土力学与地基基础：高效施工桩基要点

桩基础通常可分为沉入桩基础和灌注桩基础，按成桩施工方法又可分为沉入桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩。

1.沉入桩基础

常用的沉入桩有钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩和钢管桩。

（1）准备工作

沉桩前应掌握工程地质钻探资料、水文资料和打桩资料；沉桩前必须处理地上（下）障碍物，平整场地，并应满足沉桩所需的地面承载力；应根据现场环境状况采取降噪声措施；城区、居民区等人员密集的场所不应进行沉桩施工；对地质复杂的大桥、特大桥，为检验桩的承载能力和确定沉桩工艺应进行试桩；贯入度应通过试桩或做沉桩试验后会同监理及设计单位研究确定；用于地下水有侵蚀性的地区或腐蚀性土层的钢桩应按照设计要求做好防腐处理。

（2）施工技术要点

① 预制桩的接桩可采用焊接、法兰连接或机械连接，接桩材料工艺应符合规范要求。

② 沉桩时，桩帽或送桩帽与桩周围间隙应为5～10 mm；桩锤、桩帽或送桩帽应和桩身在同一中心线上；桩身垂直度偏差不得超过0.5%。

③ 沉桩顺序：对于密集桩群，自中间向两个方向或四周对称施打；根据基础的设计标高，宜先深后浅；根据桩的规格，宜先大后小，先长后短；锤击过程应采用重锤低击。

④ 施工中若锤击有困难时，可在管内助沉。

⑤ 桩终止锤击的控制应视桩端土质情况而定，一般情况下以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅。

⑥ 沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。

（3）沉桩方式及设备选择

① 锤击沉桩宜用于砂类土、黏性土。桩锤的选用应根据地质条件、桩型、桩的密集程度、单桩竖向承载力及现有施工条件等因素确定；振动沉桩宜用于锤击沉桩效果较差的密实的黏性土、砾石、风化岩。

② 在密实的砂土、碎石土、砂砾的土层中用锤击法、振动沉桩法有困难时，可采用射水作为辅助手段进行沉桩施工。在黏性土中应慎用射水沉桩；在重要建筑物附近不宜采用射水沉桩。

③ 静力压桩宜用于软黏土（标准贯入度N＜20）、淤泥质土；钻孔埋桩宜用于黏土、砂土、碎石土，且河床覆土较厚的情况。

2.钻孔灌注桩基础

（1）准备工作

施工前应掌握工程地质资料、水文地质资料，具备所用各种原材料及制品的质量检验报告；施工时应按有关规定，制定安全生产、保护环境等措施；灌注桩施工应有齐全、有效的施工记录。

（2）成孔方式与设备选择

依据成桩方式可分为泥浆护壁成孔、干作业成孔、护筒（沉管）灌注桩及爆破成孔，施工机具类型及土质适用条件可参考表8-2。

表8-2　成桩方式与适用条件

（3）泥浆护壁成孔

① 泥浆制备

泥浆制备根据施工机械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计，宜选用高塑性黏土或膨润土；泥浆护壁施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0 m以上，在清孔过程中应不断置换泥浆，直至灌注水下混凝土；灌注混凝土前，孔底500 mm以内的泥浆相对密度应小于1.25；含砂率不得大于8%；黏度不得大于28 s；现场应设置泥浆池和泥浆收集设施，废弃的泥浆、渣应进行处理，不得污染环境。

② 正、反循环钻孔

泥浆护壁成孔时根据泥浆补给情况控制钻进速度；保持钻机稳定；钻进过程中如发生斜孔、塌孔和护筒周围冒浆、失稳等现象时，应先停钻，待采取相应措施后再进行钻进；钻孔达到设计深度，灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度应符合设计要求。设计未要求时端承型桩的沉渣厚度不应大于100 mm；摩擦型桩的沉渣厚度不应大于300 mm。

动画—正循环钻孔施工

动画—反循环钻孔施工

（4）干作业成孔

① 长螺旋钻孔

钻机定位后，应进行复检，钻头与桩位点偏差不得大于20 mm，开孔时下钻速度应缓慢；钻进过程中，不宜反转或提升钻杆；在钻进过程中遇到卡钻、钻机摇晃、偏斜或发生异常声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后方可继续作业；钻至设计标高后，应先泵入混凝土并停顿10～20 s，再缓慢提升钻杆。提钻速度应根据土层情况确定，并保证管内有一定高度的混凝土；混凝土压灌结束后，应立即将钢筋笼插至设计深度，并及时清除钻杆及泵（软）管内残留混凝土。

② 钻孔扩底

钻杆应保持垂直稳固，位置准确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径；钻孔扩底桩施工扩底孔部分虚土厚度应符合设计要求；灌注混凝土时，第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实；灌注桩顶以下5 m范围内混凝土时，应随灌注随振动，每次灌注高度不大于1.5 m。

③ 人工挖孔

人工挖孔桩必须在保证施工安全前提下选用；挖孔桩截面一般为圆形，也有方形桩；孔径1 200～2 000 mm，最大可达3 500 mm；挖孔深度不宜超过25 m；采用混凝土或钢筋混凝土支护孔壁技术，护壁的厚度、拉接钢筋、配筋、混凝土强度等级均应符合设计要求；井圈中心线与设计轴线的偏差不得大于20 mm；上下节护壁混凝土的搭接长度不得小于50 mm；每节护壁必须保证振捣密实，并应当日施工完毕；应根据土层渗水情况使用速凝剂；模板拆除应在混凝土强度大于2.5 MPa后进行；挖孔达到设计深度后，应进行孔底处理。必须做到孔底表面无松渣、泥、沉淀土。

（5）钢筋笼与灌注混凝土施工要点

钢筋笼加工应符合设计要求。钢筋笼制作、运输和吊装过程中应采取适当的加固措施，防止变形；吊放钢筋笼入孔时，不得碰撞孔壁，就位后应采取加固措施固定钢筋笼的位置。

沉管灌注桩内径应比套管内径小60～80 mm，用导管灌注水下混凝土的桩应比导管连接处的外径大100 mm以上；灌注桩采用的水下灌注混凝土宜采用预拌混凝土，其骨料粒径不宜大40 mm。

灌注桩各工序应连续施工，钢筋笼放入泥浆后4 h内必须浇筑混凝土；当气温低于0 °C时，浇筑混凝土应采取保温措施，浇筑时混凝土的温度不得低于5 °C。当气温高于30 °C时，应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。

桩顶混凝土浇筑完成后应高出设计标高0.5～1 m，确保桩头浮浆层凿除后桩基面混凝土达到设计强度；灌注桩的实际浇筑混凝土量不得小于计算体积；套管成孔的灌注桩任何一段平均直径与设计直径的比值不得小于1.0；场地为浅水时宜采用筑岛法施工，筑岛面积应按钻孔方法、机具大小而定。岛的高度应高出最高施工水位0.5～1.0 m。

场地为深水或淤泥层较厚时，可采用固定式平台或浮式平台，平台须稳固牢靠，能承受施工时的静载和动载；并考虑施工机械进出安全。

（6）水下混凝土灌注

① 桩孔检验合格，吊装钢筋笼完毕后，安置导管浇筑混凝土；混凝土配合比应通过试验确定，须具备良好的和易性，坍落度宜为180～220 mm。

② 导管应符合下列要求：导管内壁应光滑圆顺，直径宜为20～30 cm，节长宜为2 m；导管不得漏水，使用前应试拼、试压，试压的压力宜为孔底静水压力的1.5倍；导管轴线偏差不宜超过孔深的0.5%，且不宜大于10 cm；导管采用法兰盘接头宜加锥形活套；采用螺旋丝扣型接头时必须有防止松脱装置。(www.xing528.com)

③使用的隔水球应有良好的隔水性能，并应保证顺利排出；开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500 mm；导管一次埋入混凝土灌注面以下不应少于1.0 m；导管埋入混凝土深度宜为2～6 m；灌注水下混凝土必须连续施工，并应控制提拔导管速度，严禁将导管提出混凝土灌注面。灌注过程中的故障应记录备案。

（7）钻孔灌注桩施工质量控制的常见措施

① 地质勘探资料和设计文件可能存在的问题

地质勘探主要存在勘探孔间距太大、孔深太浅、土工试验数量不足、土工取样和土工试验不规范、桩周摩阻力和桩端承载力不足等问题。设计文件主要存在对地质勘探资料没有认真研究、桩型选择不当、地面标高不清等问题。

在桩基开始施工前，对地质勘探资料和设计文件进行认真研究。对桩基持力层厚度变化较大的场地，应适当加密地质勘探孔；必要时进行补充勘探，防止桩端落在较薄的持力层上而发生持力层剪切破坏。场地有较厚的回填层和软土层时，设计者应认真校核桩基是否存在负摩擦现象。

② 孔口高程的误差

孔口高程的误差主要有两方面：一是由于地质勘探完成后场地再次回填，计算孔口高程时疏忽而引起的误差；二是由于施工场地在施工过程中废渣的堆积，地面不断升高，孔口高程发生变化造成的误差。

减小误差的对策是认真校核原始水准点和各孔口的绝对高程，每根桩开孔前复测一次桩位孔口高程。

③ 钻孔深度的误差

有些工程在场地回填平整前就进行工程地质勘探，地面高程较低，当工程地质勘探采用相对高程时，施工应把高程换算一致，避免出现钻孔深度的误差。另外，孔深测量应采用丈量钻杆的方法，取钻头的2/3长度处作为孔底终孔界面，不宜采用测绳测定孔深。对于端承桩钻孔的终孔标高应以桩端进入持力层深度为准，不宜以固定孔深的方式终孔。因此，钻孔到达桩端持力层后应及时取样鉴定，确定钻孔是否进入桩端持力层。

④ 孔径误差

孔径误差主要是由于作业人员疏忽错用其他规格的钻头，或因钻头陈旧、磨损后直径偏小所致。对于直径800～1200 mm的桩，钻头直径比设计桩径小30～50 mm是合理的。每根桩孔开孔时，应验证钻头规格，实行签证手续。

⑤ 钻孔垂直度不符合规范要求

主要原因：场地平整度和密实度差，钻机安装不平整或钻进过程发生不均匀沉降，导致钻孔偏斜；钻杆弯曲、钻杆接头间隙太大，造成钻孔偏斜；钻头翼板磨损不一，钻头受力不均，造成偏离钻进方向；钻进中遇软硬土层交界面或倾斜岩面时，钻压过高使钻头受力不均，造成偏离钻进方向。

控制钻孔垂直度的主要技术措施：压实、平整施工场地；安装钻机时应严格检查钻机的平整度和主动钻杆的垂直度，钻进过程中应定时检查主动钻杆的垂直度，发现偏差立即调整；定期检查钻头、钻杆、钻杆接头，发现问题及时维修或更换；在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进，应低速低钻压钻进；发现钻孔偏斜，应及时回填黏土，冲平后再低速低钻压钻进；在复杂地层钻进，必要时在钻杆上加设扶正器。

⑥ 塌孔与缩径

主要原因：塌孔与缩径产生的原因基本相同，主要是地层复杂、钻进速度过快、护壁泥浆性能差、成孔后放置时间过长没有灌注混凝土等原因所造成。

预防措施：钻（冲）孔灌注桩穿过较厚的砂层、砾石层时，成孔速度应控制在2 m/h以内，泥浆性能主要控制其密度为1.3～1.4 g/cm3、黏度为20～30 s、含砂率≤6%，若孔内自然造浆不能满足以上要求时，可采用加黏土粉、烧碱、木质素的方法，改善泥浆的性能，通过对泥浆的除砂处理，可控制泥浆的密度和含砂率。没有特殊原因，钢筋骨架安装后应立即灌注混凝土。

⑦ 桩端持力层判别错误

持力层判别是钻孔桩成败的关键，现场施工必须给予足够的重视。对于非岩石类持力层，判断比较容易，可根据地质资料，结合现场取样进行综合判定。

对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩，判定岩层界面难度较大，可采用以地质资料的深度为基础，结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况和孔口捞样进行综合判定，必要时进行原位取芯验证。

⑧ 孔底沉渣过厚或灌注混凝土前孔内泥浆含砂量过大

孔底沉渣过厚除清孔泥浆质量差，清孔无法达到设计要求外，还有测量方法不当造成误判。要准确测量孔底沉渣厚度，首先需准确测量桩的终孔深度，应采用丈量钻杆长度的方法测定，取孔内钻杆长度＋钻头长度，钻头长度取至钻尖的2/3处。

在含粗砂、砾砂和卵石的地层钻孔，有条件时应优先采用泵吸反循环清孔。当采用正循环清孔时，前阶段应采用高黏度浓浆清孔，并加大泥浆泵的流量，使砂石粒能顺利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合设计要求后，应把孔内泥浆密度降至1.1～1.2 g/cm2。清孔整个过程应专人负责孔口捞渣和测量孔底沉渣厚度，及时对孔内泥浆含砂率和孔底沉渣厚度的变化进行分析，若出现清孔前期孔口泥浆含砂量过低，捞不到粗砂粒，或后期把孔内泥浆密度降低后，孔底沉渣厚度增大较多，则说明前期清孔时泥浆的黏度和稠度偏小，砂粒悬浮在孔内泥浆里，没有真正达到清孔的目的，施工时应特别注意这种情况。

⑨ 水下混凝土灌注和桩身混凝土质量问题

混凝土质量关系到混凝土灌注过程是否顺利和桩身混凝土质量两大方面。要配制出高质量的混凝土，首先要设计好配合比和做好现场试配工作，采用高强度水泥时，应注意混凝土的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系，必要时添加缓凝剂。施工现场应严格控制好配合比（特别是水灰比）和搅拌时间。掌握好混凝土的和易性及其坍落度，防止混凝土在灌注过程中发生离析和堵管。

初灌时埋管深度达不到规范要求：规范规定，灌注导管底端至孔底的距离应为0.3～0.5 m，初灌时导管首次埋深应不小于1.0 m。在计算混凝土的初灌量时，除计算桩长所需的混凝土量外，还应计算导管内积存的混凝土量。

灌注混凝土时堵管：灌注混凝土时发生堵管主要由灌注导管破漏、灌注导管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注混凝土的准备时间太长、隔水栓不规范、混凝土配制质量差、灌注过程中灌注导管埋深过大等原因引起。因此，灌注导管在安装前应由专人负责检查，可采用肉眼观察和敲打听声相结合的方法进行检查，检查项目主要有灌注导管是否存在孔洞和裂缝、接头是否密封、厚度是否合格；灌注导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用气压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力P的1.3倍；灌注导管底部至孔底的距离应为300～500 mm，在灌浆设备的初灌量足够的条件下，应尽可能取大值。隔水栓应认真细致制作，其直径和椭圆度应符合使用要求，其长度应小于等于200 mm；完成第二次清孔后，应立即开始灌注混凝土，若因故推迟灌注混凝土，应重新进行清孔。否则，可能造成孔内泥浆悬浮的砂粒下沉而使孔底沉渣过厚，并导致隔水栓无法正常工作而发生堵管事故。

灌注混凝土过程中钢筋骨架上浮：产生钢筋骨架上浮主要原因由以下几方面造成，混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内混凝土过早结块，当混凝土面上升至钢筋骨架底时，结块的混凝土托起钢筋骨架；清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成较密实的砂层，并随孔内混凝土逐渐升高，当砂层上升至钢筋骨架底部时托起钢筋骨架；混凝土灌注至钢筋骨架底部时，灌注速度太快，造成钢筋骨架上浮。因此，在施工过程中除认真清孔外，当灌注的混凝土面距钢筋骨架底部1 m左右时，应降低灌注速度。当混凝土面上升到骨架底口4 m以上时，提升导管，使导管底口高于骨架底部2 m以上，然后恢复正常灌注速度。

桩身混凝土强度低或混凝土离析：主要原因是施工现场混凝土配合比控制不严、搅拌时间不够和水泥质量差。预防措施：严格把好进厂水泥的质量关，控制好施工现场混凝土配合比，掌握好搅拌时间和混凝土的和易性。

桩身混凝土夹渣或断桩：产生此类问题的主要原因有以下几个方面，初灌混凝土量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有进入混凝土；混凝土灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出混凝土面；混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使混凝土上部结块，造成桩身混凝土夹渣；清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成沉积砂层，阻碍混凝土的正常上升，当混凝土冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入混凝土内。严重时可能造成堵管事故，导致混凝土灌注中断。因此，在施工过程中要注意，导管的埋置深度宜控制在2～6 m。混凝土灌注过程中拔管应有专人负责指挥，并分别采用理论灌入量计算孔内混凝土面和重锤实测孔内混凝土面，取两者的低值来控制拔管长度，确保导管的埋置深度大于等于2 m。单桩混凝土灌注时间宜控制在1.5倍混凝土初凝时间内。

桩顶混凝土不密实或强度达不到设计要求：主要原因是超灌高度不够、混凝土浮浆太多、孔内混凝土面测定不准。对于桩径≤1 000 mm的桩，超灌高度不小于桩长的4%；对于桩径＞1 000 mm的桩，超灌高度不小于桩长的5%。对于大体积混凝土的桩，桩顶10 m内的混凝土应适当调整配合比，增大碎石含量，减少桩顶浮浆。在灌注最后阶段，孔内混凝土面测定应采用硬杆筒式取样法测定。

⑩ 混凝土灌注过程因故中断

混凝土灌注过程中断的原因较多，在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下，可采用如下方法进行处理：若刚开灌不久，孔内混凝土较少，可拔起导管和吊起钢筋骨架，重新钻孔至原孔底，安装钢筋骨架和清孔后再开始灌注混凝土；迅速拔出导管，清理导管内积存混凝土和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注混凝土，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原混凝土内，此后便可按正常的灌注方法继续灌注混凝土。此法的处理过程必须在混凝土的初凝时间内完成；混凝土灌注过程因故中断后拔除钢筋骨架，待已灌混凝土强度达到C15后，先用同级钻头重新钻孔，并钻除原灌混凝土的浮浆，再用lt500钻头在桩中心钻进300～500 mm深，这样就完成了接口的处理工作，然后便可按新桩的灌注程序灌注混凝土。

思政小课堂

桩基础作为高层建筑和特大桥梁的基础对上层建筑的稳定起着至关重要的作用，就像家对于国一样，正是一个个美好的家庭才组成了伟大的祖国。新的时代里，家国情怀对于在座的同学至关重要，也是我们的人生课题，值得我们共同学习。

家国情怀是中华民族最为深厚的历史情感，爱国精神是中华文明赓续不绝、延绵至今的强大动力。列夫·托尔斯泰在《战争与和平》里说：“历史是国家和人类的传记。”爱国诗人闻一多曾说：“我爱中国固因他是我的祖国，而尤因他是有那种可敬爱的文化的国家。”在中华文明五千年传承中，经典和模范总能激发起人们对民族共同体最深沉的情感。《孟子》有云：“天下之本在国，国之本在家，家之本在身。”宋儒张载提倡“为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平”；岳飞背后“精忠报国”的铮铮誓言；顾炎武“天下兴亡，匹夫有责”的崇高担当；守岛英雄王继才的信仰坚守……这些都是家国情怀在不同时代的经典阐释。家是国的基础，国是家的延伸。习近平总书记曾对广大文化文艺工作者、哲学社会科学工作者提出殷切希望：“要有信仰、有情怀、有担当，树立高远的理想追求和深沉的家国情怀。”在新时代的征程上，家国情怀必将继续激发起全民族团结奋斗的精神，由“小我”到“大我”，由“大我”到“无我”，相信在中国共产党的领导下，我们必将创造让世界惊叹的“家国传奇”。

动画—家国情怀

项目小结

本项目对桩基础的组成、类型、构造进行了讲解，对桩基础施工工序以及施工过程中的要点和质量控制进行阐述，通过本项目的学习，能够掌握桩基础的施工流程和施工方法。

项目思考题

1.桩基础由哪些部分组成？

2.桩基础都有哪些类型？各自有什么特点？

3.承台以及桩与承台的连接要求有哪些？

4.沉入桩基础施工过程中应注意哪些问题？

5.钻孔灌注桩基础施工工序有哪些？施工时有哪些注意事项？