城市桥梁工程桩基础施工方法有哪些？

 

城市桥梁工程常用的桩基础通常可分为沉入桩基础和灌注桩基础，按成桩施工方法又可分为：沉入桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩；本条文简要介绍施工方法及其机械设备选择要点。

一、沉入桩基础

常用的沉入桩有钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩和钢管桩。

 

注：什么是沉入桩？

沉入桩，是靠桩锤的冲击能量将预制桩打(压)入土中，使土被压挤密实，以达到加固地基的作用。沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩。沉入桩的施工方法主要有：锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩、静力压桩以及钻孔埋置桩等。

 

（一）准备工作

1．沉桩前应掌握工程地质钻探资料、水文资料和打桩资料。

2．沉桩前必须处理地上（下）障碍物，平整场地，并应满足沉桩所需的地面承载力。

3．应根据现场环境状况采取降噪声措施；城区、居民区等人员密集的场所不应进行沉桩施工。

4．对地质复杂的大桥、特大桥，为检验桩的承载能力和确定沉桩工艺应进行试桩。

5．贯人度应通过试桩或做沉桩试验后会同监理及设计单位研究确定。

6．用于地下水有侵蚀性的地区或腐蚀性土层的钢桩应按照设计要求做好防腐处理。

（二）施工技术要点

1．预制桩的接桩可采用焊接、法兰连接或机械连接，接桩材料工艺应符合规范要求。

2．沉桩时，桩帽或送桩帽与桩周围间隙应为5～lOmm;桩锤、桩帽或送桩帽应和桩身在同一中心线上；桩身垂直度偏差不得超过0.5%。

3．沉桩顺序：对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；根据基础的设计标高，宜先深后浅；根据桩的规格，宜先大后小，先长后短。

锤击过程应采用重锤低击。

4．施工中若锤击有困难时，可在管内助沉。

5．桩终止锤击的控制应以控制桩端设计标高为主，贯人度为辅。

6．沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。

 

注：什么是桩帽？

桩帽是为了防止打入桩桩头被打坏而使用的一种施工设施，不属于建筑结构范围。

在桩基施工时为了保护桩不被打坏安装上桩帽主要起保护作用。桩帽一般的材料是采用抗冲击强的钢材制成。

 

注：什么是贯入度？

贯入度一般是指锤击桩每10击进入的深 度mm,用(mm/10击)表示,如在强风化花岗岩中最后 贯入度(6.0吨的锤)一般为20～50(mm/10 击).

 

注：什么是控制桩端设计标高？

 

（三）沉桩方式及设备选择

1．锤击沉桩宜用于砂类土、黏性土。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。

2．振动沉桩宜用于锤击沉桩效果较差的密实的黏性土、砾石、风化岩。

3．在密实的砂土、碎石土、砂砾的土层中用锤击法、振动沉桩法有困难时，可采用射水作为辅助手段进行沉桩施工。在黏性土中应慎用射水沉桩；在重要建筑物附近不宜采用射水沉桩。

4．静力压桩宜用于软黏土(标准贯入度N<20)、淤泥质土。

5．钻孔埋桩宜用于黏土、砂土、碎石土，且河床覆土较厚的情况。

 

注：为什么射水沉桩慎用黏性土？

 粘土吸水产生塑性形变,极易产生塌孔现象

 

注：什么是静力压桩？

利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。

压桩一般是分节压入，逐段接长。为此，桩需分节预制。当第一节桩压入土中，其上端距地面2m左右时将第二节桩接上，继续压入。对每一根桩的压入，各工序应连续。

如初压时桩身发生较大移位、倾斜；压入过程中桩身突然下沉或倾斜；桩顶混凝土破坏或压桩阻力剧变时，应暂停压桩，及时研究处理。

        注：什么是射水沉桩？

射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时使用，具体选择应视土质情况：在砂夹卵石层或坚硬土层中，一般以射水为主，以锤击或振动为辅；在粉质粘土或粘土中，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1~1.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力

1—送桩管；2—加强的圆钢；3—弯管；4—胶管；5—桩管；

6—射水管；7—保险钢丝绳；8—导向环；9—挡砂板

 

注：什么是振动沉桩？

振动法是利用振动锤沉桩，将桩与振动锤连接在一起，振动锤产生的振动力通过桩身带动土体振动，使土体的内摩擦角减小、强度降低而将桩沉入土中。该方法在砂土中施工效率较高。

 

二、钻孔灌注桩基础

（一）准备工作

1．施工前应掌握工程地质资料、水文地质资料，具备所用各种原材料及制品的质量检验报告。

2．施工时应按有关规定，制定安全生产、保护环境等措施。

3．灌注桩施工应有齐全、有效的施工记录。

（二）成孔方式与设备选择

依据成桩方式可分为泥浆护壁成孔、干作业成孔、护筒（沉管）灌注桩及爆破成孔，施工机具类型及土质适用条件可参考表1K412021。

成桩方式与适用条件    表IK412021

（三）泥浆护壁成孔

1．泥浆制备

(1)泥浆制备根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计，宜选用高塑性黏土或膨润土。

(2)泥浆护壁施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1．0m以上，在清孔过程中应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土。

(3)灌注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25；含砂率不得大于8%；黏度不得大于28s。

(4)现场应设置泥浆池和泥浆收集设施，废弃的泥浆、渣应进行处理，不得污染环境。

(注：

 注：护筒的作用：

   固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。

 
 

 注：泥浆的作用

   在孔壁形成泥皮稳定孔壁、悬浮钻渣、润滑钻具 、正循环排渣。在开钻的同时就要制备泥浆，钻孔的时候是正循环，泥浆是从钻杆里面进入钻孔，然后将孔内泥沙一起和泥浆一起泛上来，从护筒的泥浆孔流入泥浆池，然后经沉淀后再从钻杆进入钻孔循环。泥浆的作用是在钻孔的时候在孔壁上形成一层泥浆膜，对孔壁进行保护，防止孔壁坍塌。

)

2．正、反循环钻孔

　　（1）泥浆护壁成孔时根据泥浆补给情况控制钻进速度；保持钻机稳定。

　　（2）钻进过程中如发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时，应先停钻，待采取相应措施后再进行钻进。

　　（3）钻孔达到设计深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度应符合设计要求。设计未要求时端承型桩的沉渣厚度不应大于100 mm；摩擦型桩的沉渣厚度不应大于300 mm。

 

 

注：正循环钻孔

正循环是用泥浆泵将泥浆以一定压力通过空心钻杆顶部，从钻杆底部喷出，底部的钻锥在旋转时将土壤搅松成为钻渣，被泥浆悬浮，随泥浆上升而溢出流至孔外的泥浆槽，经过沉淀池中沉淀净化，再循环使用。

特点：

排渣能力比较弱, 钻进速度较慢,钻具的磨损也比较大，但工艺比较简单,容易操作,正循环钻机的价格也比较便宜。

 

注：反循环钻孔

反循环钻机的泥浆的循环方式则正好相反，泥浆由孔外流入孔内，由真空泵或其他方法（如空气吸泥机等）将钻渣通过钻杆中心从钻杆顶部吸出，或将吸浆泵随同钻锥一同钻进，从孔底将钻渣吸出孔外。

特点：反循环钻机排渣能力比较强,但工艺比较复杂,操作不当容易引起塌孔埋钻,而且反循环钻机价格比较高

 

　　3．冲击钻成孔

　　（1）冲击钻开孔时，应低锤密击，反复冲击造壁，保持孔内泥浆面稳定。

　　（2）应采取有效的技术措施防止扰动孔壁、塌孔、扩孔、卡钻和掉钻及泥浆流失等事故。

　　（3）每钻进4～5m应验孔一次，在更换钻头前或容易缩孔处，均应验孔并应做记录。

　　（4）排渣过程中应及时补给泥浆。

　　（5）冲孔中遇到斜孔、梅花孔、塌孔等情况时，应采取措施后方可继续施工。

　　（6）稳定性差的孔壁应采用泥浆循环或抽渣筒排渣，清孔后灌注混凝土之前的泥浆指标符合要求。

 

注：冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔

 

　　4．旋挖成孔

　　（1）旋挖钻成孔灌注桩应根据不同的地层情况及地下水位埋深，采用不同的成孔工艺。

　　（2）泥浆制备的能力应大于钻孔时的泥浆需求量，每台套钻机的泥浆储备量不少于单桩体积。

　　（3）成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况，并应清除钻斗上的渣土。

　　（4）旋挖钻机成孔应采用跳挖方式，并根据钻进速度同步补充泥浆，保持所需的泥浆面高度不变。

　　（5）孔底沉渣厚度控制指标符合要求。

注：什么是跳挖？

       考虑距离太近有可能造成串孔和塌孔

 

　　（四）干作业成孔

　　1．长螺旋钻孔

　　（1）钻机定位后，应进行复检，钻头与桩位点偏差不得大于20mm，开孔时下钻速度应缓慢；钻进过程中，不宜反转或提升钻杆。

　　（2）在钻进过程中遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

　　（3）钻至设计标高后，应先泵人混凝土并停顿10～20s，再缓慢提升钻杆。提钻速度应根据土层情况确定，并保证管内有一定高度的混凝土。

　　（4）混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度，并及时清除钻杆及泵（软）管内残留混凝土。

 

　　2．钻孔扩底

　　（1）钻杆应保持垂直稳固，位置准确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径。

　　（2）钻孔扩底桩施工扩底孔部分虚土厚度应符合设计要求。

　　（3）灌注混凝土时，第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实；灌注桩顶以下5m范围内混凝土时，应随灌注随振动，每次灌注高度不大于1．5m。

　　3．人工挖孔

　　（1）人工挖孔桩必须在保证施工安全前提下选用。

　　（2）挖孔桩截面一般为圆形，也有方形桩；孔径1200～2000mm，最大可达3500mm；挖孔深度不宜超过25m。

　　（3）采用混凝土或钢筋混凝土支护孔壁技术，护壁的厚度、拉接钢筋、配筋、混凝土强度等级均应符合设计要求；井圈中心线与设计轴线的偏差不得大于20mm；上下节护壁混凝土的搭接长度不得小于50mm；每节护壁必须保证振捣密实，并应当日施工完毕；应根据土层渗水情况使用速凝剂；模板拆除应在混凝土强度大于2.5MPa后进行。 

　　（4）挖孔达到设计深度后，应进行孔底处理。必须做到孔底表面无松渣、泥、沉淀土。

　　（五）钢筋笼与灌注混凝土施工要点

　　1．钢筋笼加工应符合设计要求。钢筋笼制作、运输和吊装过程中应采取适当的加固措施，防止变形。

　　2．吊放钢筋笼入孔时，不得碰撞孔壁，就位后应采取加固措施固定钢筋笼的位置。

　　3．沉管灌注桩内径应比套管内径小60～80mm，用导管灌注水下混凝土的桩应比导管连接处的外径大100mm以上。

　　4．灌注桩采用的水下灌注混凝土宜采用预拌混凝土，其骨料粒径不宜大40mm。

　　5．灌注桩各工序应连续施工，钢筋笼放入泥浆后4h内必须浇筑混凝土。

　　6．桩顶混凝土浇筑完成后应高出设计标高0． 5～1m，确保桩头浮浆层凿除后桩基面混凝土达到设计强度。

　　7．当气温低于O℃以下时，浇筑混凝土应采取保温措施，浇筑时混凝土的温度不得低于5℃。当气温高于30℃时，应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。

　　8．灌注桩的实际浇筑混凝土量不得小于计算体积；套管成孔的灌注桩任何一段平均直径与设计直径的比值不得小于1.0。

　　9．场地为浅水时宜采用筑岛法施工，筑岛面积应按钻孔方法、机具大小而定。岛的高度应高出最高施工水位0.5～1.0m。

　　10．场地为深水或淤泥层较厚时，可采用固定式平台或浮式平台。平台须稳固牢靠，能承受施工时的静载和动载；并考虑施工机械进出安全。

　　（六）水下混凝土灌注

　　1．桩孔检验合格，吊装钢筋笼完毕后，安置导管浇筑混凝土。

　　2．混凝土配合比应通过试验确定，须具备良好的和易性，坍落度宜为180～220mm。

　　3．导管应符合下列要求：

　　（1）导管内壁应光滑圆顺，直径宜为20～30cm，节长宜为2m。

　　（2）导管不得漏水，使用前应试拼、试压，试压的压力宜为孔底静水压力的1．5倍。

　　（3）导管轴线偏差不宜超过孔深的0．5%，且不宜大于10cm。

　　（4）导管采用法兰盘接头宜加锥形活套；采用螺旋丝扣型接头时必须有防止松脱装置。

　　4．使用的隔水球应有良好的隔水性能，并应保证顺利排出。

　　5．开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm；导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0． 8m；导管埋人混凝土深度宜为2～6m。

　　6．灌注水下混凝土必须连续施工，并应控制提拔导管速度，严禁将导管提出混凝土灌注面。灌注过程中的故障应记录备案。

 

 注：浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。因为当混凝土直接与水接触穿过水层时，骨料和水泥很快将产生分离，骨料很快沉入水底，而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态，当其下沉时，已凝结硬化。因此水下混凝土的浇注，必须在与周围环境水隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法很多。最常用的是导管法。