第2章地基处理与桩基础工程

第2章地基处理与桩基础工程桩基础概述桩基础构造桩基础包括：桩体和承台。

桩：是指深入土层的柱型构件，称基桩。桩基础：由基桩与连接桩顶的承台组成桩基础，简称桩基。桩基概述桩基概述

低承台桩基础：若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基础；高承台桩基础：若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基础。建筑桩基通常为低承台桩基础。桩基础荷载传递路径：上部结构地基桩承台上部结构承台桩地基桩基础桩基础特点：桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降及差异变形小、沉降稳定快、抗震性能强以及能适应各种复杂地质条件等特点而得到广泛使用桩的分类二）桩的分类1根据受力的不同1）端承桩：力主要由桩端承受2）摩擦桩：力由桩与其周围土的摩擦力来承受。PPNNPPff好土软土软土桩端阻力

桩侧阻力

桩的分类2按制作方式：1）预制桩2）灌注桩3按桩的材料：1）木桩；2）钢桩；3）砼桩；4）钢筋砼桩；5）砂桩；6）灰土桩等4、按成桩有无挤土效应分：挤土桩、部分挤土桩及非挤土桩三类预制桩目前我国普通混凝土预制桩截面尺寸可达600mm×600mm，预应力高强混凝土管桩最大直径已达1300mm，预制桩沉桩深度可达70m以上预制桩：

由木桩、混凝土预制桩(RC桩)，发展到空心桩(PC桩)、预应力高强混凝土管桩、螺旋形混凝土桩、结节形混凝土桩、钢桩等。预制桩

预制桩具有结构坚固耐久、桩身质量易于控制、成桩速度快、承载力高，并能根据需要制成不同尺寸、不同形状的截面和长度，且不受地下水位的影响、不存在泥浆排放问题等特点。随着沉桩噪音、振动、挤土等综合防护技术的发展，尤其是静压设备发展，预制桩仍将是桩基工程中主要桩型之一。混凝土预制桩施工主要施工过程：桩的预制、运输和沉入。一、桩的预制

工厂预制桩长一般不超过12m；工地预制不超过30m，且桩长L<50倍桩截面边长或直径

预制桩有实心桩与空心桩。

这就是方桩，简写RC桩

方桩的端头

方桩的桩尖

这就是钢管桩简写SP桩

桩钢筋骨架桩的顶部应加钢筋网片，桩尖应加一根钢筋外露50~100mm，以起导向作用桩桩桩箍筋钢筋网片导向钢筋加密箍桩钢筋骨架示意图桩主筋(

1)桩的制作—并列法、间隔法、重叠法、翻模法

重叠不超过四层；

底模和场地应平整坚实，防止浸水沉陷；

上下层桩间及桩与底模之间刷隔离剂；

下层需达到30%设计强度后上层方可浇筑；

连续浇筑，不得留施工缝；

浇水养护不少于7d。重叠法施工要求

根据什么确定层数？地面允许荷载和施工条件确定层数提高桩的抗冲击能力间隔法间隔法（2）桩的起吊、运输混凝土强度要求应在混凝土强度达到70％设计强度后方可起吊，达到100％后方可运输和沉桩。桩起吊验算问：桩起吊时承受的荷载远小于使用阶段承受的上部结构荷载，因此可不进行桩的起吊验算？答：关键是起吊阶段和使用阶段桩的内力性质不同，使用阶段主要为轴压力，起吊阶段为弯矩。

内力性质不同，则不可比较大小×桩的吊点布置确定原则：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。常见的吊点位置如下图示:

一个吊点两个吊点三个吊点预制桩吊点的合理位置图桩的堆放

堆放不得超过四层；上下层间设置垫木（按吊点位置确定间距、上下对齐）地面平整坚实，设有排水坡度。预制桩地坪垫木桩的堆放二、沉桩前的准备工作

沉桩顺序确定的原则

从中间向四周沉没，由中及外；从靠近建筑物最近的桩位起，由近及远；先深后浅；先大后小。结合考虑“退沉桩”还是向前“顶沉桩”。清除障碍物平整场地沉桩试验抄平放线定桩位确定沉桩顺序逐排沉放自中间向四周沉放分段沉放三、桩的沉设主要方法：锤击沉桩、振动沉桩、静力压桩、水冲沉桩预制桩工机械主要有以下三类：打桩机—锤击沉桩打桩机由桩锤和桩架组成，靠桩锤冲击桩头，使桩在冲击力的作用下贯入土中，故又称冲击式打桩机。根据桩锤驱动方式不同，可分为蒸汽、柴油和液压三种打桩机。振动沉拔桩机—振动沉桩振动沉拔桩机由振动桩锤和桩架组成。振动桩锤利用机械振动法使桩沉入或拔出。静力压桩机—静力沉桩静力压桩机采用机械或液压方式产生静压力，使桩在持续静压力作用下压入至所需深度。锤击沉桩

（1）桩锤

落锤—适用于粘土或含砂石较多的地基土；蒸汽锤（单动气锤、双动气锤）—适用于各种桩；电磁锤柴油锤工作原理：单缸二冲程自由活塞式发动机以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将桩锤抬起，然后自由落下冲击桩顶。如此循环反复运动，将桩打入土中。分类：

导杆式、筒式。特点：不需另带动力设备，但污染大，噪音大。适用：除过硬，过软地基外可打各种桩。（2）桩架

作用：吊桩就位、固定桩位置、承受桩锤和桩的重量、打桩过程中引导锤和桩的方向，并保证桩锤能够沿着所要求的方向冲击桩体。分类：塔式、直式、悬挂式、三点支撑履带行走式。行走机构：滚管式、轨道式、轮胎式、汽车式、履带式和步履式等。桩架高度：

=桩长+滑轮组高（2m）+锤高+桩帽高+安装空隙（0.5m）桩架起重机桩桩架桩锤打桩示意图悬挂履带式打桩架

履带起重机为底盘吊臂2悬吊桩架立柱6，立柱6与车体1通过支撑叉7相连接。缺点：横向稳定性较差，立柱的悬挂不能很好的保持垂直。不能用于打斜桩。三点式履带桩架履带式起重机为底盘。斜撑下端支持在横梁上构成稳定的三点支撑结构。三点式桩架具有良好的稳定性，通过斜撑的伸缩使立柱倾斜，以适应打斜桩的需要。全液压履带式三支点打桩架

打桩工艺

2）打桩工艺（1）吊桩就位桩架就位桩就位（桩尖对位）套桩帽落锤。打桩工艺2）打桩先用小落距（0.5~0.8m)轻击，使桩入土约1~2米后检查桩尖，若不发生偏移，增大落距，进入正常的打桩。

打桩中注意以下现象

A桩锤的回弹情况；

B贯入度的变化；

C桩顶是否有打坏或打斜的现象；

D送桩，接桩，截桩。打桩工艺吊桩就位

打桩

轻锤高击

动量小，锤对桩头冲击大，回弹大，桩头容易损坏、桩难以入土。

重锤低击

动量大，锤对桩头冲击小，回弹小，桩头不易被打碎、桩能很快入土；落距小，效率高。

打桩宜采用重锤低击、低提重击为什么？？打桩工艺打桩质量控制

（1）满足最后贯入度的要求（对端承桩重点控制）（2）桩尖入土应达到设计的标高（对摩擦桩重点控制）（3）桩的平面位置及垂直度的偏差应在容许范围内这是我们的放线工在放桩位，一般是用全站仪，这次用的经纬仪

放好桩位后，桩机转场就位

打桩前对桩材进行检查

开始打桩

在接第二节桩之前对桩材的法兰盘进行除锈

接第二节桩

上下两节桩对好，并校好垂直度后，进行焊接现在一般用CO2气保焊

等焊缝冷却后再进行一次锤击沉桩，冷却时间规范要求1分钟以上如有上节桩，再继续接桩锤击，如没有了就用送桩器进行送桩

打好桩后留下的桩洞是要进行回填的或加盖板子防止发生危险

挖出来的成桩桩锚反力静载试验

锚桩反力静载试验和堆载试验都可以测出桩的极限承载力

动测试验：

小应变用的仪器

小应变只能检测桩身完整性，并且只能测50倍桩径的长度，但大应变不仅能测桩身完整性还能没桩的承载力，这张是大应变的检测仪器。它还需要吊车和重锤配合

（4）打桩注意事项隐蔽工程及时做好记录严禁偏打桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫平整均匀，构造合适桩顶衬垫弹性应适宜延长锤击作用时间和应力波波长，降低锤击应力值，从而提高打击效率和降低桩的损坏率。连续施打、入土速度均匀，不得间歇过长避免土的固结作用，使继续打桩阻力增大，不易打入土中桩锤回弹过大且经常发生,应更换重锤。桩锤突然有较大的回弹表明桩端遇阻，须减小锤的落距。桩下沉突然加大可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身破坏等，应停止进行处理。送桩时桩身和送桩轴线一致打斜应拔出，用砂石填孔，重新插入施打。若拔桩困难，应在原桩附近再补打一桩。尽量避免送桩（5）打桩质量要求与验收贯入度或标高必须符合设计要求

最后贯入度：在正常条件下进行（桩顶没有破坏、锤击没有偏心、锤落距符合规定、桩帽与弹性垫层正常），最后10击内桩的平均入土深度。桩端达到坚硬、硬塑的粘性土、碎石土、中密以上的粉土和砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，桩端进入持力层深度或桩尖标高可作为参考；

当贯入度达到而桩端标高未到时应继续锤击3阵，每阵10击的平均贯入度不应大于规定的数值（一般在30-50mm）；桩端位于其它软土层时，以桩端设计标高控制为主，贯入度可作为参考。问：摩擦桩以设计标高控制为主，贯入度作为参考?

端承桩以贯入度控制为主，设计标高作为参考?重要概念√

√

平面位置或垂直度必须符合施工规范要求

平面位置偏差不得大于100-150mm；垂直度偏差不得超过0.5%；桩身、桩帽、桩锤三者在同一垂直轴线上；短桩接长的端面应平整，中心对齐；挖土应制定合理的挖土方案，防止桩体位移或倾斜。打入桩桩基工程的验收必须符合施工规范要求当桩顶设计标高与施工场地标高相同时，在打桩完毕后进行；需送桩时，每桩至设计标高后应先中间验收，待打桩完开挖至设计标高后再作全面验收。提交的资料：桩位测量放线图；工程地质报告；材料试验记录；桩的制作与打入记录；桩位竣工平面图；桩的静载各和动载试验及确定桩贯入度的记录。

振动沉桩

（

1）工作原理：其主要装置为振动器，利用振动器所产生的激振力，使桩身产生高频振动。这时桩在其自重或很小的附加压力作用下沉入土中，或是在较小的提升力作用下而拔出土。

（

2）振动器工作原理振动器产生激振力的方法如下：振动器都是采用机械式，由两根装有偏心块的轴组成。这两根轴上装有相同的偏心块，但两根轴相向转动。这时两根轴上的偏心块所产生的离心力，在水平方向上的分力互相抵消，而其垂直方向上的分力则迭加起来（3）振动沉桩作业图振动沉桩工作效率决定于振幅，离心力和静压力，振幅是决定沉桩速度的主要因素。动力装置操纵杆电线隔振器电动机不平衡块桩振动沉斜桩作业图

起重装置动力装置打桩机桩（5）特点、优缺点特点

通过振动器的振动，减小桩和周围土体的摩擦力，在桩自重和附加压力作用下沉桩。

优点噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，操作安全，结构简单、铺助设备少、重量轻、体积小、对桩头的作用力均匀而使桩头不易损坏等特点，还可以用来拔桩。缺点适于砂质粘土、砂土、软土地区施工，不宜用于砾石和密实的粘土层。如用于砂砾石和粘土层中，需配以水冲法辅助施工。静力压桩

工作原理

依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。特点噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。

适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难沉桩对周边环境的影响及防治

（1）对环境的影响锤击法、振动法沉入预制桩和套管成孔法沉入灌注桩—施工时产生噪音、振动冲击、废气，并引起土体挤压隆起位移，影响原有建筑和地下管线等。（2）防治措施采用预钻孔桩。采用机械或人工成孔灌注桩。设置防振沟，基坑支护。在有的城市，明令禁止锤击法或振动法沉桩。砼灌注桩施工砼灌注桩施工一）特点（与预制桩相比较）1桩在一定范围内可任意取定，可作成直径大深度深的桩，承载力高。2施工中对周围环境影响小。3施工中，操作要求严格，质量控制难度大，施工周期长。二）灌注桩分类（按成孔方法）1钻孔灌注桩2人工挖孔灌注桩3沉管灌注桩4钻扩或爆扩灌注桩混凝土灌注桩施工

主要施工过程：成孔、安放钢筋笼和混凝土浇注。（1）灌注桩分类—按照成孔设备和成孔方法分类

套管成孔—锤击和振动灌注桩

爆扩成孔—爆扩灌注桩

钻孔成孔—泥浆护壁和干作业成孔灌注桩

挖孔成孔—人工挖孔桩挤土成孔取土成孔

（2）灌注桩成孔顺序

取土成孔

——成孔对周边土壤无挤密或冲击作用按成孔设备行走最方便的线路等现场条件确定。挤土成孔

——成孔对周边土壤有挤密或冲击作用每隔1～2个桩位成孔；在邻桩初凝前或终凝后成孔；群桩基础中，先中间桩后周围桩；同一桩基的爆扩桩，先浅后深。（3）灌注桩成孔控制深度套管成孔

——必须保证设计桩长。摩擦桩

——以标高控制为主，以贯入度（或贯入速度）为辅。端承桩

——以贯入度（或贯入速度）控制为主，以标高为辅。钻孔成孔

——保证桩孔进入硬土层达到设计深度，清理孔底沉渣。一、钻孔灌注桩根据钻头是否在含水层中施工，分为：

泥浆护壁钻孔灌注桩和干作业钻孔灌注桩。优点

无振动、无挤土、噪音小，对周边建筑物影响小，适宜于硬、半硬、硬塑和软塑粘性土。缺点承载力低，沉降量大。重点

螺旋钻机机械的选择螺旋钻机：用于地下水位以上直径¢300~500mm最大直径可达800，深8~12m。泥浆护壁成孔灌注桩

施工过程示意图

放钢筋插导管浇砼成型成孔泥浆材料泥浆主要是膨润土或粘土和水的混合物。孔内泥浆液面高于地下水位以上1m，泥浆的相对密度为1.1-1.15，泥浆的作用泥浆产生的液柱压力可平衡水压力，并对孔壁有一定的侧压力，成为孔壁的一种液态支撑；泥浆中胶质颗粒在泥浆压力下，渗入孔壁表面孔隙中，形成一层泥皮，从而可防止塌孔，护壁。灌进的泥浆比重小，排出的比重大，从而携渣排出泥土。泥浆还具有润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。清孔

端承桩沉渣厚度不得大于50mm，摩擦端承和端承摩擦沉渣不得大于100mm，摩擦桩不大于300mm。

吊放钢筋笼长度为桩长的1/2-1/3当全长超过12m时分段制作。接头错开500，同一截面不超过50%，每2m焊12加强环，有60-80钢筋保护层措施（定位钢筋环、定位垫块）水下浇筑砼导管口先用球塞堵住，导管口下沉至底表上约300mm处首次灌注的砼应满足导管口埋入砼500mm以上，管内砼顶面高出地下水面2.5m左右开管（剪断铁丝、球塞被砼顶出）提升导管0.5-3m/h护筒埋设护筒用4~8mm厚的钢板制作，埋入深度一般1~1.5m。作用：定位保护孔口，存储泥浆使其高于地下水位。施工中常见问题处理护筒冒水

原因——埋设护筒时周围填土不密实，或碰动护筒处理——粘土填实加固；严重下沉或位移的返工重埋。孔壁缩颈易发生处——在软土地区，尤其地下水位高，软硬土层交界处。

现象——钻杆上提或下放钢筋笼时受阻原因——泥浆相对密度不当、桩间距过密，成桩施工间隔太短，钻头磨损过大。

处理——泥浆相对密度控制在1.15左右，施工跳开1-2个桩位钻孔，成桩间隔72h以上，定期更换钻头。孔壁塌陷现象——孔内冒水泡，筒内水位突然下降。原因——土质松散，泥浆不良（泥浆过稀或质量指标失控）；泥浆吸出量过大，护筒内水位高度不够，碰撞孔壁。处理——如钻进中塌孔，保持孔内水位，加大泥浆相对密度，减少泥浆排除量，以稳定孔壁；严重者回填砂与粘土混合物至塌孔位以上1-2m，沉积稳定后重钻。钻孔倾斜原因——钻杆不直，土质松软不一，遇上孤石或旧基础等。处理——改用慢转速，提动钻头扫孔纠正；严重者回填砂与粘土混合物至偏斜处以上1-2m，沉积稳定后重钻。干作业成孔灌注桩施工

施工方法

利用钻孔机械（机动或人工）在桩位处进行钻孔，待钻孔深度达到设计要求后，立即进行清孔，然后钢筋笼吊入桩孔中，再浇注混凝土而成的桩。适用条件适用于地下水位以上的干土层中桩基的成孔施工。成孔方式

螺旋钻成孔——螺旋钻机（利用钻头的刃口切削土，并沿螺旋输送土）钻孔扩底——钻孔扩机人工成孔——机动或人工洛阳铲人工挖孔桩

人工挖孔灌注桩1特点

单桩承载力高，受力性能好。设备简单，现场干净，可多目标施工，噪音少，质量易保证。2施工机具电动葫芦，提土桶，潜水泵，鼓风机和输风管，照明设施，对讲机点铃等。3施工工艺1）放线定桩位；2）开挖桩孔：分段开挖，一般取0.5~1米一段；3）支设护壁模板；4）浇注护壁混凝土：第一段高出地面150~200mm，起到护壁与防水的双重作用；5）拆除模板继续下段施工；6）清孔与验孔；7）落放钢筋；8）浇注混凝土。分段开挖成孔护壁未挖桩孔第一段护壁4施工中应注意的事项1）保证成孔的质量：平面位置，垂直度，孔径，孔底土层情况；2）防止土壁坍塌及流砂事故；3）保证钢筋的保护层及混凝土的浇注质量；4）必须制订切实可行的安全措施。落放钢筋浇注混凝土套管成孔灌注桩

施工方法将带有预制混凝土桩尖或钢活瓣桩尖的钢套管沉入土中，待沉到规定深度后，立即在管内浇筑混凝土或管内放入钢筋笼后浇注混凝土，随后拔出钢套管，并利用拔管时的冲击或振动使混凝土振捣密实而形成桩。分类——按照沉管方法分锤击沉管灌注桩振动沉管灌注桩锤击沉管灌注桩，振动沉管灌注桩——它们的根本区别在桩靴不同预制桩靴活瓣桩靴锤击沉管灌注桩施工方法单打法

复打法——扩大桩直径，提高混凝土密实度和承载力沉管成孔吊放钢筋笼浇注混凝土边浇边振动拔管混凝土振捣密实成桩沉管成孔浇注混凝土边浇边振动拔管第二次沉管浇注混凝土成桩注意事项

浇砼前应检查管内有无泥浆或进水，少量时可用干水泥灰。锤击沉管灌注桩桩身混凝土强度不低于C20，预制钢筋混凝土桩尖强度不低于C30。桩尖和套管中心重合，两者之间垫缓冲材料。桩身混凝土应连续浇注，分层振捣密实。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的砼量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查砼面的下降情况。拔管速度要均匀，对一般土层以1为宜，在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3-0.8为宜。在管底未拔到桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。砼充盈系数（实际灌注砼体积与按设计桩身直径计算体积之比）不得小于1.0，成桩后的桩身砼顶面标高应至少高出设计标高500mm。无论单打法还是复打法施工，混凝土从拌制到拔管结束，不得超过混凝土初凝时间。

锤击沉管成桩宜按桩基施工顺序依次退打，桩中心距在3.5倍桩管外径以内或小于2m时均应跳打，以防止土体挤压而断桩。中间空出的桩需待邻桩砼强度达到设计强度标准值的50%以后方可施工。

当为提高承载力或补救缺陷而采用复打法施工时，复打应在初次浇筑的砼初凝之前完成，前后两次沉管的轴线必须重合。振动沉管灌注桩注：振动沉管与振动沉桩原理相同施工方法单打法反插法——扩大桩直径，提高承载力

复打法——与锤击沉管灌注桩相同

沉管成孔浇注满混凝土振动拔管混凝土振捣密实成桩沉管成孔浇注混凝土边浇边振动拔管第二次沉管浇注混凝土成桩沉管成孔浇注满混凝土振动拔管0.5—1m套管反插成桩反复拔管和反插

施工中常见的问题及处理方（1）有隔层：原因：由于管径小，砼骨料大，和易性差拔管速度过快造成

措施：控制砼的坍落度5~7cm骨料直径3cm，拔管速度2m/min

（2）断桩：

原因：桩中心距过近，打邻近桩时受挤压，隆起产生上拔力。软硬土层中间传递水平变形大小不同，产生水平剪力，砼终凝不久受振动。

处理：应将断桩拔出，增大面积，加箍后重浇砼，施工中采用跳打法或相隔一定的技术间歇后打邻桩（3）瓶颈桩：在含水率较大的软土层中沉管时，土受挤压便产生很高的空隙水压力，拔管后一旦出现压力大于空气侧压力，出现瓶颈现象（4）吊脚桩：一旦发生应填砂重打

处理吊脚桩的措施：施工前应严格检查桩尖的质量；浇砼拔管前用吊锤检查桩尖是否介入钢管，出现吊脚桩后立即拔出钢管填砂后再出现沉管，也可用复打或反插法处理（5）桩尖进水进泥2.2.5爆扩灌注桩

爆扩灌注桩包括两部分：桩柱和扩大头

（四）桩基础过程质量检查及检测一、打（沉）桩的质量控制及验收二、灌注桩的质量控制及验收三、桩的质量检测四、桩基础质量验收资料1、打沉桩的质量控制及检验（1）打（沉）桩的质量控制桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标