桩基础施工技术

桩基础施工技术

摘要

随着工业技术的进步和工程建设规模的扩大，桩基技术在近几十年间得到了突飞猛进的发展，桩基础已成为高层或超高层建筑、铁路公路大桥、港口码头、重型储仓及水闸、船闸等建筑结构物最常用的基础形式。桩基础是指通过桩支撑着承台的基础，也就是由承台和支撑着这个承台的桩组成的基础。桩基技术的发展有着悠久的历史，其发展过程，大致可分为三个阶段：木桩，钢桩，钢筋混凝土桩。目前，桩基工程的绝大部分都是钢筋混凝土桩，按成桩方法来说，主要分为预制桩和灌注桩。因此，我们接下来主要研究的就是以成桩方法来分类的各种预制桩和灌注桩的特点和应用、以及分析这几种桩基础的施工技术，和施工过程中容易出现的难点和问题等质量通病的防治。 [关键词]：桩基础 预制桩 灌注桩 特点施工技术问题

1.绪论

1.1研究背景

在城市建设中，由于人口密集而土地有限，人们便向空中及地下发展，建造了大量高层建筑，以获得更大的活动空间。然而传统的天然基础是远远不能满足现代高层建的设计须要的。近年来，高层、大跨和其它特殊结构的建筑物不断增加，在荷载大、地基弱、变形控制严和使用要求高等条件下，深基础越来越多地被采用。其中桩基础由于承载力大，沉降量小，能适应不同结构形式、地基条件和荷载性质，有利于结构的防震减灾，因而应用更为广泛。并且对软基础的处理上，桩基础的稳定性以及在施工工期上远远要比换土、挤石等，在一定程度上桩基础的施工更加稳定，安全性高在工期上更容易掌握。 1.2研究桩基础现状、研究目的和意义

随着工业技术的进步和工程建设规模的扩大，桩基技术在近几十

年间得到了突飞猛进的发展，桩基础已成为高层或超高层建筑、铁路公路大桥、港口码头、重型储仓及水闸、船闸等建筑结构物最常用的基础形式。桩基础是指通过桩支撑着承台的基础，也就是由承台和支撑着这个承台的桩组成的基础。承台承受上部建（构）筑物的荷载，并把荷载传递给下面的桩，使各桩受力均匀。而桩是竖直或微倾斜的基础构件，其作用是把上部的荷载传给下部的地基。地基是承受建筑物全部荷载（包括基础自重）的那部分土层。与其他类型的深积储相比，桩基础具有施工快，投资少，效果好等优越性，是一种应用最广泛，大有发展前途的深基础。深基础目前普遍是指桩基础，而钢筋混凝土灌注桩作为桩基础的主要形式之一，在国内外已被广泛的应用于各类基础工程之中。在工程实践中，一般在下列情况下可考虑采用桩基础：(1) 建筑物荷载较大，地基软弱，采用天然地基不能满足承载力的要求或地基沉降过大对建筑物造成危害时；(2) 经技术经济指标、工程质量、施工条件等方面综合比较，采用桩基础比天然地基或地基加固处理优越时；(3) 高耸建筑物对整体倾斜有严格限制时；(4) 重要、大型、精密机械设备的基础对地基变形有严格限制时；(5) 因地基沉降对相邻建筑物产生相互影响巨大时。

桩基技术的发展有着悠久的历史，其发展过程，大致可分为三个阶段。

第一个阶段是木桩：（1）早在新石器时代，人类在湖泊和沼泽地里，用木桩搭作水上住所，汉朝己用木桩修桥。到宋朝，桩基技术已比较成熟。今上海市的龙华塔和山西太原的晋词圣母殿，都是北宋年代修建的桩基建筑物。（2）在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点。近年来，由于木桩承载力较低，耐腐蚀性差，木材资源不足，已经逐渐被淘汰。

第二个阶段为钢桩：19世纪20年代，开始使用铸铁板桩修筑围堰和码头。到本世纪初，美国出现了各种型式的型钢，特别是H 型的钢桩受到营造商的重视。美国密西西比河上的钢桥大量采用钢桩基础，到30年代在欧洲也被广泛采用。二次大战后，随着冶炼技术的发展，

各种直径的无缝钢也被作为桩材用于基础工程。钢桩具有抗冲击性能好、节头易于处理、运输方便、施工质量稳定等优点，但其最大的缺点是造价高，大致相当于钢筋混凝土桩的3到4倍。因此，目前还只能在极少数深厚软土层上的高重建筑物或海洋平台基础中使用。

第三个阶段为钢筋混凝土桩：本世纪初钢筋混凝土预制构件问世后，出现了厂制和现场预制钢筋混凝土桩。我国50年代开始生产预制混凝土桩，多为方桩。1949年美国雷蒙德混凝土桩公司最早用离心机生产了中空预应力钢筋混凝管桩。我国铁路系统于50年代末也开始生产使用预应力钢筋混凝土桩。（3）钢筋混凝土桩出现后，因其取材方便、价格便宜、耐久性好、适合各种地层和成桩直径及长度可变范围大等优点，随即成为地基支撑方式的首选。目前，桩基工程的绝大部分都是钢筋混凝土桩。

钢筋混凝土桩的早期主要是预制桩，但在灌注桩出现后，预制桩由于相对造价高、适用范围小、施工不便等缺点，逐渐被灌注桩所取代。灌注桩因施工过程无噪声和振动、可根据土层及荷载任意变化桩长桩径甚至截面、桩身钢筋可随需要调整等优点成为现今的主要桩型。当前，灌注桩己形成多种成桩工艺、多类桩型，使用范围已扩及到土木工程的各个领域。

因此，我们接下来主要研究的就是以成桩方法来分类的各种预制桩和灌注桩的特点和应用、以及分析这几种桩基础的施工技术，和施工过程中容易出现的难点和问题等质量通病的防治。

2.各种桩基础的特点及应用

按成桩方法来说，我们可以把桩基础分为两大类：预制桩和灌注桩。 2.1预制桩

多年来，钢筋混凝土预制桩是建筑工程的传统的主要桩型。七十年代以来，随着我国城市建设的发展，施工环境受到越来越多的限制，预制桩的应用范围逐渐缩小。但是，在市郊的新开发区，预制桩的使

用是基本不受限制的。预制桩总体来说，具有以下特点：（1）预制桩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，由此会产生一定的振动和噪声污染，并且沉桩过程会产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路和管线等受到损坏。（3）一般来说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，其侧摩阻力因土的加密和桩侧表面预加法响应力而提高；桩端阻力也相应提高。基土的原始密度越低，承载力的提高幅度越大。当建筑场地有较厚砂砾层时，一般宜将桩打入该持力层，以大幅度来提高承载力。当预制桩打入饱和粘性土时，土结构受到破坏并出现超孔隙水压，桩承载力存在显著的时间效应，即随休止时间而提高。（6）建筑工程中预制桩的单桩设计承载力一般不超过3000kN，而在海洋工程中，由于采用大功率打桩设备，桩的尺寸大，其单桩设计承载力可高达10000 kN。（7）由于桩的灌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。（8）预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，要求配置较多与钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。

预制桩主要有以下几种类型：

普通钢筋混凝土预制桩（R.C桩），这是一种传统桩型，其截面多为方形（250×250-500×500mm），这种预制桩适宜在工厂预制，高温蒸汽养护。蒸养可大大加速强度增长，但动强度的增长速度较慢，因此，蒸养后达到了设计强度的R.C桩，一般仍需放置一个月左右碳化后再使用。

预应力钢筋混凝土桩（P.C桩），这种预制桩主要是对桩身主筋施加预拉应力，混凝土受预拉应力从而提高起吊时桩身的抗弯能力和冲击沉桩时的抗拉能力，改善抗裂性能，节约钢材。预应力钢筋混凝土桩具有强度高、抗裂性能好，耐久性好，能承受强烈锤击，成本低等优点，所以各国都逐步将普通钢筋混凝土桩改用预应力钢筋混凝土桩。

P.C桩的制作方法主要有离心法和捣注法两种，离心法一般制成环形断面，捣注法多为实心方形断面，也可采取抽芯办法制成外方内圆孔的断面。为了减少沉桩时的排土量和提高沉桩灌入能力，往往将空心预应力管桩桩端制成敞口式。预应力管桩在我国多用采用室内离心成型、高压蒸养法生产，其标号可达C60以上，规格有Φ400、Φ500两种，管壁分别为90mm、100mm，每节标准长度为8m、10m.，也可按需确定长度。我国预应力钢筋混凝土桩均为中小断面，大直径管桩尚处于试验阶段，产量也比较低。国外大直径管桩的应用则很广泛。

锥形钢筋混凝土桩。锥形桩在沉桩过程中能起到比等截面桩更多的对土的挤密效应，并可利用其锥面增大桩的侧面摩阻力，从而提高承载力。在桩身体积相同的条件下，其承载力可比等截面桩提高1~2倍，沉降量也降低。这种桩一般长度较小，多用于非饱和填土等软弱土层不太厚、对承载力要求不太高的情况。

螺旋形钢筋混凝土桩。这种桩基通过施加扭矩旋转置入土中，因而可避免冲击沉桩产生的噪声和振动污染。螺旋形可提高桩侧阻力和桩端阻力。当硬持力层较浅且上部土层很软时，可只在桩端部分设螺旋叶片，带螺旋叶片的桩端可用铸铁制成，用销子将其与钢筋混凝土桩管连接，或将铸铁的叶片装在与之混凝土圆柱上。

除此之外还有，结节性钢筋混凝土预制桩，这种桩型主要可以用于防止地震时地基土的液化。钻孔预制桩，采用这种桩型可以降低打桩时引起的振动和噪声污染，避免打桩时产生的挤土效应对周围建筑物的危害，以及克服打桩时硬层难以贯穿等问题。 2.2 灌注桩

灌注桩的成桩技术日新月异，就其成桩过程、桩土的相互影响特点大体可分为三种基本类型：非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩。每一种基本类型又包含多种成桩方法，现归纳如下：

施工实践表明,我国常用的各种桩型从总体上看,具有以下特点:大直径桩与普通直径桩并存;预制桩与灌注桩并存;非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩并存;在非挤土桩中钻孔、冲抓成孔和人工挖孔法并存;

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