桩基础的应用与技术分析

于文杰 张安静 高 波 卢金旺

1.郑州航空工业管理学院土木建筑学院；2.河南黄河河务局工程建设中心；3.江苏省交通工程集团有限公司；4.新乡县公路管理局

1 引言

当前建筑工程中使用最多、最常见的深基础与地基处理方式便是桩基础，采用桩基础的建筑地基承载力高、后期基础沉降量小且不宜产生不均匀沉降，在发生地震时桩基础不宜因变形引起房屋倒塌、人员伤亡和财产损失小，桩基础施工时采用机械作业、质量和效率有保障。桩基础施工时的现场作业量小，材料消耗低，能适应多种地质条件和施工环境，在大型建筑、高层建筑、桥梁、特殊重要建筑、高铁等工程中被广泛使用。

2 桩基础概述

桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台和承台梁组成[1]。当遇到承载力不满足建筑要求的软弱地基时，施工前就需要对地基进行处理，在软基里打桩到持力层，强化地基后，再开始工程建设。整个过程就像在一块蛋糕上插几根筷子，再在筷子上搭一块板子，然后在板子上开始工程一样。建筑物在桩基这位可靠“支撑者”的稳固支持下，成就稳重坚忍的姿态。作为根基部分，桩基础对于提高地基承载能力、增强建筑工程的整体稳定性有非常好的可靠性。首先由于桩身可直接接触地基深处坚硬或比较坚硬的岩层，桩基础具有很高的竖向承载力。另外，多个桩和承台组成一个整体，多个带有装的承台又组成一个整体，桩基础具有很强的刚度，在建筑工程本身自重和相邻建筑荷载的作用下，基础不宜产生过大的竖向沉降和倾斜。最后，由于桩埋深大、桩身的抗拉拔承载力高且群桩整体刚度大，可以抵御风荷载、地震荷载等引起的水平荷载，抗倾覆承载能力高。

3 桩基础技术的选用

当建筑物上部为混合结构时，且层数不是很高；当建筑物为一般的中小型建筑时，且造型和高差不十分复杂时；当建筑物所处地区的地下水位高度不是很高时：普通基础在满足地基承载力的同时，工程量消耗与桩基础相比较小得多，且建设成本低，技术简单。在建筑工程施工中，相比普通的地基工程，桩基础不仅施工作业量高、施工程序烦琐，且总体工程造价高、对技术人员和施工人员的技术和经验要求更高，对于有些工程还存在地下空间使用受限等问题。所以，在施工场地和地质条件允许的条件下可采用普通基础的建筑工程可能会综合效益更高。可根据建筑物的重要性、复杂程度和工程地质条件等工程实际情况综合考虑，依据“经济合理、技术可靠”的原则，通过分析对比后确定是否采用桩基础。

重型加工厂房、大型货物仓库等建筑荷载较大天然地基不能满足其承载力要求的建筑，只有桩基础可以满足地基承载力和稳定性要求。地下水位比较高且对整体倾斜有严格限制或因自身沉降对相邻建筑产生较大影响的工程，如大型高耸的烟囱、电视塔等可考虑采用桩基础。根据我国多次的大地震后的统计研究发现，采用桩基础的建筑相比其他浅基础建筑在地震中受损程度较轻，由于建筑物受损或倒塌引起的人员伤亡和财产损失小，主要是因为桩基在地震力作用下变形小，稳定性更佳；处于地震带且地质环境，土层特殊的建筑工程应当使用桩基础技术。软弱土层上的重要、大型或精密机械设备等对地基变形有严格限制的基础，使用桩基础要比换土、挤石等具有更高的稳定性和安全性，且施工工期更容易掌握。

4 桩基础的施工分类及特点

4.1 桩基础的施工分类

根据建筑施工中常用的两种施工方法桩基础分为预制桩和灌注桩。预制桩是指根据桩基础的图集，在工厂生产处的各种不同形状和类型的桩，然后施工方根据设计纸质选用购买；或在施工现场制根据设计图纸制作浇筑的桩，强度达到设计值的70%方可起吊，待其强度达到100%时通过施工机械将其打入土中，即先有桩后有孔。灌注桩是指在施工现场的桩位上用机械或人工挖掘等手段在地基土中边破碎土体边出土渣而形成桩孔，并在孔内放置钢筋笼、然后灌注混凝土而做成的桩，即先有孔后有桩[2]。

4.2 预制桩的施工工艺和特点

预制桩的施工工艺为：平整场地→沉桩顺序→放线定位→装材料进场→吊桩就位→沉桩→接桩→送桩或截桩。

（1）平整场地：清楚施工场地范围内的地上地下障碍物，保证场地平整压实及供水、供电、排水，保证场地耐力满足施工机械的行走要求。（2）沉桩顺序：综合考虑桩距大小、桩机性能、工程特点和工期要求等确定合理的沉桩顺序以免影响沉桩速度和质量。常用的沉桩顺序有：由一侧向单一方向打；自中间向两个方向打；自中间向四周打；先深后浅；先大后小、先长后短。（3）放线定位：打桩前收集桩位图和承台大样图，确定桩轴线图和桩点位置，并打上小木桩作为桩位标志，经校核后涂上油漆使标志明显。（4）桩材料进场：预制桩进场应检查桩出厂合格证、厂家资质等级等的相关资料是否齐全，还要检查桩桩长、桩截面、钢筋配置、混凝土强度、桩尖端头板是否空鼓等应符合GB l3476 规定。（5）吊装就位：在预制桩的混凝土强度值达到设计70%时合理确定吊点，强度值达到设计值的100%时可用压装机起吊桩身并将桩尖对准桩位，开动压桩油缸将桩压入土中。（6）沉桩：沉桩时要严格按有关标准做好每米油压表读数（贯入度）、入土深度、等原始记录，插桩时一定要让桩头对准样桩。（7）接桩：常用接桩方法有焊接、机械连接。在接桩施工时，应对桩帽及时清理、除锈，上、下节接桩时必须对中，保持桩身在一条轴线，接头缝隙用薄钢片填实。（8）送桩或截桩：若是桩顶设计位置在地面以下，则需用送装机和打桩机共同用一根设计以外的桩将预制桩送入土中，后将这个"送"的桩收回；若桩顶高出地面一段距离为方便压桩机移位则要截桩。

4.3 灌注桩的施工工艺和特点

灌注桩的施工工艺为：测量放线→埋设护筒→桩机就位→钻孔→清孔→钢筋骨架安放→灌注水下混凝土→桩基施工完毕，拆卸钻机。灌注桩的施工过程详见图1。

图1 钻孔灌注桩施工程序

（1）测量放线：根据“三通一平”要求调查管线并清除场下障碍物，通过测量发现确定桩轴线和桩点位置并合理布置施工机械等（2）埋设护筒：护筒中心竖直线应与桩中心线重合，坑底深度与护筒底平整护，护筒标高偏差和竖向倾斜度应在规定允许范围内。（3）桩机就位：平整稳固桩基，保证钻具中心和桩位中心重合，在钻进过程中不产生位移和摇晃[3]。（4）制护壁泥浆、成孔，按一定比例将水、黏土（或膨润土）在泥浆池、钻孔中通过机械搅拌均匀；保持钻机底座平稳，开始钻孔并保证不发生倾斜移位[4]。（5）清孔：分别用换浆方法和正循环方法在孔深达到设计标高和安放钢筋骨架后进行清孔。（6）钢筋骨架安放：居中放置钢筋骨架，为防止安放导管、灌注混凝土过程中产生位移需采用钢丝绳或钢筋固定[5]。（7）采用钢制导管回顶法灌注水下混凝土，导管接口之间采用丝扣或法兰加垫密封圈或橡胶垫连接。

5 预制桩和灌注桩的选择

与灌注桩相比，预制桩的材料、施工等包含在内的综合费用一般情况下较低，且由于工厂预先制作且桩身的强度已达设计值，在场地条件和工程量相同的情况下预制桩的施工工期要短得多。如果在地质条件不是很好、场地条件限制的区域，预制桩将需要采用引孔措施，会增加很大的工程投资，造价相对较高。预制桩和灌注桩的工程使用，主要根据施工场地和地质层的状况并结合桩各自的特点选用，由于预制桩自身的承载力和施工特点，选用时对工程师的经验和或施工质量要求较高，若在地层状况复杂场地存在安全隐患，所以在综合工程经济成本和质量安全的综合因素下对预制桩的选用和施工要更加的注意。

表1 灌注桩与预制桩对比表

6 结束语

无论是哪种桩基础，在实际应用中均有一定的优缺点。至于如何具体选择，需要根据建筑工程的性质、地质情况、使用要求、工期整体控制等各个方面综合考虑是否采用桩基础，并对预制桩、灌注桩的使用进行经济、技术、造价和地质条件等多方面的综合考量。