桩基技术现状及发展前景

关于桩基技术现状及发展前景第1页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五

桩基础是由基桩和联接于桩顶的承台共同组成，随着我国建筑工程项目的不断增多，桩基础施工技术已经得到广泛应用，桩基础施工技术的好坏，不仅关系到工程建设的速度，而且关系到工程建设的质量，因此桩基础施工技术具有重要的价值和意义。最近二十多年，桩基础施工技术在国内外发展迅速，以下动向值得我们关注。第2页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五桩基础施工技术现状

1、按承载性状分类

（1）摩擦型桩：a、摩擦桩：竖向荷载下，基桩的承载力以桩侧摩阻力为主，外部荷载主要通过桩身表面与土层之间的摩擦阻力传递给周围的土层，桩尖部分承受的荷载很小。b、端承摩擦桩:在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧摩擦阻力承受。（2）端承型桩：a、端承桩：在极限荷载作用状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受的桩。b、摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受的桩。第3页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五2、按成桩方法分类一般分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3类。（1）非挤土桩（也称非排土桩）。是指成桩过程中桩周土体基本不受挤压的桩。（2）部分挤土桩（也称少量排土桩）。这类桩在设置过程中，由于挤土作用轻微，故桩周土的工程性质变化不大。（3）挤土桩（也称排土桩）。在成桩过程中，桩周围的土被挤密或挤开，使桩周围的土受到严重干扰，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质发生很大变化。第4页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五3、按桩身材料分类

根据桩身材料可分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩等。

a、混凝土桩：混凝土桩是目前应用最广泛的桩，具有制作方便，桩身强度高，耐腐蚀性能好，价格较低等优点。可分为预制混凝土方桩、预应力混凝土空心桩和灌注混凝土桩。

b、钢桩：由钢管桩和型钢桩组成。钢桩桩身材料强度高，桩身表面积大而截面积小，在沉桩时贯透能力强而挤土影响小，在饱和软土地区可减少对邻近建筑的影响。型钢桩常见有工字型钢桩和H型钢桩。

c、组合材料桩：组合材料桩是指一根桩由两种以上材料组成的桩。如钢管混凝土桩或上部钢管下部为混凝土的桩。第5页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五桩基础施工发展方向1、桩的尺寸向长、大方向发展

基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。苏通大桥采用反循环钻成孔桩端压力注浆桩，桩径2.5~2.85m，桩长117m;长江二桥采用反循环钻成孔灌注桩，桩径3m，桩长83m;上海长江隧道采用反循环钻成孔灌注桩，桩径3.2~2.5m，桩长115m;郑州黄河大桥采用旋挖钻斗钻成孔灌注桩，桩径2m，桩长108m。第6页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五2、桩的尺寸向短、小发展

基于老城改造、老基础托换加固、建筑纠偏加固、建筑物增层以及补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟，应用广泛。小桩：是小直径压力注浆桩，又称微型桩或IM桩或树根桩。桩径70~250mm，长径比大于30，采用钻孔、强配筋和压力注浆工艺施工。锚杆静压桩：是锚杆和静压桩技术巧妙结合的施工工艺。微型桩：是内径不超过300的永久钢管，一个或一组位于桩孔中心的起承重作用的钢筋及填充的水泥浆组成。第7页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五3、向攻克桩成孔难点方向发展

随着高层建筑、大跨度桥梁的发展，嵌岩桩，特别是大直径嵌岩桩作为一种比较特殊的桩基类型，20世纪90年代在我国得到广泛的应用，嵌岩桩具有承载力高、变形小、整体刚度大的特点，其沉降稳定时间段、沉降量小，抗震性能好，因此越来越受到工程界的重视。我国大直径嵌岩钻进工法主要有：回转式工法(牙轮/滚刀钻进法、钢粒环状钻进法、刮刀钻进法)、冲击式工法(纯冲击无循环钻进法、冲击反循环钻进法)、冲击回转式工法(气动/液动潜孔锤钻进法、可旋转式钢绳冲击钻头钻进法)。第8页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五4、向低公害工法桩方向发展筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩由于施工时噪声高、震动大和油污飞溅（三者统称为一次公害）等缺点，在城区及公共建筑群等场地施工中受到很大限制，为此静压式和变频变矩振动锤振入式钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐。静压桩具有无污染、无噪音、无振动、压桩速度快、成桩质量高等显著特点，技术水平国际领先，具有中国特色的施工工法。

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旋挖钻斗钻成孔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。国内此类桩型采用日趋增多。全套管钻孔灌注桩又称贝诺特灌注桩，由于其环保效果好、施工现场文明，在海内外广泛采用。长螺旋钻孔压灌桩又称CFA工法，在欧美较为流行，施工效率一般为150~200m/d，最大孔径1200mm，最大深度为30m左右。国内主要在东北、华北地区推广此工法。第10页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五5、向扩孔桩方向发展扩孔成型工艺有钻扩、爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等十大类型。钻孔扩底桩:具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著特点，在国内外得到广泛运用。桩端、桩侧压力注浆桩:通过压力注浆对桩端、桩侧土起到渗透、填充、置换、辟裂、压密及固结等作用，改变其物理力学性质及桩与岩土间的边界条件，消除虚土隐患，从而提高桩的承载能力以及减少桩基的沉降量。载体桩：是指由载体和混凝土桩身构成的桩。第11页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五6、向异型桩方向发展异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。横向截面从圆截面和方形截面异化后的桩型有三角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩、外方内异空心桩、十字形桩、X形桩、T形桩及壁板桩等。纵向截面从棱柱桩和圆柱桩异化后的桩型有楔形桩、梯形桩、菱形桩、根形桩、扩底桩、多节灌注桩和多节预制桩、桩身扩大桩、波形柱形桩、波纹锥形桩、带张开叶片的桩、螺旋预制桩、螺纹灌注桩、螺杆灌注桩、从一面削尖的成对预制斜桩及DX挤扩灌注桩等。第12页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五

三岔双向挤扩灌注桩：又称多节三岔挤扩灌注桩简称DX桩，是采用专用的三岔双缸液压挤扩装置，制成由桩身、承力岔、承力盘和桩根共同承载的钢筋混凝土桩。目前最大挤扩承力盘直径为2550mm，桩长60m。螺杆灌注桩：全称为半螺旋挤扩管内泵压混凝土灌注桩，是一种由上部为圆柱形桩体，下部为螺纹形桩体组合而成的变截面异形灌注桩，其上下两段桩的长度是可调节的，没有固定的比例。第13页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五7、向埋入式桩方向发展

所谓埋入式桩工法是将预制桩或钢管桩沉入到钻成的孔中后，采用某些手段增强桩承载力的工法。埋入式桩的种类很少，我国几乎空白，这为桩基施工企业发展提供了上升空间。中掘施工法桩：是把小于桩径30~40mm的长螺旋钻或钻斗钻等插入桩的中空部，钻进中使土沿中空部从桩顶排土的将桩下沉，最终采用打击方式、桩端加固或扩大头加固方式。预先钻孔法桩:即边钻孔边排土然后将桩插入孔内，最后再将桩打入或压入孔内。第14页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五8、向组合式工艺桩方向发展

由于承载力环境保护及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，实践中经常出现组合式工艺桩。例如：钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔二种工艺，桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆二种工艺，预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打等工艺。第15页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五9、向高强度桩发展

随着对打入式预制桩要求越来越高，诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求，普通钢筋混凝土桩已满足不了上述要求，故预应力混凝土钢筋桩使用越来越多，最近几年来，PC和PHC混凝土桩，得到广泛应用。第16页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五10、向多种桩身材料方向发展

以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土、纤维混凝土、自流平混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。第17页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五桩基础施工新技术

1、载体桩基本原理载体桩是由载体与混凝土桩身构成的桩，其中载体由混凝土、填充料和挤密土体3部分构成。根据桩身混凝土的施工方法、施工材料及受力条件等的不同，载体桩分成现浇钢筋混凝土载体桩、素混凝土载体桩和预应力桩身的载体桩几种形式。第18页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五

载体桩作为一种新工艺具有以下几个优点

1、通过填料、夯击挤密土体形成载体，提高单桩承载力。通常情况下，其承载力是相同桩径和相同桩长普通混凝土灌注桩的3~5倍。

2、同一施工场地，在不改变桩长、桩径的前提下，可根据不同的设计要求，通过调整施工参数来调节单桩承载力。

3、施工机械轻便，移动方便。

4、施工速度快、工期短。

5、施工过程中无泥浆产生，同事还消耗大量的建筑垃圾和工业废料，保护建筑环境。

6、造价低。

7、采用三击贯入度进行控制，有利于减少建筑物的沉降。第19页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五2、长螺旋钻孔压灌注

混凝土后插笼桩长螺旋钻成孔工艺的发展干作业长螺旋钻成孔灌注桩具有振动小、噪声低、不扰民、钻进速度快、施工方便等优点，但缺点是桩端或多或少留有虚土，只适用于在地下水位以上的土层中成孔。近20年来，国内外推出将通常长螺旋钻机只能进行干作业拓展到进行湿作业的施工新技术，如欧美的CFA工法桩、长螺旋挤压式灌注桩、长螺旋钻成孔全套管护壁法灌注桩及VB型桩；国内的钻孔压浆桩、长螺旋钻孔压灌混凝土桩、钻孔压灌超流态混凝土桩、长螺旋钻孔压灌水泥浆护壁成桩法、长螺旋钻孔中心压灌泥浆护壁成桩法、长螺旋钻孔中心泵压混凝土植入钢筋笼灌注桩成桩法及部分挤土沉管灌注桩法。第20页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五综合技术经济优势

1、中心压灌混凝土护壁和成桩合二为一，具有桩体材料自行护壁功能，无须附加其他护壁措施，免除泥浆污染、处理及外运等工作，对环境污染小。

2、用拖式泵将混凝土拌合料通过钻杆中心从钻头活门直接压入桩端，桩端沉渣少。泵送混凝土具有一定的动压力，使桩壁与其周围土壤结合紧密，无泥皮。从根本上改善了基础桩的抗压或抗拔的承载和变形性状，提高抗压及抗拔承载能力。

3、钢筋笼植入混凝土中有一定振捣密实作用，钢筋与混凝土的握裹力能够充分保证，没有泥浆护壁灌注桩中泥浆遗留减低握裹力的可能性。

4、施工程序简化、施工效率高、施工造价低、工程质量稳定。

5、噪声低、低振动。

6、国内建筑技术政策倡导，进入市场没有法规障碍，应用前景好。第21页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五3、气动潜孔锤反循环钻孔灌注桩

基本原理潜孔锤反循环钻进，是将潜孔锤碎岩钻进与流体介质反循环相融合，利用双壁或三通道钻具使流体介质沿中心通道构成反循环，有效保护孔壁，彻底排除孔内岩渣，钻进中实现反循环连续取心并有效解决孔口粉尘污染。20世纪90年代原长春地质学院在国内首先研制出大直径反循环潜孔锤钻具系统，为大直径基础工程嵌岩孔施工提供了一种有效钻进方法。第22页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五发展概况气动潜孔锤有时也称气动锤、空气锤、气动潜孔冲击器等，发明应用于20世纪初，20世纪30年代中期开始发展，后经不断改进和完善，先后在一些工业发达国家得到广泛应用。20世纪40年代末，气动冲击旋转钻进出现在采矿工业中，到50年代末已开始用于深井钻进。20世纪80年代，国内开始研究贯通式潜孔锤及全孔反循环钻进工艺方法。理论和实践证明：在硬岩底层和软硬交错地层采用气动潜孔锤钻进技术，可大幅度提高钻井效率，防止井眼弯曲，减轻钻具和钻头磨损，减少井内事故，缩短施工周期，降低钻井成本，是目前解决硬岩钻进难题最有效的方法之一，具有广泛的应用前景。目前主要有以下几种钻进工艺：FGC-15型(Ⅰ型)、FGC-15B型(Ⅱ型)、FC-312型组合捆绑式、HC-15型环式取芯和长螺旋钻孔潜孔锤。第23页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五4、泵吸反循环钻成孔灌注桩

泵吸反循环工作原理泵吸反循环钻成孔是利用离心泵的抽吸作用，在钻杆内腔造成负压状态，在大气压力作用下冲洗液经钻杆与孔壁间的环状空间流向孔底，与岩土钻渣组成混合液，被吸入钻杆内腔，排入地面泥浆循环系统(利用气举泵的工作原理实现冲洗液反循环的称气举反循环、利用射流泵实现冲洗液反循环的称喷射反循环)。第24页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五反循环钻成孔灌注桩优点表现在：

1、震动小，噪声低。

2、可施工超大直径（4m以上）、超大深度（100m以上）的桩。

3、通常情况用天然泥浆即可保护孔壁。

4、几乎各种土层和岩层中均可施工，采用特殊钻头可切削岩石。

5、可进行水上施工。

6、可在地下水位下厚细砂层（厚度5m以上）中钻进。

7、钻进速度较快。第25页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五5、桩端压力注浆桩基本原理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能固化的浆液（如纯水泥浆、水泥砂浆、加外加剂及掺合料的水泥浆、超细水泥浆以及化学浆液等)，压力浆液对桩端土层及桩端附近的桩周土层分别起到渗透、填充、置换、辟裂、压密及固结等作用，改变其物理力学性质及桩与岩土间的边界条件，消除虚土隐患，从而提高桩的承载能力以及减少桩基的沉降量。第26页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五桩端压力注浆桩优点

1、保留各种灌注桩的优点，大幅度提高桩的承载力。

2、改变桩端虚土的组成结构，可解决普通灌注桩桩端虚土这一技术难题，确保桩基工程质量具有重要意义。

3、技术工艺简练，施工方法灵活，注浆设备简单，便于普及，适应性广。

4、桩端压力注浆是成桩后进行压力注浆，技术经济效果明显高于成孔后进行压力注浆的孔底压力注浆类桩。第27页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五桩端压力注浆分类

1、按桩端预留压力注浆装置的形式分类：预留压力注浆室、预留承压包、预留注浆空腔、预留注浆通道和预留特殊注浆装置。

2、按注浆管埋设方法分类：桩身预埋管注浆法和钻孔埋管注浆法。

3、按注浆工艺分类：闭式注浆和开式注浆。随着土木建筑工程向大型化、群体化发展以及城市改造向高层、超高层发展。各种类型的灌注桩的使用愈来愈多，但单一工艺的灌注桩往往满足不了上述发展的要求，为了消除桩端沉渣和桩周泥膜等隐患，措施近30年来在我国得到广泛的应用与发展。第28页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五6、全套管灌注桩全套管灌注桩又称贝诺特灌注桩，是由法国贝诺特公司于二十世纪五十年代初开发和研制的。全套管灌注桩又分为全套管冲抓取土灌注桩和全套管钻孔咬合灌注桩。第29页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五全套管冲抓取土灌注桩工艺原理利用全套管钻机回转使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边回转边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。第30页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五全套管钻孔咬合灌注桩工艺原理利用全套管施工法制作的钻孔灌注桩互相咬合，使相邻桩在初凝之前部分相嵌，使之具有良好的防渗作用，从而形成整体连续的基坑支护结构和止水帷幕，还可兼作主体承重结构。第31页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五全套管灌注桩优点及发展前景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。此工艺的大面积推广，必将极大提高大直径灌注桩的施工水平。第32页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五7、旋挖钻斗钻成孔灌注桩基本原理旋挖钻斗钻成孔施工法是利用旋挖钻机的钻杆和钻斗的旋转及重力使土屑进入钻斗，土屑装满钻斗后，提升钻斗出土，这样通过钻斗的旋转、削土、提升和出土，多次反复而成孔。第33页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五旋挖钻斗钻成孔灌注桩优缺点优点：1、振动小、噪声低。2、最适宜在粘性土中干作业钻成孔。3、钻进速度较快、工程造价低。4、环境污染小、成孔成桩质量高。缺点：1、当卵石粒径超过100mm时，钻进困难。2、土层中有强承压水时，施工困难。3、废泥水处理困难。4、沉渣处理较困难，需用清渣钻斗。第34页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五发展前景旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，在中国也是在最近四五年才被逐渐认识和应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，旋挖钻斗钻成孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”，此方法自动化程度和钻进效率高，钻头可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。第35页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五8、三岔双向挤扩灌注桩基本原理三岔双向挤扩灌注桩又称多节三岔挤扩灌注桩，简称DX挤扩管桩桩或DX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，按承载力要求和地层土质条件在桩身适当部位，通过挤扩装置双向液压缸的内外活塞杆做大小相等、方向相反的竖向位移带动3对等长挤扩臂对土体进行水平向挤压，挤扩出互成120°夹角的3岔状或3n岔(n为同一水平面上的转位挤扩次数)状上下对称的扩大楔形腔，或经过多次挤扩形成近似双圆锥盘状上下对称的扩大腔，成腔后提出三岔双缸双向挤扩装置，放入钢筋笼，灌注混凝土，制成由桩身、承力岔、承力盘和桩根共同承载的钢筋混凝土灌注桩。第36页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五DX挤扩灌注桩优缺点优点：

1、单桩承载力高，可充分利用桩身上下各部位的硬土层。

2、成孔成桩工艺适用范围广，还可结合采用贝诺特钻机进行全套管护壁法成孔。

3、低噪声、低振动，泥浆排放量少。

4、桩身稳定性好，挤扩盘、岔腔成形稳定而不坍塌。缺点：挤扩力还需增大，如增大挤扩力，则可在更硬土层中挤扩，使适用范围更广。第37页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五发展前景

DX挤扩桩是在钻孔灌注桩基础上发展起来的一种变截面的新桩型。由于其多个承力岔和承力盘的作用能承受较大的荷载，故能充分发挥扩径体周边土体的承载能力。与等直径钻孔灌注桩相比，DX挤扩桩可节约原材料，有效地降低工程造价，缩短工期，具有显著的技术、经济效益，是一种值得推广应用的新桩型。第38页，共44页，2022年，5月20日，1点51分，星期五9、预压力混凝土灌注桩基本原理预压力混凝土灌注桩是在成桩过程中对桩端土和桩侧土施加预压力，将桩体（扩径