项目一----桩基础工程基本知识.doc

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。

方桩 管桩 板桩
图5-6 桩示意图
（三）静力压桩
静力压桩是在软土地基上，利用静力压桩机械或液压压桩机，用无震动的静压力将预制桩压入土中。静力压桩工程量的计算与打预制混凝土桩相同。
（四）接桩
当工程需要桩基长超过30m时，可将桩分成几节（段）预制，然后在打桩过程中逐段接长，称之为接桩。接桩的方法一般有电焊接桩法和硫磺胶泥接桩两种。其中，电焊接桩按桩设计接头以个计算；硫磺胶泥接桩按桩断面面积以平方米计算。计算式如下：
电焊接桩工程量=桩设计接头个数
硫磺胶泥接桩工程量=桩断面面积×桩设计接头个数
（五）送桩
当桩顶面需要送入自然地坪以下时，受打桩机的影响桩锤不能直接锤击到装头，而必须用另一根桩置于原桩头上，将原桩打入土中。此过程称之为送桩。
送桩按桩断面面积乘以送桩长度计算。计算式如下：
送桩工程量=桩断面面积×送桩长度
式中：送桩长度按打桩架底至桩顶面高度或自桩顶面至自然地坪面另加0.5m计算，如图5-7所示。

图5-7 送桩长度示意图
（六）打拔钢板桩
打拔钢板桩按钢板桩重量以吨计算。
（七）灌注桩
1. 打孔灌注桩
打孔灌注桩是先将钢管打入地下，然后安放钢筋笼并现浇混凝土而成的桩，如沉管灌注桩。其计算规则为：
（1）混凝土桩、砂桩、碎石桩、灰土挤密桩的体积，按设计规定桩长（包括桩尖，不扣除桩尖虚体积）乘以钢管管箍外径断面面积计算。
（2）定额各种灌注的材料用量中，均已包括表5-2规定的充盈系数和材料损耗。实际施工与定额规定不同时，应按实际换算。
表5-2 充盈系数及材料损耗表
项目名称
充盈系数
损耗率%
打孔灌注混凝土桩
1.25
1.5
钻孔灌注混凝土桩
1.30
1.5
打孔灌注砂桩
1.30
3
打孔灌注砂石桩
1.30
3
注：1. 灌注砂石桩除上述充盈系数和损耗率外，还包括级配密实系数 1.334。
2. 充盈系数是指实际灌注材料体积与按设计桩身直径计算体积之比，实际施工与定额规定不同时，按实际换算。换算后的充盈系数值按下式计算：
换算后的充盈系数=
计算式如下：
打孔灌注桩工程量=管箍外径断面面积×桩全长×桩根数
2. 钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是指先用钻孔机钻孔，然后放入钢筋笼并现浇混凝土而成的桩，有泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩。其工程量按设计桩长（包括桩尖，不扣除桩尖虚体积）增加0.25m乘以设计断面面积计算。计算式如下：
钻孔灌注桩工程量=桩断面面积×（桩全长＋0.25m）×根数
3. 钢筋笼的制作
定额灌注桩项目预算价格中未包括钢筋笼的费用，钢筋笼制作费用应依照设计规定，按本章第七节混凝土及钢筋混凝土工程中相应项目以吨计算。
4. 泥浆运输
泥浆运输工程量按钻孔体积以立方米计算，其计算式如下：
泥浆运输工程量=钻孔体积×钻孔个数
二、地基加固工程
当发现地基不符合设计要求时，应对地基进行加固。除了可以采用换土（灰土、砂、砂石）垫层法、地基强夯以外，还可采用桩加固地基。
（一）换土（灰土、砂、砂石）垫层法
换土垫层法加固地基是用夯（压）实的灰土、砂或砂石，替换基础下部一定厚度的软土层，以提高地基承载力。其工程量计算方法与“土石方工程”中“填土碾压”相同。
（二）地基强夯
地基强夯是利用起重机械将8～40t的夯锤提升到6～30m的高出后自由落下，以对土体强力夯实的加固方法，其工程量计算式如下：
地基强夯工程量=强夯面积
（三）桩加固地基
本部分在《全国统一建筑工程基础定额》中未包括，发生该施工内容时，各地可按当地有关规定计算。在此，以《山西省建筑工程预算定额》为例，说明其工程量的计算方法。
1. 振动水冲桩
振动水冲桩是通过振冲器产生高频振动和水泵产生高压水流，在土体中振冲成孔，然后从地面向孔中逐段添加填料，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体，称为振冲桩。其工程量按综合密实电流（50A）取定的桩成孔断面面积乘以设计桩长计算。计算式如下：
振动水冲桩工程量=桩成孔断面面积×设计桩长
式中：桩成孔断面面积按表5-3规定计算。
表5-3 振动水冲桩成孔断面面积表
桩长
桩长8mm以内
桩长15mm以内
成孔直径（m）
0.88
0.80
断面面积（㎡）
0.68
0.56

2. 深层搅拌水泥桩
深层搅拌水泥桩是利用钻机的钻头在桩位搅拌后将固化剂（水泥、石灰）用灰浆泵输入到软土中，强行拌合后形成的水泥加固体。近年来，新兴起的深层搅拌水泥粉喷桩（简称粉喷桩）也属此类，它是以水泥干粉为固化剂的。深层搅拌水泥桩按（设计桩长+设计超灌长度）×设计断面面积以立方米计算。其中，设计超灌长度按设计尺寸计算，未注明的可按0.5m计算。