第二章桩基础工程

第二章桩基础工程 • 深基础的类型 • 桩基础（深基础中应用最多） • 墩基础 • 地下连续墙 • 沉井基础 • 沉箱基础

第三节混凝土灌注桩施工 灌注桩定义：就是直接在桩位上钻孔或冲孔，然后在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，灌注混凝土而成。灌注桩分类—按照成孔设备和成孔方法分类套管成孔—锤击和振动沉管灌注桩、夯扩桩挤土成孔爆扩成孔—爆扩灌注桩钻（冲）孔成孔—泥浆护壁和螺旋钻孔灌注桩取土成孔挖孔成孔—人工挖孔桩

一、成孔前的施工准备工作 （一）定桩位和确定成孔顺序定位与预制桩相同，确定成孔顺序注意：（1）取土成孔 ——成孔对周边土壤无挤密或冲击作用。一般按现场条件和桩机行走最方便的原则确定成孔顺序。

隔1～2个桩位成孔； 在邻桩初凝前或终凝后成孔；群桩（＞5根）基础中，先中间桩后外围桩；同一桩基的爆扩桩，单爆法或联爆法先浅后深成孔。（2）挤土成孔 ——成孔对周边土壤有挤密或冲击作用采用下列方法确定成孔顺序：（3）人工挖空桩净距＜2倍桩径且＜2.5m时，应间隔开挖。

（二）钢筋笼制作 钢筋笼允许偏差：主筋间距≤±10mm，长度≤±100mm，箍筋间距≤±20mm，直径≤±10mm。钢筋材质符合要求，复验后方可使用。

（三）混凝土配制 1、石子粒径要求卵石不宜大于50mm，碎石不宜大于40mm，配筋的桩不宜大于30mm，石子最大粒径不得大于钢筋净距的1/3。 2、坍落度要求水下灌注的混凝土宜为160~220mm；干作业成孔的混凝土宜为80~100mm；沉管灌注桩的混凝土宜为80~100mm；素混凝土宜为60~80mm。 3、混凝土强度≮C20，水泥强度≮ 32.5级，水泥用量 ≮ 350kg/m3。

二、成孔方法 （一）机械钻孔灌注桩钻孔灌注桩是利用钻孔机在桩位成孔，然后在桩孔内放入钢筋骨架再灌混凝土而成的灌注桩。常用的施工方法根据地质条件的不同可分为干作业成孔灌注桩（螺旋钻孔灌注桩）和湿作业成孔灌注桩（泥浆护壁成孔灌注桩）。特点：施工无振动、无噪音、对土体无挤压、钻头可更换、能在各种土质条件下施工等优点，但比同径预制桩承载低、沉降大。

1、螺旋钻孔灌注桩 干作业法、用于无地下水或已降水。螺旋钻孔灌注桩钻孔一般采用螺旋钻机（有长短两种），它由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。由螺旋钻头切削土体，切下的土随钻杆旋转并沿螺旋叶片上升，送到出土器后自动排出孔外。动画演示

（1）成孔机械 长：钻杆长10m以上,φ400～600 短：钻杆长3～5m，φ300～400 钻扩机：钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、 Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。螺旋钻

1 一上底盘 2 一下底盘 3 一回转滚轮 4 一行车滚轮 5 一钢丝滑轮 6 一回转轴 7 一行车油缸 8 一支架图2-16 步履式螺旋钻机图2-17 步履式螺旋钻机

（2）施工 施工工艺流程：场地清理→测量放线定桩位→桩机就位→钻孔取土成孔→清除孔底沉渣→成孔质量检查验收→吊放钢筋笼→浇筑孔内混凝土。（a）钻孔（b）吊放钢筋笼（c）灌入混凝土图2-18螺旋钻孔机成桩工艺

2、潜水钻孔灌注桩 软土地基的深层钻进，会遇到地下水问题。采用泥浆护壁湿作业成孔能够解决施工中地下水带来的孔壁塌落，钻具磨损发热及沉渣问题。常用的湿作业成孔机械有冲抓锥成孔机、斗式钻头成孔机、冲击式钻孔机、潜水电钻、大直径旋入全套管护壁成孔钻机和工程水文地质回转钻机等。下面介绍以潜水电钻为成孔机械的潜水钻孔灌注桩

潜水钻成孔适用于地下水位较高的软硬土层，如淤泥、粘土、砂砾层、砂土、风化页岩等多种地层钻孔，不得用于漂石。潜水钻机的工作原理：潜水动力装置由潜水电机通过减速器将动力传至输出轴，带动钻头切削岩土，采用泵举反循环或正循环方式将钻渣从孔内通过胶管或钻杆排出孔外。施工工艺流程：平整场地、挖排水沟→定桩位→埋护筒→桩机就位→配泥浆（循环排渣） →钻孔、灌泥浆→清孔→放钢筋骨架→水下灌注混凝土。

图2-19 KQ潜水钻机

图2-20 泥浆护壁湿作业成孔灌注桩施工现场

（1）泥浆护壁 ①泥浆的作用渗填空隙，防孔内渗水塌方、护壁、携砂排土、冷却润滑钻头等，其中以护壁为主。 ②泥浆组成材料泥浆主要是膨润土或粘土和水的混合物。在粘土和粉质粘土中成孔时，可注入清水，以原土造浆；在其他土层中成孔，泥浆可选用高塑性的粘土或膨润土制备；为了提高泥浆质量可加入外掺料，如增重剂、增粘剂、分散剂等。

③泥浆的比重 粘土或亚粘土中成孔时，注入清水，形成1.1~1.2 砂土中： 1.1~1.3 穿过砂夹卵石层或易塌孔处：1.3~1.5 ④泥浆池包括循环池、沉淀池、废浆池。施工中废弃的泥浆、泥渣应按环保的有关规定处理。

图2-21排放沉淀池超标泥浆

图2-22 泥浆

图2-23 泥浆运输车

（2）埋设护筒 钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。 ①护筒作用固定桩孔的位置；提高水位，钻头导向，保护孔口；防止塌孔。 ②护筒埋设要求内径应大于钻头直径200mm，埋置深度在粘性土中不宜小于lm；砂土中不宜小于1.5m；其高度应满足护筒内泥浆面高度大于地下水位高度的要求。淤泥等软弱土层应增加护筒埋深；护筒顶面宜高出地面30～40cm。

（3）排渣方法 潜水钻成孔排渣方式有正循环和反循环两种。 ①正循环排渣法在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。 ②反循环排渣法砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。

（4）清孔 当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔。清孔目的：清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量，提高承载力。（5）吊放钢筋笼清孔后应立即安放钢筋笼、浇砼。吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放入，防止碰撞孔壁。若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长，应进行二次清孔后再浇筑砼。钢筋笼制作安装应符合现行施工规范和设计要求。（6）水下浇筑砼常用导管法。

(二)冲孔灌注桩 冲孔灌注桩即冲击钻成孔施工法，是用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击，靠自由下落的冲击力将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用淘渣筒掏出成孔，然后再灌注混凝土成桩。冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头。冲击钻成孔适填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层和砾卵石层的施工。

1 一副滑轮 2 一主滑轮 3 一主杆 4 一前拉索 5 一后拉索 6 一斜撑 7一双滚轮卷扬机 8一导向轮 9 一垫木 10 一钢管 11 一供浆管 12 一溢浆口 13 一泥浆渡槽 14 一护筒回填土 15 一钻头图2-24 简易冲击钻孔机示意图

图2-25 十字形冲击钻头

冲孔法施工与潜水钻孔灌注桩同样需要泥浆护壁和设置孔口钢护筒。冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程＜1m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉3～4m以后，才可加大冲程转入正常冲击。若冲孔发生偏斜，应回填片石。施工中，应随时测定并控制泥浆相对密度，并经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和转向装置是否灵活，以免掉钻。

(三)套管成孔灌注桩 套管成孔灌注桩又称为沉管灌注桩或打拔管灌注桩是利用一根与桩的设计尺寸相适应的钢管(称套管)，其下端带有桩尖。采用锤击或振动的方法将其沉入土中，然后将钢筋笼放入钢管内，再灌注混凝土，并随灌随将钢管拔出，利用拔管时的振动将混凝土捣实。特点：设备简单，施工方便、速度快，造价低，适应地质条件变化。但受桩管口径限制不能浇注大口径桩；施工时对周围环境有噪音、振动、挤压等影响；施工不当，易出现桩的质量问题。

（a）就位 （b）沉管（c）开始灌混凝土（d）放置钢筋笼、继续灌注混凝土（e）拔管成桩动画演示图2-26锤击沉管灌注桩施工过程

分类——按照使用桩锤和成桩工艺不同分： • 锤击沉管灌注桩利用锤击沉桩设备沉管、拔管，适用于一般粘性土、淤泥质土、松砂、人工填土地基。 • 振动沉管灌注桩利用激振器的振动沉管、拔管。适用于稍密及中密的碎石土。

1、锤击沉管灌注桩 工艺顺序：定位、埋桩靴、钢管就位→桩机就位→沉管→检查管内有无砂、水→边锤击边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。机械设备：由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。

1—桩锤钢丝绳 2—柱管滑轮组 3—吊斗钢丝绳 4—桩锤 5—桩帽 6—混凝土漏斗 7—桩管 8—桩架 9—混凝土吊斗 10—回绳 11—行驶用钢管 12—预制桩靴 13—卷扬机 14—枕木图2-27 锤击沉管灌注桩机

施工要点 • 桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。 • 桩管内混凝土尽量填满，管内混凝土高度不少于 2m。拔管时注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。 • 拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。

拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软土层与软硬土层交界处应控制在0.5m/min以内。拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软土层与软硬土层交界处应控制在0.5m/min以内。 • 采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min，自由落锤轻击（小落距锤击）不得少于40次/min；在管底未拔至桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。 • 桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。 • 拔管时经常用吊锤探测混凝土落下的扩散情况。

施工方法 • 单打法(又称一次拔管法) • 前面介绍的锤击沉管灌注桩的施工方法，一般称为“单打法”。 • 复打法在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打的施工方法则称为“复打法”。目的是扩大桩直径，提高混凝土密实度和承载力。

复打法是在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大，然后第二次浇筑混凝土成桩。复打法是在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大，然后第二次浇筑混凝土成桩。 • 复打法施工要点： • 桩管中心线应与初打(单打)中心线重合； • 第一次灌注的混凝土应接近自然地面标高； • 复打前应清除桩管外壁污泥； • 第一次(单打)灌注混凝土初凝前，必须完成复打工作； • 复打以一次复打为宜；钢筋笼在第二次沉管后吊放。

2.振动沉管灌注桩 振动沉管灌注桩是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉人土中，然后灌注混凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比，更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动冲击沉管桩的施工工艺完全相同，只是前者用振动锤沉桩，后者用振动带冲击的桩锤沉桩。动画演示

1-导向滑轮 2-滑轮组 3-激振器 4-混凝土漏斗 5-桩管 6-加压钢丝绳 7-桩架 8-混凝土吊斗 9-回绳 10-活瓣桩靴11-缆风绳 12-卷扬机13-行驶用钢管14-枕木图2-28振动沉管灌注桩机

钢管下端有两种构造，一种是开口，在沉管时套以钢筋混凝土预制桩尖，拔管时，桩尖留在桩底土中；另一种是管端带有活瓣 桩尖，其构造如下图，沉管时，桩尖活瓣合拢，灌注混凝土及拔管时活瓣打开。图2-30 活瓣桩尖 1—桩管 2—锁轴 3—活瓣图2-29 预制钢筋混凝土桩靴

施工方法 （1）单打法即一次拔管法。拔管时每提升0.5～1.0m，振动5S～10S后，再拔管0.5m～1.0m，如此反复进行，直到全部拔出为止。（2）反插法——扩大桩直径，提高承载力管内灌满混凝土后，先振动再开始拔管，将钢管每提升0.5m，再下沉0.3m，（或提升1m，下沉0.5m）,如此反复进行，直至拔离地面。此种方法，在淤泥层中可消除缩颈现象，但在坚硬土层中易损坏桩尖，不宜采用。（3）复打法——与锤击沉管灌注桩相同。

（四）夯压成型灌注桩 夯压成型灌注桩又称夯扩桩，是在普通锤击沉管灌注桩施工工艺基础上，增加一根内夯管，采用夯扩的方式将桩端现浇混凝土扩成大头形的一种桩型。桩的承载力有较大幅度的提高；同时桩身混凝土在桩锤和内夯管压力作用下成型，使桩身质量得以保证。夯扩桩适用于一般粘性土、淤泥、淤泥质土、黄土、硬粘性土；亦可用于有地下水的情况。夯扩桩桩身直径一般为400~500mm，扩大头直径一般可达450~700mm，桩身可达20m。

图2-32夯扩桩头 图2-31夯扩桩机

图2-33夯扩桩成桩示意图

成桩过程： l．桩位处放置干混凝土； 2．将双管对准桩位； 3．将双管打至设计深度； 4．拔出内夯管； 5．向外管内灌入高度为H 的混凝土； 6．内管放入外管内压在混凝土面上，外管拔起一定高度h； 7．用桩锤及内管夯打外管内混凝土； 8．继续夯打管下混凝土直至外管底端深度略小于设计桩深(其差值为c)，此为一次夯扩；如需二次夯扩则重复4～8步骤； 9．拔出内夯管； 10．在外管内灌入桩身所需的混凝土，并放入钢筋笼； 11．将内管压在外管内混凝土面上，边压边缓缓起拔外管； 12．将双管同步拔出地表，则成桩过程完毕。

（五）人工挖孔灌注桩 人工挖孔灌注桩是指采用人工挖掘成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。图2-34人工挖孔爬梯提土桶施工工人

电动葫芦 图2-35电动葫芦支架

钢筋笼 桩身棍凝土图2-36挖孔灌注成桩

优点： (1)单桩承载力大，能承受垂直、水平荷载； (2)机具设备简单，施工操作方便，占用施工场地小； (1)噪音小，无振动，不污染环境，适合于城市狭小场地施工； (3)施工人员对地质情况了解，施工质量可靠； (4)施工速度快，造价低。缺点: (1)施工人员施工人员作业条件差、危险性大,易塌方； (2)单桩施工周期长； (3)混凝土的浇注,振捣困难。

人工挖孔灌注桩工艺流程

施工注意事项 1．桩孔开挖，当桩净距小于2倍桩径且小于2.5 m时，应采用间隔开挖。排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5 m，孔深不宜大于40m。 2．每段挖土后必须吊线检查中心线位置是否正确，桩孔中心线平面位置偏差不宜超过50 mm，桩的垂直度偏差不得超过1％，桩径不得小于设计直径。

第二章 桩基础工程