第九章桩基础

基础工程第九章桩基础9－1概述一、桩基及其作用桩基构成：桩+承台（可为独立、条形、筏、箱）有高、低两种，前者用于水中桩之作用：（1）将荷载传至硬土层（图4-1a），或分配到较大的深度范围（图4-1b），以提高承载力。（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。两塔过近，会相对倾斜，用桩基解决厂房内堆载，使柱下基础倾斜，导致柱子开裂。可用桩基解决。（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（图4-1c）（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩（图4-1b）（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。

所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同基坑支护、地基处理并为土木工程三大热点。桩基古已应用。上海龙华塔，7层，40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代(AD220-280),重建于宋代AD977年,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。近年来，桩基成为高层建筑的主要基础形式，为设计桩基，须了解其类型、机理、承载力及变形验算等。2、重型工业厂房、仓库、料仓；1、高层、重要建筑物；桩基适用范围：桩基设计主要内容：桩型选择、单桩承载力确定、群桩承载力和沉降验算，桩身强度和承台计算。4、精密或大型设备基础；5、表层软弱土层、需处理土层；6、地震区。3、较大水平荷载或上拔力的构筑物基础；二、桩的类型按承台与地面相对位置分低承台桩基高承台桩基按桩轴线方向分斜桩竖直桩叉桩1、按材料分：木、钢、钢筋混凝土木桩—水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源不足，应少用钢桩—本身强度高，易加工，接头容易，运输方便，但造价是混凝土的3-4倍，用于海洋平台及陆上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩。钢砼桩—取材方便，价格便宜，耐久性好，可预制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，是主要研究对象。（一）桩的分类2、按桩的制作方法分预制桩—质量易保证、现场整洁、用时间少，但配筋由运输、打桩控制，配筋率较大，长度不可过大，现场接桩、截桩难。灌注桩—钻孔、放钢筋笼、浇砼。尺寸灵活，还可扩头，配筋率可以小，但现场脏，质量难保证，例断桩、缩颈、露筋、清底不充分等。3、按设置效应分—是否挤土挤土桩—打入或压入，预制桩或沉管灌注桩。挤土使土密实，但打入有噪声，挤土会发生漂桩，还会破坏周边设施例上海某电话局机务大楼，打桩使周边房屋破坏，赔40万。解决方法：挖地沟、合理安排打桩顺序。非挤土桩—钻、挖孔桩，桩长、桩径可较大，可穿越硬土层。无挤密效果，但有些土（饱和软粘土）本不可挤密。部分挤土桩—钻小口径孔，再打入，或钢管、砼管桩4、按荷载传递方式分桩端土差、桩很长、灌注桩清底差桩端为岩石、大头桩(一)

摩擦桩(二)

端承桩5、按直径大小分—一般直径桩、微桩、大直径桩微桩（树根桩）—d<250，多用于地基加固、托换（例安外一工程）大直径桩—d>800，往往是端承，一柱一桩，人工挖孔一般直径桩—(250<d<800mm)1、预制钢砼桩（RC桩）断面有方、圆两种,方桩边长250-550，长<13.5m;现场预制桩长<25-30m(桩架高),配筋率>0.8%(运、吊控制，打桩还会产生拉应力)截面大则作成管桩,有时加预应力(省钢)。（二）常用桩2、钻（挖）孔灌注桩超高层多用大直径桩，甚至直径>3m，承载力可达4000t，用一般直径桩可能摆不开。可扩孔，用扩孔器或爆扩（少用）。3、沉管灌注桩（挤土）锤击或振动沉管，下有钢砼头，再灌混凝土，拔管，易发生断桩、缩颈（软土中）。有人建议复打，造价提高。仅浙江多用。缺点：易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土离析等质量事故。缩颈常发生在下列情况：软、硬土层交界处；邻桩挤压。管内混凝土少时；克服缩颈、断桩办法：复打4、钢管桩有开口、闭口，开口时形成土芯后亦有一定挤土，d小则挤土可能性大，是否挤土将影响承载力（规范5-2-10条）三、桩的两种极限状态（一）桩基承载力极限状态1、超过最大承载力2、产生不适于继续承载的变形3、桩基发生整体失稳（二）桩基正常使用极限状态变形、耐久性，桩、承台等。9－2单桩承载力的确定一、桩、土体系荷载传递机理

Q逐渐增大，影响深度也逐渐增加，qs较qp先发挥

Q=QS+QP，Qu=Qsu+Qpu

由实测，QS先达极限，对应位移仅4-10mm，和土性、桩径关系不大；而QP达极限需s=0.1d（打入桩），甚至0.3d（灌注桩）了解这些，有助于分析桩的安全储备

N-q、s-q关系：以上是针对摩擦型桩，对端承桩位移传递即刻完成，qs很小，而Q接近Qp2、侧摩阻力qs的大小、分布大小：和土性、桩表面性质、桩径、桩长、施工方法有关（打入桩一般大，卵石层中灌入桩很大）分布：同样和上述因素有关。不随深度线性增大

（拱效应）,有一临界深度(10-20d)时效：粘性土中打入桩，qs开始小后逐渐增大；砂土中打入桩，qs开始大后逐渐减小。试桩应在施工后一段时间：砂土10天；粘性土15天；淤泥25天。3、极限端阻qpu计算及其深度效应计算qpu的经典理论方法：视桩为埋深l的基础来计算，有整体剪切、局部剪切、刺入三种破坏形式。泰沙基理论按浅基础整体剪切破坏计算；Myerhof则考虑桩侧土的强度。xc、xg

、xq—断面形状系数因埋深大，一般为后二种。但桩端土硬，上覆土软，也可为整体剪切破坏。1、概念原因桩周地面有较大的超载；降低地下水位；当桩围土层由于某种原因相对于桩向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。桩穿过欠固结(新填)土层；二、桩的负摩阻力湿陷、冻土融陷。2、负摩擦发生的范围持力层硬，sp

小，则ln大，端承桩ln=l对一般情况可查表6-1ln可随时间变化3、负摩擦大小估计影响因素多—桩侧及桩端土性、诱因强弱、土的应力历史、桩型等Bjerrum有效应力法公式:zn查表6-2，仅和土类有关，土硬则大。但s=？，不应随深度线性增大。4、消除负摩擦的措施负摩擦会加大沉降，使桩或土破坏。一般涂适当粘度的沥青以减小负摩擦。桩所受下拉力：对于群桩再乘以一个负摩擦群桩效应系数hn三、单桩破坏模式破坏模式取决于桩周、桩端土；桩的尺寸；桩的类型。1、屈曲破坏2、整体剪切破坏3、刺入破坏小直径端承桩，细长木桩一般的打入式短桩、钻扩短桩钻孔灌注桩R取决于三个方面：(三者同时兼顾，并取最小值)桩本身材料强度；上部结构的容许变形值；土层的支承能力。四、单桩承载力的确定决定于桩和土，一般由土控制，端承、超长桩等除外。一般稳定系数f=1.0，但下述情况下要考虑压屈：1）高承台；2）桩周土可液化；3）桩周土很软（fk<50kPa）；自由长度lc由端部约束及桩土相对刚度定，再由lc/d查f（见规范5.5.3)。1、按桩身强度定2、按桩周土支撑能力估计

（1）静载试验一级和部分二级建筑必须做，试桩数>1%且不少于3根。装置、方法：锚桩横梁装置（图），压重平台反力装置等试桩、锚桩、基准桩间距>4d，且>2m分级加载，稳定后读数，详见规范。（2）经验公式法仅限初步设计阶段或不很重要的工程，以下针对不同桩讲qsik

查表6-7，和土性及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对预制桩有深度修正系数（灌注桩不修正）qpk

查表6-8，和土性及入土深度有关（a）一般预制桩、灌注桩qP—桩端土的承载力标准值(kPa)，对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表格查取，预制桩可按表8－5选用；AP—桩身的横载面面积(m2)；l1l2l3qs1qs2qs3qpQqsi—桩周土的摩擦力标准值(kPa)，对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表格查取，预制桩可按表6－6选用；li—按土层划分的各段桩长(m)。uP—桩身周长(m)，对于钻、挖、冲孔灌注桩应采用桩直径，当缺乏经验时可按钻头直径或下列数值：螺旋钻10～20cm，潜水钻30～50cm，机动洛阳铲20～30cm，冲击钻40～80cm；（b）大直径桩d>800qs下降，因一般钻、挖孔，使土扰动，粗粒土犹甚;qp下降，因同样大小分布荷载使沉降大。qsik同样查表6-7；qp为d=0.8m的端阻标准值（表6-9）Ysi、Yp—尺寸效应修正系数（表6-10）（c）嵌岩桩以往按端承设计，欠妥：桩不很短时侧阻部分发挥；嵌深段有侧阻，嵌深>5d则端承极小。zsi—侧阻发挥系数。当l/d<30，桩端岩石好，无沉渣时，对粗粒土取0.7、细粒土取0.8;其余情况取1.0hr取值不大于5d及实际嵌深；frc—单轴抗压强度zr、

zp—修正系数（表6-11），hr/d适中时zr较大所以嵌深度过大无用9－3群桩承载力计算群桩概念；群桩~单桩关系如何？一、群桩的承载力端承群桩(桩基)，简单；摩擦桩基，见图影响R群的因素有：桩数、桩距、桩径、土性、桩长、群桩平面形状等。群桩效率系数＝群桩的极限承载力群桩中各根单桩极限承载力之和模型及载荷试验表明：1、桩距增大时，提高；2、桩距相同时，桩数越多，越低；3、桩距增大至一定值后，增加不显著；可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为如下原则：端承桩和桩数n<9根的摩擦桩以及条形基础下不超过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和。桩距s<6d，桩数n9根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉降计算。二、群桩的地基强度和变形验算(一)

强度验算假想实体深基础如图(6－10)式中：l0,b0—分别表示矩形承台下桩群外缘的长度和宽度(m)；0

—为桩长范围内各土层(厚度为hi)内摩擦角i的加权平均值。即在中心荷载下要求桩尖平面处压应力p满足：(6－11)在偏心荷载下，除满足式(6－11)外，尚应满足：(6－12)式中：F—上部结构传至基础顶面的竖向力设计值(kN)；G—桩尖平面以上假想基础内桩与桩周土自重设计值(kN)，G=A(d+h)G，G为桩土平均重度，一般可取G=20kN/m3，地下水位以下取浮重度；Mx，My—作用于桩尖平面处外力对该平面重心的x、y轴的力矩设计值(kNm)；Wx，Wy—假想实体基础底面分别对x、y轴的抵抗矩(m3)；f—桩尖平面处地基土的承载力设计值(kPa)。当桩端以下主要受力层范围内存在软弱下卧层时，还应按图6－21计算图验算软弱下卧层，其验算方法与浅基础相似。(二)

群桩的地基变形验算方法同浅基注：压缩模量Es按实际应力实验曲线确；浅基经验系数s不适于桩基，桩基的由地区经验确定。三、桩基中各桩的受力验算轴心受压时，式中：Q—桩基中单桩所受的外力设计值(kN)；(6－13)G—桩基承台自重设计值及承台上土的自重标准值(kN)；n—桩数。当偏心受压时(图6－17)，式中：xi，yi

—第i根桩分别至通过桩群重心的y轴和x轴的距离(m)；(6－14)Mi，Mi

—作用于桩群上的外力对通过桩群重心的x轴和y轴的力矩设计值(kNm)；其余符号意义同前。离桩群横载面形心最远处(坐标为xmax、ymax)的桩所承受的荷载最大，即Qmax。要求其满足下列条件：(6－15)除要求满足上式外，还应同时满足式(6－13)要求。9－4桩基础设计收集资料(上部结构、工程地质、施工方面、当地经验、场地与环境条件等)。内容与步骤：定桩型、桩长和桩的截面尺寸，初选承台底面标高；定单桩承载力R；定群桩承载力及其验算；桩基中各桩的受力验算；桩身结构设计；承台设计；绘制桩基施工图。定桩数及桩位布置；一、桩型、桩和截面尺寸的选择据结构类型、楼层数目、荷载性质、地基条件和施工能力确定。例：层数<1020~30预制桩(mm)400>500灌注桩(mm)5001000~1200地基条件：考虑持力层情况。桩长由桩端持力层定，桩端应重入坚实土(岩)层一定深度，规定：粘性土和砂土：h>(2~3)d(桩径)碎石土：h>d嵌岩端承桩：hmin>0.5mH>5d(如图)承台埋深同浅基，d>0.5m；要满足结构要求，方便施工。硬层hH二、确定桩数及布置桩位(一)

桩的根数n轴心受压：式中：F—作用在桩基上的竖向力设计值(kN)；R—单桩竖向承载力设计值(kN)。G—承台及承台上土的重力(kN)；偏心受压：试算至合适为止。(二)桩的中心距(三)

桩位的布置方形(或矩形)、三角形、梅花形、单排、双排。原则：尽可能使上部结构的中心与桩群横截面的形心重合或接近。三、桩身结构设计(一)

钢筋混凝土预制桩1、构造要求方桩：当边长b=200~500mm桩长l=5~30m时：纵向钢筋4~8根，=12~25mm含钢率1％左右，最小不低于0.8%。箍筋6~8mm，@<200mm,桩顶、桩尖处加密。混凝土大于C30。保护层不小于35mm，预埋钢筋吊环。2、桩身截面强度计算主筋通过计算确定。验算起吊、运输时桩内强度，方法如图。对于方形桩：MfyAs(b–2as)式中：M—按图6－23，根据起吊方式计算的桩身最大弯矩值(kNm)；(6－26)fy—受拉钢筋强度设计值(kPa)；As—纵向受拉钢筋的截面积(m2)；b—方形桩的边长(m)；as—纵向受拉钢筋合力作用点荷截面近边的距离(m)。锤击法施工时，锤击压应力按下式估算：式中：自由落锤：=1，e=0.6；(6－27)柴油锤：=2，e=0.8；AH、Ac、Ap—锤、桩垫、桩的实际截面积(m2)；EH、Ec、Ep—锤、桩垫、桩的纵向弹性模量(kPa)；H、

c、

p—锤、桩垫、桩的重度(kN/m3)；H—锤的落距(m)。沿桩纵轴向的锤击拉应力，对于钢管桩可取(0.33~0.5)p；对于混凝土及预应力混凝土桩可取(0.23~0.33)p。计算表明，普通钢筋混凝土桩的配筋常由起吊立的强度计算控制。(二)

灌注桩混凝土强度水上不小于C15；骨料不大于40mm，塌落度50~70mm；水下不小于C20；骨料小于1/4(管内径)，塌落度160~200mm.需配筋时轴心受压、主筋最小配筋大于0.2%;受弯时，主筋最小配筋大于0.4%;抗拔时，通长配置。箍筋采用环式或螺旋箍筋，不小于6＠200~300mm,保护层厚度一般大于30mm水下大于50mm四、承台设计(一)构造要求如图混凝土等级大于C20；保护层厚大于50mm;配筋按计算定(见下)d50~100mm大于300mm大于600mmb>500mm(二)

承台的内力计算1、多桩矩形承台多桩矩形承台计算截面可取在柱边和承台高度变化处(杯口外侧或台阶边缘)，如图6－25(a)所示，计算截面的设计弯矩可按下式确定：(6－28)式中Qi

—第i根桩的桩顶外力设计值(kN)，可按式(6－13)及式(6－14)计算，但一般宜扣除桩基承台自重及承台上的土重；Mx

、My—垂直y轴x轴方向计算截面处的弯矩设计值(kN·m);xi

、yi—垂直y轴x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离(m)。2、等边三桩承台等边三桩承台最常见及最不利的破坏模式分别如图中曲线I、II所示。一般可利用钢筋混凝土板的屈服线理论,取两者的均值作为其计算公式，即：式中M—由承台形心到承台边缘之距离范围内板带的弯矩设计值(kN·m);s—桩的中心距(m);h—方柱的边长或圆柱的直径(m)。3、等腰三桩承台等腰三桩承台的典型的屈服线基本上都垂直于等腰三桩承台的两腰边，如图6－25(c)所示。试件先在长跨产生开裂破坏，然后才在短距内产生裂缝。因此根据试件的破坏形态并考虑梁的约束影响作用，按梁的理论可得：式中Mx

、My—承台形心到承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值(kN·m)h1

、h2—垂直和平行于承台底边的柱截面边长(m);s—长向桩的中心距离(m);—短向桩距与长向桩距之比，<0.5时，应按变截面的二桩承台设计4、柱下或墙下条形桩基承台梁:柱下承台梁按弹性地基梁计算；墙下承台梁按倒置的弹性地基梁考虑；工程实践表明：对于中、小型桩基承台梁，桩距在2m以内，墙厚在370mm以内时，按构建配筋(如图)尚可。(三)

承台厚度及强度计算先按冲切计算，后按剪切复核。有柱对承台冲切和桩对承台冲切，见图，其受冲切承载力应满足下式要求：式中：

—冲跨比，a/h0，满足0.3~1.0，桩对承台冲切时，=1.0；ft

—承台混凝土轴心抗压强度设计值(kPa)；Um

—冲切破坏锥体h0/2处的周长(m)；h0

—承台冲切锥体的有效高度(m)；FL

—作用于冲切锥体上的冲切力设计值(kN)；a

—冲跨(m)，即柱边到桩边的水平距离。桩基承台梁斜截面的抗剪承载力，按下式计算：式中：V

—斜载面的最大剪力设计值(kN)；fc

—混凝土轴心抗压强度设计值(kPa)；b

—承台验算载面的宽度(m)，可取验算载面上、下边的平均值；—计算载面的剪跨比，

=ap/h0;ap为柱(墙)边或承台台阶边至最近一排桩桩边的距离。当

<1.4时，取

=1.4；当

>3时，取

=3。2.1钢筋混凝土预制桩施工本章小结

本章内容2.2混凝土灌注桩施工2.1钢筋混疑土预制桩施工钢筋混凝土预制桩：在预制构件厂或施工现场预制，用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中。特点：坚固耐久，不受地下水或潮湿环境影响，能承受较大荷载，施工机械化程度高，进度快，能适应不同土层施工。

钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型。钢筋混凝土预制桩有方形实心断面桩和圆柱体空心断面桩。钢筋混凝土预制桩施工前，应根据施工图设计要求、桩的类型、成孔过程对土的挤压情况、地质探测和试桩等资料，制定施工方案。主要内容包括：确定施工方法，选择打桩机械，确定打桩顺序，桩的预制、运输，以及沉桩过程中的技术和安全措施。2.1.1施工准备场地平整及周边障碍物处理定桩位及埋设水准点：依据施工图设计要求，把桩基定位轴线桩的位置在施工现场准确地测定出来，并作出明显的标志。在打桩现场附近设置2～4个水准点，用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据。桩基轴线的定位点及水准点，应设置在不受打桩影响的地方。桩帽、垫衬和送桩设备机具等的准备。管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作，较长的方桩在打桩现场制作；预应力砼空心管桩一般在工厂加工。模板：保证桩的几何尺寸准确，使桩面平整挺直；桩顶面模板应与桩的轴线垂直；桩尖四棱锥面呈正四棱锥体，且桩尖位于桩的轴线上；底模板、侧模板及重叠法生产时，桩面间均应涂刷好隔离层，不得粘结。

2.1.2桩的制作、运输、堆放

钢筋骨架：主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内数量不超过50%；同一根钢筋两个接头的距离应大于30d0并不小于500mm。桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力，桩顶和桩尖钢筋配置(如图2.2所示)应作特殊处理。钢筋骨架制作允许偏差应符合表2.1的规定。

表2.1预制桩钢筋骨架质量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法主控项目1主筋距桩顶距离±5用钢尺量2多节桩锚固钢筋位置±5用钢尺量3多节桩预埋铁件±3用钢尺量4主筋保护层厚度±5用钢尺量一般项目1主筋间距±5用钢尺量2桩尖中心线10用钢尺量3箍筋间距±20用钢尺量4桩顶钢筋网片±10用钢尺量5多节桩锚固钢筋长度±10用钢尺量混凝土制作宜用机械搅拌、机械振捣； 浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确，桩尖应对准纵轴线，纵向钢筋顶部保护层不宜过厚，钢筋网片的距离应正确，以防锤击时桩顶破坏及桩身混凝土剥落破坏。 采用叠层法生产时，上层桩和邻桩浇筑，必须在下层和邻桩的混凝土强度达到设计强度的30%以后才能进行。 浇筑完毕后，立即加强养护，防止由于混凝土收缩产生裂缝，养护时间不少于7d。 砼预制桩的砼强度等级不宜低于C30。钢筋混凝土预制桩的质量检验标准应符合表2.2的规定。

项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值主控项目1桩体质量检验按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范2桩位偏差见本表用钢尺量3承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1砂、石、水泥、钢材等原材料(现场预制时)符合设计要求查出厂质保文件或抽样送检2混凝土配合比及强度(现场预制时)符合设计要求检查称量及查试块记录3成品桩外形表面平整、颜色均匀、掉角深度＜10mm，蜂窝面积小于总面积0.5%直观表2.2钢筋混凝土预制桩的质量检验标准

项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值一般项目4成品桩裂缝(收缩裂缝或起吊、装、堆放引起的裂缝)深度＜20mm，宽度＜0.25mm，横向裂缝不超过边长的一半

裂缝测定仪，该基在地下水有侵蚀地区及锤击数超过500击的长桩不适用

5成品桩尺寸：横截面边长桩顶对角线差桩尖中心线桩身弯曲矢高桩顶平整度

mmmmmmmm±5<10<10<L/1000<2用钢尺量

用钢尺量

用钢尺量,L为桩长用钢尺量

用钢尺量

6电焊接桩：焊缝质量电焊结束后停歇时间上下节点平面偏差节点弯曲矢高

minmm>1.0<10<L/1000秒表测定用钢尺量用钢尺量7硫磺胶泥接桩：胶泥浇筑时间浇筑后停歇时间

minmin<2>7秒表测定秒表测定8桩顶标高

mm±50水准仪9停锤标准

设计要求现场实测或查沉桩记录钢筋混凝土预制桩应达到设计强度的70%才可起吊；达到100%设计强度才能运输和打桩。 若提前吊运，必须采取措施并经过验算合格方可进行。桩在起吊搬运时，必须平稳，避免冲击和振动；吊点、绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按图2.3所示的位置捆绑。砼桩在现场堆放层数不宜超过4层；堆放时垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上。2.1.3打入法施工

打入法也称锤击法，是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种打桩施工方法。锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲撞噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。

2.1.3.1打桩设备及选择打桩设备包括桩锤、桩架和动力装置等。

(1)桩锤桩锤可选用落锤、蒸汽锤、柴油锤、液压锤和振动锤等。落锤一般由铸铁制成。重0.2～2t。它利用绳索或钢丝绳通过吊钩由卷扬机沿桩架导杆提升到一定高度，然后自由落下击打桩顶(如图2.4)。费用低，但施工速度慢、效率低，桩顶易被打坏；适用于小直径桩，在软土层中应用较多。汽锤是以高压蒸汽或压缩空气为动力的打桩机械，有单动汽锤和双动汽锤两种(如图2.5)。可用于打各种桩，也可在水下打桩并用于拔桩。柴油打桩锤：利用汽缸内冲击体的冲击力与燃烧压力，推动锤体跳动夯击桩体。速度快，施工性能好。适用于各种土层及各类桩型。但施工时振动大、噪声高、废气污染严重。振动锤是利用机械强迫振动，通过桩帽传到桩上使桩下沉。锤重选择应根据地质条件、工程结构、桩的类型、密集程度及施工条件等参考表2.3选用。表2.3锤重选择表

锤型

柴油锤(t)202535456072锤的动力性能

冲击部分重(t)2.02.53.54.56.07.2总重(t)4.56.57.29.615.018.0冲击力(kN)20002000~25002500~40004000~50005000~70007000~10000常用冲程(m)1.8~2.3桩

的

边长或直径

预制方桩、预应力管桩的边长或直径(cm)25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩直径(cm)φ40φ60φ90Φ90~100持力层粘性土粉土

一般进入深度(m)1~21.5~2.52~32.5~3.53~43~5静力触探比贯入阻力Ps平均值(MPa)345>5>5>5砂土一般进入深度(m)0.5~10.5~1.51~21.5~2.52~32.5~3.5标准贯入击数N(未修正)15~2520~3030~4040~4545~5050锤的常用控制贯入度(cm/10击)2~33~54~8设计单桩极限承载力(kN)400~120800~16002500~40003000~50005000~70007000~10000(2)桩架桩架是支持桩身和桩锤，在打桩过程中引导桩的方向及维持桩的稳定，并保证桩锤沿着所要求方向冲击的设备。

桩架一般由底盘、导向杆、起吊设备、撑杆等组成。根据桩的长度、桩锤的高度及施工条件等选择桩架和确定桩架高度。桩架高度=桩长+桩锤高度+滑轮组高+桩帽高度＋起锤移位高度桩架用钢材制作，按移动方式有轮胎式、履带式、轨道式等。履带式桩架(图2.6)以履带式起重机为主机，配备桩架工作装置而组成。操作灵活，移动方便，适用于各种预制桩和灌注桩的施工。

(3)动力装置打桩机械的动力装置是根据所选桩锤而定的。当采用空气锤时，应配备空气压缩机；当选用蒸汽锤时，则要配备蒸汽锅炉和绞盘。2.1.3.2打桩顺序的确定打桩顺序直接影响到桩基础的质量、施工速度及周围环境。 应根据桩的桩距大小、规格、长短、设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。

根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为：逐段打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如图2.7所示。当桩的中心距小于4倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打(图2.7(c))，或由中间向四周施打(图2.7(b))。当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设(图2.7(a))。根据设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。2.1.3.3打桩打桩机就位时，桩架应垂直平稳，导杆中心线与打桩方向一致。

桩开始打入时，应控制锤的落距，采用短距轻击；待桩入土一定深度(1～2m)稳定以后，再以规定落距施打。桩的施打原则是重锤低击，这样桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上，桩能较快地沉入土中。

桩入土深度是否已达到设计位置，是否停止锤击，其判断方法和控制原则与桩的类型有关。

2.1.3.4打桩质量要求和测量记录(1)打桩质量要求端承桩最后贯入度不大于设计规定贯入度数值时，桩端设计标高可作参考；摩擦桩端标高达到设计规定的标高范围时，贯入度可作参考。打(压)入桩(预制混凝土方桩、预应力管桩、钢桩)的桩位偏差，必须符合表2.4的规定。桩的承载力检验

表2.4预制桩(钢桩)桩位的允许偏差

项项目允许偏差(mm)1盖有基础梁的桩：(1)垂直基础梁的中心线(2)沿基础梁的中心线

100+0.01H150+0.01H2桩数为1～3根桩基中的桩

1003桩数为4～16根桩基中的桩

1/2桩径或边长

4桩数大于16根桩基中的桩：

(1)最外边的桩(2)中间桩1/3桩径或边长

1/2桩径或边长(2)混凝土预制桩施工记录

打桩工程是隐蔽工程，施工中应做好每根桩的观测和记录，这是工程验收时检验质量的依据。各项观测数据应记入混凝土预制桩施工记录，见表2.5所示。表2.5混凝土预制桩施工记录

2.1.3.5打桩施工常见问题的分析在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。

(1)桩顶破碎

桩顶直接受到桩锤的冲击而产生很高的局部应力，如果桩顶钢筋网片配置不当、混凝土保护层过厚、桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。在沉桩工艺方面，若桩垫材料选择不当、厚度不足，桩锤施打偏心或施打落距过大等也会引起桩顶破碎。(2)桩身被打断

制作时，桩身有较大的弯曲凸肚，局部混凝土强度不足，在沉桩时桩尖遇到硬土层或孤石等障碍物，增大落距，反复过度冲击等都可能引起桩身断裂。(3)桩身位移、扭转或倾斜

桩尖四棱锥制作偏差大，桩尖与桩中心线不重合的制作原因，桩架倾斜，桩身与桩帽、桩锤不在同一垂线上的施工操作原因以及桩尖遇孤石等都会引起桩身位移、扭转或倾斜。(4)桩锤回跃，桩身回弹严重

选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹。

2.1.3.6打桩过程中的注意事项桩机就位后，桩架应垂直平稳，桩帽与桩顶应锁紧牢靠，连接成整体。打桩时，密切观察桩身下沉贯入度的变化情况。正常情况下，沉桩应连续施工，打入土的速度应均匀，应避免因间歇时间过长，土的固结作用而使桩难以下沉。

打桩时振动大，对土体有挤压作用，可能影响周围建筑物、道路及地下管线的安全和正常使用，施工过程中要有专人巡视检查，及时发现和处理有关问题。

严禁非施工人员进入打桩现场；对桩机的正常运行、桩架的稳定经常进行检查，严格按操作规程进行施工，确保安全。2.1.3.7桩头的处理

打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。2.1.4静力压桩

静力压桩：利用无噪声、无振动的静压力将桩压入土中，常用于土质均匀的软土地基的沉桩施工。静力压桩(图2.8)广泛应用于闹市中心建筑较密集的地区。压桩施工一般采取分节压入、逐段接长的施工方法；当第一节桩压入土中，其上端距地面1m左右时将第二节桩接上，继续压入。接桩的方法目前有三种：焊接法(图2.9)（应用最多）、法兰螺栓连接法、硫磺胶泥锚接法(图2.10)（对抗震不利，且仅用于软土层）。

2.2混疑土灌注桩施工灌注桩：直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。

与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点。灌注桩按成孔方法分为：泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等。

2.2.1干作业钻孔灌注桩

干作业钻孔灌注桩施工过程如图2.11所示。干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。螺旋钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50～60cm。2.2.2钻孔灌注桩泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。成孔机械：潜水钻机、冲击钻机、回转钻机等。泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。

2.2.2.1埋设护筒和制备泥浆

钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。护筒高2m左右，上部设1～2个溢浆孔，是用厚4～8mm钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径200mm。

护筒的作用：定孔，保护孔口，防止地面水流入，维持水头，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向等。在钻孔过程中，向孔中注入相对密度为1.1的泥浆。泥浆具有以下作用：保护孔壁、防止塌孔、排出土渣、冷却与润滑钻头的作用。

(2)冲击钻成孔冲击钻机是将冲锤式钻头用动力提升，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔(图2.14)。适用于粉质粘土、砂土及砾石等。冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头(图2.15)。冲击钻机施工中需以钢护筒、掏渣筒及打捞工具等辅助作业。

冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程0.4～0.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉3～4m以后，冲程可以提高到1.5～2.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度。施工中，应经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和转向装置是否灵活，以免掉钻。

(3)冲抓锥成孔冲抓锥(图2.16)锥头上有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头便自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。冲抓锥成孔施工过程、护筒安装要求、泥浆护壁循环等与冲击成孔施工相同。适用于松软土层(砂土、粘土)中冲孔，但遇到坚硬土层时宜换用冲击钻施工。

2.2.2.3清孔验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。泥浆护壁成孔清孔：对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。

对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15～1.25。

2.2.2.浇筑水下混疑土泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。水下混凝土浇筑常用导管法(图2.17)。

浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。

2.2.3沉管灌注桩沉管灌注桩：利用锤击打桩法或振动沉管法，将带有钢筋砼桩尖或带有活瓣式钢制桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，形成所需要的灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩(图2.18)；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩(图2.19)。沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响，施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序。间隔一个或两个桩位成孔；在邻桩混凝土终凝后成孔；一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔。为了提高桩的质量和承载能力，振动灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。单打法：在沉入土中的套管内灌满砼，开动振动器，振动5～10s，开始拔管，边拔边振。每拔0.5～1.0m，停拔振动5～10s，如此反复进行，直至全部拔出。复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。翻插法：在套管内灌满砼后，先振动再拔管，每次拔高0.5m～1.0m，向下反插0.3m～0.5m，如此反复进行，直至拔出。2.2.3.1锤击沉管灌注桩

锤击沉管灌注桩适宜于一般粘性土、淤泥质土砂土和人工填土地基。在管底未拔到桩顶设计标高之前，轻击不得中断。施工中应做好施工记录：每米的锤击数和最后1m的锤击数；最后3阵，每阵10击的贯入度及落锤高度。其施工过程见图2.20所示。锤击沉管灌注桩施工要点：桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内。沉管时先用低锤轻击，观察无偏移后，才正常施打。拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.3m～0.8m/min以内。

在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。桩的中心距小于5倍桩管外径或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后方可施打，以防止因挤土而使前面的桩发生桩身断裂。

2.2.3.2振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。其施工过程为：桩机就位沉管

上料

拔管2.2.3.3沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法

(1)颈缩颈缩：桩身的局部直径小于设计要求的现象。当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。(2)断桩断桩：桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到50%设计强度后，再进行下根桩的施工。

(3)吊脚桩吊脚桩：指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部反插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。

(4)混凝土灌注过量如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。 因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。2.2.4人工挖孔大直径灌注桩大直径灌注桩是采用人工挖掘方法成孔，放置钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩基础。它由承台、桩身和扩大头组成(图2.21)。主要施工过程：挖孔（挖土、运土）、辅助工程（支护、降水、通风）和钢筋砼工程。优点：桩身直径大（1m～5m），承载能力高； 施工时可在孔内直接检查成孔质量，观察地质土质变化情况； 桩底清孔除渣彻底、干净，易保证混凝土浇筑质量。2.2.4.1人工挖掘成孔护壁方法施工

支护方法有钢筋砼护壁、沉井护壁和钢套管护壁等。(1)现浇混凝土护壁法施工分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。桩孔采取分段开挖，每段高度取决于土壁直立状态的能力，一般0.5～1.0m为一施工段，开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度。支设护壁内模板后浇筑混凝土，其强度一般不低于C15，护壁混凝土要振捣密实；当混凝土强度达到1MPa(常温下约24h)可拆除模板，进入下一施工段。如此循环，直至挖到设计要求的深度。

(2)沉井护壁法施工沉井护壁法适合于强透水层。沉井护壁施工是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，井筒下捣制钢筋混凝土刃脚，然后在筒内挖土掏空，井筒靠其自重或附加荷载来克服筒壁与土体之间的摩擦阻力，边挖边沉，使其垂直地下沉到设计要求深度。2.2.4.2施工中应该注意的几个问题桩孔中心线平面位置偏差不宜超过50mm，桩的垂直度偏差不得超过0.5%，桩径不得小于桩设计直径。挖掘成孔区内，不得堆放余土和建筑材料，并防止局部集中荷载和机械振动。桩基础一定要坐落在设计要求的持力层上，桩孔的挖掘深度应由设计人员根据现场地基土层的实际情况决定。人工挖掘成孔应连续施工，成孔验收后立即进行混凝土浇筑。认真清除孔底浮渣，排净积水，浇筑过程中防止地下水流入。人工挖掘成孔过程中，应严格按操作规程施工。井面应设置安全防护栏，当桩孔净距小于2倍桩径且小于2.5m时，应间隔挖孔施工。2.2.5灌注桩施工质量要求及完全技术灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋骨架制作及安放、混凝土搅拌及灌注等三个施工过程的质量检查。施工前应对水泥、砂、石子、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段也应进行检查。

2.2.5.1成孔质量检查及要求(1)桩位偏差必须符合表2.6的规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。(2)灌注桩成孔深度的控制要求锤击套管成孔，桩尖位于坚硬、硬塑粘性土、碎石土、中密以上的砂土、风化岩土层时，应达到设计规定的贯入度；桩尖位于其他软土层时，桩尖应达到设计规定的标高。泥浆护壁成孔、干作业成孔，应达到设计规定的深度。灌注桩的沉渣厚度：当以摩擦力为主时，不得大于150mm；当以端承力为主时不得大于50mm。

表2.6灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差

序号成孔方法桩径允许偏差(mm)垂直度允许偏差(%)桩位允许偏差(mm)1～3根、单排桩基垂直中心线方向和群桩基础的边桩条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩1泥浆护壁灌注桩D≤1000mm±50<1D/6，且不大于100D/4，且不大于150D>1000mm±50100+0.01H150+0.01H2套管成孔灌注桩D≤500mm