浅谈桩基施工技术设计与施工控制

摘要：桩基础是人类在软弱地基上建造建筑物的一种创造，是最古老、最基本的基础类型。随着经济发展，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。文章介绍了桩基设计施工的方法及控制措施。

关键词：桩基础施工；桩基础设计；预制桩；灌注桩

中图分类号：U443文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0166-02

一、桩的施工方法

（一）预制桩的施工

预制桩的施工方法有：锤击法、振动法、压入法和射水法。（1）锤击法：桩基施工中采用最广泛的一种沉桩方法。以锤的冲击能量克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度。一般适用于硬塑、软塑黏性土。用于砂土或碎石土有困难时，可辅以钻孔法及水冲法。常用桩锤有蒸汽锤、柴油锤（见打桩机）；（2）振动法：振动法沉桩是以大功率的电动激振器产生频率为700～900次/分钟的振动，克服土对桩的阻力，使桩沉入土中。一般适用于砂土中沉入钢板桩，亦可辅以水冲法沉入预制钢筋混凝土管桩。用于振动沉桩的振动机的常用规格为20吨及40吨。目前，使用高频率达10000次/分钟的沉桩机头，震动与噪声小，沉桩速度快（见振动沉桩机）；（3）压入法：压入法沉桩具有无噪声、无震动、成本低等优点，常用压桩机有80吨及120吨两种。压桩需借助设备自重及配重，经过传动机构加压把桩压入土中，故仅用于软土地基；（4）射水法：锤击、振动两种沉桩方法的辅助方法。施工时利用高压水泵，产生高速射流，破坏或减小土的阻力，使锤击或振动更易将桩沉入土中。射水法多适用于砂土或碎石土中，使用时需控制水冲深度。

（二）灌注桩的施工

主要工序是成孔及灌注混凝土。成孔可分为套管成孔、干作业成孔、泥浆护壁成孔及爆扩成孔四类。（1）套管成孔灌注桩：将带有钢筋混凝土预制桩尖或活瓣桩尖的套管用锤击法或振动法沉入土中挤土成孔。在管中灌注混凝土后，边振动边将套管拔出，同时混凝土得到振实，在土中成圆柱桩体。套管成孔灌注桩适用于软土地基，不受地下水位影响。由于套管灌注桩在淤泥中成孔，有时会出现缩颈和断裂，施工时要严格掌握操作顺序、灌注混凝土量和拔管时间，必要时可二次沉管、复打予以补救；（2）干作业成孔灌注桩：用螺旋钻成孔，不需泥浆护壁，孔壁自立，孔径不变。经清底放入钢筋骨架后灌注混凝土，用混凝土振捣器振实。适用于地下水位以上、土质较好的黏性土及砂土。钻孔产生的震动与噪声较小；（3）泥浆护壁成孔灌注桩：以钻（冲）机切削土体，排土成孔。灌入泥浆，泥浆稠度可根据土层情况确定。其作用是稳定孔壁，维持孔径。经清除底部石渣后用“导管法”灌注水下混凝土。按不同土层选用冲击钻机或旋转钻机可穿过砂土层，碎石土层，并可钻入基岩。建筑上常用的灌注桩直径为600～1500毫米。遇软土层使用潜水钻成孔；（4）爆扩成孔灌注桩：先用机械成孔，然后在孔底以炸药爆扩形成大头，再灌注混凝土而成。适用于地下水位以上的黏性土、黄土及碎石土，具有施工简单、成本低、承载力高等特点。但由于爆扩桩的检验较为困难，故施工时应加强质量管理。桩的长度不宜大于10米。

二、桩基础设计施工出现的问题与解决策略

（一）桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高

目前的桩基础设计过程，往往受到时间的约束。首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值，根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。这个过程具有相当的不科学性，结果符合估算要求，则皆大欢喜，否则因工程已施工完毕补桩也会很困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。因此我们必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力，从施工措施上去解决。首先是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

（二）沉降计算

建筑物对沉降差和沉降反应比较敏感，因此规范GB5007-2002第3.0.2条、第5.3.10条、第8.5.10条对沉降计算进行了严格的界定，但由于沉降计算方法和土工参数的准确测定目前还不完善，因此设计中不可避免地存在不少问题如：摩擦型桩未进行沉降计算违反了GB50007-2002第8.5.10条；高层基础与裙楼基础未设置沉降缝，未采取有效措施减少差异沉降及影响，违反了JGJ3-2002第12.1.8条规定；在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，未按GB50007-2002第5.3.10条规定进行变形计算；同一结构单元采用了不同的基础形式，未进行沉降计算，违反GB50011-2001第3.3.4条；同一结构单元部分用天然地基部分用桩基，不符合GB50011-2001第3.3.4条，未进行沉降差计算，不满足GB50007-2002第5.3.4条。

（三）桩的长细比

桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益。一些设计者在工程设计中仍以长细比来控制桩长或桩径，造成工程桩的不必要的浪费。长细比限值主要是为了保证桩身不产生压屈失稳，以及考虑施工条件的要求，对于端承桩因有一较坚硬的不变形的持力层，在桩顶竖向荷载的作用下，桩身若过于细长，可能会像压杆一样出现失稳破坏。而对于摩擦型桩，桩身应力向下衰减，且桩会随着荷载加大而产生沉降，不会产生压屈失稳，所以不需考虑长细比的限制。随着高层建筑的发展，超长桩及长桩应用广泛，而长细比限值制约了长桩的使用。根据我国的实际情况，迄今为止尚未发现质量正常的低承台桩在使用过程中出现压屈失稳的例子，所以两本规范不再提长细比的要求了。但具体应用中如遇到桩周土软弱或可液化，或8度以上地震区的情况，当桩身强度控制设计时，仍应慎重对待，可按相关规范验算桩身压屈。

（四）桩间距

为了避免挤土效应对成桩质量的影响，设计中应控制桩间距在允许范围之内。设计中存在的问题如：某工程项目大部分预应力管桩桩距不满足DB32/112-95第9.6.8条，尤其02栋B-D/2-5轴间桩距过小，考虑到施工的实际情况，采用跳打方式不是解决问题的最佳途径，首先应考虑调整布桩。某工程有部分桩间距不能满足JGJ94-94第3.2.3.1条；某工程01栋与05栋间二排桩之间桩间距不足；某项目采用的“A”型压桩，根据97G3611图集说明，应用“B”型，相邻挖孔桩扩大头净距小于1m，违反GB50007-2002第8.5.2.1条等。

（五）关于桩基竖向偏差的控制和处理

根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，笔者建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。

三、结语

桩基础的主要功能是将上部结构的荷载传至地下较深的密实或低压缩性的土层中，以满足承载力和沉降的要求。如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。

作者简介：吴盛有（1975－），男，浙江龙游人，杭州建工集团有限责任公司工程师，国家注册一级建造师。