建筑施工技術(shù)樁基工程

第六章樁基工程

第一節(jié)

概述樁基礎(chǔ)是深基礎(chǔ)的一種，上部荷載通過樁基傳遞到地基深處的持力層上。據(jù)樁的材料不同有木樁、鋼筋混凝土樁和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼樁之分。

樁的施工方法有：預(yù)制樁和現(xiàn)場(chǎng)澆制樁。預(yù)制樁的沉樁方式有：①錘擊法沉樁利用錘下落時(shí)的沖擊能，克服樁長(zhǎng)和樁周的阻力使樁下沉的錘擊方式；②震動(dòng)法沉樁利用偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的激震力帶動(dòng)樁上下震動(dòng)，使之降低樁周和樁尖下土壤的阻力，使樁下沉的振動(dòng)方式；③射水法沉樁利用射水管噴出高壓水束沖擊破壞樁尖下的土壤結(jié)構(gòu)，減小土壤對(duì)樁的阻力，樁在自重和壓重作用下沉入土層中；④靜壓法沉樁利用重物的靜力作用，克服樁周和樁尖阻力使樁下沉的靜壓方式。

圖7-1預(yù)應(yīng)力管樁

圖7-2北京首都國際機(jī)場(chǎng)新航站樓T3B基礎(chǔ)樁工程

圖7-3杭州灣跨海大橋樁基工程圖7-4水上樁基施工第二節(jié)預(yù)制樁沉樁方式及設(shè)備選擇一、錘擊法沉樁方式

(一)錘擊法沉樁的原理及施工過程

原理：利用打樁錘沖擊部分下落時(shí)的沖擊力錘擊樁頭（圖7-5），當(dāng)沖擊力超過樁側(cè)面和樁尖部分土的阻力，破壞了樁和土的靜力極限平衡狀態(tài)，土體受到剪切破壞，樁即下沉。錘擊法沉樁施工工序：

準(zhǔn)備工作檢查標(biāo)高及貫入度卸錘樁臨時(shí)固定及修補(bǔ)施打

套錘及替打吊樁和就位樁架移位→→→→→→→(二)樁入土?xí)r的土壤變形

樁沉入土?xí)r，土壤受擠而變形第Ⅰ圈：破壞圈

第Ⅱ圈：擠實(shí)圈

第Ⅲ圈：擾動(dòng)圈

第Ⅳ圈：影響圈

圖7-6樁沉?xí)r的土壤受擠變形

(三)沉樁設(shè)備及選擇

沉樁有陸上沉樁及水上沉樁二種方式，它們的主要的沉樁設(shè)備是打樁錘、打樁架及其附屬設(shè)備如替打、樁墊、樁帽等。

1．樁錘錘擊法沉樁常用的樁錘有：蒸汽錘、柴油打樁錘、液壓錘。(1)蒸汽錘

單動(dòng)錘由調(diào)整沖程來改變沖擊能和頻率大小；雙動(dòng)錘通過調(diào)整汽閥進(jìn)汽量來改變沖擊能和頻率大小。

圖7-7蒸汽錘(2)柴油錘

其工作原理是利用錘的沖擊部分下落時(shí)的沖擊能量使樁下沉。

蒸汽錘、柴油錘的沖擊能用下式計(jì)算：

式中：

W—錘沖擊部分重量；

H—沖程；

η—效率,與錘形和樁的傾斜度有關(guān)。

圖7-8筒式柴油錘圖7-10HD62柴油錘樁機(jī)圖7-9HD50柴油錘樁機(jī)(3)液壓錘

圖7-11液壓錘工作原理圖7-12液壓錘施工現(xiàn)場(chǎng)

液壓錘對(duì)樁頂?shù)乃矔r(shí)沖擊力小，樁不易破壞，而且超過土壤阻力的壓樁力作用在樁頭上的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(見圖7－13)，能量利用率高。

(4)樁錘的選擇

單樁動(dòng)力公式：

式中：PJ

—單樁極限承載力(kN)；

W—柴油錘沖擊部分重力(kN)；

h—沖擊部分彈跳高度(m),應(yīng)實(shí)測(cè)；

s—打樁最后一陣平均貫入度(m)。

①滿足克服沉樁阻力的要求。②滿足沉樁速度和質(zhì)量的要求。

在滿足錘沖擊能要求的前提下,錘選重些為好,因?yàn)槌翗稌r(shí)的沖擊能一部分用在沉樁上,是有效的能量消耗,另外還有一部分能量消耗在錘的沖擊回彈和樁墊、樁帽、樁等的變形上,是無效的能量消耗。用公式表示：E1=E-E2

式中：E

—錘的一次沖擊能；

E1—有效能量消耗；

E2—無效能量消耗。

用沖三擊能三量的三有效三利用三系數(shù)(KE)來表三示能三量的三利用三情況三，則三：KE愈大三，能三量利三用越三充分三，打三樁的三效果三愈好三。KE取決三于樁三重與三錘沖三擊部三分重三量之三比值三。當(dāng)錘三的沖三擊能三相同三時(shí)，三應(yīng)選三擇沖三擊部三分重三量大三些的三錘，三可提三高KE值。三在沖三擊能三量一三定時(shí)三，樁三身應(yīng)三力隨三錘重三的增三加而三減少三，單三動(dòng)錘三比雙三動(dòng)錘三重，三因而三選用三單動(dòng)三錘比三雙動(dòng)三錘能三使樁三下沉三的深三度更三大。2．樁三架(1三)陸上三打樁三架圖7-三14陸上三打樁三架圖7-三15陸上三打樁三架施三工現(xiàn)三場(chǎng)(2三)水上三打樁三架(打樁三船)圖7-三16打樁三船(3三)打樁三架的三高度式中三：H—樁架三有效三高度(水上三打樁三從水三面起算三；陸三上打三樁從三地面三起算)；H1—樁長(zhǎng)(m三)；H2—樁錘三及替三打高三度(m三)；H3—滑輪三組高三度(m三)；H4—安全三高度三，一三般水三上打三樁取lm~2m三,陸上三打樁三取0.三3m~0.三5m；H5—施工三水深(m三)，陸三上打三樁H5=0。3.替打三及樁三墊替打三，接三在樁三頂和三樁錘三之間三，主三要起三緩沖三作用三，能三減少三對(duì)樁三頂打三擊力三，保三護(hù)樁三頭。樁墊三，墊三于樁三頂與三樁帽三之間三，起三緩沖三減震三作用三，降三低樁三身打三樁拉三應(yīng)力三，避三免樁三身產(chǎn)三生裂三縫；三也減三少樁三頭壓三應(yīng)力三，保三護(hù)樁三頭不三被破三壞。二、三震動(dòng)三法沉三樁方三式(一)震動(dòng)三法沉三樁原三理1.由震三動(dòng)錘三和樁三組成三震動(dòng)三體系三，在三震動(dòng)三體系三震動(dòng)三作用三下使三土體三形成三共振三，破三壞土三體平三衡，三樁在三震動(dòng)三體系三自重三作用三下下三沉。圖7-三18振動(dòng)三沉樁三示意三圖圖7-三19振動(dòng)三沖擊三式錘圖7-三20高頻三液壓三振動(dòng)三錘(φ三40三0m三mP三HC管樁,樁深20三m)(二)震動(dòng)三法沉三樁的三主要三參數(shù)三及其三選擇1．震三動(dòng)錘三的起三振力P(激振三力)，應(yīng)三能克三服土三壤對(duì)三樁周三圍的三阻力T，即式中三：x—土壤三彈性三影響三系數(shù)(主要三受振三動(dòng)加三速度α的支三配，三振動(dòng)三加速三度加三大,將會(huì)三使土三壤產(chǎn)三生液三化現(xiàn)三象,減少三土壤三的粘三著阻三力),當(dāng)用三低頻三震動(dòng)三錘下三沉鋼三筋混三凝土三樁及三管樁三時(shí),x=0三.6～0.三18三,其他三情況x=1；P—震動(dòng)三偏心三塊轉(zhuǎn)三動(dòng)時(shí)三產(chǎn)生三的震三動(dòng)力(起震三力或三激振三力),可以三從震三動(dòng)錘三的性三能表三中查三出；T—土壤三對(duì)樁三周圍三的阻三力。2．震三動(dòng)體三系的三震幅A要能三超過三樁下三沉?xí)r三所要三的震三幅止A0三,樁才三能下三沉。三震動(dòng)三體系三的震三幅A由下三式求三得:式中三：M—樁偏三心力三距(kN·m)；g—樁及三樁錘三的重三量(kN)。A0振幅A下沉速度v圖7-三21樁下三沉速三度和三震幅三的關(guān)三系圖3.震動(dòng)錘的頻率n必須大于自重作用下樁能夠自由下沉?xí)r的頻率n0,即:

而

式中：P—起振力(kN)；M—樁錘偏心矩(kN·m)。4.在樁尖處的單位壓力F必須超過所需要的力F0

式中：Q—震動(dòng)體系的重量，包括樁及錘重(kN)；

A—樁截面積(cm2)；F0—必需的單位壓力值。5．震動(dòng)三體系三的重三量Q和起三振力P要相三協(xié)調(diào)三，應(yīng)三滿足三下列三要求三：根據(jù)三經(jīng)驗(yàn)三，系三數(shù)v1，v0按下三述情三況選三?。簩?duì)于三鋼板三樁v1＝0.三15三v0＝0.三5對(duì)于三鋼管三樁v1＝0.三3三v0＝0.三6對(duì)于三鋼筋三混凝三土樁三和管三樁v1＝0.三4三v0＝1.三0三、三射水三法沉三樁方三式(水沖三法)(一)射水三法沉三樁的三原理三：在樁三尖內(nèi)三或外三部安三裝射三水管三，射三水管三噴出三高壓三水束三沖擊三破壞三樁尖三下的三土壤三結(jié)構(gòu)三，減三少土三壤對(duì)三樁的三阻力三，樁三在自三重和三壓重三作用三下沉三入土三層中三。由于三高壓三水束三對(duì)土三壤的三破壞三極大三，土三壤對(duì)三樁的三約束三作用三降到三最小三。沉樁三時(shí)樁三位難三以控三制，三而且三土壤三對(duì)樁三側(cè)摩三阻力三和對(duì)三樁尖三的阻三力即三使在三經(jīng)過三一段三時(shí)間三的恢三復(fù)后三；也三不能三達(dá)到三原有三的程三度，三為了三避免三射水三沉樁三的負(fù)三面作三用，三不單三獨(dú)采三用射三水沉三樁，三而是三用射三水—錘擊三的方三式沉三樁，三即在三錘擊三沉樁三的過三程中三用射三水配三合，三到距三樁尖三設(shè)計(jì)三標(biāo)高lm～2m時(shí)，三停止三射水三，單三用錘三擊將三樁沉三入到三設(shè)計(jì)三標(biāo)高三。(根據(jù)三射水三管的三布置三不同三，有三內(nèi)沖三內(nèi)排三、內(nèi)三沖外三排以三及外三沖外三排等三幾種三沉樁三的方三法。1.內(nèi)沖三內(nèi)排三法將射三水管三安置三在空三心樁三的中三心，三噴嘴三不露三出樁三尖，三在樁三身內(nèi)三距樁三尖lm左右三，并三通入三壓縮三空氣三輔助三向上三排除三泥渣三水。三采用三這種三方法三時(shí)，三若沉三樁速三度較三快，三樁尖三在土三壤內(nèi)三任一三點(diǎn)停三留時(shí)三間較三短，三則土三壤的三破壞三僅限三于樁三尖范三圍內(nèi)三，樁三的承三載能三力較三有保三證，三適合三在黃三土類三土和三粘性土三中沉三樁。三若在三下沉三過程三中，三遇到三卵石三或塊三石等三障礙三物，三樁的三方向三就難三以控三制。2．內(nèi)三沖外三排法3．外三沖外三排法射水三管從三樁的三空心三中穿三過伸三出樁三尖20三cm～30三cm，水三沖攪三亂的三泥渣三沿著三樁周三外壁三向上三排出三。外三排對(duì)三土層三破壞三較嚴(yán)三重，三會(huì)降三低樁三的承三載力三，但三砂性三土承三載力三降低三的程三度要三小些三，外三排的三現(xiàn)場(chǎng)三施工三條件三比內(nèi)三排要三好。將數(shù)三根射三水管(一般三用二三根)對(duì)稱三地置三放于三樁側(cè)三面，三噴水三管超三過樁三尖約20三cm。泥三渣水三沿著三樁周三外壁三向上三排出三。這三種方三法操三縱方三便，三但對(duì)三樁周三土壤三破壞三較大三，不三適于三在細(xì)三微顆三粒、三土性三不易三恢復(fù)三的土三壤中三沉樁三。4．內(nèi)三外同三時(shí)射三水法對(duì)于三大口三徑的三開口三管樁三，可三采用三內(nèi)外三沖水三結(jié)合三的方三法。三此時(shí)三中心三射水三管的三數(shù)目三可多三于一三根，三且沿三管內(nèi)三壁布三置。三另外三還布三置空三氣吸三泥機(jī)三采用三邊沖三邊吸三的方三法。用壓三氣和三壓力三水同三時(shí)沖三刷土三壤。三由于三與空三氣混三合的三泥漿三容重三輕，三能以三較快三的速三度沖三向地三面，三并使三土對(duì)三樁的三阻力三大為三減小三，可三以加三速樁三的下三沉。當(dāng)采三用水三沖和三震動(dòng)三相結(jié)三合的三方法三時(shí)，三震動(dòng)三錘的三必要三震幅三可以三減少三一半三。四、三靜壓三法沉三樁利用三重物三的靜三力作三用，三克服三樁周三和樁三尖阻三力使三樁下三沉的三靜壓三方式三。這種三壓樁三方法三完全三避免三了錘三擊打三樁所三產(chǎn)生三的振三動(dòng)、三噪音三和污三染，三因此三施工三時(shí)具三有無三噪音三、無三振動(dòng)三和無三污染三，稱三為環(huán)三保型三打樁三機(jī)。圖7-三25靜力三壓樁三機(jī)第三三節(jié)三沉三樁定三位為了三完好三無損三準(zhǔn)確三地將三樁沉三放到三設(shè)計(jì)三位置,包括三樁的三平面三位置,必須三在沉三樁之三前準(zhǔn)三確地三定位三。在三沉樁三過程三中，三要控三制樁三不偏三位，三沉樁三結(jié)束三時(shí)樁三尖要三落在三設(shè)計(jì)三標(biāo)高三上。定位三工作三借助三測(cè)量三學(xué)的三方法三進(jìn)行三。一、三平面三定位直樁三的平三面定三位一般三是控三制樁三的正三面軸三線和三樁的三一條三邊線三或角三線。二、三沉樁三高程三控制第四三節(jié)三預(yù)三制樁三沉樁三施工三中的三主要三問題一、三吊三樁鋼筋三混凝三土樁三長(zhǎng)在20三m以內(nèi)三的可三用兩三點(diǎn)吊三，20三m以上三的用三三點(diǎn)三或四三點(diǎn)吊三，用三起重三船起三吊時(shí)三可用三三點(diǎn)三吊，三表7—1為吊三運(yùn)過三程吊三點(diǎn)位三置及三最不三利彎三矩的三計(jì)算三，圖7—28為樁三在預(yù)三制廠三內(nèi)運(yùn)三輸時(shí)三用四三點(diǎn)吊三和沉三樁時(shí)三用三三點(diǎn)、三四點(diǎn)三吊的三情況三。

項(xiàng)目

吊點(diǎn)數(shù)二點(diǎn)吊四點(diǎn)吊吊點(diǎn)位置彎矩計(jì)算公式吊索垂直樁軸M=0.2130ql2M=0.0774ql2吊索不垂直樁軸樁不浸水M=0.2130ql2樁浸水M=0.2451ql2L≤30mM=0.1598ql230m≤L<36mM=0.1686ql2圖7-三28樁的三起吊三情況二、三沉樁三高程三控制1．土三壤變?nèi)蔚娜绊憜螛?間距>6三D)不考三慮,群樁(間距<6三D)考慮三。圖7-三29群樁三不合三理的三施工三順序2．要三使所三有的三樁都三能打三到3．要三考慮三到工三程的三分段4．要三考慮三打樁三水位三、水三深、三風(fēng)和三水流三的影三響5．盡三量減三少沉三樁震三動(dòng)對(duì)三岸坡三的影三響圖7-三30群樁三的合三理沉三樁順三序三、三沉樁三應(yīng)力（一三）打三樁時(shí)三樁的三受力三情況三分析錘擊三法沉三樁過三程中三，當(dāng)三樁沉三入不三同土三層時(shí)三，樁三身受三力情三況分三析：圖7-三31樁身三受力三分析三圖WW硬土三層硬土三層軟土三層拉應(yīng)力壓應(yīng)力(二)沉樁三應(yīng)力三及其三影響三因素1．錘三擊速三度和三錘重2．樁三墊及三樁墊三剛度樁墊三剛度三：式中:A——墊塊三面積(c三m2)；Ec——墊塊三彈性三模量三；hc——墊塊三厚度(c三m)。3．樁三型和三樁的三材質(zhì)4．土三質(zhì)條三件5．制三樁質(zhì)三量和三沉樁三工藝四、三沉樁三控制1．偏三位控三制包括三偏位三控制三、承三載力三控制三和樁三的裂三損控三制。造成三樁偏三位的三原因三：(1三)風(fēng)、三浪、三水流三的影三響；(2三)操作三上的三因素三；(3三)地形三和土三質(zhì)方三面的三原因三；(4三)樁本三身的三原因三。減少三樁偏三位的三措施三：(1三)合理三安排三工程三進(jìn)度,避開三風(fēng)、三浪、三水流三的影三響。(2三)采用三有足三夠定三位精三度的三定位三方法三。(3三)掌握三斜坡三上打三樁和三打斜三樁的三規(guī)律三。2．樁三的極三限承三載力三控制樁沉三完以三后，三應(yīng)保三證滿三足設(shè)三計(jì)承三載力三的要三求，三一般三是控三制樁三尖標(biāo)三高和三打樁三最后三貫入三度（三最后三一陣三平均三每擊三下沉三量）三，即“雙控”。在三沉樁三過程三中要三仔細(xì)三掌握三貫入三度的三變化三和及三時(shí)掌三握樁三下沉三的標(biāo)三高情三況。貫入三度在三某種三程度三上反三映了三沉樁三阻力三或樁三尖土三層的三軟硬三程度三，在三一定三程度三上反三映樁三承載三力的三大小三。在粘三性土三中沉三樁，三以標(biāo)三高控三制為三主，三貫入三度可三作校三核；三樁尖三在砂三性土三層或三風(fēng)化三巖層三時(shí)，三以貫三入度三控制三為主三，標(biāo)三高作三校核三。3．樁三的裂三損控三制樁的三裂損三產(chǎn)生三的原三因，三除了三制造三和起三吊運(yùn)三輸上三以外三，主三要是三由于三沉樁三過程三打樁三應(yīng)力三超過三了樁三允許三應(yīng)力三所造三成。裂損三控制三就是三要采三取措三施控三制打三樁應(yīng)三力，三消除三產(chǎn)生三超允三許拉三壓應(yīng)三力的三條件三。在沉三樁以三前，三要檢三查所三用的三樁是三否符三合規(guī)三范規(guī)三定的三質(zhì)量三標(biāo)準(zhǔn)三。在三沉樁三過程三中，三選用三合適三的樁三錘、三合適三的沖三程、三合適三的樁三墊材三料，三要隨三時(shí)查三看沉三樁情三況。三樁下三沉結(jié)三束后三，要三檢查三樁身三完好三情況三。第五三節(jié)三就三地澆三制樁三施工就地三澆制三樁，是三在預(yù)三定樁三位上三鉆一三定直三徑的三孔至三設(shè)計(jì)三深度三，清三理鉆三孔后三放入三鋼筋三籠，三進(jìn)行三水下三澆注三混凝三土，三待混三凝土三達(dá)一三定強(qiáng)三度后三，鑿三去樁三頭強(qiáng)三度差三的混三凝土三，即三成混三凝土三就地三澆制三樁。一、三鉆孔三灌注三樁主要三包括三成孔三和制三樁兩三個(gè)過三程，三根據(jù)三土質(zhì)三和鉆三孔方三法不三同可三分為沖擊三鉆鉆三孔法和旋轉(zhuǎn)三鉆鉆三孔法。(一)沖擊三鉆鉆三孔法適用三