桩基础工程之预制桩与灌注桩详解图文丰富

2023/11/101桩基础工程概述1预制桩施工2灌注桩施工2023/11/102概述

高层建筑荷载大，占地面积小，在软土地基地区施工，大多采用桩基、箱基，或者桩基加箱基。如我国天津、上海、宁波、福州、广州、深圳等沿海一带软土地基地区广泛采用。2023/11/103过去以预制桩为主，除钢筋混凝土方桩外，还采用预应力混凝土桩、钢管桩等，有的预应力钢筋混凝土桩，长度达70余米。上海88层金茂大厦用的钢管桩为Φ14×12，桩长65m，送桩18m；2023/11/104近年来，灌注桩得到很大发展，有冲孔、钻孔、挖孔等，且大直径钻孔灌注桩愈来愈受到重视，发展较快；此外，还发展了一些新的成桩工艺，如钻孔压浆成桩法等。同时，在预防沉桩对周围环境的影响及灌注桩的质量检验等方面都有长足的进步。2023/11/1051.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

桩基础构造桩基础包括：桩体和承台。荷载传递路径：上部结构承台桩地基桩的分类按荷载传递机理分：端承桩、摩擦桩。桩端阻力桩侧阻力2023/11/107桩基础按受力性质分端承桩摩擦桩按材料分钢筋砼桩预应力钢筋砼桩复合地基桩按制作方法分预制桩现浇桩人工成孔灌注桩机械成孔灌注桩摩擦桩端承摩擦桩摩擦端承桩端承桩木桩钢桩钻孔灌注桩冲孔灌注桩挖孔灌注桩沉管灌注桩爆扩桩3.桩的类型2023/11/108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）。概述2023/11/109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。2023/11/1010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。2023/11/1011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。

2023/11/1012

§3.1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、静力沉桩和水冲法等。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。

2023/11/1013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。2023/11/1014钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工2023/11/10152023/11/1016

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：吊点间的跨中弯矩与吊点处负弯矩相等。+M－M2023/11/10172.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。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。2023/11/1018

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2023/11/10192023/11/1020

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。2023/11/1021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；

2023/11/1022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。

2023/11/1023D.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2023/11/10242023/11/1025E.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。2023/11/1026JZZ75振动桩机，功率43.5kW，最大沉桩直径0.50m，最大沉桩深度31m，适用于振动沉管灌注桩施工。

2023/11/10272023/11/1028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。2023/11/1029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。2023/11/1030履带式桩架多功能桩架2023/11/1031（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。2023/11/1032B.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。2023/11/1033（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。2023/11/1034C.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。2023/11/1035常见问题分析打坏打歪打不下

2023/11/1036桩顶、桩身打坏的原因和处理1、打桩时，桩的顶部由于直接受到冲击而产生很高的局部应力-----顶部的配筋应做特别的处理。2023/11/10372、桩身的混凝土保护层太厚-----主筋需摆正3、桩垫材料选用不合适或打坏-----采用材质均匀、强度高、弹性好的桩垫4、桩的顶面与桩的轴线不垂直，局部受冲击-----保证垂直度，及时纠正2023/11/10385、过打现象。（由于桩尖通过硬层等原因，使桩下沉速度慢而施打时间长，锤击次数多或冲击能量过大）-----分析土质，改善操作方法6、桩身的混凝土强度不高，或未达到养护期，影响了桩的强度。-----加钢夹箍用螺栓拉紧焊牢2023/11/1039打歪的原因和处理1、原因（1）桩顶不平、等桩的质量问题，（2）与操作有关，如：初入土时，桩身就歪斜，未及时纠正就施打。2023/11/10402、处理方法1、保证打桩机的导架的垂直度2、桩尖要对准桩位，桩顶和桩帽要正确结合3、刚打时，要采用小落距，边打边检查，稳定后在按要求的落距打4、桩顶不平，产生桩尖偏心----保证桩的质量2023/11/1041打不下的原因和处理方法1、桩顶或桩身已打坏，无法有效地传递荷载

----拔出桩，与设计部门协商，再做处理。2023/11/10422、土层中夹有较厚的砂层或其它硬土层，或者遇上钢渣、孤石等障碍物，仍进行盲目施打。

-----同设计勘探部门共同研究解决砂或硬土2023/11/10433、由于土的固结作用，使桩身周围的土与桩牢固结合，钢筋混凝土桩变成了直径很大的土桩而承受荷载，很难继续将桩打下去-----应在准备条件完善的前提下，保证连续施打4、一桩打下，邻桩上升。（由于桩身土体受到挤密和扰动，容易造成近地面的地表面隆起和水平移动-----改变打桩的顺序，由中间向两边对称施打或中间向四周施打2023/11/1044桩顶破碎

打桩时，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。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。2023/11/1045(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。D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2023/11/1048打入预制桩－第一节桩体打入预制桩－电焊接桩打入预制桩－末节桩体2023/11/1049（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。2023/11/10502.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。

吊桩连续压桩接桩（管口焊接） 压入一节预应力管桩静压桩施工过程2023/11/1052

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2023/11/10531－1全液压式静力压桩机压桩示意图2023/11/10542023/11/1055液压式静力压桩机2023/11/10562023/11/1057

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，可以采取截去桩顶的办法。

压桩与打桩相比:由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及其配筋只要满足吊装弯矩和使用期受力要求就可以，因而桩的断面和配筋可以减小;压桩引起的挤土也小的多，因此压桩是软土地区一种较好的沉桩方法。

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。

静压力对桩的下沉也有很大的影响，只有当静压力（包括桩的自重）超过某值时才发现沉桩现象，振动沉桩机必须有足够的重量，必要时还应附加配重。振动沉斜桩作业图DZM系列液压振动锤(配挖掘机用)（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。2023/11/1064水冲法沉桩（射水沉桩）

射水沉桩方法往往与锤击（或振动）法同时使用，具体选择应视土质情况而定。必须注意，不论采取任何射水施工方法，在沉入最后阶段1~1.5m至设计标高时，应停止射水，用锤击或振动沉入至设计深度，以保证桩的承载力。预制桩施工对环境的影响及其防护措施预制桩施工对环境效应主要表现在挤土问题以及打桩的噪声、振动等对周围环境、邻近建筑物及地下管线的不利影响。挤土效应及振动对周围环境不利影响表现轻则为：使建筑物的粉刷脱落，墙体和地坪开裂；重则使圈梁和过梁变形、门窗起闭困难、邻近的地下管线破损或断裂、路基变形、邻近结构物基础被推移、周围开挖基坑坍塌或推移增大等。1）挤土效应及保护根据实测表明，地面隆起量与打桩速率、桩数有直接的关系，打桩速率越快，隆起量也越大。在挤土桩施工区内，可根据基础平面形状、桩数、桩径、桩长、桩距、地质条件、地下水位高低情况、施工期等诸因素，合理选择以下几种措施，达到消除或减少挤土效应对周围环境的影响。①预钻孔沉桩法

根据施工实践经验，采用预钻孔沉桩法可明显改善挤土效应，地基明显改善,地基土变位可减少30%～50%，超孔隙水压力值可减少40%～50%，并可减少对已沉入桩的挤推和上浮，也有利于减少对周围环境的影响。预钻孔直径一般取桩径的70%左右，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定，预钻孔深度宜取桩长的1/3～1/2，应随钻随打。钻孔法施工时，应检查有否发生卡杆现象，起吊钢丝是否牢固，卷扬机刹车是否完好，信号设备是否明显。钻孔桩的孔口必须加盖。成桩附近严禁堆放重物。施工过程应随时查看桩机施工附近地面有无开裂现象，防止机架和护筒等发生倾斜或下沉。每根桩的施工应连续进行，如因故停机，应及时提上钻具；保护孔壁，防止造成塌孔事故。②采用降低地下水位或改善地基土排水特性的方法通常采用井点或集水井降水措施，或采用袋装砂井、砂桩、碎砂石桩、塑料排水板等排水措施，减少和及时疏导由沉桩引起的超静孔隙水压力，防止砂土液化或提高邻近地基土体的强度以增大其对地基变位的约束作用，从而减少地基变位的影响范围。一般采用砂井等排水措施，可降低超孔隙水压力40%左右，袋装砂井直径一般为70～80mm，间距1～1.5m，深度10～12m。③采用合理的沉桩顺序和工艺合理安排沉桩顺序、控制沉桩速率、重锤轻击以及先开挖基坑后沉桩等措施，对减缓超静孔隙水压力的积聚、超孔隙水的消散及减少影响范围、土体变位，减轻对周围环境的影响程度等，都有明显的效果。④设置防挤防震沟对于消除浅层的水平挤压作用，减少土体变位及影响范围，隔断打桩产生