基础工程第二一四

第四章桩基础

第一节概述

第二节桩的类型及施工工艺

第三节竖向荷载下的桩基础第四节水平荷载下的桩基础第五节桩基础设计5/27/20231第四章桩基础第一节概述如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑深基础方案了。深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型，其中以桩基础应用最为广泛。

桩基础是最古老的基础型式之一。智利古文化遗址中发现的桩距今约有12000年。河姆渡遗址表明，在7000年前，我国已有采用木桩支承房屋的历史。在漫长的历史过程中，桩基有了很大的发展变化，特别是近代以来，桩基从型式到工艺和规模都有了飞跃发展。显现出强大的生命力和广阔的发展前景。5/27/20232桩基础按承台位置可以分为高桩承台基础和低桩承台基础。低桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以下；高桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以上，其结构特点是基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上而成为桩的自由长度。桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动、静荷载的一种深基础，而桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的压缩性土层或水中，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上，通常将桩基础中的桩称之为基桩。5/27/202335/27/20234高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便，且更经济。然而，高桩承台基础刚度较小，在水平力作用下，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都将大于在同样水平外力作用下的低桩承台，在稳定性方面低桩承台也较高桩承台好。通常对下列情况，可考虑用桩基础方案：(1)软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降；5/27/20235(3)对桥梁、码头、烟囱、输电塔等结构，宜采用桩基以承受较大的水平力和上拔力时；(4)对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响时；(5)在地震区，以桩基作为地震区结构抗震措施或穿越可液化地基时；(6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础的安全时。(2)对于高重建筑物，如高层建筑、重型工业厂房和仓库、料仓等，地基承载力不能满足设计需要时；5/27/20236第二节桩的类型及施工工艺一、桩的分类桩按施工工艺可分为预制桩和灌注桩两大类。

预制桩系指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入、或振入土中的桩型。主要有以下几种：

(一)预制桩的种类预制钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩钢桩5/27/202371.预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩，该桩型质量可靠、制作方便、沉桩快捷，是近几十年以来我国应用最普遍的一种桩型。断面尺寸从200mm200mm到600mm600mm；桩长在现场制作时可达25~30m，在工厂预制时一般不超过12m。分节制作的桩应保证桩头的质量，满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求。

接桩的方法有：钢板角钢焊接、法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，第三种硫磺胶泥适用于软土。当采用静压法沉桩时，常用空心方桩；在软土层中亦有采用三角形断面，以节省材料，增加侧面积和摩阻力。5/27/202382.预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩系将预制混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法、后张法对桩身混凝土施加预压应力，提高桩的抗冲（锤）击能力与抗弯能力。预应力钢筋混凝土桩简称为预应力桩。预应力钢筋混凝土桩与普通钢筋混凝土桩比较，其强度重量比大，含钢率低，耐冲击，耐久性和抗腐蚀性能增高，以及穿透能力强，因此特别适合于用作超长桩（L>50m）和需要穿越夹砂层的情况，所以它们是高层建筑的理想桩型之一，但制作工艺要求较复杂。5/27/20239预应力桩按其制作工艺分为两类：一类是普遍立模浇制的，断面形状为含内圆孔的正方形，称为预应力空心方桩，或简称预应力空心桩；另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形的高强预应力管桩（PrestressedHighStrengthConcreteTube–shapedPiles），简称PHC桩。目前常用的预应力空心桩主要有两种规格：500×500mm和600×600mm。PHC桩主要有以下几种规格：外径500mm、550mm、800mm、1000mm，壁厚90mm～130mm，桩段长4m至15m，钢板电焊或螺栓连接，混凝土强度达C60～C80。5/27/202310钢桩有两种：钢管桩和H形桩。

钢管桩系由钢板卷焊而成，常见直径有406mm、609mm、914mm和1200mm几种，壁厚通常是按使用阶段应力设计的，约10mm左右。钢管桩具有强度高、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、抗弯曲的刚度大，单桩承载力高，便于割接、质量可靠、便于运输、沉桩速度快以及挤土影响小等优点；但它抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，且价格昂贵。因此，在我国一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或必须控制挤土影响、或工期紧迫等情况下及重要工程才选用。

3.钢桩5/27/202311

H型钢桩系一次轧制成型，与钢管桩相比，其挤土效应更弱，割焊与沉桩更便捷、穿透性能更强。H型钢桩的不足之处是侧向刚度较弱，打桩时桩身易向刚度较弱的一侧倾斜，甚至产生施工弯曲。在这种情况下，采用钢筋混凝土或预应力混凝土桩身加H型钢桩尖的组合桩则是一种性能优越的桩型。实践证明这种组合桩能顺利穿过夹块石的土层，亦能嵌入N63.5>50的风化岩层。5/27/202312预制桩的施工工艺包括制桩与沉桩两部分，沉桩工艺又随沉桩机械而变，主要有三种：锤击式、静压式和振动式。

锤击法的施工参数是不同深度的累计锤击数和最后贯入度；压桩法的施工参数是不同深度的压桩力。它们包含着桩身穿过土层的信息，在相似场地中积累了一定施工经验后，可根据这些施工参数预估单桩承载力的大小，桩尖是否达到了持力层的位置。如果场地内不同区域之间施工参数出现明显变化，将预示着地基不均匀；个别桩施工参数出现明显变化时，可能是桩遇到了障碍物或桩身已损坏，因此设计确定的沉桩控制标准，有时要求设计标高和锤击贯入度双重控制。4.预制桩的施工工艺5/27/202313

灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成的桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩分为：沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。（二）灌注桩的种类

钻孔灌注桩(简称钻孔桩)与冲孔灌注桩(简称冲孔桩)是指在地面用机械方法取土成孔的灌注桩，其施工顺序如图所示。主要分三大步：成孔、沉放钢筋笼、导管法浇灌水下混凝土成桩。1.钻（冲）孔灌注桩5/27/2023145/27/202315

人工挖孔灌注桩简称挖孔桩，是先用人力挖土形成桩孔，在向下掘进的同时，将孔壁衬砌以保证施工安全，清理完孔底后，浇灌混凝土。水下钻孔桩成孔过程中，通常采用具有一定重度和粘度的泥浆进行护壁，泥浆不断循环，同时完成携土和运土的任务。两者区别仅在于前者以旋转钻机成孔，后者以冲击钻机成孔。这种成孔工艺可穿过任何类型地层，桩长可达100m。施工过程无挤土、无（少）振动、无（低）噪音，环境影响较小，在城市建设中获得了越来越广泛的运用。2．人工挖孔灌注桩5/27/2023165/顿13爷/2丢02吊317这种缺方法逮可形弊成大寄尺寸菌的桩串，满寒足了棉高层上建筑匆对大乡丰直径眉桩的屿迫切碎需求紧，适勒合我阵国劳带动力脆成本垄较低觉的国居情，识成本狸较低良，对转周围伍环境粱也没遍有影竖响。特因此样，很黄快在爆全国尼推广炕开来达，成横为一桌些地搂区高绍层建攻筑桩勒基础点的一候种常隆用桩丛型。看挖孔兰桩因牢为直貌径较记大，漆相应民的桩掏长较忙小，威也称完作墩威。护奋壁可白有多歉种方察式，洲现在骨多用经混凝蓬土现朱浇，屠整体异性和姻防渗围性更摄好。3．倚沉管鸟灌注煎桩和浩夯扩尤桩沉管牧灌注熊桩又称强套管弦成孔飞灌注坝桩，气这类吴灌注棕桩是蜘采用辱振动涉沉管晃打桩站机或唇锤击亲沉管奴打桩删机，肢将带搜有活扛瓣式忍桩尖也、或但锥形衣封口悠桩尖形，或洁预制蛇钢筋筹混凝盖土桩孝尖的霸钢管斜沉入轨土中查，然寨后边屯灌注岛混凝绞土、带边振蠢动或雁边锤折击、岁边拔振出钢君管而吧形成欺灌注承桩。牙该方榨法具六有施此工方熄便、槐快捷炕，造逗价低旷的优即点，乞是国胜内目洞前采滤用得州较为版广泛消的一跨种灌律注桩页。5/朱13外/2盾02宅318沉管划灌注要桩是犹最早惯出现老的现陈场灌脆注桩些，其尖施工稳程序斑一般论包括经四个椅步骤饥：沉绳管、赶放笼谁、灌菠注、垦拔管街，如岗图所山示。餐沉管哭灌注幅桩的形优点倚是在脱钢管拒内无抗水环宵境中神沉放性钢筋眼笼混扶凝土灵，从侍而为坛桩身批混凝膏土的肝质量急提供潜了保阳障。夯扩遍灌注遭桩是在音锤击掌沉管吨灌注猾桩的朽机械况设备仙与施检工方础法的那基础顾上加伯以改匠进，耍增加雕一根蚕内夯图管，菌按照塞一定乒的施欺工工掀艺，寇采用帖夯扩怜的方化式将降桩端冤现浇伶混凝谦土扩薪大成蹦大头剥形的矿一种蚂桩型妹，通料过扩完大桩最端截和面积秋和挤素密地鬼基土注，使纠桩端虑土的蛇承载药力有访较大灯幅度际的提厦高：烂同时覆桩身症混凝游土在币柴油键锤和治内夯叹管的缘瑞压力建作用玻下成混型，壳避免晕了“配缩颈雅”现霜象，除使桩酿身质卡量得意以保洋证。5/耳13哑/2讯02匹3195/命13咸/2纺02鄙320预制野桩、洲沉管开灌注提桩在覆锤击归或振边动法贵下沉轿时，冷施工中噪音旺大，洞污染除环境占，不密宜在亏居住渔区周粥围使晓用。预制楚桩用体静压系法施版工可扔消除歼噪音剃污染校，是早城区色预制浸桩的返主要菊施工榆方法眨。钻孔和桩的刑施工翅过程建振动绍、噪甜音小呼，是咽城区园建筑妹的常牲用桩题型。2．山挤土架效应钻孔锻灌注冈桩、乳挖孔罚灌注帅桩为非挤坚土桩，对有邻近篮建筑麦物及溪地下誉管线来危害沟很小械。端部饼开口罩或半息闭口乓管桩域为部分间挤土赌桩，但桐端部斥“土批塞”卷的承申载力渠较封骑闭式引桩小疯。“土狠塞”服效应二、储各类境桩的扰主要箩特点此及比到较1．盛振动门、噪患声5/席13砖/2搞02激321预制量钢筋拼混凝纲土桩北、沉张管灌习注桩垦（无害论打恋入、浊压入犬或振安入）钥均属乓于挤土匹桩。挤土铁桩的室危害沙：在全饱和鬼软土则中进膀行密抱集桩扔群施哗工将告使土饮中超扛静水醋孔隙侮水压踩力剧写增(醉例如柱达上蛾覆土活重的罪1.弟4倍耍，甚虏至更春高)卫、地侧表隆迹起(丢例如湾桩区倚内5突0m，隆浑起总白体积晋约为扶桩入淹土体籍积的舍40输％)肌、浅比层土粉体水投平位饶移(使影响述范围临达1演倍桩谁长以淋上)殖、深村层土组体位既移、串先打泥设的期桩被似抬起代和挤雕偏及逢至弯样曲和备断裂雄。这尽将造许成各行种危坚害，圆包括抵原有列建筑庆物下瘦沉或淋局部秩抬起赢以致蚀结构券损坏哈，邻顽近路好面开沸裂以陡及地滑下管剪线位彻移或让破坏宪。控制册沉桩垦挤土拘效应炼是市鞭区选妨用预脚制桩告的前哗提，堪控制养和减剩轻沉良桩挤命土影机响的锈方法吃：设普置防抬振沟酷、挤稼土井读、预也钻孔道、排粱水砂绪井、肉控制幼沉桩膜速度躲以及隐调整水打桩眼流水萍等。5/庆13忘/2稍02砖322受设忠备能曲力的赶限制稻，单膛节预谱制桩产的长眯度不果能过违长，筐一般趋在3援0m存以内戚，更输长时猴需接释桩。墓预制茅钢筋炎混凝毅土桩工不易预穿透桨较厚准的坚盒硬地搞层，彼沉桩奋困难抗时需腔采用绩射水逼辅助刑振动咽沉桩刚法。坑由于戚节长际规格四无法甘临时靠变更聪，沉永桩无贡法达爆到设悦计标菌高时贵，就巾不得来不截芝桩。牧因此军除钢忽桩、当嵌岩腿桩外坡，受苦沉桩均能力拘的限招制，久预制辫混凝繁土桩山、沉藏管灌弓注桩投桩径偷、桩贿长不扬可太怠大，困单桩析极限山承载六力一捞般不详超过资60正00行kN滚。钻孔粉灌注翠桩直席径可洁大至悉1～布2m突，桩跳长可饭达1葡00迈m，笑可适借用于亿各种末地层半，桩肆端不呜仅可盆进入日微风脊化基品岩而卫且可男扩底忆，挖灾孔灌舰注桩如直径劣更可仇扩大穿至2剩～3恳m，秀因此赠单桩怕的总霉承载维能力箱大，沟单桩娃极限婚承载螺力可说达1蓬50位00归kN氏以上调。3.宝沉桩拳能力禽与承陪载力5/向13框/2喝02蛋323预制废桩的术配筋划往往厌是由采搬运榜起吊嫁和锤裂击时搏的施狼工工洗况来垮控制中的，依远远薯超过精正常尾工作岂荷载坛对强偶度的纸要求改，因周此桩析身混拖凝土周标号鬼高、且含筋们率高死，主王筋要如求通某长配怜置，睬用钢棋量大晒。灌注腿桩的泡优点铁是省铸去了塘预制屠桩的联制作闪、运最输、折吊装界和打此入等婚工序丙，桩演不承抵受这性些过练程中训的弯井折和起锤击蓝应力柄，从毫而节盖省了歪钢材纠和造荣价。芹仅承赤受轴嘉向压茎力时持，按狡工作锁荷载纲要求大通常炮只在页上部楚配筋悉，混失凝土突不用认接头观，节急约了季钢的临用量常，也存不需争使用览高标姥号混踏凝土情，一日般情飘况下暖，比巧预制底桩经唐济。4.国施兼工应映力与宜配筋薯量5/猴13驶/2刷02腰324预制炒桩―镰―接驻头常尝形成炊桩身掌的薄芒弱环暂节，去沉桩愉的挤裹土效谜应可棒使先鲁打入丧的桩脱被抬蛾起，浩如果嗓接桩涨不牢决固，丹可使信上下检两节塑桩脱榴开。沉管太灌注出桩―毕―挤墙土效即应可枯能使瞧混凝症土尚戚未结拼硬的孩邻桩线被剪幅断，爷对策排是采非取“欧跳打妥”顺婆序施羡工，钳待混穴凝土鹊强度缝足够甲时再盒在它物的近目旁施渴打相因邻桩神。与预闪制桩轨相比为，灌猎注桩烘桩身锋的混炭凝土挡质量家不易俱控制恩和保从证，道在地于下、帅水下鼻灌注兄混凝侵土过恼程中夸容易英出现怖断桩贺