浅谈桩基础施工

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摘要：介绍桩基础的两种分类方法，按桩土相互作用分类和按施工方法分类。并对两种分类方法下的各种桩基础进行概况性的介绍，对各类桩的定义，特点，适用条件进行了说明,对选取桩基础进行施工提供了一定的依据。

关键字：桩基础分类；竖向受荷桩；沉桩；灌注桩

Abstract: This paper introduces two classification methods of the pile foundation; they are the pile and soil interaction and the construction method classification. We introduce simply a variety of pile foundation of two classification methods; illustrate their definitions, characteristics and applicable conditions, which can provide some certain basics for the selection of pile foundation.

Key words: pile foundation classification; vertical bearing pile; sinking pile; bored pile

中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

引言

当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足建筑物对地基的要求、变形和稳定性方面的要求是，往往需要采用深基础。

桩基础是一种历史悠久而应用广泛的深基础形式。近年来，随着工程建设和现代科学技术的发展，桩的类型和成桩工艺、桩的承载力与桩体结构完整性的检测、桩基的设计理论和计算方法等各方面均有较大的发展和提高，使桩与桩基础的应用更为广泛，更有生命力。它不仅可作为建筑物的基础，而且还广泛用于软弱地基的加固和地下支挡结构物。

1.桩基础分类

1.1按桩土相互作用分类

建筑物荷载通过桩基础传递给地基。垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承。由于地基土的分层和其物理力学性质不同，桩的尺寸和设置在土中方法的不同，都会影响桩的受力状态。水平荷载一般由桩和桩侧土水平抗力来支承，而桩承受水平荷载的能力与桩轴线方向及斜度有关，因此，根据桩土相互作用特点，基桩可分为：

1.1.1竖向受荷桩

1.1.1.1摩擦桩

桩穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩，如图1a）所示。以下几种情况均可视为摩擦桩。

图1端承桩和摩擦桩

1-软弱土层；2-岩层或硬土层；3-中等土层

①当桩端无坚实持力层且不扩底时；

②当桩的长径比很大，即使桩端置于坚实持力层上，由于桩身直接压缩量过大，传递到桩端的荷载较小时；

③当预制桩沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快，使已沉入桩上涌，桩端阻力明显降低时。

1.1.1.2端承桩或柱桩

桩穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层（砂、砾石、卵石、坚硬老粘土等）或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩，如图2b）所示。按照我国习惯，柱桩是专指桩底支承在基岩上的桩，此时因桩的沉降甚微，认为桩侧摩阻力可忽略不计，全部垂直荷载由桩底岩层抵抗力承受。

图2竖直桩和斜桩

a)竖直桩；b)单向斜桩；c）多向斜桩

柱桩承载力较大，较安全可靠，基础沉降也小，但如岩层埋置很深，就需采用摩擦桩。柱桩和摩擦桩由于它们在土中的工作条件不同，其与土的共同作用特点也就不同，因此在设计计算时所采用的方法和有关参数也不一样。

1.1.2横向受荷桩

1.1.2.1主动桩

桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。风力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基属于主动桩。

1.1.2.2被动桩

沿桩身一定范围内承受侧向压力，桩身轴线被该土压力作用而偏离初始位置。深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸护桩等均属于被动桩。

1.1.2.3竖直桩与斜桩

按桩轴方向可分为竖直桩、单向斜桩和多向斜桩等, 如图2示。在桩基础中是否需要设置斜桩，斜度如何确定，应根据荷载的具体情况而定。一般结构物基础承受的水平力常较竖直力小得多，且现已广泛采用的大直径钻、挖孔灌注桩具有一定的抗剪强度，因此，桩基础常全部采用竖直桩。拱桥墩台等结构物桩基础往往需设斜桩以承受上部结构传来的较大水平推力，减小桩身弯矩、剪力和整个基础的侧向位移。

斜桩的桩轴线与竖直线所成倾斜角的正切不宜小于1/8，否则斜桩施工斜度误差将显著地影响桩的受力情况。目前为了适应拱台推力，有些拱台基础已采用倾斜角大于45的斜桩。

1.1.3桩墩

1.1.3.1定义及分类

桩墩是通过在地基中成孔后灌注混凝土形成的大口径断面柱形深基础，即以单个桩墩代替群桩及承台。

桩墩基础底端可支承于基岩之上也可嵌入基岩或较坚硬土层之中，分为端承桩墩和摩檫桩墩两种。

1.1.3.2构造及特点

桩墩一般为直柱形，在桩墩底土较坚硬的情况下为使桩墩底承受较大的荷载，也可将桩墩底端尺寸扩大而做成扩底桩墩。桩墩断面形状常为圆形，其直径不小于0.8m 。桩墩一般为钢筋混凝土结构 ,当桩墩受力很大时也可用钢套筒或钢核桩墩。

桩墩的受力分析与基桩相类似，但桩墩的断面尺寸较大而且有较高的竖向承载力和可承受较大的水平荷载。对于扩底桩墩还具有抵抗较大上拔力的能力。

1.1.3.3适用条件

对于上部结构传递的荷载较大且要求基础墩身面积较小时的情况，可考虑桩墩深基础方案。桩墩的优点在于墩身面积小、美观、施工方便、经济，但外力太大时，纵向稳定性较差，对地基要求也高，所以在选定方案时尤其受较大船撞力的河流中应用此类型桥墩更应注意。

1.2按施工方法分类

基桩的施工方法不同，不仅在于采用的机具设备和工艺过程的不同，而且将影响桩与桩周土接触边界处的状态，也影响桩土间的共同作用性能。桩的施工方法种类较多，但基本形式为沉桩（预制桩）和灌注桩。

1.2.1沉桩（预制桩）

是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造，分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。

1.2.1.1打入桩（锤击桩）

打入桩是通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内达到所需要的深度。这种施工方法适应于桩径较小（一般直径在0.60m以下），地基土质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。

1.2.1.2振动下沉桩

振动法沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对于较大桩径，土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。《公桥基规》将打入桩及振动下沉桩均称为沉桩。

1.2.1.3静力压桩

在软塑粘性土中也可以用重力将桩压入土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下桩基础的一种有效施工方法。

预制桩有如下特点：

①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，由此产生的振动、噪声污染必须加以考虑。

③沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线等的损失。

④一般说来预制桩的施工质量较稳定。

⑤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，使桩侧表面法向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。

⑥由于桩的贯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，需要配置较多钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。

1.2.2灌注桩

灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成的桩。灌注桩在成孔过程中需采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。针对不同类型的地基土可选择适当的钻具设备和施工方法。

1.2.2.1钻、挖孔灌注桩

①钻孔灌注桩定义

钻孔灌注桩系指用钻（冲）孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。

②特点及适用条件

钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、粘性土，也适应于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。

③挖孔灌注桩定义

依靠人工（用部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成的桩称为挖孔灌注桩。

④挖孔灌注桩特点及适用条件

挖孔灌注桩适用于无水或少水的较密实的各类土层中，或缺乏钻孔设备，或不用钻机以节省造价。桩的直径（或边长）不宜小于１.４m，孔深一般不宜超过２０m。对可能发生流沙或含较厚的软粘土层地基施工较困难（需要加强孔壁支撑）；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。

挖孔桩的优点：

（1）施工工艺和设备比较简单只有护筒、套筒或简单模板，简单起吊设备如绞车，必要时设潜水泵等备用，自上而下，人工或机械开挖。

（2）质量好不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇注水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；能直接检验孔壁和孔底土质，所以能保证桩的质量。易于扩大桩尖，提高桩的承载力。

（3）速度快由于护筒内挖土方量甚小，进尺比钻孔为快，而且无须重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度。

（4）成本低比灌钻孔可降低30%～40%。

1.2.3沉管灌注桩

1.2.3.1定义

沉管灌注桩系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩尖（沉桩时桩尖闭合，拔管时活瓣张开）的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌混凝土边拔套管而形成的灌注桩。也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成桩。

1.2.3.2特点及适用条件

由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病。但桩的直径较小，常用的尺寸在0.6m以下，桩长常在20m以内。它适用于粘性土、砂性土地基。在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。

各类灌注桩有如下共同优点：

（1）施工过程无大的噪声和振动（沉管灌注桩除外）。

（2）可根据土层分布情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可采用不同桩径；对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩，还可设计成变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。

（3）可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。

（4）桩身钢筋可根据荷载与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，造价约为预制桩的40~70%。

1.2.4夯孔桩

夯扩桩是就地浇制桩中的一种，是为了寻求提高就地浇制桩的单桩承载力，发展了使桩身或桩尖扩大，以增加桩尖阻力和桩侧摩擦力的方法。

第一类是建新桩，它与一般的冲孔灌注桩不同，将打桩锤放入套管内，击实套管底部的石塞，通过石塞与套管的摩擦力带动套管，将石塞夯出套管外，在桩管内浇入干硬性混凝土，继续锤击形成扩大桩头，安放钢筋笼后再浇入塌落度较大的混凝土，拔除套管并用附着式振捣器，使桩身砼密实。

第二类是端夯扩灌注桩，端夯扩灌注桩以桩端扩大头承载为主，桩身侧磨阻力为辅，是以冲击震动夯扩灌注桩及暴扩桩的桩型为基础发展起来的一种新型桩基。其工艺特点是：在用冲击震动锤法浇好桩尖部分混凝土后，用一根内夯管将柴油锤的锤击力，直接传给桩端现浇砼，在内夯管的作用下，夯扩挤密桩尖混凝土，使之夯之钢管下形成平底大头桩。既增加桩端截面积，又改善地基土密度。

1.2.4.1管柱基础

①定义

它是将预制的大直径（直径1~5m左右）钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土或钢管柱（实质上是一种巨型的管桩，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m、8m或10m，接头用法兰盘和螺栓联接），用大型的振动沉桩锤沿导向结构将其振动下沉到基岩（一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉），然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管柱与岩盘牢固连接。

②特点及适用条件

管柱基础可以在深水及各种覆盖层条件下进行，没有水下作业和不受季节限制，但施工需要有振动沉桩锤、凿岩机、起重设备等大型机具，动力要求也高，所以在一般公路桥梁中很少采用。

1.2.4.2钻埋空心桩

①定义

将预制桩壳预拼连接后，吊放沉入已成的桩孔内，然后进行桩侧填石压浆和桩底填石压浆而形成的预应力钢筋混凝土空心桩叫钻埋空心桩。

②适用条件

它适用于大跨径桥梁大直径（）桩基础，通常与空心墩相配合，形成无承台大直径空心桩墩。

钻埋空心桩具有如下优点：

（1）直径可大达4～5m而无需振动下沉管柱那样繁重的设备和施工的困难。

（2）水下混凝土的用量可减少40%，同时又可以减轻自重。

（3）通过桩周和桩底二次压注水泥浆来加固地基，使它与钻孔桩相比承载力可提高30%～40%。

（4）工程一开工后便可开始预制空心桩节，增加工程作业面，实现了基础工程部分工厂化，不但保证质量，还加快了工程进度。

（5）一般碎石压浆易于确保质量，不会有断桩的情况发生，即使个别桩节有缺陷，还可以在桩中空心部分重新处理，省去了水下灌注桩必不可少的“质检”环节。

（6）由于质量得到保证，在设计中就可以放心地采用大直径空心桩结构，取消承台，省去小直径群桩基础所需要的昂贵的围堰，达到较大幅度地降低工程造价的目的。

结论

1. 组织桩基础施工时，应提前踏勘，根据现场地质条件、施工环境、工程对象选择合理的桩基础施工工法，以达到既满足工程的需要，又吻合现场实际，还经济合理。

2.针对不同的地质情况各施工工法施工过程中遇到的病害要作记录，综合分析后普遍性问题需归纳整理，以为下次施工提供宝贵的第一手资料，指导以后的施工。

3.各类施工工法的优缺点要认真对比，综合选择合理的施工工法，针对选择的施工工法的重点病害要制定专项作业指导书提前规避风险。

4. 对桩基础施工过程中的每一环节都必须严格要求，以避免施工中出现问题，从而保证施工质量，加快施工进度，同时要在施工的过程不断摸索改进，改进施工工艺，缩短中间程序，根据现场实际不断调整现场数据，以便达到符合现场实际，提高工作效益的目的。

参 考 文 献

［1］王晓谋,基础工程.［M］.北京:人民交通出版社,2003.

［2］高大钊.桩基础的设计方法和施工技术［M］.北京:机械工业出版社,1999.