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岩土研究院

桩基础工程中的预制桩施工和灌注桩施工介绍

282 2020-11-09 15:18:19

桩基础是由置入地基中的桩和连接于桩顶的承台共同组成的基础。其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,或将软弱土挤密实,以解决浅基础承载能力不足和变形较大的地基问题。

按承载性状分,有摩擦型桩包括摩擦桩和端承摩擦桩,其中摩擦桩是在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受,桩端阻力小到可忽略不计;端承摩擦桩是在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。有端承型桩包括端承桩和摩擦端承桩,其中端承桩是在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载由桩端阻力承受,桩侧阻力小到可忽略不计;摩擦端承桩是在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。

桩型与成桩工艺应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能,穿越土层、桩端持力层、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等,按安全适用、经济合理的原则选择。

按施工方法不同,可分为非挤土桩(钻孔、挖孔灌注桩等)、部分挤土桩(冲孔灌注桩、预钻孔预制桩、H型桩等)和挤土桩(打入和静压预制桩、沉管灌注桩等);按桩的制作方法可分为预制桩和灌注桩。

1、预制桩施工

预制桩是先制作桩构件,然后运至桩位处,利用沉桩设备将其沉入土中而成的桩基础。预制桩主要有钢筋混凝土预制桩和钢桩两类。由于桩是预先制作,桩身质量易保证,施工机械化程度高,施工速度快,且可不受气候条件变化等影响。但预制桩受桩径和承载力的影响,造价较高,应根据环境和工程对象进行选择。预制桩类型有方桩、管桩和板桩等。

混凝土预制桩施工工艺流程主要是预制—起吊—运输—堆放—沉桩包括接桩、送桩、截桩等。沉桩工艺主要有锤击和静压等;接桩有焊接接桩、螺纹接头接桩和机械啮合接头等;截桩可以采用人工或机械方式进行。

混凝土预制桩的混凝土强度达到70%后方可起吊,达到100%后方可运输。预制桩堆叠的层数应满足地基承载力的要求;预应力混凝土空心管桩最下层应设两支点,支点垫木应选用木枋;垫木与吊点应保持在同一横断面上。

(1)锤击沉桩

锤击沉桩是指利用利用桩锤下落对桩产生冲击能量克服土体对桩的阻力,将桩沉入土中的方法。打桩宜采用“重锤低击”方式。桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定。

锤击沉桩时应符合下列规定:

1)桩锤、桩帽及送桩器应和桩身在同一中心线上,桩插入时的垂直度偏差不得大于1200

2)沉桩顺序应按先深后浅、先大后小、先长后短、先密后疏的次序进行;

3)密集桩群应控制沉桩速率,宜自中间向两个方向或四周对称施打,一侧毗邻建()筑物或设施时,应由该侧向远离该侧的方向施打。

2)静力压桩

静力压桩(静压桩)是利用静力将桩压入地基岩土中的施工方法。压桩机的型号和配重的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定。

抱压式液压压桩机压桩应符合下列规定:

1)压桩机应保持水平;

       2)第一节桩插入地面0.5m1.0m时,应调整桩的垂直度偏差不得大于1300

       3)压桩过程中应控制桩身的垂直度偏差不大于1200

静压桩施工过程中的桩位允许偏差应为150mm,斜桩倾斜度的偏差不应大于倾斜角正切值的15%。对于挤土沉桩的密集桩群,应对桩的竖向和水平位移进行监测。

2、灌注桩施工

混凝土灌注桩是直接在现场桩位上使用机械或人工方法就地成孔,然后在孔中灌注混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。根据成孔工艺的不同,可分为干作业成孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩和爆扩成孔灌注桩等。灌注桩施工主要是要保证成孔和混凝土的质量。

1)干作业成孔灌注桩

开挖前,桩位外应设置定位基准桩,安装护筒或护壁模板应用桩中心点校正其位置。

采用螺旋钻机钻孔前应纵横调平钻机,安装护筒,采用短螺旋钻孔机钻进,每次钻进深度应与螺旋长度相同;钻进过程中应及时清除孔口积土和地面散落土;钻孔完毕,应用盖板封闭孔口。

人工挖孔桩的桩净距小于2.5m时,应采用间隔开挖和间隔灌注,且相邻排桩最小施工净距不应小于5.0m

混凝土护壁立切面宜为倒梯形,平均厚度不应小于100mm,每节高度应根据岩土层条件确定,且不宜大于1000mm。混凝土强度等级不应低于C20,并应振捣密实。护壁应根据岩土条件进行配筋,配置的构造钢筋直径不应小于8mm

挖孔应从上而下进行,挖土次序宜先中间后周边。扩底部分应先挖桩身圆柱体,再按扩底尺寸从上而下进行。挖至设计标高终孔后,应清除护壁上的泥土和孔底残渣、积水,验收合格后,应立即封底和灌注桩身混凝土。

2)泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆是由水、膨润土(或黏土)和添加剂等组成的浆体。在钻孔桩施工过程中,泥浆的作用为利用其与地下水之间的压力差控制水压力,使泥浆能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁,防止坍塌,同时稳定孔内水位。另外,泥浆还能起到带出孔内岩土碎屑的作用。

成孔方法有正、反循环钻进成孔、冲击钻进成孔、旋挖钻进成孔等。

正循环成孔是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土,泥浆由泥浆泵输进钻杆内腔后,经钻头出浆口射出,带动钻渣沿孔壁上升到孔口,进入泥浆池净化后再使用。

反循环成孔与正循环原理相似,区别在于泥浆液从钻杆和孔壁间的空隙中进入钻孔底部,并携带钻渣由钻杆内腔返回地面,同时,经过净化的泥浆又循环进入钻孔内进行护壁。

当孔径较大时,正循环回转钻进,其与孔壁间的环状断面将会增大,泥浆上返速度将降低,排出钻渣的能力较差。反循环成孔时,由于钻渣由内腔返回地面,内腔断面小于钻杆与孔壁间空隙,故泥浆液上返速度较快,效率较高。

水下混凝土灌注应采用导管法。水下混凝土灌注应符合下列规定:

1)导管底部至孔底距离宜为300mm500mm

      2)导管安装完毕后,应进行二次清孔,二次清孔宜选用正循环或反循环清孔,清孔结束后孔底0.5m内的泥浆指标及沉渣厚度应符合规定,符合要求后应立即浇筑混凝土;

       3)混凝土灌注过程中导管应始终埋入混凝土内,宜为2m6m,导管应勤提勤拆;

       4)应连续灌注水下混凝土,并应经常检测混凝土面上升情况,灌注时间应确保混凝土不初凝;

       5)混凝土灌注应控制最后一次灌注量,超灌高度应高于设计桩顶标高1.0m以上,充盈系数不应小于1.0

3)沉管灌注桩

沉管灌注桩也称套管成孔灌注桩,是指用锤击或振动的方法,将带有预制混凝土桩尖或钢活瓣桩尖的钢套管沉入土中,待沉到规定的深度后,立即在管内浇筑混凝土或管内放入钢筋笼后再浇筑混凝土,随后拔出钢套管,并利用拔管时的冲击或振动使混凝土捣实而形成桩。

沉管灌注桩的施工,应根据土质情况和荷载要求,选用单打法、复打法或反插法。单打法可用于含水量较小的土层,且宜采用预制桩尖,复打法及反插法可用于饱和土层。

锤击沉管灌注桩的施工应符合下列规定:

1)群桩基础的基桩施工,应根据土质、布桩情况,采取消减挤土效应不利影响的技术措施,确保成桩质量;

2)桩管、混凝土预制桩尖或钢桩尖的加工质量和埋设位置应符合设计要求,桩管与桩尖的接触面应平整且具有良好的密封性;

3)锤击开始前,应使桩管与桩锤、桩架在同一垂线上;

4)桩管沉到设计标高并停止振动后应立即浇筑混凝土,灌注混凝土之前,应检查桩管内有无吞桩尖或进土、水及杂物;

5)拔管速度要均匀,一般土层宜为1.0m/min,软弱土层和较硬土层交界处宜为0.3m/min0.8m/min,淤泥质软土不宜大于0.8m/min;拔管高度应与混凝土灌入量相匹配,最后一次拔管应高于设计标高,在拔管过程中应检测混凝土面的下降量。

振动、振动冲击沉管灌注桩单打法的施工应符合下列规定:

1)沉管到位后,应立即灌注混凝土,桩管内灌满混凝土后,应先振动再拔管,拔管时,应边拔边振,每拔出0.5m1.0m停拔,振动5s10s,直至全部拔出;

2)拔管速度宜为1.2m/min1.5m/min,在软弱土层中,拔管速度宜为0.6m/min0.8m/min

振动、振动冲击沉管灌注桩反插法的施工应符合下列规定:

1)在拔管时,先振动再拔管,每次拔管高度0.51.0m,反插深度0.30.5m;如此反复进行,保持振动至桩管全部拔出;

2)在拔管过程中应分段添加混凝土,保持管内混凝土面始终不低于地表面或高于地下水位1.01.5m以上,拔管速度应小于0.5m/min

3)在距桩尖处1.5m范围内,宜多次反插以扩大桩端部断面;穿过淤泥夹层时,应减慢拔管速度,并减少拔管高度和反插深度,在流动性淤泥土层、坚硬土层中不宜使用反插法。

沉管灌注桩的混凝土充盈系数不应小于1.0。沉管灌注桩全长复打桩施工时,第一次灌注混凝土应达到自然地面,然后一边拔管一边清除粘在管壁上和散落在地面上的混凝土或残土。复打施工应在第一次灌注的混凝土初凝之前完成,初打与复打的桩轴线应重合。沉管灌注桩桩身配有钢筋时,混凝土的坍落度宜为80mm100mm。素混凝土桩宜为70mm80mm