建筑施工技術(shù)-樁基工程

第六六章章樁樁基基工工程程第一一節(jié)節(jié)概述述樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)是是深深基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的一一種種，，上上部部荷荷載載通通過(guò)過(guò)樁樁基基傳傳遞遞到到地地基基深深處處的的持持力力層層上上。。據(jù)樁樁的的材材料料不不同同有有木木樁樁、、鋼鋼筋筋混混凝凝土土樁樁和和預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力鋼鋼筋筋混混凝凝土土樁樁、、鋼鋼樁樁之之分分。。樁的的施施工工方方法法有有：：預(yù)預(yù)制制樁樁和和現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)澆澆制制樁樁。。預(yù)制制樁樁的沉沉樁樁方方式式有有：：①錘擊擊法法沉沉樁樁利用用錘錘下下落落時(shí)時(shí)的的沖沖擊擊能能，，克克服服樁樁長(zhǎng)長(zhǎng)和和樁樁周周的的阻阻力力使使樁樁下下沉沉的的錘錘擊擊方方式式；；②震動(dòng)動(dòng)法法沉沉樁樁利用用偏偏心心塊塊旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)產(chǎn)生生的的激激震震力力帶帶動(dòng)動(dòng)樁樁上上下下震震動(dòng)動(dòng)，，使使之之降降低低樁樁周周和和樁樁尖尖下下土土壤壤的的阻阻力力，，使使樁樁下下沉沉的的振振動(dòng)動(dòng)方方式式；；③射水水法法沉沉樁樁利用用射射水水管管?chē)妵姵龀龈吒邏簤核鴽_沖擊擊破破壞壞樁樁尖尖下下的的土土壤壤結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，減減小小土土壤壤對(duì)對(duì)樁樁的的阻阻力力，，樁樁在在自自重重和和壓壓重重作作用用下下沉沉入入土土層層中中；；④靜壓壓法法沉沉樁樁利用用重重物物的的靜靜力力作作用用，，克克服服樁樁周周和和樁樁尖尖阻阻力力使使樁樁下下沉沉的的靜靜壓壓方方式式。。圖7-1預(yù)應(yīng)應(yīng)力力管管樁樁

圖7-2北京京首首都都國(guó)國(guó)際際機(jī)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)新新航航站站樓樓T3B基礎(chǔ)礎(chǔ)樁樁工工程程

圖7-3杭州州灣灣跨跨海海大大橋橋樁樁基基工工程程圖7-4水上上樁樁基基施施工工第二二節(jié)節(jié)預(yù)預(yù)制制樁樁沉沉樁樁方方式式及及設(shè)設(shè)備備選選擇擇一、、錘錘擊擊法法沉沉樁樁方方式式(一)錘擊擊法法沉沉樁樁的的原原理理及及施施工工過(guò)過(guò)程程原理理：：利利用用打打樁樁錘錘沖沖擊擊部部分分下下落落時(shí)時(shí)的的沖沖擊擊力力錘錘擊擊樁樁頭頭（（圖圖7-5），，當(dāng)當(dāng)沖沖擊擊力力超超過(guò)過(guò)樁樁側(cè)側(cè)面面和和樁樁尖尖部部分分土土的的阻阻力力，，破破壞壞了了樁樁和和土土的的靜靜力力極極限限平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)，，土土體體受受到到剪剪切切破破壞壞，，樁樁即即下下沉沉。。錘擊擊法法沉沉樁樁施施工工工工序序：：準(zhǔn)備備工工作作檢查查標(biāo)標(biāo)高高及及貫貫入入度度卸錘樁臨臨時(shí)時(shí)固固定定及及修修補(bǔ)補(bǔ)施打套錘錘及及替替打打吊樁樁和和就就位位樁架架移移位位→→→→→→→→→→→→→(二)樁入入土土?xí)r時(shí)的的土土壤壤變變形形樁沉沉入入土土?xí)r時(shí)，，土土壤壤受受擠擠而而變變形形第Ⅰ圈：破壞壞圈圈第Ⅱ圈：擠實(shí)實(shí)圈圈第Ⅲ圈：擾動(dòng)動(dòng)圈圈第Ⅳ圈：影響響圈圈圖7-6樁沉沉?xí)r時(shí)的的土土壤壤受受擠擠變變形形(三)沉樁樁設(shè)設(shè)備備及及選選擇擇沉樁樁有有陸陸上上沉沉樁樁及及水水上上沉沉樁樁二二種種方方式式，，它它們們的的主主要要的的沉沉樁樁設(shè)設(shè)備備是是打打樁樁錘錘、、打打樁樁架架及及其其附附屬屬設(shè)設(shè)備備如如替替打打、、樁樁墊墊、、樁樁帽帽等等。。1．樁樁錘錘錘擊擊法法沉沉樁樁常常用用的的樁樁錘錘有有：：蒸蒸汽汽錘錘、、柴柴油油打打樁樁錘錘、、液液壓壓錘錘。。(1)蒸汽錘錘單動(dòng)錘錘由調(diào)調(diào)整沖沖程來(lái)來(lái)改變變沖擊擊能和和頻率率大小??；雙動(dòng)錘錘通過(guò)過(guò)調(diào)整整汽閥閥進(jìn)汽汽量來(lái)來(lái)改變變沖擊擊能和和頻率率大小小。圖7-7蒸汽錘錘(2)柴油錘錘

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筒式柴柴油錘錘圖7-10HD62柴油錘錘樁機(jī)機(jī)圖7-9HD50柴油錘錘樁機(jī)機(jī)(3)液壓錘錘圖7-11液壓錘錘工作作原理理圖7-12液壓錘錘施工工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)液壓錘錘對(duì)樁樁頂?shù)牡乃矔r(shí)時(shí)沖擊擊力小小，樁樁不易易破壞壞，而而且超超過(guò)土土壤阻阻力的的壓樁樁力作作用在在樁頭頭上的的持續(xù)續(xù)時(shí)間間長(zhǎng)(見(jiàn)圖7－13)，能量量利用用率高高。(4)樁錘的的選擇擇單樁動(dòng)動(dòng)力公公式：：式中：：PJ—單樁極極限承承載力力(kN)；W—柴油錘錘沖擊擊部分分重力力(kN)；h—沖擊部部分彈彈跳高高度(m),應(yīng)實(shí)測(cè)測(cè)；s—打樁最最后一一陣平平均貫貫入度度(m)。①滿足克克服沉沉樁阻阻力的的要求求。②滿足足沉樁樁速度度和質(zhì)質(zhì)量的的要求求。在滿足足錘沖沖擊能能要求求的前前提下下,錘選重重些為為好,因?yàn)槌脸翗稌r(shí)時(shí)的沖沖擊能能一部部分用用在沉沉樁上上,是有效效的能能量消消耗,另外還還有一一部分分能量量消耗耗在錘錘的沖沖擊回回彈和和樁墊墊、樁樁帽、、樁等等的變變形上上,是無(wú)效效的能能量消消耗。。用公公式表表示：：E1=E-E2式中：：E—錘的一一次沖沖擊能能；E1—有效能能量消消耗；；E2—無(wú)效能能量消消耗。。用沖擊擊能量量的有有效利利用系系數(shù)(KE)來(lái)表示示能量量的利利用情情況，，則：：KE愈大，，能量量利用用越充充分，，打樁樁的效效果愈愈好。。KE取決于于樁重重與錘錘沖擊擊部分分重量量之比比值。。當(dāng)錘的的沖擊擊能相相同時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)選擇擇沖擊擊部分分重量量大些些的錘錘，可可提高高KE值。在在沖擊擊能量量一定定時(shí)，，樁身身應(yīng)力力隨錘錘重的的增加加而減減少，，單動(dòng)動(dòng)錘比比雙動(dòng)動(dòng)錘重重，因因而選選用單單動(dòng)錘錘比雙雙動(dòng)錘錘能使使樁下下沉的的深度度更大大。2．樁架架(1)陸上打打樁架架圖7-14陸上打打樁架架圖7-15陸上打打樁架架施工工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)(2)水上打打樁架架(打樁船船)圖7-16打樁船船(3)打樁架架的高高度式中：：H—樁架有有效高高度(水上打打樁從從水面面起算；；陸上上打樁樁從地地面起起算)；H1—樁長(zhǎng)(m)；H2—樁錘及及替打打高度度(m)；H3—滑輪組組高度度(m)；H4—安全高高度，，一般般水上上打樁樁取lm~2m,陸上打打樁取取0.3m~0.5m；H5—施工水水深(m)，陸上上打樁樁H5=0。3.替打及及樁墊墊替打，，接在在樁頂頂和樁樁錘之之間，，主要要起緩緩沖作作用，，能減減少對(duì)對(duì)樁頂頂打擊擊力，，保護(hù)護(hù)樁頭頭。樁墊，，墊于于樁頂頂與樁樁帽之之間，，起緩緩沖減減震作作用，，降低低樁身身打樁樁拉應(yīng)應(yīng)力，，避免免樁身身產(chǎn)生生裂縫縫；也也減少少樁頭頭壓應(yīng)應(yīng)力，，保護(hù)護(hù)樁頭頭不被被破壞壞。二、震震動(dòng)法法沉樁樁方式式(一)震動(dòng)法法沉樁樁原理理1.由震動(dòng)動(dòng)錘和和樁組組成震震動(dòng)體體系，，在震震動(dòng)體體系震震動(dòng)作作用下下使土土體形形成共共振，，破壞壞土體體平衡衡，樁樁在震震動(dòng)體體系自自重作作用下下下沉沉。圖7-18振動(dòng)沉沉樁示示意圖圖圖7-19振動(dòng)沖沖擊式式錘圖7-20高頻液液壓振振動(dòng)錘錘(φ400mmPHC管樁,樁深20m)(二)震動(dòng)法法沉樁樁的主主要參參數(shù)及及其選選擇1．震動(dòng)動(dòng)錘的的起振振力P(激振力力)，應(yīng)能能克服服土壤壤對(duì)樁樁周?chē)鷩淖枳枇，即式中：：x—土壤彈彈性影影響系系數(shù)(主要受受振動(dòng)動(dòng)加速速度α的支配配，振振動(dòng)加加速度度加大大,將會(huì)使使土壤壤產(chǎn)生生液化化現(xiàn)象象,減少土土壤的的粘著著阻力力),當(dāng)用低低頻震震動(dòng)錘錘下沉沉鋼筋筋混凝凝土樁樁及管管樁時(shí)時(shí),x=0.6～0.18,其他情情況x=1；P—震動(dòng)偏偏心塊塊轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的的震動(dòng)動(dòng)力(起震力力或激激振力力),可以從從震動(dòng)動(dòng)錘的的性能能表中中查出出；T—土壤對(duì)對(duì)樁周周?chē)牡淖枇αΑ?．震動(dòng)動(dòng)體系系的震震幅A要能超超過(guò)樁樁下沉沉?xí)r所所要的的震幅幅止A0,樁才能能下沉沉。震震動(dòng)體體系的的震幅幅A由下式式求得得:式中：：M—樁偏心心力距距(kN·m)；g—樁及樁樁錘的的重量量(kN)。A0振幅A下沉速度v圖7-21樁下沉沉速度度和震震幅的的關(guān)系系圖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(guò)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)體體系的的重量量Q和起振振力P要相協(xié)協(xié)調(diào)，，應(yīng)滿滿足下下列要要求：：根據(jù)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，，系數(shù)數(shù)v1，v0按下述述情況況選取?。簩?duì)于鋼鋼板樁樁v1＝0.15v0＝0.5對(duì)于鋼鋼管樁樁v1＝0.3v0＝0.6對(duì)于鋼鋼筋混混凝土土樁和和管樁樁v1＝0.4v0＝1.0三、射射水法法沉樁樁方式式(水沖法法)(一)射水法法沉樁樁的原原理：：在樁尖尖內(nèi)或或外部部安裝裝射水水管，，射水水管?chē)妵姵龈吒邏核鴽_沖擊破破壞樁樁尖下下的土土壤結(jié)結(jié)構(gòu)，，減少少土壤壤對(duì)樁樁的阻阻力，，樁在在自重重和壓壓重作作用下下沉入入土層層中。。由于高高壓水水束對(duì)對(duì)土壤壤的破破壞極極大，，土壤壤對(duì)樁樁的約約束作作用降降到最最小。。沉樁時(shí)時(shí)樁位位難以以控制制，而而且土土壤對(duì)對(duì)樁側(cè)側(cè)摩阻阻力和和對(duì)樁樁尖的的阻力力即使使在經(jīng)經(jīng)過(guò)一一段時(shí)時(shí)間的的恢復(fù)復(fù)后；；也不不能達(dá)達(dá)到原原有的的程度度，為為了避避免射射水沉沉樁的的負(fù)面面作用用，不不單獨(dú)獨(dú)采用用射水水沉樁樁，而而是用用射水水—錘擊的的方式式沉樁樁，即即在錘錘擊沉沉樁的的過(guò)程程中用用射水水配合合，到到距樁樁尖設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高lm～2m時(shí)，停停止射射水，，單用用錘擊擊將樁樁沉入入到設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高。。(二)射水法法沉樁樁機(jī)具具和施施工根據(jù)射射水管管的布布置不不同，，有內(nèi)內(nèi)沖內(nèi)內(nèi)排、、內(nèi)沖沖外排排以及及外沖沖外排排等幾幾種沉沉樁的的方法法。1.內(nèi)沖內(nèi)內(nèi)排法法將射水水管安安置在在空心心樁的的中心心，噴噴嘴不不露出出樁尖尖，在在樁身身內(nèi)距距樁尖尖lm左右，，并通通入壓壓縮空空氣輔輔助向向上排排除泥泥渣水水。采采用這這種方方法時(shí)時(shí)，若若沉樁樁速度度較快快，樁樁尖在在土壤壤內(nèi)任任一點(diǎn)點(diǎn)停留留時(shí)間間較短短，則則土壤壤的破破壞僅僅限于于樁尖尖范圍圍內(nèi)，，樁的的承載載能力力較有有保證證，適適合在在黃土土類(lèi)土土和粘粘性土中中沉樁樁。若若在下下沉過(guò)過(guò)程中中，遇遇到卵卵石或或塊石石等障障礙物物，樁樁的方方向就就難以以控制制。2．內(nèi)沖沖外排排法3．外沖沖外排排法射水管管從樁樁的空空心中中穿過(guò)過(guò)伸出出樁尖尖20cm～30cm，水沖沖攪亂亂的泥泥渣沿沿著樁樁周外外壁向向上排排出。。外排排對(duì)土土層破破壞較較嚴(yán)重重，會(huì)會(huì)降低低樁的的承載載力，，但砂砂性土土承載載力降降低的的程度度要小小些，，外排排的現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施施工條條件比比內(nèi)排排要好好。將數(shù)根根射水水管(一般用用二根根)對(duì)稱(chēng)地地置放放于樁樁側(cè)面面，噴噴水管管超過(guò)過(guò)樁尖尖約20cm。泥渣渣水沿沿著樁樁周外外壁向向上排排出。。這種種方法法操縱縱方便便，但但對(duì)樁樁周土土壤破破壞較較大，，不適適于在在細(xì)微微顆粒粒、土土性不不易恢恢復(fù)的的土壤壤中沉沉樁。。4．內(nèi)外外同時(shí)時(shí)射水水法對(duì)于大大口徑徑的開(kāi)開(kāi)口管管樁，，可采采用內(nèi)內(nèi)外沖沖水結(jié)結(jié)合的的方法法。此此時(shí)中中心射射水管管的數(shù)數(shù)目可可多于于一根根，且且沿管管內(nèi)壁壁布置置。另另外還還布置置空氣氣吸泥泥機(jī)采采用邊邊沖邊邊吸的的方法法。用壓氣氣和壓壓力水水同時(shí)時(shí)沖刷刷土壤壤。由由于與與空氣氣混合合的泥泥漿容容重輕輕，能能以較較快的的速度度沖向向地面面，并并使土土對(duì)樁樁的阻阻力大大為減減小，，可以以加速速樁的的下沉沉。當(dāng)采用用水沖沖和震震動(dòng)相相結(jié)合合的方方法時(shí)時(shí)，震震動(dòng)錘錘的必必要震震幅可可以減減少一一半。。四、靜靜壓法法沉樁樁利用重重物的的靜力力作用用，克克服樁樁周和和樁尖尖阻力力使樁樁下沉沉的靜靜壓方方式。。這種壓壓樁方方法完完全避避免了了錘擊擊打樁樁所產(chǎn)產(chǎn)生的的振動(dòng)動(dòng)、噪噪音和和污染染，因因此施施工時(shí)時(shí)具有有無(wú)噪噪音、、無(wú)振振動(dòng)和和無(wú)污污染，，稱(chēng)為為環(huán)保保型打打樁機(jī)機(jī)。圖7-25靜力壓壓樁機(jī)機(jī)第三節(jié)節(jié)沉沉樁樁定位位為了完完好無(wú)無(wú)損準(zhǔn)準(zhǔn)確地地將樁樁沉放放到設(shè)設(shè)計(jì)位位置,包括樁樁的平平面位位置,必須在在沉樁樁之前前準(zhǔn)確確地定定位。。在沉沉樁過(guò)過(guò)程中中，要要控制制樁不不偏位位，沉沉樁結(jié)結(jié)束時(shí)時(shí)樁尖尖要落落在設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高上上。定位工工作借借助測(cè)測(cè)量學(xué)學(xué)的方方法進(jìn)進(jìn)行。。一、平平面定定位直樁的的平面面定位位一般是是控制制樁的的正面面軸線線和樁樁的一一條邊邊線或或角線線。二、沉沉樁高高程控控制第四節(jié)節(jié)預(yù)預(yù)制制樁沉沉樁施施工中中的主主要問(wèn)問(wèn)題一、吊吊樁樁鋼筋混混凝土土樁長(zhǎng)長(zhǎng)在20m以內(nèi)的的可用用兩點(diǎn)點(diǎn)吊，，20m以上的的用三三點(diǎn)或或四點(diǎn)點(diǎn)吊，，用起起重船船起吊吊時(shí)可可用三三點(diǎn)吊吊，表表7—1為吊運(yùn)運(yùn)過(guò)程程吊點(diǎn)點(diǎn)位置置及最最不利利彎矩矩的計(jì)計(jì)算，，圖7—28為樁在在預(yù)制制廠內(nèi)內(nèi)運(yùn)輸輸時(shí)用用四點(diǎn)點(diǎn)吊和和沉樁樁時(shí)用用三點(diǎn)點(diǎn)、四四點(diǎn)吊吊的情情況。。

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7-28樁的起起吊情情況二、沉沉樁高高程控控制1．土壤壤變形形的影影響單樁(間距>6D)不考慮慮,群樁(間距<6D)考慮。。圖7-29群樁不不合理理的施施工順順序2．要使使所有有的樁樁都能能打到到3．要考考慮到到工程程的分分段4．要考考慮打打樁水水位、、水深深、風(fēng)風(fēng)和水水流的的影響響5．盡量量減少少沉樁樁震動(dòng)動(dòng)對(duì)岸岸坡的的影響響圖7-30群樁的的合理理沉樁樁順序序三、沉沉樁應(yīng)應(yīng)力（一））打樁樁時(shí)樁樁的受受力情情況分分析錘擊法法沉樁樁過(guò)程程中，，當(dāng)樁樁沉入入不同同土層層時(shí)，，樁身身受力力情況況分析析：圖7-31樁身受受力分分析圖圖WW硬土層層硬土層層軟土層層拉應(yīng)力壓應(yīng)力(二)沉樁應(yīng)應(yīng)力及及其影影響因因素1．錘擊擊速度度和錘錘重2．樁墊墊及樁樁墊剛剛度樁墊剛剛度：：式中:A——墊塊面面積(cm2)；Ec——墊塊彈彈性模模量；；hc——墊塊厚厚度(cm)。3．樁型型和樁樁的材材質(zhì)4．土質(zhì)質(zhì)條件件5．制樁樁質(zhì)量量和沉沉樁工工藝四、沉沉樁控控制1．偏位位控制制包括偏偏位控控制、、承載載力控控制和和樁的的裂損損控制制。造成樁偏偏位的原原因：(1)風(fēng)、浪、、水流的的影響；；(2)操作上的的因素；；(3)地形和土土質(zhì)方面面的原因因；(4)樁本身的的原因。。減少樁偏偏位的措措施：(1)合理安排排工程進(jìn)進(jìn)度,避開(kāi)風(fēng)、、浪、水水流的影影響。(2)采用有足足夠定位位精度的的定位方方法。(3)掌握斜坡坡上打樁樁和打斜斜樁的規(guī)規(guī)律。2．樁的極極限承載載力控制制樁沉完以以后，應(yīng)應(yīng)保證滿滿足設(shè)計(jì)計(jì)承載力力的要求求，一般般是控制制樁尖標(biāo)標(biāo)高和打打樁最后后貫入度度（最后后一陣平平均每擊擊下沉量量），即即“雙控”。在沉樁樁過(guò)程中中要仔細(xì)細(xì)掌握貫貫入度的的變化和和及時(shí)掌掌握樁下下沉的標(biāo)標(biāo)高情況況。貫入度在在某種程程度上反反映了沉沉樁阻力力或樁尖尖土層的的軟硬程程度，在在一定程程度上反反映樁承承載力的的大小。。在粘性土土中沉樁樁，以標(biāo)標(biāo)高控制制為主，，貫入度度可作校校核；樁樁尖在砂砂性土層層或風(fēng)化化巖層時(shí)時(shí)，以貫貫入度控控制為主主，標(biāo)高高作校核核。3．樁的裂裂損控制制樁的裂損損產(chǎn)生的的原因，，除了制制造和起起吊運(yùn)輸輸上以外外，主要要是由于于沉樁過(guò)過(guò)程打樁樁應(yīng)力超超過(guò)了樁樁允許應(yīng)應(yīng)力所造造成。裂損控制制就是要要采取措措施控制制打樁應(yīng)應(yīng)力，消消除產(chǎn)生生超允許許拉壓應(yīng)應(yīng)力的條條件。在沉樁以以前，要要檢查所所用的樁樁是否符符合規(guī)范范規(guī)定的的質(zhì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。在在沉樁過(guò)過(guò)程中，，選用合合適的樁樁錘、合合適的沖沖程、合合適的樁樁墊材料料，要隨隨時(shí)查看看沉樁情