项目一 桩基础工程基本知识

单元五桩基础工程施工单元概述：一般情况下，工业与民用建筑物多采用浅基础，它造价低廉，施工简便。

当遇到天然浅土层软弱，可以采用各种地基处理的方法进行人工加固，从而形成人工处理地基浅基础。

如果是土层软弱，建筑物为高层建筑、上部荷载很大的工业建筑或者对变形和稳定有严格要求的一些特殊建筑，无法采用浅基础时，则经过技术经济比较后就要采用深基础。

桩基础是一种最常用的深基础形式之一，适用范围很广。

本单元将重点介绍桩基础的施工。

学习目标：1、了解桩基础的组成、作用和分类；钢筋混凝土预制桩的预制、起吊和运输工作，能根据具体情况正确选择沉桩方法、沉桩设备和沉桩顺序，正确的选择接桩方法；掌握预制桩施工工艺和施工要点。

2、了解灌注桩的种类、特点和适用性。

掌握沉管灌注桩的施工工艺流程、质量控制；熟悉泥浆护壁成孔灌注桩护筒的作用及要求，水下浇筑混凝土方法。

3、熟悉桩基工程常见的质量通病及防治措施；熟悉桩基础的检测和桩基础工程施工方案。

4、了解桩基工程施工方案编制方法，熟悉泥浆护壁成孔灌注桩专项施工方案的编制。

具有组织地基处理及桩基础施工的能力；能够编制桩基工程的专项施工方案。

学习重点：1、预制桩施工：预制桩的制作、起吊、运输、堆放等施工方法；打桩的质量控制。

2、灌注桩施工：钻孔灌注桩、沉管灌注桩和人工挖孔桩的施工方法、质量要求及施工中常见问题的分析与处理。

3、桩基础的检测内容、验收等的相关知识。

教学建议：1、每周安排一次多媒体教学，运用现代教学手段，采用ppt课件，穿插一些现场施工图片，播放一些桩基础施工工艺flash动画演示或现场施工工艺录像，使学生加强感性认识。

2、力求理论紧密联系实践，每章安排一次施工现场参观，进行现场模拟教学。

3、实习课安排在建筑施工工地进行，结合工程实际，增强实习效果，使学生最大限度的实现学习目标。

4、本单元学习建议采用项目教学法、案例教学法。

关键词桩基础Pile Foundation；灌注桩cast-in-place pile预制钢筋混凝土桩Pre-cast reinforced concrete piles；施工工艺Construction Technology；质量控制Quality Control；钻孔灌注桩Bored piles；质量通病Common Quality Defect ；振动灌注桩vibro-pile；检测与验收 Inspection and Acceptance项目一桩基础工程基本知识【职业能力目标】桩基础是一种常用的深基础形式，适用范围很广。

它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成，桩基础方案的选择是综合各种因素而定。

通过本项目的学习，应熟悉桩基础的基本概念、类型以及桩基础工程量计算的相关知识。

【关键词】（中英文）桩基础Pile Foundation；桩基础的分类Classification of pile foundation 适用范围application scope任务一桩基础的概念与适用范围一、概述桩基础（Pile Foundation）是一种现代高层建筑物和重要建筑物工程中被广泛采用的基础形式。

它是由设置于土中的基桩和承接结构荷载的承台共同组成。

如图5－1所示。

基桩是指群桩基础中的单桩，而群桩基础是由两根以上基桩组成的桩基础。

桩顶设置承台，其作用是把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给各桩。

桩基础的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。

它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用，已广泛用于房屋地基、桥梁、水利等工程中。

图5-1桩基础示意图1-持力层2-基桩3-桩承台4-上部建筑物5-软弱土层二、桩基础的适用范围（Application Scope）一般来说，桩基础的选择主要应根据场地的工程地质条件、设计方案的技术经济比较以及施工条件而定。

在下列情况下可考虑选用桩基础方案：（1）高、重建筑物下的浅层地基土承载力与变形不能满足要求时；（2）地基软弱，而采用地基加固措施在技术上不可行或经济上不合理时，或地基土性特殊，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等特殊土时；（3）除了存在较大的垂直荷载外，还有较大的偏心荷载、水平荷载、动力荷载及周期性荷载作用时；（4）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受相邻建筑或大面积地面荷载的影响时；（5）对精密或大型的设备基础需要减少基础振幅，减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；（6）地下水位很高，采用其它基础形式施工困难，或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、采油钻井平台等；（7）可液化地震区的地基中，考虑增加结构物的抗震能力，消除或减轻地震对结构物的危害时。

必须指出，桩基础虽有许多优点，但当上层软弱土层很厚、桩底不能到达坚实土层时，就需要用较多、较长的桩来传递荷载，且沉降量较大，稳定性也稍差。

当覆盖层很薄时，桩的稳定性也会有问题，并且不一定经济。

这时应经过多种方案比较才能较好地确定基础类型。

任务二桩基础的类型桩可从不同的方面进行分类，分类的目的是为了掌握桩的不同特点以便设计时根据现场的具体条件(位置、地形、地质条件以及上部结构)合理地选择桩类和桩型。

根据不同的需要，按照不同的标准，桩基础的分类（Classification of pile foundation）有：一、按荷载传递的方式桩在竖向荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担。

桩侧阻力、桩端阻力的大小及分担荷载的比例，主要由桩侧、桩端地基土的物理力学性质、桩的尺寸和施工工艺决定。

根据竖向荷载下桩土相互作用特点、桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载的比例，将桩分为摩擦桩和端承桩两大类，如图5-2所示。

图5-2 桩基础的分类（一）(一) 摩擦桩是指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担。

工作时桩悬浮在软弱土层中，外部荷载主要通过桩身侧表面于土层的摩阻力传递给周围的土层，桩尖部分承受的荷载很小，一般不超过10% 。

(二) 端承桩是指桩穿过软弱土层，而达深层坚硬土层的桩。

外部荷载通过桩端直接传给坚硬层，桩的承载力主要由桩的端部提供，一般不考虑桩侧摩阻力的作用。

如果桩的长径比(即桩长与桩的直径的比值)很大，由于桩身的压缩，桩侧摩阻力也可能发挥部分作用。

端承桩与摩擦桩的区别在于：1、两者的受力不同，端承桩主要以桩尖阻力承担全部荷载，而摩擦桩主要靠桩身于土层的摩阻力承担全部荷载。

2、施工控制不同，端承桩施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高作为参考。

摩擦桩施工时以控制桩尖设计标高为主，贯入度可做参考。

如图5-3所示。

图5-3端承桩与摩擦桩的施工控制所谓贯入度，指最后贯入度，施工中一般采用最后三次每击10锤的平均入土深度作为标准，由设计通过试桩确定。

二、按承台的位置高低工程中的桩基础，往往由数根桩组成，桩顶设置承台，把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给桩。

如图5-4所示,按承台的位置高低可分为：(一)低承台桩基础是桩身全部埋入土中，承台底面与土体接触；(二)高承台桩基础是桩身上部露出地面，承台底面位于地面以上。

一般情况下,建筑物桩基础通常为低承台桩基础，而码头、桥梁等构筑物经常采用高承台桩基础。

（a）低承台桩基础(b) 高承台桩基础图5-4桩基础分类（二）三、按施工成桩方法(一)预制桩是在工厂或施工现场制的桩，包括钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢管或型钢的桩等，用沉桩设备打入、压入或振入土中而形成的桩。

(二)灌注桩是在施工现场的桩位上先用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。

根据成孔方法不同分为钻孔、挖孔、冲孔、沉管和爆扩等灌注桩。

四、按成型过程中挤土效应(一) 挤土桩在成桩过程中，桩周围的土被挤压并压实，因而使土层受到扰动，土的工程性质受到很大改变。

这类桩主要由插入或压入的预制桩，打入的封低钢管桩和混凝土管桩，以及沉管灌注桩等。

(二) 部分挤压桩在成桩过程中，桩周围的土仅受到轻微的扰动，土的原状结构和工程性质变化不明显。

这类桩主要由打入截面为I型和H型钢桩，钢板桩、开口式的钢管桩（管内土挖除），预钻孔打入预制桩和螺旋桩等。

(三) 非挤土桩在成桩过程中，将与桩体积相同的土挖出因而桩周围的土较少受到扰动，但有应力现象。

这类桩主要有各种形式的挖孔、钻孔桩，井筒管桩等。

五、按桩身材料分类根据桩身材料的不同，桩可分为混凝土桩、木桩、钢桩和组合材料桩。

混凝土桩是目前使用最广泛的桩，而木桩在当今已不常用，其承载力不大，寿命也不长，，一般用于临时工程，使用时宜作防腐处理。

常见的钢桩有型钢桩两类，型钢桩用的较多的是H型钢桩和工字型钢桩。

由于成本高，我国只在少数重点工程中使用，如上海宝钢曾采用直径914.4mm、壁厚16mm长61m等几种规格的钢管桩。

组合材料桩是指用两种或两种以上材料组合而成的桩，如钢管内填充混凝土形成钢管混凝土桩、上部桩身和下部桩身采用不同的材料的桩等。

六、按桩径大小分类根据桩身直径的大小可以分为小桩、中等直径桩、大直径桩。

小桩是指桩径d≤250mm的桩，一般用于基础加固和复合基础。

中桩直径是指桩径250<d<800mm的桩，建筑桩基应用较多。

大直径桩是指桩径d≥800mm的桩，特点是单桩承载力较高，常用于上部结构荷载特别大的基础。

任务三桩基础工程量计算桩基础作为常见的深基础形式之一，是由桩身和承台组成，其形式见图5-5所示。

其工程量的计算应先从桩基础的基本组成入手，应按照分类和施工方法等不同，依据工程预算的相关计算规则进行。

图5-5桩基础一、桩基础定额工程量计算规则（一）有关问题说明1. 土壤级别桩基础工程分部综合基价中，土壤级别的划分综合为一级土和二级土两种类型。

一级土为易穿过土壤，二级土为不易穿过土壤。

土壤级别的划分应按表5—1综合确定。

表5—1桩基础工程土壤级别划分表2. 桩基础分类及施工顺序（1）预制桩基础。

预制桩基础包括混凝土预制桩和钢桩。

混凝土预制桩分实心桩（如方桩、板桩等）和管桩；钢桩分钢管桩和钢板桩。

其中，混凝土预制桩的施工顺序为：桩的制作→运输→堆放→打（压）桩。

（2）混凝土灌注桩基础（现浇桩基础）。

灌注桩基础按施工方法分为泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、干作业成孔灌注桩、爆破灌注桩、人工挖孔灌注桩等，其施工顺序为：桩位成孔→安放钢筋笼→浇混凝土成桩。

（二）打预制钢筋混凝土桩打桩是利用桩锤下落产生的冲击能量将桩沉入土中。

其体积按设计桩长（包括桩尖，不扣除桩尖虚体积）乘以桩断面面积计算，管桩的空心体积应扣除。

如果管桩的空心部分按设计要求灌注混凝土或灌注其他填充材料时，应另行计算。

如图5-6所示，计算式如下：预制混凝土方桩工程量= a×b×L×N预制混凝土管桩工程量= π×（R2－r2）L×N预制混凝土板桩工程量= b×t×L×N式中：N——桩根数说明：本节计算的是预制钢筋混凝土桩打桩的工程量，其制作及运输工程量应分别按有关规定计算。