桩基础发展现状与趋势

桩基础发展现状与趋势第1页/共63页2

桩基础？

■桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。■桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触—低承台桩基；■桩身上部露出地面，承台底位于地面以上—高承台桩基。■建筑桩基通常为低承台桩基础-桩筏基础。

■桥梁桩基础采应用高承台桩基较多（因在水中修筑桥墩）。第2页/共63页3

桩基础？软土层第3页/共63页4

桩基础？第4页/共63页5

桩基础发展简况■桩基早在7000～8000年前的新石器时代就已出现，最初是防止猛兽侵犯而在湖泊和沼泽地里栽木桩筑平台来修建居住点。■在中国，最早的桩基在浙江省河姆渡原始社会居住的遗址中发现。宋代桩基技术已经比较成熟，明、清桩基技术更趋完善。■桩基是一种古老的基础型式，经几千年发展，无论是桩基材料和桩类型，还是施工方法都有了巨大的发展，已成建筑、桥梁等主要的基础形式。■经历次大地震考验证明，桩基是地质不良地基、基岩埋深过大地基、地震液化地基、结构嵌固等需要的最有效基础形式。第5页/共63页6

桩基础的特点★桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑、桥梁的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。★桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，可通过控制不均匀沉降，可实现建筑物、桥梁的倾斜控制要求。第6页/共63页7

桩基础的特点★借助巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑、桥梁的抗倾覆稳定性。

★桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基借助深部稳固土层，具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑、桥梁的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。第7页/共63页8摩擦桩：利用地层与基桩间的摩擦力来承载的桩基础。可分为压力桩及拉力桩，主要用于持力层（岩层）较深的地基。端承桩（柱桩）：基桩置于持力层（岩层）上的桩基础。主要用于持力层（岩层）较浅的地基。摩擦端承桩（柱桩）：基桩置于持力层（岩层）上，并考虑地层与基桩间的摩擦力的桩基础。桩基础分类—按荷载传递机理第8页/共63页9桩基础分类—按荷载传递机理◆按材料分◆按制作方法分◆按施工方法分钢筋混凝土桩预应力混凝土桩钢桩组合材料预制桩现场灌筑桩沉入桩就地灌筑桩锤击沉桩射水沉桩振动沉桩静力沉桩沉管灌筑桩钻孔灌筑桩挖孔灌筑桩◆按挤土条件分挤土桩非挤土桩部分挤土桩－薄壁钢桩、桩端压力注浆桩等第9页/共63页10

上海金茂大厦

重庆嘉陵帆影

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杭州湾跨海大桥钢管桩的最大直径1.6米，单桩最大长度89米，最大重量74吨，开创了国内外大直径超长整桩螺旋桥梁钢管桩之最。

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苏通大桥主墩基础由131根长约120米、直径2.5米至2.8米的群桩组成，承台长114米、宽48米，面积有一个足球场大，是在40米水深以下厚达300米的软土地基上建起来的，是世界上规模最大、入土最深的群桩基础。

第12页/共63页13▲建筑物、桥梁的特征：结构类型、荷载性质、桩的使用功能、

建筑物的安全等级等；▲地形、工程地质条件：穿越土层、桩端持力层岩土特性；▲水文地质条件：地下水类别、

地下水位、施工水位；▲施工设备、

施工环境；▲安全、质量；▲造价、工期。桩基础形式选择一般原则任何一种桩型都不是万能的，都有其适用范围！第13页/共63页14沉入桩基础沉入方法：

锤击沉桩射水沉桩振动沉桩静力沉桩等。将各种预制桩（钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩，也有钢桩或木桩）以不同的沉入方式沉至地基内达到所需要的深度。

第14页/共63页15沉入桩基础沉桩方法适用土类（参考）锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、粘性土。桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油汽锤、液压锤等。可根据土质情况选用性能适用的桩锤振动沉桩法一般适用于砂土、硬塑及软塑的粘性圭和中密及较松的碎石土射水沉桩法在密实砂土、碎石土的土层中，用锤击法或振动法沉桩有困难时，可用射水法配合进行静力压桩法在标准贯入度V<20的软粘性土中，可用特制的液压或机力千斤顶或卷扬机设备等沉入各种类型桩钻孔埋置桩钻孔后，将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋入，并在桩周压注水泥砂浆固结而成，租用于粘性土、砂土、碎石土中埋置的大直径圆形空心桩第15页/共63页16沉入桩基础2023/4/1516桩机就位吊桩打桩接桩送桩截桩第16页/共63页17沉入桩基础

接桩方法：法兰盘连接；钢板连接；硫磺胶泥连接等。第17页/共63页18钻孔灌注桩基础2023/4/1518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，灌注混凝土形成为桩基础。

根据成孔方法的不同可以分为干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔、人工挖孔等。灌注桩与预制桩相比由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及配筋只要满足使用要求就可以，因而具有节省钢材、降低造价、无需接桩及截桩等优点。第18页/共63页19钻孔灌注桩基础19序号项目沉入桩钻孔灌注桩1截面尺寸

截面尺寸较小。一般方桩或贺桩，其边或直径均小于60cm600cm的反循环钻机2桩入土深

采用射水配合沉桩，一般不超过30m

一般可喧50cm，北镇黄河大桥有直径1.5m长100m的成功施工经验3桩的承载力

由于桩径和桩长较小，一根桩的承载力较钻孔桩小，故一个墩台需用的桩数较多

一根桩的承载力较沉入桩大，故一个墩台需用的桩数较少，有些桥墩只有2～4根的孔桩4施工进度

按一根桩高，一般沉入桩较快。按一个墩台的桩基础计，沉入桩较慢

按一根桩计，钻孔桩较慢。按一个墩台的桩基础计，1占孔灌注桩较快5需用钢筋数量

由于预制桩在吊桩时要考虑跺装产生的吊装应力，沉桩时要考虑拉应力，矿需用钢筋数量较多

不考虑左置之度外情况的拉应力，长桩的下部有时可不设钢筋，矿需用钢筋数量较少6对周围环境影响

除静力压桩外，锤击的振动沉入的噪声和振动波影响附近环境和建筑物安全

噪声和振动波很小，对周围环境影响不大7接桩问题

由于桩架高度控制，一般桩长超过20m的需接桩

一般无需接桩8沉桩或钻孔设置

一般沉入桩桩架和沉桩设备较钻孔桩钻架和钻孔设备高大、笨重

一般钻孔钻、钻架和设备较矮小、轻便9施工场地

就地预制桩时，需较大的制桩、堆桩场地和制桩用水泥、钢筋和砂石料场地，但沉桩时，战胜场地不大

采用正、反循环回转钻孔需设置泥浆沉淀循环池，占地较大，其它钻孔工艺占地不大。灌注混凝土时，需水泥、钢筋砂石料场地10用水情况

用射水配合沉桩时，用水量较大，否则用水量很少

用正、反循环回转钻孔进用水量较多，用其它工艺钻孔，只清孔进用水量较多。总的说钻孔桩用水较多11适应的土层

对细粒土均可适应，但对较大的卵漂石层不能采用沉入桩

各种土层均适应，对狼漂石层可采用冲击锥工艺钻孔。遇到岩层时，正、反循环采用牙轮钻头也可钻进12施工中可能发生的质量问题桩尖遇到障碍下沉达不到设计标高桩身破裂钻孔进孔壁坍塌灌注时如管理不善易发生各种质量问题详见后述第19页/共63页20钻孔灌注桩基础2023/4/1520埋设护筒

制备泥浆钻孔清底钢筋笼制作与吊装灌注水下混凝土第20页/共63页21钻孔灌注桩基础2023/4/1521正回转钻机成孔反回转钻机成孔潜水电钻法冲击钻成孔冲抓锥成孔第21页/共63页22钻孔灌注桩基础2023/4/1522第22页/共63页23挖孔灌注桩基础2023/4/1523用人工和适当的小型爆破，配合简单机具挖掘成孔，灌注混凝土（或钢筋混凝土）成桩，适用于无地下水或少量地下水的土层和岩层。

第23页/共63页24桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩2023/4/1524泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广泛地采用，但由于泥浆的使用造成施工现场不文明及泥浆排除(称为二次公害)的困难。旋挖钻斗钻成孔灌注桩(即用旋挖钻机的钻斗钻头成孔而成的灌注桩)，因其干取土作业加之所使用的稳定液可由专用的仓罐贮存，现场较为文明。近10年来，青藏铁路、北京鸟巢工程及首都机场3号航站楼等均大量采用旋挖钻斗钻成孔灌注桩。旋挖钻斗钻成孔法包括：全套管护壁钻进法和稳定液护壁的无套管钻进法。

第24页/共63页25桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩2023/4/1525对孔－下钻－钻进－提钻－回转－卸土第25页/共63页262023/4/1526桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩旋挖钻斗钻成孔灌注桩成孔直径多数为1-1.9m,钻孔深度多数为15-35m。成孔法适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地层，如采用特殊措施，还可嵌入强风化岩层。嵌入中、微风化硬岩层困难，工效低，钻头损耗大。第26页/共63页272023/4/1527桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩优点：①振动小、噪声低。②最适宜在粘性土中干作业钻成孔（此时不需要稳定液管理）。③钻机安装较简单，桩位对中容易。④施工场地内移动方便。⑤钻进速度较快。⑥工程造价较。⑦工地边界到桩中心的距离较小。⑧环境污染小。⑨成孔成桩质量高。第27页/共63页282023/4/1528桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩缺点：①当卵石粒径超过100mm时，钻进困难。②稳定液管理不适当时，会产生坍孔。③土层中有强承压水时，施工困难。④废泥水处理困难。⑤沉渣处理较困难，需用清渣钻斗。⑥因土层情况不同，孔径比钻头直径大7%—20%。第28页/共63页292023/4/1529桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法冲抓斗跟管钻进法全套管灌注桩即贝诺特灌注桩。自20世纪50年代在法国问世后，在欧美、日本及我国香港地区得到广泛应用与发展。该法利用摇动装置的摇动(或回转装置的回转)使钢套管与土层间的摩擦阻力大大减少，边摇动(或边回转)边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至将套管下到桩端持力层为止。第29页/共63页302023/4/1530桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法第30页/共63页312023/4/1531桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法第31页/共63页322023/4/1532桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法全套管钻机是一种机械性能好，成孔深度大，成桩直径大的新型桩工机械，集取土、成孔、护壁、吊放钢筋笼、灌注混凝土等作业工序于一体，效率高，工序辅助费用低。配合各种类型抓斗，可在各种土层、强风化与中等风化岩层中施工；适用于直径为0.8m、1.0m、1.2m和1.5m及深度在45m以下的桩孔施工；第32页/共63页332023/4/1533桩基础新技术—钻孔扩底灌注桩钻孔扩底灌注桩是先将等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度，然后换上扩孔钻头，撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层扩大孔底，成孔后放入钢筋笼，灌注混凝土形成扩底桩。钻扩桩与直孔桩相比，其极限荷载为相应直孔桩的1.7〜7.0倍，单方极限荷载为相应直孔桩的1.4〜3.0倍。第33页/共63页342023/4/1534桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩三岔双向挤扩灌注桩又称多节三岔挤扩灌注桩，简称DX挤扩灌注桩或DX桩。DX挤扩灌注桩通过沿桩身不同部位设置的承力盘和承力岔，使等直径灌注桩成为变截面多支点的端承摩擦桩或摩擦端承桩，从而改变粧的受力机理，显著提高单桩承载力，既能提供较高的竖向抗压承载力，也能提供较高的竖向抗拔承载力。第34页/共63页352023/4/1535桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩三岔双向挤扩灌注桩是在预钻（冲）孔内，放入专用的三岔双缸双向液压挤扩装置，用三岔双缸双向液压挤扩装置在桩孔外侧沿径向对称挤扩，形成一定宽度的上下对称的楔形腔，此后岔腔与桩孔同时灌注混凝土所形成的楔形体，称为承力岔。承力盘是在桩孔同一标高处，用三岔双缸双向液压挤扩装置在桩孔外侧沿径向对称挤扩，经过转位挤扩，在桩孔周围土体中形成一近似双圆锥盘状的上下对称扩大腔，此后盘腔与桩孔同时灌注混凝土形成的盘体，称为承力盘。第35页/共63页362023/4/1536桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩钻进成直孔—检查成孔质量—第一次孔底处理—挤扩装置就位—按设计盘位自上而下挤扩成腔—检查成腔质量—第二次孔底处理—移走钻机及挤扩装置—下放钢筋笼—灌注混凝土。第36页/共63页372023/4/1537桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩DX液压挤扩装置（三岔双缸双向液压挤扩装置的简称）是在桩周土体中挤扩形成承力岔和承力盘腔体的DX液压挤扩专用设备。第37页/共63页382023/4/1538桩基础新技术—螺纹灌注桩螺纹灌注桩又称全螺旋灌注桩，该桩成桩工艺是用带有钻进自控装置和特制螺纹钻杆的螺纹桩钻机钻进、提升、灌注混凝土、沉入钢筋笼，从而在土体中形成带螺纹的桩体。第38页/共63页392023/4/1539桩基础新技术—螺纹灌注桩螺纹桩的整个桩身均形成螺纹段，因其存在使土体抗剪强度大幅提高，从而使桩侧阻力也有较大提高。另外螺纹桩在成孔过程中钻头对孔底有挤土作用，使桩端阻力也有较大提高。螺纹粧施工工艺简便，在正确操作的前提下不存在清底、排土、泥浆护壁、塌孔、缩径和断桩等问题，桩身质量可靠，低噪声、低振动、无泥浆污染，属绿色环保桩型。第39页/共63页402023/4/1540桩基础新技术—螺纹灌注桩施工要点：钻孔：下钻过程中桩机自控系统严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求钻杆旋转一周，下降一个螺距，钻至设计深度，在土体中形成螺纹状段。泵送混凝土：钻头钻至设计标高后，桩机反向旋转提升钻杆。与此同时将制备好的细石混凝土采用泵送方式迅速填满由钻杆旋转提升所产生的螺纹状空间。沉放钢筋笼：为确保钢筋笼顺利沉放，钢筋笼底部可做成圆台式或圆锥式。混凝士灌注结束后，将钢筋笼沉入混凝土桩体中。若钢筋笼长度较长，应设置下拉式刚性传力杆作为沉放的工具杆用，并采用平板振动器或振动锤将钢筋笼振动沉入混凝土桩体中。第40页/共63页412023/4/1541桩基础新技术—螺纹灌注桩螺杆灌注桩实质上是螺纹灌注桩的变型体。桩的上部分为圆柱形，与普通的灌注桩相同，下部为带螺纹状的桩体，与螺纹灌注桩相同，其上下两桩段的长度可根据地基土质情况进行调节。第41页/共63页422023/4/1542桩基础新技术—桩端压力注浆桩桩端压力注浆桩是指在成桩后对桩端进行压力注浆的桩型。钻孔灌注桩待桩身混凝土达到一定强度后,通过预埋在桩身的注浆管路,利用高压注浆泵的压力作用,经桩端的预留压力注浆装置向桩端土层均匀地注入水泥砂浆或化学浆液等。可大幅度提高桩的承载力,技术经济效益显著。第42页/共63页432023/4/1543桩基础新技术—桩端压力注浆桩浆液主要通过渗透、部分挤密、填充及固结作用,大幅度地提高持力层扰动面及持力层的强度和变形模量,并形成水泥土结石体扩大头,增大桩端受力面积,提高桩端阻力。在粗粒土其极限承载力的增幅为50%－260%，在细粒土中其极限承载力增幅通常在14%－88%。在非渗透性中等以上风化基岩的桩端持力层中注浆时,压力浆液只能渗透填充到沉渣孔隙中,形成浆泡.挤压周围沉渣颗粒,使沉渣间的泥浆充填物产生脱水、固结:在注浆压力足够大的情况下,会产生劈裂注浆和挤密效应。桩端压力注浆桩提高桩承载力的机理：第43页/共63页442023/4/1544桩基础新技术—管柱基础管柱基础适用于水文地质条件较复杂性，特别是深水岩面不平、无覆盖或覆盖层很厚。

管柱基础主要由三部分组成，即承台、多柱式柱身和嵌岩柱基。管柱一般包括管柱体、连接法兰盘和管靴三部分。管柱体有钢筋混凝土、预应力混凝土和钢管柱等。第44页/共63页452023/4/1545桩基础新技术—管柱基础第45页/共63页462023/4/1546桩基础技术发展趋势●长、大桩基础●低公害工法桩●异形桩、扩孔桩●组合式工艺桩●高强度桩●复杂水文地质条件下的桩第46页/共63页472023/4/1547桩基常见质量事故工程勘察：地质剖面图、钻孔柱状图、土的物理力学性质指标以及桩基建议设计参数不准确等。桩基础设计：选型不当、设计参数选取不当等问题。不熟悉工程勘察资料、不了解施工工艺；参数指标选取错误，桩质量不可控。

第47页/共63页482023/4/1548桩基常见质量事故桩基础施工：人员素质、材料质量、施工方法、施工工序、施工质量控制手段、施工质量检验方法等导致。基桩检测：检测理论不完善、人员素质差、检测方法不当等，均有可能对基桩完整性、基桩承载力给出错误结论。第48页/共63页49

上海一幢13层楼房整体倾倒

紧贴7号楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10米左右。同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度达4.6米。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。

环境条件：桩基础施工完成的其他基坑开挖、堆载等导致桩身质量问题。桩基常见质量事故第49页/共63页502023/4/1550桩基常见质量事故机械成孔灌注桩：钻孔倾斜坍孔充盈系数过大桩身缩径、夹泥、断桩孔底沉渣初灌方法不当造成的质量事故桩头浮浆

混凝土强度不足钢筋笼钢筋规格、数量、构造等不符合设计要求等第50页/共63页512023/4/1551桩基常见质量事故挖孔灌注桩：桩底积水混凝土的灌注不当导致混凝土离析、混凝土夹气、夹泥

混凝土强度不足钢筋笼钢筋规格、数量、构造等不符合设计要求等第51页/共63页522023/4/1552桩基础检测检测内容：■各类桩、墩、桩墙竖向或横向承载力检测，包括单桩及群桩承载力检测；■桩底持力层承载力及变形性状的检测；■各类桩、墩及桩墙结构完整性检测；第52页/共63页532023/4/1553桩基础检测检测内容：■考虑桩土共同作用或复合地基中桩土荷载分担比的检测，桩体及土体应力-应变的检测；■施工中对环境影响（如震动、噪音、土体变形）的检测；■特殊条件下或事故处理中的其它检测。第53页/共63页542023/4/1554桩基础检测检测阶段划分：★为设计提供依据的先期试验检测；★施工阶段的施工检测；★施工完毕后的验收检测；★施工阶段或使用阶段的鉴定检测。第54页/共63页552023/4/1555桩基础检测

有损检测静荷载试验法钻桩取芯试验法

无损检测

高应变动力试桩法

低应变动力试桩法声波透射法检测方法：第55页/共63页56

人工挖孔桩存在的安全问题●孔壁坍塌●施工排水●预防流砂和管涌冒砂●杂物滚入伤人●高坠●触电●中毒●窒息●应急救援困难等

第56页/共63页572011版《公路桥涵施工技术规范》规定：挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层。若孔内产生的空气污染物超过现行《环境空气质量标准》（GB3095）规定的三级标准浓度限值时，必须采取通风措施，方可采用人工挖孔施工。挖孔桩直径不应小于1200mm，挖孔的深度不宜大于