桩基础工程培训讲义(基础知识)

第2章桩基础工程概述2.1预制桩施工2.2灌注桩施工3/31/202311.桩基础构造桩基础是一种常用的深基础形式，它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。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，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。建筑桩基通常为低承台桩基础，而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。

概述3/31/20232桩基础分类按材料分类

混凝土桩、钢桩，也有采用木、组合材料的桩。按使用功能分类

竖向抗压桩（抗压桩）、竖向抗拔桩（抗拔桩）、水平受荷桩（主要承受水平荷载）、复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。按承载性能分类

摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承摩擦桩桩顶荷载则主要由桩侧阻力承受。端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受；摩擦端承桩桩顶荷载则主要由桩端阻力承受。

概述3/31/20233按施工方法分类

预制桩、灌注桩。预制桩是在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。按挤土状况分类

非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上管桩属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土(预应力混凝土)管桩、H型钢桩、敞口钢管桩等属于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。

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§2.1预制桩施工

预制桩包括混凝土预制桩、钢桩两种。混凝土预制桩常用的有钢筋混凝土实心方桩、预应力混凝土空心管桩。钢桩有钢管桩、H型钢桩、其他异性钢桩。

沉桩方法有锤击沉桩、振动沉桩和静力沉桩等。本节以钢筋混凝土方桩为例介绍沉桩的施工工艺，其它桩形施工方法类似，不再重复。

3/31/202352.1.1预制桩的制作

场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降；叠浇层数≯4层，上下层及邻桩之间应做好隔离层，混凝土的浇筑应待下层或邻桩设计强度达到30％以上方可进行；桩所用混凝土强度等级不宜低于C30;预应力桩不宜低于C40；

桩的纵向钢筋配筋率：锤击沉桩不宜小于0.8%，静力压桩不宜小于0.6%；桩顶范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片；主筋位置必须正确，保护层不得过厚；钢筋接长用对焊，接头错开；混凝土由桩顶至桩尖连续浇筑，严禁中断；桩顶应制作平整。3/31/202362.1.2预制桩的起吊、运输、堆放预制桩的起吊混凝土强度：起吊移位——≮70％设计强度；运输、打桩——≮100％设计强度。运输：合理设置吊点：正负弯矩值基本相等。+M－M3/31/202372.预制桩运输3.预制桩堆放堆放地点应平整坚实，排水通畅；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；堆放层数不宜过多，一般不宜超过4层；避免二次搬运。(录像)吊、运平稳，避免损坏。当运距不大时，可采用滚筒、卷扬机等拖动桩身运输；当运距较大时可采用小平台车运输。运输过程中支点应与吊点位置一致。3/31/202384钢管桩的制作、运输和堆放。钢管桩一般使用无缝钢管，也可采用钢钣卷板焊接而成，一般在工厂制作。按卷板制作工艺区分，有直缝钢管桩和螺旋缝钢管桩两种。钢管桩的直径为400～3000mm,管壁厚度为6～50mm。一般由一节上节桩、若干节中节桩与一节下桩组成。3/31/20239钢管桩桩端有开口型和闭口型两种。为使开口型桩端穿透硬土层或含漂砾土层而不过于损伤桩端，可用焊接圆形补强环对桩端作增厚处理（图2-25b）,或用焊接十字肋对桩端作补强处理(图2-25c)。闭口型桩端是在桩端带上桩靴，多用于端承桩,常有平底型、尖端型和下端缩小型(图2-25d、e、f)。钢管桩的头部承受桩锤通过桩帽传来的冲击力，根据冲力和地基阻力的大小，钢管桩的头部可以采用开口或补强的方法。补强方法有补强环、补强环加十字肋和补强板三种（图2-18）。3/31/202310

图2-183/31/202311钢管桩在地下的腐蚀率约为0.05～0.03mm/y，处于海水或海底土层中的腐蚀率可为0.15mm/y，所以对钢管桩的防腐处理尤为重要。防腐处理方法有：外表面涂防腐层(如防腐油漆、环氧煤焦油和聚氨酯类涂料等)、增加腐蚀余量和阴极保护等。当钢管桩内壁与外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。

3/31/202312钢管桩堆放场地应平整、坚实、排水畅通；两端应设保护圈，防止搬运时因桩体撞击而造成桩端、桩体损坏或弯曲变形；应按规格、材质分别堆放，堆放高度不宜太高，一般为3～5层，以防止受压变形；支点设置应合理，钢管桩两侧面应用木楔塞牢，防止滚动。钢管桩一般按两点起吊，在起吊、堆放、运输过程中，应尽量避免碰撞，防止管料破损、管端变形和损伤。3/31/2023132.1.3预制桩沉桩（1）打桩机械打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三个部分。桩锤是对桩施加冲击力，将桩打入土中的机具；桩架的作用是将桩吊到打桩位置，并在打桩过程中引导桩的方向，保证桩锤能沿要求的方向冲击；动力装置包括驱动桩锤及卷扬机用的动力设备。

1.锤击沉桩的施工方法3/31/202314

施工中常见的桩锤有落锤、蒸汽锤（单动汽锤、双动汽锤）、柴油汽锤和液压锤。

落锤

是指桩锤用人力或机械拉升，然后自由落下，利用自重夯击桩顶。

优缺点：

构造简单、使用方便、冲击力大，能随意调整落距，但锤打速度慢，效率较低、桩身易损失。落锤重量一般为0.5~1.5t，重型锤可达数吨

适用范围

适宜打各种桩；粘土、含砾石的土和一般土层均可使用。3/31/202315优缺点：

构造简单、落距短，对设备和桩头不易损坏，打桩速度及冲击力较落锤大，效率较高。适用范围

适于打各种桩。B.单动汽锤单动汽锤工作原理图利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举，然后由锤的自重向下冲击沉桩。只在上升时耗用动力，下降靠自重；

3/31/202316双动汽锤工作原理图C.双动汽锤利用蒸汽或压缩空气的压力将锤头上举及下冲，增加夯击能量。优缺点：冲击次数多、冲击力大、工作效率高，可不用桩架打桩，但需锅炉或空压机，设备笨重，移动较困难。

适用范围适宜打各种桩，便于打斜桩；使用压缩空气时可在水下打桩；可用于拔桩。

3/31/202317D.柴油锤利用燃油爆炸，推动活塞，引起锤头跳动。优缺点：附有桩架、动力等设备，机架轻、移动便利、打桩快、燃料消耗少，有重量轻和不需要外部能源等优点。适用范围最宜用于打木桩、钢板桩；不适于在过硬或过软的土中打桩。导杆式柴油锤工作原理图3/31/2023183/31/202319E.振动桩锤利用偏心轮引起激振，通过刚性连接的桩帽传到桩上。优缺点：沉桩速度快，适应性大，施工操作简易安全，能打各种桩并帮助卷扬机拔桩。

适用范围适宜于打钢板桩、钢管桩、钢筋混凝土和土桩；宜用于砂土，塑性粘土及松软砂粘土；在卵石夹砂及紧密粘土中效果较差。3/31/202320锤型柴油锤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桩的截面混凝土预制桩的边长或直径（cm）25~3535~4040~4545~5050~5555~60钢管桩的直径（cm）40609090~100持力层粘性土粉土一般进入深度（m）1.0~2.01.5~2.52.0~3.02.5~3.53.0~4.03.0~5.0静力触探比贯入度平均值（MPa）345>5砂土一般进入深度（m）0.5~1.00.5~1.51.0~2.01.5~2.52.0~3.02.5~3.5标准贯入击数N（未修正）15~2520~3030~4040~4545~5050常用的控制贯入度（cm/10击）

2~3

3~54~8

设计单桩极限承载力（kN）400~1200800~16002500~40003000~50005000~70007000~10000在选择打桩机具时，应根据地基土壤的性质、工程的大小、桩的种类、施工期限、动力供应条件和现场情况确定。3/31/202321桩架作用：支撑锤桩吊桩就位打桩导向类型（常用）：

多功能桩架（沿轨道行驶的）

：机动适应性好；大、装拆运麻烦。履带式桩架（装在履带底盘上）

：移动方便，适用范围广。 步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。3/31/202322（2）打桩施工A.准备工作（1）场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；（2）放轴线、定桩位、设置水准点（≮2个）；（3）确定打桩顺序：挤土直接影响打桩进度、施工质量以及周围环境。（4）接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验。

（5）进行打桩试验：≮2根，检验工艺、设备是否符合要求。3/31/202323B.打桩顺序

防止土向一个方向挤压，这样有可能最后打入的桩难打或者桩的入土深度减少，直接影响打桩进度和施工质量。打桩顺序是否合理，还应考虑挤土对周围环境（如建筑物）的影响。3/31/202324（1)当桩中心距<4倍桩径时，可：①自中间向四周打设；②由中心向两侧对称打；③分段对称打。（2)当桩中心距4倍桩径时，可按施工方便打；（3)当桩的规格不同时，先大后小，先长后短；（4)当桩尖设计标高不同时，先深后浅。3/31/202325C.打桩工艺工艺顺序：设置标尺→桩架就位→吊桩就位→扣桩帽、落锤、脱吊钩→低锤轻打→正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。要点：采用重锤低击，开始要轻打；连续施打，减少回弹固结；注意贯入度变化，做好打桩记录（编号、每米锤击数、桩顶标高、最后贯入度…）；如遇异常情况（贯入度剧变；桩身突然倾斜、位移、回弹；桩身严重裂缝或桩顶破碎），暂停施打，与有关单位研究处理。3/31/202326（3）打桩的质量控制1）满足承载力要求：端承桩－控制最后贯入度为主(参考标高)摩擦桩－控制沉桩标高为主(参考最后贯入度)2）偏差:桩位偏差：排桩―偏轴≯100，顺轴≯150mm；群桩－

≯1/3桩径或边长；垂直偏差

≯1%;3）桩不受损：桩顶、桩身不打坏，桩顶下1/3桩长内无水平裂缝。3/31/202327（4）打桩对周边环境的影响及其防治1）打桩对周边环境的影响振动、噪音、挤土、孔隙水压力增大2）防治

预钻孔沉桩袋装砂井或塑料排水板挖防震沟重锤低击控制打桩速度和打桩顺序静力压桩水冲法辅助打桩3/31/202328D接桩接桩。当施工设备条件对桩的限制长度小于桩的设计长度时，需采用多节桩段连接而成。多节桩段使垂直承载能力和水平承载能力受其影响，桩的贯入阻力也有所增大。影响程度主要取决于接头的数量、结构形式和施工质量。规范规定混凝土预制桩接头不宜超过两个，预应力管桩接头数量不宜超过四个。良好的接头构造形式，不仅应满足足够的强度、刚度及耐腐蚀性要求，而且也应符合制造工艺简单、质量可靠、接头整体性强、具有相同断面和强度、在运输打入过程中不易损坏、现场连接操作简便迅速等条件，此外，还应做到接触紧密，以减少锤击能量损耗。3/31/202329接头的连接方法有：焊接法、浆锚法、法兰法三种类型，常用焊接法。1）

焊接法。焊接法适用于单桩承载力高、长细比大、桩基密集或须穿过一定厚度较硬土层，沉桩较困难的桩。混凝土方桩焊接法接桩的节点构造如图2-37所示。上、下节桩对准后，将桩锤降下，压紧桩顶，节点间若有间隙，用铁片垫实焊牢；施焊前，节点部位预埋件与角铁要除去锈迹、污垢，保持清洁；焊接时，先将四角点焊固定，再次检查位置正确后，由两人对角同时对称施焊，以减少焊接变形。

3/31/202330图2-373/31/202331预应力高强混凝土管桩焊接法接桩的节点构造如图2-38所示。应使上下节端头板对齐，采用电弧焊或二氧化碳保护焊，由两人同时对称施焊。应分层施焊，各层焊缝接头错开，焊渣应清除，焊缝高度应高出端头板边缘，焊接完毕，冷却1min后方可继续沉桩。图2-383/31/202332钢管桩焊接法接桩的节点构造如图2-39所示。接桩时，首先要清除上下节桩接触端上下30~50mm内的铁锈、油污等杂质，保持干燥；下节桩顶经锤击后的变形部分应削除；上下节桩应校正垂直度，对口的间隙为2~3mm；接头焊接应对称进行；应分层施焊，各层焊缝的接头应错开，焊渣应清除；接头焊接完毕，冷却1min后方可锤击。焊接接头应按总数的10%做焊缝探伤检查。3/31/202333图2-393/31/2023342）浆锚法。浆锚法节约钢材、操作简便、接桩时间比焊接法大为缩短，一般在混凝土方桩中使用。理论上浆锚法与焊接法一样，施工阶段节点能够安全地承受施工荷载和其他外力；使用阶段能同整根桩一样工作，传递垂直压力或拉应力。但在实际施工中，浆锚法受原材料质量、操作工艺等因素的影响，出现接桩质量缺陷的机率较高，故应谨慎使用。一般适用于软土层，且对一级建筑桩基或承受拔力的桩宜慎重选用。

3/31/202335浆锚法接桩节点构造如图2-40所示。接桩时，首先将上节桩对准下节桩，使锚筋插入锚筋孔（孔径为锚筋直径的2.5倍），放落上节桩身，使其结合紧密。然后将上节桩上提约200mm（以锚筋不脱离锚筋孔为度），安设好施工夹箍（由四块木板，内侧用人造革包裹40mm厚的树脂海绵块而成），将加热熔化的硫磺胶泥（温度控制145°左右）注满下节桩的锚筋孔和接头平面上，再将上节桩放落，当硫磺胶冷却并拆除施工夹箍后即可继续沉桩。

3/31/202336图2-403/31/202337硫磺胶泥是一种热塑冷硬性胶结材料，它是由胶结料、细骨料、填充料和增韧剂熔融搅拌混合而成。其质量配合比（%）为：硫磺∶水泥

∶粉砂∶聚硫780胶＝44∶11∶41∶1。现场一般采用半成品的硫磺胶泥。为保证硫磺胶泥接桩质量，应做到：锚筋刷清并调直；锚筋孔内应有完好螺纹，无积水、杂物和油污；接桩时接点的平面和锚筋孔内应灌满胶泥；灌注时间不得超过2min；灌注后停歇时间应符合表2-1规定。

3/31/202338表2-1

硫磺胶泥灌注后需停歇的时间间隔桩截面/mm2不同气温下的停歇的时间/min0~10℃11~20℃21~30℃31~40℃41~50℃打入桩静压桩打入压静压桩打入压静压桩打入桩静压桩打入桩静压桩400×40064851071391712450×45010612714917112114500×50013/15/18/21/24/3/31/2023392.静力压桩静力压桩是在均匀软弱土中利用压桩架（型钢制作）的自重和配重，通过卷扬机的牵引传到桩顶，将桩逐节压入土中的一种沉桩方法。这种沉桩方法无振动、无噪音、对周围环境影响小，适合在城市中施工。

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静力压桩机构造原理图

活动压梁油压表桩帽上段桩上段桩锚筋下段桩加压重物底盘轨道导笼口操作平台卷扬机加压钢丝绳滑轮组桩架导向笼3/31/202341压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时，压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力而使桩机上抬。这时可以最大的压桩力作用在桩顶，采取停车再开、忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下沉穿过砂层。如果工程中有少量桩确实不能压至设计标高而相差不多时，可以采取截