桥梁基础工程施工技术.ppt

桥梁基础施工,第一节 概述 第二节 明挖扩大基础施工 第三节 桩与管柱基础施工 第四节 沉井基础施工 第五节 地下连续墙基础施工 第六节 组合式基础施工,第一节 概述,桥梁上部承受的各种荷载，通过桥台或桥墩传至基础，再由基础传给地基。基础在桥梁的设计与施工中，占有极为重要的地位，对结构物的安全使用和造价有很大的影响。资料统计表明，建筑物失事7080是由基础失败而引起。桥址地基的岩体与土层性质的复杂多变性，其规律是难以掌握，从施工角度来说，基础类型与施工方法的正确选择，不仅关系到造价高低、工期长短，而且还关系施工的难易程度甚至结构物的成败。合理的施工方案选定，必须根据桥址处的地质、水文条件、桥梁结构体系、环境以及施工条件等诸因素，经过综合考虑和反复论证比选之后才能加以确定。,第二节 明挖扩大基础施工,扩大基础或明挖基础属直接基础，是将基础底板设在直接承载地基上，来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。扩大基础的施工方法通常是采用明挖的方式进行的；在开挖基坑前，应做好复核基坑中心线、方向和高程，并应按地质水文资料，结合现场情况，决定开挖坡度、支护方案以及地面的防水、排水措施。,地基土质较为坚实，开挖后能保持坑壁稳定，可不设置支撑，采取放坡开挖。实际工程由于土质关系、开挖深度、放坡受到用地或施工条件限制等因素影响，需采取加固坑壁措施。在开挖过程中有渗水时，则需要在基坑四周挖边沟或集水井以利排除积水。在水中开挖基坑时，通常需预先修筑临时性的挡水结构物(称为围堰)，将基坑内水排干，再开挖基坑。基坑开挖至设计标高后，必须抓紧进行坑底土质鉴定、清理与整平工作，及时砌筑基础结构物。明挖扩大基础施工的主要内容:基础的定位放样、基坑开挖、基坑排水、基底处理、砌筑(浇筑)基础结构物。,一、基础的定位放样为建筑基础开挖的临时性坑井称基坑。基坑属临时性工程，作用是提供一个空间，使基础的砌筑作业得以按照设计所指定的位置进行。在基坑开挖前，先进行基础的定位放样工作，以便正确地将设计图上的基础位置准确地设置到桥址上。放样工作根据桥梁中心线与墩台的纵横轴线，推出基础边线的定位点，再放线画出基坑的开挖范围。基坑底部尺寸较设计的尺寸每边各增加0.51.0m的富余量，以便于支撑、排水与立模板。,二、陆地基坑开挖基坑大小应满足基础施工要求。对有渗水土质的基坑坑底开挖尺寸，需按基坑排水设计基础模板设计而定，一般基底尺寸应比设计平面尺寸各边增宽0.51.0m。基坑可采用:垂直开挖、放坡开挖、支撑加固或其他加固的开挖方法，具体应根据地质条件、基坑深度、施工期限与经验，以及有无地表水或地下水等现场因素来确定。,(一)坑壁不加支撑的基坑对于在干涸无水河滩、河沟中，或有水经改河或筑堤能排除地表水的河沟中；地下水位低于基底，或渗透量少，不影响坑壁稳定；以及基础埋置不深，施工期较短，挖基坑时，不影响邻近建筑物安全的施工场所，可考虑选用坑壁不加支撑的基抗。基坑的形式如图42所示。,粘性土在半干硬或硬塑状态，基坑顶缘无活荷载，稍松土质基坑深度不超过0.5m，中等密实(锹挖)土质基坑深度不超过1.25m，密实(镐挖)土质基坑深度不超过2.00m时，均可采用垂直坑壁基坑。基坑深度在5m以内，土的湿度正常时，采用斜坡坑壁开挖或按坡度比值挖成阶梯形坑壁，每梯高度为0.51.0m为宜，可作为人工运土出坑的台阶。基坑深大于5m时，坑壁坡度适当放缓，或加做平台。土的湿度影响坑壁的稳定性时，应采用该湿度下土的天然坡度或采取加固坑壁的措施。当基坑的上层土质适合敞口斜坡坑壁条件，下层土质为密实粘性土或岩石可用垂直坑壁开挖，在坑壁坡度变换处，应保留有至少为0.5m的平台。,基坑施工过程中应注意以下几点：1)在基坑顶缘四周适当距离处设置截水沟，防止水沟渗水，以避免地表水冲刷坑壁，影响坑壁稳定性；2)坑壁缘边应留有护道，静荷载距坑边缘不小于0.5m，动荷载距坑边缘不小于1.0m；垂直坑壁边缘的护道还应适当增宽；水文地质条件欠佳时应有加固措施；3)应经常注意观察坑边缘顶面土有无裂缝，坑壁有无松散塌落现象发生，以确保安全施工；4)基坑施工不可延续时间过长，自开挖至基础完成，应抓紧时间连续施工；5)如用机械开挖基坑，挖至坑底时，应保留不小于30cm厚度的底层，在基础浇筑圬工前，用人工挖至基底标高；6)基坑应尽量在少雨季节施工，7)基坑宜用原土及时回填，对桥台及有河床铺砌的桥墩基坑，则应分层夯实。,(二)坑壁有支撑的基坑基坑壁坡不易稳定并有地下水渗入，或放坡开挖场地受到限制，或基坑较深、放坡开挖工程数量较大，不符合技术经济要求时，采取以下的加固坑壁措施，如挡板支撑、钢木结合支撑、砼护壁及锚杆支护等。常用的坑壁支撑形式有：直衬板式坑壁支撑(图43)、横衬板式坑壁支撑(图44)、框架式支撑(图45)其他形式的支撑(如锚桩式、锚杆式、锚碇板式、斜撑式等)，如图46所示。坑壁有支撑的施工，按土质情况不同，可一次挖成或分段开挖，每次开挖深度不宜超过2m。,砼护壁适用于除流砂及呈流塑状态的粘土外的各类土的开挖防护，对较大直径、较深基坑的圆形或椭圆形土质基坑更宜采用。砼护壁的施工方法有两种：(1)喷射砼护壁一般喷护厚度为58cm，一次喷护约需12h。一次喷护如达不到设计厚度，应等第一次喷层终凝后再补喷，直至要求厚度为止。喷护的基坑深度应按地质条件决定，一般不宜超过10m。基坑开挖若遇有较大渗水时，可采取下列措施之一。每层开挖深度不大于0.5m，汇水坑设在基坑中心；开挖含水土层时，宜扩挖0.4m，以石料码砌扩挖部位，并在表面喷射一层58cm厚的砼；对流砂、淤泥等夹层，除打入小木桩外，并在桩间绕缠竹筋、荆笆或挂上竹篱等后再喷射砼。,锚喷护壁,喷射混凝土护壁,(2)现浇砼护壁基坑开挖视地质稳定情况，一般挖深1.01.8m，即应立模浇筑砼。拆模时间应根据掺速凝剂数量、气温条件、砼达到支撑强度等要求来决定，通常在24h以上便可拆模。,挖一节浇一节直至基底。必要时可采用钢筋砼护壁。对于圆形基坑，开挖面应均匀分布，对称施工，及时灌筑，无支承总长度不得超过二分之一周长。,三、水中基础的基坑开挖桥梁墩台基础大多位于地表水位以下，有时流水还比较大，施工时都希望在无水或静止水条件下进行。桥梁水中基础最常用的施工方法是围堰法。围堰的作用是防水和围水，有时还起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用。,围堰的结构形式和材料要根据水深、流速、地质情况、基础形式以及通航要求等条件进行选择。,任何形式和材料的围堰，均必须满足下列要求：第一、围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm，最低不应小于50cm，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面2040cm。第二、围堰外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求，并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不致发生破裂、滑动或倾覆。第三、围堰要求防水严密，应尽量采取措施防止或减少渗漏，以减轻排水工作。对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起河床的冲刷均应有防护措施。第四、围堰施工一般应安排在枯水期进行。,表45 公路桥梁中应用的围堰类型及其适用条件,(一)土石围堰土围堰最好是用在水浅、流速不大、河床土层为不透水的情况下。土围堰可用任意土料筑成，以粘土或砂类粘土较好。土堰的断面一般为梯形(图48)。当水流速大于0.7ms时，为保证堰堤不被冲刷蚕食和为减少围堰工程量，可用草(麻)袋盛土码砌堰堤边坡，称为草(麻)袋围堰(图49)。土袋上下层和内外层应相互错缝，尽量堆码密实整齐；填筑时，均应自上游开始，至下游合拢。,土石围堰防水处理,(二)木笼围堰或竹笼围堰在岩层裸露河底不能打桩，或流速较大而水深在1.54.0m的情况下，可采用木(竹)笼围堰。木(竹)笼围堰是用方木、圆木或竹材叠成框架，内填土石构成的(图410)。经过改进的木笼围堰称为木笼架围堰，减少了木料用量。在木笼架就位后，再抛填片石，然后在外侧设置板桩墙。木笼架围堰的抗滑动和抗倾覆稳定性，可按两侧无土的情况来验算，把木笼当作一个整体，当堰内排水后，木笼就受到外侧水压力的作用，其稳定性完全依赖于自重与其中填土重(均须扣除浮力)以及所产生的摩阻力。只要宽度不小于0.6h，围堰的稳定性就可以得到保证。,(三)钢板桩围堰钢板桩本身强度大，防水性能好，打入土层时穿透能力强，不但能穿过砾石、卵石层，也能切入软岩层内，因此，钢板桩的适用范围相当广。1030m深的围堰，用钢板桩是适当的。钢板桩是碾压成型的，断面形式多种多样。我国常用的是德国拉森(Larssen)式槽型钢板桩。钢板桩的成品长度有几种规格(可查阅施工规范或手册)，最大为20m，还可根据需要接长。板桩之间用锁口形式连接，图411为常见的三种锁口形状。,插打钢板桩时必须备有可靠的导向设备，以保证钢板桩的垂直沉入。一般先将全部钢板桩逐根或逐组插打到稳定深度，然后依次打入至设计深度。插打的顺序按施工组织设计进行，一般自上游分两头插向下游合拢。插打前在锁口内涂以黄油、锯末等混合物，组拼桩时，用油灰和棉花捻缝，以防漏水。在插打过程中，应随时检查其平面位置是否正确，桩身是否垂直，发现倾斜应立即纠正或拔起重插。,当水深较大时，常用围囹(以钢或钢木构成的框架)作为钢板桩的定位和支撑(图412a)。即先在岸上或驳船上拼装围囹，运至墩位定位后，在围囹内插打定位桩，把围囹固定在定位桩上，然后在围囹四周的导框内插打钢板桩。在深水处修筑围堰，为了保证围堰不渗水或尽可能少渗水，可采用双层钢板桩围堰(图412b)，或采用钢管式的钢板桩围堰(图412c)。钢板桩可用锤击、振动或辅以射水等方法下沉，但在粘土地基中不宜使用射水。锤击时宜使用桩帽，以分布冲击力和保护桩头。,围 囹,围堰将合拢时，宜经常观测四周的冲淤状况，必要时应采取措施，预防上游冲空、涌水或下游淤积，影响施工进程。桥梁墩台施工完毕后，可用千斤顶、浮式起重机、振动法及双动汽锤倒打等方法，将钢板桩拔出。拔除前应向围堰内灌水，使堰内水位高于堰外水位1.01.5m。拔桩时从下游附近易于拔除的一根或一组钢板桩开始，并先锤击几次或射水稍予松动后再上拔。,(四)套箱围堰套箱围堰适用于埋置不深的水中基础，也可用修建桩基承台。套箱用木板、钢板或钢丝网水泥制成的无底围堰，内部设木、钢料支撑，图413为钢木套箱围堰示意。,根据工地起吊、运输能力和现场情况，套箱可制成整体式或装配式。套箱的接缝必须采取防止渗漏的措施。,套箱施工分为准备、制作、就位、下沉、清基和浇注水下砼等工序。准备是用24艘20t船只联结组成工作平台；制作系在岸上加工拼装组件，运往工作平台组装成无底套箱；就位系将工作台浮运或吊运至基础位置，按测量控制就位；下沉是将套箱吊起，拆去工作台上脚手板，慢慢下沉。需注意使套箱位置平稳，不得倾斜，并用绞车等设备随时校正套箱位置。下沉套箱前，应清除河床表面障碍物，随着套箱下沉逐步清除河床土层直至设计标高。清基时，当基底为岩层时，应整平基岩。待套箱下沉完毕后，可采用吹沙吸泥或静水挖抓沙泥方法进行水下清基。基底经过检验合格即可灌筑水下砼封底，然后抽干套箱内存水，浇筑墩台。,用套箱法修建承台底面为土质的桩基承台时，宜在基桩沉入完毕后，整平河底，下沉套箱，清除桩顶覆盖土至设计高度，然后灌筑水下砼封底、抽水、建筑承台。若承台底面在水中时，宜将套箱固定在基桩、支架或吊船上，再安装套箱底板，然后在套箱内灌筑水下砼封底、抽水、修筑承台。钢套箱较钢木套箱整体性能好，刚度大，适应深水中的较大基础。钢套箱骨架用角钢焊接或螺栓联结组成，用钢板焊接或铆接成板壁，最宜用大型浮吊安装就位。,如果基坑土质不好，采用抽水挖基将产生涌泥或涌砂现象，严重影响坑壁的稳定时，或者基坑土质渗水量过大，已超过现有排水能力，基坑水抽不干时，均可采用水中挖基方法。常用的水中挖基方法有：水力吸泥机、水力吸石筒、空气吸泥机等。如遇有坚密土层，可用射水方法配合松土，以加快挖基进度。如基坑水深，挖方量大，亦可采用抓泥斗或挖掘机进行水中挖基作业。,四、基坑排水基坑坑底一般多位于地下水位以下，地下水会经常渗进坑内，因此必须设法把坑内的水排除，以便利施工。要排除坑内渗水，首先要估算涌水量，方能选用相当的排水设备。例如某桥墩基础采用木笼围堰，地质、水文情况如图414所示，围堰面积约1000m2，设置五台抽水机，总排水能力约为1000th，保证基坑内基本无水作业。,(一)渗水量的计算施工前为了估计基坑抽水设备能力，应先计算基坑的渗水量。计算可参照现有的经验公式进行，其中土的渗透系数是计算渗水量准确与否的关键。渗透系数可选用相关公式计算基坑的总渗水量。,(二)基坑排水桥梁基础施工中常用的基坑排水方法有：1)集水坑排水法 除严重流沙外，一般情况下均可适用。集水坑(沟)的大小，主要根据渗水量的大小而定；排水沟底宽不小于0.3m、纵坡为15%，如排水时间较长或土质较差时，沟壁可用木板或荆笆支撑防护。集水坑一般设在下游位置，坑深应大于进水笼头高度，并用荆笆、竹篾、编筐或木笼围护，以防止泥沙阻塞吸水笼头。,2)井点排水法当土质较差有严重流沙现象，地下水位较高，挖基较深，坑壁不易稳定，用普通排水方法难以解决时，可采用井点排水法。井点排水适用于渗透系数为0.5150md的土壤中，尤其在250md的土壤中效果最好。降水深度一般可达46m，二级井点可达69m，超过9m应选用喷射井点或深井点法。可视土层的渗透系数、要求降低地下水位的深度及工程特点等，选择适宜的井点排水法和所需设备。井点法排水示意图见图416。,用井点法降低土层中地下水位时，应尽可能将滤水管埋设在透水性较好的土层中。并应在水位降低的范围内，设置水位观测孔；对整个井点系统应加强维修和检查，以保证不问断地进行抽水；还应考虑到水位降低区域构筑物受其影响而可能产生的沉降。,要做好沉降观测，必要时应采取防护措施。井点排水法需要设备多，施工布置较复杂，费用大，应进行技术经济比较后采用。在桥涵基础中多用于城市内挖基。,井点排水,井点排水,3)其他排水法对于土质渗透性较大、挖掘较深的基坑，可采用板桩法或沉井法用帷幕法，即将基坑周围土层用硅化法、水泥灌浆法、沥青灌浆法及冻结法等处理成封闭的不透水的惟幕、自然冻结法在我国北方地区应用前景较好，一般采用分格分层开挖。浅滩处可用砂土筑岛代替水，因为土的冻结速度比水快。河中水深大于2m以上时，可考虑采用冰套箱法，将套箱直接排水沉到河底，以缩短凿冰时间。,五、基底检验与处理(一)基底检验基础是隐蔽工程，基坑施工是否符合设计要求，在基础浇筑前应按规定进行检验。检验的目的在于：确定地基的容许承载力大小、基坑位置与标高是否与设计文件相符，以确保基础的强度和稳定性，不致发生滑移等病害。基底检验的主要内容应包括：检查基底平面位置、尺寸大小，基底标高；检查基底土质均匀性，地基稳定性及承载力等；检查基底处理和排水情况；检查施工日志及有关试验资料等等。,基底检验按桥涵大小、地基土质情况及结构对地基有无特殊要求等，按以下方法进行：1.小桥涵的地基，一般采用直观或触探方法，必要时进行土质试验。特殊设计的小桥涵对地基沉降有严格要求，土质不良时，宜进行荷载试验。对经加固处理后的特殊地基，一般采用触探或作密实度检验等。2.大、中桥和填土12m以上涵洞的地基，一般由检验人员用直观、触探、挖试坑或钻探(钻深至小4m)试验等方法，确定土质容许承载力是否符合设计要求。对地质特别复杂，或在设计文件中有特殊要求，或虽经加固处理又经触探、密实度检验后尚有疑问时，需进行荷载试验。,(二)基底处理天然地基上的基础是直接靠基底土壤来承担荷载的，故基底土壤状态的好坏，对基础及墩台、上部结构的影响极大，不能仅检查土壤名称与容许承载力大小，还应为土壤更有效地承担荷载创造条件，即要进行基底处理工作。基底处理方法视基底土质而异，表414汇总了一般的处理方法，可供参考。软土及软弱地基为沉积的软弱饱和粘土层，承压力小、沉降量大，进行处理时，可根据软土层的厚度及其物理力学性质、承载力大小、施工期限、施工机具和材料供应等因素，因地制宜、就地取材，采取换填土、砂砾垫层、袋装砂井、排水塑料板桩、生石灰桩、真空预压及粉体喷射搅拌法等处理方法。,六、基础圬工浇(砌)筑明挖基坑中的基础施工，应尽可能的使基底处于干的情况下浇砌基础。通常的基础施工可分为无水砌筑、排水浇砌及水下灌筑三种情况。（一）排水砌筑的施工要点是：确保在无水状态下砌筑圬工；禁止带水作业及用砼将水赶出模板外的灌注方法；基础边缘部分应严密隔水；水下部分圬工必须待水泥砂浆或砼终凝后才允许浸水。,（二）水下灌筑砼一般只有在排水困难时采用。基础圬工的水下灌筑分为：水下封底和水下直接灌筑基础两种。1)水下封底砼的厚度。封底之后，要从基坑内排干水。这时基底面上受到向上作用的水压力P。(图417)。封底砼在水作用下，有如周边支承的板，其最小厚度J应能保证砼板有足够的强度。浮筒的自重应能保证不被浮起。,水下封底砼的质量不易控制，故封底厚度不能完全按公式计算决定，还应参照实际经验。为满足防渗漏的要求，封底砼的最小厚度一般为2m左右。,2)水下砼的灌注方法桥梁基础施工中广泛采用的是垂直移动导管法，图418,砼经导管输送至坑底，并迅速将导管下端埋没，随后砼不断地输送到被埋没的导管下端，从而迫使先前输送到的但尚未凝结的砼向上和向四周推移。随着基底砼的上升，导管亦缓慢地向上提升，达到要求的封底厚度时，停止灌入砼并拔出导管。,当封底面积较大时，宜用多根导管同时或逐根灌注，按先低处后高处、先周围后中部次序并保持大致相同的标高进行，以保证使砼充满基底全部范围。导管的根数及在平面上的布置，可根据封底面积、障碍物情况、导管作用半径等因素确定。导管的有效作用半径则因砼的坍落度大小和导管下口超压力大小而异。对于大体积的封底砼，可分层分段逐次灌注。对于强度要求不高的围堰封底水下砼，也可以一次由一端逐渐灌注到另一端。在正常情况下，所灌注的水下砼仅其表面与水接触，其他部分的灌注状态与空气中灌注无异，从而保证了水下砼的质量。至于与水接触的表层砼，可在排干水而外露时予以凿除。,采用导管法灌注水下砼要注意以下几个问题：(1)导管应试拼装，球塞应试验通过，施工时严格按试拼的位置安装。导管试拼后，检查导管有无漏水现象。导管各节的长度不宜过大，联结应可靠而又便于装拆，以保证拆卸时中断灌注时间最短。(2)为使砼有良好的流动性，粗骨料粒径以2040mm为宜。坍落度应不小于18cm，一般倾向于用大一些。水泥用量比空气中同等级的砼增加20。(3)必须保证灌注工作的连续性，在任何情况下不得中断灌注。在灌注过程中，应经常测量砼表面的标高，正确掌握导管的提升量。导管下端务必埋入砼内，埋入深度一般不应小于0.5m。(4)水下砼的流动半径，要综合考虑到对砼质量的要求、水头的大小、灌筑面积的大小、基底有无障碍物以及砼拌和机的生产能力等因素来决定。,浇筑基础时，应做好与台身、墩身的接缝联结，一般要求：(1)砼基础与砼墩台身的接缝，周边应预埋直径不小于16mm的钢筋或其他铁件，埋入与露出的长度不应小于钢筋直径的30倍，间距不大于钢筋直径的20倍。(2)砼或浆砌片石基础与浆砌片石墩台身的接缝，应预埋片石作榫，片石厚度不应小于15cm，片石的强度要求不低于基础或墩台身砼或砌体的强度。施工后的基础平面尺寸，其前后、左右边缘与设计尺寸的容许误差不大于土50mm。,七、地基加固及实例(一)地基加固土质强度、压缩性和透水性等性质有很大的差异。其中，有不少是软弱土或不良土，诸如淤泥和淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土以及土洞、溶洞等。当桥涵位置处于这类土层上时，除可采用桩基、沉井等深基础外，也可采用地基加固措施，以提高其承载能力，然后在其上修筑扩大基础。对于一般软弱地基土层加固处理方法可归纳为四种类型，,1、换填土法：将基础下软弱土层全部或部分挖除，换填力学物理性质较好的土；2、挤密土法：用重锤夯实或砂桩、石灰桩、砂井、塑料排水板等方法，使软弱土层挤压密实或排水固结；3、胶结土法：用化学浆液灌入或粉体喷射搅拌等方法，使土壤颗粒胶结硬化，改善土的性质；4、土工聚合物法：用土工膜、土工织物、土工格栅与土工合成物等加筋土体，以限制土体的侧向变形，增加土的周压力，有效提高地基承载力。实际工程中必须根据上部结构对地基的要求，针对不同地基土的特性，有的放矢、因地制宜地选择加固方法。只有了解软弱土层的特性，掌握不同处理方法的加固机理，才能使地基加固得恰到好处，以最经济的手段达到预期的加固效果。,(二)地基加固实例我国南部沿海XX大桥，桥址处地质构造：河床表层为河口相淤泥和滨海相淤泥质粉砂为主的松散堆积，呈流塑、软塑状，层厚1625m，其下为冲积中粗砂砾层和残积砾质亚粘土层，埋深2030m，基岩为中粗粒花岗岩，致密坚硬。由于桥台台后填土高，软土覆盖层深厚，且含水量高、压缩性大，地基需经加固处理才能满足设计要求。该桥采用常用的加固方法，塑料排水板、粉喷桩复合地基和超载预压法等进行方案比较，结果表明：水泥粉喷桩复合地基加固软土效果显著，施工工期最短，但费用最高；超载预压法则工期太长，剩余沉降量过大；塑料排水板加固软基效果好，工期较短，施工简单，有较成熟的施工经验等。最后采用塑料排水板加固台后软基，效果良好。,第三节 桩与管柱基础施工,当地基浅层土质较差，持力土层埋藏较深，需要采用深基础才能满足结构物对地基强度、变形和稳定性要求时，可用桩基础。基桩按材料分类有木桩、钢筋砼桩、预应力砼桩与钢桩。桥梁基础中应用较多的是中间两种。按制作方法分为预制桩和钻(挖)孔灌注桩；按施工方法分为锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩、就地灌注桩与钻孔埋置桩等，前四种又统称为沉入桩。应该依据地质条件、设计荷载、施工设备、工期限制及对附近建筑物产生的影响等选择桩基的施工方法。,一、沉入桩基础沉入桩所用的基桩主要为:预制的钢筋砼桩和预应力砼桩。断面形式常用的有实心方桩和空心管桩两种，方桩尺寸为30cm30cm、30cm35cm、35cm35cm、35cm40cm、40cm40cm，桩长为1024m。管桩一般由工厂以离心成型法制成，目前成品规格；管桩外径40cm、55cm两种，分为上、中、下三节，管壁厚度为810cm。近年来发展的PHC高强预应力砼离心管桩已在工程上广泛应用，PHC离心管桩系工厂化生产，制桩标准化程度高，具有砼强度高(C80)、施工可贯入性好、穿透力强、耐久性好及吨位承载造价低等特点，且桩型、桩长可根据用户要求及施工情况灵活选配和拼接。同时PHC管桩的桩尖可按场地土质类型选用开口式或闭口式，其中开口式可减少打桩过程中外排土量，从而减轻对周围建筑物和地下管道、管线等挤压效应。图419为制桩工艺流程图。,预应力圆桩,预应力方桩,制作钢筋砼桩和预应力砼桩所用技术应按公路桥涵施工技术规范办理。此外，还应注意以下事项：1)钢筋砼桩内的纵向主钢筋如需接头时，应采用对焊接头；2)螺旋筋或箍筋必须箍紧主筋，与主筋交接处应用点焊焊接或用铁丝扎结牢固；3)预应力砼的纵向主筋采用冷拉钢筋且需焊接时，应在冷拉前采用闪光接触对焊焊接；4)桩长用法兰盘连接时，法兰盘应对准位置焊接在钢筋或预应力钢筋上；对先张法预应力砼桩，法兰盘应先焊接在力筋上，然后进行张拉；5)砼应由桩顶向桩尖方向连续灌注，不得中断；,钢筋砼桩的预制要点为：制桩场地的整平与夯实；制模与立模；钢筋骨架的制作与吊放；砼浇筑与养护。间接浇筑法要求第一批桩砼达到设计强度的30后，方可拆除侧模；待第二批桩的砼达到设计强度的70后才可起吊出坑。,预制桩在起吊与堆放时，较多采用两个支点。较长的桩也可用34个支点。支点位置一般应按各支点处最大负弯矩与支点间桩身最大正弯矩相等的条件来确定，图421所示。起吊就位多采用1个或2个吊点，如图内a)、e)。堆放场地应靠近沉桩现场，场地平整坚实，并备有防水措施，以免场地出现湿陷或不均匀沉陷。当预制桩长度不足时要接桩。常用的接桩方法有：法兰盘连接、钢板连接及硫磺胶泥(砂浆)连接等等。,沉桩的一般工序如图422。沉桩顺序应根据现场地形条件、土质情况、桩距大小、斜桩方向、桩架移动的方便等来决定。同时应考虑使桩入土深度相差不多，土壤均匀挤密。沉桩前应处理空中和地面上下的障碍物，平整场地或搭设支架、平台，做好准备工作。沉入桩的施工方法主要有：锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩以及静力压桩等。,(一)锤击沉桩锤击沉桩一般适用于中密砂类土、粘性土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打入土中，因此一般桩径不能太大(不大于0.6m)，入土深度在40m左右，否则对沉桩设备要求较高。1.沉桩设备。锤击沉桩的主要设备有桩锤、桩架及动力装置三部分表425为常用沉桩机具的适用性能。图424为各种桩锤示意图。冲击锤的选择，原则上是重锤低击。具体选择时可考虑下述因素：(1)按锤重与桩重的比值。(2)按桩锤的冲击能：根据单桩的设计荷载估算桩锤需要冲击能,柴油机桩锤是一种特殊的二冲程柴油发动机，其本身既是发动机又是工作机，不需要外部能源和蒸汽锅炉、空压机或电动机等，较单动、双动汽锤优越，且沉桩效率较高，工程上应用较为普遍。柴油机桩锤型式多样，总的分为杆式和筒式两种。桩架在沉桩施工中，承担吊锤、吊桩、插桩、吊插射水管及桩在下沉过程中的导向作用等(图425)。其他设备中主要有桩帽与送桩。桩帽主要是承受冲击，保护桩顶，在沉桩时能保证锤击力作用于桩轴线而不偏心，故要求构造坚固。送桩用于当桩顶被锤击低于龙门挺而仍需继续沉入时，即需把桩顶送到地面下必要深度处用。图426为桩帽与钢送桩示意。,柴油桩锤,电机振动桩锤,2、施工要点沉桩前，应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检查；开锤前应再次检查桩锤、桩帽或送桩与桩的中轴线是否一致；锤击沉桩开始时，应严格控制各种桩锤的动能：,3.锤击沉桩的停锤控制标准(1)设计桩尖标高处为硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，根据贯入度变化并对照地质资料，确认桩尖已沉入该土层，贯入度达到控制贯入度。(2)当贯入度已达到控制贯入度，而桩尖标高未到达设计标高时，应继续锤入0.10m左右(或锤击3050次)，如无异常变化即可停锤；若桩尖标高比设计标高高得多时，应报有关部门研究确定。(3)设计桩尖标高处为一般粘性土或其他松软土层时，应以标高控制，贯入度作为校核。当桩尖已达设计标高，而贯入度仍较大时，应继续锤击，使其接近控制贯入度。(4)同一桩基中，各桩的最终贯入度应大致接近，而沉入深度不宜相差过大，避免基础产生不均匀沉降。从沉桩开始，应严格控制桩位及竖桩的竖直度或斜桩的倾斜度。在沉桩过程中，不得采用顶、拉桩头或桩身办法来纠偏，以防桩身开裂并增加桩身附加弯矩。,(二)射水沉桩射水施工方法的选择应视土质情况而异：砂夹卵石层或坚硬土层中，一般以射水为主，锤击或振动为辅；亚粘土或粘土中，为避免降低承载力，一般以锤击或振动为主，以射水为辅，并应适当控制射水时间和水量；下沉空心桩，一般用单管内射水。当下沉较深或土层较密实，可用锤击或振动，配合射水，下沉实心桩，将射水管对称地装在桩的两侧，并能沿着桩身上下自由移动，以便在任何高度上射水冲土。,必须注意:不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段至设计标高11.5m时，应停止射水，单用锤击或振动沉入至设计深度。对湿陷性黄土地层，除设计有特殊规定外，不宜采用射水沉桩。预制的钢筋砼桩或预应力砼桩以射水配合沉桩时，宜用较低落距锤击，避免因射水后，桩尖支承力不足，桩身产生超过允许的拉应力。射水沉桩的设备包括：水泵、水源、输水管路(应减小弯曲，力求顺直)和射水管等。,射水管内射水的长度应为桩长(L1)、射水嘴伸出桩尖外的长度(L2)和射水管高出桩顶以上高度(L3)之和，即LL1+L2+L3。射水管的布置见图427。具体需根据实际施工需要的水压与流量而定。水压与流量关系到地质条件、选用的桩锤或振动机具、沉桩深度和射水管直径、数目等因素。较完善的方法是在沉桩施工前经过试桩后予以选定。,射水沉桩的施工要点是：吊插基桩时要注意及时引送输水胶管，防止拉断与脱落；基桩插正立稳后，压上桩帽桩锤，开始用较小水压，使桩靠自重下沉。初期应控制桩身不使下沉过快，以免阻塞射水管嘴，并注意随时控制和校正桩的方向；下沉渐趋缓慢时，可开锤轻击，沉至一定深度(810m)已能保持桩身稳定后，可逐步加大水压和锤的冲击动能；沉桩至距设计标高一定距离(2.0m以上)停止射水，拔出射水管，进行锤击或振动使桩下沉至设计要求标高。若采用中心射水法沉桩，要在桩垫和桩帽上留有排水通道，防止射水从桩尖孔返入桩内，产生水压，造成桩身胀裂。管桩下沉到位后，如设计要求以砼填芯时，应用吸泥等法清除沉渣以后，用水下砼填芯。,(三)振动沉桩振动沉桩适用于砂质土、硬塑及软塑的粘性土和中密及较松散的碎、卵石类土。对于软塑类粘土及饱和砂质土，当基桩入土深度小于15m时，可只用振动沉桩机。除此情况外，宜采用射水配合沉桩。在选择沉桩机(锤)时，应验算振动上拔力对桩身结构的影响。同时应注意确保振动沉桩机、机座、桩帽连接可靠，沉桩和桩中心轴线尽量保持在同一直线上。每一根桩的沉桩作业应一次完成，不可中途停顿，以免土层的摩阻力恢复，增加下沉困难。振动沉桩停振控制标准，应以通过试桩验证的桩尖标高控制为主，以最终贯入度(mmmin)或可靠的振动承载力公式计算的承载力作为校核。,振动沉桩,(四)静力压桩静力压桩系采用静压力将桩压入土中，即以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力，适用于高压缩性粘土或砂性较轻的亚粘土层。沉桩速度视土质状况而异。同一地区、相同截面尺寸与沉入深度的桩，其极限承载能力与锤击沉桩大体相同。静力压桩的准备工作包括：根据地质钻探、静力触探或试桩资料估算压桩阻力；选用压桩设备，但应注意使设计承载力大于压桩阻力的40；压桩施工用辅助设备及测量仪器的检查校定等。压桩作业开始后，应尽可能连续施工，减少停顿次数和时间，以免产生过大的启动阻力。桩尖接近设计标高时，应严格控制压桩进程。当遇到插桩初压时，桩尖即有较大走位和倾斜，或沉桩过程中桩身倾斜或下沉速度加快，以及压桩阻力突然剧增或压桩设备倾斜等情况时，应暂停施压，分析原因，及时处理。,(五)水中沉桩在河流水浅时，一般可搭设施工便桥、便道、土岛和各种类型脚手架组成的工作平台，其上安置桩架并进行水中沉桩作业。在较宽阔的河中，可将桩安设在组合的浮体上或固定平台，亦可使用专用打桩船。此外还可采用：1)先筑围堰后沉基桩法：一般在水不深，桩基临近河岸时采用此法。2)先沉基桩后筑围堰法：一般适用于较深的水中桩基。此法包括拼装导向围笼并浮运至墩位，抛锚定位，围笼下沉接高；在围笼内插打定位桩，下沉其余基桩，然后插打钢板桩，组成防水围堰；以及其后的吸泥、水下砼封底等工序组成。3)用吊箱围堰修筑水中桩基法：一般适用修筑深水中的高桩承台。悬吊在水中的套箱，在沉桩时用作导向定位，沉桩完后封底抽水，浇筑水中砼承台。图428为采用吊箱围堰施工顺序示意。,二、就地灌注砼桩基础就地灌注桩系指采用不同的钻(挖)孔方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架(笼)吊入井孔中，灌注砼形成为桩基础。这种成桩工艺在欧洲约于40年代初期已开始使用。我国公路桥梁上使用钻孔灌注桩基础始于50年代末期，从河南省用人力转动锥头钻孔开始，逐渐在全国发展到冲抓锥、冲击锥、正反循环回转钻、潜水电钻及液压动力钻井机等多种钻孔工艺。钻孔直径由初期的0.25m，到70年代的2.0m左右，目前最大桩径已达46m，如安徽铜陵长江大桥、江西南昌新八一大桥相继采用了桩径为4.0m的钻孔桩基础。桩长也从十余米发展到百米以上。近期施工的武汉白沙洲长江大桥，其主墩基础为40根桩径为1.55m的钻孔灌注桩，实际成孔深度达102m。随着钻井技术的成熟，钻机性能的不断完善，钻孔灌注桩的应用将进入一个新阶段。,(一)钻孔灌注桩的特点,钻孔灌注桩的桩长可以根据持力土层的起伏面变化，并按使用期间可能出现的最不利内力组合配置钢筋，钢筋用量较少，便利施工，故应用较为普遍。表427为钻孔灌注桩与沉入桩的比较，两者各有特点，可根据设计要求、机具设备、地质条件、场地情况和施工工期等因素，综合分析，合理选用。,(二)钻孔方法和机具设备钻孔灌注桩的关键是钻孔。钻孔的方法可归纳为三种类型；即冲击法、冲抓法与旋转法。冲击法系用冲击钻机或卷扬机带动冲锥，借助锥头自重下落产生的冲击力反复冲击破碎土石或把土石挤入孔壁中，用泥浆浮起钻渣，或用抽渣筒或空气吸泥机排出钻渣而形成钻孔。冲抓法系用冲抓锥靠自重产生冲击力切入土层或破碎土层，叶瓣抓土、弃土以形成钻孔。旋转法系用人力或钻机，通过钻杆带动锥或钻头旋转切削土壤，用泥浆浮起排出钻渣形成钻孔。每种方法又因动力与设备功能的不同，而分为多种。图429为钻孔方法的施工布置；图430为常用的钻孔用钻头示意。根据上述各种钻孔方法的适用范围和特点，结合机具设备供应情况、设计和工期要求以及土层状况，可以正确的选择钻孔方法。,(三)钻孔灌注桩的施工工艺流程钻孔灌注桩施工因成孔方法的不同和现场情况各异，施工工艺流程不会完全相同。在施工前，要安排好施工计划，编制具体的工艺流程图，作为安排各工序施工操作和进度的依据。参照各地的实践经验，钻孔灌注桩的工艺流程一般如图431所示。图432为旋转式钻孔灌注桩施工示意。当同时有几个桩位施工时，要注意相互的配合，避免干扰与冲突，并尽可能地做到均衡地使用机具与劳动力，既要抓紧新钻孔的施工，也要做好已成桩的养护和质量检验工作。钻孔灌注桩施工，必须由有经验的施工人员主持，并掌握场地的地质与水文地质情况，保证钻孔设备完好，施工记录完善。钻孔灌注桩施工的主要工序是：埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装以及灌注水下砼等。,1.埋设护筒钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌，甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能稳定孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时还有隔离地表水、保护孔。制作护筒的材料有木、钢、钢筋砼三种。护简要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm)，每节长度约23m。一般常用钢护筒，在陆上与深水中均能使用，钻孔完成，可取出重复使用。,护筒底部及其周围一定范围内应夯填粘土；借助粘土压力及隔水作用，保持护筒稳定，保护孔口地面。埋设护筒如图433所示。在深水中埋设护筒时先打入导向架，再用锤击或振动加压沉入护筒。护筒入土深度视土质与流速而定。护筒平面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1。,2.泥浆制备钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成，具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况采用不同的性能指标，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小，护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。通常采用塑性指数大于25，粒径小于0.005mm的粘土颗粒含量大于50的粘土，通过泥浆搅拌机或人工调和，贮存在泥浆池内，再用泥浆泵输入钻孔内。,泥浆泵应有足够的流量，以免影响钻进速度。大直径深孔采用正循环回转法施工时，泥浆泵应经过流量和泵压计算来选择。泥浆泵的泵压应能克服泥浆在钻杆中流动的摩阻力、输浆胶管中的摩阻力、钻杆接头处的阻力、泥浆在钻孔内上升时与孔壁接触的摩阻力以及钻头出浆口处的阻力等，将这些阻力损失的总和增大20作为所需的泥浆泵泵压值。对孔深百米以内的钻孔，一般可采用2MPa及以上的泵压。,1)沉管灌注桩用锤击或振动方法将钢管沉入土内，然后在管内灌注砼(或钢筋砼)，随灌随拔管形成灌注桩(图434)。钢管下端应设活瓣桩尖或预制砼桩尖，并保持桩尖在桩管中线上。预制砼桩尖砼标号不得低于30号。在拔管过程中，拔管速度应均匀，桩管内应至少保持高约2m的压头砼。易坍塌土层，压头砼还应提高。,3、成孔方法,在淤泥及含水量饱和的软土层中振动拔管时，应采用反插法施工，即指桩管灌入砼后，先振动再开始拔管，每次拔管高度0.51.Om，往下反插深度0.30.5m，同时应分段添加砼，保持