桥梁基础工程施工教案

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课程： 桥梁基础工程施工 09-10 学年 第_1学期 第 2 周 8 月 31日

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讨论: 什么是基础?基础有哪些? 我国已经有哪些有名的工程?

第一节 导 论

1.几个概念：

1）基础与地基、桥梁基础工程。

任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。

基础工程施工包括建筑物的地基与基础施工。

2）.根据地层变化情况、上部结构的要求、荷载特点和施工技术水平，可采用不同类型的地基和基础。 3）地基的分类与施工

地基可分为天然地基与人工地基。未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基。如果天然地层土质过于软弱或存在不良工程地质问题，需要经过人工加固或处理后才能修筑基础，这种地基称为人工地基——>第六章特殊地基处理

4）基础的分类与常用施工方法： 根据埋置深度分为浅基础和深基础。

通常将埋置深度较浅（一般在5米以内），且施工简单的基础称为浅基础；若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上，且施工较复杂时称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础，在设计和施工中有些问题需要作为深基础考虑。

桥梁及各种人工构造物常用天然地基上的浅基础。——>明挖； 当需设置深基础时常采用桩基础或沉井基础，——>桩基施工； 2.现状：

而我国公路桥梁应用最多的深基础是桩基础。目前我国公路建筑物基础大多采用混凝土或钢筋混凝土结构，少部分用钢结构。在石料丰富的地区，就地取材，也常用石砌基础。只有在特殊情况下（如抢修、建临时便桥）采用木结构。

3.基础工程的重要性：

工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量的优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用甚至安全。基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基础更是如此。因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。 4、课程内容的基本要求

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1.浅基础和深基础的概念。识别浅基础的常用类型（扩大基础、联合基础、独立基础等）。会懂得刚性扩大基础的施工方法。掌握基础设置深度的确定的影响因素。掌握地基容许承载力的计算（按理论公式、荷载试验、规范承载力来确定）。

2.桩基础的分类和构造。合理选择桩基础的施工方法（钻孔灌注桩、挖孔灌注桩、沉管灌注桩、打入桩、水中桩基）。会对桩基础进行质量检验。

3.能复述出沉井基础的基本概念、作用及适用条件、类型和构造。对重现沉井的施工方法（旱地上和水中沉井的施工）。

4.会地基处理的目的和方法。掌握软土的工程特性，掌握软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算。掌握换土垫层法的作用和设计要点（砂垫层厚度、宽度的确定方法）。掌握排水固结法、挤密法、夯实法、化学固化法、土工合成材料加筋法等的原理和应用条件。掌握复合地基承载力和沉降计算。

5.识别几种特殊地基的工程特性及基础工程应注意事项。尤其是湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻土地区、地震区的基础工程。 5、基础工程学科发展概况

远在1300多年前隋朝时所修建的赵州安济石拱桥，不仅在建筑结构上有独特的技艺，而且在地基基础的处理上也非常合理，该桥桥台座落在较浅的密实粗砂土层上，沉降很小，现反算其基底压力约为500kPa～600kPa，与现行的各设计规范中所采用的该土层容许承载力的数值（550kPa）极为接近。

基础工程既是一项古老的工程技术又是一门年轻的应用科学，发展至今在设计理论和施工技术及测试工作中都存在不少有待进一步完善解决的问题，随着祖国现代化建设，大型和重型建筑物的发展将对基础工程提出更高的要求，我国基础工程科学技术可着重开展以下工作：开展地基的强度、变形特性的基本理论研究;进一步开展各类基础型式设计理论和施工方法的研究

国外近年来基础工程科学技术发展也较快，一些国家采用了概率极限状态设计方法。将高强度预应力混凝土应用于基础工程，基础结构向薄壁、空心、大直径发展，采用的管柱直径达6m，沉井直径达80m（水深60m）并以大口径磨削机对基岩进行处理，在水深流速较大处采用水上自升式平台进行沉桩（管柱）施工等。

2.桥梁基础工程施工的参考文献 1）建筑桩基技术规范JGJ94-2008

2）公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024－04

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第二节 基础工程设计和施工所需的资料及计算荷载的确定

引入：

1.讨论：基础工程的施工方案考虑的主要因素是什么？

基础工程的施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情况来研究确定。因此，应在事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实际情况的资料。

施工应对设计有一定的了解。

2.基础工程设计和施工需要的资料

桥梁的地基与基础在设计及施工开始之前，除了应掌握有关全桥的资料，包括上部结构形式、跨径、荷载、墩台结构等及国家颁发的桥梁设计和施工技术规范外，还应注意地质、水文资料的搜集和分析，重视土质和建筑材料的调查与试验。

基础工程有关设计和施工需要的地质、水文、地形及现场各种调查资料 表1-1 资料种类 （1）桥位地形 （2）桥位附近地貌、地物 1．桥位平面图（或桥址地 （3）不良工程地质现象的分布位置 形图） （4）桥位与两端路线平面关系 （5）桥位与河道平面关系 （1）桥位地质勘测调查资料包括河床地层分层土（岩）类及岩性，层面标高，钻孔位置及钻孔柱2．桥位工程地质勘测报告状图 及工程地质纵剖面图 （2）地质、地史资料的说明 （3）不良工程地质现象及特殊地貌的调查勘测资料 （1）钻孔资料 （2）覆盖层及地基土（岩）层状生成分布情况 3．地基土质调查试验报告 （3）分层土（岩）层状生成分布情况 （4）荷载试验报告 （5）地下水位调查 （1）桥位附近河道纵横断面图 4．河流水文调查报告 （2）有关流速、流量、水位调查资料 （3）各种冲刷深度的计算资料 （4）通航等级、漂浮物、流冰调查资料 （1）分析和掌握地基的层状 （2）地基持力层及基础埋置深度的研究与确定 （3）地基各土层强度及有关计算参数的选定 （4）基础类型和构造的确定 （5）基础下沉量的计算 （1）确定根据冲刷要求基础的埋置深度 （2）桥墩身水平作用力计算 （3）施工季节、施工方法的研究 （1）桥位、下部结构位置的选定 （2）地基持力层的选定 （3）墩台高度、结构型式的选定 （5）墩台、基础防护构造物的布置 资料主要内容 资 料 用 途 （1）桥位的选择、下部结构位置的研究 （2）施工现场的布置 （3）地质概况的辅助资料 （4）河岸冲刷及水流方向改变的估计 （5）墩台、基础防护构造物的布置

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5．其他调查资料 （1）地震 （2）建筑材料 （3）气象 （1）附近桥梁结构型式、设计书、图纸、现状 （1）就地可采取、供应的建筑材料种类、数量、规格、质量、运距等 （2）当地工业加工能力、运输条件有关资料 （3）工程用水调查 （1）当地气象台有关气温变化、降水量、风向风力等记录资料 （2）实地调查采访记录 （1）气温变化的确定 （2）基础埋置深度的确定 （3）风压的确定 （4）施工季节和方法的确定 （1）掌握架桥地点地质、地基土情况 （2）基础埋置深度的参考 （3）河道冲刷和改道情况的参考 （1）施工方法及施工适宜季节的确定 （2）工程用地的布置 （1）下部结构采用材料种类的确定 （2）就地供应材料的计算和计划安排 （1）地震记录 （2）震害调查 （1）确定抗震设计强度 （2）抗震设计方法和抗震措施的确定 （3）地基土振动液化和岸坡滑移的分析研究 （4）附近桥梁的调查 （2）地质、地基土（岩）性质 （5）施工调查资料 （3）河道变动、冲刷、淤泥情况 （4）营运情况及墩台变形情况 （3）工程材料、设备供应、运输方案的拟定 （4）工程动力及临时设备的规划 （5）施工临时结构的规划

第三节．基础工程设计的几个变量的确定

一荷载的确定 1.计算荷载的确定

在桥梁墩台上的永久荷载（恒载）包括结构物的自重、土重及土的自重产生的侧向压力、水的浮力、预应力结构中的预应力、超静定结构中因混凝土收缩徐变和基础变位而产生的影响力；基本可变荷载（活载）有汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车荷载引起的土侧压力；其他可变荷载有风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支座摩阻力，在超静定结构中尚需考虑温度变化的影响力；偶然荷载有船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力。这些荷载通过基础传给地基。按照各种荷载的特性及出现的机率不同，在设计计算时，应根据可能同时出现的作用荷载进行组合，荷载组合的种类，在桥梁通用规范里有具体规定。

按照各种荷载特性及出现的机率不同，在设计计算时应考虑各种可能出现的荷载组合，一般有以下几种： 组合Ⅰ 由恒载中的一种或几种，与一种或几种活载（平板挂车或履带车除外）相组合，如该组合中不包括混凝土收缩、徐变及水的浮力引起的影响力时，习惯上也称为主要组合；

组合Ⅱ 由恒载中的一种或几种，与活载中的一种或几种（平板挂车或履带车除外）及其他可变荷载的一种或几种相组合；

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组合Ⅲ 由平板挂车或履带车与结构自重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种相结合；

组合Ⅳ 由活载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种与恒载的一种或几种与偶然荷载中的船只或漂流物撞击力相组合；

组合Ⅴ 施工阶段验算荷载组合，包括可能出现的施工荷载如结构重、脚手架、材料机具、人群、风力和拱桥单向推力等；

组合Ⅵ 由地震力与结构重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种组合。 组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ习惯上也称为附加组合。

为保证地基与基础满足在强度稳定性和变形方面的要求，应根据建筑物所在地区的各种条件和结构特性，按其可能出现的最不利荷载组合情况进行验算。所谓“最不利荷载组合”，就是指组合起来的荷载，应产生相应的最大力学效能，例如用容许应力法设计时产生的最大应力；滑动稳定验算时产生最小滑动安全系数等。因此不同的验算内容将由不同的最不利荷载组合控制设计，应分别考虑。

一般说来，不经过计算是较难判断哪一种荷载组合最为不利，必须用分析的方法，对各种可能的最不利荷载组合进行计算后，才能得到最后的结论。由于活载（车辆荷载）的排列位置在纵横方向都是可变的，它将影响着各支座传递给墩台及基础的支座反力的分配数值，以及台后由车辆荷载引起的土侧压力大小等，因此车辆荷载的排列位置往往对确定最不利荷载组合起着支配作用，对于不同验算项目（强度、偏心距及稳定性等），可能各有其相应的最不利荷载组合，应分别进行验算。

此外，许多可变荷载其作用方向在水平投影面上常可以分解为纵桥向和横桥向，因此一般也需按此两个方向进行地基与基础的计算，并考虑其最不利荷载组合，比较出最不利者来控制设计。桥梁的地基与基础大多数情况下为纵桥向控制设计，但对于有较大横桥向水平力（风力、船只撞击力和水压力等）作用时，也需进行横桥向计算，可能为横桥向控制设计。

二、基础工程设计计算的原则

基础工程设计计算的目的是设计一个安全、经济和可行的地基及基础，以保证结构物的安全和正常使用。因此，基础工程设计计算的基本原则是：

1．基础底面的压力小于地基的容许承载力； 2．地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值； 3．地基及基础的整体稳定性有足够保证； 4．基础本身的强度满足要求。

备注：应考虑地基、基础、墩台及上部结构整体作用

建筑物是一个整体，地基、基础、墩台和上部结构是共同工作且相互影响的，地基的任何变形都必定引起基础、墩台和上部结构的变形；不同类型的基础会影响上部结构的受力和工作；上部结构的力学特征也必然对基础的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求，地基和基础的不均匀沉降对于超静定的上部结构

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影响较大，因为较小的基础沉降差就能引起上部结构产生较大的内力。同时恰当的上部结构、墩台结构型式也具有调整地基基础受力条件，改善位移情况的能力。因此，基础工程应紧密结合上部结构、墩台特性和要求进行；上部结构的设计也应充分考虑地基的特点，把整个结构物作为一个整体，考虑其整体作用和各个组成部分的共同作用。全面分析建筑物整体和各组成部分的设计可行性、安全和经济性；把强度、变形和稳定紧密地与

现场条件、施工条件结合起来，全面分析，综合考虑。

三、基础工程极限状态设计

应用可靠度理论进行工程结构设计是当前国际上一种共同发展的趋势，是工程结构设计领域一次带有根本性的变革。可靠性分析设计又称概率极限状态设计。

可靠性含义就是指系统在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率。系统不能完成预定功能的概率即是失效概率。这种以统计分析确定的失效概率来度量系统可靠性的方法即为概率极限状态设计方法。

在20世纪80年代，我国在建筑结构工程领域开始逐步全面引入概率极限状态设计原则，1984年颁布的国家标准《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）采用了概率极限状态设计方法，以分项系数描述的设计表达式代替原来的用总安全系数描述的设计表达式。根据统一标准的规定，一批结构设计规范都作了相应的修订，如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）也采用了以分项系数描述的设计表达式。

1999年6月建设部批准颁布了推荐性国家标准《公路工程可靠度设计统一标准》，

2001年11月建设部又颁发了新的国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）。然而，我国现行的地基基础设计规范，除个别的已采用概率极限状态设计方法（如1995年7月颁布的建筑桩基技术规范JGJ94-94）外，桥涵地基基础设计规范等均还未采用极限状态设计，这就产生了地基基础设计与上部结构设计在荷载计算，材料强度，结构安全度等不协调的情况。

三地基土的不确定性：由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自然的产物，其性质十分复杂，不仅不同地点的土性可以差别很大，即使同一地点，同一土层的土，其性质也随位置发生变化。所以地基土具有比任何人工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控制，而且要清楚地认识它也很不容易。在进行地基可靠性研究的过程中，取样、代表性样品选择、试验、成果整理分析等各个环节都有可能带来一系列的不确定性，增加测试数据的变异性，从而影响到最终分析结果。地基土因位置不同引起的固有可变性，样品测值与真实土性值之间的差异性，以及有限数量所造成误差等，就构成了地基土材料特性变异的主要来源。这种变异性比一般人工材料的变异性大。因此，地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行概率统计分析，是基础工程最重要的问题。

基础工程极限状态设计与结构极限状态设计相比还具有物理和几何方面的特点。

地基是一个半无限体，与板梁柱组成的结构体系完全不同。在结构工程中，可靠性研究的第一步先解决单构件的可靠度问题，目前列入规范的亦仅仅是这一步，至于结构体系的系统可靠度分析还处在研究阶段，还没有成熟到可以用于设计标准的程度。地基设计与结构设计不同的地方在于无论是地基稳定和强度问题或者是变形问题，求解的都是整个地基的综合响应。地基的可靠性研究无法区分构件与体系，从一开始就必须考虑半无

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限体的连续介质，或至少是一个大范围连续体。显然，这样的验算不论是从计算模型还是涉及的参数方面都比单构件的可靠性分析复杂的多。

在结构设计时，所验算的截面尺寸与材料试样尺寸之比并不很大。但在地基问题中却不然，地基受力影响范围的体积与土样体积之比非常大。这就引起了两方面的问题，一是小尺寸的试件如何代表实际工程的性状，二是由于地基的范围大，决定地基性状的因素不仅是一点土的特性，而是取决于一定空间范围内平均土层特性，这是结构工程与基础工程在可靠度分析方面的最基本的区别所在。

四、现状：

我国基础工程可靠度研究始于20世纪80年代初，虽然起步较晚，但发展很快，研究涉及的课题范围较广，有些课题的研究成果，已达国际先进水平。但由于研究对象的复杂性，基础工程的可靠度研究落后于上部结构可靠度的研究，而且要将基础工程可靠度研究成果纳入设计规范，进入实用阶段，还需要做大量的工作。国外有些国家已建立了地基按半经验半概率的分项系数极限状态标准。在我国，随着结构设计使用了极限状态设计方法，在地基设计中采用极限状态设计工作也已提到议事日程上了。

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第二章 天然地基上的浅基础

引入：提问浅基础的定义。

埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。

天然地基浅基础的特点:

由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。

第一节 天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件

一、浅基础常用类型及适用条件

天然地基浅基础的分类（根据受力条件及构造）：

刚性基础：基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为?，此时基础的悬出部分（图2-1b），a-a断面左端，相当于承受着强度为?的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础（图2-1b）。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。其形式有：刚性扩大基础（图2-1b及图2-2），单独柱下刚性基础（图2-3a、d）、条形基础（图2-4）等。

刚性基础常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石。混凝土是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度

高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于C15号。对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）。

刚性基础的特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺点是自重大，并且当持力层为软

图2－1 基础类型 弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超

过地基强度而影响建筑物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。

柔性基础：基础在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础（图2-1a）。柔性基础主要是用钢筋混凝土浇筑，常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础（图2-5）筏板及箱形基础（图2-6、图2-7），其整体性能较好，抗弯刚度较大。

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刚性基础设计简介： 刚性扩大基础的设计与计算的主要内容：基础埋置深度的确定；刚性扩大基础尺寸的拟定；地基承载力验算；基底合力偏心距验算；基础稳定性和地基稳定性验算；基础沉降验算。 一、基础埋置深度的确定

在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础的埋置深度时，必须综合考虑以下各种因素的作用。

（一）地基的地质条件 （二）河流的冲刷深度 （三）当地的冻结深度

（四）上部结构型式 （五）当地的地形条件

（六）保证持力层稳定所需的最小埋置深度

除此以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响，如新建筑物基础比原有建筑物基础深，则施工挖土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件（施工设备、排水条件、支撑要求等）及经济分析等对基础埋深也有一定影响，这些因素也应考虑。

上述影响基础埋深的因素不仅适用于天然地基上的浅基础，有些因素也适用于其它类型的基础（如沉井基础）。

二、刚性扩大基础尺寸的拟定

主要根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利荷载组合的条件下，能保证基础本身有足够的结构强度，并能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定要求，并且是经济合理的。

基础厚度：应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因素来确定。基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.0～2.0m左右。

基础平面尺寸：基础平面形式一般应考虑墩、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式。

长度(横桥向)宽度(顺桥向)式中：l——墩、台身底截面长度(m)；

d——墩、台身底截面宽度(m)；

a?l?2Htan???b?d?2Htan??

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H——基础高度(m)；

?——墩、台身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角。

基础剖面尺寸：刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，如图2-18所示。自墩、台身底边缘至基顶边缘距离c1称襟边，其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、台身模板的需要。其值应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm～30cm。

图2-18 刚性扩大基础剖面、平面图

基础较厚（超过1m以上）时，可将基础的剖面浇砌成台阶形，如图2-18所示。

基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和），应使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面（图2-18b）所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角?max，称为刚性角。在设计时，应使每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内，使其夹角?i≤?max，这时可认为属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也可不设置受力钢筋。刚性角?max的数值是与基础所用的圬工材料强度有关。

基础每层台阶高度ti，通常为0.50m～1.00m，在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。 三、地基承载力验算

地基承载力验算包括持力层强度验算，软弱下卧层验算和地基容许承载力的确定。 （一）持力层强度验算

持力层是指直接与基底相接触的土层，持力层承载力验算要求荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。

（二）软弱下卧层承载力验算

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图2-19 偏心竖直力作用在任意点 图2-20 软弱下卧层承载力验算 当软弱下卧层为压缩性高而且较厚的软粘土，或当上部结构对基础沉降有一定要求时，除承载力应满足上述要求外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。 四、基底合力偏心距验算

控制基底合力偏心距的目的是尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，使墩、台发生倾斜，影响正常使用。若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但不经济，往往也是不可能的，所以在设计时，根据有关设计规范的规定，按以下原则掌握。 对于非岩石地基：以不出现拉应力为原则：当墩、台仅受恒载作用时，基底合力偏心距e0应分别不大于基底核心半径?的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥台）；当墩、台受荷载组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ时，由于一般是短时的，因此对基底偏心距的要求可以放宽，一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径?即可。

对于修建在岩石地基上的基础：可以允许出现拉应力，根据岩石的强度，合力偏心距e0最大可为基底核心半径的1.2～1.5倍，以保证必要的安全储备（具体规定可参阅有关桥涵设计规范）。

在验算基底偏心距时，应采用计算基底应力相同的最不利荷载组合。

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五、基础稳定性和地基稳定性验算

基础稳定性验算包括基础倾覆稳定性验算和基础滑动稳定性验算。此外，对某些土质条件下的桥台、挡土墙还要验算地基的稳定性，以防桥台、挡土墙下地基的滑动。 （一）基础稳定性验算

1．基础倾覆稳定性验算

理论和实践证明，基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，如图2-21所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距e0来保证基础的倾覆稳定性。

对抗倾覆稳定系数K0的容许值均有不同要求，一般对主要荷载组合K0≥1.5，在各种附加荷载组合时，K0≥1.1～1.3。

2．基础滑动稳定性验算

基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值Kc来表示，Kc称为抗滑

图2-21 基础倾覆稳定性计算

动稳定系数。即

（2-14）

式中：?——基础底面（圬工材料）与地基之间的摩擦系数；

Kc???Pi?Ti

?Pi，?Ti符号意义同前。

验算桥台基础的滑动稳定性时，如台前填土保证不受冲刷，可同时考虑计入与台后土压力方向相反的台前土压力，其数值可按主动或静止土压力进行计算。

按式（2-14）求得的抗滑动稳定系数Kc值，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，K0≥1.2～1.3。

修建在非岩石地基上的拱桥桥台基础，在拱的水平推力和力矩作用下，基础可能向路堤方向滑移或转动，此项水平位移和转动还与台后土抗力的大小有关。 （二）地基稳定性验算

位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性，基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后土推力作用下，基础也有可能沿软弱夹层土Ⅱ的层面滑动（图2-22a）；在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动的可能（图2-22b）。

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这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即用圆弧滑动面法来进行验算。在验算时一般假定滑动面通过填土一侧基础剖面角点A（图2-22），但在计算滑动力矩时，应计入桥台上作用的外荷载（包括上部结构自重和活载等）以及桥台和基础的

自重的影响，然后求出稳定系数满足规定的要求值。 图2-22 地基稳定性验算

以上对地基与基础的验算，均应满足设计规定的要求，达不到要求时，必须采取设计措施，如梁桥桥台后土压力引起的倾覆力矩比较大，基础的抗倾覆稳定性不能满足要求时，可将台身做成不对称的形式（如图2-22所示后倾形式），这样可以增加台身自重所产生的抗倾覆力矩，达到提高抗倾覆的安全度。如采用这种外形，则在砌筑台身时，应及时在台后填土并夯实，以防台身向后倾覆和转动；也可在台后一定长度范围内填碎石、干砌片石或填石灰土，以增大填料的内摩擦角减小土压力，达到减小倾覆力矩提高抗倾覆安全度的目的。

图2-22基础抗倾覆措施 图2-23 基础抗滑动措施

拱桥桥台，由于拱脚水平推力作用下，基础的滑动稳定性不能满足要求时，可以在基底四周做成如图2-23a的齿槛，这样，由基底与土间的摩擦滑动变为土的剪切破坏，从而提高了基础的抗滑力，如仅受单向水平推力时，也可将基底设计成如图2-23b的倾斜形，以减小滑动力，同时增加在斜面上的压力。由图可见滑动力随?角的增大而减小，从安全考虑，?角不宜大于10，同时要保持基底以下土层在施工时不受扰动。

当高填土的桥台基础或土坡上的挡墙地基可能出现滑动或在土坡上出现裂缝时，可以增加基础的埋置深度或改用桩基础，提高墩台基础下地基的稳定性；或者在土坡上设置地面排水系统，拦截和引走滑坡体以外的地表水，以减少因渗水而引起土坡滑动的不稳定因素。 六、基础沉降验算

基础的沉降验算包括沉降量，相邻基础沉降差，基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜等。

基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定的容许值：

1．修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；

?

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2．修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；

3．当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时； 4．对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。

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第二节刚性扩大基础施工

明挖工程施工的浅基础主要工作。

扩大基础施工工艺框图 基础开挖施工方案：基础开挖常采用机械开挖，人工整修的方案。

测 量 放 样 施工便桥、便道 基坑排水、挖基 基 底 处 理 监 理 检 查 安装钢筋、模板 钢筋、模板制作 砼配比试验 监理检原材料试监理检查 现浇砼拌监理工程师批养生拆模 制砼试监理检查 测砼强回填基坑

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这种排水方法设备简单、费用低，一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等粘聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌，因此当基坑为这类土时，应避免采用表面排水法。

（二）井点法降低地下水位

对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流砂现象，影响基坑稳定，此时可采用井点法降低地下水位排水。根据使用设备的不同，主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等多种类型，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。

轻型井点降水是在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右为滤管，上面钻有若干直径约2mm的滤孔，外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连接并抽水。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连续的疏干区。在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中基坑始终保持着无水状态。该法可以避免发生流砂和边坡坍塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压密作用。

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第三篇．基坑开挖的坑壁支撑：

1.坑壁坡度的选取：P139 表2.1-4 2.坑壁支撑方法及其适用性： 模象教学 P140图形

a)板桩支撑 平面尺寸较大，深度较深 b)钢木结合支撑 深度在3M以上 ；流沙处理 c)挡板支撑 浅水中较小桥涵。 d)混凝土护壁 喷护法/现浇法

工作情境2 基坑开挖时板桩墙的施工设计计算

在基坑开挖时坑壁常用板桩予以支撑，板桩也用作水中桥梁墩台施工时的围堰结构。

板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。它主要承受土压力和水压力，因此，板桩墙本身也是挡土墙，但又非一般刚性挡墙，它在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构，它的受力条件与板桩墙的支撑方式、支撑的构造、板桩和支撑的施工方法以及板桩入土深度密切相关，需要进行专门的设计计算。 1．侧向压力计算

作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。

板桩墙土压力计算比较复杂，由于它大多是临时结构物，因此常采用比较粗略的近似计算，即不考虑板桩墙的实际变形，仍沿用古典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力。一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度

pa、pp(kPa)：

???pa??ztan2?45?????zKa2?????pp??ztan2?45?????zKp2??

2．悬臂式板桩墙的计算

图2-10所示的悬臂式板桩墙，因板桩不设支撑，故墙身位移较大，通常可用于挡土高度不大的临时性支撑结构。

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悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o转动。这样在转动点o以上的墙身前侧以及o点以下的墙身后侧，将产生被动抵抗力，在相应的另一侧产生主动土压力。由于精确地确定土压力的分布规律困难，一般近似地假定土压力的分布图形如图2-17所示：墙身前侧是被动土压力（bcd），其合力为EP1,并考虑有一定的安全系数K（一般取K=2）； 图2-10悬臂式板桩墙的计算

在墙身后方为主动土压力（abe），合力为EA。另外在桩下端还作用有被动土压力EP2，由于EP2的作用位置不易确定，计算时假定作用在桩端b点。考虑到EP2的实际作用位置应在桩端以上一段距离，因此，在最后求得板桩的入土深度t后，再适当增加10～20%。 3．单支撑（锚碇式）板桩墙的计算

当基坑开挖高度较大时，不能采用悬臂式板桩墙，此时可在板桩顶部附近设置支撑或锚碇拉杆，成为单支撑板桩墙，如图2-19所示。

单支撑板桩墙的计算，可以把它作为有两个支承点的竖直梁。一个支点是板桩上端的支撑杆或锚碇拉杆；另一个是板桩下端埋入基坑底下的土。下端的支承情况又与板桩埋入土中的深度大小有关，一般分为两种支承情况；第一种是简支支承，如图2-11a。这类板桩埋入土中较浅，桩板下端允许产生自由转动；第二种是固定端支承，如图2-12a。若板

图2-11 单支撑板桩墙的计算

桩下端埋入土中较深，可以认为板桩下端在土中嵌固。

1．板桩下端简支支承时的土压力分布（图2-11a）

板桩墙受力后挠曲变形，上下两个支承点均允许自由转动，墙后侧产生主动土压力EA。由于板桩下端允许自由转动，故墙后下端不产生被动土压力。墙前侧由于板桩向前挤压故产生被动土压力EP。由于板桩下端入土较浅，板桩墙的稳定安全度，可以用墙前被动土压力EP除以安全系数K保证。此种情况下的板桩墙受力图式如同简支梁（图2-19b），按照板桩上所受土压力计算出的每延米板桩跨间的弯矩如图2-19c所示，并以Mmax值设计板桩的厚度。

2．板桩下端固定支承时的土压力分布（图2-12）

板桩下端入土较深时，板桩下端在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力EA外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力EP2。假定EP2作用在桩底b点处。与悬臂式板桩墙计算相同，板桩的入土深度可按计算值适当增加10～20%。板桩墙的前侧作用被动土压力EP1。由于板桩入土较深，板桩墙的稳定性安全度由桩的入土深度保证，故被动土压力EP1不再考虑安全系数。由于板桩下端的嵌固点位置不知道，

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因此，不能用静力平衡条件直接求解板桩的入土深度t。在图2-12中给出了板桩受力后的挠曲形状， 图2-12 下端为固定支承时的单支撑板桩计算 在板桩下部有一挠曲反弯点c，在c点以上板桩有最大正弯矩，c点以下产生最大负弯矩，挠曲反弯点c相当于弯矩零点，弯矩分布图如图2-12所示。确定反弯点c的位置后，已知c点的弯矩等于零，则将板桩分成ac和cb两段，根据平衡条件可求得板桩的入土深度t。 4．多支撑板桩墙计算

当坑底在地面或水面以下很深时，为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑的层数及位置要根据土质、坑深、支撑结构杆件的材料强度，以及施工要求等因素拟定。板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置：

1．等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。

2．等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。

支撑系按在轴向力作用下的压杆计算，若支撑长度很大时，应考虑支撑自重产生的弯矩影响。从施工角度出发，支撑间距不应小于2.5m。

多支撑板桩上的土压力分布形式与板桩墙位移情况有关，由于多支撑板桩墙的施工程序往往是先打好板桩，然后随挖土随支撑，因而板桩下端在土压力作用下容易向内倾斜，如图2-13中虚线所示。这种位移与挡土墙绕墙顶转动的情况相似，但墙后土体达不到主动极限平衡状态，土压力不能按库仑或朗金理论计算。根据试验结果证明这时土压力呈中间大、上下小的抛物线形状分布，其变化在静止土压力与主动土压力之间，如图2-13所示。

太沙基和佩克根据实测及模型试验结果，提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形

图2-13 多支撑板桩墙的位移及土压力分布

图2-14 多支撑板桩墙上土压力的分布图形

a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土?H＞6cu；e）粘土?H＜4Cu

多支撑板桩墙计算时，也可假定板桩在支撑之间为简支支承，由此计算板桩弯矩及支撑作用力。

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5、基坑稳定性验算 （一）坑底流砂验算

若坑底土为粉砂、细砂等时，在基坑内抽水可能引起流砂的危险。一般可采用简化计算方法进行验算。其原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减少向上动水力。由于基坑内抽水后引起的水头差h?(图2-15)造成的渗流，其最短渗流途径为h1?t,在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的有效重度?b，则不产生流砂的安全条件为

K?i??w??b （2-3）

式中：K——安全系数，取2.0；

i?

图2-15 基坑抽水后水头差引起的渗流

i——水力梯度，

h?h1?t;

?w——水的重度。

由此可计算确定板桩要求的入土深度t。 （二）坑底隆起验算

开挖较深的软土基坑时，在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象。常用简化方法验算，即假定地基破坏时会发生如图2-16所示滑动面，其滑动面圆心在最底层支撑点A处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力不予考虑，则滑动力矩为

图2-16 板桩支护的软土滑动面假设

x2Md??q?rH?2 （2-4）

稳定力矩为

M??x?x?a2Su0?xd??,??<2 （2-5）

式中：Su——滑动面上不排水抗剪强度，如土为饱和软粘土，则?=0，Su = Cu。

M?与Md之比即为安全系数K，如基坑处地层土质均匀，则安全系数为

Ks?式中??2?以弧度表示。 2、封底混凝土厚度计算

(??2?)Su?1.2?H?q

有时钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏，则封底混凝土及围堰有可能

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图2-17 封底混凝土最小厚度 抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力，若板桩围堰

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被水浮起，或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂，因而封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。

作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。当板桩打入基底以下深度不大时，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，若封底混凝土最小厚度为x，如图2-17，则：

?c?x??w(?h?x)

???whx??c??w (2-6)

式中：?——考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数，小于1，具体数值由经验确定；

?w——水的重度，取10kN/m3; ?c——混凝土重度，取23kN/m3; h——封底混凝土顶面处水头高度（m）。

如板桩打入基坑下较深，板桩与土之间摩阻力较大，加上封底层及围堰自重整个围堰不会被水浮起，此时封底层厚度应由其强度确定。现一般按容许应力法并简化计算，假定封底层为一简支单向板，其顶面在静水压力作用下产生弯曲拉应力：

4[?]2x??cx??wH?023l经整理得 (2-7)

由此可解得封底混凝土层厚x

式中：W——封底层每米宽断面的截面模量（m3）；

l ——围堰宽度（m）；

[?]——水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过

高，一般用100?200kPa。

封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.25?0.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。当需要进一步计算封底混凝土层厚度时可参照教材第五章沉井基础式（5-54）进行。

1pl2l2?w(h?x)??cx????[?]18W8x26

工学结合：

工程实例讲解：围堰封底施工及实例。（P134）

第四篇 基底验收及问题处理：

1.基底检验项目主要内容： 1）平面位置/尺寸大小及标高

2）土质的均匀性与地基的稳定性和承载能力

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3) 施工日志及试验资料 2.一般基底问题的处理：

1）岩层基底：风化与否，基础与岩层的连接选择。注意不应水洗/纵横向错台。 2）碎石类基底：先铺水泥 |渗水处理 3) 粘性土层 4）泉眼 5）溶洞

6）软硬不均的地层基底 7）缺角掉边 8）裂缝处理

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第五篇 基础的砌筑

一、浅基础的构造

（一）刚性扩大基础（图2-2）

将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础又称刚性扩大基础，其平面形状常为矩形，其每边扩大的尺寸最小为0.20m～0.50m，作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式

（二）单独和联合基础（图2-3）

单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的

纵横剖面均可砌筑成台阶式（图2-3a、b），但柱下单独基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下柱下

图2－2 刚性扩大基础 基础用钢筋混凝土浇注时，其剖面也可浇筑成锥形（图2-3c）。 （三）条形基础（图2-4）

条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。如挡土墙很长，为了避免在沿墙长方向因沉降不匀而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载

图2-3 单独和联合基础 图2-4 挡土墙下条形基础

能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础（图2-5）。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。

如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字型基础。这是房屋建筑常用的基础形式，也是一种交叉

图2-5 柱下条形基础

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条形基础。

（四）筏板和箱形基础（图2-6、图2-7）

筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。

当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。

筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式（图2-6a）和梁板式（图2-6b）。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。

为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础（图2-7），它的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用于地基较软弱,土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。

图2-6 筏板基础 图2-7 箱形基础

工程案例分析：

1、土质基坑开挖到基底后被水浸泡？

土质基坑开挖到基底后被水浸泡可能出现质量问题及现象、原因分析、预防措施。 1、质量问题及现象

基坑开挖后，基底土被水浸泡，土层变软，承载力降低。 2、原因分析

1）由于连续降雨，使基坑内积水。 2）地下水位较高，降水效果欠佳。 3）当采用坑内排水时，排水量小于出水量。

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4）由于种种原因，在基坑开挖后未及时进行基础施工，基坑暴露时间过长，地表水流入基坑内，或泉水渗到基坑内。 3、预防措施

1）基坑开挖至基底30-50cm时，可根据天气情况来安排下一步工序，在天气晴朗时，将预留部分挖去，随即进行基坑检验，检验合格后马上进行基础的施工。

2）雨季施工时，为了防止水流进基坑，应在基坑四周0.5～1.0m外的地方挖排水沟或打土垄。

3）地下水位较高时，应当采用井点降水或在基坑四周开挖排水沟和集水井，随时排水以降低地下水位，排不沟和集水井的深度应比基坑深0.5m，并有坡度，集水井应比排水沟最低处深1-1.5m，具体尺寸视降水范围决定。 4）要备足排水设备，随挖随排水，以坑内不积水为准。

5）在靠近河沟、水渠的地方开挖基坑时，应在基坑外挖一条载水沟，载断流入基坑的水源，载水沟外侧距基坑的距离应大于3m。

6）接近基底标高20cm时停止开挖，待地下水位降至基底标高50cm以下时，方可进行清底工作。 4、处理措施

将被水浸泡的软土挖除，用砂砾、级配碎石或石灰土回填至设计标高。

2、［背景材料］

某桥梁桥台采用扩大基础，桥墩采用钻孔灌注桩基础。为确保基础施工质量符合设计要求，需要设置质量控制点，并做好完工后的检验工作。 [问题]:

1、扩大基础主要的质量控制点有哪些？ 2、明挖地基的主要检验内容有哪些？ [参考答案]：

1、扩大基础主要的质量控制点有：

（1）基底地基承载力的确认，满足设计要求。 （2）基底表面松散层的清理。

（3）及时浇筑垫层混凝土，减少基底暴露时间。 2、 明挖地基的主要检验内容如下：

（1） 基底平面位置、尺寸大小和基底标高。 （2） 基底地质情况和承载力是否与设计资料相符 （3）地基所用材料是否达到设计标准

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作业布置：

通过自学桩基础的概念，进而查找桩的类型，特点，适用条件。 引言：

在桥梁工程中，常用的三大基础是刚性扩大基础、桩基础和沉井基础，我们已经学习和掌握了天然地基上刚性扩大基础的设计计算及施工，本章进入深基础桩基础的学习。

当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性方面的要求时，往往需要采用深基础。

本章将主要介绍桩基础的组成、作用及常用的结构型式；桩基础的分类、构造及施工工艺并对桩基础的质量检验，学完本章应该背诵桩基础的基本知识，知道桩基础的施工工艺过程，会对施工质量控制要点。

第一节 概述

一、桩基础的特点

1.工程上桩基础的组成

桩基础可以是单根桩（如一柱一桩的情况），也可以是单排桩或多排桩。对于双（多）柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中。群桩基础中所有桩的顶部由承台联成一整体，在承台上再修筑墩身或台身及上部结构，如图3-1-1所示。 2．桩基础的作用

承台的作用是将外力传递给各桩并将各桩联成一整体共同承受外荷载。基桩的作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力将荷载传递到桩周土及持力层中，如图3-1-1b）所示。 3．特点

桩基础如设计正确，施工得当，它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免（或减少）水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。

图3-1-1 桩基础

1-承台；2-基桩；3-松软土层；4-持力层；5-墩身

二、桩基础的适用条件

在下列情况下可采用桩基础：

（1）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；

（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；

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（3）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；

（4）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时； （5）当施工水位或地下水位较高，采用其它深基础施工不便或经济上不合理时；

（6）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。

以上情况也可以采用其他型式的深基础，但桩基础由于耗材少、施工快速简便，往往是优先考虑的深基础方案。

第二节 桩与桩基础的分类

引言：为满足建筑物的要求，适应地基特点，随着科学技术的发展，在工程实践中已形成了各种类型的桩基础，它们在本身构造上和桩土相互作用性能上具有各自的特点。学习桩和桩基础的分类，目的是通过识别不同的特点、知道桩和桩基础的基本特征，以便施工时更好地发挥桩基础的特长。

下面按承台位置、沉入土中的施工方法、桩的设置效应、桩土相互作用特点及桩身材料等分类进行讨论， 组织讨论，组数9组： 课程环节1： 作业讨论

一、桩基础按承台位置分类

桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩、低桩承台）如图3-2-1所示。 高桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上

低桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以下。 高桩承台的结构特点是基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上（称为桩的自由长度），而低桩承台则基桩全部沉入土中（桩的自由长度为零）。

高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。然而，在水平力的作用，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同样水平外力作用下的低桩承台要大，其稳定性也比低桩承台差。

图3-2-1 高桩承台基础和低桩承台基础

a)低桩承台；b）高桩承台

二、按施工方法分类

基桩的施工方法不同，不仅在于采用的机具设备和工艺过程的不同，而且将影响桩与桩周土接触边界处的

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状态，也影响桩土间的共同作用性能。桩的施工方法种类较多，但基本形式为沉桩（预制桩）和灌注桩。

（一）灌注桩

灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成的桩。灌注桩在成孔过程中需采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。针对不同类型的地基土可选择适当的钻具设备和施工方法。

1．钻、挖孔灌注桩 1）钻孔灌注桩定义

钻孔灌注桩系指用钻（冲）孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。

2）特点及适用条件

钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、粘性土，也适应于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。

3）挖孔灌注桩定义

依靠人工（用部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成的桩称为挖孔灌注桩。 4）挖孔灌注桩特点及适用条件

挖孔灌注桩适用于无水或少水的较密实的各类土层中，或缺乏钻孔设备，或不用钻机以节省造价。桩的直径（或边长）不宜小于１.４m，孔深一般不宜超过２０m。对可能发生流沙或含较厚的软粘土层地基施工较困难（需要加强孔壁支撑）；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。

挖孔桩的优点：

（1）施工工艺和设备比较简单 只有护筒、套筒或简单模板，简单起吊设备如绞车，必要时设潜水泵等备用，自上而下，人工或机械开挖。

（2）质量好 不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇注水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；能直接检验孔壁和孔底土质，所以能保证桩的质量。易于扩大桩尖，提高桩的承载力；

（3）速度快 由于护筒内挖土方量甚小，进尺比钻孔为快，而且无须重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度； （4）成本低 比灌钻孔可降低30%～40%。

2．沉管灌注桩 1）定义

沉管灌注桩系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩尖（沉桩时桩尖闭合，拔管时活瓣张开）的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌混凝土边拔套管而形成的灌注桩。也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成桩。

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2）特点及适用条件

由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病。但桩的直径较小，常用的尺寸在0.6m以下，桩长常在20m以内。它适用于粘性土、砂性土地基。在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。

总结：各类灌注桩有如下共同优点：

（1）施工过程无大的噪声和振动（沉管灌注桩除外）。

（2）可根据土层分布情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可采用不同桩径；对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩，还可设计成变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。

（3）可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。

（4）桩身钢筋可根据荷载与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，造价约为预制桩的40~70%。 （三）管柱基础

1）定义

它是将预制的大直径（直径1~5m左右）钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土或钢管柱（实质上是一种巨型的管桩，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m、8m或10m，接头用法兰盘和螺栓联接），用大型的振动沉桩锤沿导向结构将其振动下沉到基岩（一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉），然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管柱与岩盘牢固连接如图3-2-2所示。

2）特点及适用条件

管柱基础可以在深水及各种覆盖层条件下进行，没有水下作业和不受季节限制，但施工需要有振动沉桩锤、凿岩机、起重设备等大型机具，动力要求也高，所以在一般公路桥梁中很少采用。

（四）钻埋空心桩 1）定义

将预制桩壳预拼连接后，吊放沉入已成的桩孔内，然后进行桩侧填石压浆和桩底填石压浆而形成的预应力钢筋混凝土空心桩叫钻埋空心桩。

2）适用条件

它适用于大跨径桥梁大直径（D?1.5m）桩基础，通常与空心墩相配合，形成无承台大直径空心桩墩。 钻埋空心桩具有如下优点：

（1）直径可大达4～5m而无需振动下沉管柱那样繁重的设备和施工的困难； （2）水下混凝土的用量可减少40%，同时又可以减轻自重；

（3）通过桩周和桩底二次压注水泥浆来加固地基，使它与钻孔桩相比承载力可提高30%～40%；

（4）工程一开工后便可开始预制空心桩节，增加工程作业面，实现了基础工程部分工厂化，不但保证质量，

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还加快了工程进度；

（5）一般碎石压浆易于确保质量，不会有断桩的情况发生，即使个别桩节有缺陷，还可以在桩中空心部分重新处理，省去了水下灌注桩必不可少的“质检”环节；

（6）由于质量得到保证，在设计中就可以放心地采用大直径空心桩结构，取消承台，省去小直径群桩基础所需要的昂贵的围堰，达到较大幅度地降低工程造价的目的。

该施工方法是一种全新的基桩工艺，其研究成果于1992年5月已通过交通部鉴定，其技术达到当前国际基桩工艺的先进水平。

（二）沉桩（预制桩）

是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造，分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。 1．打入桩（锤击桩）

打入桩是通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内达到所需要的深度。这种施工方法适应于桩径较小（一般直径在0.60m以下），地基土质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。

2．振动下沉桩

振动法沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对于较大桩径，土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。《公桥基规》将打入桩及振动下沉桩均称为沉桩。

3．静力压桩

在软塑粘性土中也可以用重力将桩压入土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下桩基础的一种有效施工方法。

补充： 预制桩有如下特点：

（1）不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施），只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。

（2）沉桩方法一般采用锤击，由此产生的振动、噪声污染必须加以考虑。

（3）沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线等的损失。 （4）一般说来预制桩的施工质量较稳定。

（5）预制桩打入松散的粉土、砂砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，使桩侧表面法向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。

（6）由于桩的贯入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩，造成浪费。

（7）预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，需要配置较多钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。

三、按桩的设置效应分类

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根据成桩方法和成桩过程的挤土效应，将桩分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。 1、挤土桩

实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或振入过程中都要将桩位处的土大量排挤开（一般把用这类方法设置的桩称为打入桩），因而使土的结构严重扰动破坏（重塑）。粘性土由于重塑作用使抗剪强度降低（一段时间后部分强度可以恢复）；而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土的抗剪强度则可提高。 2、部分挤土桩

底端开口的钢管桩、型钢桩和薄壁开口预应力钢筋混凝土桩等，打桩时对桩周土稍有排挤作用，但对土的强度及变形性质影响不大。由原状土测得的土的物理、力学性质指标一般仍可用于估算桩基承载力和沉降。 3、非挤土桩

先钻孔后打入预制桩以及钻（冲、挖）孔桩在成孔过程中将孔中土体清除掉，不会产生成桩时的挤土作用。但桩周土可能向桩孔内移动，使得非挤土桩的承载力常有所减小。

在饱和软土中设置挤土桩，如果设计和施工不当，就会产生明显的挤土效应，导致未初凝的灌注桩桩身缩小乃至断裂，桩上涌和移位，地面隆起，从而降底桩的承载力，有时还会损坏邻近建筑物；桩基施工后，还可能因饱和软土中孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产生负摩阻力，降低桩基承载力，增大桩基沉降。挤土桩若设计和施工得当，又可收到良好的技术经济效果。

在不同的地质条件下，按不同方法设置的桩所表现的工程性状是复杂的，因此，目前在设计中还只能大致考虑桩的设置效应。

四、按桩土相互作用特点分

建筑物荷载通过桩基础传递给地基。垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承。由于地基土的分层和其物理力学性质不同，桩的尺寸和设置在土中方法的不同，都会影响桩的受力状态。水平荷载一般由桩和桩侧土水平抗力来支承，而桩承受水平荷载的能力与桩轴线方向及斜度有关，因此，根据桩土相互作用特点，基桩可分为： 1．竖向受荷桩 （1）摩擦桩

桩穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩，如图3-2-3a）所示。以下几种情况均可视为摩擦桩。 1) 当桩端无坚实持力层且不扩底时；

2）当桩的长径比很大，即使桩端置于坚实持力层上，由于桩身直接压缩量过大，传递到桩端的荷载较小时；

3）当预制桩沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快，使已沉入桩上涌，桩端阻力明显降低时。 （2）端承桩或柱桩

桩穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层（砂、砾石、卵石、坚硬老粘土等）或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩，如图3-2-3b）所示。按照我国习惯，柱桩是专指桩底支承在基岩上的桩，此时因桩的沉降甚微，认为桩侧摩阻力可忽略不计，

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全部垂直荷载由桩底岩层抵抗力承受。

柱桩承载力较大，较安全可靠，基础沉降也小，但如岩层埋置很深，就需采用摩擦桩。柱桩和摩擦桩由于它们在土中的工作条件不同，其与土的共同作用特点也就不同，因此在设计计算时所采用的方法和有关参数也不一样。

2.横向受荷桩 (1)主动桩

桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。风力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基属于主动桩。

(2)被动桩

沿桩身一定范围内承受侧向压力，桩身轴线被该土压力作用而偏离初始位置。深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸护桩等均属于被动桩。

(3)竖直桩与斜桩

按桩轴方向可分为竖直桩、单向斜桩和多向斜桩等, 如图3-2-4所示。在桩基础中是否需要设置斜桩，斜度如何确定，应根据荷载的具体情况而定。一般结构物基础承受的水平力常较竖直力小得多，且现已广泛采用的大直径钻、挖孔灌注桩具有一定的抗剪强度，因此，桩基础常全部采用竖直桩。拱桥墩台等结构物桩基础往往需设斜桩以承受上部结构传来的较大水平推力，减小桩身弯矩、剪力和整个基础的侧向位移。

图3-2-3 端承桩和摩擦桩 图3-2-4 竖直桩和斜桩

1-软弱土层；2-岩层或硬土层；3-中等土层 a)竖直桩；b)单向斜桩；c）多向斜桩

斜桩的桩轴线与竖直线所成倾斜角的正切不宜小于1/8，否则斜桩施工斜度误差将显著地影响桩的受力情况。目前为了适应拱台推力，有些拱台基础已采用倾斜角大于45?的斜桩。

3．桩墩 1）定义及分类

桩墩是通过在地基中成孔后灌注混凝土形成的大口径断面柱形深基础，即以单个桩墩代替群桩及承台。 桩墩基础底端可支承于基岩之上也可嵌入基岩或较坚硬土层之中，分为端承桩墩和摩檫桩墩两种，如图3-2-5所示。

2）构造及特点

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桩墩一般为直柱形，在桩墩底土较坚硬的情况下为使桩墩底承受较大的荷载，也可将桩墩底端尺寸扩大而做成扩底桩墩（图3-2-5b））。桩墩断面形状常为圆形，其直径不小于0.8m 。桩墩一般为钢筋混凝土结构 ,当桩墩受力很大时也可用钢套筒或钢核桩墩（图3-2-5b） c)）。

桩墩的受力分析与基桩相类似，但桩墩的断面尺寸较大而且有较高的竖向承载力和可承受较大的水平荷载。对于扩底桩墩还具有抵抗较大上拔力的能力。

3）适用条件

对于上部结构传递的荷载较大且要求基础墩身面积较小时的情况，可考虑桩墩深基础方案。桩墩的优点在于墩身面积小、美观、施工方便、经济，但外力太大时，纵向稳定性较差，对地基要求也高，所以在选定方案时尤其受较大船撞力的河流中应用此类型桥墩更应注意。

五、按桩身材料分

1、 钢桩 1）特点

钢桩强度高、运输方便、施工质量稳定，能承受强大的冲击力和获得较高的承载力，沉桩时贯入能力强、速度较快，且排挤土量小，对邻近建筑影响小。

可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载力的断面，即其设计的灵活性大，壁厚、桩径的选择范围大，便于割接，桩长容易调节。

还可根据弯矩沿桩身的变化情况局部加强其断面刚度和强度。 主要缺点是用钢量大，成本昂贵，在大气和水土中钢材具有腐蚀性。 2、钢筋混凝土桩 1）特点

钢筋混凝土桩的配筋率较低（一般为0.3~1.0%），而混凝土取材方便、价格便宜、耐久性好。钢筋混凝土桩既可预制又可现浇（灌注桩），还可采用预制与现浇组合，适用于各种地层，成桩直径和长度可变范围大。

因此，桩基工程的绝大部分是钢筋混凝土桩，桩基工程的主要研究对象和主要发展方向也是钢筋混凝土桩。

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复习：回顾上次课讲的主要内容。包括：桩的组成、作用、适用条件及桩与桩基础的分类等。强调其重要性，进入桩与桩基础的构造。

第三节 桩与桩基础的构造

不同材料、不同类型的桩基础具有不同的构造特点，为了保证桩的质量和桩基础的正常工作能力，在设计桩基础时应满足其构造的基本要求。现仅以目前国内桥梁工程中最常用的桩与桩基础的构造特点及要求简述如下。

一、各种基桩的构造

桩的构造指的是桩的几何形状、几何尺寸大小、采用什么材料、对材料的强度等级要求及含筋率高低等。 1、钢筋混凝土灌注桩

钻（挖）孔桩及沉管桩是采用就地灌注的钢筋混凝土桩，桩身常为实心断面。

设计直径：钻孔桩一般为0.80~1.50m，挖孔桩的直径或最小边宽度不宜小于1.40m，沉管灌注桩直径一般为0.30~0.60m。

混凝土：不低于C20，对仅承受竖直力的基桩可用C15（但水下混凝土仍不应低于C20）。

桩内钢筋：应按照内力和抗裂性的要求布设，长摩擦桩应根据桩身弯矩分布情况分段配筋，短摩擦桩和柱桩也可按桩身最大弯矩通长均匀配筋。当按内力计算桩身不需要配筋时，应在桩顶3~5m内设置构造钢筋。

1） 主筋：直径不宜小于14mm，每根桩不宜少于8根。 2） 箍筋：直径一般不小于8mm，中距为200~400mm。

3） 加劲箍筋：对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔2.0~2.5m设置一道加劲箍筋（直径为14~18mm），如图3-3-1所示。 4） 主筋保护层厚度：一般不应小于50 mm。 5） 含筋率：钻孔灌注桩常用的含筋率为0.2~0.6%。

钻（挖）孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌入深度应根据式（3-13）计算确定，并不得小于0.5m。 2、钢筋混凝土预制桩

预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩（少数为矩形桩）,有空心的管桩，另外还有管柱（用于管柱基础）。

方桩：桩长在10m以内时横断面为0.30*0.30m。 1） 混凝土：强度不低于C25。

图3-3-1 钢筋混凝土灌注桩 1-主筋；2-箍筋；3-加强箍；

4-护筒

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2） 桩内钢筋：应按制造、运输、施工和使用各阶段的内力要求配筋。

3） 主筋直径：一般为19~25mm。由于桩尖穿过土层时直接受到正面阻力，应在桩尖处把所有的主筋弯在一起并焊在一根芯棒上。

4） 箍筋直径：一般为6~8mm，间距为0.10~0.20m（在两端处一般减少0.05m）。因桩头直接受到锤击，故在桩顶需设三层方格网片以增强桩头强度。 5） 钢筋保护层厚度：不小于35mm。

6） 吊环：桩内需预埋直径为20～25mm的钢筋吊环，吊点位置通过计算确定。如图3-3-2所示。

图3-3-2 预制钢筋混凝土方桩 1-实心方桩；2-空心方桩；3-吊环

管桩：由工厂以离心旋转机生产。有普通钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土两种。直径为400、550mm，管壁厚80mm，混凝土强度为C25~C40，每节管桩两端装有连接钢盘（法兰盘）以供接长。

管柱：实质上是一种大直径薄壁钢筋混凝土圆管节，在工厂分节制成，施工时逐节用螺栓接成，它的组成部分是法兰盘、主钢筋、螺旋筋，管壁（不低于C25，厚100~140mm），最下端的管柱具有钢刃脚，用薄钢板制成。我国常用的管柱直径为1.50~5.80m一般采用预应力钢筋混凝土管柱。

预制钢筋混凝土桩柱的分节长度，应根据施工条件决定，并应尽量减少接头数量。接头强度不应低于桩身强度，并有一定的刚度以减少锤振能量的损失。接头法兰盘的平面尺寸不得突出管壁之外。 3．钢桩

1）钢桩的型式

钢桩的型式很多，主要有钢管型和H型钢桩，常用的是钢管桩。钢管桩的分段长度按施工条件确定，不宜超过12～15m，常用直径为400～1000mm。

2）钢管桩的设计厚度

钢管桩的设计厚度由有效厚度和腐蚀厚度两部分组成。有效厚度为管壁在外力作用下所需要的厚度，可按使用阶段的应力计算确定。腐蚀厚度为建筑物在使用年限内管壁腐蚀所需要的厚度，可通过钢桩的腐蚀情况实测或调查确定，无实测资料时可参考表3-1确定。

钢管桩年腐蚀速率 表3-1 钢管桩所处环境 地面以上 地面以下 无腐蚀性气体或腐蚀性挥发介质 水位以上 40

单面年腐蚀率（mm/y） 0.05～0.1 0.05

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水位以下 波动区 注：表中上限值为一般情况，下限值为近海或临海地区。

0.02 0.1～0.3 3）钢桩的防腐

钢桩防腐处理可采用外表涂防腐层，增加腐蚀余量及阴极保护。当钢管桩内壁同外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。

4）钢管桩的分类

钢管桩按桩端构造可分为开口桩和闭口桩两类，如图3-3-3所示。

开口钢管桩穿透土层的能力较强，但沉桩过程中桩底端的土将涌入钢管内腔形成土蕊。

二、承台的构造及桩与承台的连接

1．对承台的要求

对于多排桩基础，桩顶由承台连接成为一个整体。承台的平面尺寸和形状应根据上部结构（墩、台身）底截面尺寸和形状以及基桩的平面布置而定，一般采用矩形和圆端形 。

图3-3-3 钢管桩的端部构造型式 a)开口式；b)半闭口式；c）闭口式

承台厚度应保证承台有足够的强度和刚度，公路桥梁墩台多采用钢筋混凝土或混凝土刚性承台（承台本身材料的变形远小于其位移），其厚度不宜小于1.5m。混凝土不宜低于C15。对于空心墩台的承台，应验算承台强度并设置必要的钢筋，承台厚度也可不受上述限制。 2．桩和承台的连接

钻（挖）孔灌注桩桩顶主筋宜伸入承台，桩身伸入承台长度一般为150~200mm（盖梁式承台，桩身可不伸入）。伸入承台的桩顶主筋可作成喇叭形 （约与竖直线倾斜15°；若受构造限制，主筋也可不作成喇叭形），如图3-3-4a)、b）所示。伸入承台的钢筋锚固长度应符合结构规范要求。对于不受轴向拉力的打入桩可不破桩头，将桩直接埋入承台内，如图3-3-4c）所示。

图3-3-4 桩和承台的连接

3．承台的钢筋构造

承台的受力情况比较复杂，为了使承台受力较为均匀并防止承台因桩顶荷载作用发生破碎和断裂，应

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在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网，钢筋纵桥向和横桥向每1m宽度内可采用钢筋截面积1200~1500mm2（此项钢筋直径为14~18mm，应按规定锚固长度弯起锚固，钢筋网在越过桩顶钢筋处不应截断，并应与桩顶主筋连接。钢筋网也可根据基桩和墩台的布置，按带状布设，如图3-3-5所示。低桩承台有时也可不设钢筋网。

对于双柱式或多柱式墩（台）单排桩基础，在桩之间为加强横向联系而设有横系梁时，一般认为横系梁不直接承受外力，可不作内力计算，按横断面的0.1%配置构造钢筋。

图3-3-5 承台底钢筋网

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第四节 桩基础的施工

一．钻孔灌注桩施工工艺流程 钻孔桩工艺流程图

钻孔桩施工工艺流程 桩基试验 桩头凿除 砼拌合运输 灌注水下砼 导管拼装试验 设立导管 钢筋制作 设立钢骨架 泥浆制备 钻进 清孔 钻机就位 制作护筒 桩位放样 钻机平台搭设 施工准备 埋设护筒 二次清孔

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二． 钻孔灌注桩规范解读

参考规范：建筑桩基技术规范JGJ94-2008条文

6 灌注桩施工

6.1 施工准备

6.1.1 灌注桩施工应具备下列资料： 1 建筑场地岩土工程勘察报告； 2 桩基工程施工图及图纸会审纪要；

3 建筑场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物、危房、精密仪器车间等的调查资料； 4 主要施工机械及其配套设备的技术性能资料； 5 桩基工程的施工组织设计；

6 水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告； 7 有关荷载、施工工艺的试验参考资料。

6.1.2钻孔机具及工艺的选择，应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理条件综合确定。 6.1.3 施工组织设计应结合工程特点，有针对性地制定相应质量管理措施，主要应包括下列内容：

1 施工平面图：标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置；采用泥浆护壁成孔时，应标明泥浆制备设施及其循环系统；

2 确定成孔机械、配套设备以及合理施工工艺的有关资料，泥浆护壁灌注桩必须有泥浆处理措施； 3 施工作业计划和劳动力组织计划；

4 机械设备、备件、工具、材料供应计划；

5 桩基施工时，对安全、劳动保护、防火、防雨、防台风、爆破作业、文物和环境保护等方面应按有关规定执行；

6 保证工程质量、安全生产和季节性施工的技术措施。 6.1.4 成桩机械必须经鉴定合格，不得使用不合格机械。

6.1.5 施工前应组织图纸会审，会审纪要连同施工图等应作为施工依据，并应列入工程档案。

6.1.6 桩基施工用的供水、供电、道路、排水、临时房屋等临时设施，必须在开工前准备就绪，施工场地应进行平整处理，保证施工机械正常作业。

6.1.7 基桩轴线的控制点和水准点应设在不受施工影响的地方。开工前，经复核后应妥善保护，施工中应经常复测。

6.1.8 用于施工质量检验的仪表、器具的性能指标，应符合现行国家相关标准的规定。

6.2 一般规定

6.2.1 不同桩型的适用条件应符合下列规定：

1 泥浆护壁钻孔灌注桩宜用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层； 2 旋挖成孔灌注桩宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；

3 冲孔灌注桩除宜用于上述地质情况外，还能穿透旧基础、建筑垃圾填土或大孤石等障碍物。在岩溶发育地区应慎重使用，采用时，应适当加密勘察钻孔； 4 长螺旋钻孔压灌桩后插钢筋笼宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、非密实的碎石类土、强风化岩； 5 干作业钻、挖孔灌注桩宜用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层； 6 在地下水位较高，有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的流塑状淤泥、淤泥质土层中不得选用人工挖孔灌注桩；

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7 沉管灌注桩宜用于黏性土、粉土和砂土；夯扩桩宜用于桩端持力层为埋深不超过20m的中、低压缩性黏性土、粉土、砂土和碎石类土。

6.2.2 成孔设备就位后，必须平整、稳固，确保在成孔过程中不发生倾斜和偏移。应在成孔钻具上设置控制深度的标尺，并应在施工中进行观测记录。 6.2.3 成孔的控制深度应符合下列要求：

1 摩擦型桩：摩擦桩应以设计桩长控制成孔深度；端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入持力层深度。当采用锤击沉管法成孔时，桩管入土深度控制应以标高为主，以贯入度控制为辅。

2 端承型桩：当采用钻（冲），挖掘成孔时，必须保证桩端进入持力层的设计深度；当采用锤击沉管法成

孔时，沉管深度控制以贯入度为主，以设计持力层标高对照为辅。

6.2.4 灌注桩成孔施工的允许偏差应满足表6.2.4的要求。

表6.2.4 灌注桩成孔施工允许偏差 桩位允许偏差（mm） 成 孔 方 法 桩径 偏差 （mm） 垂直度1~3根桩、条形允许偏差（%） 桩基沿垂直轴线方向和群桩基础中的边桩 d/6且不大于100 1 100+0.01H 1 1 0.5 1 70 100 70 50 100 条形桩基沿轴线方向和群桩基础的中间桩 d/4且不大于150 150+0.01H 150 150 150 150 200 泥浆护壁 钻、挖、冲孔桩 锤击（振动）沉管 振动冲击沉管成孔 d≤1000mm d＞1000mm d≤500mm d＞500mm 现浇混凝土护壁 长钢套管护壁 ≤-50 -50 -20 -20 ±50 ±20 螺旋钻、机动洛阳铲干作业成孔灌注桩 人工挖孔桩 注：①桩径允许偏差的负值是指个别断面； ②H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离；d为设计桩径。

6.2.5 钢筋笼制作、安装的质量应符合下列要求：

1 钢筋笼的材质、尺寸应符合设计要求，制作允许偏差应符合表6.2.5的规定；

表6.2.5 钢筋笼制作允许偏差 项 目 主筋间距 箍筋间距 钢筋笼直径 钢筋笼长度 允许偏差（mm） ±10 ±20 ±10 ±100 2 分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械式接头（钢筋直径大于20mm），并应遵守国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ 10、《钢筋焊接及验收规程》JGJ 18和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的规定；

3 加劲箍宜设在主筋外侧，当因施工工艺有特殊要求时也可置于内侧； 4 导管接头处外径应比钢筋笼的内径小100mm以上；

5 搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放应对准孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后应立即固定。

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6.2.6 粗骨料可选用卵石或碎石，其骨料粒径不得大于钢筋间距最小净距的1/3。

3

6.2.7 检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。直径大于1m或单桩混凝土量超过25m的桩，每根桩桩身混凝

3

土应留有1组试件；直径不大于1m的桩或单桩混凝土量不超过25m的桩，每个灌注台班不得少于1组；每组试件应留3件。

6.2.8 桩在施工前，宜进行试成孔。

6.2.9 灌注桩施工现场所有设备、设施、安全装置、工具配件以及个人劳保用品必须经常检查，确保完好和使用安全。

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6.3 泥浆护壁成孔灌注桩

Ⅰ 泥浆的制备和处理

6.3.1 除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计。 6.3.2 泥浆护壁应符合下列规定：

1 施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上；

2 在清孔过程中，应不断置换泥浆，直至浇注水下混凝土； 3 浇注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25；含砂率不得大于8%；黏度不得大于28s； 4 在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。 6.3.3 废弃的浆、渣应进行处理，不得污染环境。

Ⅱ 正、反循环钻孔灌注桩的施工

6.3.4 对孔深较大的端承型桩和粗粒土层中的摩擦型桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔，也可根据土层情况采用正循环钻进，反循环清孔。

6.3.5 泥浆护壁成孔时，宜采用孔口护筒，护筒设置应符合下列规定：

1 护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50㎜；

2 护筒可用4～8㎜厚钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部宜开设1～2个溢浆孔；

3 护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m。护筒下端外侧应采用黏土填实；其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求；

4 受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩，护筒应加高加深，必要时应打入不透水层。

6.3.6 当在软土层中钻进时，应根据泥浆补给情况控制钻进速度；在硬层或岩层中的钻进速度应以钻机不发生跳动为准。

6.3.7 钻机设置的导向装置应符合下列规定：

1 潜水钻的钻头上应有不小于3倍直径长度的导向装置； 2 利用钻杆加压的正循环回转钻机，在钻具中应加设扶正器。

6.3.8 如在钻进过程中发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时，应停钻，待采取相应措施后再进行钻进。

6.3.9 钻孔达到设计深度, 灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指标应符合下列规定：

1 对端承型桩，不应大于50㎜； 2 对摩擦型桩，不应大于100㎜；

3 对抗拔、抗水平力桩，不应大于200㎜。

Ⅲ 冲击成孔灌注桩的施工

6.3.10 在钻头锥顶和提升钢丝绳之间应设置保证钻头自动转向的装置。

6.3.11 冲孔桩孔口护筒，其内径应大于钻头直径200㎜，护筒应按本规范第6.3.5条设置。 6.3.12 泥浆的制备、使用和处理应符合本规范第6.3.1～6.3.3条的规定。 6.3.13 冲击成孔质量控制应符合下列规定：

1 开孔时，应低锤密击，当表土为淤泥、细砂等软弱土层时，可加黏土块夹小片石反复冲击造壁，孔内泥浆面应保持稳定；

2 在各种不同的土层、岩层中成孔时，可按照表6.3.13的操作要点进行；

3 进入基岩后，应采用大冲程、低频率冲击，当发现成孔偏移时，应回填片石至偏孔上方300～500㎜处，然后重新冲孔；

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4 当遇到孤石时，可预爆或采用高低冲程交替冲击，将大孤石击碎或挤入孔壁；

5 应采取有效的技术措施防止扰动孔壁、塌孔、扩孔、卡钻和掉钻及泥浆流失等事故； 6 每钻进4～5m应验孔一次，在更换钻头前或容易缩孔处，均应验孔；

7 进入基岩后，非桩端持力层每钻进300～500㎜和桩端持力层每钻进100～300m时，应清孔取样一次，并应做记录。

表6.3.13 冲击成孔操作要点

项 目 操 作 要 点 在护筒刃脚以下小冲程1m左右，泥浆比重1.2～1.5，2m范围内 软弱土层投入黏土块夹小片石 中、小冲程1 m～2m，泵入清水或稀泥黏性土层 浆，经常清除钻头上的泥块 中冲程2m～3m，泥浆比重1.2～1.5，粉砂或中粗砂层 投入黏土块，勤冲、勤掏渣 中、高冲程3m～4m，泥浆比重（密度）砂卵石层 1.3左右，勤掏渣 软弱土层或塌孔小冲程反复冲击，加黏土块夹小片石，回填重钻 泥浆比重1.3～1.5 注：1 土层不好时提高泥浆比重或加黏土块； 2 防黏钻可投入碎砖石。

6.3.14 排渣可采用泥浆循环或抽渣筒等方法，当采用抽渣筒排渣时，应及时补给泥浆。

6.3.15 冲孔中遇到斜孔、弯孔、梅花孔、塌孔及护筒周围冒浆、失稳等情况时，应停止施工，采取措施后方可继续施工。

6.3.16 大直径桩孔可分级成孔，第一级成孔直径应为设计桩径的0.6～0.8倍。 6.3.17 清孔宜按下列规定进行：

1 不易塌孔的桩孔，可采用空气吸泥清孔；

2 稳定性差的孔壁应采用泥浆循环或抽渣筒排渣，清孔后灌注混凝土之前的泥浆指标应按本规范第6.3.1

条执行；

3 清孔时，孔内泥浆面应符合本规范第6.3.2条的规定；

4 灌注混凝土前，孔底沉渣允许厚度应符合本规范第6.3.9条的规定。

Ⅳ 旋挖成孔灌注桩的施工

6.3.18 旋挖钻成孔灌注桩应根据不同的地层情况及地下水位埋深，采用干作业成孔和泥浆护壁成孔工艺，干作业成孔工艺可按本规范第6.6节执行。

6.3.19 泥浆护壁旋挖钻机成孔应配备成孔和清孔用泥浆及泥浆池（箱），在容易产生泥浆渗漏的土层中可采取提高泥浆比重、掺入锯末、增黏剂提高泥浆黏度等维持孔壁稳定的措施。

6.3.20 泥浆制备的能力应大于钻孔时的泥浆需求量，每台套钻机的泥浆储备量不应少于单桩体积。

6.3.21 旋挖钻机施工时，应保证机械稳定、安全作业，必要时可在场地辅设能保证其安全行走和操作的钢板或垫层(路基板)。

6.3.22 每根桩均应安设钢护筒，护筒应满足本规范第6.3.5条的规定。

6.3.23 成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况，并应清除钻斗上的渣土。

6.3.24 旋挖钻机成孔应采用跳挖方式,钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m，并应及时清除。应根据钻进速度同步补充泥浆，保持所需的泥浆面高度不变。

6.3.25 钻孔达到设计深度时，应采用清孔钻头进行清孔，并应满足本规范第6.3.2条和第6.3.3条要求。孔底

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沉渣厚度控制指标应符合本规范第6.3.9条规定。

Ⅴ 水下混凝土的灌注

6.3.26 钢筋笼吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验，合格后应立即灌注混凝土。

6.3.27 水下灌注的混凝土应符合下列规定：

1 水下灌注混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定；坍落度宜为180～220mm；水泥用量

3

不应少于360kg/m（当掺入粉煤灰时水泥用量可不受此限）；

2 水下灌注混凝土的含砂率宜为40％～50％，并宜选用中粗砂；粗骨料的最大粒径应小于40mm；并应满足本规范第6.2.6条的要求；

3 水下灌注混凝土宜掺外加剂。

6.3.28 导管的构造和使用应符合下列规定：

1 导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200～250mm；直径制作偏差不应超过2mm，导管的分节长度可视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，接头宜采用双螺纹方扣快速接头；

2 导管使用前应试拼装、试压，试水压力可取为0.6～1.0MPa； 3 每次灌注后应对导管内外进行清洗。

6.3.29 使用的隔水栓应有良好的隔水性能，并应保证顺利排出；隔水栓宜采用球胆或与桩身混凝土强度等级相同的细石混凝土制作。

6.3.30 灌注水下混凝土的质量控制应满足下列要求：

1 开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm；

2 应有足够的混凝土储备量，导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于0.8m；

3 导管埋入混凝土深度宜为2～6m。严禁将导管提出混凝土灌注面，并应控制提拔导管速度，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土灌注面的高差，填写水下混凝土灌注记录；

4 灌注水下混凝土必须连续施工，每根桩的灌注时间应按初盘混凝土的初凝时间控制，对灌注过程中的故障应记录备案；

5 应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.8～1.0m，凿除泛浆高度后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级。

6．4 长螺旋钻孔压灌桩

6.4.1 当需要穿越老黏土、厚层砂土、碎石土以及塑性指数大于25的黏土时，应进行试钻。

6.4.2 钻机定位后，应进行复检，钻头与桩位点偏差不得大于20㎜，开孔时下钻速度应缓慢；钻进过程中，不宜反转或提升钻杆。

6.4.3 钻进过程中，当遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业。

6.4.4 根据桩身混凝土的设计强度等级，应通过试验确定混凝土配合比；混凝土坍落度宜为180～220㎜；粗骨料可采用卵石或碎石，最大粒径不宜大于30㎜；可掺加粉煤灰或外加剂。

6.4.5 混凝土泵应根据桩径选型，混凝土输送泵管布置宜减少弯道，混凝土泵与钻机的距离不宜超过60m。 6.4.6 桩身混凝土的泵送压灌应连续进行，当钻机移位时，混凝土泵料斗内的混凝土应连续搅拌，泵送混凝土时，料斗内混凝土的高度不得低于400㎜。

6.4.7 混凝土输送泵管宜保持水平，当长距离泵送时，泵管下面应垫实。

6.4.8 当气温高于30℃时，宜在输送泵管上覆盖隔热材料，每隔一段时间应洒水降温。

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6.4.9 钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿10～20s，再缓慢提升钻杆。提钻速度应根据土层情况确定，且应与混凝土泵送量相匹配，保证管内有一定高度的混凝土。

6.4.10 在地下水位以下的砂土层中钻进时，钻杆底部活门应有防止进水的措施，压灌混凝土应连续进行。 6.4.11 压灌桩的充盈系数宜为1.0～1.2。桩顶混凝土超灌高度不宜小于0.3～0.5m。

6.4.12 成桩后，应及时清除钻杆及泵（软）管内残留混凝土。长时间停置时，应采用清水将钻杆、泵管、混凝土泵清洗干净。

6.4.13 混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度。钢筋笼插设宜采用专用插筋器。

6.5沉管灌注桩和内夯沉管灌注桩

Ⅰ 锤击沉管灌注桩施工

6.5.1锤击沉管灌注桩施工应根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法或反插法。 6.5.2锤击沉管灌注桩施工应符合下列规定：

1 群桩基础的基桩施工，应根据土质、布桩情况，采取消减负面挤土效应的技术措施，确保成桩质量； 2 桩管、混凝土预制桩尖或钢桩尖的加工质量和埋设位置应与设计相符，桩管与桩尖的接触应有良好的密封性。

6.5.3灌注混凝土和拔管的操作控制应符合下列规定：

1 沉管至设计标高后，应立即检查和处理桩管内的进泥、进水和吞桩尖等情况，并立即灌注混凝土； 2 当桩身配置局部长度钢筋笼时，第一次灌注混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，再灌至桩顶标高。第一次拔管高度应以能容纳第二次灌入的混凝土量为限，不应拔得过高。在拔管过程中应采用测锤或浮标检测混凝土面的下降情况；

3 拔管速度应保持均匀，对一般土层拔管速度宜为1m/min，在软弱土层和软硬土层交界处拔管速度宜控制在0.3～0.8m/min；

4采用倒打拔管的打击次数，单动汽锤不得少于50次/min，自由落锤小落距轻击不得少于40次/min；在管底未拔至桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。

6.5.4 混凝土的充盈系数不得小于1.0；对于充盈系数小于1.0的桩，应全长复打，对可能断桩和缩颈桩，应采用局部复打。成桩后的桩身混凝土顶面应高于桩顶设计标高500mm以内。全长复打时，桩管入土深度宜接近原桩长，局部复打应超过断桩或缩颈区1m以上。 6.5.5全长复打桩施工时应符合下列规定：

1 第一次灌注混凝土应达到自然地面；

2 拔管过程中应及时清除粘在管壁上和散落在地面上的混凝土； 3 初打与复打的桩轴线应重合；

4 复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝之前完成。 6.5.6混凝土的坍落度宜采用80～100mm。

Ⅱ振动、振动冲击沉管灌注桩施工

6.5.7振动、振动冲击沉管灌注桩应根据土质情况和荷载要求，分别选用单打法、复打法、反插法等。单打法可用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖；反插法及复打法可用于饱和土层。 6.5.8振动、振动冲击沉管灌注桩单打法施工的质量控制应符合下列规定：

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