù)合而成，比普通灌注樁約提高1倍以上。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 該成樁工藝，自1985年以來(lái)已在國(guó)內(nèi)幾百個(gè)高難度基礎(chǔ)工程中成功應(yīng)用，累計(jì)達(dá)幾十萬(wàn)延米，也引起世界上許多國(guó)家的重視，技術(shù)在國(guó)際上領(lǐng)先。 (二)濕式成孔的鉆孔灌注樁 濕式成孔鉆孔灌注樁的成孔，可用沖抓錐成孔機(jī)、斗式鉆頭成孔機(jī)、沖擊式鉆孔機(jī)、潛水電站、大直徑旋入全套管護(hù)壁成孔鉆機(jī)(貝諾托Benote鉆機(jī))和工程水文地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)等。 1沖擊式鉆孔機(jī)成孔 該機(jī)主要用于巖土層中，施

8、工時(shí)將沖錐式鉆頭提升一定高度后以自由下落的沖擊力來(lái)破碎巖層，然后排除碎塊后成孔。沖擊式鉆頭重量一般為5003000kg，按孔徑大小選用，多用鋼絲繩提升。 在孔口處埋設(shè)護(hù)筒，穩(wěn)定孔口土壁及保持孔內(nèi)水位，護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大300400mm，護(hù)筒高1.52.0m，用厚68mm鋼板制作，用角鋼加固。掏渣筒用鋼板制作，用來(lái)掏取孔內(nèi)渣漿。 2潛水電鉆成孔 潛水電鉆是近年來(lái)應(yīng)用較廣的一種成孔機(jī)械。它是將電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)加以密封，與底部的鉆頭連接在一起組成鉆具?？蓾撊肟變?nèi)作業(yè)，以正(反)循環(huán)方式將泥漿送人孔內(nèi)，再將鉆削下的土屑由循環(huán)的泥漿帶出孔外。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 潛水電鉆體積小，重量輕，機(jī)動(dòng)靈活，成孔速

9、度較快，適用于地下水位高的淤泥質(zhì)土、粘性土、砂質(zhì)土等，換用合適的鉆頭亦可鉆入巖層。鉆孔直徑約8001500mm，深度可達(dá)50m。它常用籠式鉆頭(圖511)。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介3.斗式鉆頭成孔機(jī)成孔 斗式鉆頭成孔機(jī)國(guó)內(nèi)尚無(wú)定型產(chǎn)品，多為施工單位自行加工。國(guó)外有定型產(chǎn)品，日本的加藤式(KATO)鉆機(jī)即屬此類(lèi)，有20HR、20TH、50TH型號(hào)，鉆孔直徑5002000mm，鉆孔深度60m。斗式鉆頭成孔機(jī)由鉆機(jī)、鉆桿、土斗、傳動(dòng)與減速裝置等組成，如圖所示。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 鉆機(jī)利用履帶式樁機(jī)，鉆桿由可伸縮的空心方鋼管與實(shí)心方鋼芯桿組成。芯桿的下端以銷(xiāo)軸與斗式鉆頭相連。提起鉆桿時(shí)，內(nèi)、中鉆

10、桿均收縮在外套桿內(nèi)，鉆孔取土?xí)r，隨著鉆孔深度的增加，先伸出中套桿，后伸出內(nèi)芯桿。電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪變速箱減速后作用于方形鋼鉆桿上，控制工作轉(zhuǎn)速為7rmin。 用此法成孔的施工過(guò)程如圖5-13所示先開(kāi)孔，斗式鉆頭裝滿(mǎn)土后提出鉆孔卸于翻斗汽車(chē)，然后繼續(xù)挖土，待其達(dá)到一定深度則安設(shè)護(hù)筒并輸入護(hù)壁泥漿，然后正式開(kāi)始鉆孔。達(dá)到設(shè)計(jì)深度后仔細(xì)進(jìn)行清碴，接下來(lái)吊放鋼筋籠和用導(dǎo)管澆筑混凝土。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 用此法成孔的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械安裝簡(jiǎn)單，工程費(fèi)低；最宜在軟粘土中開(kāi)挖；無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)；挖掘速度快。其缺點(diǎn)是：如土層中有壓力較高的承壓水時(shí)挖掘較困難；挖掘后樁的直徑可能比鉆頭直徑大1020；如不精心施工或管理

11、不善，會(huì)產(chǎn)生坍孔。 4大直徑旋入全套管護(hù)壁成孔(Benote)鉆機(jī)成孔 貝諾特鉆機(jī)首先用于法國(guó)，后來(lái)傳至世界各地。它是利用一種搖管裝置邊搖動(dòng)邊壓進(jìn)鋼套管，同時(shí)用沖抓斗挖掘土層。除去巖層，幾乎所有的土質(zhì)都可挖掘。該法是工大直徑鉆孔樁有代表性的三種方法之一，在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，我國(guó)在施工廣州花園酒店的直徑1200mm的灌注樁時(shí)，也曾使用過(guò)法國(guó)制造的貝諾特鉆機(jī)。 貝諾特鉆機(jī)的主要構(gòu)造如圖所示，施工時(shí)先將套管垂直豎起并對(duì)準(zhǔn)位置，然后用搖管裝置1將套管2邊搖動(dòng)邊壓入。套管長(zhǎng)度有6、4、3、2和1m等幾種供選用，一般多選用6m，套管之間用鎖口插銷(xiāo)進(jìn)行連接。 搖管裝置由夾緊器、搖動(dòng)裝置、上面的鏈條滑車(chē)以及壓

12、進(jìn)和拔出用的千斤頂組成。施工時(shí)用搖動(dòng)臂和專(zhuān)用的夾緊千斤頂將鋼套管夾住，利用搖動(dòng)千斤頂使鋼套管在圓周方向搖動(dòng)，同時(shí)尚可壓進(jìn)或拔出套管。由于搖動(dòng)使套管與土層間的靜摩擦消失，使套管借助自重和壓進(jìn)千斤頂?shù)膲毫樌剡M(jìn)行下沉。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 用貝諾特鉆機(jī)挖土?xí)r，在壓入鋼套管后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)將沖抓斗(一次抓土量為0.180.50m3 )放下與土層接觸抓土，然后將其吊起至位置4，再向前推出至狀態(tài)5，此時(shí)靠鋼絲繩操縱使沖抓斗的抓瓣張開(kāi)，使土落至砂土槽6上，裝于翻斗車(chē)運(yùn)出。如此反復(fù)進(jìn)行挖土，直至挖到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度為止。在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，清除鉆碴，然后放下鋼筋籠，用導(dǎo)管進(jìn)行澆筑混凝土，并拔出套管。高層建

13、筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 用貝諾特鉆機(jī)施工時(shí)，保證套管垂直非常重要，尤其是在埋設(shè)第一、二節(jié)套管時(shí)更應(yīng)注意。 為了保證能垂直的埋設(shè)套管，首先應(yīng)當(dāng)注意貝諾特鉆機(jī)本身是否水平。在軟土地基上安裝機(jī)械，即使開(kāi)始時(shí)呈水平狀態(tài)，但在起吊和豎立套管時(shí)，由于重心位置前移，容易造成前方向下傾斜。此時(shí)，就應(yīng)在地面上滿(mǎn)鋪枕木以擴(kuò)大支承面積。挖掘開(kāi)始時(shí)，應(yīng)隨挖掘隨測(cè)定套管是否垂直，一旦發(fā)現(xiàn)套管傾斜，就要拔出套管，重新調(diào)正貝諾特鉆機(jī)的水平。為保證樁體垂直，第一、二節(jié)套管必須謹(jǐn)慎地加以埋設(shè)。 用貝諾特鉆機(jī)施工，會(huì)由于沖抓斗沖擊、抓瓣抓土和地下水壓力引起的翻砂等使樁尖處土層松軟。也會(huì)由于套管刃腳與套管外圍尺寸的差額、地下水及搖動(dòng)套

14、管等使樁周?chē)耐翆幼兯绍洠@對(duì)于砂性土尤為顯著。由于上述原因，減少使樁周?chē)翆幼兯绍浀姆秶?塑性區(qū)域)方法為： 為減少樁尖處土層的松軟，在開(kāi)挖時(shí)應(yīng)使樁孔內(nèi)的水位保持在地下水位以上，使地下水壓不致產(chǎn)生翻砂現(xiàn)象，另外，樁尖處的土層應(yīng)絕對(duì)避免超挖，還應(yīng)該避免采用沖擊方式挖掘樁尖處的土層。 貝諾特法的優(yōu)點(diǎn)是： (1)相比較而言，無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)；高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 (2)除巖層外，其他任何土質(zhì)均可適用； (3)在挖掘時(shí)，可確切地搞清楚持力層的土質(zhì)，便于選定樁的長(zhǎng)度； (4)挖掘速度快，挖深大，一般可挖至50m左右； (5)在軟土地基中開(kāi)挖，由于先行壓入套管，不會(huì)引起坍孔； (6)由于有套管，在靠近

15、已有建筑物處亦可進(jìn)行施工； (7)可施工斜樁，可用搭接法施工柱列式地下連續(xù)墻。 貝諾特法的缺點(diǎn)是： (1)因?yàn)樨愔Z特鉆機(jī)是大型機(jī)械，施工時(shí)需要占用較大的施工場(chǎng)地； (2)在軟土地層中施工，尤其是在含地下水的砂層中挖掘，由于套管的搖動(dòng)會(huì)使周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的地基松軟； (3)如地下水位以下有厚細(xì)砂層時(shí)(厚度5m以上)，由于套管搖動(dòng)會(huì)使土層產(chǎn)生排水固結(jié)作用，往往因此而不能繼續(xù)向下挖掘； (4)由于沖抓斗的沖擊會(huì)使樁尖處持力層變得松軟； (5)根據(jù)地質(zhì)情況的不同，已挖成的樁徑會(huì)擴(kuò)大410。 高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 5 5、工程水文地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔、工程水文地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔 回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是目前灌注樁施工用得

16、最多的施工機(jī)械，該鉆機(jī)配有移動(dòng)裝置，設(shè)備性能可靠，噪音和振動(dòng)小，效率高，質(zhì)量好。該鉆機(jī)配以籠式鉆頭，可多檔調(diào)速或液壓無(wú)級(jí)調(diào)速，以泵吸或氣舉的反循環(huán)或正循環(huán)方式進(jìn)行鉆進(jìn)。它適用于松散土層、粘土層、砂礫層、軟硬巖層等各種地質(zhì)條件。其施工程序如圖5-16所示。 高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔工藝應(yīng)用較多，現(xiàn)分別詳述如下。 (1)正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔。 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔的工藝原理圖如圖5-17所示，其設(shè)備簡(jiǎn)單，將常用的地質(zhì)鉆機(jī)、水文鉆機(jī)等稍加改裝即可。操作簡(jiǎn)單、工藝成熟。當(dāng)孔深不太深、孔徑vg，即鉆碴上升速度vs=va-vg0或va=vs+vg。由此可見(jiàn)，vg一定時(shí)，va大、vs亦大，鉆碴排出

17、快，鉆進(jìn)效率提高。但va亦不能過(guò)太，因?yàn)殂@碴泥漿混合液通過(guò)鉆桿內(nèi)腔時(shí)的壓力損失由三部分組成：高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 由式(5-19)可看出，pf與va2成正比，va過(guò)大時(shí)pf較大，一般va15ms即可鉆進(jìn)。國(guó)外認(rèn)為va=34ms較好，但國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)此值過(guò)大，對(duì)孔壁沖刷厲害，不利于孔壁穩(wěn)定，認(rèn)為va=23ms較好，可使鉆碴上升速度vs=11.5ms。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 3)砂石泵排量 可按下式計(jì)算其他符號(hào)同前。 我國(guó)生產(chǎn)的砂石泵，進(jìn)水口直徑為100250mm，排量為150400m3/h，可根據(jù)式(5-21)合理選用。 4)主動(dòng)鉆桿長(zhǎng)度H： 主動(dòng)鉆桿長(zhǎng)度H直接影響水龍頭頂部最高點(diǎn)T至孔

18、內(nèi)液面的距離HL，而HL的大小又直接影響水龍頭頂部最高點(diǎn)T處的壓力，而此壓力不得小于循環(huán)介質(zhì)的汽化壓力，以防引起氣蝕現(xiàn)象，損壞水龍頭和砂石泵。因此，主動(dòng)鉆桿長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，但如果太短則加接鉆桿時(shí)間長(zhǎng)，不利提高鉆進(jìn)效率。在HL一定時(shí)，宜增大H。正常鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆完主動(dòng)鉆桿加接一根鉆桿后HL最大(圖5-22)，此時(shí)高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 HL=Ha+H+Hb+a (2-22)高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 由式(2-22)可知，為了增大H，就要盡量降低鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)和安裝高度Ha和盡量縮短水龍頭的高度Hb。過(guò)去認(rèn)為只要主動(dòng)鉆桿的長(zhǎng)度不大于35m就可以起動(dòng)砂石泵，實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)。以致常由于轉(zhuǎn)盤(pán)安裝高度過(guò)大而導(dǎo)致砂石泵起動(dòng)困難，甚至無(wú)法起動(dòng)。 5)泥漿液面(圖5-23)： 國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，在第四系地層中鉆進(jìn)成孔，只要孔內(nèi)水頭壓力比孔外地下水壓力大2104Pa以上，就能保證孔壁的穩(wěn)定。即 由式(5-23)可以看出，要滿(mǎn)足靜水壓力的要求，可以單獨(dú)增大H或a，或同時(shí)改變H和a。但a不應(yīng)過(guò)大，最大不宜超過(guò)1.10104Nm3，以防砂石泵起動(dòng)困難和增大壓力損失。但H過(guò)大會(huì)提高設(shè)備安裝高度，且護(hù)筒埋深需加大，以防孔內(nèi)泥漿順護(hù)筒外側(cè)反竄至地面，故須綜合考慮。高層建筑樁基施工方法簡(jiǎn)介 一般當(dāng)L2m時(shí)，可用清水護(hù)壁；當(dāng)1mL2m時(shí)，可提高護(hù)筒，設(shè)法提高孔內(nèi)液位，使之高出地面1m左右，用清水或稀泥漿護(hù)