第八章桩基础设计 第一节概述 在建筑工程中,当地基浅层土质不良,无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时 可选深层较为坚实的土层或岩层作为持力层,用深基础来传递荷载。深基础主要有桩基础(国 内桩基础深度已达120m,直径超过5m;小的仅70-80mm)、沉井和地下连续墙等几种基本 类型。其中,桩基础以其有效、经济等优点使用最为广泛,常应用于工业与民用建筑、桥梁、 港口等工程中。 桩基础是一种历史悠久的基础型式。在我国古代,隋朝的郑州超化寺,五代的杭州湾大 海堤以及南京的石头城和上海的龙华塔等,都成功地使用了桩基。例如:上海市区龙华塔,高 度40.4米,建于宋代(公元977年地基为淤泥质土,采用14×18cm的方桩,由于桩间充填三合 土,至今已有一千多年历史保存完好。在近代,随着生产水平的提高和科学技术的发展,桩 的种类和型式、施工机具和施工工艺以及桩基础理论和设计方法,都有很大的演进和发展。 桩基础,简称桩基,通常由桩体与连接桩顶的承台组成,见图8-1。当承台 底面低于地面以下时,承台称为低桩承台,相应的桩基础称为低承台桩基础,如 图8-(a)。当承台底面高于地面时,承台称为高桩承台,相应的桩基础称为高承 台桩基础,如图8-(b)。工业与民用建筑多用低承台桩基础。 部结构 W 承台 水 软弱十层 土层 坚硬±层y(V (a)低承台桩基础 (b)高承台桩基础 图8-1桩基础 、桩基础的适用范围 一般对下述情况可考虑选用桩基础方案: (1)地基的上层土质太差而下层土质较好;地基软硬不均或荷载不均,不能 满足上部结构对不均匀变形的要求。 (2)地基软弱,采用地基加固措施不合适;地基土性质特殊,如存在可液化 土层、自重湿陷件黄土、膨胀土及季节性冻土等。 (3)除承受较大垂直荷载外,尚有较大偏心荷载、水平荷载、动荷载或周期 性荷载作用。电杆、水塔、烟囱等。需要减弱动荷载振动影响的动力机器基础,或以
第八章 桩基础设计 第一节 概 述 在建筑工程中，当地基浅层土质不良，无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时， 可选深层较为坚实的土层或岩层作为持力层，用深基础来传递荷载。深基础主要有桩基础（国 内桩基础深度已达 120m，直径超过 5m；小的仅 70~80mm）、沉井和地下连续墙等几种基本 类型。其中，桩基础以其有效、经济等优点使用最为广泛，常应用于工业与民用建筑、桥梁、 港口等工程中。 桩基础是一种历史悠久的基础型式。在我国古代，隋朝的郑州超化寺，五代的杭州湾大 海堤以及南京的石头城和上海的龙华塔等，都成功地使用了桩基。例如:上海市区龙华塔,高 度 40.4 米,建于宋代(公元 977 年),地基为淤泥质土,采用 14×18cm 的方桩,由于桩间充填三合 土,至今已有一千多年历史,保存完好。在近代，随着生产水平的提高和科学技术的发展，桩 的种类和型式、施工机具和施工工艺以及桩基础理论和设计方法，都有很大的演进和发展。 桩基础，简称桩基，通常由桩体与连接桩顶的承台组成，见图 8-1。当承台 底面低于地面以下时，承台称为低桩承台，相应的桩基础称为低承台桩基础，如 图 8-l(a)。当承台底面高于地面时，承台称为高桩承台，相应的桩基础称为高承 台桩基础，如图 8-l(b)。工业与民用建筑多用低承台桩基础。 (a)低承台桩基础 (b)高承台桩基础 图 8-1 桩基础 一、桩基础的适用范围 一般对下述情况可考虑选用桩基础方案： (1)地基的上层土质太差而下层土质较好；地基软硬不均或荷载不均，不能 满足上部结构对不均匀变形的要求。 (2)地基软弱，采用地基加固措施不合适；地基土性质特殊，如存在可液化 土层、自重湿陷件黄土、膨胀土及季节性冻土等。 (3)除承受较大垂直荷载外，尚有较大偏心荷载、水平荷载、动荷载或周期 性荷载作用。电杆、水塔、烟囱等。需要减弱动荷载振动影响的动力机器基础，或以
桩基础作为地震区建筑物的抗震措施。 (4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感;建筑物受到大面积地面超载的 影响。 (5)地下水位很高,采用其他基础形式施工困难;位于水中的构筑物的某础, 如桥梁、码头、钻采平台等 (6)需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。 (⑦)土层中存在障碍物(块石、未风化岩脉、金属等)而又无法排除时。 由于桩基础能够承受比较大而且复杂的荷载形式,适宜各种地质条件,因而 在对基础沉降有严格要求的髙层建筑、重型工业厂房、髙耸的构筑物等情况下成 为比较理想的基础选型。 但也有些缺点:造价髙,施工复杂,打入桩存在振动及噪声等环境问题,灌 注桩给场地环境卫生带来影响。 二、桩基础的类型 (一)按承载性状分类 建筑规范根据桩侧、桩端岩土的物理力学性质以及桩的尺寸和施工工艺不 同,桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的特点,将桩分为摩擦型桩和端 承型桩两大类和四个亚类。如图8-2所示。 承台 软土层 软弱土层 软弱土 极软对 较嗥硬 较坚硬 坚硬 H什#土层排伴种土层卌七层 (d) 图8-2摩擦型桩和端承型桩 (a)摩擦桩;(b端承摩擦桩:(c)摩擦端承桩;(d)端承桩 I摩擦型桩 在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受的桩称为摩擦 型桩。根据桩侧阻力分担荷载的比例,摩擦型桩又分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。 (1)摩擦桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担,桩端阻力可忽略不计 例如:桩的长径比很大,桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土, 桩端土层分担荷载很小;桩端无较坚实的持力层;桩端出现脱空的打入等。 (2端承摩擦桩。指桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,但桩侧 阻力分担荷载较大。当桩的长径比不很大,桩端持力层为较坚实的粘性土、粉土
桩基础作为地震区建筑物的抗震措施。 (4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；建筑物受到大面积地面超载的 影响。 (5)地下水位很高，采用其他基础形式施工困难；位于水中的构筑物的某础， 如桥梁、码头、钻采平台等。 (6)需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。 (7)土层中存在障碍物（块石、未风化岩脉、金属等）而又无法排除时。 由于桩基础能够承受比较大而且复杂的荷载形式，适宜各种地质条件，因而 在对基础沉降有严格要求的高层建筑、重型工业厂房、高耸的构筑物等情况下成 为比较理想的基础选型。 但也有些缺点：造价高，施工复杂，打入桩存在振动及噪声等环境问题，灌 注桩给场地环境卫生带来影响。 二、桩基础的类型 (一)按承载性状分类 建筑规范根据桩侧、桩端岩土的物理力学性质以及桩的尺寸和施工工艺不 同，桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的特点，将桩分为摩擦型桩和端 承型桩两大类和四个亚类。如图 8-2 所示。 图 8-2 摩擦型桩和端承型桩 (a)摩擦桩；(b)端承摩擦桩；(c)摩擦端承桩；(d)端承桩 l 摩擦型桩 在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受的桩称为摩擦 型桩。根据桩侧阻力分担荷载的比例，摩擦型桩又分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。 (1)摩擦桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。 例如：桩的长径比很大,桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土， 桩端土层分担荷载很小；桩端无较坚实的持力层；桩端出现脱空的打入等。 (2)端承摩擦桩。指桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧 阻力分担荷载较大。当桩的长径比不很大，桩端持力层为较坚实的粘性土、粉土
和砂类土时,除桩侧阻力外,还有一定的桩端阻力。这类桩在桩基中占比例很大。 2端承型桩 端承型桩是指在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承 受,桩测阻力相对于桩端阻力可忽略不计。根据桩端阻力分担荷载的比例,又可 分为端承桩和摩擦端承桩两类。 (1)端承桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担,桩侧阻力可忽略。桩 的长径比较小(一般小于10),桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微 风化及新鲜基岩中。 加)摩擦端承桩。桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,但桩端阻 担荷载较大。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风 化及新鲜基岩顶面o这类桩的侧阻力虽属次要,但不可忽略 此外,当桩端嵌入岩层一定深度,称为嵌岩桩。 (二)按使用功能分类 当上部结构完工后,承台下部的桩不但要承受上部结构传递下来的竖向荷 载,还担负着由于风和振动作用引起的水平力和力矩,保证建筑物的安全稳定; 根据桩在使用状态下的抗力性能和工作机理,把桩分为四类: (1)竖向抗压桩:主要承受竖向荷载的桩 (2)竖向抗拔桩:主要承受向上拔荷载的桩 (3)水平受荷桩:主要承受水平方向上荷载的桩 (4)复合受荷桩:承受竖向、水平向荷载均较大的桩。 (三)按桩身材料分类 桩根据其构成材料的不同分为三类: (1)混凝土桩:按制作方法不同又可分为预制桩和灌注桩。预制桩可用混凝 土、钢材或木料在现场或工厂制作,然后以锤击(或辅以高压射水振动打入、静 压或旋入等方式设置就位。 在现场采用杋械或人工挖掘成孔,就地浇灌混凝土成桩,称为灌注桩。这种 桩可在桩内设置钢筋笼以増强桩的强度,也可不配筋。预制桩是在工厂或现场预 制成型的混凝土桩。有实心(或空心)方桩、管桩之分。为提高预制桩的抗裂性能 和节约钢材可做成预应力桩,为减小沉桩挤土效应可做成敞口式预应力管桩。 (2)钢桩:主要有钢管桩和H形钢桩等。钢桩的抗弯抗压强度均较高,施工 方便,但造价高、易腐蚀。 (3)木桩:常用松木、杉木等,桩径160-260mm,长4-6m。优点运输方便, 制作简单,打桩方便。临时抢修工程使用。木桩耐久性好年,但在海水与干湿交 替环境易腐烂。 4组合村料柱:是指用两种材料组合而成的桩,如钢管内填充混凝土,或 为钢管桩而下部为混凝土等形式的桩。 四)按成桩方法分类 成桩过程对建筑场地内的土层结构有扰动,并产生挤土效应,引发施工环境 问题。根据成桩方法和挤土效应将桩划分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩三类。 (1)非挤土桩:采用干作业法,泥浆护壁法或套管护壁法施工而成的桩。由 于在成孔过程中已将孔中的土体清除掉,故没有产生成桩时的挤土作用 (2)部分挤土桩:采用预钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩或部分挤土灌注 桩。上述成桩过程对桩周土的强度及变形性质会产生一定的影响 (3)挤土桩:挤土灌注桩、挤土法打入或静压预制挤土灌注桩(如沉管灌注桩)
和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一定的桩端阻力。这类桩在桩基中占比例很大。 2 端承型桩 端承型桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承 受，桩测阻力相对于桩端阻力可忽略不计。根据桩端阻力分担荷载的比例，又可 分为端承桩和摩擦端承桩两类。 (1)端承桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽略。桩 的长径比较小(一般小于 10)，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微 风化及新鲜基岩中。 (2)摩擦端承桩。桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩端阻 力分担荷载较大。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风 化及新鲜基岩顶面 o 这类桩的侧阻力虽属次要，但不可忽略。 此外，当桩端嵌入岩层一定深度，称为嵌岩桩。 (二)按使用功能分类 当上部结构完工后，承台下部的桩不但要承受上部结构传递下来的竖向荷 载，还担负着由于风和振动作用引起的水平力和力矩，保证建筑物的安全稳定； 根据桩在使用状态下的抗力性能和工作机理，把桩分为四类： (1)竖向抗压桩：主要承受竖向荷载的桩； (2)竖向抗拔桩：主要承受向上拔荷载的桩； (3)水平受荷桩：主要承受水平方向上荷载的桩； (4)复合受荷桩：承受竖向、水平向荷载均较大的桩。 (三)按桩身材料分类 桩根据其构成材料的不同分为三类： (1)混凝土桩：按制作方法不同又可分为预制桩和灌注桩。预制桩可用混凝 土、钢材或木料在现场或工厂制作，然后以锤击(或辅以高压射水振动打入、静 压或旋入等方式设置就位。 在现场采用机械或人工挖掘成孔，就地浇灌混凝土成桩，称为灌注桩。这种 桩可在桩内设置钢筋笼以增强桩的强度，也可不配筋。预制桩是在工厂或现场预 制成型的混凝土桩。有实心(或空心)方桩、管桩之分。为提高预制桩的抗裂性能 和节约钢材可做成预应力桩，为减小沉桩挤土效应可做成敞口式预应力管桩。 (2)钢桩：主要有钢管桩和 H 形钢桩等。钢桩的抗弯抗压强度均较高，施工 方便，但造价高、易腐蚀。 (3)木桩：常用松木、杉木等，桩径 160~260mm，长 4~6m。优点运输方便， 制作简单，打桩方便。临时抢修工程使用。木桩耐久性好年，但在海水与干湿交 替环境易腐烂。 (4)组合材料桩：是指用两种材料组合而成的桩，如钢管内填充混凝土，或 上部为钢管桩而下部为混凝土等形式的桩。 (四)按成桩方法分类 成桩过程对建筑场地内的土层结构有扰动，并产生挤土效应，引发施工环境 问题。根据成桩方法和挤土效应将桩划分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩三类。 (1)非挤土桩：采用干作业法，泥浆护壁法或套管护壁法施工而成的桩。由 于在成孔过程中已将孔中的土体清除掉，故没有产生成桩时的挤土作用； (2)部分挤土桩：采用预钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩或部分挤土灌注 桩。上述成桩过程对桩周土的强度及变形性质会产生—定的影响； (3)挤土桩：挤土灌注桩、挤土法打入或静压预制挤土灌注桩(如沉管灌注桩)
实心的预制桩在锤击、振入或压入过程中都需将桩位处的土完全排挤开才能成 桩,因而使土的结构遭受严重破坏。这种成桩方式还会对场地周围环境造成较大 影响,因而事先必须对成桩所引起的挤土效应进行评价,并采取相应的防护措施。 (五)按桩径大小分类 (1)小桩:d≤250mm;小桩使用于中小型工程和基础加固。例如:苏州虎丘 塔倾斜加固的树根桩,桩径仅9mm, (2)中等直径桩:250mm<d<800mm:在工业民用建筑中大量使用 (3)大直径桩:d≥800mm。 d一桩身设计直径。 上海宝钢一号炉采用9l5mm钢管桩。大型桥墩。高层重型工程中广泛应用 三、桩的施工工艺简介 (预制桩 1预制桩的种类 依制桩材料不同,主要有钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩等多种 (1)钢筋混凝土桩 最常用的是方桩,断面尺寸从300mm×300mm到550mm×550mm。桩顶主 筋焊在预埋角钢上,接头采用外包钢板焊接连接;当采用静压法沉桩时,常采用 空心桩;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 亦有采用离心法制作的管桩。断面外径有中400和中55,壁厚80mm,每节长8~ 12m,节头为钢制法兰盘螺栓连接,当穿越砂层时。可利用桩内空腔从底部射高 压水助沉。参见图8-3。 (b) 图8-3预制钢筋混凝土桩的主要类型 (a)预制方桩;(b)预制空心桩;(c)预制三角桩;(d)预制管桩
实心的预制桩在锤击、振入或压入过程中都需将桩位处的土完全排挤开才能成 桩，因而使土的结构遭受严重破坏。这种成桩方式还会对场地周围环境造成较大 影响，因而事先必须对成桩所引起的挤土效应进行评价，并采取相应的防护措施。 (五)按桩径大小分类 (1)小桩：d≤250mm；小桩使用于中小型工程和基础加固。例如：苏州虎丘 塔倾斜加固的树根桩，桩径仅 90mm， (2)中等直径桩：250mm＜d＜800mm；在工业民用建筑中大量使用。 (3)大直径桩：d≥800mm。 d—桩身设计直径。 上海宝钢一号炉采用 915mm 钢管桩。大型桥墩。高层重型工程中广泛应用。 三、桩的施工工艺简介 (—)预制桩 1.预制桩的种类 依制桩材料不同，主要有钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩等多种。 (1)钢筋混凝土桩 最常用的是方桩，断面尺寸从 300mm×300mm 到 550mm×550mm。桩顶主 筋焊在预埋角钢上，接头采用外包钢板焊接连接；当采用静压法沉桩时，常采用 空心桩；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； 亦有采用离心法制作的管桩。断面外径有 400 和 550，壁厚 80mm，每节长 8～ 12m，节头为钢制法兰盘螺栓连接，当穿越砂层时。可利用桩内空腔从底部射高 压水助沉。参见图 8-3。 图 8-3 预制钢筋混凝土桩的主要类型 (a)预制方桩；(b)预制空心桩；(c)预制三角桩；(d)预制管桩
(2预应力钢筋混凝土桩 简称预应力桩,系将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋, 采用先张法或后张法对桩身混凝土施加预压应力,以减小桩身混凝土的拉应力和 弯拉应力,提高桩的抗冲(锤)声能力和抗弯能力。预应力桩的特点是:强度高 抗裂性好。 (3)钢桩 钢桩具有强度高、抗冲击疲劳和贯入能力强,且便于割接和运输、质量可靠、 沉桩速度快以及挤土效应较小等许多突出优点。不过钢桩造价高,宜慎重选用。 钢校有两种:钢管桩和H形桩(宽翼工字钢桩)。 2预制桩的施工工艺 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 (1)锤击式 锤击式系采用蒸汽锤、柴油锤、液压锤等,依靠沉重的锤心自由下落以及部 分包含液压产生的冲击力,将桩体贯入土中,直至设计深度,俗称打桩。这种工 艺会产生较大的振动、挤土和噪声,引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆 起,妨碍人们的正常生活与工作,故施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变 形监测与施工控制,并采取周密的防护措施。打入桩适用于松软土质条件和较空 旷的地区。 采用锤击式如设计不当,会产生明显的挤土效应。导致未初凝桩身缩小或断 裂,桩施工后还可能因饱和土中孔隙水压力消散,土层产生再固结沉降,使桩产 生负摩察,增大沉降 (2)静压式 静压式系采用液压或机械压桩机对桩顶施加静压力而将桩压入土中并达到 设计标高。优点:无振动和噪声,适宜在软土地带城区施工。但应注意,其挤土 效应仍不可略,亦应采取防挤措施。静力压桩机压桩力一般约为800~5000KN, 最大压桩力己达8000KN。 (3)振动式 这种方法是在桩顶上装上振动器,振动锤使桩产生振动,从而使桩周挤土受 扰动或液化,强度和阻力大大降低,于是桩体在自重和动力荷载作用下沉入土中 选用时应考虑其振动、噪声和挤土效应。对于自重不大的钢桩沉降效果更好。 (二)灌注桩 在建筑工地现场成孔,并在现场灌注混凝土制成的桩。 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孔内放置钢筋 笼、灌注混凝土而做成的桩 灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序,桩不承受 这些过程中的弯折和锤击应力,从而节省了刚才和造价。同时它更能适应基岩起 伏变化剧烈的地质条件。其缺点是成桩过程完全在地下“隐蔽”完成,施工过程 中的许多环节把握不当则会影响成桩质量。依照成孔方法可将灌注桩分为沉管灌 注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类
(2)预应力钢筋混凝土桩 简称预应力桩，系将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋， 采用先张法或后张法对桩身混凝土施加预压应力，以减小桩身混凝土的拉应力和 弯拉应力，提高桩的抗冲(锤)击能力和抗弯能力。预应力桩的特点是：强度高、 抗裂性好。 (3)钢桩 钢桩具有强度高、抗冲击疲劳和贯入能力强，且便于割接和运输、质量可靠、 沉桩速度快以及挤土效应较小等许多突出优点。不过钢桩造价高，宜慎重选用。 钢校有两种：钢管桩和 H 形桩（宽翼工字钢桩）。 2.预制桩的施工工艺 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。 （1）锤击式 锤击式系采用蒸汽锤、柴油锤、液压锤等，依靠沉重的锤心自由下落以及部 分包含液压产生的冲击力，将桩体贯入土中，直至设计深度，俗称打桩。这种工 艺会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆 起，妨碍人们的正常生活与工作，故施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变 形监测与施工控制，并采取周密的防护措施。打入桩适用于松软土质条件和较空 旷的地区。 采用锤击式如设计不当，会产生明显的挤土效应。导致未初凝桩身缩小或断 裂，桩施工后还可能因饱和土中孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产 生负摩察，增大沉降。 （2）静压式 静压式系采用液压或机械压桩机对桩顶施加静压力而将桩压入土中并达到 设计标高。优点：无振动和噪声，适宜在软土地带城区施工。但应注意，其挤土 效应仍不可略，亦应采取防挤措施。静力压桩机压桩力一般约为 800～5000KN， 最大压桩力已达 8000KN。 （3）振动式 这种方法是在桩顶上装上振动器，振动锤使桩产生振动，从而使桩周挤土受 扰动或液化，强度和阻力大大降低，于是桩体在自重和动力荷载作用下沉入土中。 选用时应考虑其振动、噪声和挤土效应。对于自重不大的钢桩沉降效果更好。 （二）灌注桩 在建筑工地现场成孔，并在现场灌注混凝土制成的桩。 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孔内放置钢筋 笼、灌注混凝土而做成的桩。 灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受 这些过程中的弯折和锤击应力，从而节省了刚才和造价。同时它更能适应基岩起 伏变化剧烈的地质条件。其缺点是成桩过程完全在地下“隐蔽”完成，施工过程 中的许多环节把握不当则会影响成桩质量。依照成孔方法可将灌注桩分为沉管灌 注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类
(b) 图8-4沉管灌注桩的施工程序示意 (a)打桩机就位;(b)沉管:(c)浇灌混凝土:(d)边拔罐边振动: (e)安放钢筋笼,继续浇筑混凝土;(r成型 1)沉管灌注桩 沉管灌注桩的沉管方法可选用锤击、振动和静压任何一种。其施工工序一般 包括四个步骤:沉管、放笼、灌注,拔管,如图8-4所示。沉管灌注桩的优点是 在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇筑混凝土,从而为桩身混凝土的质量提供了 保障。沉管灌注桩的主要缺点有两个:其一是在拔除钢套管时,如果提管速度过 快就会造成缩颈、夹泥、甚至断桩;其二是沉管过程中的挤土效应除产生与预制 桩类似的影响外,还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断,对策是控制提管速度, 并使桩管产生振动,不让管内出现负压,提高桩身混凝土的密实度并保持连续性 采用“跳打”施工工序,待混凝土强度足够时再在它的近旁施打邻桩。 (2)钻孔灌注桩 它泛指各种再地面用机械方法取土成孔的灌注桩,其施工工序如图8-5所示, 主要三大步:成孔、沉放导管和钢筋笼、浇灌水下混凝土成桩。水下钻孔桩成孔 过程中,通常采用具有一定重度和黏度的泥浆进行护壁,泥浆不断循环,同时完 成携土和运土的任务。 钻机有 长螺旋钻机:目前常用直径为钻孔直径为300、400、500、60mm,较大的 可做到3000mm等,深度可达12m以上。利用电动机带动螺旋钻杆头,被切下 土体随旋转沿螺旋叶片上升,自动推出地面,用车运输,安全文明。 潜水钻机:500、600、800mm,深度可达50m以上,在水下钻进 回旋钻机:500、600、800mm,深度可达50m以上,用泥浆护壁 大直径钻机:800mm,用钢筋笼或泥浆护壁
图 8-4 沉管灌注桩的施工程序示意 (a)打桩机就位；(b)沉管；(c)浇灌混凝土；(d)边拔罐边振动； (e)安放钢筋笼，继续浇筑混凝土；(f)成型 （1）沉管灌注桩 沉管灌注桩的沉管方法可选用锤击、振动和静压任何一种。其施工工序一般 包括四个步骤：沉管、放笼、灌注，拔管，如图 8-4 所示。沉管灌注桩的优点是 在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇筑混凝土，从而为桩身混凝土的质量提供了 保障。沉管灌注桩的主要缺点有两个：其一是在拔除钢套管时，如果提管速度过 快就会造成缩颈、夹泥、甚至断桩；其二是沉管过程中的挤土效应除产生与预制 桩类似的影响外，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，对策是控制提管速度， 并使桩管产生振动，不让管内出现负压，提高桩身混凝土的密实度并保持连续性； 采用“跳打”施工工序，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打邻桩。 （2）钻孔灌注桩 它泛指各种再地面用机械方法取土成孔的灌注桩，其施工工序如图8-5所示， 主要三大步：成孔、沉放导管和钢筋笼、浇灌水下混凝土成桩。水下钻孔桩成孔 过程中，通常采用具有一定重度和黏度的泥浆进行护壁，泥浆不断循环，同时完 成携土和运土的任务。 钻机有： 长螺旋钻机：目前常用直径为钻孔直径为 300、400、500、600mm，较大的 可做到 3000mm 等，深度可达 12m 以上。利用电动机带动螺旋钻杆头，被切下 土体随旋转沿螺旋叶片上升，自动推出地面，用车运输，安全文明。 潜水钻机：500、600、800mm，深度可达 50m 以上，在水下钻进。 回旋钻机：500、600、800mm，深度可达 50m 以上，用泥浆护壁。 大直径钻机：800mm，用钢筋笼或泥浆护壁
泥浆泵或 高压水泵钻机 护筒 钻杆 钢筋笼一 泥浆 泥浆 钻头 导管 混凝土 ) ) (d) 图8-5钻孔灌注桩的施工程序示意 (a)成孔;(b)下导管和钢筋笼:(c)浇注水下混凝土;(d)成桩 钻孔桩的优点在于其施工过程无挤土、无振动、噪声小,对邻近建筑物及地 下管线危害较小,且桩径不受限制,是城区和高程建筑常用桩型。钻孔桩的最大 缺点是泥浆沉淀不易清除,以致其端部承载力不能充分发挥,并造成较大沉降。 为克服这一点,可在桩底夯填碎石消除淤泥沉淀或桩底注浆,使沉淀泥桨得以置 换与加固。但彻底解决这个问题的办法是,能创造一个无水环境下浇筑混凝土的 条件,从根本上避免护壁泥浆造成的一系列质量和承载力损失问题。 (3)挖孔灌注桩 它是指人工到井底挖土护壁的灌注桩,简称挖孔桩,其工艺特点是边挖土边 做护壁,逐层成孔。护壁有多种方式,现在多用混凝土现浇,整体性和防渗性好, 构造形式灵活多变,并可做成扩底。当地下水位很低,孔壁稳固时,亦可无护 壁挖土。某工程挖孔桩如图86所示 挖孔桩主要适用于黏性土和地下水位较低的条件,最忌在含水砂层中施工。 因易引起流砂塌孔,十分危险 挖孔桩有很多优点:其一就是直观性,一方面能在开挖面直接鉴别和检验孔 壁和孔底的直径及形状等,克服了地下工程的隐蔽性:其二是干作业,挖土和浇 灌混凝土都是在无水环境下进行,避免了泥水对桩身质量和承载力的影响;其三 是施工过程中对周围环境没有挤土影响;其四是不必采用大型机械,造价较低。 但挖孔桩的劳动条件较差,易发生工伤事故,若在降低地下水位后施工,应注意 地下水位对周围环境的不良影响。 挖孔桩最适宜做大直径桩,能提供很高的单桩承载力,从而有可能做到柱下 设单桩或墙下设单排桩
图 8-5 钻孔灌注桩的施工程序示意 (a)成孔；(b)下导管和钢筋笼；(c)浇注水下混凝土；(d)成桩 钻孔桩的优点在于其施工过程无挤土、无振动、噪声小，对邻近建筑物及地 下管线危害较小，且桩径不受限制，是城区和高程建筑常用桩型。钻孔桩的最大 缺点是泥浆沉淀不易清除，以致其端部承载力不能充分发挥，并造成较大沉降。 为克服这一点，可在桩底夯填碎石消除淤泥沉淀或桩底注浆，使沉淀泥桨得以置 换与加固。但彻底解决这个问题的办法是，能创造一个无水环境下浇筑混凝土的 条件，从根本上避免护壁泥浆造成的一系列质量和承载力损失问题。 （3）挖孔灌注桩 它是指人工到井底挖土护壁的灌注桩，简称挖孔桩，其工艺特点是边挖土边 做护壁，逐层成孔。护壁有多种方式，现在多用混凝土现浇，整体性和防渗性好， 构造形式灵活多变，并可做成扩底 。当地下水位很低，孔壁稳固时，亦可无护 壁挖土。某工程挖孔桩如图 8-6 所示。 挖孔桩主要适用于黏性土和地下水位较低的条件，最忌在含水砂层中施工。 因易引起流砂塌孔，十分危险。 挖孔桩有很多优点：其一就是直观性，一方面能在开挖面直接鉴别和检验孔 壁和孔底的直径及形状等，克服了地下工程的隐蔽性；其二是干作业，挖土和浇 灌混凝土都是在无水环境下进行，避免了泥水对桩身质量和承载力的影响；其三 是施工过程中对周围环境没有挤土影响；其四是不必采用大型机械，造价较低。 但挖孔桩的劳动条件较差，易发生工伤事故，若在降低地下水位后施工，应注意 地下水位对周围环境的不良影响。 挖孔桩最适宜做大直径桩，能提供很高的单桩承载力，从而有可能做到柱下 设单桩或墙下设单排桩
柱捕筋 摘筋 p8@200 主觞 22中22 加劲箍 22@2000 1400 〔插筋 护壁 I600 2000 2600 图8-6人工挖孔桩示例 四、桩及桩基础的构造要求 (1)摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍(见表8-1):扩底灌注桩的中 心距不宜小于扩底直径的1.5倍(见表8-2)。当扩底直径大于2m时,桩端净距不 宜小于1m。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响 桩的最小中心距表8-1 上类与成桩工艺 排数不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩基 其他悖况 非挤七和郜分挤土濡注桩 穿越华饱和土 3.5d 3.0d 挤土瀋汁徙 穿越饱和软土 4.0d 挤十预制桩 3,5d 打入式敞口管桩和H形钢桩 3.5d 3.0d 注:d一桩身设计直径 灌注桩扩底端最小中心距表8-2
图 8-6 人工挖孔桩示例 四、桩及桩基础的构造要求 (1)摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的 3 倍(见表 8-1)；扩底灌注桩的中 心距不宜小于扩底直径的 1.5 倍(见表 8-2)。当扩底直径大于 2m 时，桩端净距不 宜小于 1m。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。 桩的最小中心距 表 8-1 注：d—桩身设计直径。 灌注桩扩底端最小中心距 表 8-2
成桩方法 最小中心距 钻,挖孔注桩 1.5D或D+1m(当D>2m时) 沉管夯扩藻注桩 2.0D 注:D一扩大端设计直径 (2)扩底灌注桩的扩底直径,不应大于桩身直径的3倍。 (3)桩底进人持力层的深度,根据地质条件、荷载及施工工艺确定,宜为桩 身直径的1~3倍。在确定桩底进人持力层深度时,尚应考虑特殊土、岩溶以及 振陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风华、微风化、中风化 硬质岩体的最小深度,不宜小于0.5m (4)布置桩位时宜使极基承载力合力点与竖向荷载标准组合合力作用点重 合 (5)预制桩的混凝土强度等级不应低于C30;灌注桩不应低于C20;预应力桩 不应低C40。 (6)桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8%;静 压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6%;灌注桩的最小配筋率不宜小于0.2% 0.65%(小直径桩取大值) (7)配筋长度 1)受水平荷载和弯矩较大的桩,配筋长度应通过计算确定。 2)柱基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时,配筋长度应穿过淤泥、淤 泥质土或液化土层。 3)坡地岸边的桩、8度及8度以上的地震区的桩、抗拔校、嵌岩端承桩应通 长配筋 4)桩径大于600mm的钻孔灌注桩,构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3。 (8)桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm。主筋伸入承台内的锚固长度不 宜小于钢筋直径的30倍(HPB235级)和钢筋直径的35(HRB35级、HB400级) 倍。对于大直径灌注桩,当采用一柱一桩时,可设置承台或将桩和柱直接连接。 柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求 (9)承台及地下室周围的回填中,应满足填土密实性的要求。 第二节桩的承载力 单桩竖向承载力 桩的承载力是设计桩基础的关键。单桩竖向承载力的确定,取决于两个力面 取决于桩本身的材料强度;二取决于地基土承能力。因此,设计时必须兼顾。 外荷载作用下,桩基础破坏大致可分为两类:①桩的自身材料强度不足,发生桩 身被压碎而丧失承载力的破坏:②地基土对桩支承能力不足而引起的破坏。因此, 桩的承载力设计时应取两者小值 单桩竖向承载力特征值的确定有静载荷试验、静力触探、规范公式以及动态 测试技术等。 我国确定桩的承载力的方法有两种,《建筑地基基础设计规范》:建筑桩基技 术规范。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和水平力等 (1)单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。试验采用同规
注：D—扩大端设计直径。 (2)扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径的 3 倍。 (3)桩底进人持力层的深度，根据地质条件、荷载及施工工艺确定，宜为桩 身直径的 1～3 倍。在确定桩底进人持力层深度时，尚应考虑特殊土、岩溶以及 振陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风华、微风化、中风化 硬质岩体的最小深度，不宜小于 0.5m。 (4)布置桩位时宜使极基承载力合力点与竖向荷载标准组合合力作用点重 合。 (5)预制桩的混凝土强度等级不应低于 C30；灌注桩不应低于 C20；预应力桩 不应低 C40。 (6)桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于 0.8%；静 压预制桩的最小配筋率不宜小于 0.6%；灌注桩的最小配筋率不宜小于 0.2%～ 0.65%（小直径桩取大值）； (7)配筋长度： 1)受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。 2)桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤 泥质土或液化土层。 3)坡地岸边的桩、8 度及 8 度以上的地震区的桩、抗拔校、嵌岩端承桩应通 长配筋。 4)桩径大于 600mm 的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的 2/3。 (8)桩顶嵌入承台内的长度不宜小于 50mm 。主筋伸入承台内的锚固长度不 宜小于钢筋直径的 30 倍(HPB235 级)和钢筋直径的 35(HRB335 级、HRB400 级) 倍。对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩和柱直接连接。 柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。 (9)承台及地下室周围的回填中，应满足填土密实性的要求。 第二节 桩的承载力 一、单桩竖向承载力 桩的承载力是设计桩基础的关键。单桩竖向承载力的确定，取决于两个力面： 一取决于桩本身的材料强度；二取决于地基土承能力。因此，设计时必须兼顾。 外荷载作用下，桩基础破坏大致可分为两类：①桩的自身材料强度不足，发生桩 身被压碎而丧失承载力的破坏；②地基土对桩支承能力不足而引起的破坏。因此， 桩的承载力设计时应取两者小值。 单桩竖向承载力特征值的确定有静载荷试验、静力触探、规范公式以及动态 测试技术等。 我国确定桩的承载力的方法有两种，《建筑地基基础设计规范》；建筑桩基技 术规范。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和水平力等。 (1)单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。试验采用同规
格尺寸的桩进行,竖向静载荷试验直到破坏。单桩竖向极限承载力作为设计依据 也是确定单桩竖向承载力最可靠方法。进行在同一条件下的试桩数量,不宜少于 总桩数的1%,且不应少于3根。 当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时,对单桩承载力很高 的大直径端承型桩,可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值 2)地基基础设计等级为丙级的建筑物,可采用静力触探及标贯试验参数确 定承载力特征值 (3)初步设计时,单桩竖向承载力特征值可按公式估算。 ()静载试验法 1试验目的 在建筑工程现场实际工程地质条件下用与设计采用的工程桩规格尺寸完全 相同的试桩,进行静载荷试验,直至加载破坏,确定单桩竖向极限承载力,并进 步计算出单桩竖向承载力特征值。 2试验准备 (1)在工地选择有代表性的桩位,将与设计工程桩完全相同截面与长度的试 桩,沉至设计标高。 (2)根据工程的规模、试桩的尺寸、地质情况、设计采用的单桩竖向承载力 及经费情况确定加载装置。根据工程规模、桩尺寸、地质条件设计承载力及经费, 全面考虑确定。 (3)筹备荷载与沉降的量测仪表 (4)从成桩到试桩需间歇的时间。在桩身强度达到设计要求的前提下,对于 砂类土不应少于10d;对于粉土和一般性黏土不应少于15d;对于淤泥或淤泥质 土中的桩,不应少于25d。用以消散沉桩时产生的孔隙水压力和触变等影响,才 能反映真实的桩的端承力与桩侧摩擦力的大小。 3试验加载装置 般采用油压千斤顶加载,千斤顶反力装置常用下列形式 (1)锚桩横梁反力装置,见图8-7a)。试桩与两端锚桩的中心距不小于桩径, 如果采用工程桩作为锚桩时,锚桩数量不得少于4根,并应检测试验过程中锚桩 的上拔量。 (2)压重平台反力装置,见图8-7(b)。压重平台支墩边到试桩的净距不应小于 3倍桩径、并大于1.5m。压重量不得少于预计试桩荷载的12倍。压重在试验开 始加上,均匀稳定放置。 压重 小梁 千斤顶 百分表 支墩 百分表 试验桩 猫桩 试验桩
格尺寸的桩进行，竖向静载荷试验直到破坏。单桩竖向极限承载力作为设计依据。 也是确定单桩竖向承载力最可靠方法。进行在同一条件下的试桩数量，不宜少于 总桩数的 1%，且不应少于 3 根。 当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高 的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值。 (2)地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验参数确 定承载力特征值。 (3)初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按公式估算。 (一)静载试验法 1.试验目的 在建筑工程现场实际工程地质条件下用与设计采用的工程桩规格尺寸完全 相同的试桩，进行静载荷试验，直至加载破坏，确定单桩竖向极限承载力，并进 一步计算出单桩竖向承载力特征值。 2.试验准备 (1)在工地选择有代表性的桩位，将与设计工程桩完全相同截面与长度的试 桩，沉至设计标高。 (2)根据工程的规模、试桩的尺寸、地质情况、设计采用的单桩竖向承载力 及经费情况确定加载装置。根据工程规模、桩尺寸、地质条件设计承载力及经费， 全面考虑确定。 (3)筹备荷载与沉降的量测仪表。 (4)从成桩到试桩需间歇的时间。在桩身强度达到设计要求的前提下，对于 砂类土不应少于 10d；对于粉土和一般性黏土不应少于 15d；对于淤泥或淤泥质 土中的桩，不应少于 25d。用以消散沉桩时产生的孔隙水压力和触变等影响，才 能反映真实的桩的端承力与桩侧摩擦力的大小。 3.试验加载装置 一般采用油压千斤顶加载，千斤顶反力装置常用下列形式： (1)锚桩横梁反力装置，见图 8-7(a)。试桩与两端锚桩的中心距不小于桩径， 如果采用工程桩作为锚桩时，锚桩数量不得少于 4 根，并应检测试验过程中锚桩 的上拔量。 (2)压重平台反力装置，见图 8-7(b)。压重平台支墩边到试桩的净距不应小于 3 倍桩径、并大于 1.5m。压重量不得少于预计试桩荷载的 1.2 倍。压重在试验开 始加上，均匀稳定放置
