教案

（2010-2011學年第1學期）

課程名稱建筑施工技術

適用專業建筑工程

授課班級10建管1-2班

09建管14、12班

任課教師工^___________

技術職稱高級工程師

2010年9月

重慶城市職業學院

課時教案

講授人丁源課時10序號1

課題內容土方工程教學時間

教學方法講授理論口實驗口習題口

教學課型

教學手段多媒體教學實踐口復習口其他口

知識目標了解土的招U質和特點，熟悉土方量的計算方法，施工準備與輔助

教學目標工作的內容，隼E握基坑的開挖及土方回填及壓實。

能力目標熟悉土方量的計算方法，施工準備與輔助工作的內容

教學重點土的工程分類，土方的工程量計算與土方的調配基坑施工，土方機

械化施工，土方回填及壓實。

任務定位

教學難點場地設計平面的確定，土方工程量的計算，基坑的邊坡處理及邊坡

支護，基坑降水。

課堂即時生成

教學過程設計

的問題與對策

第一章土方工程

本章提要：

本章內容包括土方規劃、土方工程施工的要點，土方工程機械化施工。在土方規劃中，

涉及了土的工程分類和性質、土方邊坡、土方量計算、場地設計標高的確定和土方調配

等問題。在土方工程施工要點中，重點論述了土壁穩定、施工排水、流砂防治和填土壓

實，是土方工程施工的關鍵0在土方工程機械化施工中，著重闡述常用土方機械的類型、

性能及提高生產率的措施。

第一節概述

一、土方工程的施工特點

土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包括土、石方的開挖、運輸、

填筑、平整與壓實等主要施工過程，以及場地清理、測量放線、施工排水、降水和土壁

支護等準備與輔助工作。

土石方施工的特點：

1:土石方施工工程量大、面廣。

2：施工條件極為復雜。

3：勞動強度較大。

二、土的工程分類

1：土的種類繁多，分類方法也較多，根據土的顆粒級配或塑性指數可分為碎石類

土（漂石土、塊石土、卵石土、碎石土、圓礫土、角礫土）、砂土（礫砂、粗砂、中砂、細

砂、粉砂）和粘性土（粘土、亞粘土、輕亞粘土）；

?2：根據土的沉積年代，粘性土可分為老粘性土、一般粘性土、新近沉積粘性土;

3：根據土的工程特性，又可分出特殊性土，如軟土、人工填土、黃土、膨脹土、

紅粘土、鹽漬土、凍土等。不同的土，其物理、力學性質也不同，只有充分掌握各類土

的特性及其對施工過程的影響，才能選擇正確的施工方法。

4：開挖難易程度

將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石八

類，稱為土的工程分類。

三、土的工程性質

（-）土的組成

土由土的顆粒（固相）、水（液相）和空氣（氣相）三部分組成；這三部分之間比例

關系隨周圍條件的變化而變化，三者相互間比例不同，反映出土的物理狀態不同。如干

燥、稍濕或很濕、密實、稍密或松散。這些指標是最基本的物理性質指標，對評價土的

工程性質，進行土的工程分類具有重要意義。

土的工程性質對土方工程的施工有直接影響，其中基本的工程性質有：土的質量密度、

可松性、壓縮性、含水量、滲透性等。

土的三相物質是混合分布的，用三相圖表示。三相圖中把顆粒、空氣、水分別劃分開。

（二）土的物理性質

1.土的可松性

土具有可松性。土的可松性是指在自然狀態下的土經開挖后組織被破壞，其體

積因松散而增大，以后雖經回填壓實也不能恢復其原來體積的特性。由于土方工程量是

以自然狀態的體積來計算的，所以在土方調配、計算土方機械生產率及運輸工具數量等

的時候.必須考慮土的可松性。土的可松性程度用可松性系數表示

①最初可松性系數Ks

自然狀態下的土，經開挖成松散狀態后，其體積的增加，用最初

可松性系數表示。

Ks=

Vi——土在自然狀態下的體積

V2——土經開挖成松散狀態下的體積

②最終可松性系數Kzs

自然狀態下的土，經開挖成松散狀態后，回填夯實后，仍不能恢

復到原自然狀態下體積，夯實后的體積與原自然狀態下體積之比，用

最終可松性系數表示。

%

V1——土在自然狀態下的體積；V3——土經回填壓實后的體積

各類土的可松性系數參見表l-lo

表1—1土的可松性系數

土的類

KsKs7土的類別Ks

別

一類土1.08-1.171.01-1.03五類土1.30-1.451.10-1.20

二類土1.14-1.281.02-1.05六類土1.30-1.451.28-1.20

三類土1.24-1.301.04-1.07七類土1.30-1.451.10-1.20

四類土1.26-1.321.06-1.09八類土1.45-1.501.20-1.30

2.土的天然含水量

在天然狀態下，土中水的質量與固體顆粒質量之比的百分率叫土的天然含水量，反映

了土的干濕程度，用W表示；如公式

mw

w=----X100%(1-3)

ms

3.土的天然密度和干密度

分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然狀態下單位體積的質量；它影

響土的承載力、土壓力及邊坡的穩定性。土的干密度，指單位體積土中固體顆粒的質量;

它是用以檢驗填土壓實質量的控制指標。

如教材公式(1-4)(1-5)

4.土的孔隙比和孔隙率

孔隙比和孔隙率反映了土的密實程度?？紫侗群涂紫堵试叫⊥猎矫軐崱?/p>

如公式

Vv

e=——(1-6)

Vs

Vv

n=_xlOO%(1-7)

V

5.土的壓縮性

移挖作填或取土回填，松土經填壓后會壓縮，一般松土的壓縮率見表1—2。在松

土回填時應考慮土的壓縮率，一般可按填方斷面增加10%?20%計算松土方數。

6.土的滲透系數

土的滲透性系數表示單位時間內水穿透土層的能力，以m/d表示。根據土的滲透系

數不同，可分為透水性土（砂土）和不透水性土（黏土）。它影響施工降水與排水的速度,

如表1-2

四、場地設計平面的確定

場地平整就是將自然地面改造成人們所要求的平面。場地設計標高應滿足規劃、

生產工藝及運輸、排水及最高洪水水位等要求，并力求使場地內土方挖填平衡且土方量

最小。

第二節土方工程量的計算與土方調配

一、土方工程量的計算

土石方量計算的基本方法主要有平均高度法和平均斷面法兩種。

1.平均高度法

（1）四方棱柱體法.

四方棱柱體法，是將施工區域劃分為若干個邊長為a的方格網，每個方格網的土方

體積V等于底面積”2乘四個角點高度的平均值

，=/（%+%+為+為）

（2）：三角棱柱體法。

三角棱柱體法，是將每一個方格順地形的等高線沿對角線劃分成兩個三角形，然后分

別計算每一個三角棱柱體的土方量。

心，4+34）

0

全挖或者全填

二、土方調配

1.劃分土方調配區

1）、劃分土方調配區應該與房屋和構造物的平面位置相協調。

2）、應滿足施工主導機械的應用要求。

3）、調配區的范圍應該與土方的工程量計算用的方格網相協調。

4）、根據具體情況可考慮就近借土或者就近棄土。

2.計算土方的平均運距

3、用表上作業法進行土方調配。

第三節基坑施工

一、施工準備

1.技術準備

2.編制施工方案

3.設置排水設施

4.修筑臨時設施

二、基坑邊坡及支護

（一）。土方邊坡

1：放坡開挖

土方邊坡坡度以其高度〃與其底寬6之比表示。邊坡可做成直線形、折線形或踏

步形（圖1—1）

坊邊坡坡度=￡?i1

'w

3、邊坡加固

（二）、土壁支護

1、一般基坑支護

2、深基坑支護

三、基坑降水

土方開挖的過程中，當基坑的底面標高低于地下水位時，由于土的含水層被切

斷，地下水會不斷滲入坑內。雨季施工時，地面水也會流入坑內。所以必須采取措

施做好降水和排水工作，降低坑內的水位。

（一）、流砂現象

基坑挖土至地下水位以下，土質為細砂土或粉砂土的情況下，采用集水坑降

低地下水時，坑下的土有時會形成流動狀態，隨著地下水流入基坑，這種現象稱為

流砂現象。

流砂的防治：

1,在枯水期施工

2、打板樁法

3、水下挖土法

4、井點降低地下水位

5、地下連續墻

降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井點降水法。

（二）、集水坑降水法

1：集水坑降水法是在基坑開挖過程中，在坑底設置集水坑，并在坑底的周圍或

中央開挖排水溝，使水流入集水坑，然后利用水泵抽水。

2：集水坑的設置

3：水泵的選用

4：流砂及其防治

（三）、井點降水

1：井點降水是在基坑開挖前。與先在基坑周圍埋設一定的濾水管，利用抽水

設備從中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基坑開挖過程中仍不斷抽水，使挖的

土始終保持干燥狀態，從根本上防治流砂發生。

2：方法

輕型井點噴射井點管井井點深井井點電滲井點

3.特點

效果明顯，使土壁穩定、避免流砂、防止隆起、方便施工；

可能引起周圍地面和建筑物沉降。

第四節土方機械化施工

土方工程施工機械的種類繁多，有推土機、鏟運機、平土機、松土機、單斗挖土機

及多斗挖土機和各種碾壓、夯實機械等。在建筑工程施工中，以推土機、鏟運機和

挖掘機應用最廣，也具有代表性。現將這幾種機械的性能、適用范圍及施工方法予

以介紹。

一、推土機

二、鏟運機

三、單斗挖土機

第五節土方的回填及壓實

一、填方土料的選擇和填筑的要求

1、填方土料應符合設計要求，保證填方的強度與穩定性，選擇的填料應為強度

高、壓縮性小、水穩定性好、便于施工的土、石料。如設計無要求時，應符合下列

規定：

（1）碎石類土、砂土和爆破石渣（粒徑不大于每層鋪厚的2/3）可用于表層下的

填料。

（2）含水量符合壓實要求的粘性土，可為填土。在道路工程中粘性土不是理想

的路基填料，在使用其作為路基填料時必須充分壓實并設有良好的排水設施。

（3）碎塊草皮和有機質含量大于8%的土，僅用于無壓實要求的填方。

（4）淤泥和淤泥質土，一般不能用作填料，但在軟土或沼澤地區，經過處理含

水量。

2、填土的方法

填土可采用人工填土和機械填土。

人工填土一般用手推車運土，人工用鍬、耙、鋤等工具進行填筑，從最低部分

開始由一端向另一端自下而上分層鋪填。

機械填土可用推土機、鏟運機或自卸汽車進行。用自卸汽車填土，需用推土機

推開推平，采用機械填土時，可利用行駛的機械進行部分壓實工作。

填土必須分層進行，并逐層壓實。特別是機械填土，不得居高臨下，不分層次，

一次傾倒填筑。

3、壓實方法

填土的壓實方法有碾壓、夯實和振動壓實等幾種。

4、影響填土壓實的因素

填土壓實質量與許多因素有關，其中主要影響因素為：壓實功、土的含水量以

及每層鋪土厚度。

1）.壓實功的影響

2）.含水量的影響

3）.鋪土厚度的影響

1、簡述土的工程分類。2、試述土方工程量的計算方法。

思考題

3、分析流砂產生的原因及處理方法。

與作業

4、填土壓實有哪幾種方法？各有什么特點？

教后反思

課時教案

講授人丁源課時10序號2

課題內容樁基礎工程教學時間

教學方法講授理論口實驗口習題口

教學課型

教學手段多媒體板書結合教學實踐口復習口其他口

知識目標端承樁、摩擦樁的概念。預制樁、灌筑樁的施工工藝

教學目標及施工方法

能力目標把握預制樁與混凝土灌注樁的施工工藝

教學重點預制樁與混凝土灌注樁的施工工藝及施工方法

任務定位

教學難點預制樁與混凝土灌注樁的施工工藝

課堂

即時

生成

教學過程設計

的問

題與

對策

第二章樁基礎工程

第一節概述

樁基礎是廣義深基礎中的一種，利用承臺和基礎梁將深入土中的樁聯系起來，以承受整個

上部結構重量。

樁基礎中樁的作用是借其自身穿過松軟的壓縮性土層，將來自上部結構的荷載傳遞至地下

深處具有適當承載力且壓縮性較小的土層或巖石上，或者將軟弱土層擠壓密實，從而提高地基土

的承載力，以減少基礎的沉降。承臺的作用則是將各單樁連成整體，承受并傳遞上部結構的荷載

給群樁。樁基礎不僅具有承載力大、沉降量小的特點，而且更便于實現機械化施工，尤其當軟弱

土層較厚，上部結構荷載很大，天然地基的承載能力又不能滿足設計要求時，采用樁基礎可省去

大量土方挖填、支撐裝拆及降水排水設施布設等工序，因而能獲得較好的經濟效果。

樁的種類較多，按樁上的荷載傳遞機理可分為端承樁和摩擦樁兩種類型。端承樁是指在極

限承載力狀態下，樁頂荷載由樁端阻力承受的樁；摩擦樁是指在極限承載力狀態下，樁頂荷載由

樁側摩阻力承受的樁。按樁身的材料可分為木樁、混凝土或鋼筋混凝土樁、鋼樁等。木樁自重小，

具有一定的彈性，又便于加工、運輸和施工，但承載力小，在干濕變化的環境中易腐爛，只在木

材產地使用；混凝土和鋼筋混凝土樁堅固耐用，承載力大，可按需要的截面形狀和長度制作，不

受地下水位變化的影響，施工也方便，在土木工程中應用最為廣泛；鋼樁承載力高，設計靈活性

大，樁長容易調節，運輸較方便，但其耐腐蝕性能較差，且耗鋼量大、成本高。按沉樁的施工方

法可分為擠土樁（包括打入式和壓入式預制樁）、部分擠土樁（包括預鉆孔打入式預制樁和部分擠

土灌注樁）、非擠土樁（各種非擠土灌注樁）和混合樁等四種類型。按樁的制作方法可分為預制樁

和灌注樁。

BB3.1樁基礎的絹應

1——上部結構?2——承令83——在

第二節預制樁施工

預制樁是一種先預制樁構件，然后將其運至樁位處，用沉樁設備將它沉入或埋人土中而成

的樁。預制樁主要有鋼筋混凝土預制樁和鋼樁兩類。采用預制樁施工，樁身質量易保證，施工機

械化程度高，施工速度快，且可不受氣候條件變化的影響。但當土層變化復雜時樁長規格較多，

樁入土后易被沖壓破損、變形而達不到設計標高。

預制樁施工流釋如下.

1、樁的預制、起吊、運輸與堆放

預制鋼筋混凝土樁分實心樁和空腹樁，有鋼筋混凝土樁和預應力鋼筋混凝土樁。實心樁截面

有三角形、圓形、矩形、六邊形、八邊形.為了便于預制一般做成正方形斷面。斷面一般為

200mmX200mm?550mmX550mm（圖3.2）。單根樁的最大長度，一般根據打樁架的高

度而定，目前單根樁通常在30m以內，工廠預制時單根樁長一般在12m以內。如需打設30m

以上的樁，則將樁預制成幾段，在打樁過程中逐段接樁?？崭箻队锌招恼叫巍⒖招娜切魏涂?/p>

心圓形（即管樁）。管樁在工廠內采用離心法制成，外徑一般有~00mm、560nlrll等數種。

鋼樁通常有鋼管樁、工字型鋼極、H型鋼樁等。

1）樁的制作

鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土預制樁制作時應注意：粗骨料應采用5-40mm碎石或卵

石；鋼筋骨架宜用點焊或綁扎，主筋用對焊或電弧焊連接，相鄰兩根主筋接頭的間距應大于

35dg（df為主筋直徑），且不小于500mm,樁頂鋼筋網片位置要準確，混凝土保護層厚度要均

勻，以確保鋼筋骨架受力不偏心，使混凝土有良好的抗裂和抗沖擊性能；樁尖短鋼筋應對正樁身

縱軸線，并伸出樁尖外50—100mm。

圖3.2鋼筋混凝土預制械示例

預制樁的制作有并列法、間隔法、重疊法和翻模法等方法。底模和場地應平整堅實，防止浸

水沉陷；上下層樁及樁與底模間應刷隔離劑，使接蝕面不粘結，拆模時不得損壞樁棱角；上層樁

或鄰樁必須待下層樁或鄰樁的混凝土達到設計強度的30%后才能澆筑；混凝土應由樁頂向樁尖進

行連續澆筑，不得中斷，以保證樁身混疑土有良好的勻質性和密實性；制作完成后應及時澆水養

護且不得少于7天。

預應力混凝土管樁一般由工廠用離心旋轉法制作。管樁按混凝土強度等級分為預應力混凝土

管樁（混凝土等級不低于C50）和預應力高強混凝土管樁（混凝土等級不低于C80）。預應力混凝土

管樁代號為PC,預應力高強混凝土管樁的代號為PHC。管樁按外徑（m）分為300、350、400、

450、500、550、600、800、1000等規格，長度為7?15m,按管樁的抗彎性能或混凝土

有效預壓應力值分為A型、AB型、B型和C型。其混凝土有效預壓應力值（N/mm人2）分別為

4.0、6.0、8.0、10.0?

預應力混凝土管樁應采用強度等級不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，礦渣硅

酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，細骨料宜采用潔凈的天然硬質中粗砂，細度模數為2.3~3.4,

粗骨料應采用碎石，其最大粒徑應不大于25mm，且應不超過鋼筋凈距的3/4。預應力鋼筋應

采用預應力混凝土用鋼棒、預應力混凝土用鋼絲，其保護層厚度不得小于25mm。管樁接頭宜

采用端板焊接，端板的寬度不得小于管樁的壁厚，接頭的端面必須與樁身的軸線垂直。

骨架成型后，預應力鋼筋間距偏差不得超過±5mm螺旋筋的螺距偏差不得超過4-10mm

契立圈間距偏差不得超過±20mm,垂直度偏差不得超過架立圈直徑的1/40。

放張預應力筋時，預應力混凝土管樁的混凝土抗壓強度不得低于35MPa,預應力高強混凝

土。

第二節灌注樁施工

在世界各國的深基礎工程中，樁基是主要手段，而在樁基中應用最廣泛的是混凝土灌

注樁。在高層建筑中大直徑混凝土灌注樁的應用越來越普遍，這是由于它具有一系列優點：

(1)單樁承載力高，一根樁可以承受幾百噸乃至幾千噸，能滿足高層建筑的框架結構、

筒體結構和剪力墻結構體系的需要，由于單樁承載力高，可以作到一根柱子下面只有一根

樁，可以不作承臺；

(2)巖層埋藏較淺時，大直徑灌注樁可以嵌入巖層一定深度，使樁更加結實牢固；

(3)大直徑灌注樁由于成孔直徑大，施工時下放鋼筋籠方便，灌注水下混凝土也易于

保證質量；

(4)大直徑灌注樁既能承受較大的垂直荷載，也能承受較大的水平荷載，而且能嵌入

地層一定深度，其抗震性能也較好，同時沉降也小，能防止不均勻沉降。

(5)灌注樁施工不存在沉樁擠土問題，振動和噪音均很小，對鄰近建筑物、構筑物及地

下管線、道路等的危害極小。

但是，混凝土灌注樁的成樁工藝較復雜，尤其是濕作業成孔時，成樁速度也較預制打

入樁慢。且其成樁質量與施工好壞密切有關，成樁質量難以直觀的進行檢查。

大直徑的混凝土灌注樁，在我國高層建筑施工中得到愈來愈廣泛的應用。北京、上海、

天津、廣州、深圳等地一些著名的高層建筑不少都是利用混凝土灌注樁。通過工程實踐,

在機械設備、成樁工藝和質量檢測方面都取得長足的進步。

混凝土灌注樁的成孔，按設計要求和地質條件、設備情況，可采用鉆、沖、抓和挖等

不同方式。成孔作業還分為干式成孔(孔內無水)和濕式成孔(孔內有水)，分別采用不同的

成孔設備和技術措施。濕式成孔時，需采用泥漿護壁，并用水下混凝土的澆筑方式澆筑樁

身混凝土。

一、鉆孔灌注樁施工

鉆孔灌注樁施工可采用干式成孔或濕式成孔，成孔后吊放鋼筋籠，灌注混凝土而成。

施工時要保證設計要求的孔徑、孔深和孔的垂直精度，并保證孔底松士沉渣厚度滿足規范

要求。

(一)干式成孔的鉆孔灌注樁

干式成孔用螺旋鉆機(圖5-10),它由主機、滑輪組、螺旋鉆桿、鉆頭、滑動支架、

出土裝置等組成。由螺旋鉆頭切削土體，切下的土隨鉆頭旋轉并沿螺旋葉片上升而排出孔

外。這種鉆機效率高，無振動、無噪音，宜用于勻質粘性土，亦能穿透砂層。

圖310步魂式理發鉆機

1t匈；2一下星；3回轉滾輪：4行車滾花t

5-陰比滑輪，6回轉中心軸；7行車油加，

8一中世，9支盤

用螺旋鉆機成孔時，鉆機就位檢查無誤后使鉆桿慢慢下移，當接觸地面時開動電機，

先用慢速鉆進，以免鉆桿晃動，又易于保證樁位和垂直度。遇硬土層亦應慢速鉆進。鉆至

設計標高時，應在原位空轉清土，停鉆后提出鉆桿棄土。鉆出的土應及時清除，不可堆在

孔口。鉆進時如發現鉆桿不正常的晃動或難以鉆進，應立即提鉆檢查，排除障礙。

鋼筋籠宜一次整體吊入，如過長亦可分段吊，兩段焊接后再徐徐沉放孔內。吊放鋼筋

籠時嚴防碰撞孔壁。

經檢驗合格后，應及時灌注混凝土，深度大于6m時靠混凝土下沖力自身砸實，小于

6m者以長竹桿插搗，上面的2m用振動器搗實。

螺旋鉆孔灌注樁目前在國內外發展很快。除上述用干式成孔的螺旋鉆機施工法之外，

還有下述幾種方法：

1.大芯管、小葉片的螺旋鉆機成樁法

這種鉆機的鉆桿芯管較粗，待鉆至設計標高后，通過芯管下放鋼筋籠，然后灌注混

凝土，留下鉆頭、拔出鉆桿即可。該法無振動、無噪音，是美國60年代開始使用的，現

在歐、美一些國家仍在使用。

2.日本的CTP工法

該法是用帶普通螺旋鉆桿的鉆機成孔，待鉆至設計深度后停鉆，打開鉆頭底活門，

然后邊提鉆桿邊通過中空的鉆桿芯管向孔內泵送混凝土直至孔口，然后向孔內混凝土中壓

入或打人鋼筋籠而成樁。該法日本從70年代開始應用，目前歐洲各國仍應用較多。但該

法混凝土的泵送壓力小于2MPa,且向已灌注混凝土的樁孔內壓入鋼筋籠較困難，因而應

用受到一定的限制。

3.鉆孔壓漿成樁法

該法是我國的一項專利。其工藝原理是：先用螺旋鉆機鉆孔至預定深度，通過鉆桿

芯管利用鉆頭處的噴嘴向孔內自下而上高壓噴注制備好的以水泥漿為主劑的漿液，使液面

升至地下水位或無坍孔危險的位置處，提出全部鉆桿后，向孔內沉放鋼筋籠和骨料至孔口，

最后再由孔底向上高壓補漿，直至漿液達到孔口為止。成樁的樁徑①300~1000mm,深度可

達50mo

該法連續一次成孔，多次由下而上高壓注漿成樁，具有無振動、無噪音、無護壁泥漿

排污的優點，又能在流砂、卵石、地下水位高易坍孔等復雜地質條件下順利成孔成樁，而

且由于高壓注漿時水泥漿的滲透擴散，解決了斷樁、縮頸、樁間虛土等問題，還有局部膨

脹擴徑現象，因此單樁承載力由摩擦力、支承力和端承力復合而成，比普通灌注樁約提高

1倍以上。

該成樁工藝，自1985年以來己在國內幾百個高難度基礎工程中成功應用，累計達幾十萬

延米，也引起世界上許多國家的重視，技術在國際上領先。

（二）濕式成孔的鉆孔灌注樁

濕式成孔鉆孔灌注樁的成孔，可用沖抓錐成孔機、斗式鉆頭成孔機、沖擊式鉆孔機、

潛水電站、大直徑旋入全套管護壁成孔鉆機（貝諾托Benote鉆機）和工程水文地質回轉鉆

機等。

1.沖擊式鉆孔機成孔

該機主要用于巖土層中，施工時將沖錐式鉆頭提升一定高度后以自由下落的沖擊力

來破碎巖層，然后排除碎塊后成孔。沖擊式鉆頭重量一般為500?3000kg,按孔徑大小選

用，多用鋼絲繩提升。

在孔口處埋設護筒，穩定孔口土壁及保持孔內水位，護筒內徑比樁徑大300?400nlm,

護筒高L5?2.0m,用厚6?8mm鋼板制作，用角鋼加固。

掏渣筒用鋼板制作，用來掏取孔內渣漿。

2.潛水電鉆成孔

潛水電鉆是近年來應用較廣的一種成孔機械。它是將電機、變速機構加以密封，與

底部的鉆頭連接在一起組成鉆具?？蓾撊肟變茸鳂I，以正（反）循環方式將泥漿送人孔內，

再將鉆削下的土屑由循環的泥漿帶出孔外。

潛水電鉆體積小，重量輕，機動靈活，成孔速度較快，適用于地下水位高的淤泥質土、

粘性土、砂質土等，換用合適的鉆頭亦可鉆入巖層。鉆孔直徑約800~1500mm,深度可達

50m。它常用籠式鉆頭（圖5—H）。

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3.斗式鉆頭成孔機成孔

斗式鉆頭成孔機國內尚無定型產品，多為施工單位自行加工。國外有定型產品，日

本的加藤式（KATO）鉆機即屬此類，有20HR、20TH、50TH型號，鉆孔直徑500?2000mm,

鉆孔深度60m。斗式鉆頭成孔機由鉆機、鉆桿、土斗、傳動與減速裝置等組成，如圖5-12

所示。

圖5T2斗式鉆頭或和機

：斗式鉆頭（取卜斗）；2一/向獨；

3可伸啕的站桿；；傳動弓讖總

裝置；$護莉

鉆機利用履帶式樁機，鉆桿由可伸縮的空心方鋼管與實心方鋼芯桿組成。芯桿的下端

以銷軸與斗式鉆頭相連。提起鉆桿時，內、中鉆桿均收縮在外套桿內，鉆孔取土時，隨著

鉆孔深度的增加，先伸出中套桿，后伸出內芯桿。電動機通過齒輪變速箱減速后作用于方

形鋼鉆桿上，控制工作轉速為7r/min。

用此法成孔的施工過程如圖5-13所示.先開孔，斗式鉆頭裝滿土后提出鉆孔卸于翻

斗汽車，然后繼續挖土，待其達到一定深度則安設護筒并輸入護壁泥漿，然后正式開始鉆

孔。達到設計深度后仔細進行清喳，接下來吊放鋼筋籠和用導管澆筑混凝土。

用此法成孔的優點是：機械安裝簡單，工程費低；最宜在軟粘土中開挖；無噪音、無

振動；挖掘速度快?其缺點是：如土層中有壓力較高的承壓水時挖掘較困難；挖掘后樁的

直徑可能比鉆頭直徑大10%?20%；如不精心施工或管理不善，會產生坍孔。

4.大直徑旋人全套管護壁成孔（Benote）鉆機成孔

貝諾特鉆機首先用于法國，后來傳至世界各地。它是利用一種搖管裝置邊搖動邊壓進

鋼套管，同時用沖抓斗挖掘土層。除去巖層，幾乎所有的土質都可挖掘。該法是工大直徑

鉆孔樁有代表性的三種方法之一，在國外應用較為廣泛，我國在施工廣州花園酒店的直徑

1200mm的灌注樁時，也曾使用過法國制造的貝諾特鉆機。

貝諾特鉆機的主要構造如圖5-14所示，施工時先將套管垂直豎起并對準位置，然后

用搖管裝置1將套管2邊搖動邊壓入。套管長度有6、4、3、2和1m等幾種供選用，一般

多選用6m,套管之間用鎖口插銷進行連接。

搖管裝置（圖5-15）由夾緊器、搖動裝置、上面的鏈條滑車以及壓進和拔出用的千斤

頂組成。施工時用搖動臂和專用的夾緊千斤頂將鋼套管夾住，利用搖動千斤頂使鋼套管在

圓周方向搖動，同時尚可壓進或拔出套管。由于搖動使套管與土層間的靜摩擦消失，使套

管借助自重和壓進千斤頂的壓力順利地進行下沉。

圖51：貝諾心鉆機的曲理圖

再付公皆：2went3及揚機；,沖機斗，

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用貝諾特鉆機挖土時，在壓入鋼套管后，用卷揚機將沖抓斗（一次抓土量為0.18?

0.50m3）放下與土層接觸抓土，然后將其吊起至位置4（參見圖5—14）,再向前推出至

狀態5,此時靠鋼絲繩操縱使沖抓斗的抓瓣張開，使土落至砂土槽6上，裝于翻斗車運出。

如此反復進行挖土，直至挖到設計規定的深度為止。在鉆孔達到設計深度后，清除鉆硝，

然后放下鋼筋籠，用導管進行澆筑混凝土，并拔出套管。

用貝諾特鉆機施工時，保證套管垂直非常重要，尤其是在埋設第一、二節套管時更應

注意。

為了保證能垂直的埋設套管，首先應當注意貝諾特鉆機本身是否水平。在軟土地基上

安裝機械，即使開始時呈水平狀態，但在起吊和豎立套管時，由于重心位置前移，容易造

成前方向下傾斜。此時，就應在地面上滿鋪枕木以擴大支承面積。挖掘開始時，應隨挖掘

隨測定套管是否垂直，一旦發現套管傾斜，就要拔出套管，重新調正貝諾特鉆機的水平。

為保證樁體垂直，第一、二節套管必須謹慎地加以埋設。

用貝諾特鉆機施工，會由于沖抓斗沖擊、抓瓣抓土和地下水壓力引起的翻砂等使樁尖

處土層松軟。也會由于套管刃腳與套管外圍尺寸的差額、地下水及搖動套管等使樁周圍的

土層變松軟，這對于砂性土尤為顯著。由于上述原因，使樁周圍土層變松軟的范圍(塑性

區域)為：

為減少樁尖處土層的松軟，在開挖時應使樁孔內的水位保持在地下水位以上，使地下

水壓不致產生翻砂現象，另外，樁尖處的土層應絕對避免超挖，還應該避免采用沖擊方式

挖掘樁尖處的土層。

貝諾特法的優點是：

(1)相比較而言，無噪音、無振動；

(2)除巖層外，其他任何土質均可適用；

(3)在挖掘時，可確切地搞清楚持力層的土質，便于選定樁的長度；

(4)挖掘速度快，挖深大，一般可挖至50m左右；

(5)在軟土地基中開挖，由于先行壓入套管，不會引起坍孔；

(6)由于有套管，在靠近已有建筑物處亦可進行施工；

(7)可施工斜樁，可用搭接法施工柱列式地下連續墻。

貝諾特法的缺點是：

(1)因為貝諾特鉆機是大型機械，施工時需要占用較大的施工場地；

(2)在軟土地層中施工，尤其是在含地下水的砂層中挖掘，由于套管的搖動會使周圍一

定范圍內的地基松軟；

(3)如地下水位以下有厚細砂層時(厚度5m以上)，由于套管搖動會使土層產生排水固

結作用，往往因此而不能繼續向下挖掘；

(4)由于沖抓斗的沖擊會使樁尖處持力層變得松軟；

(5)根據地質情況的不同，已挖成的樁徑會擴大4%?10%。

5.工程水文地質回轉鉆機成孔

回轉鉆機是目前灌注樁施工用得最多的施工機械，該鉆機配有移動裝置，設備性能可

靠，噪音和振動小，效率高，質量好。該鉆機配以籠式鉆頭，可多檔調速或液壓無級調速，

以泵吸或氣舉的反循環或正循環方式進行鉆進。它適用于松散土層、粘土層、砂礫層、軟

硬巖層等各種地質條件。其施工程序如圖5-16所示。

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回轉鉆機成孔工藝應用較多，現分別詳述如下。

(1)正循環回轉鉆機成孔。

正循環回轉鉆機成孔的工藝原理圖如圖5-17所示，其設備簡單，將常用的地質鉆機、

水文鉆機等稍加改裝即可。操作簡單、工藝成熟。當孔深不太深、孔徑＜800nun時鉆進效

果較好。當樁孔徑較大時，鉆桿與孔壁間的環形斷面較大，泥漿循環時返流速度低，排磴

能力弱。如使泥漿返流速度達到0.20~0.35m/s,則泥漿泵的排量需很大，有時難以達

到，此時不得不提高泥漿的相對密度和粘度。但如果泥漿相對密度過大，稠度大，難以掛

出鉆喳，孔壁泥皮厚度大，影響成樁和渣孔，這是正循環回轉鉆機成孔的弊病。

正循環成孔，專用鉆機有GPS-10、XY5G、GJC40H等型號；改裝后的鉆機有SPJ-300,

紅星400、SPC一300H型等。

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正循環回轉鉆機成孔的基本參數為：

1）鉆壓：

鉆孔時，鉆頭是在鉆壓和回轉扭矩作用下切削和破碎巖土而獲得進尺切削下來的鉆

砧則由泥漿攜出樁孔。為此，鉆進時需有一定的鉆壓。鉆壓一般根據地層條件、鉆桿與樁

孔的直徑差、鉆頭形式、切削刀具數目、鉆具強度、設備能力等因素綜合考慮確定。當用

硬質合金鉆進成孔時，每片切削刀具的鉆壓以800?1200N或每顆合金的鉆壓取400?600N

為宜，可由此確定鉆頭的鉆壓。

2）轉速:

轉速的選擇除滿足破碎巖土的扭矩需要外，還要考慮鉆頭不同部位切削刀具的磨耗情

況。一般按下式計算：

正循環回轉鉆機成孔時，根據巖土情況合理選擇鉆頭和泥漿性能。下鉆頭后，先使其

距孔底50?80mm,開動泥漿泵，待泥漿循環3?5min后再啟動鉆機慢速回轉，同時慢慢

降下鉆頭，輕壓慢轉數分鐘后逐漸增大轉速和鉆壓而進入正常鉆進。此時合理掌握和調整

鉆進的基本參數，不要隨意提動鉆具，掌握卷揚機鋼絲繩的松緊度，減少水龍頭晃動。加

接鉆桿時，先將鉆頭提離孔底，待泥漿循環3?5min后再拆卸加接鉆桿。

正循環回轉鉆進由于需用相對密度大、粘度大的泥漿，加上泥漿上返速度小，排喳能

力差，孔底沉磴多，孔壁泥皮厚，為了提高成孔質量，必須認真清孔。

清孔的方法主要采用泥漿正循環清孔和壓縮空氣清孔。用泥漿正循環清孔時，待鉆進

結束后將鉆頭提離孔底200?500mm,同時大泵量泵入性能指標符合要求的新泥漿，維持

正循環30min以上，直到清除孔底沉喳和孔壁泥皮，泥漿含砂量小于4%時為止。

用壓縮空氣清孔時，用壓縮空氣機將壓縮空氣經送風管和混合器（圖5—18）送至出水

管，使出水管內的泥漿形成氣液混合體，其重度小于孔內（出水管外）泥漿的重度，產生重

度差。在該重度差作用下，管內的氣液混合體上升流動，使孔內泥漿經出水管底進入出水

管，并順其流出樁孔將鉆喳排出。同時不斷向孔內補給含砂量少的泥漿（或清水），形成孔

內泥漿流動而達到清孔目的。

調節風壓即可獲得較好的清孔效果。一般用風量6?9m3/min、風壓0.7MPa的壓縮

空氣機。出水管用①100?150mm左右的鋼管，用法蘭盤螺栓連接。混合器一般用①18?

25mm的水管彎成，穿進出水管壁焊牢。混合器的下入深度，應滿足L/LzNO.60。

（2）反循環回轉鉆機成孔。

反循環回轉鉆進是泥漿從鉆桿與孔壁間的環狀間隙流入鉆孔，來冷卻鉆頭并攜帶鉆

屑由鉆桿內腔返回地面的一種鉆進工藝。由于鉆桿內腔斷面積比鉆桿與孔壁間的環狀斷面

積小得多，因此泥漿的上返速度大，一般達2?3m/s,多是正循環工藝泥漿上返速度的

數十倍，因而提高排硝能力，保持孔內清潔，減少鉆屑在孔底重復破碎的機會，能大大提

高成孔效率。

實踐證明，反循環回轉鉆進成孔工藝是大直徑成孔施工的一種有效的、先進的成孔工

藝。這種工藝50年代初期當時的聯邦德國首先應用于煤田鉆井，后引起各國的注意，60

年代初傳至日本應用于鉆孔灌注樁成孔施工，使這一工藝日趨完善。我國于70年代初期

就開始試驗反循環鉆進成孔工藝，后逐漸應用于工程實踐。

反循環鉆進成孔工藝（圖5-19）,按鉆桿內泥漿上升流動的動力來源、工作方式和工

作原理的不同，分為泵吸反循環鉆進、氣舉（壓氣）反循鉆進和噴射（射流）反循環鉆進三利1

它們各有其特點和量佳孔深。

泵吸反循環是直接利用砂石泵的抽吸作用使鉆桿內泥漿上升而形成反循環。射流反循

環是利用射流