论桩基础在施工中的应用.doc

.绪论背景发展历史桩基础作为一种常见的建筑基础，早在古代我国就有应用记载，这也为建筑发展奠定了深厚的基础。桩基示意图桩基技术的发展有着悠久的历史，其发展过程，大致可分为三个阶段。第一个阶段是木桩：早在新石器时代，人类在湖泊和沼泽地里，用木桩搭作水上住所，汉朝己用木桩修桥。到宋朝，桩基技术已比较成熟。今上海市的龙华塔和山西太原的晋词圣母殿，都是北宋年代修建的桩基建筑物。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点。近年来，由于木桩承载力较低，耐腐蚀性差，木材资源不足，已经逐渐被淘汰。 第二个阶段为钢桩：19世纪20年代，开始使用铸铁板桩修筑围堰和码头。到本世纪初，美国出现了各种型式的型钢，特别是H 型的钢桩受到营造商的重视。美国密西西比河上的钢桥大量采用钢桩基础，到30年代在欧洲也被广泛采用。二次大战后，随着冶炼技术的发展，各种直径的无缝钢也被作为桩材用于基础工程。钢桩具有抗冲击性能好、节头易于处理、运输方便、施工质量稳定等优点，但其最大的缺点是造价高，大致相当于钢筋混凝土桩的3到4倍。因此，目前还只能在极少数深厚软土层上的高重建筑物或海洋平台基础中使用。 第三个阶段为钢筋混凝土桩：本世纪初钢筋混凝土预制构件问世后，出现了厂制和现场预制钢筋混凝土桩。我国50年代开始生产预制混凝土桩，多为方桩。1949年美国雷蒙德混凝土桩公司最早用离心机生产了中空预应力钢筋混凝管桩。我国铁路系统于50年代末也开始生产使用预应力钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩出现后，因其取材方便、价格便宜、耐久性好、适合各种地层和成桩直径及长度可变范围大等优点，随即成为地基支撑方式的首选。而在现代城市建设中，由于人口密集而土地有限，人们便向空中及地下发展，建造了大量高层建筑，以获得更大的活动空间。然而传统的天然基础是远远不能满足现代高层建的设计须要的。 近年来，高层、大跨和其它特殊结构的建筑物不断增加，在荷载大、地基弱、变形控制严和使用要求高等条件下，深基础越来越多地被采用。其中桩基础由于承载力大，沉降量小，能适应不同结构形式、地基条件和荷载性质，有利于结构的防震减灾，因而应用更为广泛。并且对软基础的处理上，桩基础的稳定性以及在施工工期上远远要比换土、挤石等，在一定程度上桩基础的施工更加稳定，安全性高在工期上更容易掌握。目前，桩基工程的绝大部分都是钢筋混凝土桩。 桩基础现状、研究目的和意义 随着工业技术的进步和工程建设规模的扩大，桩基技术在近几十年间得到了突飞猛进的发展，桩基础已成为高层或超高层建筑、铁路公路大桥、港口码头、重型储仓及水闸、船闸等建筑结构物最常用的基础形式。桩基础是指通过桩支撑着承台的基础，也就是由承台和支撑着这个承台的桩组成的基础。承台承受上部建（构）筑物的荷载，并把荷载传递给下面的桩，使各桩受力均匀。而桩是竖直或微倾斜的基础构件，其作用是把上部的荷载传给下部的地基。地基是承受建筑物全部荷载（包括基础自重）的那部分土层。与其他类型的深积储相比，桩基础具有施工快，投资少，效果好等优越性，是一种应用最广泛，大有发展前途的深基础。深基础目前普遍是指桩基础，而钢筋混凝土灌注桩作为桩基础的主要形式之一，在国内外已被广泛的应用于各类基础工程之中。在工程实践中，一般在下列情况下可考虑采用桩基础：(1) 建筑物荷载较大，地基软弱，采用天然地基不能满足承载力的要求或地基沉降过大对建筑物造成危害时；(2) 经技术经济指标、工程质量、施工条件等方面综合比较，采用桩基础比天然地基或地基加固处理优越时；(3) 高耸建筑物对整体倾斜有严格限制时；(4) 重要、大型、精密机械设备的基础对地基变形有严格限制时；(5) 因地基沉降对相邻建筑物产生相互影响巨大时。 随着国民经济发展水平提高，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层建筑的基础在整个建筑物中占据了相当大的比例，而高层建筑往往采用桩基础。桩基础的使用保证了建筑物的质量和稳定。而对桩基础有好的了解认识也至关重要。因此，本文对桩基础的分类，各类桩的特点，施工工艺，详细的盘点，对各类桩做了一个大致的对比，因而能够正确在某种情况下选取桩的类型。桩的特点（1） 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，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。（2） 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，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。（3） 凭借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，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。（4）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，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在建筑桩基技术规范中均有规定。桩的基本分类及划分目的目前桩的分类主要从桩的直径、桩身截面形状、桩身材料、受力状态、成桩方法、成桩对地基土的影响等几方面划分。一、按桩直径划分按直径大小划分为:1） 小直径桩：d 250mm；2） 中等直径桩： 250mm d 800mm3）大直径桩： d 800mm。按桩径划分的目的主要是因为桩径的大小对桩的承载性状具有明显影响。如大直径钻(挖、冲孔桩在成孔过程中，由于孔壁的松弛变形会导致侧阻力降低，其降低效应随桩径的增大而增大。同时，由于成桩过程使桩端土卸载回弹，桩端压缩层厚度随桩径增大而增加，导致桩端阻力则随桩径增大而减小，承载力降低。2、 按几何特征划分为提高桩的承载力以及满足使用的要求，桩可采用不同的截面形式和桩体形状，常用桩的截面主要是圃形和方形，为增加桩身的比表面积(桩侧表面积与体积之比) ，在一定条件下可采用圆环、兰角、十字、Y 、H 等形式。柱状桩体为目前的常用形式，另外，在一定条件下可采用模形、螺旋形、糖葫芦扩底等形状。按几何特征划分的H形 的是在可能的情况下，尽可能提高桩的承载力。如在实际工程中,对于摩擦型桩.在施工及运输条件允许的情况下.尽可能采用比表面积大的截面形式.如采用梅花状截面的灌注桩、预制的三角形空，心桩:对于端承型桩，宜采用桩端截面较大的桩体，如扩底桩等D三按承载性状分类1) 摩擦型桩：摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计；端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。2） 端承型桩：端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计；摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。4、 按受力状态划分桩按受力状态分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩01. 竖向抗压桩竖向抗压桩是主要承受竖向荷载的桩. 亥桩应进行桩身材料强度汁算，桩的承载力计算.必要时还需计算桩基沉降.验算软弱F卧层的承载力以及负摩阻力产生的F 拽荷载。根据荷载传递特征，可分为摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩及端承桩四类G摩擦桩:竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或绝大部分由桩侧阻力展扭.桩端阻力小到可以忽略的程度端承摩擦桩:竖向极限荷载作用下.桩端阻力分担荷载的比例较大，但一般不大于30% 的桩。摩擦端承桩:竖向极限荷载作用下，桩顶荷载主要由桩端阻力承担，桩侧阻力分担的比例一般不超过30%端承桩2 竖向极限荷载作用下，桩顶荷载的全部或绝大部分由端阻力承担，桩侧阻力小到可以忽略的程度。2. 竖向抗拔桩主要承受坚向抗拔荷载的桩，应进行桩身材料强度和抗裂汁算以及抗拔承载力汁算.并应特别注意耐久性问题。3. 水平受荷桩主要承受水平荷载的桩，应进行桩身抗剪强度和抗弯及裂缝计算。4. 复合受荷桩承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压桩及水平受荷桩的要求进行验算。桩作为1昆凝士或钢构件，对其接受力状态进行划分的目的是，根据不同受力状态确定计算内容.满足不同的构造要求.采用不同的配筋模式等.特别是钢筋由凝土灌注桩。5、 按桩身材料划分按桩身材料分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩。1. 混凝土材料桩混凝土材料桩分为现场灌注混凝土桩和预制混凝土桩，是目前应用最广泛的桩。预制提凝土桩桩身材料强度高，其中预应力管桩桩身材料强度可达到C80 。预制混凝土桩可在现场制作，或在工厂直接生产。灌注桩适用于任何地层，可灵活调整桩长、桩径.是目前主要使用的桩型。2. 钢桩钢桩可根据承载力要求.减小挤土效应而灵活调整截面。它具有抗冲击性能强、接桩方便、施工质量稳定等特点。但由于造价高，使用量很中，目前常用的有开口或敞口管桩、H 型钢桩或其他异型钢桩。3. 组合桩桩身是由两种或两种以上材料组成的桩，一般结合材料强度和地质条件，是为降低造价、发挥材料特性而组合成的桩。近年在天津、上海等地研发的搅拌劲芯(性)桩为典型的组合桩.即在水泥土搅拌桩中插入钢筋混凝土预制桩，应用在一些多层建筑物中取得很好的效果。6、 接成桩方法划分根据成桩方法可分为打人桩、灌注桩和静压桩.1 打人桩:通过锤击、振动等方式将预制桩沉入地层至设计要求标高形成的桩。2.灌注桩:通过钻、冲、技或沉人套管至设计标高后，灌垃混凝土形成的桩。3.静压桩:将预制桩采用元噪声的机械压人至设计标高形成的桩。七、按成桩工艺对地基土的影晌划分不同成桩方法对周围土层的扰动和排挤程度，将直接影响桩的承载力、成桩质量及周围环境。根据成桩对土层的影响可分为挤土桩、部分挤士桩和非挤土桩兰类。1. 挤土桩:在成桩过程中造成大量挤土，使桩周围土体受到严重扰动，士的工程性质有很大改变的桩.主要有沉管灌注桩、沉管穷(挤)扩灌注桩、打人(静压)预制桩、闭口顶应力混凝土管桩和闭口钢管桩。挤土成桩过程引起的挤土效应主要是地面隆起和士体侧移，导致对周围环境有较大影响:对灌注桩还可能造成断桩、缩径等质量事故对预制桩可能会造成桩的侧移、倾斜、上抬、甚至断桩等质量事故.但在松散土和非饱和填土中则会起到加密、提高承载力的作用。2. 部分挤土桩:在成桩过程中.引起部分挤土效应，桩周围土体受到一定程度的扰动。这类桩主要有长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌甜芯(性)桩、预钻孔打人(静压)顶制桩、打人(静压)式敞口钢管、敞口预应力混凝土管桩和H 型钢桩。3. 非挤士桩:采用钻孔、挖孔将与桩体积相同的士体排出，对周围土体基本没有扰动而形成的桩。包括干作业法钻(挖)孔灌注桩、泥浆护壁法钻(挖)孔灌注桩、套管护壁法钻(挖)孔灌注桩。此划分的目的是根据成桩工艺对地基土的影响，确定合理的布桩中心距及成桩顺序。一般说，挤士桩的中心距应大于非挤土桩。另外，对于桩基础耐久性和工程通用软件有以下：桩基础是结构工程的重要组成部分，和地上混凝土结构相比，混凝土桩所处的环境条件差，施工时?昆凝土质量不易保证，因此更容易出现耐久性问题。同时.混凝土桩出现耐久性问题一般不会被发现，只有当工程出现由于桩基耐久性引起的质量问题时，才会被发现。而桩基混凝土出现耐久性质量问题很难修复，其耐久性决定了整个建筑物的耐久性。因此，混凝土桩的耐久性对建筑物的安全具有决定性的作用。建筑桩基技术规范) UGJ 94-2008)首次将混凝土桩耐久性的相关研究成果纳入规范并作出了具体规定。由于桩基础工程的大量用、结构形式的日趋复杂、桩基分析方法的发展，使得桩基设计任务和工作量大大增加，采用传统的于工计算来进行设计已难以适应大量桩基设计任务的要求，因而在桩基设计工作中迫切需要桩基础设叶软件来帮助设汁人员尽快确定合理的桩基方案o 为了缩短桩基设计周期，方便设计人员对不同方案进行对比分析以优化设计，有效减少设计人员的工作量，更好的满足桩基设计的需要，相继出现了一些桩基础设汁通用软件。全国泡围内比较有代表性和应用较多的是依靠同济大学作技术支持的同济启明星PILE 系列软件和依靠中国建筑科学研究院作依托的JCCAD 软件(PKPM 系列软件的基础分析部分)。这些软件基本能满足当前各类规范与设计要求。桩基设计原则一、桩基设计总则桩基设计的根本目的就是在上部建(构)筑物使用年限内满足其对承载力、变形相耐久性的要求。桩基设计原则是为达到上述目的所作的一些具体规定和设计指导思想，分为总则和细则。桩基设计总则包括以下几点:()所有桩基础必须进行承载力计算.并满足承载力要求;(2) 桩基础按变形控制原则进行设计.应考虑桩基变形对结构安全和建筑正常使用的影响，满足相应的要求:(3) 桩基设计应综合考虑工程地质与水文条件、建筑物规模、体型与功能特征、上部结构形式、荷载特点及分布、桩基变形对结构的影响、周边环境条件、当地经验、经济、环保等因素进行设计。桩基设计细则主要包括以下几点:(1)桩基设计等级的划分;(2) 承载能力极限状态设计;(3) 正常使用极限状态设计;(4 )桩的选型原则;(5) 布桩原则:(6) 特殊条件下桩基设计原则等。二、桩基设计等级的划分1.桩基设计等级划分目的桩基设计前应先进行等级划分.目的是界定桩基设计的复杂程度、计算内容和应采取的相应技术措施。桩基设计等级是考虑建筑物规模、体型与功能特征、场地地质与环境的复杂程度.以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度进行划分的。2. 桩基设计等级的划分及设汁控制要点建筑桩基设计等级划分为甲、乙、丙三级，见表甲级建筑桩基可分为主类:第一类考虑建筑物的重要性、高度、层数、荷载大小，包括表中设计等级甲级的(1) 、(2) 条。其中重要的工业与民用建筑指对国民经济和人民生命财产有重大影响的工程。将30 层以上或高度超过100m 的高层建筑和构筑物列为甲级.是考虑这类建筑物荷载大、重，心高、风载租地震作用水平剪力大等特点。设计时应考虑基桩承载变幅大、布桩具有较大灵活性的桩型，基础埋置深度足够大.严格控制桩基的变形和稳定。建筑桩基设计等级设计等级建筑类型甲级（1）重要的建筑（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑（3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑（4）20层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑（5）场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级除甲级、丙级以外的建筑丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑第二类是考虑体型复杂对桩基础变形有特殊要求的建筑物，包括表中设计等级甲级的(3) 、(4) 条。这类建筑物由于荷载与刚度分布极为不均.抵抗和适应差异变形的性能较差.或使用功能上对变形有特殊要求(如冷藏库、精密生产工艺的多层厂房、液面控制严格的贮液罐体、精密机床和透平设备基础等)的建(构)筑物桩基.须严格控制差异变形乃至沉降量。桩基设计中，首先句概念设计要遵循变刚度调平设汁原则:其二.在概念设计的基础上要进行上部结-承台一桩土的共同作用分析，叶算沉降等值线、承台内力和配筋。第三类是考虑场地地质情况和对相邻建筑影响，包括表中设计等级甲级的(5 ）（6) 条。场地和地基条件复杂的一般建筑物，指场地处于岸边高坡、地基为半填半挖、基底置于岩石租土质地层、岩熔极为发育且岩面起伏很大、桩身起围有厚层自重温陷性黄土或可液化土等情况。这种情况下首先应把握好桩基的概念设汁，控制差异变形和整体稳定、考虑负摩阻力等至关重要。对相邻既有工程影响较大的建筑物，指在相邻既有工程的场地上建造新建筑物，包括基础跨越地铁、基础埋深大于紧邻的重要或高层建筑物等，此时如何确定桩基传递荷载和施工不致影响既有建筑物的安全成为设计施工应考虑的关键因素。丙级建筑桩基的要素同时包含两方面，一是场地和地基条件简单，二是荷载分布较均匀、体型简单的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑。丙级桩基设计较简单计算内容可视具体情况简略。乙级建筑桩基，为甲级、内级以外的建筑桩基，设计较甲级简单，计算内睿应根据场地与地基条件、建筑物类型酌定。桩基础应按下列两类极限状态设计：1 承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形；2 正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。桩基设计应具备以下资料：1 岩土工程勘察文件:1桩基按两类极限状态进行设计所需用岩土物理力学参数及原位测试参数；2） 对建筑场地的不良地质作用，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、土洞等，有明确判断、结论和防治方案；3） 地下水位埋藏情况、类型和水位变化幅度及抗浮设计水位，土、水的腐蚀性评价，地下水浮力计算的设计水位；4） 抗震设防区按设防烈度提供的液化土层资料；5） 有关地基土冻胀性、湿陷性、膨胀性评价。2 建筑场地与环境条件的有关资料:1） 建筑场地现状，包括交通设施、高压架空线、地下管线和地下构筑物的分布；2） 相邻建筑物安全等级、基础形式及埋置深度；3） 附近类似工程地质条件场地的桩基工程试桩资料和单桩承载力设计参数；4） 周围建筑物的防振、防噪声的要求；5） 泥浆排放、弃土条件；6） 建筑物所在地区的抗震设防烈度和建筑场地类别。3 建筑物的有关资料：1) 建筑物的总平面布置图；2) 建筑物的结构类型、荷载，建筑物的使用条件和设备对基础竖向及水平位移的要求；3) 建筑结构的安全等级。4 施工条件的有关资料：1） 施工机械设备条件，制桩条件，动力条件，施工工艺对地质条件的适应性；2） 水、电及有关建筑材料的供应条件；3） 施工机械的进出场及现场运行条件。5 供设计比较用的有关桩型及实施的可行性的资料。桩基的特点及应用 按照施工方式可分为预制桩和灌注桩。预制桩 多年来，钢筋混凝土预制桩是建筑工程的传统的主要桩型。七十年代以来，随着我国城市建设的发展，施工环境受到越来越多的限制，预制桩的应用范围逐渐缩小。但是，在市郊的新开发区，预制桩的使用是基本不受限制的。预制桩总体来说，具有以下特点：（1） 预制桩不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施）,只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。（2） 沉桩方法一般采用锤击，由此会产生一定的振动和噪声污染，并且沉桩过程会产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路和管线等受到损坏。（3） 一般来说预制桩的施工质量较稳定。（4） 预制桩打入松散的粉土、砂、砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，其侧摩阻力因土的加密和桩侧表面预加法响应力而提高；桩端阻力也相应提高。基土的原始密度越低，承载力的提高幅度越大。当建筑场地有较厚砂砾层时，一般宜将桩打入该持力层，以大幅度来提高承载力。当预制桩打入饱和粘性土时，土结构受到破坏并出现超孔隙水压，桩承载力存在显著的时间效应，即随休止时间而提高。（5） 建筑工程中预制桩的单桩设计承载力一般不超过3000kN，而在海洋工程中，由于采用大功率打桩设备，桩的尺寸大，其单桩设计承载力可高达10000 kN。（6） 由于桩的灌入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩，造成浪费。（7） 预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，要求配置较多与钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。 预制桩主要有以下几种类型：普通钢筋混凝土预制桩（R.C桩），这是一种传统桩型，其截面多为方形（250250500500mm），这种预制桩适宜在工厂预制，高温蒸汽养护。蒸养可大大加速强度增长，但动强度的增长速度较慢，因此，蒸养后达到了设计强度的R.C桩，一般仍需放置一个月左右碳化后再使用。 预应力钢筋混凝土桩（P.C桩），这种预制桩主要是对桩身主筋施加预拉应力，混凝土受预拉应力从而提高起吊时桩身的抗弯能力和冲击沉桩时的抗拉能力，改善抗裂性能，节约钢材。预应力钢筋混凝土桩具有强度高、抗裂性能好，耐久性好，能承受强烈锤击，成本低等优点，所以各国都逐步将普通钢筋混凝土桩改用预应力钢筋混凝土桩。P.C桩的制作方法主要有离心法和捣注法两种，离心法一般制成环形断面，捣注法多为实心方形断面，也可采取抽芯办法制成外方内圆孔的断面。为了减少沉桩时的排土量和提高沉桩灌入能力，往往将空心预应力管桩桩端制成敞口式。预应力管桩在我国多用采用室内离心成型、高压蒸养法生产，其标号可达C60以上，规格有400、500两种，管壁分别为90mm、100mm，每节标准长度为8m、10m.，也可按需确定长度。我国预应力钢筋混凝土桩均为中小断面，大直径管桩尚处于试验阶段，产量也比较低。国外大直径管桩的应用则很广泛。 锥形钢筋混凝土桩。锥形桩在沉桩过程中能起到比等截面桩更多的对土的挤密效应，并可利用其锥面增大桩的侧面摩阻力，从而提高承载力。在桩身体积相同的条件下，其承载力可比等截面桩提高12倍，沉降量也降低。这种桩一般长度较小，多用于非饱和填土等软弱土层不太厚、对承载力要求不太高的情况。 螺旋形钢筋混凝土桩。这种桩基通过施加扭矩旋转置入土中，因而可避免冲击沉桩产生的噪声和振动污染。螺旋形可提高桩侧阻力和桩端阻力。当硬持力层较浅且上部土层很软时，可只在桩端部分设螺旋叶片，带螺旋叶片的桩端可用铸铁制成，用销子将其与钢筋混凝土桩管连接，或将铸铁的叶片装在与之混凝土圆柱上。 除此之外还有，结节性钢筋混凝土预制桩，这种桩型主要可以用于防止地震时地基土的液化。钻孔预制桩，采用这种桩型可以降低打桩时引起的振动和噪声污染，避免打桩时产生的挤土效应对周围建筑物的危害，以及克服打桩时硬层难以贯穿等问题。 灌注桩 灌注桩的成桩技术日新月异，就其成桩过程、桩土的相互影响特点大体可分为三种基本类型：非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩。每一种基本类型又包含多种成桩方法，现归纳如下： 施工实践表明,我国常用的各种桩型从总体上看,具有以下特点:大直径桩与普通直径桩并存;预制桩与灌注桩并存;非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩并存;在非挤土桩中钻孔、冲抓成孔和人工挖孔法并存;在挤土桩中锤击法、振动法和静压法并存;在部分挤土灌注桩的压浆工艺工法中前注浆桩与后注浆桩并存;先进的、现代化的工艺设备与传统的、较陈旧的工艺设备并存;等等。由此可见,各种桩型在我国都有合适的土层地质、环境与需求,也有发展、完善与创新的条件。各种桩基础的施工技术的分析 在选择桩型与工艺时,应对建筑物的特征(建筑结构类型、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)、施工机械设备、施工环境、施工经验、各种桩施工法的特征、制桩材料供应条件、造价以及工期等进行综合性研究分析后,并进行技术经济分析比较,最后选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。桩基础施工顺序1、 打桩前准备 桩基础工程在施工前，应根据工程规模的大小和复杂程度，编制整个分部工程施工组织设计或施工方案。 1.处理障碍物 打桩前，宜向城市管理、供水、供电、煤气、电信、房管等有关单位提出要求，认真处理高空、地上地下的障碍物。然后对现场周围（一般为10m以内）的建筑物、驳岸、地下管线等做全面检查，必要时予以加固或采取隔振措施会拆除，以免打桩中由于振动的影响而引起破环。 2. 场地平整 打桩场地必须平整、坚实，必要时宜铺设施工道路，经压路机碾压密实。场地四周应挖排水沟以利排水。 3. 抄平放线定桩位 在打桩现场附近设水准点，其位置应不受打桩影响，数量不得少于2个，用以抄平场地和检查桩的如图深度。要根据建筑物的轴线控制桩基础的每个桩位，并用小木桩标记。正式打桩之前，应对桩基的轴线和桩位复查一次，以免因小木桩挪动。丢失而影响施工。桩位放线允许偏差为20mm。 4. 进行打桩实验 施工前应做数量不少于2根桩的打桩工艺试验，用以了解桩的沉入时间、最终沉入度、持力层的强度、桩的承载力以及施工过程中可能出现的各种问题和反常情况等，以便检验所选的打桩设备和施工工艺是否符合设计要求。 5. 确定打桩顺序 打桩顺序直接影响到桩基础的质量和施工速度，应根据桩的密集程度（桩距大小）、桩的规格、桩的设计高度、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设3种。当桩的中心距不大于4倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打，或由中间向四周施打。当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设。根据桩的设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。6. 其他设备 桩帽、垫衬和送桩机具备。 2）桩的制作、运输与堆放 1.桩的制作 较短的桩多在预制厂生产，较长的桩一般在打桩现场附近或打桩现场就地预制。 桩分节制作时，单节长度的确定，应满足桩架的有效高度、制作场地条件、运输与装卸能力的要求，同时应避免装尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中接桩。上节桩和下节桩应尽量在同一轴线上预测，减少上下节钢筋和桩身之间的偏差。 制桩时，应做好浇筑日期、混凝土强度、外观检查、质量鉴定等记录，以供验收时查用。每根桩上应标明编号、制作日期。如不预埋吊环，则应标明绑扎位置。 2.桩的运输 混凝土预制桩达到设计强度70%方可起吊，达到60%方可进行运输。如提前吊运，必须验算合格。桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计规定，如无吊环，设计又未做规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应按起吊弯矩最小原则进行捆绑。钢丝绳与桩之间应加衬垫，以免损坏棱角。起吊时应平稳提升，吊点平稳提升，吊点同时离地。如要长距离运输，可采用平板拖车或轻轨平板车。长桩搬运时，桩下要设置活动支座。经过搬运的桩，还应进行质量复查。 3. 桩的堆放 桩堆放应遵守如下规定：地面必须平整、坚实，垫木间距应根据吊点确定，各层垫木应位于同一垂直线上，最下层垫木应适当加宽，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。 各类桩基及施工钢管桩型钢桩钢板桩钢管桩钢管桩是在近半个多世纪以来获得发展而成为当今基础工程中的一种主要桩种。早在20世纪30年代欧洲开始大最采用钢桩，桥梁、高层建筑、海港码头均以钢管桩作为基础。随着技术的不断进步，钢管桩在工厂中得以大批量生产，为降低桩的成本创造了条件。由于结构物的重量越来越重，对其沉降的要求更为严格，桩要进入更深的土层，而钢管桩易于贯人、不易被击坏、承载力高的特性，为业界大为青睐，需求数量与日俱增。近20年来，海洋石油的开发，促成了大型石油平台的建造;海.上巨形桥梁及深水码头的建设等，均使钢管桩的直径与深度往更大更深的方向发展。目前，欧美及日本的钢管桩长度已达l00rn以上，直径超过2500mm.我国是从20世纪70年代末期才开始大量运用钢管桩的，当时沿海地区特大型钢厂、发电广房及设备基础、深水码头和高层.建筑等均以钢管桩作为基础。虽然成品桩要从国外进口，费用昂贵，但由于其易贯入性、高承载力、施工速度快等优点，仍不失.为一种被选的桩种。有些桥梁(如南浦、杨浦大桥等)、码头及取水构筑物，用一段段.卷制管段自行拼接成钢管桩，扩展了钢管桩的应用前景。与其他桩相比，钢管桩有下列优点。 (1)能承受较大的锤击力 由于钢材的韧性及强度，比混凝上更能承受桩锤的冲击。上海环球金融大厦及金茂大厦桩尖到达地下80m的砂层，需穿过数十米厚，N=4050的砂层，施工时使川重达10t-D=10柴油锤及30t的HA-30液压锤。这样大的锤击力对混凝土桩甚至高强度预应力混凝土桩都是不可想象的。这些工程锤击数最多的一根桩达15000次。表21-1列出了不同桩型适用的桩锤，从中可知钢管桩的可锤击性。(2)具有较大的垂直承载力由于钢管桩能进入土质较硬的持力层，且锤击性能好，穿透力强，桩长可选得较长，加之材质好，承载力必然大。表21-L是钢管桩同顶应力管桩所具有的极限承载力的比较。 (3)具有较高的水平抗力钢管桩的截面模量大，对弯矩的抵抗力也大，随着制造业的进步，如果直径加大，管壁增厚，则侧向抗力还可大大增加。对承受横向力较大的桥台、桥墩、码头以及考虑地震作用下的高层建筑，选钢管桩作为丛础是有利的。(4)设计的选择余地较大由于生产的自动化，变更钢管桩的壁厚及直径轻而易举，设计可根据需要选择合适尺寸的钢管桩。（5）桩的长度容易调节 出厂之钢管桩虽然是定尺长度，但因钢材易一“切割.和焊接，对起伏不平的土层，可切割成任意长度，配置不同桩长的钢管桩，以适应不同标高的要求。 (6)接头牢靠，适应长桩施工钢管桩的连接，均为电焊，只要熟练操作，质量容易保证。目前已有半自动焊丝焊机，对电焊的质量有了更可靠的手段，施工速度也不慢，电焊后的接头强度，远胜于母材，因而更适应长桩施工。（7）容易与上部结构结合由于钢管桩顶部可任意焊接钢筋，与上部混凝土结构连接较容.易，可以构成十分牢靠的结构。 (8)沉桩过程中排七量少 钢管桩底部可不封闭，在沉桩过程中，大量卜体进人管内，对周围上体的挤压量远小于桩尖封闭的预制桩，且小于开口预应力管桩，表21-3表明了这一特点。如19钢管桩，在沉桩时，仅相当于桩实体的15%土被挤向四周，预应力管桩要达70%。由于排土量少，对周围上体的扰动也小，可紧贴邻近建筑物施工。不会造成严重影响其为场地狭小而荷载大的桩基础，如超高层建筑、重型设备基础，采用钢管桩是较合理的。(9)运输、装卸及堆放都很方便钢管桩重量小，相对混凝土桩经得起碰撞，.对运输、装卸及堆放都是有利的。 二、常用钢管桩的类型与规格常用钢管桩大多是由厂家生产的螺旋焊接管，材料一般为Q235，少量也有用16Mn五、钢管桩施工等低合金钢带焊制。对量少、规格又特殊的工程，也可在工地上自己卷制。H型钢 型钢桩的应用是随着工业的发展而逐渐扩大的。H型钢桩都是由工厂轧制出来的，钢铁业的发展，使轧钢工业的技术不断提高，为大录轧制H型钢桩莫定厂基础。西欧、日本在20世纪50- 60年代，开始大母使用H型钢桩。另一方面是市场的需求，大量业与民用住它、基础设施的建设，创造了H型钢桩应用的条件。我国在20世纪80年代开始在工业和民用建筑中应用了H型钢桩。这种桩适用于南方较软的土层中，港、澳、台湾、广东、上海一些开发区内，有些急于开工的项目，只需按规格向厂方订货，桩到现场后，切割接长便可施工，较为方便。H型钢桩除作为建筑物基础外，尚可作为基坑支撑的立柱桩，而且可以拼成组合桩以承受更大的荷载。 H型钢机与钢管桩相比，其承载能力、抗锤击性能能要差一些，但仍有下述一些优点:（1）桩山钢厂轧制而成，价格要低于由钢带或钢板卷制的钢管桩(约便宜20%-30%);（2）因桩休本身形状构成其穿越能力强的特点，当需穿越中间硬土层时，该类桩有一定优越性;（3）施工时挤土量小，可以在密集建筑群中施工，对相邻建筑物和地下管线的危害不大。 但是，H型钢桩也有其不足之处： （1）因断面刚度较小，机身不宜过长，施工时，稍不注意便会横向失稳; （2）对打初:场地的要求较严，尤其是浅层障碍物应彻底清除;（3）运输及堆放过程中的管理较钢管桩复杂，容易造成弯折，当然相应处理方法比钢管桩容易。钢板桩钢板桩的运用已有近百年的历史。但是20世纪30年度代才开始被广泛运用，随着工业的发展，冶金、金属压延技.术的不断提高，使高质量的钢板桩可在上厂中成批制造，为钢板桩的大量推广运用造了良好的条件。目前钢板桩王要用于码头、护岸、船坞、泵房等永久性结构及厂房、高层建筑深基础地下结构等施工所用的临时围护结构。钢板桩能被广泛运用，是有下述优点: (1） 强度高，重量轻，运输堆放方便;(2） 可以打入较硬的土层或砂层，而这类地层木桩、钢筋混凝土板桩是不易打入的;(3） 施工方便，速度较快。(4） 打入时不易损坏，对一些临时支护结构可以拔出来再次运用;(5） 钢板桩在工厂内制造，材料的成分、板桩的技术性能均能保证，由于连接锁日的制作精度较高，不仅可确保支护结构一不透水。而且对一些如码头等岸壁式结构，可使墙后填土不致漏失，确保码头港区不发生沉降。我闰宝山钢厂第一期工程，许多深坑均.采用钢板桩围护;一些江河边的水工程结构如造船厂的船坞、水厂取水泵房等也用钢板桩作为水久性结构，都取得了成功。今后随着国家建设的发展，大城市地铁等基础设施的开发，钢板桩必然会越来越广地被应用。 2、 钢板桩的形式及构造钢板桩按其断面形式，分为直线形、U形(槽形、f形、H形及管形，直线形板桩的断面模录小，作为挡土结构来承受水平力很不经济，仪用于工程结构中的防水墙。U形板桩的断面模量比直线形大得多，本身又有较大刚度，工程中运川较广，一般用于码头岸壁、护岸.及深坑开挖时的支护结构。Z形板桩也是一种经济的板桩，由于这种板桩断面不对称，单根打入时，会绕垂直中心轴旋转，在实际施工时最好将它成对地拼连在一起锤打，可避免旋转。Z形板桩同U形板桩一样。用于码头岸壁、护岸及支护结构中。我国尚不能生产Z形板桩，工程中运用亦不多。管形板桩的断面模量极大，加之圆形结构受力性能好，本身能自立，一些永久性工程结构均采用这类板桩，但是由于拔出时较困难，造价又高，般临时性结构均不采用。管形板桩管外径一般为500-2000mm.壁厚9.0-25.0mm，接头形式较多，但我国尚不能生产这类板桩。预制钢筋混凝土方桩施工预制钢筋混凝十方桩的形式，按长度可分成多节桩或单节桩，按材料可分为预应力混凝上桩和普通混凝土桩，按构造又可分为空心混凝上桩与实体棍凝上桩。基本预应力混凝土及空心混凝上桩在工程中不常用。顶制钢筋混凝土桩结构坚固耐久，可按需要制成不同尺寸的截面和长度，能承受较大的竖向荷载和施工锤击应力，且不受地下水和潮湿变化的影响，施工质量较其他桩型易于控制，这些优点使其在基础工程中，被大量应用于厂房、工业设备基础、高层建筑、仓库、码头及桥梁、城市立交等工程中。与其他桩型相比，有下列优点。 (1)桩体强度较高，能承受较高的锤击力预制钢筋混凝土方桩目前强度可达C45，国外甚至达到100MPa的强度。因此能承受诸如D80。这样大的高冲击力柴油锤锤击，使这种桩能穿透较厚的土层。沿海地区500500mm断而的预制方桩，曾有过入土深度达80m的记录: （2）根据需要，制成各种不同规格、不i司长度的桩段，运到土地后相互焊接，沉入土中。因此可适应各种不同的需要.供设计选择的余地较大。 (3)施工管理比较简单，仅需一台桩架及台运桩、供桩的吊机，不像钻孔桩施工需泥浆拌制及处理系统、混凝土浇注系统、钢筋制作等辅助生产二系统。现场较为简洁，容易做到文明施上。 (4)质量容易保证。不像灌注桩那样工夕乡较多，影响施下质量的环节 亦多。桩大多数情况下为工地制作，工地仅需作进场前的检验.经检验后，堆置在现场的规定场所，即可随打随运，极其方便。 (5）施工速度较快。可大里在工厂或现场进行预制，到龄期后即可施打如工厂养生条件较好，三天即可吊运;如不是太长的桩，锤击数不多、仅需一考虑桩体强度，提前施打。常规情况下，20多米长的桩，只要环境许可。一天可沉桩20多根，施工速度是其他桩种(除钢管桩)不可比的。 由于有上述一些优点。设计人员在选择桩种时，除厂因运输或沉桩能.力影响选用的规格外，在环境许可的条件下，均选择这类机型作为桩基础。近几年随着我国大规模经济建设的发展，预制钢筋混凝土方桩的施工工艺和机械设备不断进步和更新，设计经验日益丰富和成熟，各项科研成果的取得，大大促进了设计、施上技术水平的提高。日前，普通钢筋混凝上方桩的截面尺寸有25cm25cm,30cm30cm,40cm40cm,45cm45cm50cm50cm,最大可达60cm60cm。预制方桩的沉桩深度可达60m以上，个别可达80m。由于现代城市对环境保护的要求日趋严格，对沉桩噪声、振动、挤土等的限制要求越来越高，使钢筋混凝土方桩的应用受到厂限制，但相应监控、检测和防护措施综合技术也有了很大发展。因此，尽管预制钢筋混凝土桩有其自身的.不足，仍然在工程建设中被广泛采用，加之其施工速度快施工质量容易受到控制的优点，一般情况下，仍是一种优选的桩种。 钢筋混凝上方桩的施工有锤击法、振动法和静压法。对振动法沉桩，因环境影响问题，目前已较少应用，锤击法沉桩是最常用的方法，它所用的设备与工艺均较简单，施工速度较快，只要桩的自身强度许可及上层条件合适，可进入足够的深度。 静压法沉桩是借助桩架自重和配重(锚杆静压桩是通过锚杆或其他传力构件，利用结构物自重)通过压梁或帐柱将整个桩架自重和配重或结构物反力，以卷扬机滑轮组或液压泵方式施加在桩顶或桩身上，名施加的静力与桩的入土阻力达到动态一平衡时、桩在自重和静压力作用下逐渐被压入地基土中。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力等优点。对周边环境的振动影响较小，桩顶不易损坏，桩体施工应力较小，不易产生偏心沉桩，施工精度较高，故可将桩体制.成空腔，桩体含钢率较小，在桩顶放入传感器可在沉桩过程中直接获得沉桩阻力，为设计人员提供设计依据，或证设计承载力。但也有不足之处，如完全依赖设备的的重量将桩压入，对大承载力桩，设备很庞大，运输亦困难;当地基土层变化较大，中间夹有砂层时，桩在沉人过程中会突然中止;此外，静力压桩仍属挤土桩，对周边的挤土形响不能忽视，这也是静力压桩推推广受到影响的一个重要因素。静力法沉桩如上述锤击法沉桩锤击法沉桩是最历史最悠久。应用最普遍的一种沉桩施工方法。它利用桩锤下落时的冲击力，使桩产生冲击能，克服土休对桩的阻力，破坏其平衡状态，致使桩体下沉，达到新的平衡状态，反复锤击桩头，桩身不断地沉人上中，直至终沉标高。振动法沉桩 偏心块式振动法沉桩是采用偏心块式电动或液压振动锤进行沉桩的施工方法,该类型桩锤通过电力或液压驱动,使2组偏心块作同速相向旋转,其横向偏心力相互抵消,而竖向离心力则叠加,使桩产生竖向的上下振动,造成桩及桩周土体处于强迫振动状态,从而使桩周土体强度显著降低和桩端处土体挤开,桩侧摩阻力和桩端阻力大大减小,于是桩在桩锤与桩体自重以及桩锤激振力作用下,克服惯性阻力而逐渐沉入土中。该方法有以下优点：操作简便,沉桩效率高;沉桩时桩的横向位移和变形均较小,不易损坏桩体;电动振动锤的噪声与振动比筒式柴油锤小得多,而液压振动锤噪声低,振动小;管理方便,施工适应性强;软弱地基中沉桩迅速。其不足之处为：振动锤构造较复杂,维修较困难;电动振动锤耗电量大,需要大型供电设备;液压振动锤费用昂贵;地基受振动影响大,遇到硬夹层时穿透困难,仍有沉桩挤土公害。 施工要点为：振动法沉桩与锤击法沉桩基本相同,不同的是采用振动沉拔桩锤进行施工。操作时,桩机就位后吊起桩插入桩位土中,使桩顶套入振动箱连接固定桩帽或用液压夹桩器夹紧,启动振动箱进行沉桩到设计深度。沉桩宜连续进行,以免停歇时间过久而难于沉入。一般控制最后3次振动(加压),每次5min或10min,测出每min的平均贯入度,当不大于设计规定的数值时,即符合要求。摩擦桩则以沉桩深度符合设计要求深度为止。在施工要注意以下几点：(1) 沉桩中如发现桩端持力层上部有厚度超过1m的中密以上的细砂、粉砂和粉土等硬夹层时,可能会发生沉入时间过长或穿不过现象,硬性振入较易损坏桩顶、桩身或桩机,此时应会同设计部门共同研究采取措施。(2) 桩帽或夹桩器必须夹紧桩顶,以免滑动,否则会影响沉桩效率,损坏机具或发生安全事故。(3) 桩架应保持竖直、平正,导向架应保持顺直。桩架顶滑轮、振动箱和桩纵轴必须在同一垂直线上。(4) 沉桩中如发现下沉速度突然减小,此时桩端可能遇上硬土层,应停止下沉而将桩提升0.51.0m,重新快速振动冲下,以利于穿透硬夹层而继续下沉。(5) 沉桩中控制振动锤连续作业时间,以免动力源烧损。各类机械成孔灌注桩施工 灌注桩是应用比较广泛的一种桩型，由于它无噪声，无振动，对环境影响小，直径最大达3-4m。承载力远大于打入桩，这些优势使灌注桩的发展前景普遍被工程界看好。但是，灌注桩的工程质一量事故远远多于打人桩这一事实，也确实引起广大工程技术人员的重视，尤其是灌注桩的施工管理，比打人桩高得多，这也是工程界公认的事实。灌注桩的施工速度要低于打入桩，但因灌注桩直径可比打入桩大许多，而目成桩对地层的适应性要较打入桩强得.多，有些特大型工程，为了满足承载力的要求，必须采用灌注桩。今后灌注桩的发展方向是大直径(或大截面，高i载力的桩，而为控制建(构)筑物的沉降，深度会越来越深，一般情况卜，人工成孔的灌注机就无法满足这种要求，机械成孔的灌注桩必然会取代人工成孔的灌注桩。由于施工机械及工艺的不同，机械成孔的灌注桩种类特别多。可根据不同的地质条件、地区性的通用习惯，采用不同形式的机械成孔灌注桩。泥浆护壁成孔灌注桩 所有的成孔灌注桩施工工艺流程几乎一都是如图所示，但是除干成孔灌注桩外，所有的灌注桩施工都离不开泥浆。泥浆的施工(包括配比、制备、循环、外运)是灌注桩施工的一项重要内容。机械成孔灌注桩施工工艺流程泥浆护壁灌注桩成孔 泥浆护闷壁灌注桩成孔方法有螺旋钻成孔、旋挖式钻头成孔、冲击式成孔、套管式钻机成孔及正、反循环钻成孔，这里重点介绍正、反循环钻成孔。 正、反循环钻成孔均用泥浆护壁，所区别在于正循环成孔时，泥浆及渣土自孔日溢出，依靠重力流入也可借助泥浆泵将就近池内的浆泵送至更远的沉淀池内。重新稀释后的泥浆再