桩基础新型施工工艺和未来展望

 桩基是一种古老的基础型式。桩工技术经历了几千年的发展过程。无论是桩基材料和桩类型，或者是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展，已经形成了现代化基础工程体系。在某些情况下，采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。70年代，中国曾发生了几次大地震。以其中的唐山大地震为例，凡采用桩基的建筑物一般受害轻微。这说明桩基在地震力作用下的变形小，稳定性好，是解决地震区软弱地基和地震液化地基抗震问题的一种有效措施。如今桩基础施工工艺种类繁多，各类新型施工工艺层出不绝，本文主要介绍桩基础新型施工工艺并浅谈桩基础的未来发展方向。

2 桩基础施工新技术

2.1 静力压桩

2.1.1静力压桩的含义和适用范围

用静力压桩机或锚杆将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土中的一种沉桩施工工艺。静力压桩包括锚杆静压桩及其他各种非冲击力沉桩。适用范围静力压桩适用于软土、填土及一般粘性土层中应用，特别适合于居民稠密及危房附近环境要求严格的地区沉桩，但不宜用于地下有较多孤石、障碍物或有厚度大于2m 的中密以上砂夹层的情况，以及单桩承载力超过1600kN 的情况。

2.1.3主要机具

（1）全液压静力压桩机。

（2）其他机具：吊车、经纬仪、水准仪、钢卷尺、电焊机。

2.1.4工艺流程

静力压桩工艺流程见下图。

2.1.5质量控制点

（1）混凝土预制桩的混凝土强度达到强度设计值的70%方可起吊，达到强度设计值的100%才能运输和压桩施工。 （2）桩机就位时，应对准桩位，将静压桩机调至水平、稳定，确保在施工中不发生倾斜和移动。 （3）施工中应密切关注压桩的压力变化，压桩时压力不得超过桩身强度。 （4）桩顶标高允许偏差为 50mm。

（5）对于引孔沉桩，引孔孔径约比桩径小50～100mm ，且应随钻随压桩。

2.2泥浆护壁钻孔灌注桩

2.2.1 泥浆护壁钻孔灌注桩的含义

（1）灌注桩：先用机械或人工成孔，然后再下钢筋笼、灌注混凝土的基桩。

（2）泥浆护壁：用机械进行灌注桩成孔时，为防止塌孔，在孔内用相对密度大于1的泥浆进行护壁的一种成孔施工工艺。

2.2.2 适用范围

泥浆护壁钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械的不同，可分为如下几种，其适用范围如下：

（1）冲击成孔灌注桩：适用于黄土、粘性土或粉质粘土和人工杂填土层中应用，特别适合于有孤石的砂砾石层、漂石

层、坚硬土层、岩层中使用，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土，则应慎重使用。

（2）冲抓成孔灌注桩：适用于一般较松软粘土、粉质粘土、砂土、砂砾层以及软质岩层应用，孔深在20m 内。 （3）回转钻成孔灌注桩：适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、粘性土、砂土、软质岩层。

（4）旋挖钻成孔灌注桩：适用于一般粘性土、砂土、砂砾层以及中等密实度的卵石地层应用，孔深在80m 内。 （5）潜水钻成孔灌注桩：适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层中使用，不得用于漂石。

2.2.3主要机具

成孔机械根据土质情况进行选用，常用的成孔钻机有冲击钻机、冲抓钻机、回转钻机、旋挖钻机、潜水钻机等。

2.2.4工艺流程

泥浆护壁钻孔灌注桩工艺流程见下图。

2.2.5 质量控制点

（1）控制桩位偏差和垂直度。

（2）杜绝采取加深钻孔深度的方法代替清孔。

（3）钢筋笼要对中。

（4）首浇砼量的问题。首浇砼埋管深度不得小于1.0～1.2m 。 （5）埋管深度不管灌注如何顺利，**好不超过6m ，**多放宽至8m 。 （6）砼灌注标高控制到设计标高0.5m 以上。

2.3人工成孔灌注桩

2.3.1人工成孔灌注桩的含义

人工成孔灌注桩，又称人工挖孔灌注桩，即是采用人工挖土成孔、灌注混凝土成桩的一种基桩。

2.3.2适用范围

人工成孔灌注桩适用于桩直径800mm 以上，无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量的砂、砂卵石、姜结石的粘土层采用，特别适于黄土地层中使用，深度一般20m 左右。可用于高层建筑、公用建筑、水工结构（如泵站、桥墩作支承、抗滑、挡土、锚拉桩之用。）对有流砂、地下水位较高、涌水量大的冲积地层及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层不宜使用。

2.3.3主要机具

一般需备有三木搭、卷扬机组或电动葫芦、手推车或翻斗车、镐、锹、手铲、钢钎、线坠、定滑轮组、导向滑轮组、混凝土搅拌机、吊桶、溜槽、导管、振捣棒、插钎、粗麻绳、钢丝绳、安全活动盖板、防水照明灯（低压36V 、100W ）、电焊机、通风及供氧设备、扬程水泵、木辘轳、活动爬梯、安全帽、安全带等。

2.3.4工艺流程

人工成孔灌注桩一般按以下工艺流程进行。

放线定桩位及高程→开挖**节桩孔土方→支护壁模板放附加钢筋→浇筑**节护壁混凝土→检查桩位（中心）轴线→加设垂直运输架→安装电动葫芦（卷扬机或木辘轳）→安装吊桶、照明、活动盖板、水泵、通风机等→开挖吊运第二节桩孔土方（修边）→先拆**节、支第二节护壁模板（放附加钢筋）→浇筑第二节护壁混凝土→检查桩（中心）轴线→逐层往下循环作业→开挖扩底部分→检查验收→吊放钢筋笼→放混凝土串筒（导管）→浇筑桩身混凝土（随浇随振）→插桩顶钢筋。

2.3.5 质量控制点

（1）控制桩位偏差和桩径。

（2）检查是否合理设置护壁及其配筋情况。护壁混凝土应根据气候条件，浇灌完毕须经过24h 后方可拆模。

 （3）确认桩端持力层。

（4）采用合理的混凝土浇筑方式。一般用溜槽向桩孔内浇筑混凝土。当高度超过3m 时应用串筒，串筒末端离孔底高度不宜大于2m 。桩孔深度超过12m ，宜采用导管浇筑。浇筑混凝土应连续进行，分层振捣密实。 （5）混凝土浇筑到桩顶时，应适当超过桩顶设计标高。

2.4螺旋钻成孔灌注桩

2.4.1螺旋钻成孔灌注桩的含义

（1）干作业成孔灌注桩：是指不用泥浆或套管护壁的情况下用人工或钻机成孔，下钢筋笼、浇灌混凝土的基桩。 （2）螺旋钻成孔灌注桩：是干作业成孔灌注桩的一种，是利用电动机带动带有螺旋叶片的钻杆转动，使钻头螺旋叶片旋转削土，土块随螺旋叶片上升排出孔口，至设计深度后，进行孔底清理，然后下钢筋笼、浇灌混凝土成桩。

2.4.2 适用范围

螺旋钻成孔灌注桩适用于地下水位以上的一般粘性土、粉土、黄土，以及密实的粘性土、砂土层中使用。

2.4.3 主要机具

（1）螺旋钻孔机。

（2）装卸、运土或运送混凝土的机动小翻斗车或手推车。

（3）长、短棒式振捣器。部分加长软轴、混凝土搅拌机、平尖头铁锹、胶皮管等。串筒（或导管）、盖板、测绳、手

把灯、低压变压器及线坠等。

2.4.3工艺流程

螺旋钻成孔灌注桩工艺流程如下。

钻孔机就位→钻孔→检查质量→孔底清理→孔口盖板→移钻孔机→移盖板、测孔深和垂直度→放钢筋笼→放混凝土串筒

→浇筑混凝土（随浇随振）→插桩顶钢筋。

2.4.4质量控制点

（1）钻孔完毕应及时盖好孔口，防止落入杂物，以避免人为增加孔底虚渣土。 

（2）防止塌孔、缩孔。

（3）严格按操作工艺边浇筑混凝土边振捣的规定执行。 （4）防止钢筋笼变形。

（5）砼灌注标高控制到设计标高0.5m 以上。

2.5预应力管桩

2.5.1预应力管桩的含义

预应力混凝土管桩是采用离心脱水密实成型工艺原理，先张法施加预应力，达到规定的强度后放张预应力筋，再进行压蒸养护（或浸水养护）成型的一种预制混凝土桩。

2.5.2适用范围

预应力管桩适用于一般粘性土及填土、淤泥和淤泥质土、粉土、非自重湿陷性黄土等土层中使用。

2.5.3主要机具

（1）打桩机

a. 一般为三点支撑式履带打桩机或步履式打桩机。 b. 打桩机的桩架必须具有足够的承载力、刚度和稳定性。 （2）桩锤。

a. 桩锤分为落锤、气动锤、柴油锤、液压锤等类型。 b. 目前我国各地施打预应力管桩以筒式柴油锤为主。

 （3）桩帽

a. 桩帽宜做成圆筒型，套桩头用的筒体深度宜为35～40cm 。

b. 内径应比管桩外径大2～3cm ，并设有导向脚与桩架导轨相连，保证与柴油锤的中心线重合。 c. 桩帽应设有桩垫层和锤垫层两部分，桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性。 

（4）送桩器

a. 送桩器宜做成圆筒形，并有足够的强度、刚则度和耐打性。 b. 送桩器长度宜做成送桩深度的1.5倍。

c. 送桩器应与管桩匹配，一般采用套筒式送桩器，内径应比管桩外径大20～30mm 。 

（5）履带式或轮胎式起重机，起重吨位为15t 。

（6）电焊机，管桩切割器、经纬仪、水准仪等施工机具和仪器。

2.5.4工艺流程

预应力管桩施工工艺流程见下图。

2.5.5质量控制点

（1）根据实际工程的需要选择管桩类型，保证预应力管桩强度达到设计强度的100%后才开始打桩。

（2）对照地质资料及按设计、规范要求合理选用施工机具，采用“重锤低击”的原则选用桩锤并控制打桩总锤击数，避免桩身混凝土产生疲劳破坏，桩身断裂。

（3）根据施工的管桩尺寸按要求制作桩帽及送桩器。

（4）管桩在运输、吊桩及堆放过程中应正确叠放，轻起轻吊，避免使用前桩身就已经断裂，桩顶破碎。 

（5）施工管桩时要保证桩体的垂直度，避免桩身倾斜。

3 桩基础未来发展方向

3.1桩的尺寸向长、大方向发展。

基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。欧美及日本的钢管桩长度已达100m 以上，桩径超过2500mm ；上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m 的砂层，桩径为914.4mm ；温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m 以上，桩断面600×600mm2；郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为1000～1100mm ，桩长77.6m ；厦门某大厦反循环钻成孔灌注桩深度达103m ；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3m ，深度150m 。

3.2桩的尺寸向短、小方向发展。

基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、建筑物增层以及补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟，应用广泛。小桩又称微型桩或IM 桩，是法国索勒唐舍(SOLETANCHE)公司开发的一种灌注技术。小桩实质上是直径压力注浆桩；桩径为70～250mm(国内多用250mm) ，长径比大于30(国内桩长多用8～12m ，长径比通常为50左右) ，采用钻孔(国内多用螺旋钻成孔) 、强配筋(配筋率大于1%)和压力注浆(注浆压力为1.0～2.5MPa) 工艺施工。锚杆静压桩的断面为200×200mm2～300×300mm2；桩段长度取决于施工净空高度和机具情况，为1.0～3.0m ，桩入土深度3～30m 。

3.3向攻克桩成孔难点方向发展。

以日本为例，成立由64家基础公司组成的岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔法3种，回转钻进成孔法5种，冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削孔法9种。国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层) 钻进成孔法。

3.4向低公害工法桩方向发展。

筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点，但由于其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害) 等缺点，在城区的住宅群及公共建筑群等场地施工中受到很大限制，为此静压实钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐。 3.5向扩孔桩方向发展。

北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩（桩身直径0.3～0.4m ，扩底直径0.8～1.2m ）的静载试验结果表明，与相同桩身直径的直孔桩相比，前者极限荷载为后者的1.7～7.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.4～3.0倍。大直径钻（挖）孔扩底桩具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著优点，在国内外得到广泛运用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上，日本的大直径钻扩桩工法将近30种。

扩孔的成型工艺除钻扩外，还有爆扩、冲扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。

3.6向异型桩方向发展。

为了提高单桩承载力（桩侧摩阻力和桩端阻力）国内外大量发展异型桩。广义地说，异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。

横向截面从圆截面和方形截面异化后的桩型有三角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩、外方内异形空心桩、十字形桩、X 形桩、T 形桩及壁板桩等。

纵向截面从棱柱桩和圆柱桩异化后的桩型有楔形桩（圆锥形桩和角锥形桩）、梯形桩、菱形桩、根形桩、扩底柱、多节桩（多节灌注桩和多节预制桩）、桩身扩大桩、波纹柱形桩、波纹锥形桩、带张开叶片的桩、螺旋桩、从一面削尖的成对预制斜桩及DX 挤扩灌注桩等。

3.7向组合式工艺桩方向发展。

由于承载力的要求，环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程

要求，实践中经常出现组合式工艺桩。

例如，钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺；桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺；预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打（或压入）等工艺。

3.8向高强度桩方向发展。

随着对打入式预制桩要求越来越高，诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求，普通钢筋混凝土桩（简称R.C 桩，混凝土强度等级为C25～C40）已满足不了上述要求，故预应力钢筋混凝土桩（简称P.C 桩，混凝土强度等级为C40～C80）和预应力高强度混凝土桩（简称P.H.C 桩，混凝土强度等级不低于C80）使用越来越多。

3.9向多种桩身材料方向发展。

以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土、纤维混凝土、自流平混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。所谓钻孔压灌超流态混凝土桩是用改装后的长螺旋钻机至设计深度；在提钻的同时，**钻杆内腔经钻头上的喷嘴向孔底灌注一定数量的水泥浆；边提升钻杆边用混凝土泵压入超流态混凝土至略高于没有塌孔危险的位置；提出钻杆向孔内放入钢筋笼至桩顶设计标高；**后把超流态混凝土压灌至桩顶设计标高而成桩。

4 桩基础新技术研究意义

研究桩基础新技术可以及时总结和交流桩基工程与基坑工程领域先进技术和**新研究成果，帮助各单位工程技术人员准确理解和执行新规范，掌握工程质量验收与检测的有关技术要求，广泛交流该领域的先进技术和工程实践经验，研讨工程疑难问题和**终解决方法。